JP2022099153A - Film formation method, film formation device, and raw materials for self-assembled monolayer - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、成膜方法、成膜装置、及び自己組織化単分子膜の原料に関する。 The present disclosure relates to a film forming method, a film forming apparatus, and a raw material for a self-assembled monolayer.
特許文献1には、自己組織化単分子膜の原料として、一般式R-SHで表されるチオール系化合物が記載されている。Rは、脂肪族炭化水素基または芳香族炭化水素基であり、水素の一部をハロゲン元素で置き換えてもよい。チオール系化合物として、CH3(CH2)17SH、CH3(CH2)5SH、及びCF3(CF2)7CH2CH2SHなどが例示されている。
本開示の一態様は、金属膜の表面に均質な自己組織化単分子膜を形成する、技術を提供する。 One aspect of the present disclosure provides a technique for forming a homogeneous self-assembled monolayer on the surface of a metal film.
本開示の一態様の成膜方法は、下記(A)~(D)を含む。(A)絶縁膜が露出する第1領域と、金属膜が露出する第2領域とを表面に有する基板を準備する。(B)複数のチオール基(SH基)を含む頭部基と、前記頭部基が一端に付いた鎖部とを一分子中に含む有機化合物を、前記基板の前記表面に供給する。(C)前記第1領域及び前記第2領域のうちの前記第2領域に選択的に前記有機化合物を吸着し、自己組織化単分子膜を形成する。(D)前記自己組織化単分子膜を用い前記第2領域における前記第2絶縁膜の形成を阻害しつつ、前記第1領域に前記第2絶縁膜を形成する。 The film forming method of one aspect of the present disclosure includes the following (A) to (D). (A) A substrate having a first region where the insulating film is exposed and a second region where the metal film is exposed is prepared. (B) An organic compound containing a head group containing a plurality of thiol groups (SH groups) and a chain portion having the head group at one end in one molecule is supplied to the surface of the substrate. (C) The organic compound is selectively adsorbed on the second region of the first region and the second region to form a self-assembled monolayer. (D) Using the self-assembled monolayer, the second insulating film is formed in the first region while inhibiting the formation of the second insulating film in the second region.
本開示の一態様によれば、金属膜の表面に均質な自己組織化単分子膜を形成できる。 According to one aspect of the present disclosure, a homogeneous self-assembled monolayer can be formed on the surface of the metal film.
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same or corresponding configurations may be designated by the same reference numerals and description thereof may be omitted.
先ず、図1及び図2を参照して、本実施形態に係る成膜方法について説明する。成膜方法は、例えば図1に示すステップS1~S3を含む。なお、成膜方法は、ステップS1~S3以外のステップを含んでもよい。また、成膜方法は、ステップS2~S3を複数回繰り返し含んでもよい。 First, the film forming method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The film forming method includes, for example, steps S1 to S3 shown in FIG. The film forming method may include steps other than steps S1 to S3. Further, the film forming method may include steps S2 to S3 repeatedly a plurality of times.
先ず、図1のステップS1では、図2(A)に示すように、基板1を準備する。基板1を準備することは、例えば、図8に示す成膜装置100にキャリアCを搬入することを含む。キャリアCは、複数の基板1を収容する。
First, in step S1 of FIG. 1, the
基板1は、シリコンウェハ又は化合物半導体ウェハ等の下地基板10を有する。化合物半導体ウェハは、特に限定されないが、例えばGaAsウェハ、SiCウェハ、GaNウェハ、又はInPウェハである。
The
基板1は、下地基板10の上に形成される絶縁膜11を有する。絶縁膜11と下地基板10の間に、導電膜等が形成されてもよい。絶縁膜11は、例えば層間絶縁膜である。層間絶縁膜は、好ましくは低誘電率(Low-k)膜である。
The
絶縁膜11は、特に限定されないが、例えばSiO膜、SiN膜、SiOC膜、SiON膜、又はSiOCN膜である。ここで、SiO膜とは、シリコン(Si)と酸素(O)を含む膜という意味である。SiO膜におけるSiとOの原子比は1:1には限定されない。SiN膜、SiOC膜、SiON膜、及びSiOCN膜について同様である。絶縁膜11は、基板1の表面1aに、凹部を有する。凹部は、トレンチ、コンタクトホール又はビアホールである。
The
基板1は、凹部の内部に充填される金属膜12を有する。金属膜12は特に限定されないが、例えば、Cu膜、Co膜、Ru膜、又はW膜である。
The
基板1は、凹部に沿って形成されるバリア膜13を更に有する。バリア膜13は、金属膜12から絶縁膜11への金属拡散を抑制する。バリア膜13は、特に限定されないが、例えば、TaN膜、又はTiN膜である。ここで、TaN膜とは、タンタル(Ta)と窒素(N)を含む膜という意味である。TaN膜におけるTaとNの原子比は1:1には限定されない。TiN膜について同様である。
The
表1に、絶縁膜11と、金属膜12と、バリア膜13との具体例をまとめて示す。
