JP2005247678A - Method for forming silicon oxide film, and silicon oxide film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸化シリコン膜の形成方法および酸化シリコン膜に関する。 The present invention relates to a method for forming a silicon oxide film and a silicon oxide film.
酸化シリコンの成膜方法としては、蒸着やスパッタ法があるが、いずれも段差被覆性が悪く、複雑な形状の基体に対して被覆膜を形成するのにあまり適しない。また、熱酸化法は純度の高い酸化シリコン膜が得られるが、熱酸化する際に900〜1100℃の高温を必要とし、高い耐熱性を有するシリコン基板上にしか堆積できない。現在、半導体産業でもっとも用いられている化学気相成長(CVD)法は、450〜650℃程度の温度を必要とするもので、耐熱性の低い基板上に酸化シリコン膜を堆積することが困難であるだけでなく、原料にテトラエトキシシラン(TEOS)などの引火性の高いガスを用いることや、大掛かりな設備を必要とする。 As a method for forming a silicon oxide film, there are vapor deposition and sputtering methods, but all have poor step coverage and are not very suitable for forming a coating film on a substrate having a complicated shape. In addition, although the silicon oxide film with high purity can be obtained by the thermal oxidation method, a high temperature of 900 to 1100 ° C. is required for the thermal oxidation, and it can be deposited only on a silicon substrate having high heat resistance. At present, the chemical vapor deposition (CVD) method most used in the semiconductor industry requires a temperature of about 450 to 650 ° C., and it is difficult to deposit a silicon oxide film on a substrate having low heat resistance. In addition, a highly flammable gas such as tetraethoxysilane (TEOS) is used as a raw material, and a large facility is required.
また、特開平6−80879号公報に開示された技術のように、Si−O−C結合を含むポリシロキサン液体を原料とした酸化シリコン膜の製法では、ポリシロキサン膜から酸化シリコン膜への変換の際に160℃程度の加熱を必要とするだけでなく、原料の化学的安定性が低いという問題があった。
本発明の目的は、低温かつ簡易な方法で酸化シリコン膜を形成することができる酸化シリコン膜の形成方法および酸化シリコン膜を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a silicon oxide film forming method and a silicon oxide film that can form a silicon oxide film at a low temperature and with a simple method.
本発明にかかるシリコーンポリマー膜の形成方法は、
基体上に、シリコーンポリマー膜を形成する工程と、
酸素および酸素化合物の少なくとも一方を含む含酸素雰囲気において、前記シリコーンポリマー膜に高エネルギー線を照射することにより、前記シリコーンポリマー膜を酸化シリコン膜に変える工程と、
を含む。
The method for forming a silicone polymer film according to the present invention includes:
Forming a silicone polymer film on a substrate;
A step of changing the silicone polymer film to a silicon oxide film by irradiating the silicone polymer film with high energy rays in an oxygen-containing atmosphere containing at least one of oxygen and an oxygen compound;
including.
この形成方法によれば、含酸素雰囲気においてシリコーンポリマー膜に高エネルギー線を照射することにより、基体を加熱することなく酸化シリコン膜を形成することができる。その結果、耐熱性の高い基体のみならず、耐熱性の低い材料、例えばプラスチック、ガラス、紙、低融点金属などからなる基体上にも酸化シリコン膜を形成することができる。 According to this formation method, a silicon oxide film can be formed without heating the substrate by irradiating the silicone polymer film with high energy rays in an oxygen-containing atmosphere. As a result, a silicon oxide film can be formed not only on a substrate having high heat resistance but also on a substrate made of a material having low heat resistance, such as plastic, glass, paper, or a low melting point metal.
本発明にかかる形成方法において、含酸素雰囲気は、酸素または酸素化合物を含むことができ、あるいは酸素と酸素化合物の両者を含んでもよい。前記酸素化合物としては、水,オゾンなどを用いることができる。 In the forming method according to the present invention, the oxygen-containing atmosphere may contain oxygen or an oxygen compound, or may contain both oxygen and an oxygen compound. As the oxygen compound, water, ozone, or the like can be used.
本発明にかかる形成方法において、前記高エネルギー線は、紫外線、電子線およびX線から選択される少なくとも1種であることができ、特に紫外線を好ましく用いることができる。 In the forming method according to the present invention, the high energy beam can be at least one selected from ultraviolet rays, electron beams and X-rays, and ultraviolet rays can be particularly preferably used.
本発明にかかる形成方法において、前記含酸素雰囲気は、酸素分圧が0.1Pa以上であればよい。酸素化合物を用いる場合には、酸素化合物を酸素に換算したときの分圧を酸素分圧として採用することができる。 In the forming method according to the present invention, the oxygen-containing atmosphere may be an oxygen partial pressure of 0.1 Pa or more. When using an oxygen compound, the partial pressure when the oxygen compound is converted to oxygen can be adopted as the oxygen partial pressure.
