真空紫外レ-ザ-によるシラン系化合物の光分解反応機構の研究

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電子材料製作技術において重要な地位を占めるシリコンCVD過程に関する化学反応機構の解明を目的としてシラン(SiH_4)およびそのフッ化物の分解・酸化過程を詳細に検討した。実験方法として,衝撃波管装置,エキシマ.レ-ザ-閃光分解法等による反応装置と原子共鳴螢光法(真空紫外レ-ザ-誘起螢光法),貭量分析法,赤外発光法等を用いた。まず,これまで知見が得られていなかったシランとそのフッ化物の振動緩和時間をCO_2レ-ザ-励起法により測定した結果,一連のフッ素置換効果が単純なLambertーSalter法則では説明できず回転効果に関する補正が必要であることが見出された。次いで,シランとそのフッ素置換体の熱分解反応機構の検討を高温領域において(1500ー2500K)行った結果,フッ素置換によるSiーH結合エネルギ-の増大が反応機構に反影された結果生成物であるH_2の生成速度,活性化エネルギ-がRRKM理論により説明されることが判明した。同様に室温における,H+SiH_xF_<4ーx>→H_2+SiH_<xー1>F_<4ーx>(x=4〜2)の一連の反応機構の検討をエキシマレ-ザ-閃光分解法と真空紫外レ-ザ-誘起螢光法を用いて行ったところ,SiーH結合エネルギ-のF置換に伴う結合エネルギ-の増大が反応速度の変化に対応し,EvansーPolaugi型の反応速度則が成立することが見出された。最後に,貭量分析計を用いて閃光分解反応経路における反応中間体の検出を試みた。SiH_3,Si_2H_6,Si_2H_4,SiH_3O,SiH_2O,SiH_2等の成長,減衰過程が実時間で追跡することができたため,熱分解および酸化過程の反応機構に関してこれまで得られていなかった多くの速度論的情報を得ることができた。