Table 1 summarizes specific examples of the insulating
なお、絶縁膜11と、金属膜12と、バリア膜13との組み合わせは、特に限定されない。
The combination of the insulating
図2(A)に示すように、基板1は、その表面1aに、絶縁膜11が露出する第1領域A1と、金属膜12が露出する第2領域A2とを有する。また、基板1は、その表面1aに、バリア膜13が露出する第3領域A3を更に有してもよい。第3領域A3は、第1領域A1と第2領域A2の間に形成される。なお、基板1の構造は、後述するように、図2(A)に示す構造には限定されない。
As shown in FIG. 2A, the
基板1は、図1のステップS2に供される前に、自然酸化膜を除去するステップに供されてもよい。自然酸化膜は、金属膜12の表面に形成される。自然酸化膜の除去は、例えば、基板1の表面1aに対して水素(H2)ガスを供給することを含む。水素ガスは、自然酸化膜を還元し、除去する。水素ガスは、化学反応を促進すべく、高温に加熱されてもよい。また、水素ガスは、化学反応を促進すべく、プラズマ化されてもよい。
The
自然酸化膜の除去は、ドライ処理には限定されず、ウェット処理であってもよい。例えば、自然酸化膜の除去は、基板1の表面1aに対してクエン酸(C(OH)(CH2COOH)2COOH)等の溶液を供給してもよい。その後、基板1は、純水等で洗浄され、乾燥される。
The removal of the natural oxide film is not limited to the dry treatment, and may be a wet treatment. For example, for removing the natural oxide film, a solution such as citric acid (C (OH) (CH 2 COOH) 2 COOH) may be supplied to the
次に、図1のステップS2では、図2(B)に示すように、基板1の表面1aに対してSAM17の原料である有機化合物を供給する。上記の有機化合物は、本実施形態では気体の状態で供給されるが、液体の状態で供給されてもよい。有機化合物は、詳しくは後述するが、チオール基を含む。
Next, in step S2 of FIG. 1, as shown in FIG. 2 (B), the organic compound which is the raw material of
チオール基は、絶縁膜11に比べて金属膜12に化学吸着しやすい。それゆえ、第1領域A1及び第2領域A2のうちの第2領域A2に選択的に、有機化合物を化学吸着でき、SAM17を形成できる。なお、チオール基は、金属膜12に比べてバリア膜13には化学吸着しにくい。従って、第3領域A3には、SAM17が形成されなくてもよい。
The thiol group is more easily chemisorbed on the
次に、図1のステップS3では、図2(C)に示すように、基板1の表面1aに対して第2絶縁膜18の原料である原料ガスを供給し、SAM17を用い第2領域A2における第2絶縁膜18の形成を阻害しつつ、第1領域A1に第2絶縁膜18を形成する。第2絶縁膜18は、絶縁膜11の上に形成され、金属膜12の上には形成されない。なお、第2絶縁膜18は、バリア膜13の上にも形成されてもよい。
Next, in step S3 of FIG. 1, as shown in FIG. 2C, the raw material gas, which is the raw material of the second insulating
第2絶縁膜18は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、又はALD(Atomoic Layer Deposition)法で形成される。第2絶縁膜18は、特に限定されないが、例えばAlO膜、SiO膜、SiN膜、ZrO膜、又はHfO膜等である。ここで、AlO膜とは、アルミニウム(Al)と酸素(O)を含む膜という意味である。AlO膜におけるAlとOの原子比は1:1には限定されない。SiO膜、SiN膜、ZrO膜、及びHfO膜について同様である。第2絶縁膜18は、絶縁膜11と同じ材質の膜でもよいし、異なる材質の膜でもよい。
The second insulating
AlO膜をALD法で形成する場合、TMA(トリメチルアルミニウム)ガスなどのAl含有ガスと、水蒸気(H2Oガス)などの酸化ガスとが、基板1の表面1aに対して交互に供給される。水蒸気は疎水性のSAM17に吸着しないので、AlOは第1領域A1に選択的に堆積する。Al含有ガス及び酸化ガスの他に、水素ガス等の改質ガスが基板1に対して供給されてもよい。これらの原料ガスは、化学反応を促進すべく、プラズマ化されてもよい。また、これらの原料ガスは、化学反応を促進すべく、加熱されてもよい。
When the AlO film is formed by the ALD method, an Al-containing gas such as TMA (trimethylaluminum) gas and an oxidizing gas such as water vapor ( H2O gas) are alternately supplied to the
HfO膜をALD法で形成する場合、テトラキスジメチルアミドハフニウム(TDMAH:Hf[N(CH3)2]4)ガス等のHf含有ガスと、水蒸気(H2Oガス)等の酸化ガスとが、基板1の表面1aに対して交互に供給される。水蒸気は疎水性のSAM17に吸着しないので、HfOは第1領域A1に選択的に堆積する。Hf含有ガス及び酸化ガスの他に、水素ガス等の改質ガスが基板1に対して供給されてもよい。これらの原料ガスは、化学反応を促進すべく、プラズマ化されてもよい。また、これらの原料ガスは、化学反応を促進すべく、加熱されてもよい。
When the HfO film is formed by the ALD method, an Hf-containing gas such as tetrakisdimethylamide hafnium (TDHA: Hf [N (CH 3 ) 2 ] 4 ) gas and an oxidizing gas such as water vapor (H 2 O gas) are used. It is alternately supplied to the
次に、図3を参照して、従来例に係るSAM117の原料である有機化合物について説明する。従来例の有機化合物は、1つのチオール基(SH基)を含む頭部基と、その頭部基が一端に付いた鎖部とを一分子中に含む。特許文献1には、CH3(CH2)17SH、CH3(CH2)5SH、及びCF3(CF2)7CH2CH2SHなどが例示されている。
Next, with reference to FIG. 3, the organic compound which is the raw material of SAM117 according to the conventional example will be described. The conventional organic compound contains a head group containing one thiol group (SH group) and a chain portion having the head group at one end in one molecule.
