第一原理シミュレーションによる大気圧プラズマCVD 中の表面反応の解析―Si(001)表面へのH ラジカル照射効果

摘要

Si 半導体デバイス製造において、1000°Cに及ぶ高温環境を必要とするSi エピタキシャル薄膜成膜を低温化する技術は、デバイス高性能化と製造コストの低減化において極めて重要である。このため、大気圧プラズマCVD 法などにより低温でのエピタキシャル成長を実現する研究が精力的に進められている。本研究は計算機シミュレーションを用いて大気圧プラズマCVD法によるエピタキシャル成長プロセスを解明し、よりよい成膜法実現の方針を提案することを目的としている。特に低温下でのエピ成膜が可能となるメカニズムを解明することが重要であると考えている。低温化には、放出された反応エネルギーによる表面温度の局所的上昇が寄与している可能性があるが、大気圧高密度プラズマ中であっても各表面原子へのラジカルの衝突間隔はμs オーダー(ラジカル分圧10~(-4)atm を仮定)と長く、熱伝導によるエネルギー散逸を考慮すると局所的温度上昇は考えにくい。しかし、我々は、表面終端H 原子の振動モードがSi 基板の振動モードと異なっておりH の振動エネルギーは散逸しにくいことから、表面局所温度上昇に寄与している可能性があると考えている。本発表では特にプラズマで生成されたH ラジカルの作用による表面反応について第一原理分子動力学(FPMD)シミュレーションを用いて解析した結果について報告する。