JP5069582B2 - Method for forming silica film - Google Patents

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Description

本発明は、シリカ膜の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a silica film.

シリカ膜は、耐熱性、耐磨耗性、耐食性、高絶縁性など優れた特性を有しているので、半導体装置の層間絶縁膜など様々な用途に用いられている。
シリカ膜の形成方法としては、スパッタ法、CVD法などのようなドライプロセスのほか、ゾルゲル法、スピンコーティング法などのウェットプロセスなど様々な方法が提案されている。
ゾルゲル法は、焼成温度が500℃以上にする必要があり、基材を低温で処理する用途には用いられず、スパッタ法やCVD法は、基材を減圧下に保持する必要があり、処理に時間がかかるなどの問題があった。
Silica films have excellent properties such as heat resistance, wear resistance, corrosion resistance, and high insulation, and are therefore used in various applications such as interlayer insulation films for semiconductor devices.
As a method for forming a silica film, various methods such as a dry process such as a sputtering method and a CVD method, and a wet process such as a sol-gel method and a spin coating method have been proposed.
The sol-gel method requires a firing temperature of 500 ° C. or higher, and is not used for applications in which the substrate is processed at a low temperature. The sputtering method or the CVD method requires that the substrate be held under reduced pressure, There were problems such as taking a long time.

これらの問題を解消するために、たとえば、特許文献1には、ポリシラザンを転化してシリコン酸化膜を形成する方法が開示されている。これは、まず、ポリシラザン含有膜を形成し、この膜を300℃以上の温度および350℃以上の温度で2回の熱処理を行うことによりシリカ膜とする方法である。1回目の熱処理の代わりに紫外線照射を行ってもよいとしているが、その場合でも、2回目に350℃以上の温度で熱処理をおこなっている。また、処理時間も合計で1時間程度を必要としている。   In order to solve these problems, for example, Patent Document 1 discloses a method of forming a silicon oxide film by converting polysilazane. This is a method in which a polysilazane-containing film is first formed, and this film is subjected to heat treatment twice at a temperature of 300 ° C. or higher and a temperature of 350 ° C. or higher to form a silica film. Although UV irradiation may be performed instead of the first heat treatment, the heat treatment is performed at a temperature of 350 ° C. or more in the second time. Further, the processing time requires about 1 hour in total.

また、特許文献2には、ポリシラザン塗膜のシリカ膜への転化促進方法が開示されている。ポリシラザン又はその変成物を主成分とする塗膜を硬化処理した後にアンモニウム塩を含有する高温水で処理することにより、ポリシラザン塗膜のシリカ膜への転化反応を促進している。具体的には、350℃、1分間の熱処理を行った後、この基板を10重量%の炭酸アンモニウム水溶液に浸漬し、沸騰状態で1時間処理を行っており、シリカ膜の形成には、300℃以上の熱処理が必要であり、処理時間も1時間以上を必要としている。   Patent Document 2 discloses a method for promoting the conversion of a polysilazane coating film to a silica film. The conversion reaction of the polysilazane coating film to a silica film is promoted by curing the coating film containing polysilazane or its modified product as a main component and then treating it with high temperature water containing an ammonium salt. Specifically, after heat treatment at 350 ° C. for 1 minute, this substrate was immersed in a 10 wt% ammonium carbonate aqueous solution and treated in a boiling state for 1 hour. Heat treatment at a temperature of 0 ° C. or higher is required, and the processing time is also required to be one hour or longer.

特許文献3には、シリカ質セラミックス被膜の形成方法及び同方法で形成されたセラミックス被膜が開示されている。ポリシラザン含有膜を形成した後、0℃〜100℃の低温でアミン類及び水蒸気と0.1秒〜30分接触させた後、200℃以上の乾燥雰囲気中で5分以上保持することにより焼成して、シリカ膜を形成している。なお、先の低温処理においては、30%程度のみがシリカ膜とされ、後の乾燥工程で完全なシリカ膜に転化すると記載されている。また、焼成温度は350〜450℃以上が好ましく、また30分以上保持することが好ましいとされている。   Patent Document 3 discloses a method for forming a siliceous ceramic film and a ceramic film formed by the same method. After forming a polysilazane-containing film, it is baked by contacting with amines and water vapor at a low temperature of 0 ° C. to 100 ° C. for 0.1 seconds to 30 minutes and holding in a dry atmosphere at 200 ° C. or higher for 5 minutes or longer. Thus, a silica film is formed. In the previous low-temperature treatment, it is described that only about 30% is made into a silica film and converted into a complete silica film in a subsequent drying step. Further, the firing temperature is preferably 350 to 450 ° C. or higher, and is preferably maintained for 30 minutes or longer.