図3(B)に示すように、有機化合物のS原子が金属膜112の表面に化学吸着することで、SAM117が形成される。SAM117は有機化合物の鎖部を含んでおり、その鎖部は分子間相互作用によって配向することがある。 As shown in FIG. 3B, the S atom of the organic compound is chemically adsorbed on the surface of the metal film 112 to form SAM117. SAM117 contains a chain of organic compounds, the chain of which may be oriented by intramolecular interaction.
配向が強い場合、配向の向きの異なる複数のSAM117が金属膜112の表面に形成されることがある。配向の向きの異なる複数のSAM117の境界には、隙間118が生じてしまう。その隙間118に第2絶縁膜18の原料ガスが供給されると、第2絶縁膜18が堆積してしまう。
When the orientation is strong, a plurality of SAM117s having different orientations may be formed on the surface of the metal film 112. A
隙間118が生じてしまう問題は、鎖部の配向が強い場合に顕著であり、鎖部がアルキル基である場合に顕著である。アルキル基は、脂肪族飽和炭化水素からH原子1個を除いた残りの炭化水素基の総称である。アルキル基はC原子とH原子を含み、C-H結合の極性によって分子間相互作用が生じ、強い配向が生じると考えられる。
The problem that the
一方、有機化合物の鎖部がH原子の代わりにF原子を含む場合、鎖部同士の分子間相互作用が小さい。従って、配向が弱く、均質なSAMが形成されやすく、隙間118が形成され難い。但し、有機フッ素化合物は、一般的に使用しないことが望まれている。
On the other hand, when the chain portion of the organic compound contains an F atom instead of the H atom, the intramolecular interaction between the chain portions is small. Therefore, the orientation is weak, a homogeneous SAM is likely to be formed, and the
本実施形態に係るSAM17の原料は、複数のチオール基(SH基)を含む頭部基と、その頭部基が一端に付いた鎖部とを一分子中に含む。例えば、SAM17の原料は、下記の一般式(1)で表される。 The raw material of SAM17 according to the present embodiment contains a head group containing a plurality of thiol groups (SH groups) and a chain portion having the head group attached to one end in one molecule. For example, the raw material of SAM17 is represented by the following general formula (1).
上記の一般式(1)において、R0は鎖部であり、残りのR1、R2、R3及びCが頭部基である。R0は、フッ素(F)を含まないことが好ましい。また、R0は、フッ素以外のハロゲン元素をも含まないことが好ましい。フッ素以外のハロゲン元素は、塩素(Cl)、臭素(Br)又はヨウ素(I)である。なお、R0は、フッ素を含まないことが好ましいが、フッ素を含んでもよい。 In the above general formula (1), R0 is a chain portion, and the remaining R1, R2, R3 and C are head groups. R0 preferably does not contain fluorine (F). Further, it is preferable that R0 does not contain a halogen element other than fluorine. Halogen elements other than fluorine are chlorine (Cl), bromine (Br) or iodine (I). Although R0 preferably does not contain fluorine, it may contain fluorine.
R0は、例えば、C原子の数が6個以上100個以下のアルキル基である。鎖部のC原子の数が6個以上であれば、鎖部の長さが長く、鎖部が金属膜12の表面を緻密に被覆でき、第2絶縁膜18の堆積を抑制できる。一方、鎖部のC原子の数が100個以下であれば、頭部が金属膜12の表面と接触しやすく、吸着反応が進みやすい。
R0 is, for example, an alkyl group having 6 or more and 100 or less C atoms. When the number of C atoms in the chain portion is 6 or more, the length of the chain portion is long, the chain portion can densely cover the surface of the
R0は、好ましくは、C原子の数が6個以上100個以下の直鎖アルキル基である。直鎖アルキル基は、螺旋状の構造、又は折り畳まれた構造を呈しやすい。従って、直鎖アルキル基は、金属膜12の表面を緻密に被覆でき、第2絶縁膜18の堆積を抑制できる。
R0 is preferably a linear alkyl group having 6 or more and 100 or less C atoms. The linear alkyl group tends to exhibit a spiral structure or a folded structure. Therefore, the linear alkyl group can densely cover the surface of the
R1、R2及びR3は、それぞれ、有機基又は水素である。R1、R2及びR3の少なくとも1つがチオール基を含む。R1、R2及びR3の1つのみが複数のチオール基を含んでもよいし、R1、R2及びR3がそれぞれチオール基を含んでもよい。頭部基が複数のチオール基を含めばよい。 R1, R2 and R3 are organic groups or hydrogen, respectively. At least one of R1, R2 and R3 contains a thiol group. Only one of R1, R2 and R3 may contain a plurality of thiol groups, or R1, R2 and R3 may each contain a thiol group. The head group may contain a plurality of thiol groups.
次に、図4(A)を参照して、一実施形態に係る有機化合物の頭部基に含まれるS原子の配置について説明する。図4(A)は、Cu膜に化学吸着するS原子の配置を示す。S原子は、チオール基を構成するものである。S原子は、一般的に、3つのCu原子の中央に配置されることが知られている。 Next, the arrangement of S atoms contained in the head group of the organic compound according to the embodiment will be described with reference to FIG. 4 (A). FIG. 4A shows the arrangement of S atoms chemically adsorbed on the Cu film. The S atom constitutes a thiol group. It is known that the S atom is generally arranged in the center of three Cu atoms.
Cu原子の原子半径は128pmであり、S原子は図4(A)のひし形の領域C(面積85134pm2)に1つずつ存在する。従来例の有機化合物の頭部基は、1つのチオール基を含み、1つのS原子を含む。この場合、Cu膜の表面におけるSAMの面密度は、1分子/85134pm2である。 The atomic radius of the Cu atom is 128 pm, and one S atom is present in the diamond-shaped region C (area 85134 pm 2 ) of FIG. 4 (A). The head group of the conventional organic compound contains one thiol group and one S atom. In this case, the surface density of SAM on the surface of the Cu film is 1 molecule / 85134 pm 2 .
一方、本実施形態の有機化合物の頭部基は、n(nは2以上の整数)個のチオール基を含み、n個のS原子を含む。それゆえ、従来例に比べて、Cu膜の表面におけるSAMの面密度を1/n倍に下げることができる。この効果は、Cu膜以外の金属膜でも得られる。Cu膜以外の候補は、後述する。 On the other hand, the head group of the organic compound of the present embodiment contains n (n is an integer of 2 or more) thiol groups and n S atoms. Therefore, the surface density of SAM on the surface of the Cu film can be reduced by 1 / n times as compared with the conventional example. This effect can be obtained with a metal film other than the Cu film. Candidates other than the Cu film will be described later.
本実施形態によれば、鎖部同士の距離を広げることができ、鎖部同士の分子間相互作用を低減できる。その結果、鎖部の配向の強さを弱めることができ、金属膜12の表面に均質なSAM17を形成できる。従って、金属膜12の表面における第2絶縁膜18の堆積を抑制できる。
According to this embodiment, the distance between the chain portions can be increased, and the intramolecular interaction between the chain portions can be reduced. As a result, the strength of the orientation of the chain portion can be weakened, and a
有機化合物の頭部基は、好ましくは3個以上のチオール基を含む。図4(B)に示すように頭部基が3個のチオール基を含む場合、Cu膜の表面におけるSAMの面密度は、1分子/255402pm2である。なお、図4(B)に示すC1~C4は、図5(A)及び図5(B)に示すC1~C4と同じC原子である。 The head group of the organic compound preferably contains 3 or more thiol groups. As shown in FIG. 4B, when the head group contains three thiol groups, the surface density of SAM on the surface of the Cu film is 1 molecule / 255402 pm 2 . Note that C1 to C4 shown in FIG. 4 (B) are the same C atoms as C1 to C4 shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B).
本発明者の知見によれば、SAM原料であるシランカップリング剤を酸化シリコン膜に化学吸着する場合には、シランカップリング剤の鎖部であるアルキル鎖の配向が認められない。酸化シリコン膜の表面におけるSAMの面密度は、1分子/227023pm2である。 According to the findings of the present inventor, when the silane coupling agent, which is a raw material for SAM, is chemically adsorbed on the silicon oxide film, the orientation of the alkyl chain, which is the chain portion of the silane coupling agent, is not recognized. The surface density of SAM on the surface of the silicon oxide film is 1 molecule / 227023 pm 2 .
有機化合物の頭部基が3個以上のチオール基を含む場合、Cu膜の表面におけるSAMの面密度を、酸化シリコン膜の表面におけるSAMの面密度よりも下げることができる。従って、鎖部の配向の強さを弱めることができ、金属膜12の表面に均質なSAM17を形成できる。
When the head group of the organic compound contains three or more thiol groups, the areal density of SAM on the surface of the Cu film can be lower than the areal density of SAM on the surface of the silicon oxide film. Therefore, the strength of the orientation of the chain portion can be weakened, and a
有機化合物の頭部基は、好ましくは6個以下のチオール基を含む。頭部基に含まれるチオール基の数が6個以下であれば、Cu膜の表面におけるSAM17の分子密度が高く、SAM17が第2絶縁膜18の堆積を抑制しやすい。
The head group of the organic compound preferably contains 6 or less thiol groups. When the number of thiol groups contained in the head group is 6 or less, the molecular density of SAM17 on the surface of the Cu film is high, and SAM17 tends to suppress the deposition of the second insulating
金属膜12の金属元素は、Cuには限定されない。金属膜12の金属元素は、例えば、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Pd、Ag、Pt、及びAuから選ばれる1つ以上であればよい。上記の金属元素には、いずれも、チオール基が化学吸着できる。
The metal element of the
表2に、上記の金属元素の原子半径及び共有結合半径と、C原子の共有結合半径と、S原子の共有結合半径とを示す。 Table 2 shows the atomic radius and the covalent radius of the metal element, the covalent radius of the C atom, and the covalent radius of the S atom.
表2に示すように、上記の金属元素の原子半径は、124pm~144pmである。例えば、Cu原子の原子半径は、128pmである。3つのCu原子の中央に吸着サイトが存在し、その吸着サイトの中心同士の距離は457pmである。 As shown in Table 2, the atomic radii of the above metal elements are 124 pm to 144 pm. For example, the atomic radius of a Cu atom is 128 pm. An adsorption site exists in the center of the three Cu atoms, and the distance between the centers of the adsorption sites is 457 pm.
頭部基の構造をほとんど歪めることなく、複数のS原子を複数の吸着サイトに配置できれば、安定的にS原子を金属膜12に化学吸着できる。そこで、次に、S原子とS原子の中心同士の距離について説明する。
If a plurality of S atoms can be arranged at a plurality of adsorption sites without distorting the structure of the head group, the S atoms can be stably chemically adsorbed on the
図5は、R1、R2及びR3がそれぞれCH2SHである場合の頭部基を示す。図5に示す4つのC原子(C2~C5)は、中央のC原子(C1)との間に4つのsp3混成軌道を形成し、正四面体構造を形成する。C5は、有機化合物の鎖部の一端である。C2、C3及びC4には、S原子がつながっている。 FIG. 5 shows a head group when R1, R2 and R3 are CH 2 SH, respectively. The four C atoms (C2 to C5) shown in FIG. 5 form four sp3 hybrid orbitals with the central C atom (C1) to form a regular tetrahedral structure. C5 is one end of a chain portion of an organic compound. An S atom is connected to C2, C3 and C4.
下記(1)~(4)が成立する場合、C1とC2とSの結合に歪みが無い。(1)C1とC2とC3のなす角は109.5°である。(2)C1とC2とSのなす角も109.5°である。(3)C1とC2の中心同士の距離は、154pmである。(4)C2とSの中心同士の距離は、182pmである。 When the following (1) to (4) are satisfied, there is no distortion in the bond between C1, C2 and S. (1) The angle formed by C1, C2 and C3 is 109.5 °. (2) The angle formed by C1, C2 and S is also 109.5 °. (3) The distance between the centers of C1 and C2 is 154 pm. (4) The distance between the centers of C2 and S is 182 pm.
上記(1)~(4)の条件を満たしながら、C1とC2の中心同士を結ぶ直線を中心にSを回転させると、S原子とS原子の中心同士の距離が変化する。その距離が最短になる構造を図5(A)に示し、その距離が最長になる構造を図5(B)に示す。図5(A)及び図5(B)では、3つのS原子は正三角形の頂点に配置される。 When S is rotated around a straight line connecting the centers of C1 and C2 while satisfying the above conditions (1) to (4), the distance between the centers of S atoms and S atoms changes. The structure in which the distance is the shortest is shown in FIG. 5 (A), and the structure in which the distance is the longest is shown in FIG. 5 (B). In FIGS. 5 (A) and 5 (B), the three S atoms are arranged at the vertices of an equilateral triangle.
S原子とS原子の中心同士の距離は、251pm~449pmの範囲で変化する。その上限値(449ppm)は、吸着サイトの中心同士の距離(457pm)に近い。従って、頭部基の構造をほとんど歪めることなく、S原子を吸着サイトに配置でき、S原子を金属膜12に安定的に化学吸着できる。
The distance between the S atom and the center of the S atom varies in the range of 251 pm to 449 pm. The upper limit (449 ppm) is close to the distance between the centers of the adsorption sites (457 pm). Therefore, the S atom can be arranged at the adsorption site without distorting the structure of the head group, and the S atom can be stably chemically adsorbed on the
なお、金属膜12の金属元素は、表2に示す金属元素以外であってもよい。例えば、Rh、Cd、Os、及びIrのいずれにも、チオール基は吸着できる。従って、金属膜12は、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Pd、Ag、Pt、Au、Rh、Cd、Os、及びIrから選ばれる1つ以上の金属元素を含む、単金属又は合金であればよく、好ましくは単金属である。
The metal element of the
複数のチオール基を最短経路でつなぐC原子の数(複数のチオール基間に設けられる最小のC原子の数)は、2以上であればよい。C原子の数が多いほど、関節の数が多く、自由度が高く、S原子とS原子の中心同士の距離の取りうる範囲が広がる。最短の距離は短くなり、最長の距離は長くなる。 The number of C atoms connecting the plurality of thiol groups by the shortest path (the minimum number of C atoms provided between the plurality of thiol groups) may be 2 or more. The larger the number of C atoms, the larger the number of joints, the higher the degree of freedom, and the wider the range in which the distance between the S atom and the center of the S atom can be taken. The shortest distance is shorter and the longest distance is longer.
