MD simulation is a powerful tool to interpret the thin film growth behavior by deposition process, which is widely used in semiconductor industry for last few decades. Among the several thin film growth behaviors, Al and Cu deposition process are needed to be understood for further applications in semiconductor industry.
In order to understand the mechanism of Al and Cu deposition process, the atoms with various kinds of energy were deposited on substrate in order to calculate the efficiency of deposition using by ion bombardment. The threshold energy of sputtering is about 25eV and most of atoms would be deposited on substrate without sputtering because most atoms have less energy than 20eV.
The intermixing behaviors between Al atoms on Cu substrate atoms and the reverse case were observed. This is due to different characteristic of Al and Cu. To investigate the key factors determining intermixing behavior, many deposition processes were executed at various conditions, such as various incident energy, various substrate temperature and substrate orientation. The information about the dynamics of the deposition process was obtained by tracing the evolution of atoms with time. This simulation procedure proved the layers do not grow layer-by-layer.
Considering these results, experimental data of Cu/Al/Cu trilayer was used to reproduce. To reduce the gap between experiment and simulation, flawed substrate was made by same atoms deposition process. These results are coincident with experimental data and the intermixing length was increased and more atoms penetrate into substrate. Annealing process was adapted to prevent the intermixing behavior between Al atoms and Cu substrate atoms and the reverse case.
In this thesis, the Al and Cu deposition mechanism are studied and compared with experimental result. The simulation results of Al and Cu deposition were well matched with experimental results. Based on these simulation results, MD simulation is one of the powerful tools to investigate the thin film growth behavior.
분자모델링 시뮬레이션은 증착 공정을 통한 박막 제조에 관한 연구의 해석에 이용할 때 유용하게 쓰일 수 있다. 여러 박막 증착 공정 중에서 반도체 산업에 널리 쓰이는 알루미늄과 구리 박막에 대한 시뮬레이션을 해석하였다.
먼저 이온 충돌을 이용한 증착 공정 효율을 계산하기 위하여 증착되는 원자의 초기 에너지에 따른 원자의 반사율을 계산해 보았다. 이로서 원자들이 스퍼터링이 시작되는 에너지를 구할 수 있었고, 이 에너지는 비활성 이온 충돌을 이용하는 증착공정에서 발생하는 원자들의 에너지 값보다 작기 때문에 이온 충돌을 이용한 증착공정의 원자들은 거의 대부분 기판 표면위에 증착됨을 확인하였다.
알루미늄 기판 위에 구리 원자들을 증착하였을 때와 반대로 구리 기판 위에 알루미늄 원자들을 증착하였을 때, 경계면에서 원자들의 혼합현상의 차이를 발견하였고 그에 대한 원인을 조사하였다. 또한 이러한 혼합 현상에 대한 주요 인자를 알아보기 위하여, 증착되는 원자의 초기에너지, 기판 표면 온도, 기판의 격자구조배향을 변화시키면서 비교해보면서 증착공정에 따른 혼합 현상의 요인을 알아보았다.
증착공정이 쌓여가는 과정을 해석하기 위하여, 시간에 따른 원자들의 위치를 추적하여 고찰하였다. 이를 통해 증착공정이 차례대로 쌓이는 것이 아닌 즉 하나의 층이 다 이뤄지기 전에 다음 층이 생성된다는 것을 확인할 수 있었다.
실험적으로 제작된 구리와 알루미늄 복합층을 실험적으로 재현하였다. 실제 기판을 만들기 위하여 증착공정을 통해 기판을 쌓은 후 이 기판위에 다른 종류의 원자들을 증착해 보았다. 이 결과는 위에서 완전히 평평한 기판 위에 증착하였을 때의 결과와 차이가 있었고 실험적인 결과와 일치하였다. 혼합 구간이 더 확장되는 것을 확인하였고, 이러한 혼합현상을 방지하기 위한 방법으로 어닐링을 생각해 보았고 이를 직접 시뮬레이션 함으로써 그 효과를 확인 할 수 있었다. 마지막으로 이와 같은 연구는 다른 금속원소들의 원자층 증착 현상을 이해하고 해석하는 데 활용될 수 있을 것이다.