特許文献4には、セラミックスの低温形成方法が開示されている。ポリシラザン含有膜を150℃以下の温度で熱処理した後、2.66気圧中で130℃×1hの加圧飽和水蒸気雰囲気で熱処理することにより、シリカ膜を形成している。先の熱処理では、完全にシリカ膜とされず、後の熱処理で完全にシリカ膜とする。
後の熱処理の代わりに、触媒を含有した蒸留水中に浸してもよく、また、これらの2つの方法の両方を行ってもよいとされている。たとえば、触媒として塩酸を用いた場合には、室温で24h浸した後、100℃で2h乾燥させている。さらにまた、ポリシラザン含有膜をPd2+イオンと水に接触させ、90℃に加熱してもよく、同様にシリカ膜を形成できる。
Patent Document 4 discloses a method for forming ceramics at a low temperature. The polysilazane-containing film is heat-treated at a temperature of 150 ° C. or lower, and then heat-treated in a saturated saturated steam atmosphere of 130 ° C. × 1 h at 2.66 atm to form a silica film. In the previous heat treatment, the silica film is not completely formed, but in the subsequent heat treatment, the silica film is completely formed.
Instead of the subsequent heat treatment, it may be immersed in distilled water containing the catalyst, and both of these two methods may be performed. For example, when hydrochloric acid is used as the catalyst, it is soaked at room temperature for 24 hours and then dried at 100 ° C. for 2 hours. Furthermore, the polysilazane-containing film may be brought into contact with Pd 2+ ions and water and heated to 90 ° C., and a silica film can be similarly formed.

しかしながら、現状では、短時間で緻密なシリカ膜を形成するには100℃程度以上に加熱することが必要であり、1時間以上の長時間の形成時間を必要とした。そのため、シリカ膜の生産効率が悪く、生産コストも高くなるという問題があった。
特開平7−45605号公報 特開2003−347294号公報 特開平10−194753号公報 特開平07−223867号公報
However, at present, in order to form a dense silica film in a short time, it is necessary to heat to about 100 ° C. or more, and a long formation time of 1 hour or more is required. Therefore, there was a problem that the production efficiency of the silica film was poor and the production cost was high.
JP 7-45605 A JP 2003-347294 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-194753 Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-223867

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、簡単な操作で、しかも基材に熱影響を与えずに短時間に、緻密なシリカ膜を形成する方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for forming a dense silica film in a short time by a simple operation and without affecting the base material.

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
本発明のシリカ膜の形成方法は、基材の表面にポリシラザン含有膜を形成する工程と、大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガスを前記ポリシラザン含有膜に吹き付けてシリカ膜へ転化させる工程と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration. That is,
The method for forming a silica film of the present invention includes a step of forming a polysilazane-containing film on the surface of a substrate, a step of blowing a carrier gas that has passed through an atmospheric pressure plasma region to the polysilazane-containing film, and converting the film into a silica film, It is characterized by having.

本発明のシリカ膜の形成方法は、前記キャリアガスが、希ガスまたは窒素ガスのいずれかのガスに対して、酸素ガス、窒素ガスまたは水素ガスのいずれか1種または2種以上をキャリアガス中の濃度が0.01〜40容量%で含有させてなることを特徴とする   In the method for forming a silica film of the present invention, the carrier gas contains one or more of oxygen gas, nitrogen gas, and hydrogen gas in a carrier gas with respect to either a rare gas or a nitrogen gas. It is characterized by being made to contain in the density | concentration of 0.01-40 volume%

本発明のシリカ膜の形成方法は、前記シリカ膜へ転化させる工程が、過酸化水素水を含む雰囲気下において行われることを特徴とする。   The method for forming a silica film of the present invention is characterized in that the step of converting into a silica film is performed in an atmosphere containing hydrogen peroxide.

本発明のシリカ膜の形成方法は、前記ポリシラザン含有膜を形成する前に、大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガスを吹き付ける前処理工程を有することを特徴とする。   The method for forming a silica film of the present invention includes a pretreatment step of blowing a carrier gas that has passed through an atmospheric pressure plasma region before forming the polysilazane-containing film.