S原子とS原子の中心同士の距離の取りうる範囲が広がるほど、S原子を吸着サイトに配置しやすくなる。但し、関節の数が多過ぎると、自由度が高過ぎ、制御が困難になる。複数のチオール基を最短経路でつなぐC原子の数は、好ましくは3~10である。 The wider the range in which the distance between the S atom and the center of the S atom can be taken, the easier it is to place the S atom at the adsorption site. However, if the number of joints is too large, the degree of freedom is too high and control becomes difficult. The number of C atoms connecting a plurality of thiol groups by the shortest path is preferably 3 to 10.
次に、図6を参照して、第1変形例に係る基板1の処理について説明する。本変形例の基板1は、図6(A)に示すように、その表面1aに、ライナー膜14が露出する第4領域A4を更に有する。第4領域A4は、第2領域A2と第3領域A3の間に形成される。ライナー膜14は、バリア膜13の上に形成され、金属膜12の形成を支援する。金属膜12は、ライナー膜14の上に形成される。ライナー膜14は、特に限定されないが、例えば、Co膜、又はRu膜である。
Next, the processing of the
表3に、絶縁膜11と、金属膜12と、バリア膜13と、ライナー膜14との具体例をまとめて示す。
Table 3 summarizes specific examples of the insulating
なお、絶縁膜11と、金属膜12と、バリア膜13と、ライナー膜14との組み合わせは、特に限定されない。
The combination of the insulating
SAM17の原料である有機化合物のチオール基は、絶縁膜11に比べてライナー膜14にも化学吸着しやすい。それゆえ、本変形例のステップS2では、図6(B)に示すように、第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3及び第4領域A4のうちの第2領域A2及び第4領域A4に選択的に、有機化合物を化学吸着でき、SAM17を形成できる。SAM17は、第1領域A1及び第3領域A3には形成されない。
The thiol group of the organic compound, which is the raw material of
また、本変形例のステップS3では、図6(C)に示すように、SAM17を用い第2領域A2及び第4領域A4における第2絶縁膜18の形成を阻害しつつ、第1領域A1及び第3領域A3に第2絶縁膜18を形成する。第2絶縁膜18は、絶縁膜11とバリア膜13の上に形成され、金属膜12とライナー膜14の上には形成されない。
Further, in step S3 of this modification, as shown in FIG. 6C, SAM17 is used to inhibit the formation of the second insulating
次に、図7を参照して、第2変形例に係る基板1の処理について説明する。本変形例の基板1は、図7(A)に示すように、金属膜12がキャップ膜である。絶縁膜11の凹部には、金属膜12とは異なる金属で形成される第2金属膜15が埋め込まれる。第2金属膜15の上に金属膜12が形成され、金属膜12は第2金属膜15を覆う。
Next, the process of the
表4に、絶縁膜11と、金属膜(キャップ膜)12と、バリア膜13と、ライナー膜14と、第2金属膜15との具体例をまとめて示す。
Table 4 summarizes specific examples of the insulating
なお、絶縁膜11と、金属膜12と、バリア膜13と、ライナー膜14と、第2金属膜15との組み合わせは、特に限定されない。
The combination of the insulating
本変形例のステップS2では、図7(B)に示すように、第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3及び第4領域A4のうちの第2領域A2及び第4領域A4に選択的に、有機化合物を化学吸着でき、SAM17を形成できる。SAM17は、第1領域A1及び第3領域A3には形成されない。 In step S2 of this modification, as shown in FIG. 7B, the second region A2 and the fourth region A4 of the first region A1, the second region A2, the third region A3, and the fourth region A4 are formed. Optionally, the organic compound can be chemically adsorbed and SAM17 can be formed. SAM17 is not formed in the first region A1 and the third region A3.
