Aufbau und Zerfall wachstumsinhibierender Schichten aus kleinen Molekülen bei der flächenselektiven Atomlagenabscheidung aufgedeckt durch Dichtefunktionaltheorie

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Tonner-Zech
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535639476

Die flächenselektive Atomlagenabscheidung ist ein neues Bottom-up-Verfahren in der Halbleiterherstellung. Sie beruht darauf, dass Vorläufermoleküle das Wachstum auf einer Oberfläche einleiten, während eine zweite Oberfläche sauber bleibt. Dies wird hauptsächlich durch die wachtumsinhibierende molekulare Schichten auf der zweiten Oberfläche erreicht. Während selbstorganisierende Monolagen (SAMs) die ersten Systeme waren, die untersucht wurden, stehen nun kleinere Moleküle (SMIs) aufgrund ihrer günstigeren Eigenschaften (z. B. Flüchtigkeit, Selektivität) im Mittelpunkt der Forschung. Die Prozesse der Oberflächeninhibierung und des Wachstums durch Atomlagenabscheidung werden von der Oberflächenchemie dominiert, die wir und andere in der Vergangenheit für mehrere Systeme aufzeigen konnten. Die drängendste Frage ist, wie die Inhibitionsschicht stabil gehalten und damit die Zersetzung verhindert werden kann. Dies ist wichtig, da die gewünschte Selektivität nur mit einer intakten Inhibitorschicht erreicht wird. Da experimentelle Untersuchungen in diesen Systemen kompliziert sind, können rechnergestützte oberflächenchemische Ansätze mit Dichtefunktionaltheorie unter Anwendung periodischer Randbedingungen die wichtigsten Mechanismen aufdecken. Ziel dieses Projekts ist es daher, einen umfassenden Überblick über die Zersetzungswege mit Hilfe von First-Principles-Methoden zu geben. Wir haben drei für die flächenselektive Atomlagenabscheidung wichtige Systeme als Testfälle ausgewählt. Wir werden systematische Oberflächenadsorptionsuntersuchungen, elektronische Strukturanalysen mit Methoden der Energiezerlegungsanalyse und Oberflächenreaktivitätsuntersuchungen mit statischen (NEB) und dynamischen (Molekulardynamik) Methoden durchführen. Es wird ein kinetischer Monte-Carlo-Ansatz entwickelt werden. Ziel ist es, die kritischsten Faktoren für die Stabilität von Inhibitorschichten in verschiedenen Systemen zu ermitteln und neue Wege für künftige experimentelle Untersuchungen zu eröffnen. Zu diesem Zweck arbeiten wir weiterhin mit der Bent-Gruppe (Stanford U) zusammen, um die theoretischen Vorhersagen zu testen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Stacey F. Bent