本発明のシリカ膜の形成方法は、前記ポリシラザン含有膜を前記シリカ膜へ転化させた後に、大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガスを吹き付ける後処理工程を有することを特徴とする。   The method for forming a silica film of the present invention includes a post-treatment step of blowing a carrier gas that has passed through an atmospheric pressure plasma region after converting the polysilazane-containing film into the silica film.

本発明のシリカ膜の形成方法は、前記ポリシラザン含有膜を前記シリカ膜へ転化させた後に、100〜700℃の温度雰囲気で加熱処理を行う後処理工程を有することを特徴とする。   The method for forming a silica film of the present invention is characterized by having a post-treatment step of performing a heat treatment in a temperature atmosphere of 100 to 700 ° C. after converting the polysilazane-containing film into the silica film.

本発明のシリカ膜の形成方法は、前記ポリシラザン含有膜を前記シリカ膜へ転化させた後に、温度100〜500℃の加湿温度雰囲気で過熱水蒸気処理を行う後処理工程を有することを特徴とする。   The method for forming a silica film of the present invention is characterized by having a post-treatment step of performing a superheated steam treatment in a humidified temperature atmosphere at a temperature of 100 to 500 ° C. after converting the polysilazane-containing film to the silica film.

本発明のシリカ膜の形成方法は、前記ポリシラザン含有膜を前記シリカ膜へ転化させた後に、オゾン処理を行う後処理工程を有することを特徴とする。   The method for forming a silica film of the present invention includes a post-treatment step of performing ozone treatment after converting the polysilazane-containing film into the silica film.

本発明のシリカ膜の形成方法は、前記ポリシラザン含有膜を前記シリカ膜へ転化させた後に、10〜200nmの紫外線を、前記シリカ膜に照射する紫外線処理を行う後処理工程を有することを特徴とする。   The method for forming a silica film of the present invention includes a post-treatment step of performing ultraviolet treatment of irradiating the silica film with ultraviolet rays of 10 to 200 nm after the polysilazane-containing film is converted into the silica film. To do.

上記の構成によれば、簡単な操作で、しかも基材に熱影響を与えずに短時間に、緻密で、密着性の高いシリカ膜を形成する方法を提供することができる。   According to the above configuration, it is possible to provide a method for forming a dense and highly adherent silica film in a short time with a simple operation and without affecting the base material.

本発明のシリカ膜の形成方法は、基材の表面にポリシラザン含有膜を形成する工程と、大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガスをポリシラザン含有膜に吹き付けてシリカ膜へ転化させる工程と、を有する構成なので、高温にする必要が無く、サンプルを大気中に保持したまま、簡単な操作で、短時間に、緻密なシリカ膜を形成することができる。   The method for forming a silica film of the present invention comprises a step of forming a polysilazane-containing film on the surface of a substrate, and a step of blowing a carrier gas that has passed through the atmospheric pressure plasma region to the polysilazane-containing film to convert it into a silica film. With this configuration, it is not necessary to set the temperature high, and a dense silica film can be formed in a short time with a simple operation while the sample is kept in the atmosphere.

本発明のシリカ膜の形成方法は、キャリアガスが、希ガスまたは窒素ガスのいずれかのガスに対して、酸素ガス、窒素ガスまたは水素ガスのいずれか1種または2種以上をキャリアガス中の濃度が0.01〜40容量%で含有させてなる構成なので、大気圧プラズマ領域を通過させることにより、酸素ラジカル、窒素ラジカル、水素ラジカルのようなラジカルを発生させることができ、これらのラジカルを含んだキャリアガスをポリシラザン含有膜に吹き付けることにより、速やかにシリカ膜へ転化させることができる。   In the method for forming a silica film of the present invention, the carrier gas contains one or more of oxygen gas, nitrogen gas, and hydrogen gas in the carrier gas with respect to either the rare gas or the nitrogen gas. Since the concentration is 0.01 to 40% by volume, radicals such as oxygen radicals, nitrogen radicals, and hydrogen radicals can be generated by passing through the atmospheric pressure plasma region. By spraying the contained carrier gas onto the polysilazane-containing film, it can be quickly converted into a silica film.