また、本変形例のステップS3では、図7(C)に示すように、SAM17を用い第2領域A2及び第4領域A4における第2絶縁膜18の形成を阻害しつつ、第1領域A1及び第3領域A3に第2絶縁膜18を形成する。第2絶縁膜18は、絶縁膜11とバリア膜13の上に形成され、金属膜12とライナー膜14の上には形成されない。
Further, in step S3 of this modification, as shown in FIG. 7C, SAM17 is used to inhibit the formation of the second insulating
次に、図8を参照して、上記の成膜方法を実施する成膜装置100について説明する。図8に示すように、成膜装置100は、第1処理部200Aと、第2処理部200Bと、搬送部400と、制御部500とを有する。第1処理部200Aは、図1のステップS2を実施する。第2処理部200Bは、図1のステップS3を実施する。第1処理部200Aと、第2処理部200Bは、同様の構造を有する。従って、第1処理部200Aのみで、図1のステップS2~S3の全てを実施することも可能である。搬送部400は、第1処理部200A、及び第2処理部200Bに対して、基板1を搬送する。制御部500は、第1処理部200A、第2処理部200B、及び搬送部400を制御する。
Next, with reference to FIG. 8, the
搬送部400は、第1搬送室401と、第1搬送機構402とを有する。第1搬送室401の内部雰囲気は、大気雰囲気である。第1搬送室401の内部に、第1搬送機構402が設けられる。第1搬送機構402は、基板1を保持するアーム403を含み、レール404に沿って走行する。レール404は、キャリアCの配列方向に延びている。
The
また、搬送部400は、第2搬送室411と、第2搬送機構412とを有する。第2搬送室411の内部雰囲気は、真空雰囲気である。第2搬送室411の内部に、第2搬送機構412が設けられる。第2搬送機構412は、基板1を保持するアーム413を含み、アーム413は、鉛直方向及び水平方向に移動可能に、且つ鉛直軸周りに回転可能に配置される。第2搬送室411には、異なるゲートバルブGを介して第1処理部200Aと第2処理部200Bとが接続される。
Further, the
更に、搬送部400は、第1搬送室401と第2搬送室411の間に、ロードロック室421を有する。ロードロック室421の内部雰囲気は、図示しない調圧機構により真空雰囲気と大気雰囲気との間で切り換えられる。これにより、第2搬送室411の内部を常に真空雰囲気に維持できる。また、第1搬送室401から第2搬送室411にガスが流れ込むのを抑制できる。第1搬送室401とロードロック室421の間、及び第2搬送室411とロードロック室421の間には、ゲートバルブGが設けられる。
Further, the
制御部500は、例えばコンピュータであり、CPU(Central Processing Unit)501と、メモリ等の記憶媒体502とを有する。記憶媒体502には、成膜装置100において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部500は、記憶媒体502に記憶されたプログラムをCPU501に実行させることにより、成膜装置100の動作を制御する。制御部500は、第1処理部200Aと第2処理部200Bと搬送部400とを制御し、上記の成膜方法を実施する。
The
次に、成膜装置100の動作について説明する。先ず、第1搬送機構402が、キャリアCから基板1を取り出し、取り出した基板1をロードロック室421に搬送し、ロードロック室421から退出する。次に、ロードロック室421の内部雰囲気が大気雰囲気から真空雰囲気に切り換えられる。その後、第2搬送機構412が、ロードロック室421から基板1を取り出し、取り出した基板1を第1処理部200Aに搬送する。
Next, the operation of the
次に、第1処理部200Aが、ステップS2を実施する。その後、第2搬送機構412が、第1処理部200Aから基板1を取り出し、取り出した基板1を第2処理部200Bに搬送する。この間、基板1の周辺雰囲気を真空雰囲気に維持でき、基板1の酸化を抑制できる。
Next, the
次に、第2処理部200Bが、ステップS3を実施する。その後、第2搬送機構412が、第2処理部200Bから基板1を取り出し、取り出した基板1をロードロック室421に搬送し、ロードロック室421から退出する。続いて、ロードロック室421の内部雰囲気が真空雰囲気から大気雰囲気に切り換えられる。その後、第1搬送機構402が、ロードロック室421から基板1を取り出し、取り出した基板1をキャリアCに収容する。そして、基板1の処理が終了する。
Next, the
次に、図9を参照して、第1処理部200Aについて説明する。なお、第2処理部200Bは、第1処理部200Aと同様に構成されるので、図示及び説明を省略する。
Next, the
第1処理部200Aは、略円筒状の気密な処理容器210を備える。処理容器210の底壁の中央部には、排気室211が設けられている。排気室211は、下方に向けて突出する例えば略円筒状の形状を備える。排気室211には、例えば排気室211の側面において、排気配管212が接続されている。
The
排気配管212には、圧力制御器271を介して排気源272が接続されている。圧力制御器271は、例えばバタフライバルブ等の圧力調整バルブを備える。排気配管212は、排気源272によって処理容器210内を減圧できるように構成されている。圧力制御器271と、排気源272とで、処理容器210内のガスを排出するガス排出機構270が構成される。
An
処理容器210の側面には、搬送口215が設けられている。搬送口215は、ゲートバルブGによって開閉される。処理容器210内と第2搬送室411(図8参照)との間における基板1の搬入出は、搬送口215を介して行われる。
A
処理容器210内には、基板1を保持する保持部であるステージ220が設けられている。ステージ220は、基板1の表面1aを上に向けて、基板1を水平に保持する。ステージ220は、平面視で略円形状に形成されており、支持部材221によって支持されている。ステージ220の表面には、例えば直径が300mmの基板1を載置するための略円形状の凹部222が形成されている。凹部222は、基板1の直径よりも僅かに大きい内径を有する。凹部222の深さは、例えば基板1の厚さと略同一に構成される。ステージ220は、例えば窒化アルミニウム(AlN)等のセラミックス材料により形成されている。また、ステージ220は、ニッケル(Ni)等の金属材料により形成されていてもよい。なお、凹部222の代わりにステージ220の表面の周縁部に基板1をガイドするガイドリングを設けてもよい。
A
ステージ220には、例えば接地された下部電極223が埋設される。下部電極223の下方には、加熱機構224が埋設される。加熱機構224は、制御部500(図8参照)からの制御信号に基づいて電源部(図示せず)から給電されることによって、ステージ220に載置された基板1を設定温度に加熱する。ステージ220の全体が金属によって構成されている場合には、ステージ220の全体が下部電極として機能するので、下部電極223をステージ220に埋設しなくてよい。ステージ220には、ステージ220に載置された基板1を保持して昇降するための複数本(例えば3本)の昇降ピン231が設けられている。昇降ピン231の材料は、例えばアルミナ(Al2O3)等のセラミックスや石英等であってよい。昇降ピン231の下端は、支持板232に取り付けられている。支持板232は、昇降軸233を介して処理容器210の外部に設けられた昇降機構234に接続されている。
For example, a grounded