本発明にかかる形成方法において、前記シリコーンポリマー膜は、オルガノシロキサン結合を有するシリコーンモノマーおよび/またはシリコーンオリゴマー(以下、これらを「シリコーン原料」ともいう)をプラズマ重合によって重合することで得られる。 In the forming method according to the present invention, the silicone polymer film can be obtained by polymerizing a silicone monomer and / or a silicone oligomer having an organosiloxane bond (hereinafter also referred to as “silicone raw material”) by plasma polymerization.
前記プラズマ重合によって、常温もしくは加熱したとしても好ましくは500℃以下、より好ましくは250℃以下の温度で、段差被覆性のよいシリコーンポリマー膜を形成することができる。したがって、複雑な形状を有する基体の表面であっても被覆性のよい酸化シリコン膜を形成することができる。また、プラズマ重合は、例えば複雑な配管や温度制御装置を必要とするCVD成膜装置に比べて構成が簡易なプラズマ重合装置を用いることができるので、設備に要するコストを低減できる。 Even if it is heated at normal temperature or heated by the plasma polymerization, a silicone polymer film with good step coverage can be formed at a temperature of preferably 500 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. Therefore, a silicon oxide film with good coverage can be formed even on the surface of a substrate having a complicated shape. In addition, since plasma polymerization can use a plasma polymerization apparatus having a simple configuration as compared with, for example, a CVD film forming apparatus that requires complicated piping and a temperature control device, the cost required for equipment can be reduced.
前記シリコーンモノマーおよび/またはシリコーンオリゴマーは、常温で液体であることが好ましい。かかる液体のシリコーンモノマーおよび/またはシリコーンオリゴマーは、プラズマ重合を用いて重合する際に取り扱いが容易である。 The silicone monomer and / or silicone oligomer is preferably liquid at normal temperature. Such liquid silicone monomers and / or silicone oligomers are easy to handle when polymerized using plasma polymerization.
本発明にかかる形成方法において、前記シリコーンモノマーおよび/またはシリコーンオリゴマーは、下記一般式(1)および下記一般式(2)で示される化合物から選択される少なくとも1種であることができる。 In the forming method according to the present invention, the silicone monomer and / or the silicone oligomer may be at least one selected from compounds represented by the following general formula (1) and the following general formula (2).
(一般式(1)において、R1〜R10は同一または異なり、それぞれ1価の有機基または水素原子、mおよびnは同一または異なり、0〜100の整数を示す。) (In the general formula (1), R 1 to R 10 are the same or different, and each is a monovalent organic group or a hydrogen atom, and m and n are the same or different and represent an integer of 0 to 100.)
(一般式(2)において、R1〜R8は同一または異なり、それぞれ1価の有機基または水素原子、mおよびnは同一または異なり、0〜100の整数を示す。)
前記一般式(1)、(2)において、R1〜R10としては、例えば、メチル基,エチル基などのアルキル基、フェニル基、アルキルフェニル基などを挙げることができる。
(In General Formula (2), R 1 to R 8 are the same or different, and each is a monovalent organic group or a hydrogen atom, and m and n are the same or different and represent an integer of 0 to 100.)
In the general formulas (1) and (2), examples of R 1 to R 10 include an alkyl group such as a methyl group and an ethyl group, a phenyl group, and an alkylphenyl group.
前記一般式(1)で示される化合物としては、オクタメチルトリシロキサン、ヘキサメチルトリシロキサン、デカメチルペンタシロキサン、デカメチルテトラシロキサンなどを例示できる。 Examples of the compound represented by the general formula (1) include octamethyltrisiloxane, hexamethyltrisiloxane, decamethylpentasiloxane, decamethyltetrasiloxane, and the like.
前記一般式(2)で示される化合物としては、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロヘキサシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサンなどを例示できる。 Examples of the compound represented by the general formula (2) include octamethylcyclotetrasiloxane, hexamethylcyclotetrasiloxane, decamethylcyclohexasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane and the like.
本発明にかかる形成方法において、前記シリコーンポリマー膜を形成した後に、該シリコーンポリマー膜が分解する温度より低い温度で熱処理することができる。このような熱処理を行うことにより、得られる酸化シリコン膜の不純物、例えば有機成分や水分をより確実に除去できる。 In the forming method according to the present invention, after the silicone polymer film is formed, heat treatment can be performed at a temperature lower than a temperature at which the silicone polymer film is decomposed. By performing such heat treatment, impurities such as organic components and moisture in the obtained silicon oxide film can be more reliably removed.
