量子化学計算によるAl_2O_3原子層CVDのプロセス設計

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14040206
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山下 晃一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40175659)
• キーワード: 原子層CVD / シリコン基盤 / 量子化学計算 / プロセス設計 / 吸着反応 / Al_2O_3 / OH終端 / 反応機構

研究概要

Al_2O_3原子層CVDに関して、金属化合物原料、シリコン基盤の2点について量子化学計算を用いてプロセス設計を行うことを目的とした。金属化合物原料としてAl(CH_3)_3とAlCl_3、シリコン基盤として、OH終端した場合を対象とし、酸化剤としては水を考えた。OH終端したシリコン基盤上のAl_2O_3原子層CVDとして以下の初期吸着反応過程を考えた。(A)金属化合物原料としてAl(CH_3)_3(TMA)を用いた場合:(1)Si-OH+Al(CH_3)_3->Si-O-Al(CH_3)_2+CH_4 (2)Si-O-Al(CH_3)_2+2H_2O->Si-O-Al(OH)_2+2CH_4 (B)金属化合物原料としてAlCl_3(TCA)を用いた場合:(1)Si-OH+AlCl_3->Si-O-AlCl_2+HC l(4)Si-O-AICl_2+2H_2O->Si-O-Al(OH)_2+2HCl。各反応過程の活性化エネルギー、反応経路を計算し、反応機構の比較を行った。計算結果からTMAとH_2Oを原料とした場合、系の全エネルギーは反応が進むほど下がり、TCAとH_2Oを原料とした場合では系の全エネルギーは反応が進むほど上がる事が判明した。TMAを用いた場合はトータルのエネルギー変化が約-100kcal/molで発熱反応、TCAの場合は+10kcal/mol強で吸熱反応となった。TCAを用いた場合、吸熱なので反応が進みにくいことが予想され、これはTCAを用いる場合はTMAよりも高い温度でALCVDを行わなければならない事実とも一致した。以上原子層CVDにおいて、如何にして、膜厚の制御性や均一性が達成されうるかについて、その機構を解明し、最適なプロセス設計のための指針を得た。

研究成果

• [文献書誌] G.Katz, K.Yamashita, Y.Zeiri, R.Kosloff: "The Fourier method for tri-atomic systems in the search for the optimal coordinate system"J. Chem. Phys.. 116. 4403 (2002)
• [文献書誌] 田中, 中島, 山下: "Density Functional Study on the Adsorption and Surface Reactions on SiO_2 in TiN-CVD using TiCl_4 and NH_3"Thin Solid Films. 409. 51 (2002)
• [文献書誌] 田中, 中島, 山下: "Density Functional Study on the Reactivity of Oxidized Aluminum Surfaces : Effects of Adsorbed Metallic Atoms"Thin Solid Films. 409. 66 (2002)
• [文献書誌] 大脇, 村井, 山下: "Electric Effects on Electron Transfer between H^+ and Carbon-Based Electrode Surfaces"Bull. Chem. Soc. Jpn.. 75. 45 (2002)
• [文献書誌] 永田, 山下: "Theoretical study on molecular excitation using chirped pulses in the condensed phase"Chem. Phys. Lett.. 364. 144 (2002)
• [文献書誌] 中島, 中臣, 山下: "Quantum Chemical Calculations on Al-CVD using DMEAA : Surface Reaction Mechanism of AlH_3 on Al(III)"Mol. Phys.. 101. 267 (2003)