JP4455039B2 - Method for forming Si-based organic / inorganic hybrid film - Google Patents

Method for forming Si-based organic / inorganic hybrid film Download PDF

Info

Publication number
JP4455039B2
JP4455039B2 JP2003417632A JP2003417632A JP4455039B2 JP 4455039 B2 JP4455039 B2 JP 4455039B2 JP 2003417632 A JP2003417632 A JP 2003417632A JP 2003417632 A JP2003417632 A JP 2003417632A JP 4455039 B2 JP4455039 B2 JP 4455039B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inorganic hybrid
organic
based organic
hybrid film
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2003417632A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005179693A (en
Inventor
弘 中山
Original Assignee
株式会社マテリアルデザインファクトリ−
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社マテリアルデザインファクトリ− filed Critical 株式会社マテリアルデザインファクトリ−
Priority to JP2003417632A priority Critical patent/JP4455039B2/en
Publication of JP2005179693A publication Critical patent/JP2005179693A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4455039B2 publication Critical patent/JP4455039B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

本発明は有機・無機ハイブリッド膜の形成方法に関し、特にSi系有機・無機ハイブリッド膜の気相成長方法に関するものである。   The present invention relates to a method for forming an organic / inorganic hybrid film, and more particularly to a vapor phase growth method for a Si-based organic / inorganic hybrid film.

近年では、有機・無機ハイブリッド材料が注目されている(第33回応用物理学会スクールB、「有機デバイスとその発展の最前線:パート1材料編」、2003年9月2日発行、第33−45頁、中條善樹著「有機―無機ハイブリッド材料の可能性」(JSAP Catalog Number: AP031333)参照)。ここで、有機・無機ハイブリッドとは、有機材料と無機材料の組み合わせを意味する。ただし、従来から知られているコンポジット(複合)材のような単なる混合物とは区別して、その混ざり合いがナノオーダまたは分子オーダのものを特に有機・無機ハイブリッドと呼ぶことが提案されている。   In recent years, organic-inorganic hybrid materials have attracted attention (33th Japan Society of Applied Physics, School B, “The Forefront of Organic Devices and Their Development: Part 1 Materials”, published on September 2, 2003, 33- 45, Yoshiki Nakajo, “Possibility of organic-inorganic hybrid materials” (JSAP Catalog Number: AP031333)). Here, the organic / inorganic hybrid means a combination of an organic material and an inorganic material. However, it has been proposed that the mixture is nano-order or molecular order, especially organic / inorganic hybrid, in distinction from a simple mixture such as a composite material known conventionally.

そのような有機・無機ハイブリッド材料には、有機ポリマまたは無機物単独では得られない種々の特性が期待し得る。例えば、プラスチックのように柔軟でありながら機械的強度や耐熱性が優れている有機・無機ハイブリッド材料が期待され得る。   Such organic / inorganic hybrid materials can be expected to have various characteristics that cannot be obtained with organic polymers or inorganic substances alone. For example, an organic / inorganic hybrid material such as plastic that is flexible but has excellent mechanical strength and heat resistance can be expected.

有機・無機ハイブリッド材料に含まれる無機成分の最も代表的な例として、シリカを用いることができる。この場合、シリカゲルをいくら細かく粉砕しようとしても、分子レベルまで粉砕することは不可能である。ところが、ゾル・ゲル法を利用することによって、分子的分散が可能になる。より具体的には、ゾル・ゲル法は、シリケートの加水分解とそれに続くシラノール基の縮合反応を含んでいる。したがって、そのようなゾル・ゲル反応に有機高分子を共存させることによって、有機ポリマとシリカゲルが分子的に分散した有機・無機ハイブリッド材料を合成することができる。   Silica can be used as the most typical example of the inorganic component contained in the organic / inorganic hybrid material. In this case, no matter how finely the silica gel is pulverized, it is impossible to pulverize it to the molecular level. However, molecular dispersion is possible by using the sol-gel method. More specifically, the sol-gel method includes hydrolysis of silicate followed by condensation reaction of silanol groups. Therefore, an organic / inorganic hybrid material in which an organic polymer and silica gel are molecularly dispersed can be synthesized by allowing an organic polymer to coexist in such a sol-gel reaction.

図8はそのような有機ポリマとシリカゲルが分子的に分散した有機・無機ハイブリッド材料の一例を概念的に図解しており、シリカ(SiO2)の母相中に有機ポリマ(Polymer)分子が分散している状態を示している。
第33回応用物理学会スクールB、「有機デバイスとその発展の最前線:パート1材料編」、2003年9月2日発行、第33−45頁
FIG. 8 conceptually illustrates an example of an organic / inorganic hybrid material in which such an organic polymer and silica gel are molecularly dispersed. The organic polymer (Polymer) molecules are dispersed in the matrix of silica (SiO 2 ). It shows the state.
The 33rd Japan Society of Applied Physics, School B, “Organic devices and the forefront of their development: Part 1 Materials”, published on September 2, 2003, pp. 33-45

上述のようにゾル・ゲル法を利用して形成された有機・無機ハイブリッド材料では、シリカ分子とポリマ分子との間が水素結合で維持されている。図9は、そのようにシリカ分子とポリマ分子との間が水素結合で維持されている有機・無機ハイブリッド材料の化学的構造の一例を図解している。この図9において、矢印が水素結合を表している。   In the organic / inorganic hybrid material formed by using the sol-gel method as described above, the silica molecule and the polymer molecule are maintained by hydrogen bonds. FIG. 9 illustrates an example of the chemical structure of an organic / inorganic hybrid material in which silica molecules and polymer molecules are maintained by hydrogen bonds. In FIG. 9, an arrow represents a hydrogen bond.

周知のように、水素結合は通常の共有結合に比べて弱い結合である。したがって、ゾル・ゲル法による有機・無機ハイブリッド材料は、柔軟性を有するとしても、例えば十分に高い強度を有することが困難であると考えられる。また、そのような有機・無機ハイブリッド材料中の水素結合は大気中の水蒸気や酸素と反応し得るので、そのハイブリッド材料は経時的に劣化する可能性がある。   As is well known, hydrogen bonds are weak bonds compared to ordinary covalent bonds. Therefore, even if the organic / inorganic hybrid material by the sol-gel method has flexibility, it is considered difficult to have a sufficiently high strength, for example. Moreover, since the hydrogen bond in such an organic-inorganic hybrid material can react with water vapor | steam and oxygen in air | atmosphere, the hybrid material may deteriorate with time.

さらに、ゾル・ゲル法は液体中で行われるので、半導体電子装置や有機電子装置などの表面上に直接的にゾル・ゲル法を適用して有機・無機ハイブリッド膜などを形成することが困難である。他方、ゾル・ゲル法による有機・無機ハイブリッド膜を被膜として形成する場合、一般には、得られた有機・無機ハイブリッド材料を下地上に塗布することによって被膜を形成する。その場合、ガラスや高分子フィルムなどの基板表面と有機・無機ハイブリッド材料との界面において、十分に強固な接合性を得ることが容易ではない。また、被膜を塗布法によって形成する場合、その膜厚をナノオーダで制御することが困難である。   Furthermore, since the sol-gel method is performed in a liquid, it is difficult to form an organic / inorganic hybrid film by directly applying the sol-gel method on the surface of a semiconductor electronic device or an organic electronic device. is there. On the other hand, when an organic / inorganic hybrid film formed by a sol-gel method is formed as a film, the film is generally formed by applying the obtained organic / inorganic hybrid material on a base. In that case, it is not easy to obtain sufficiently strong bondability at the interface between the substrate surface such as glass or polymer film and the organic / inorganic hybrid material. Moreover, when forming a film by the apply | coating method, it is difficult to control the film thickness by nano order.

上述のような先行技術による有機・無機ハイブリッド膜の形成方法の状況に鑑み、本発明は、種々の優れた特性を有する有機・無機ハイブリッド膜を気相成長法で簡便かつ低コストで形成することを目的としている。
In view of the situation of the organic / inorganic hybrid film forming method according to the prior art as described above, the present invention is to form an organic / inorganic hybrid film having various excellent characteristics easily and at low cost by the vapor phase growth method. It is an object.

本発明の一つの態様によるSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法においては、加熱フィラメントとそのフィラメントに対向して配置された基体を反応容器内に設け、エチレン結合(2重結合)を含む有機化合物(以下、「エチレン結合含有有機化合物」とも称す)の蒸気とともに、アルキルシラン、アルコキシシラン、およびアミノシランから選択された少なくとも1種の化合物の蒸気を加熱フィラメントに向けて反応容器内へ導入し、それによって、少なくとも炭素とシリコンとを含むSi系有機・無機ハイブリッド膜を基体上に形成することを特徴としている。   In the method for forming a Si-based organic / inorganic hybrid film according to one embodiment of the present invention, a heating filament and a substrate disposed opposite to the filament are provided in a reaction vessel, and an organic containing an ethylene bond (double bond) is provided. A vapor of at least one compound selected from alkylsilane, alkoxysilane, and aminosilane is introduced into the reaction vessel toward the heating filament together with the vapor of the compound (hereinafter also referred to as “ethylene bond-containing organic compound”), Thereby, a Si-based organic / inorganic hybrid film containing at least carbon and silicon is formed on the substrate.

本発明の他の態様によるSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法においては、反応容器内に基体を設け、エチレン結合を含む有機化合物としての炭化水素の蒸気とともに、アルキルシラン、アルコキシシラン、およびアミノシランから選択された少なくとも1種の化合物の蒸気を反応容器内へ導入し、その導入された蒸気をプラズマ励起して化学反応させ、それによって、少なくとも炭素とシリコンとを含むSi系有機・無機ハイブリッド膜を基体上に形成することを特徴としている。 In a method for forming a Si-based organic / inorganic hybrid film according to another aspect of the present invention, a substrate is provided in a reaction vessel, and together with hydrocarbon vapor as an organic compound containing an ethylene bond, alkylsilane, alkoxysilane, and aminosilane Si-based organic / inorganic hybrid film containing at least carbon and silicon by introducing a vapor of at least one compound selected from the above into a reaction vessel and plasma-exciting the introduced vapor to cause a chemical reaction Is formed on a substrate.

なお、プラズマ励起を利用して成膜する場合には、その成膜中に、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、およびキセノンから選択された1種以上のガスをも応容器内に導入することが好ましい。   In the case of forming a film using plasma excitation, during the film formation, one or more gases selected from nitrogen, hydrogen, helium, neon, argon, and xenon are also introduced into the reaction vessel. It is preferable.

また、エチレン結合含有有機化合物は、ベンゼン核をも含むことが好ましく、ビニル基およびビニレン基の少なくとも一方とベンゼン核とが隣接結合した部分を含むことがより好ましく、スチレンであることがさらに好ましい。   The ethylene bond-containing organic compound preferably also includes a benzene nucleus, more preferably includes a portion in which at least one of a vinyl group and a vinylene group and the benzene nucleus are adjacently bonded, and further preferably styrene.

Si系有機・無機ハイブリッド膜の形成を開始する前には、酸素、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、およびメタンから選択された一種以上のガスを反応容器内に導入し、そのガスのプラズマを反応容器内で発生させ、そのプラズマで基体の表面を浄化することが好ましい。基体としては、ガラスまたは高分子フィルムを用いることも可能である。   Before starting the formation of the Si-based organic / inorganic hybrid film, one or more gases selected from oxygen, nitrogen, hydrogen, helium, neon, argon, xenon, and methane are introduced into the reaction vessel, and the gas It is preferable to generate the plasma in the reaction vessel and clean the surface of the substrate with the plasma. As the substrate, glass or a polymer film can be used.

以上のような形成方法によって得られたSi系有機・無機ハイブリッド膜は、その化学的骨格構造に少なくとも炭素とシリコンを含むことを特徴としている。そして、そのSi系有機・無機ハイブリッド膜の骨格構造は、酸素と窒素の少なくとも一方をさらに含むこともできる。   The Si-based organic / inorganic hybrid film obtained by the above forming method is characterized in that the chemical skeleton structure contains at least carbon and silicon. The skeleton structure of the Si-based organic / inorganic hybrid film can further include at least one of oxygen and nitrogen.

本発明によれば、種々の優れた特性を有するSi系有機・無機ハイブリッド膜を気相成長法で簡便かつ低コストで提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a Si-based organic / inorganic hybrid film having various excellent characteristics by a vapor phase growth method simply and at low cost.

(実施形態1)
一般に有機化合物は、高温に加熱された場合には、その分子が分解する方向に反応が進むのが通常であると考えられている。しかし、本発明者は、エチレン結合を含む有機化合物の蒸気とSiを含む有機化合物(以下、「有機Si化合物」とも称す)の蒸気とを含む混合蒸気を高温のフィラメントに向けて導入することによって、分解反応とともに合成反応が生じて、Si系有機・無機ハイブリッド膜が合成され得ることを見出した。なお、このような高温フィラメントの作用によって生じる合成反応は、以後、本願明細書において「加熱合成」とも略称される。
(Embodiment 1)
In general, when an organic compound is heated to a high temperature, it is generally considered that the reaction proceeds in a direction in which the molecule decomposes. However, the present inventor introduces a vapor mixture of an organic compound containing an ethylene bond and a vapor of an organic compound containing Si (hereinafter also referred to as “organic Si compound”) toward a high-temperature filament. It has been found that a synthetic reaction occurs along with a decomposition reaction to synthesize a Si-based organic / inorganic hybrid film. Such a synthesis reaction caused by the action of the high-temperature filament is hereinafter also abbreviated as “heat synthesis” in the present specification.

そのようなSi系有機・無機ハイブリッド膜の加熱合成の化学的機構は必ずしも明らかではないが、次のような機構を推測することができる。まず、エチレン結合含有有機化合物は、高温フィラメントとの相互作用による分解反応によって、化学的に非常に活性なラジカルを生成すると考えられる。また、有機Si化合物も、高温フィラメントとの相互作用による分解反応によって、ラジカルを生成すると考えられる。そして、これらのラジカル同士が反応して安定なC−Si結合を形成することによって、Si系有機・無機ハイブリッド膜が合成され得ると推測される。   The chemical mechanism of the heat synthesis of such a Si-based organic / inorganic hybrid film is not necessarily clear, but the following mechanism can be assumed. First, it is considered that an organic compound containing an ethylene bond generates a chemically very active radical by a decomposition reaction by interaction with a high-temperature filament. In addition, it is considered that the organic Si compound also generates radicals by a decomposition reaction due to interaction with the high temperature filament. Then, it is presumed that a Si-based organic / inorganic hybrid film can be synthesized when these radicals react to form a stable C—Si bond.

なお、モノマを重合させてポリマを合成する通常の場合には、重合開始剤が必要である。本発明におけるSi系有機・無機ハイブリッド膜の合成の場合には、高温フィラメントとの相互作用で生じた水素ラジカル、またはCHn(n=1,2,3)やSiHn(n=1,2,3)のラジカルが重合開始剤に類似の作用を生じていると推測することができる。 In the usual case where a polymer is synthesized by polymerizing a monomer, a polymerization initiator is required. In the case of synthesizing the Si-based organic / inorganic hybrid film in the present invention, hydrogen radicals generated by the interaction with the high-temperature filament, CH n (n = 1, 2, 3) or SiH n (n = 1, 2, , 3) can be presumed to have a similar effect to the polymerization initiator.

ところで、本実施形態1の加熱合成において用いられるエチレン結合含有有機化合物は、ベンゼン核をも含んでいることが好ましい。しかも、そのベンゼン核はエチレン結合の近くに存在することが好ましい。なぜならば、ベンゼン核に含まれる2重結合とエチレン結合との相互作用によって、熱分解時に、より活性なラジカルの生成が期待され得るからである。そのように互いに近接したエチレン結合とベンゼン核とを含む有機化合物の典型例として、スチレンが好ましく利用され得る。   By the way, it is preferable that the ethylene bond-containing organic compound used in the heat synthesis of Embodiment 1 also contains a benzene nucleus. Moreover, the benzene nucleus is preferably present near the ethylene bond. This is because, due to the interaction between the double bond contained in the benzene nucleus and the ethylene bond, more active radicals can be expected at the time of thermal decomposition. As a typical example of an organic compound containing an ethylene bond and a benzene nucleus close to each other, styrene can be preferably used.

他方、有機Si化合物としては、アルキルシラン、アルコキシシラン、アミノシランなどを用いることができる。アルキルシランの例としてはモノメチルシラン、ジメチルシランなどを好ましく用いることができ、アルコキシシランの例としてはジメチルジメトキシシランなどを好ましく用いることができ、そしてアミノシランの例としてはトリスジメチルアミノシランなどを好ましく用いることができる。   On the other hand, as the organic Si compound, alkylsilane, alkoxysilane, aminosilane, or the like can be used. Monomethylsilane, dimethylsilane, etc. can be preferably used as examples of alkylsilane, dimethyldimethoxysilane, etc. can be preferably used as examples of alkoxysilane, and trisdimethylaminosilane, etc. can be preferably used as examples of aminosilane. Can do.

図1は、本実施形態1の加熱合成によるSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法に利用し得る成膜装置を模式的なブロック図で図解している。この成膜装置は、ガス導入口1aと排気口1bとを有する反応容器1を備えている。反応容器1内には、加熱フィラメント2とそれに対面する基体または基板3を支持するための台4が設けられている。そして、フィラメント2は反応容器1外の電源5に接続されている。図1から分かるように、本実施形態1の加熱合成においては、極めて簡略で低コストの成膜装置によって、Si系有機・無機ハイブリッド膜を形成することができる。   FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a film forming apparatus that can be used in the method for forming a Si-based organic / inorganic hybrid film by heat synthesis according to the first embodiment. This film forming apparatus includes a reaction vessel 1 having a gas inlet 1a and an exhaust 1b. In the reaction vessel 1, a stage 4 is provided for supporting the heating filament 2 and the substrate or substrate 3 facing it. The filament 2 is connected to a power source 5 outside the reaction vessel 1. As can be seen from FIG. 1, in the heat synthesis of the first embodiment, the Si-based organic / inorganic hybrid film can be formed by a very simple and low-cost film forming apparatus.

図1の成膜装置を用いてSi系有機・無機ハイブリッド膜を加熱合成する第1の具体例として、シリコン単結晶ウエハの基板3が配置された反応容器1内にジメチルシランガスとスチレンガスの混合ガスが導入され、その混合ガス圧が13300Pa(100Torr)に設定された。そして、Wフィラメント2を1800℃に加熱したところ、約5分の短時間に急激な合成反応が生じて、シリコン基板3上にSi系有機・無機ハイブリッド膜が形成された。なお、得られたSi系有機・無機ハイブリッド膜についてX線回折によって結晶性が調べられたが、その膜の結晶性を表すようなX線回折は観測されなかった。すなわち、本発明では非晶質のSi系有機・無機ハイブリッド膜が形成されると考えられる。   As a first specific example of heating and synthesizing a Si-based organic / inorganic hybrid film using the film forming apparatus of FIG. 1, a mixture of dimethylsilane gas and styrene gas is placed in a reaction vessel 1 in which a substrate 3 of a silicon single crystal wafer is placed. Gas was introduced, and the mixed gas pressure was set to 13300 Pa (100 Torr). When the W filament 2 was heated to 1800 ° C., a rapid synthesis reaction occurred in a short time of about 5 minutes, and a Si-based organic / inorganic hybrid film was formed on the silicon substrate 3. The crystallinity of the obtained Si-based organic / inorganic hybrid film was examined by X-ray diffraction, but no X-ray diffraction showing the crystallinity of the film was observed. That is, it is considered that an amorphous Si-based organic / inorganic hybrid film is formed in the present invention.

図4のグラフは、得られたSi系有機・無機ハイブリッド膜のFTIR(フーリエ変換赤外分光法)における赤外透過率を示している。すなわち、このグラフの横軸は透過光の波数(cm−1)を表し、縦軸は透過率(%)を表している(なお、横軸は2000cm-1以上の波数領域においてその目盛りが1/2に縮小されている)。そして、グラフ中の曲線における谷の部分は赤外吸収の大きな波数部分であって、特定の化学結合に対応した吸収を生じている。このグラフ中に例示された代表的な化学結合例から分かるように、得られたSi系有機・無機ハイブリッド膜は、Si−C結合、Si−Hn(n=1,2,3)結合、C−H(n=1,2,3)結合などを含んでいる。したがって、このハイブリッド膜の化学的構造としては、原料ガスの組成から考えて、非晶質状態の骨格構造にCとSiを含み、それらの浮遊結合手(ダングリングボンド)はHによって終端(ターミネート)されていると考えられる。 The graph of FIG. 4 shows the infrared transmittance in FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) of the obtained Si-based organic / inorganic hybrid film. That is, the horizontal axis of this graph represents the wave number (cm −1 ) of transmitted light, and the vertical axis represents the transmittance (%) (note that the horizontal axis represents a scale of 1 in a wave number region of 2000 cm −1 or more. / 2). And the trough part in the curve in a graph is a wave number part with a large infrared absorption, and has produced the absorption corresponding to a specific chemical bond. As can be seen from the representative chemical bonding examples illustrated in this graph, the obtained Si-based organic / inorganic hybrid film has Si—C bonds, Si—H n (n = 1, 2, 3) bonds, C—H n (n = 1, 2, 3) bond and the like are included. Therefore, as a chemical structure of this hybrid film, in view of the composition of the raw material gas, C and Si are contained in the skeleton structure in an amorphous state, and these floating bonds (dangling bonds) are terminated by H (terminate). ).

図5のグラフは、この第1具体例の加熱合成で得られたSi系有機・無機ハイブリッド膜のPL(フォトルミネッセンス)特性を示している。すなわち、このグラフの横軸はPL光の波長(nm)を表し、縦軸はPL強度(任意単位)を表している。なお、このPL特性の測定には、He−Cdレーザ装置からの波長325nmの紫外光が照射された。このグラフから分かるように、得られたSi系有機・無機ハイブリッド膜は、少し緑がかっているがほぼ白色のPL光を放射する特性を有している。このように白色のPL光を放射することは、そのハイブリッド膜がその化学的構造に対応して種々のエネルギレベルの化学的結合を含んでいることを示唆していると考えられる。   The graph of FIG. 5 shows the PL (photoluminescence) characteristics of the Si-based organic / inorganic hybrid film obtained by the heat synthesis of the first specific example. That is, the horizontal axis of this graph represents the wavelength (nm) of PL light, and the vertical axis represents the PL intensity (arbitrary unit). The PL characteristics were measured by irradiation with ultraviolet light having a wavelength of 325 nm from a He—Cd laser device. As can be seen from this graph, the obtained Si-based organic / inorganic hybrid film has a characteristic of emitting almost white PL light although it is slightly greenish. Emission of white PL light in this manner is considered to suggest that the hybrid film contains chemical bonds of various energy levels corresponding to the chemical structure.

また、この第1具体例によるSi系有機・無機ハイブリッド膜は、数ヶ月間にわたって大気中に放置されたが、そのPL発光特性はほとんど変化しなかった。このことは、図9に示されているような水素結合で維持されている従来の有機・無機ハイブリッド材料に比べて、本実施形態1によるSi系有機・無機ハイブリッド膜は化学的に非常に安定な膜であることを示唆していると考えられる。   Further, the Si-based organic / inorganic hybrid film according to the first specific example was left in the atmosphere for several months, but its PL emission characteristics hardly changed. This is because the Si-based organic / inorganic hybrid film according to the first embodiment is chemically very stable as compared with the conventional organic / inorganic hybrid material maintained by hydrogen bonding as shown in FIG. It is thought that it is a perfect film.

本実施形態1において加熱合成する第2の具体例として、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムからなる基板3が配置された反応容器1内にジメチルシランガスとスチレンガスの混合ガスが導入され、その混合ガス圧が26600Pa(200Torr)に設定された。そして、Wフィラメント2を2000℃に加熱したところ、約5分の短時間に急激な合成反応が生じて、PETフィルム基板3上にSi系有機・無機ハイブリッド膜が形成された。この第2具体例によるSi系有機・無機ハイブリッド膜についてもPL特性を測定したところ、ほぼ図5のグラフと同様な特性が得られた。   As a second specific example of heat synthesis in the first embodiment, a mixed gas of dimethylsilane gas and styrene gas is introduced into a reaction vessel 1 in which a substrate 3 made of a PET (polyethylene terephthalate) film is arranged, and the mixed gas pressure is increased. Was set to 26600 Pa (200 Torr). When the W filament 2 was heated to 2000 ° C., a rapid synthesis reaction occurred in a short time of about 5 minutes, and a Si-based organic / inorganic hybrid film was formed on the PET film substrate 3. When the PL characteristics of the Si-based organic / inorganic hybrid film according to the second specific example were measured, characteristics similar to those in the graph of FIG. 5 were obtained.

この第2の具体例において注目すべき点は、Wフィラメントを2000℃もの高温に加熱しているにもかかわらず、短時間の合成反応中にPETフィルム基板3が熱変形していなかったということである。なお、この場合に、基板支持台4はステンレス鋼で形成されており、何ら冷却手段は講じられていなかった。PETフィルムは(非晶質度約95%のフィルムで)約75℃の低いガラス転移温度を有しているが、そのような低いガラス転移温度を有する有機フィルム上にSi系有機・無機ハイブリッド膜を形成し得る方法は、工業的に非常に有用であると考えられる。もちろん、本実施形態1の加熱合成によるSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法では、ガラス転移温度の低い有機フィルム上に成膜できるのであるから、石英ガラス、パイレックス(登録商標)、ソーダガラスなどのガラス基板上にも成膜可能であることは言うまでもない。   What should be noted in this second specific example is that the PET film substrate 3 was not thermally deformed during a short synthesis reaction even though the W filament was heated to a high temperature of 2000 ° C. It is. In this case, the substrate support 4 is made of stainless steel, and no cooling means is taken. A PET film has a low glass transition temperature of about 75 ° C. (in a film having an amorphous degree of about 95%), and an Si-based organic / inorganic hybrid film on an organic film having such a low glass transition temperature. It is thought that the method which can form is very useful industrially. Of course, in the method for forming a Si-based organic / inorganic hybrid film by heat synthesis according to the first embodiment, it can be formed on an organic film having a low glass transition temperature, so that quartz glass, Pyrex (registered trademark), soda glass, etc. Needless to say, the film can be formed on the glass substrate.

(実施形態2)
本発明者は、エチレン結合を含む有機化合物の蒸気と有機Si化合物の蒸気とを含む混合蒸気に高温フィラメントを作用させた場合のみならず、その混合蒸気にプラズマを作用させた場合にも、同様にSi系有機・無機ハイブリッド膜が合成され得ることを見出した。なお、このようなプラズマの作用によって生じる合成反応は、以後、本願明細書において「プラズマ合成」とも略称される。
(Embodiment 2)
The present inventor not only applies a high-temperature filament to a mixed vapor containing an organic compound vapor containing an ethylene bond and an organic Si compound vapor, but also applies a plasma to the mixed vapor. It has been found that a Si-based organic / inorganic hybrid film can be synthesized. Such a synthesis reaction caused by the action of plasma is hereinafter also abbreviated as “plasma synthesis” in the present specification.

このようなプラズマ合成の化学的機構は、高温フィラメントの作用によってエチレン結合含有有機化合物の蒸気および有機Si化合物の蒸気からラジカルが生成される代わりに、それらの蒸気からプラズマ励起によってラジカルが生成されることのみにおいて異なり、以後の反応機構は加熱合成の場合と同様に考えることができる。   The chemical mechanism of such plasma synthesis is that radicals are generated by the plasma excitation from the vapors of the organic compound containing an organic bond and the vapor of the organic Si compound by the action of the high-temperature filament instead of the radicals. Only in this respect, the subsequent reaction mechanism can be considered as in the case of the heat synthesis.

図2は、本実施形態2のプラズマ合成によるSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法に利用し得る成膜装置を模式的なブロック図で図解している。この成膜装置は、ガス導入口1aと排気口1bとを有する反応容器1を備えている。反応容器1内には、プラズマ発生用の一対のメッシュ電極6a、6bとそれに対面する基体または基板3を支持するための台4が設けられている。そして、プラズマ発生用電極6a、6bは反応容器1外の電源7に接続されている。図2から分かるように、本実施形態2のプラズマ合成においても、極めて簡略で低コストの成膜装置によって、Si系有機・無機ハイブリッド膜を形成することができる。   FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a film forming apparatus that can be used in the method for forming a Si-based organic / inorganic hybrid film by plasma synthesis according to the second embodiment. This film forming apparatus includes a reaction vessel 1 having a gas inlet 1a and an exhaust 1b. In the reaction vessel 1, a pair of mesh electrodes 6 a and 6 b for generating plasma and a base 4 for supporting a substrate or substrate 3 facing the mesh electrodes 6 a and 6 b are provided. The plasma generating electrodes 6 a and 6 b are connected to a power source 7 outside the reaction vessel 1. As can be seen from FIG. 2, even in the plasma synthesis of the second embodiment, the Si-based organic / inorganic hybrid film can be formed by a very simple and low-cost film forming apparatus.

なお、プラズマの生成方法としては、一対のメッシュ電極6a、6bにDC(直流)電圧を印加して生じるグロー放電によってプラズマを生成することができる。このDC励起プラズマの場合には、電源7は簡単なDC電源を含めばよいことになる。他方、プラズマの生成方法として、一対のメッシュ電極6a、6bにRF(高周波)電圧を印加することによってRF励起プラズマを生成することもできる。このRFプラズマの場合には、電源7は高周波電源を含めばよい。   As a method for generating plasma, plasma can be generated by glow discharge generated by applying a DC (direct current) voltage to the pair of mesh electrodes 6a and 6b. In the case of this DC excitation plasma, the power source 7 may include a simple DC power source. On the other hand, as a plasma generation method, RF excitation plasma can also be generated by applying an RF (high frequency) voltage to the pair of mesh electrodes 6a and 6b. In the case of this RF plasma, the power source 7 may include a high frequency power source.

(参考形態1)
次に、本発明に密接に関連する参考形態1が、以下において説明される。この参考形態1において、本発明者は、実施形態2の場合のようにプラズマ合成を利用する場合には、必ずしもエチレン結合含有有機化合物の蒸気を用いなくてもSi系有機・無機ハイブリッド膜を合成し得ることをも見出した。その理由としては、高温フィラメントとの相互作用でラジカルが生じる場合に比べて、プラズマ励起によって遥かに高密度のラジカルが生成し得るからであると考えることができる。
(Reference form 1)
Next, Reference Embodiment 1 closely related to the present invention will be described below. In the first embodiment, when using plasma synthesis as in the second embodiment, the inventor synthesizes a Si-based organic / inorganic hybrid film without necessarily using an ethylene-bonded organic compound vapor. I also found that I can do it. The reason can be considered that far higher density radicals can be generated by plasma excitation than in the case where radicals are generated by interaction with a high temperature filament.

図2の成膜装置を用いて、本参考形態1おいてSi系有機・無機ハイブリッド膜をプラズマ合成する第1の具体例として、ガラスの基板3が配置された反応容器1内に10sccmの流量のジメチルシランガスと10sccmの流量の窒素ガスが導入され、その混合ガスの圧力が13.3Pa(0.1Torr)に設定された。そして、一対のメッシュ電極6a、6bに400VのDC電圧を印加してDCグロー放電プラズマを生成したところ、約3分の短時間でガラス基板3上にSi−C−N系膜が約100nmの厚さに形成された。 As a first specific example of plasma synthesis of a Si-based organic / inorganic hybrid film in the first embodiment using the film forming apparatus of FIG. 2, a flow rate of 10 sccm is provided in a reaction vessel 1 in which a glass substrate 3 is disposed. Dimethylsilane gas and nitrogen gas at a flow rate of 10 sccm were introduced, and the pressure of the mixed gas was set to 13.3 Pa (0.1 Torr). Then, when a DC glow discharge plasma is generated by applying a DC voltage of 400 V to the pair of mesh electrodes 6a and 6b, the Si—C—N film is about 100 nm on the glass substrate 3 in a short time of about 3 minutes. Formed in thickness.

なお、Si系有機・無機ハイブリッド膜をプラズマ合成で形成する場合、有機Si化合物蒸気に加えて、水素、窒素、メタン、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノンなどから選択された付加的なガス(以下、これらのガスを「付加的ガス」と称す)をも反応容器1内に導入することが好ましい。   When forming a Si-based organic / inorganic hybrid film by plasma synthesis, in addition to the organic Si compound vapor, an additional gas selected from hydrogen, nitrogen, methane, helium, neon, argon, xenon, etc. These gases are also referred to as “additional gases”) are preferably introduced into the reaction vessel 1.

一般に、有機Si化合物は常温において液体または固体のものが多い。したがって、有機Si化合物の蒸気を効率よく反応容器1内に導入するために、付加的ガスにキャリアガスとしての作用を果たさせることができる。また、有機Si化合物の蒸気のみを反応容器1内に導入して高密度のプラズマを生じさせるには、大出力のプラズマ生成用電源が必要である。しかし、反応容器1内に付加的ガスをも導入することによって、安定した高密度のプラズマを容易に生成させることができ、有機Si化合物のプラズマによる分解を促進させることができる。さらに、Si系有機・無機ハイブリッド膜がN原子をも含むことが望まれる場合には、付加的な窒素ガスをN原子供給源として利用することもでき、付加的なメタンはC原子の供給源として利用することもできる。なお、Si系有機・無機ハイブリッド膜内に付加的ガスからの原子が組み込まれないことを望む場合には、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの不活性ガスが好ましく用いられ得る。   In general, many organic Si compounds are liquid or solid at room temperature. Therefore, in order to efficiently introduce the vapor of the organic Si compound into the reaction vessel 1, the additional gas can be made to act as a carrier gas. Further, in order to introduce only the vapor of the organic Si compound into the reaction vessel 1 to generate a high-density plasma, a high-power plasma generation power source is required. However, by introducing an additional gas into the reaction vessel 1 as well, stable high-density plasma can be easily generated, and decomposition of the organic Si compound by plasma can be promoted. Further, when it is desired that the Si-based organic / inorganic hybrid film also contains N atoms, additional nitrogen gas can be used as an N atom supply source, and additional methane is a C atom supply source. It can also be used as In addition, when it is desired that atoms from the additional gas are not incorporated into the Si-based organic / inorganic hybrid film, an inert gas such as helium, neon, or argon can be preferably used.

同様に図2の成膜装置を用いて、本参考形態1においてSi系有機・無機ハイブリッド膜をプラズマ合成する第2の具体例として、ガラスの基板3が配置された反応容器1内にトリスジメチルアミノシラン(Si(N(CH323H)ガスが窒素ガスとともに導入され、その混合ガスの圧力が400Pa(3Torr)に設定された。そして、一対のメッシュ電極6a、6bに540VのDC電圧を印加してDCグロー放電プラズマを生成したところ、約10分間でガラス基板3上にSi−C−N系膜が約200nmの厚さに形成された。なお、トリスジメチルアミノシランはSi−C−N系膜のためのN原子を含んでいるが、プラズマの安定な生成のために窒素ガスとともに反応容器1内に導入されることが好ましい。また、その窒素ガスは、キャリアガスとしても作用させることができる。 Similarly, as a second specific example of plasma synthesis of the Si-based organic / inorganic hybrid film in the first embodiment using the film forming apparatus of FIG. 2, trisdimethyl is placed in a reaction vessel 1 in which a glass substrate 3 is disposed. Aminosilane (Si (N (CH 3 ) 2 ) 3 H) gas was introduced together with nitrogen gas, and the pressure of the mixed gas was set to 400 Pa (3 Torr). Then, when a DC glow discharge plasma was generated by applying a DC voltage of 540 V to the pair of mesh electrodes 6a and 6b, the Si—C—N film on the glass substrate 3 was about 200 nm thick in about 10 minutes. Been formed. Although trisdimethylaminosilane contains N atoms for the Si—C—N film, it is preferably introduced into the reaction vessel 1 together with nitrogen gas for stable generation of plasma. The nitrogen gas can also act as a carrier gas.

