酸化ケイ素膜材料の分子設計に関する量子化学

氧化硅薄膜材料分子设计的量子化学

基本信息

批准号：
07248208
负责人：
立花明知
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

シラン等のケイ素化合物は酸素分子・原子により容易に酸化される。しかしその反応メカニズムは明らかにされていない部分が多く、酸化ケイ素の性質についても未知の部分が多い。半導体製造における酸化膜材料の設計の為に、これらの科学的特性を知ることは極めて重要である。酸化ケイ素膜を作製する方法としてはウェットプロセス並びにドライプロセスが挙げられる。シリコン面に酸化膜を作るウェットプロセスにおいて、水素でタ-ミネートされたシリコン面を用いる最近の実験の結果から、酸素原子の挿入はSi-Hには起こらず、back bondに起こること、および酸化はlayer-by-layerに起こること、が明らかになってきた。そこで、水素でタ-ミネートされたSi(111)面を考え、その中から切り出したモデル構造についてMP2/6-31G^<**>レベルで平衡構造を計算し、エネルギーを比較した。その結果、OがSi-Si間及びSi-H間に挿入した形SiH_3OSiH_2(OH)は、Si-H間に2個挿入した形SiH_3SiH_2(OH)_2より30.26Kcal/mol安定であることから、OはSi-H結合よりもSi-Si結合に挿入したほうが安定になることがわかった。反応経路としてはhypervalencyを経る5配位モデルを提唱した。これらのことはうえの実験事実をよく説明する。次に、シランガスとプラズマ酸素ガスによるプラズマCVDにより酸化膜を作るドライプロセスに関して、一重項酸素原子O(^1D)とシランの反応について検討した。SiH_3とOHのみならず、SiOはv=11までの振動励起を伴って生じているものの、低振動励起状態にある生成物も多い。反応は励起反応で進むことが考えられるが、我々は熱的反応においても反応が進みうることを示し、うえの実験事実をよく説明する熱的反応経路を明らかにした。

硅化合物（例如硅烷）很容易被氧分子和原子氧化。但是，在许多地方尚未阐明反应机制，氧化硅的性质也未知。了解这些科学特性对于在半导体制造中设计氧化物材料非常重要。制造氧化硅膜的方法包括湿过程和干过程。在湿法在硅表面产生氧化膜的湿法过程中，使用氢化硅表面的最新实验表明，氧原子在Si-H中不是出现在Si-H中，而是在后键中发生，并且氧化发生在一层中。因此，我们考虑了用氢扎的Si（111）表面，并计算了从中切出的模型结构的MP2/6-31G^<**>水平的平衡结构，并比较了能量。结果，由于与SI-H_3SIH_2（OH）_2之间插入O时O时O为30.26 kcal/mol稳定，其中o插入Si-H之间的两个，因此，当插入SI-SI键比SI-H键中时，O更稳定。提出了一个涉及超值的五配位模型作为反应途径。这些是实验事实的最佳解释。接下来，关于用硅烷气和血浆氧气形成氧化膜的干燥过程，研究了单重原子O（^1d）和硅烷的反应。不仅SIH_3和OH，而且SIO还会发生振动激发率达到v = 11，而且许多产品处于低振动激发态。人们认为该反应是在激发反应中进行的，但是我们已经表明该反应也可以在热反应中进行，从而揭示了一个很好的解释实验事实的热反应路径。