本発明にかかる形成方法において、前記含酸素雰囲気で前記高エネルギー線を照射することにより、前記シリコーンポリマー膜を前記酸化シリコン膜に変えた後に、熱処理を行うことができる。このような熱処理は、例えば、500℃以下、好ましくは300〜500℃の温度で行うことができる。このような熱処理を行うことにより、酸化シリコン膜に存在する水分やシラノール基をより確実に除去できる。 In the formation method according to the present invention, heat treatment can be performed after the silicone polymer film is changed to the silicon oxide film by irradiating the high energy beam in the oxygen-containing atmosphere. Such heat treatment can be performed, for example, at a temperature of 500 ° C. or lower, preferably 300 to 500 ° C. By performing such heat treatment, moisture and silanol groups present in the silicon oxide film can be more reliably removed.
本発明にかかる形成方法において、前記シリコーンポリマー膜は、該シリコーンポリマー膜の全体または一部が酸化シリコン膜に変化することができる。すなわち、シリコーンポリマー膜に照射する高エネルギー線の種類、強度、時間などを制御することにより、用途に応じて、シリコーンポリマー膜の全体を酸化シリコン膜に変えてもよいし、シリコーンポリマー膜の一部、例えば表面のみを酸化シリコン膜に変えてもよい。 In the forming method according to the present invention, the silicone polymer film may be changed into a silicon oxide film in whole or in part. That is, by controlling the type, intensity, time, etc. of the high energy rays applied to the silicone polymer film, the entire silicone polymer film may be changed to a silicon oxide film depending on the application. Alternatively, only the surface, for example, the surface may be changed to a silicon oxide film.
本発明にかかる酸化シリコン膜は、上述した本発明にかかる形成方法によって得られる。この酸化シリコン膜は、上述したように、耐熱性が高い基体のみならず、耐熱性の低い基体上にも形成できるので、電子機器をはじめとして各種機械部品やプラスチック製品などの広い分野に適用できる。 The silicon oxide film concerning this invention is obtained by the formation method concerning this invention mentioned above. As described above, the silicon oxide film can be formed not only on a substrate having high heat resistance but also on a substrate having low heat resistance, so that the silicon oxide film can be applied to various fields such as electronic devices and various machine parts and plastic products. .
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1.成膜装置およびシリコーンポリマー膜の形成方法
まず、シリコーンポリマー膜をプラズマ重合を用いて成膜するための成膜装置について説明する。
1. Film Forming Apparatus and Silicone Polymer Film Forming Method First, a film forming apparatus for forming a silicone polymer film using plasma polymerization will be described.
プラズマ重合によるシリコーンポリマー膜の成膜は、例えば図1に示す成膜装置40によって行われる。成膜装置40は、真空ポンプ52を備える真空チャンバ42を有する。真空チャンバ42の内部には、その下部に基体28を載置する処理ステージ50が備えられている。処理ステージ50は、温度調節可能に形成されることが好ましい。また、真空チャンバ42の上部には絶縁体44を介して高周波電極46が備えられている。高周波電極46は、高周波電源48に接続されている。
Film formation of the silicone polymer film by plasma polymerization is performed by, for example, a
さらに、真空チャンバ42には、前述したシリコーン原料を供給する原料ガス供給手段70と、例えばアルゴンガスなどの不活性ガスを供給するキャリアガス供給手段54とが接続されている。原料ガス供給手段70は、原料58を収納する容器56と、容器56を加熱するヒータ60とを有している。容器56は、流量制御弁62を介して原料供給経路66により真空チャンバ42に接続されている。また、キャリアガス供給手段54は、流量制御弁62を介してキャリアガス供給経路64により真空チャンバ42に接続されている。真空チャンバ42は、アース部68によって接地されている。
Further, the above-described raw material gas supply means 70 for supplying the silicone raw material and a carrier gas supply means 54 for supplying an inert gas such as argon gas are connected to the
このような成膜装置40による成膜処理は、まず基体28を処理ステージ50の上に配置する。このとき処理ステージ50の温度調節が可能であれば、基体28を常温以上(例えば25〜500℃、好ましくは25〜250℃)に保持するようにして、シリコーンポリマーの重合を促進させることもできる。次に、シリコーンポリマーの重合反応を良好に促進させ、かつ重合反応以外の反応を抑制させるために真空チャンバ42の内部を負圧にする。真空チャンバ42の圧力は、例えば0.1〜0.2Paとすることができる。
In such a film forming process by the
上記のような条件に設定された成膜装置40を用いて、プラズマ重合反応によりシリコーンポリマーの成膜を行う。シリコーン原料58として常温で液体として存在するもの、例えば前述したオクタメチルトリシロキサン、ヘキサメチルトリシロキサンなどを使用することができる。シリコーン原料58をヒータ60で加熱することによりガス化させ、原料供給経路66を介して、負圧となった真空チャンバ42に導入させる。ガス化した原料を真空チャンバ42に導入させる際、原料供給経路66に図示しないヒータを設け、原料ガスを加熱した後に導入させるようにしても良い。同時にアルゴンガスもキャリアガス供給経路64を介して、真空チャンバ42へ導入させる。