さらに、図2の成膜装置を用いて、本参考形態1においてSi系有機・無機ハイブリッド膜をプラズマ合成する第3の具体例として、シリコン単結晶ウエハの基板3が配置された反応容器1内にテトラエトキシシラン(Si(OC254)ガスが窒素ガスとともに導入され、その混合ガスの圧力が1.33Pa(0.01Torr)に設定された。そして、一対のメッシュ電極6a、6bに周波数13.56MHzで300Wの高周波電力を印加してプラズマを生成したところ、約30分間でシリコン単結晶基板3上にSi−O−C−N系膜が約100nmの厚さに形成された。 Further, as a third specific example of plasma synthesis of the Si-based organic / inorganic hybrid film in the first embodiment using the film forming apparatus of FIG. 2, the inside of the reaction vessel 1 in which the substrate 3 of the silicon single crystal wafer is disposed. Then, tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) gas was introduced together with nitrogen gas, and the pressure of the mixed gas was set to 1.33 Pa (0.01 Torr). Then, when a plasma was generated by applying a high frequency power of 300 W at a frequency of 13.56 MHz to the pair of mesh electrodes 6a and 6b, an Si—O—C—N-based film was formed on the silicon single crystal substrate 3 in about 30 minutes. A thickness of about 100 nm was formed.

本参考形態1においてSi系有機・無機ハイブリッド膜をプラズマ合成する第4の具体例は、基板3の表面の前処理が導入された。まず、図2の成膜装置において、PETフィルムの基板3が配置された反応容器1内に窒素ガスが導入され、そのガス圧が13.3Pa(0.1Torr)に設定された。そして、一対のメッシュ電極6a、6bに周波数13.56MHzで300Wの高周波電力を印加してプラズマを生成し、そのプラズマにPET基板表面を10分間曝すことによって清浄化した。 In the fourth specific example of plasma synthesis of the Si-based organic / inorganic hybrid film in the first embodiment, pretreatment of the surface of the substrate 3 is introduced. First, in the film forming apparatus of FIG. 2, nitrogen gas was introduced into the reaction vessel 1 in which the PET film substrate 3 was placed, and the gas pressure was set to 13.3 Pa (0.1 Torr). Then, a high frequency power of 300 W at a frequency of 13.56 MHz was applied to the pair of mesh electrodes 6a and 6b to generate plasma, and the PET substrate surface was cleaned by exposing it to the plasma for 10 minutes.

その後直ちに反応容器1内にテトラエトキシシランガスが窒素ガスとともに導入され、その混合ガスの圧力が1.33Pa(0.01Torr)に設定された。そして、一対のメッシュ電極6a、6bに周波数13.56MHzで300Wの高周波電力を印加してプラズマを生成したところ、約120分間でPETフィルム基板3上にSi−O−C−N系膜が約500nmの厚さに形成された。   Immediately thereafter, tetraethoxysilane gas was introduced into the reaction vessel 1 together with nitrogen gas, and the pressure of the mixed gas was set to 1.33 Pa (0.01 Torr). Then, when a plasma was generated by applying a high frequency power of 300 W at a frequency of 13.56 MHz to the pair of mesh electrodes 6a and 6b, the Si—O—C—N film was formed on the PET film substrate 3 in about 120 minutes. A thickness of 500 nm was formed.

図4に類似した図6のグラフは、本参考形態1の第4具体例で得られたSi系有機・無機ハイブリッド膜のFTIRにおける赤外透過率を示している。このグラフ中に例示された代表的な化学結合例から分かるように、得られたSi系有機・無機ハイブリッド膜は、Si−C結合、Si−O結合、C−H(n=1,2,3)結合などを含んでいる。したがって、このハイブリッド膜の化学的構造としては、原料ガスの組成から考えて、非晶質状態の骨格構造にC、Si、O、およびNを含み、それらの浮遊結合手(ダングリングボンド)はHによって終端(ターミネート)されていると考えられる。 The graph of FIG. 6 similar to FIG. 4 shows the infrared transmittance in FTIR of the Si-based organic / inorganic hybrid film obtained in the fourth specific example of the first embodiment . As can be seen from the representative chemical bonding examples illustrated in this graph, the obtained Si-based organic / inorganic hybrid film has Si—C bond, Si—O bond, C—H n (n = 1, 2). , 3) Includes bonds. Therefore, as a chemical structure of this hybrid film, in view of the composition of the raw material gas, C, Si, O, and N are included in the skeleton structure in an amorphous state, and their floating bonds (dangling bonds) are It is thought that it is terminated by H.

なお、本参考形態1の第4具体例ではプラズマによる表面浄化のためのガス(以下、「プラズマ浄化用ガス」と称す)として窒素が用いられたが、プラズマ浄化用ガスとしては窒素以外にも酸素、水素、メタン、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどから選択されたガスを用いることができる。一般に、基板3の表面は、大気中の汚染物、水分、酸素などを吸着している場合が多い。そのような場合、基板3上へのSi系有機・無機ハイブリッド膜の生成開始が遅れたり、基板と膜との間の接合性が低下したりする。したがって、Si系有機・無機ハイブリッド膜を基板3上に形成する前に、プラズマ浄化用ガスを用いて基板3の表面を浄化して活性化しておくことが好ましい。 In the fourth specific example of the first embodiment , nitrogen is used as a gas for surface purification by plasma (hereinafter referred to as “plasma purification gas”), but the plasma purification gas is not limited to nitrogen. A gas selected from oxygen, hydrogen, methane, helium, neon, argon and the like can be used. In general, the surface of the substrate 3 often adsorbs contaminants, moisture, oxygen, etc. in the atmosphere. In such a case, the generation start of the Si-based organic / inorganic hybrid film on the substrate 3 is delayed, or the bonding property between the substrate and the film is lowered. Therefore, before forming the Si-based organic / inorganic hybrid film on the substrate 3, it is preferable to purify and activate the surface of the substrate 3 using a plasma purification gas.

例えば、ガラスの基板3を用いる場合、その表面はSi−O結合で被覆されているので、酸素または水素のプラズマで浄化することが好ましい。この場合、Si−O結合の一部をプラズマで切断して、ガラス表面を活性化することも可能であろう。高分子フィルムの基板3の場合、その表面はC−H結合で被覆されており、また大気中の酸素や水分子を吸着していると考えられるので、水素またはメタンのプラズマで浄化することが好ましい。この場合、C−H結合の一部をプラズマで切断して、有機フィルム表面を活性化することも可能であろう。また、Si系有機・無機ハイブリッド膜内にN原子を組み入れることが予定されている場合には、プラズマ浄化用ガスとして窒素ガスを好ましく用いることができる。なぜならば、その場合には、プラズマ浄化用ガスとしの窒素ガスをプラズマ合成による成膜中の付加的ガスとしてそのまま継続して反応容器1内に導入できて便宜だからである。   For example, when the glass substrate 3 is used, since the surface thereof is covered with Si—O bonds, it is preferable to purify with a plasma of oxygen or hydrogen. In this case, it may be possible to activate the glass surface by cutting a part of the Si—O bond with plasma. In the case of the substrate 3 made of a polymer film, the surface thereof is covered with C—H bonds, and it is considered that oxygen and water molecules in the atmosphere are adsorbed, so that it can be purified with hydrogen or methane plasma. preferable. In this case, a part of the C—H bond may be cut with plasma to activate the organic film surface. Further, when N atoms are planned to be incorporated into the Si-based organic / inorganic hybrid film, nitrogen gas can be preferably used as the plasma purification gas. This is because in that case, it is convenient that nitrogen gas as a plasma purification gas can be continuously introduced into the reaction vessel 1 as an additional gas during film formation by plasma synthesis.

(実施形態
図3は、実施形態の加熱合成によるSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法に利用し得る成膜装置を模式的なブロック図で図解している。図3の成膜装置は図1および図2の装置に類似しているが、図3の装置は反応容器1内に加熱フィラメント2とプラズマ発生用の一対のメッシュ電極6a、6bの双方が設けられていることにおいて異なっている。
(Embodiment 3 )
FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating a film forming apparatus that can be used in the method for forming a Si-based organic / inorganic hybrid film by heat synthesis according to the third embodiment. The film forming apparatus of FIG. 3 is similar to the apparatus of FIGS. 1 and 2, but the apparatus of FIG. 3 is provided with both a heating filament 2 and a pair of mesh electrodes 6a and 6b for generating plasma in a reaction vessel 1. It is different in what is being done.

この図3に示されているような成膜装置を用いれば、実施形態1におけるように加熱フィラメントを用いる加熱合成によるSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成の場合においても、その成膜前に基板3の表面をプラズマで浄化することができる。   If the film forming apparatus as shown in FIG. 3 is used, even in the case of forming a Si-based organic / inorganic hybrid film by heat synthesis using a heating filament as in the first embodiment, the substrate is formed before the film formation. 3 surface can be purified with plasma.

以上のような種々の実施形態において例示されたように、本発明によれば、少なくともCとSiを含みさらにOおよび/またはNをも含み得る非晶質のSi系有機・無機ハイブリッド膜を簡便かつ低コストで形成することができる。そして、そのようなSi系有機・無機ハイブリッド膜は、FTIRやPL測定の結果から、その化学的骨格構造に少なくともCとSiを含みさらにOおよび/またはNをも含み得ると考えられる。   As exemplified in the various embodiments as described above, according to the present invention, an amorphous Si-based organic / inorganic hybrid film that contains at least C and Si and can also contain O and / or N can be easily used. And it can be formed at low cost. Such Si-based organic / inorganic hybrid films are considered to contain at least C and Si in the chemical skeleton structure and may also contain O and / or N from the results of FTIR and PL measurements.

図7は、一例として、C、Si、およびOを骨格構造に含むSi系有機・無機ハイブリッド膜中の原子配列を模式的な立体的ネットワークで表している。この図において、左下がり傾斜のハッチングが施された丸印はSi原子を表し、右下がり傾斜のハッチングの施された丸印はO原子を表し、クロスハッチが施された丸印はC原子を表し、そして白丸印はH原子を表している。すなわち、Si系有機・無機ハイブリッド膜中において、C、Si、およびOの原子は共有結合によって骨格構造となるネットワークを形成し、それらの原子のダングリングボンドはH原子によってターミネートされていると考えられる。このような化学構造は、図9に示されているように水素結合を介して有機分子と無機分子が互いに分散しているような従来の有機・無機ハイブリッド材料の構造と全く異なっていることが理解されよう。   FIG. 7 shows, as an example, a schematic three-dimensional network of an atomic arrangement in a Si-based organic / inorganic hybrid film containing C, Si, and O in the skeleton structure. In this figure, the circles with left-sloped hatching represent Si atoms, the circles with right-sloped hatching represent O atoms, and the circles with cross-hatching represent C atoms. And white circles represent H atoms. That is, in the Si-based organic / inorganic hybrid film, the atoms of C, Si, and O form a network having a skeleton structure by covalent bonds, and the dangling bonds of these atoms are terminated by H atoms. It is done. Such a chemical structure is completely different from the structure of a conventional organic / inorganic hybrid material in which organic molecules and inorganic molecules are dispersed through hydrogen bonds as shown in FIG. It will be understood.

以上のように、本発明によれば、従来の有機・無機ハイブリッド材料とは異なる化学構造を有するSi系有機・無機ハイブリッド膜を気相成長法で簡便かつ低コストで提供することができ、そのようなSi系有機・無機ハイブリッド膜は機能的膜として種々の用途に使用可能なものである。   As described above, according to the present invention, a Si-based organic / inorganic hybrid film having a chemical structure different from that of a conventional organic / inorganic hybrid material can be provided simply and at low cost by a vapor phase growth method. Such Si-based organic / inorganic hybrid films can be used for various applications as functional films.

本発明によるSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法に利用し得る成膜装置の一例を示す模式的ブロック図である。It is a typical block diagram which shows an example of the film-forming apparatus which can be utilized for the formation method of Si type organic / inorganic hybrid film | membrane by this invention. 本発明によるSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法に利用し得る成膜装置の他の例を示す模式的ブロック図である。It is a typical block diagram which shows the other example of the film-forming apparatus which can be utilized for the formation method of the Si type organic and inorganic hybrid film by this invention. 本発明によるSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法に利用し得る成膜装置のさらに他の例を示す模式的ブロック図である。It is a typical block diagram which shows the further another example of the film-forming apparatus which can be utilized for the formation method of Si type organic / inorganic hybrid film | membrane by this invention. 本発明によって得られたSi系有機・無機ハイブリッド膜の一例のFTIRにおける赤外透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the infrared transmittance in FTIR of an example of the Si type organic and inorganic hybrid film | membrane obtained by this invention. 本発明によって得られたSi系有機・無機ハイブリッド膜の一例のPL特性を示すグラフである。It is a graph which shows the PL characteristic of an example of the Si type organic and inorganic hybrid film | membrane obtained by this invention. 本発明によって得られたSi系有機・無機ハイブリッド膜の他の例のFTIRにおける赤外透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the infrared transmittance | permeability in FTIR of the other example of the Si type organic / inorganic hybrid film | membrane obtained by this invention. 本発明によって得られるSi系有機・無機ハイブリッド膜の化学的構造の一例を示すモデル図である。It is a model figure which shows an example of the chemical structure of Si type | system | group organic / inorganic hybrid film | membrane obtained by this invention. 従来のSi系有機・無機ハイブリッド材料における有機分子の分散状況の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the dispersion | distribution state of the organic molecule in the conventional Si type organic and inorganic hybrid material. 従来のSi系有機・無機ハイブリッド材料において有機分子とシリカとの間の水素結合を含む化学式の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of chemical formula containing the hydrogen bond between an organic molecule and silica in the conventional Si type organic and inorganic hybrid material.

符号の説明Explanation of symbols

1 反応容器、1a ガス導入口、1b 排気口、2 加熱フィラメント、3 基体または基板、4 支持台、5 加熱フィラメント用電源、6a、6b 一対のメッシュ電極、7 プラズマ生成用電源。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction container, 1a Gas introduction port, 1b Exhaust port, 2 Heating filament, 3 Base | substrate or board | substrate, 4 Support stand, Power supply for heating filament, 6a, 6b A pair of mesh electrode, 7 Power supply for plasma generation.