昇降機構234は、例えば排気室211の下部に設置されている。ベローズ235は、排気室211の下面に形成された昇降軸233用の開口部219と昇降機構234との間に設けられている。支持板232の形状は、ステージ220の支持部材221と干渉せずに昇降できる形状であってもよい。昇降ピン231は、昇降機構234によって、ステージ220の表面の上方と、ステージ220の表面の下方との間で、昇降自在に構成される。
The elevating
処理容器210の天壁217には、絶縁部材218を介してガス供給部240が設けられている。ガス供給部240は、上部電極を成しており、下部電極223に対向している。ガス供給部240には、整合器251を介して高周波電源252が接続されている。高周波電源252から上部電極(ガス供給部240)に450kHz~100MHzの高周波電力を供給することによって、上部電極(ガス供給部240)と下部電極223との間に高周波電界が生成され、容量結合プラズマが生成する。プラズマを生成するプラズマ生成部250は、整合器251と、高周波電源252と、を含む。なお、プラズマ生成部250は、容量結合プラズマに限らず、誘導結合プラズマなど他のプラズマを生成するものであってもよい。なお、プラズマ処理が不要である場合には、第1処理部200Aはプラズマ生成部250を備えなくてもよい。
The
ガス供給部240は、中空状のガス供給室241を備える。ガス供給室241の下面には、処理容器210内へ処理ガスを分散供給するための多数の孔242が例えば均等に配置されている。ガス供給部240における例えばガス供給室241の上方には、加熱機構243が埋設されている。加熱機構243は、制御部500からの制御信号に基づいて電源部(図示せず)から給電されることによって、設定温度に加熱される。
The
ガス供給室241には、ガス供給路261を介して、ガス供給機構260が接続される。ガス供給機構260は、ガス供給路261を介してガス供給室241に、図1のステップS2~S3の少なくとも1つで用いられるガスを供給する。ガス供給機構260は、図示しないが、ガスの種類毎に、個別配管と、個別配管の途中に設けられる開閉バルブと、個別配管の途中に設けられる流量制御器とを含む。開閉バルブが個別配管を開くと、供給源からガス供給路261にガスが供給される。その供給量は流量制御器によって制御される。一方、開閉バルブが個別配管を閉じると、供給源からガス供給路261へのガスの供給が停止される。
A
以上、本開示に係る成膜方法、成膜装置、及び自己組織化単分子膜の原料の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。 Although the film forming method, the film forming apparatus, and the embodiment of the raw material of the self-assembled monolayer according to the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiment and the like. Various changes, modifications, replacements, additions, deletions, and combinations are possible within the scope of the claims. Of course, they also belong to the technical scope of the present disclosure.
1 基板
1a 表面
11 絶縁膜
12 金属膜
17 SAM(自己組織化単分子膜)
18 第2絶縁膜
A1 第1領域
A2 第2領域
1
18 2nd insulating film A1 1st region A2 2nd region
Claims (11)
複数のチオール基(SH基)を含む頭部基と、前記頭部基が一端に付いた鎖部とを一分子中に含む有機化合物を、前記基板の前記表面に供給することと、
前記第1領域及び前記第2領域のうちの前記第2領域に選択的に前記有機化合物を吸着し、自己組織化単分子膜を形成することと、
前記自己組織化単分子膜を用い前記第2領域における第2絶縁膜の形成を阻害しつつ、前記第1領域に前記第2絶縁膜を形成することと、
を含む、成膜方法。 To prepare a substrate having a first region where the insulating film is exposed and a second region where the metal film is exposed on the surface.
To supply the surface of the substrate with an organic compound containing a head group containing a plurality of thiol groups (SH groups) and a chain portion having the head group at one end in one molecule.
To selectively adsorb the organic compound to the second region of the first region and the second region to form a self-assembled monolayer.
Using the self-assembled monolayer to form the second insulating film in the first region while inhibiting the formation of the second insulating film in the second region.
A film forming method including.
前記処理容器の内部で前記基板を保持する保持部と、
前記処理容器の内部にガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器の内部からガスを排出するガス排出機構と、
前記処理容器に対して前記基板を搬入出する搬送機構と、
前記ガス供給機構、前記ガス排出機構及び前記搬送機構を制御し、請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜方法を実施する制御部と、
を備える、成膜装置。 With the processing container
A holding portion that holds the substrate inside the processing container,
A gas supply mechanism that supplies gas to the inside of the processing container,
A gas discharge mechanism that discharges gas from the inside of the processing container,
A transport mechanism for loading and unloading the substrate to and from the processing container,
A control unit that controls the gas supply mechanism, the gas discharge mechanism, and the transport mechanism to carry out the film forming method according to any one of claims 1 to 5.
A film forming apparatus.
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