統合化計算化学手法による高信頼性材料創製プロセスのコンビナトリアル的最適化

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14040203
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宮本 明 東北大学, 未来技術共同研究センター, 教授 (50093076)
• 研究分担者: 高見 誠一 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (40311550) ; 久保 百司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90241538)
• キーワード: 統合計算化学手法 / 高信頼性 / 材料創製プロセス / コンビナトリアル / 最適化 / ケミカルメカニカルポリッシング / プラズマプロセス / 化学反応ダイナミクス

研究概要

世界に先んじた次世代IT技術の確立のため、次世代高機能、超高速デバイスの創製を目標とした基盤技術の開発が急務となっている。一方、最近では計算化学が半導体のバンド構造やスピン状態の解明など、先端デバイス材料へ応用され大きな成果を挙げている。しかし、これらは実験的に構造・特性が既知の材料の電子・原子レベルでの理解に限られ、新材料探索や材料創製プロセス最適化といった、実際のデバイス開発に役立つ理論設計には程遠い。それに対し、研究代表者らは「コンビナトリアル計算化学」という新しい概念を提案し、実質的に役立つ計算化学により材料設計を行ってきた。本プロジェクトでは、研究代表者らがこれまでに構築してきた多数のプログラム群を応用し、高信頼性材料創製のためのプロセス最適化をコンビナトリアル的に行う。昨年度までに、独自に考案した高速化量子分子動力学法を基礎としたケミカルメカニカルポリッシング(CMP)プロセス用シミュレータおよびプラズマエッチングプロセス用シミュレータの開発に成功している。本研究では、これらシミュレータをCu-CMPプロセスおよびSi酸化膜のプラズマエッチングプロセスのコンビナトリアル的最適化のために応用した。Cu-CMPプロセスにおけるCu表面の酸化反応ダイナミクスや酸化剤濃度の影響を明らかにすることに成功した。また、Si酸化膜のプラズマエッチングにおける表面化学反応ダイナミクスやエッチャントの入射エネルギーが表面反応に与える影響を明らかにすることに成功した。

研究成果

• [文献書誌] T.Yokosuka et al.: "A Theoretical Study on the Realistic Low Concentration Doping in Silicon Semiconductors by Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics Method"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).
• [文献書誌] T.Yokosuka et al.: "Quantum Chemical Molecular Dynamics Studies on the Chemical Mechanical Polishing Process of Cu Surface"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).
• [文献書誌] K.Sasata et al.: "Quantum Chemical Molecular Dynamics Simulation on the Plasma Etching Processes"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).
• [文献書誌] M.kubo et al.: "Theoretical Design of MgO Protective Layer for Plasma Display by Accelerated Quantum Chemical Molecular Dynamics Approach"Proceeding of 9th International Display Workshop. 753-756 (2002)
• [文献書誌] X.Wang et al.: "Electronic Structures and Spectroscopic Properties of Dimers Cu_2, Ag_2, and Au_2 Calculated by Density Functional Theory"Journal of Molecular Structure (Theochem). 579. 221-227 (2002)
• [文献書誌] S.Takami et al.: "The Fate of a Cluster Colliding onto a Substrate -Dissipation of Translational Kinetic Energy of the Cluster"Journal of Nanoparticle Research. 3. 213-218 (2002)