本発明のシリカ膜の形成方法は、シリカ膜へ転化させる工程が、過酸化水素水を含む雰囲気下において行われる構成なので、転化反応を促進して、非常に短時間にポリシラザン含有膜をシリカ膜に転化することができる。   In the method for forming a silica film of the present invention, since the step of converting to a silica film is performed in an atmosphere containing hydrogen peroxide, the conversion reaction is promoted, and the polysilazane-containing film is converted into a silica film in a very short time. Can be converted to

本発明のシリカ膜の形成方法は、ポリシラザン含有膜を形成する前に、大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガスを吹き付ける前処理工程を有する構成なので、基板の表面の有機物ゴミを取り除くとともに、基板の表面の濡れ性を改善して、均一にポリシラザン含有膜を形成することができる。   The method for forming a silica film of the present invention has a pretreatment step of blowing a carrier gas that has passed through an atmospheric pressure plasma region before forming a polysilazane-containing film. Thus, the polysilazane-containing film can be uniformly formed.

本発明のシリカ膜の形成方法は、ポリシラザン含有膜をシリカ膜へ転化させた後に、大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガスを吹き付ける後処理工程を有する構成なので非常に短時間に親水性にすることができる。   The method for forming a silica film according to the present invention comprises a post-treatment step of blowing a carrier gas that has passed through an atmospheric pressure plasma region after converting a polysilazane-containing film into a silica film, so that it is made hydrophilic in a very short time. be able to.

以下、本発明を実施するための形態を説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態であるシリカ膜の形成方法の一例を示す断面模式図である。
本発明のシリカ膜の製造方法は、基材1の表面1aにポリシラザン含有膜3を形成する工程と、大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付けてシリカ膜4へ転化させる工程と、を有する。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for forming a silica film according to an embodiment of the present invention.
The method for producing a silica film of the present invention includes a step of forming the polysilazane-containing film 3 on the surface 1a of the substrate 1, and a carrier film P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 is sprayed onto the polysilazane-containing film 3 to form the silica film 4 A step of converting to.

(ポリシラザン含有膜3を形成する工程)
図1(a)に示すように、ポリシラザンと溶媒を含有するコーティング液を基材1の表面1aに塗布した後、溶媒を除去して、ポリシラザン含有膜3を形成する。
(Step of forming polysilazane-containing film 3)
As shown in FIG. 1A, after applying a coating liquid containing polysilazane and a solvent to the surface 1a of the substrate 1, the solvent is removed to form a polysilazane-containing film 3.

基材1の材質は特に制限されない。例えば、ステンレス、チタン等の金属、ポリカーボネート、アクリル樹脂等の樹脂、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス、宝石、サンゴ、化石等の鉱物、骨、歯牙、木、紙、革、シリコンウェハ等を挙げることができる。   The material of the substrate 1 is not particularly limited. For example, metals such as stainless steel and titanium, resins such as polycarbonate and acrylic resin, ceramics such as alumina and zirconia, minerals such as jewels, corals and fossils, bones, teeth, wood, paper, leather, silicon wafers, etc. it can.

ポリシラザン(PolySilazane)は、「−(SiH−NH)−」(ただし、Hの全部又は一部が置換基で置換されていてもよい。)結合を有する化合物であり、鎖状ポリシラザン、環状ポリシラザン等を挙げることができる。
鎖状ポリシラザンとしては、ペルヒドロポリシラザン、ポリメチルヒドロシラザン、ポリN―メチルシラザン、ポリN―(トリエチルシリル)アリルシラザン、ポリN―(ジメチルアミノ)シクロヘキシルシラザン、フェニルポリシラザン等を挙げることができる。
これらは、いずれも使用することができ、また、これらに限定されるものではない。ポリシラザンは1種を用いてもよく2種以上の混合物として用いてもよい。
特に、ペルヒドロキシポリシラザンは入手が容易であり、緻密なシリカ膜を形成させる効果が良好である点で好ましい。
Polysilazane (PolySilazane) is a compound having a bond “— (SiH 2 —NH) —” (wherein all or part of H may be substituted with a substituent), and is a chain polysilazane or cyclic polysilazane. Etc.
Examples of the chain polysilazane include perhydropolysilazane, polymethylhydrosilazane, polyN-methylsilazane, polyN- (triethylsilyl) allylsilazane, polyN- (dimethylamino) cyclohexylsilazane, and phenylpolysilazane.
Any of these can be used and is not limited thereto. Polysilazane may be used alone or as a mixture of two or more.
In particular, perhydroxypolysilazane is preferable because it is easily available and has a good effect of forming a dense silica film.

溶媒は、ポリシラザンと反応せず、均一なポリシラザン溶液を形成できるものであればよい。
例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素;ペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、メチルペンタン、ヘプタン、イソヘプタン、オクタン、イソオクタン等の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素;塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ブロモホルム、塩化エチレン、塩化エチリデン、トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素;エチルエーテル、イソプロピルエーテル、エチルブチルエーテル、ブチルエーテル、1,2−ジオキシエタン、シオキタサン、ジメチルジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル類等を挙げることができる。
これらの溶媒は1種又は2種以上の混合物であってもよい。
The solvent may be any solvent that does not react with polysilazane and can form a uniform polysilazane solution.
For example, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene; aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, isohexane, methylpentane, heptane, isoheptane, octane, isooctane; cyclopentane, methylcyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane Alicyclic hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, bromoform, ethylene chloride, ethylidene chloride, trichloroethane, etc .; ethyl ether, isopropyl ether, ethyl butyl ether, butyl ether, 1,2-dioxyethane, Examples thereof include ethers such as thiochitasan, dimethyldioxane, tetrahydrofuran, and tetrahydropyran.
These solvents may be one kind or a mixture of two or more kinds.

コーティング液におけるポリシラザン濃度は、0.01〜50質量%が好ましく、1〜20質量%がより好ましい。
また、コーティング液には触媒を添加してもよい。該触媒としては、トリエチルアミン、ジエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、トリ−n−ブチルアミン等のアミン類、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の金属水酸化物、アンモニア水、ピリジンなどの塩基、酢酸、無水酢酸、蓚酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸のようなカルボン酸やその酸無水物、トリクロル酢酸等の有機酸、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸、三塩化鉄、三塩化アルミニウム等のルイス酸等を挙げることができる。
さらに、コーティング液には、本発明の効果を損なわない範囲で、目的に応じて、適宜の添加剤を含有させることができる。添加剤としては、例えば、紫外線吸収剤、セラミックスまたは樹脂からなるフィラー、フッ素化合物、薬剤成分、光触媒、感光性成分、光沢剤等を挙げることができる。
具体的には、生体活性膜にはカルシウム化合物、抗菌作用には酸化亜鉛や銀、紫外線遮断に二酸化チタンや酸化亜鉛、摺動性付与には二硫化モリブデン、二硫化タングステン、フッ素樹脂粒子などである。
The polysilazane concentration in the coating solution is preferably 0.01 to 50% by mass, and more preferably 1 to 20% by mass.
A catalyst may be added to the coating liquid. Examples of the catalyst include triethylamine, diethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, n-butylamine, di-n-butylamine, tri-n-butylamine and other amines, sodium hydroxide, potassium hydroxide and other metal hydroxides, ammonia Water, bases such as pyridine, acetic acid, acetic anhydride, succinic acid, fumaric acid, maleic acid, maleic anhydride, carboxylic acids such as succinic acid and their anhydrides, organic acids such as trichloroacetic acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, etc. Inorganic acids, and Lewis acids such as iron trichloride and aluminum trichloride.
Furthermore, an appropriate additive can be contained in the coating liquid according to the purpose within a range not impairing the effects of the present invention. Examples of the additive include an ultraviolet absorber, a filler made of ceramics or resin, a fluorine compound, a drug component, a photocatalyst, a photosensitive component, a brightener, and the like.
Specifically, it is made of calcium compounds for bioactive membranes, zinc oxide and silver for antibacterial action, titanium dioxide and zinc oxide for ultraviolet blocking, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, fluororesin particles for slidability. is there.

コーティング液の塗布方法は、はけ塗り法、スプレー法、浸漬法、流し塗り法等を用いることができる。また、コーティング液の塗布に先立って、必要に応じて、塗布面の研磨や洗浄を行ってもよい。さらにまた、コーティング液を塗布した後、溶媒を除去するために乾燥工程を行うことが好ましい。   As a method for applying the coating liquid, a brush coating method, a spray method, a dipping method, a flow coating method, or the like can be used. Further, prior to application of the coating liquid, the coated surface may be polished or washed as necessary. Furthermore, after applying the coating liquid, it is preferable to perform a drying step in order to remove the solvent.

(ポリシラザン含有膜をシリカ膜へ転化させる工程)
次に、図1(b)に示すように、大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガスPをポリシラザン含有膜3の表面3aに吹き付けることにより、図1(c)に示すように、シリカ膜4へ転化させる。
キャリアガスは、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、クリプトンなどの希ガス、窒素、空気、水素、酸素などの放電ガスを含む。放電ガスは電圧を印加することにより放電を起こすことのできるガスであり、単独で用いても、混合して用いてもかまわない。キャリアガスは、放電ガス以外に、オゾン、二酸化炭素、一酸化炭素、アンモニア等のガスを含有してもよい。これらのガスは反応を促進する作用を有し、ポリシラザン含有膜に吹き付けてもよい。
キャリアガスとしては、希ガスまたは窒素のいずれかのガスと、酸素、窒素または水素のいずれか1種または2種以上との組合せが好ましく、希ガスと酸素、窒素または水素との組合せ、窒素と酸素または水素との組合せが特に好ましい。希ガスと酸素、窒素または水素との組合せの場合のキャリアガス中の酸素、窒素または水素の濃度、窒素と酸素または水素との組合せの場合のキャリアガス中の酸素または水素の濃度は0.01〜40容量%が好ましく、0.05〜20容量%がさらに好ましく、0.1〜10容量%が特に好ましい。
(Process of converting polysilazane-containing film to silica film)
Next, as shown in FIG. 1B, by blowing the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region onto the surface 3a of the polysilazane-containing film 3, as shown in FIG. To convert.
The carrier gas includes a rare gas such as helium, argon, xenon, neon, and krypton, and a discharge gas such as nitrogen, air, hydrogen, and oxygen. The discharge gas is a gas that can cause a discharge by applying a voltage, and may be used alone or in combination. The carrier gas may contain gases such as ozone, carbon dioxide, carbon monoxide, and ammonia in addition to the discharge gas. These gases have a function of promoting the reaction and may be sprayed on the polysilazane-containing film.
The carrier gas is preferably a combination of either a rare gas or nitrogen and one or more of oxygen, nitrogen or hydrogen, a combination of a rare gas and oxygen, nitrogen or hydrogen, nitrogen and A combination with oxygen or hydrogen is particularly preferred. The concentration of oxygen, nitrogen or hydrogen in the carrier gas in the case of a combination of a rare gas and oxygen, nitrogen or hydrogen, and the concentration of oxygen or hydrogen in the carrier gas in the case of a combination of nitrogen and oxygen or hydrogen is 0.01 -40% by volume is preferable, 0.05-20% by volume is more preferable, and 0.1-10% by volume is particularly preferable.

図2は、本発明に用いられるプラズマ装置の一例であるリモート型(吹き出し型)放電管14の断面概略図である。リモート型(吹き出し型)放電管14にキャリアガスGを通過させることにより、大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPを生成し、ポリシラザン含有膜3の表面3aに吹き付けることができる。
キャリアガス噴出口17から噴出されるキャリアガスPが、ポリシラザン含有膜3の表面3aに吹き付けられるように基材1が配置されている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a remote type (blowing type) discharge tube 14 which is an example of a plasma apparatus used in the present invention. By passing the carrier gas G through the remote type (blowing type) discharge tube 14, the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 can be generated and sprayed onto the surface 3 a of the polysilazane-containing film 3.
The substrate 1 is arranged so that the carrier gas P ejected from the carrier gas ejection port 17 is sprayed onto the surface 3 a of the polysilazane-containing film 3.

リモート型(吹き出し型)放電管14の一端側14aには、キャリアガス注入口16が設けられ、他端側14bにはキャリアガス噴出口17が設けられている。キャリアガス注入口16から注入されたキャリアガスGは、ガラスフィルター24でゴミなどが除去された後、リモート型(吹き出し型)放電管14の内部の貫通孔14cに注入される。貫通孔14cを通過したキャリアガスは、キャリアガス噴出口17から噴出される。   A carrier gas inlet 16 is provided at one end side 14 a of the remote type (blowing type) discharge tube 14, and a carrier gas outlet 17 is provided at the other end side 14 b. The carrier gas G injected from the carrier gas injection port 16 is injected into the through hole 14 c inside the remote type (blowing type) discharge tube 14 after dust and the like are removed by the glass filter 24. The carrier gas that has passed through the through hole 14 c is ejected from the carrier gas ejection port 17.

貫通孔14cの内壁は、誘電体22により取り囲まれている。また、この誘電体22を覆うように、2枚の電極20、21が設けられ、放電部15が形成されている。2枚の電極20、21に電圧を印加することによって、放電部15に大気圧プラズマ領域10が形成される構成とされている。なお、このとき、冷却水26が流されて、放電部15を冷却できる。
このようにして、キャリアガスGは大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPとされる。
The inner wall of the through hole 14 c is surrounded by the dielectric 22. Further, two electrodes 20 and 21 are provided so as to cover the dielectric 22, and a discharge part 15 is formed. By applying a voltage to the two electrodes 20 and 21, the atmospheric pressure plasma region 10 is formed in the discharge portion 15. At this time, the cooling water 26 is poured to cool the discharge part 15.
In this way, the carrier gas G is the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10.

このキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付けることにより、たとえば、0.01〜2μm程度の膜厚のシリカ膜4を形成することができる。   By blowing this carrier gas P onto the polysilazane-containing film 3, for example, a silica film 4 having a thickness of about 0.01 to 2 μm can be formed.

ポリシラザンは、以下の反応式(1)で表されるように水(HO)と反応してシリカ膜に転化されると言われている。
(−SiH−NH−)+2HO→(−SiO−)+NH+2H…(1)
本発明においては、大気圧プラズマ領域10を通過させてラジカルを発生させたキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付ける構成なので、このラジカルがポリシラザン含有膜と反応して、短時間にポリシラザン含有膜3をシリカ膜4に転化することができるものと推測される。
It is said that polysilazane reacts with water (H 2 O) and is converted into a silica film as represented by the following reaction formula (1).
(—SiH 2 —NH —) + 2H 2 O → (—SiO 2 —) + NH 3 + 2H 2 (1)
In the present invention, since the carrier gas P that has generated radicals by passing through the atmospheric pressure plasma region 10 is sprayed onto the polysilazane-containing film 3, this radical reacts with the polysilazane-containing film, and in a short time the polysilazane-containing film 3 It is presumed that can be converted into a silica film 4.

なお、水、エタノール、過酢酸、過酸化水素水などの雰囲気において、キャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付ける構成とすると、上記転化反応を促進する効果が大きく、特に過酸化水素水雰囲気において上記転化反応を促進する効果が著しい。このように、水、エタノール、過酢酸、過酸化水素水などの液体は、上記転化反応を促進する作用を有する。
上記「雰囲気において行う」とは、たとえば、これらの液体からなる層をポリシラザン含有膜3上に形成させてから大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付けたり、これらの液体を噴霧した状態で大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付けたり、これらの液体を含んだキャリアガスGを大気圧プラズマ領域10中を通過させることにより、これらの液体を含んだキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付けて使用することである。
これらの液体からなる層をポリシラザン含有膜上に形成させてから大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付けたり、これらの液体を噴霧した状態で大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付ける方法が好ましく、これらの液体からなる層をポリシラザン含有膜3上に形成させてから大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付ける方法が特に好ましい。
If the carrier gas P is sprayed onto the polysilazane-containing film 3 in an atmosphere such as water, ethanol, peracetic acid, or hydrogen peroxide solution, the effect of promoting the conversion reaction is great. The effect of promoting the conversion reaction is remarkable. Thus, liquids such as water, ethanol, peracetic acid, and hydrogen peroxide have an action of promoting the conversion reaction.
The above-mentioned “performed in the atmosphere” means, for example, that the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 after the layer made of these liquids is formed on the polysilazane-containing film 3 is sprayed onto the polysilazane-containing film 3. By spraying the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 in a state of spraying the liquid, onto the polysilazane-containing film 3, or by passing the carrier gas G containing these liquids through the atmospheric pressure plasma region 10, The carrier gas P containing these liquids is used by spraying on the polysilazane-containing film 3.
A carrier gas P which has been formed on the polysilazane-containing film and then passed through the atmospheric pressure plasma region 10 is sprayed onto the polysilazane-containing film 3 or the atmospheric pressure plasma region 10 is sprayed with these liquids. A method of spraying the carrier gas P that has passed through the polysilazane-containing film 3 is preferable, and the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 after the layer made of these liquids is formed on the polysilazane-containing film 3 The method of spraying on the film 3 is particularly preferable.

また、本発明を、加熱処理(100〜700℃、5〜60分)、過熱水蒸気処理(100〜500℃、5〜60分)、オゾン処理、紫外線処理(10〜200nm、5〜60分)などの処理と組合せて行うこともでき、紫外線処理との組合せは特に好ましい。
さらに、本発明に用いられるプラズマ装置を複数用いれば大面積の基材1を処理することも可能であり、異なるキャリアガスを用いるなど条件を変えた装置を組合せれば目的に応じた処理が可能である。
In addition, the present invention includes heat treatment (100 to 700 ° C., 5 to 60 minutes), superheated steam treatment (100 to 500 ° C., 5 to 60 minutes), ozone treatment, ultraviolet treatment (10 to 200 nm, 5 to 60 minutes). It is also possible to carry out in combination with a treatment such as UV treatment, and a combination with ultraviolet treatment is particularly preferred.
Furthermore, if a plurality of plasma apparatuses used in the present invention are used, it is possible to process the substrate 1 having a large area. By combining apparatuses with different conditions such as using different carrier gases, processing according to the purpose is possible. It is.