Using the
その後、高周波電極46により真空チャンバ42の内部に高周波電圧を印加させることにより、シリコーン原料のガスが電離してプラズマ化され、基体28の表面で重合することで、シリコーンポリマーが形成される。このようにプラズマ重合によりシリコーンポリマーを形成することで、基体50上にシリコーンポリマー膜16を形成することができる。
Thereafter, a high-frequency voltage is applied to the inside of the
シリコーンポリマー膜を形成した後に、該シリコーンポリマー膜が分解する温度より低い温度で熱処理することができる。具体的には、上記のようにして形成されたシリコーンポリマー膜は、大気または窒素などの不活性ガス雰囲気中にて25〜400℃でアニール処理を行うことにより、成膜されたシリコーンポリマーの内部に含まれる原料等が蒸発して、シリコーンポリマー膜の不純物を低減し、該ポリマー膜をより硬化させることができる。 After the silicone polymer film is formed, heat treatment can be performed at a temperature lower than the temperature at which the silicone polymer film decomposes. Specifically, the silicone polymer film formed as described above is subjected to an annealing treatment at 25 to 400 ° C. in an inert gas atmosphere such as air or nitrogen, so that the inside of the formed silicone polymer is As a result, the raw material contained in the material evaporates, impurities in the silicone polymer film are reduced, and the polymer film can be further cured.
2.酸化シリコン膜の形成方法
上記1.で述べた成膜方法によって形成されたシリコーンポリマー膜に、含酸素雰囲気において、高エネルギー線、例えばエキシマランプ等により紫外線を照射することにより、シリコーンポリマー膜のポリマーを酸化シリコンに変えて、酸化シリコン膜を形成する。このような含酸素雰囲気は、0.1Pa以上の酸素分圧があればよく、大気圧下、加圧下あるいは減圧下でもよい。このような含酸素雰囲気は、例えば、窒素やアルゴンなどの不活性ガスに酸素および/または酸素化合物が含まれる。すなわち、含酸素雰囲気は、酸素または酸素化合物を含むことができ、あるいは酸素と酸素化合物の両者を含んでもよい。酸素化合物としては、水,オゾンなどを用いることができる。含酸素雰囲気は、酸素分圧が0.1Pa以上であればよい。酸素化合物を用いる場合には、酸素化合物を酸素に換算したときの分圧を酸素分圧として採用することができる。酸素化合物として水を用いる場合には、例えば水の露点が−80℃以上の雰囲気を用いることができる。
2. Method for forming silicon oxide film By irradiating the silicone polymer film formed by the film forming method described above in ultraviolet rays with a high energy ray such as an excimer lamp in an oxygen-containing atmosphere, the polymer of the silicone polymer film is changed to silicon oxide. A film is formed. Such an oxygen-containing atmosphere may have an oxygen partial pressure of 0.1 Pa or more, and may be under atmospheric pressure, under pressure, or under reduced pressure. Such an oxygen-containing atmosphere includes, for example, oxygen and / or an oxygen compound in an inert gas such as nitrogen or argon. That is, the oxygen-containing atmosphere can contain oxygen or an oxygen compound, or may contain both oxygen and an oxygen compound. As the oxygen compound, water, ozone, or the like can be used. The oxygen-containing atmosphere may be an oxygen partial pressure of 0.1 Pa or more. When using an oxygen compound, the partial pressure when the oxygen compound is converted to oxygen can be adopted as the oxygen partial pressure. When water is used as the oxygen compound, for example, an atmosphere having a water dew point of −80 ° C. or higher can be used.
シリコーンポリマーが酸化シリコンに変わるメカニズムは、以下のようであると考えられる。すなわち、含酸素雰囲気および膜中に存在する酸素分子が、高エネルギー線によってOラジカルやOHラジカルなどの活性種に変化する。これらの活性種がシリコーンポリマー膜の有機基(例えばシリコーン原料が有するアルキル基などの有機基)をシラノール基に置換し、そのシラノール基同士が脱水反応によりシロキサン結合を形成して架橋することによって酸化シリコンとなる。 The mechanism by which the silicone polymer is changed to silicon oxide is considered as follows. That is, oxygen molecules present in the oxygen-containing atmosphere and the film are changed to active species such as O radicals and OH radicals by high energy rays. These active species oxidize by replacing the organic groups of the silicone polymer film (for example, organic groups such as alkyl groups of silicone raw materials) with silanol groups, and the silanol groups form a siloxane bond through a dehydration reaction and crosslink. It becomes silicon.
