ミクロキャビティーはもっとも単純な反応場であると考えられ、その内部の成膜分布の解析から中間体の付着確率を計算する事ができる。

　ただし、その解析は必ずしも単純では無く、数値シミュレーションとの比較が必要である。シミュレータの詳細と、応用上の問題点についてまとめる。

　マクロキャビティーでは、数値シミュレーションよりも解析的な取り扱いが有効である。反応機構の情報は膜厚分布に特徴的に現れるが、解析的な解の知識があればそれは極めて明白に理解できる。このような明快さは数値シミュレーションには無い解析解の大きなメリットである。ここでは更に進んで、厳密な解析解を境界層モデルに基づいた近似式で表わす。これによって式の扱いが容易に成ると同時に分布の由来についても明確な物理的イメージを持つ事ができる。

　等温の円管型反応器内の成膜速度分布は、マクロキャビティー内の分布同様、解析的な扱いが可能である。マクロキャビティーと対応させつつ分布の解析法を示し、両者の類似点と相違点を明白にする。円管内分布の解析では、拡散律速の成膜条件に於いて、拡散係数を求める事が可能と成るなど、マクロキャビティーに無いメリットが在る事が示される。

　第二部では、単純反応場の解析法を各種CVD反応系、特に酸化物のCVD反応に応用しています。

　単純な反応場を用いて、反応機構を検討する手順の実際を示すために、TEOSの熱分解により酸化シリコンを成膜するプロセスについての検討結果を示す。なるべく単純な反応機構を仮定し、実験結果をその機構で説明する事を試みる。その過程でどうしても説明不可能な現象が見出された時、新しい反応機構を提案する、その具体的な手順を研究の進展を追って示す事とする。

　TEOSのCVDには、TEOSの直接成膜(ステップカバレッジ＝段差被覆性が良い)と中間体経由の成膜(ステップカバレッジが悪い)が混在しています。

　気相体積を小さくし、気相反応である中間体経由の成膜を抑え、ステップカバレッジの良い均一な膜が得られます。

図表

　単純な反応場を用いた反応機構の解析の第二の事例として(TTIP)チタニウムテトライソプロポキシドを出発原料として酸化チタンを成膜する反応を検討する。解析には主にミクロキャビティ法(ミクロンサイズのトレンチへの成膜分布の解析)を用いる。また、紫外光照射の効果も検討する

　TTIPのCVDでは、UV光の照射効果が現れます。これが表面加熱による熱的効果ではなく、光反応による事がミクロキャビティ法で示されました。

　また、成膜は中間体を経由する事も分かりました。原料濃度が向上するとステップカバレッジが良い、均一な膜が成長します。これは中間体の表面での反応が線形でない事の現れであると理解されました。

図表

　シラン酸化反応による酸化シリコン膜の成膜は、ミクロ/マクロキャビティの最初の適用例であった。その知見を基に、CVDプロセスの改善についての指針を立てる。具体的にはステップカバレッジ改善を目的とし、高温プロセスを提案する。これを実現するには粉体の生成を抑止する事が必要であるが、そのために、気相への添加物の効果を検討する。

　CVDの反応機構を知る事から、反応系の改善のアイデアを得られます。

　シラン酸化反応によるCVDでは、高温成膜ができれば良好なステップカバレッジが得られる事が知られていましたが、反応が進み過ぎ粉体発生が多くなり、実現できませんでした。シラン酸化反応に関する既往の研究をベースに、気相添加物を入れ、ラジカル連鎖反応を抑え、高温反応を可能にしました。