Rationales Design der selektiven thermischen Atomlagenätzprozesse durch Computerchemie

• Antragsteller: Dr.-Ing. Xiao Hu, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420162003

Das thermische Atomlagenätzen (engl. Atomic layer etching, ALE) ist eine neuartige Möglichkeit Materialien mit atomarer Präzision isotrop zu ätzen. Durch geeignete Wahl der Ätzmittel und Prozessparameter kann die thermische ALE zur selektiven Strukturierung von Nanostrukturen eingesetzt werden. Die Technologie erscheint sehr vielversprechend für die Herstellung von fortschrittlichen Halbleiterbauelementen wie Gate-All-Around-Transistoren und 3D-NAND-Flash-Speichern. Ein Haupthindernis für die Etablierung neuer ALE-Prozesse durch experimentelle Erprobung ist die begrenzte Vorhersagefähigkeit. In SELETCH schlagen wir vor, rationales Design zu verwenden, um die Entwicklung von thermischen ALE-Prozessen zu beschleunigen. Zu diesem Zweck werden gut etablierte ALE-Prozesse (wie zum Beispiel die ALE von Al2O3) mit Methoden der theoretischen Chemie simuliert. Basierend auf den in der Literatur etablierten Kenntnissen der Reaktionsmechanismen zielen wir darauf ab, aus den Simulationen zuverlässige und einfache Deskriptoren zur Vorhersageder Reaktivität des Ätzmittels gegenüber verschiedenen Materialien abzuleiten. Als nächsteswird ein breites virtuelles Screening durchgeführt, um potentielle neue Ätzmittel mit guterReaktivität und Selektivität zu identifizieren. Die Leistung dieser potentiell guten Ätzmittelwird anschließend durch detaillierte theoretische Berechnungen, einschließlich Frequenzberechnung, COSMO-RS (engl. conductor-like screening model for real solvents) Modellierung, ab initio thermodynamische Berechnung, und kinetischer Analyse bewertet. Wir erwarten, mit diesem Ansatz einige vielversprechende Ätzmittel zu entdecken und sie für die experimentelle Verifizierung vorzuschlagen. Das Projekt SELETCH wird unser grundlegendes Verständnis der Selektivität in thermischen ALE verbessern. Darüber hinausist der vorgeschlagene rationale Designansatz potentiell auch auf andere chemische Gasphasenprozesse anwendbar, wie zum Beispiel die Chemische Gasphasenabscheidung und die Atomlagenabscheidung. Im weiteren Sinne wird das Projekt die Rolle der Computerchemie in der industriellen Prozessentwicklung fördern und damit die Einführungneuer Materialien in der Halbleiterfertigung erleichtern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen