三フッ化窒素
別称
Nitrogen fluoride
識別情報
ECHA InfoCard 100.029.097
RTECS number
国連/北米番号
2451
特性
化学式
NF3
モル質量
71.0019 g/mol
外観
無色の気体
密度
3.003 kg/m3 (1 atm, 15 ℃)3 (liquid at b.p.)
融点
−207.15 °C , 66 K, -341 °F
沸点
−129.1 °C , 144 K, -200 °F
水 への溶解度
0.021 vol/vol (20 ℃, 1 bar)
構造
trigonal pyramidal
0.234 D
危険性
NFPA 704
引火点
不燃性
特記なき場合、データは常温 (25 °C )・常圧 (100 kPa) におけるものである。
三フッ化窒素 （さんフッかちっそ）は化学式 NF3 で表される無機化合物 。この窒素 -フッ素 化合物は無色、有毒、無臭、不燃性、助燃性の気体である。半導体化学でエッチングガスとして使われるため、使用は増加傾向にある。
三フッ化窒素はシリコンウェハー のプラズマエッチング （英語版 ） プラズマCVD 処理室の洗浄に使われる。このガスが分解してできるフッ素のラジカル がポリシリコン や窒化ケイ素 や二酸化ケイ素 と反応して分解させる。三フッ化窒素はケイ化タングステン （タングステンシリサイド （英語版 ） 2 ）と一緒に化学気相成長 させて、タングステン を作るのにも使われる。NF3 は当初、ヘキサフルオロエタン （英語版 ） 六フッ化硫黄 のようなパーフルオロカーボン と比べて環境に与える悪影響が少ないと考えられていた[ 1] [ 2] 化学レーザー の一種であるフッ化水素レーザー に用いられる。
二元素から成るフッ化物の中で、NF3 はフッ素と窒素からは直接合成できない珍しい例である。ほとんどの元素はフッ素ガスと反応し、時には激しく反応する。しかし、N2 と F2 とを直接反応させることはできない。
NF3 を初めて合成したのはオットー・ラフ （英語版 ） フッ化アンモニウム とフッ化水素 の溶融混合物を電気分解するという方法を使って NF3 を得ることができた[ 3] 三塩化窒素 よりもはるかに反応性が低いことが判明した。今日では、アンモニアとフッ素ガスを反応させる方法を使ったり、ラフの方法を改良した方法を使ったりする[ 4]
NF3 は気体であり、高圧ボンベに入れて輸送される。
NF3 は水にわずかに溶ける。水と反応することはない。NF3 の双極子モーメント は小さく、0.2340 D である。一方 NH3 は塩基性であり、双極子モーメントは 1.47 D と高い[ 5]
NF3 は弱い酸化剤としてはたらく。
塩化水素と反応して塩素を発生する：
2
NF
3
+
6
HCl
⟶
6
HF
+
N
2
+
3
Cl
2
{\displaystyle {\ce {2NF3\ + 6 HCl -> 6HF\ + N2\ + 3Cl2}}}
高温で金属に接触すると、テトラフルオロヒドラジン （英語版 ）
2
NF
3
+
Cu
⟶
N
2
F
4
+
CuF
2
{\displaystyle {\ce {2NF3\ + Cu -> N2F4\ + CuF2}}}
NF3はフッ素、五フッ化アンチモン と反応してテトラフルオロアンモニウム （英語版 ）
NF
3
+
F
2
+
SbF
5
⟶
NF
4
+
SbF
6
−
{\displaystyle {\ce {NF3\ + F2\ + SbF5 -> NF4^+SbF6^-}}}
NF3 は温室効果ガス の一種だが、使用量が少ないため、SF6 やパーフルオロカーボン と比較して地球の大気 に対する環境に与える影響は小さいと言われてきた[ 6] [ 7] NF3 の地球温暖化係数 (GWP)はCO2 の17,200倍である[ 8] [ 9] [ 10] 3 の温室効果ガスとしての寿命は740年である[ 8] 3 は排出量が少ないとして、京都議定書 で定められた温室効果ガスには含まれていない。GWP 16,800、寿命 550年とする報告もある[ 6]
1992年までの生産量は100トンに達していなかったが、2007年の生産量は4000トンに上ると見られており、使用量は増加傾向にある[ 6] [ 11] [ 12] [ 13]
時間加重平均限界値（TLV-TWA）は10ppmである[ 14] NF3 は短時間なら皮膚と接触しての危険性は無く、粘膜 や眼に与える影響も小さい。肺に吸い込んだ場合には窒素酸化物 並みの毒性 があり、ひどい場合には血中のヘモグロビン をメトヘモグロビン に変化させてメトヘモグロビン血症 [ 15]
三フッ化窒素は助燃性 がある[ 14]
^ H. Reichardt , A. Frenzel and K. Schober (2001). “Environmentally friendly wafer production: NF3 remote microwave plasma for chamber cleaning”. Microelectronic Engineering 56 : 73–76. doi :10.1016/S0167-9317(00)00505-0 . ^ J. Oshinowo, A. Riva, M Pittroff, T. Schwarze and R. Wieland (2009). “Etch performance of Ar/N2 /F2 for CVD/ALD chamber clean”. Solid State Technology 52 : 20–24. ^ Otto Ruff, Joseph Fischer, Fritz Luft (1928). “Das Stickstoff-3-fluorid”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 172 (1): 417–425. doi :10.1002/zaac.19281720132 . ^ Philip B. Henderson, Andrew J. Woytek "Fluorine Compounds, Inorganic, Nitrogen" in Kirk‑Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 1994, John Wiley & Sons, NY. doi :10.1002/0471238961.1409201808051404.a01 Article Online Posting Date: December 4, 2000
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^ a b NF3 三フッ化窒素
^ Malik, Yogender (2008年7月3日). “Nitrogen trifluoride - Cleaning up in electronic applications ”. Gasworld. 2008年7月15日閲覧。