Claims (8)

加熱フィラメントとそのフィラメントに対向して配置された基体を反応容器内に設け、
エチレン結合を含む有機化合物の蒸気とともに、アルキルシラン、アルコキシシラン、およびアミノシランから選択された少なくとも1種の化合物の蒸気を前記加熱フィラメントに向けて前記反応容器内へ導入し、
それによって、少なくとも炭素とシリコンとを含むSi系有機・無機ハイブリッド膜を前記基体上に形成することを特徴とするSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法。
A heating filament and a substrate disposed opposite the filament are provided in the reaction vessel,
Introducing a vapor of at least one compound selected from alkylsilane, alkoxysilane, and aminosilane together with a vapor of an organic compound containing an ethylene bond into the reaction vessel toward the heating filament;
Thereby, a Si-based organic / inorganic hybrid film comprising at least carbon and silicon is formed on the substrate.
反応容器内に基体を設け、
エチレン結合を含む有機化合物としての炭化水素の蒸気とともに、アルキルシラン、アルコキシシラン、およびアミノシランから選択された少なくとも1種の化合物の蒸気を前記反応容器内へ導入し、
前記反応容器内に導入された蒸気をプラズマ励起して化学反応させ、
それによって、少なくとも炭素とシリコンとを含むSi系有機・無機ハイブリッド膜を前記基体上に形成することを特徴とするSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法。
A substrate is provided in the reaction vessel,
Introducing a vapor of at least one compound selected from alkylsilane, alkoxysilane, and aminosilane into the reaction vessel together with a vapor of hydrocarbon as an organic compound containing an ethylene bond;
The vapor introduced into the reaction vessel is plasma-excited to cause a chemical reaction,
Thereby, a Si-based organic / inorganic hybrid film comprising at least carbon and silicon is formed on the substrate.
窒素、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、およびキセノンから選択された1種以上のガスも前記蒸気とともに前記反応容器内に導入されることを特徴とする請求項2に記載のSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法。   The Si-based organic / inorganic hybrid according to claim 2, wherein at least one gas selected from nitrogen, hydrogen, helium, neon, argon, and xenon is also introduced into the reaction vessel together with the vapor. Method for forming a film. 前記エチレン結合含有有機化合物はベンゼン核をも含むことを特徴とする請求項1または2に記載のSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法。   The method for forming a Si-based organic / inorganic hybrid film according to claim 1 or 2, wherein the ethylene bond-containing organic compound also contains a benzene nucleus. 前記エチレン結合含有有機化合物はビニル基およびビニレン基の少なくとも一方とベンゼン核とが隣接結合した部分を含むことを特徴とする請求項4に記載のSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法。   5. The method for forming a Si-based organic / inorganic hybrid film according to claim 4, wherein the ethylene bond-containing organic compound includes a portion in which at least one of a vinyl group and a vinylene group is adjacently bonded to a benzene nucleus. 前記エチレン結合含有有機化合物はスチレンであることを特徴とする請求項5に記載のSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法。   6. The method for forming a Si-based organic / inorganic hybrid film according to claim 5, wherein the ethylene bond-containing organic compound is styrene. 前記Si系有機・無機ハイブリッド膜の形成を開始する前に、
酸素、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、およびメタンから選択された一種以上のガスを前記反応容器内に導入し、
そのガスのプラズマを前記反応容器内で発生させ、
そのプラズマで前記基体の表面を浄化することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法。
Before starting the formation of the Si-based organic / inorganic hybrid film,
Introducing one or more gases selected from oxygen, nitrogen, hydrogen, helium, neon, argon, xenon, and methane into the reaction vessel;
Generating a plasma of the gas in the reaction vessel,
The method for forming a Si-based organic / inorganic hybrid film according to any one of claims 1 to 6, wherein the surface of the substrate is purified by the plasma.
前記基体はガラスまたは高分子フィルムからなることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のSi系有機・無機ハイブリッド膜の形成方法。   8. The method for forming a Si-based organic / inorganic hybrid film according to claim 1, wherein the substrate is made of glass or a polymer film.
JP2003417632A 2003-12-16 2003-12-16 Method for forming Si-based organic / inorganic hybrid film Expired - Lifetime JP4455039B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003417632A JP4455039B2 (en) 2003-12-16 2003-12-16 Method for forming Si-based organic / inorganic hybrid film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003417632A JP4455039B2 (en) 2003-12-16 2003-12-16 Method for forming Si-based organic / inorganic hybrid film

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005179693A JP2005179693A (en) 2005-07-07
JP4455039B2 true JP4455039B2 (en) 2010-04-21

Family

ID=34780075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003417632A Expired - Lifetime JP4455039B2 (en) 2003-12-16 2003-12-16 Method for forming Si-based organic / inorganic hybrid film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4455039B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2007111098A1 (en) 2006-03-24 2009-08-06 コニカミノルタエムジー株式会社 Transparent barrier sheet and method for producing the same
EP2000297A1 (en) 2006-03-24 2008-12-10 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Transparent barrier sheet and method for producing transparent barrier sheet
EP2000299A4 (en) 2006-03-24 2009-08-05 Konica Minolta Med & Graphic Transparent barrier sheet and method for producing transparent barrier sheet
JPWO2007111076A1 (en) 2006-03-24 2009-08-06 コニカミノルタエムジー株式会社 Transparent barrier sheet and method for producing transparent barrier sheet
EP2000296A2 (en) 2006-03-24 2008-12-10 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Transparent barrier sheet and production method of transparent barrier sheet
US20080102223A1 (en) * 2006-11-01 2008-05-01 Sigurd Wagner Hybrid layers for use in coatings on electronic devices or other articles
JP5249240B2 (en) * 2006-12-29 2013-07-31 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Method for curing metal alkoxide-containing film
JP5470969B2 (en) 2009-03-30 2014-04-16 株式会社マテリアルデザインファクトリ− Gas barrier film, electronic device including the same, gas barrier bag, and gas barrier film manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005179693A (en) 2005-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI236705B (en) Method of and apparatus for manufacturing semiconductor device
CN101109074B (en) Method to reduce gas-phase reactions in a pecvd process with silicon and organic precursors to deposit defect-free initial layers
JPH049369B2 (en)
TWI490363B (en) Insulator film material, film formation method and insulator film that use the same
JP4455039B2 (en) Method for forming Si-based organic / inorganic hybrid film
JP4881153B2 (en) Method for producing a hydrogenated silicon oxycarbide film.
CN101316945A (en) A method to improve the ashing/wet etch damage resistance and integration stability of low dielectric constant films
KR20040103393A (en) Low dielectric constant insulating film and method of forming the same
JP2005072584A (en) Method of forming silicon-based insulating film having low dielectric constant and low membrane stress
JPH0685391B2 (en) Deposited film formation method
JP2008187187A (en) Film of low dielectric constant, its deposition method and electronic device employing that film
JP3781730B2 (en) Method for forming silicon insulating film having low dielectric constant and high mechanical strength
JP3197008B2 (en) Silicon polymer insulating film on semiconductor substrate and method for forming the film
JP3814797B2 (en) Method for forming a silicon polymer insulating film on a semiconductor substrate
JPH0448757B2 (en)
JPH0670970B2 (en) Deposited film formation method
JPS60218830A (en) Deposited film forming method
JP2004193522A (en) Impurity doped diamond
JPS60218827A (en) Formation of deposited film
JPH05243214A (en) Equipment for forming silicon oxide film on semiconductor substrate
JP5164078B2 (en) Low dielectric constant insulating film
JPS60218833A (en) Deposited film forming method
JPH0750682B2 (en) Deposited film formation method
JPS60218836A (en) Deposited film forming method
JPS60218840A (en) Deposited film forming method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061129

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090514

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090526

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090722

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090929

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091113

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100105

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100203

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130212

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4455039

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140212

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term