含酸素雰囲気において高エネルギー線を照射した後に、熱処理を行うことにより、酸化シリコン膜に残留する水分やシラノール基をより確実に除去できる。熱処理の温度は、たとえば500℃以下、好ましくは300〜500℃で行うことができる。300℃程度で、膜中に残留する水を脱離させることができ、500℃程度で、膜中のシラノール基を除去できる。このような脱水処理を行うことにより、水分やシラノール等の酸化シリコン膜内に存在する親水成分を低減することができるので、酸化シリコン膜の表面に付着した水分が酸化シリコン膜の内部に吸収されることが抑制され、その結果、酸化シリコン膜に耐吸湿性を付与することができる。このような酸化シリコン膜は、例えば電子デバイスの絶縁膜や保護膜として好適である。 By performing heat treatment after irradiating high energy rays in an oxygen-containing atmosphere, moisture and silanol groups remaining in the silicon oxide film can be more reliably removed. The temperature of heat processing is 500 degrees C or less, for example, Preferably it can carry out at 300-500 degreeC. Water remaining in the film can be eliminated at about 300 ° C., and silanol groups in the film can be removed at about 500 ° C. By performing such dehydration treatment, moisture components such as moisture and silanol that are present in the silicon oxide film can be reduced, so that moisture adhering to the surface of the silicon oxide film is absorbed into the silicon oxide film. As a result, moisture absorption resistance can be imparted to the silicon oxide film. Such a silicon oxide film is suitable as an insulating film or a protective film of an electronic device, for example.
シリコーンポリマー膜は、その全体を酸化シリコン膜に変えることもでき、あるいは、その一部(例えば表面)のみを酸化シリコン膜に変えることもできる。前者の場合、酸化シリコン膜は、例えば電子デバイスの絶縁膜として利用でき、後者の場合、シリコーンポリマー膜の表面に形成された酸化シリコン膜はシリコーンポリマー膜の親水化や硬質化などを目的とした改質膜としての機能を有することができる。 The silicone polymer film can be entirely changed to a silicon oxide film, or only a part (for example, the surface) of the silicone polymer film can be changed to a silicon oxide film. In the former case, the silicon oxide film can be used, for example, as an insulating film of an electronic device. In the latter case, the silicon oxide film formed on the surface of the silicone polymer film is intended to make the silicone polymer film hydrophilic or hardened. It can have a function as a modified film.
3.実施例
3.1.実施例1
上記の成膜法に従って、シリコン基板上に酸化シリコン膜を成膜した例を示す。
3. Example 3.1. Example 1
An example in which a silicon oxide film is formed over a silicon substrate in accordance with the above film formation method will be described.
シリコン基板として5インチのCZウェハ(1Ωcm以上、コマツ電子金属製)を用い、シリコーン原料としてオクタメチルトリシロキサンを使用した。 A 5-inch CZ wafer (1 Ωcm or more, manufactured by Komatsu Electronic Metals) was used as the silicon substrate, and octamethyltrisiloxane was used as the silicone raw material.
シリコーンポリマー膜を成膜するプラズマ重合条件は、次の通りである。 Plasma polymerization conditions for forming the silicone polymer film are as follows.
RF周波数:13.56MHz
RF出力:300W
シリコーン原料−アルゴン混合ガス流量:60sccm
チャンバ内の圧力:6Pa
ステージの温度:25℃
この例では、成膜されたシリコーンポリマー膜をさらにホットプレート上で200℃で2分間アニールした。この条件で形成したシリコーンポリマー膜の膜厚および平均膜密度をX線反射率測定装置(理学電機製「ATX−G」)により評価したところ、膜厚は204nmであり、膜密度は1.25g/cm3であった。
RF frequency: 13.56 MHz
RF output: 300W
Silicone raw material-Argon mixed gas flow rate: 60 sccm
Pressure in the chamber: 6Pa
Stage temperature: 25 ° C
In this example, the formed silicone polymer film was further annealed at 200 ° C. for 2 minutes on a hot plate. When the film thickness and average film density of the silicone polymer film formed under these conditions were evaluated using an X-ray reflectivity measuring apparatus (“ATX-G” manufactured by Rigaku Corporation), the film thickness was 204 nm and the film density was 1.25 g. / Cm 3 .
また、図2に、フーリエ変換赤外吸収分光装置(Nicolet製「Magna750」)を用いて測定した上記シリコーンポリマー膜の赤外吸収スペクトルを示す。図2より、シリコーンポリマー膜に、CH3基、Si−CH3結合およびSi−O結合が含まれていることが確認できた。 FIG. 2 shows an infrared absorption spectrum of the silicone polymer film measured using a Fourier transform infrared absorption spectrometer (“Magna 750” manufactured by Nicolet). From FIG. 2, it was confirmed that the silicone polymer film contained CH 3 groups, Si—CH 3 bonds, and Si—O bonds.
つぎに、酸素を含む窒素雰囲気において上記のシリコーンポリマー膜にエキシマランプで波長172nmの紫外線を照射し、酸化シリコン膜を形成した。図3に、膜厚および平均膜密度の紫外線照射時間依存性を示す。この例では、窒素雰囲気中の酸素分圧は0.8Paであった。また、雰囲気の圧力は101kPaであった。図3より、紫外線の照射時間の増大に伴って、シリコーンポリマー膜の膜厚は減少し、平均膜密度は増加することが分かった。紫外線を90分照射した後の膜の平均膜密度は1.90g/cm3であり、この平均膜密度は一般的な酸化シリコンの密度2.2g/cm3とほぼ等しいことが確認された。 Next, in a nitrogen atmosphere containing oxygen, the silicone polymer film was irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 172 nm with an excimer lamp to form a silicon oxide film. FIG. 3 shows the ultraviolet irradiation time dependence of the film thickness and the average film density. In this example, the oxygen partial pressure in the nitrogen atmosphere was 0.8 Pa. The atmospheric pressure was 101 kPa. FIG. 3 shows that the film thickness of the silicone polymer film decreases and the average film density increases as the irradiation time of ultraviolet rays increases. The average film density of the film after 90 minutes of ultraviolet irradiation was 1.90 g / cm 3 , and this average film density was confirmed to be approximately equal to the general silicon oxide density of 2.2 g / cm 3 .
また、図4は、シリコーンポリマー膜に紫外線を90分照射した後の膜の赤外吸収スペクトルである。図2に示す、紫外線を照射していないシリコーンポリマー膜の赤外吸収スペクトルと比較すると、図4に示すスペクトルでは、CH3基、Si−CH3結合が消失しているのが明らかである。すなわち、プラズマ重合で形成したシリコーンポリマー膜に紫外線を照射することにより、シリコーンポリマーが有する有機基を奪うことにより、酸化シリコン膜となることが確認された。 FIG. 4 is an infrared absorption spectrum of the film after the silicone polymer film is irradiated with ultraviolet rays for 90 minutes. Compared with the infrared absorption spectrum of the silicone polymer film not irradiated with ultraviolet rays shown in FIG. 2, it is clear that the CH 3 group and the Si—CH 3 bond disappear in the spectrum shown in FIG. That is, it was confirmed that the silicon polymer film formed by plasma polymerization was irradiated with ultraviolet rays to deprive the organic group of the silicone polymer, thereby forming a silicon oxide film.
さらに、図5は、二次イオン質量分析装置(CAMECA製「IMS−4F」)を用いて測定した、紫外線を90分照射した後の膜における炭素および窒素の膜厚方向の濃度分布である。炭素および窒素の膜中での濃度は、それぞれ3×1019〜3×1020個/cm3および5×1019〜2×1020個/cm3であることが分かった。シリカガラスの原子密度が7×1022個/cm3であることを考慮すると、本実施例で得られた酸化シリコン膜にはいずれの元素も1at%以下の不純物レベルの濃度しか含まれていないことが分かった。 Further, FIG. 5 shows the concentration distribution in the film thickness direction of carbon and nitrogen in the film after being irradiated with ultraviolet rays for 90 minutes, measured using a secondary ion mass spectrometer (“IMS-4F” manufactured by CAMECA). The concentrations of carbon and nitrogen in the film were found to be 3 × 10 19 to 3 × 10 20 atoms / cm 3 and 5 × 10 19 to 2 × 10 20 atoms / cm 3 , respectively. Considering that the atomic density of silica glass is 7 × 10 22 pieces / cm 3 , the silicon oxide film obtained in this example contains only an impurity level concentration of 1 at% or less. I understood that.
以上の実施例から、以下のことが確認された。すなわち、シリコーン原料をプラズマ重合によって重合することにより、基体上にシリコーンポリマー膜を形成することができる。さらに、このシリコーンポリマー膜に含酸素雰囲気中で紫外線を照射することによって該ポリマー膜を酸化シリコン膜に変換できる。 From the above examples, the following was confirmed. That is, a silicone polymer film can be formed on a substrate by polymerizing a silicone raw material by plasma polymerization. Further, the polymer film can be converted into a silicon oxide film by irradiating the silicone polymer film with ultraviolet rays in an oxygen-containing atmosphere.
3.2.実施例2
幅10mm×長さ30mmのシリコン基板上に、実施例1と同様のシリコーン原料とプラズマ重合条件でシリコーンポリマー膜を成膜した。
3.2. Example 2
A silicone polymer film was formed on a silicon substrate having a width of 10 mm and a length of 30 mm under the same silicone raw material and plasma polymerization conditions as in Example 1.
上記シリコーンポリマー膜に大気雰囲気においてエキシマランプで波長172nmの紫外線を5分照射した後、アニール処理を行った。アニール処理温度は、300℃および450℃であった。得られた膜の赤外吸収スペクトルを図6に示す。図6から、紫外線を5分照射した後の膜、その膜に300℃および450℃のアニール処理を行った膜のいずれにおいても、CH3基、Si−CH3結合がほぼ同程度だけ残存していることが分かった。すなわち紫外線を5分照射した後の膜、その膜に300℃および450℃のアニール処理を行った膜のいずれにおいても、シリコーンポリマー膜は部分的に酸化シリコン膜に変化していることが確認された。 The silicone polymer film was irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 172 nm for 5 minutes in an air atmosphere with an excimer lamp, and then annealed. The annealing temperature was 300 ° C. and 450 ° C. The infrared absorption spectrum of the obtained film is shown in FIG. From FIG. 6, it can be seen that the CH 3 group and Si—CH 3 bonds remain approximately the same in both the film after the ultraviolet ray irradiation for 5 minutes and the film subjected to annealing treatment at 300 ° C. and 450 ° C. I found out. That is, it was confirmed that the silicone polymer film was partially changed to a silicon oxide film in both the film after being irradiated with ultraviolet rays for 5 minutes and the film subjected to annealing treatment at 300 ° C. and 450 ° C. It was.
また、図6から、紫外線を5分照射した後に300℃および450℃のアニール処理を行った膜では、紫外線を5分照射した後の膜と比較して、処理温度の上昇に伴って水とシラノール基が減少しているのが明らかである。すなわち、紫外線を照射した後の膜に残存した水とシラノール基がアニール処理によって除去されたことが確認された。 Further, from FIG. 6, in the film subjected to annealing at 300 ° C. and 450 ° C. after being irradiated with ultraviolet rays for 5 minutes, water and water are increased as the treatment temperature is increased as compared with the film after being irradiated with ultraviolet rays for 5 minutes. It is clear that silanol groups are decreasing. That is, it was confirmed that water and silanol groups remaining in the film after irradiation with ultraviolet rays were removed by the annealing treatment.
図7は、上記の紫外線を5分照射した後の膜と、その膜に300℃および450℃のアニール処理を行った膜を、90℃の純水浴で10時間煮沸する前および後に測定した赤外吸収スペクトルを示す。図7において、符号「a」で示すグラフは純水煮沸前のスペクトル、符号「b」で示すグラフは純水煮沸後のスペクトルを示す。図7から、アニール処理温度が高くなるにつれて、純水煮沸処理後でも膜中に含有される水分量が少ないことが明らかである。このことは、紫外線照射後のアニール処理によって膜中の水分やシラノール等の親水成分が低減されたので、純水浴中の水が酸化シリコン膜の内部に吸収されることが抑制されたことによる。すなわち、紫外線照射後のアニール処理によって、酸化シリコン膜に耐吸湿性を付与することができた。 FIG. 7 shows the red film measured before and after boiling the above-mentioned ultraviolet ray for 5 minutes and the film obtained by annealing the film at 300 ° C. and 450 ° C. in a pure water bath at 90 ° C. for 10 hours. An external absorption spectrum is shown. In FIG. 7, the graph indicated by the symbol “a” indicates the spectrum before boiling with pure water, and the graph indicated by the symbol “b” indicates the spectrum after boiling with pure water. From FIG. 7, it is clear that the amount of water contained in the film decreases as the annealing temperature increases, even after pure water boiling. This is due to the fact that water in the film and hydrophilic components such as silanol in the film were reduced by the annealing treatment after the ultraviolet irradiation, so that the water in the pure water bath was suppressed from being absorbed into the silicon oxide film. That is, the silicon oxide film could be provided with moisture absorption resistance by the annealing treatment after the ultraviolet irradiation.
以上の実施例から、以下のことが確認された。すなわち、シリコーン原料からプラズマ重合によって基体上に形成されたシリコーンポリマー膜に照射する紫外線の照射条件を適切に選ぶことによって、該ポリマー膜を部分的に酸化シリコン膜に変換できる。さらに、この部分的に酸化シリコンが形成された膜にアニール処理を行うことによって酸化シリコン膜に耐吸湿性を付与することができる。 From the above examples, the following was confirmed. That is, the polymer film can be partially converted into a silicon oxide film by appropriately selecting the irradiation conditions of the ultraviolet rays that irradiate the silicone polymer film formed on the substrate by plasma polymerization from the silicone raw material. Further, the silicon oxide film can be provided with moisture absorption resistance by performing an annealing treatment on the partially formed silicon oxide film.
4.適用例
本発明にかかる酸化シリコン膜は、例えば、TFT(Thin Film Transistor)、MOSFETなどの素子の層間絶縁膜や保護膜、各種電子機器や機械の部品の表面改質膜、光学部品などのプラスチック製品の表面改質膜などに好適に適用できる。
4). Application Examples Silicon oxide films according to the present invention include, for example, interlayer insulating films and protective films for elements such as TFTs (Thin Film Transistors) and MOSFETs, surface modification films for various electronic equipment and machine parts, and plastics such as optical parts. It can be suitably applied to surface modification films of products.
16 酸化シリコン膜、28 基体、40 成膜装置、42 真空チャンバ、50 処理ステージ、70 原料ガス供給手段 16 silicon oxide film, 28 substrate, 40 film forming apparatus, 42 vacuum chamber, 50 processing stage, 70 source gas supply means
Claims (10)
酸素および酸素化合物の少なくとも一方を含む含酸素雰囲気において、前記シリコーンポリマー膜に高エネルギー線を照射することにより、前記シリコーンポリマー膜を酸化シリコン膜に変える工程と、
を含む、酸化シリコン膜の形成方法。 Forming a silicone polymer film on a substrate;
A step of changing the silicone polymer film to a silicon oxide film by irradiating the silicone polymer film with high energy rays in an oxygen-containing atmosphere containing at least one of oxygen and an oxygen compound;
A method of forming a silicon oxide film.
前記高エネルギー線は、紫外線、電子線およびX線から選択される少なくとも1種である、酸化シリコン膜の形成方法。 In claim 1,
The method for forming a silicon oxide film, wherein the high energy beam is at least one selected from ultraviolet rays, electron beams and X-rays.
前記含酸素雰囲気は、酸素分圧が0.1Pa以上の雰囲気である、酸化シリコン膜の形成方法。 In claim 1 or 2,
The method for forming a silicon oxide film, wherein the oxygen-containing atmosphere is an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.1 Pa or more.
前記シリコーンポリマー膜は、オルガノシロキサン結合を有するシリコーンモノマーおよび/またはシリコーンオリゴマーをプラズマ重合によって重合する、酸化シリコン膜の形成方法。 In either of claims 1 or 3,
The silicone polymer film is a method for forming a silicon oxide film, in which a silicone monomer and / or a silicone oligomer having an organosiloxane bond is polymerized by plasma polymerization.
前記シリコーンモノマーおよび/またはシリコーンオリゴマーは、常温で液体である、酸化シリコン膜の形成方法。 In claim 4,
The method for forming a silicon oxide film, wherein the silicone monomer and / or silicone oligomer is liquid at room temperature.
前記シリコーンモノマーおよび/またはシリコーンオリゴマーは、下記一般式(1)および下記一般式(2)で示される化合物から選択される少なくとも1種である、酸化シリコン膜の形成方法。
The method for forming a silicon oxide film, wherein the silicone monomer and / or the silicone oligomer is at least one selected from compounds represented by the following general formula (1) and the following general formula (2).
前記シリコーンポリマー膜を形成した後に、該シリコーンポリマー膜が分解する温度より低い温度で熱処理する、酸化シリコン膜の形成方法。 In any one of Claims 1 thru | or 6.
A method of forming a silicon oxide film, wherein after forming the silicone polymer film, heat treatment is performed at a temperature lower than a temperature at which the silicone polymer film decomposes.
前記高エネルギー線を照射することにより前記シリコーンポリマー膜を前記酸化シリコン膜に変えた後に、熱処理を行う、酸化シリコン膜の形成方法。 In any one of Claims 1 thru | or 7,
A method for forming a silicon oxide film, comprising performing heat treatment after changing the silicone polymer film to the silicon oxide film by irradiating the high energy beam.
前記シリコーンポリマー膜は、該シリコーンポリマー膜の全体または一部が酸化シリコン膜に変化する、酸化シリコン膜の形成方法。 In any of claims 1 to 8,
The silicone polymer film is a method for forming a silicon oxide film, wherein all or part of the silicone polymer film is changed to a silicon oxide film.
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