なお、本発明の実施形態であるシリカ膜4は、ポリシラザン含有膜3に含まれるポリシラザンの全部がシリカに転化されず、一部のみがシリカに転化されていてもよい。
たとえば、大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPの吹き付け時間の短い場合や、大気圧プラズマのエネルギー密度が小さい場合に、シリカへの転化が不完全で、形成したシリカ膜4の表面にOH基が残っている場合がある。このように表面にOH基を有するシリカ膜4は、たとえば、シランカップリング剤と基材との間の接合膜として用いることができるので、有用である。たとえば、シリカ膜4の表面4aにシランカップリング剤、接着剤を介して歯科修復材(セラミックス材料)を接合する場合に、シリカ膜4とシランカップリング剤との接着性を高くすることができる。
In addition, as for the silica film 4 which is embodiment of this invention, all the polysilazanes contained in the polysilazane containing film | membrane 3 may not be converted into a silica, but only a part may be converted into the silica.
For example, when the spraying time of the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 is short or when the energy density of the atmospheric pressure plasma is small, the conversion to silica is incomplete, and the surface of the formed silica film 4 is formed. OH groups may remain. Thus, the silica film 4 having an OH group on the surface is useful because it can be used, for example, as a bonding film between a silane coupling agent and a substrate. For example, when a dental restoration material (ceramic material) is bonded to the surface 4a of the silica film 4 via a silane coupling agent or an adhesive, the adhesion between the silica film 4 and the silane coupling agent can be increased. .

(実施形態2)
図3は、本発明の実施形態であるシリカ膜の形成方法の別の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態であるシリカ膜の製造方法は、キャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付ける際に、過酸化水素水雰囲気において行う例として、ポリシラザン含有膜3上に、過酸化水素水層5を形成する工程を含む他は、実施形態1と同様の構成である。なお、実施形態1と同一の部材については同一の符号をつけて示してある。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of a method for forming a silica film according to an embodiment of the present invention.
The method for producing a silica film according to an embodiment of the present invention is an example in which the carrier gas P is sprayed on the polysilazane-containing film 3 in a hydrogen peroxide solution atmosphere. The configuration is the same as that of the first embodiment except that the step of forming is included. In addition, about the member same as Embodiment 1, it attaches | subjects and shows the same code | symbol.

(ポリシラザン含有膜形成工程)
まず、図3(a)に示すように、実施形態1と同様にして、ポリシラザン含有膜3を形成する。
次に、図3(b)に示すように、過酸化水素水を滴下することにより、ポリシラザン含有膜3の表面3a上に過酸化水素水層5を形成する。
過酸化水素水層5の膜厚は特に限定されず、ポリシラザン含有膜3の表面3aを覆う程度であれば良い。過酸化水素水層5の過酸化水素の濃度は、0.1〜30質量%が好ましく、1〜5質量%がより好ましい。この濃度範囲にすることにより、シリカ膜転化工程の反応をより速やかに行うことができる。
過酸化水素水は、過酸化水素(H)を含有させた水(HO)である。また、過酸化水素水に界面活性剤を含有させると、より均質な過酸化水素水層5を形成できるため、膜質が良好なセラミック膜を形成するうえで好ましい。
(Polysilazane-containing film formation process)
First, as shown in FIG. 3A, a polysilazane-containing film 3 is formed in the same manner as in the first embodiment.
Next, as shown in FIG. 3B, a hydrogen peroxide solution layer 5 is formed on the surface 3a of the polysilazane-containing film 3 by dropping hydrogen peroxide solution.
The film thickness of the hydrogen peroxide solution layer 5 is not particularly limited as long as it covers the surface 3 a of the polysilazane-containing film 3. The concentration of hydrogen peroxide in the hydrogen peroxide aqueous layer 5 is preferably 0.1 to 30% by mass, and more preferably 1 to 5% by mass. By setting the concentration within this range, the reaction in the silica film conversion step can be performed more rapidly.
The hydrogen peroxide solution is water (H 2 O) containing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). In addition, when a surfactant is contained in the hydrogen peroxide solution, a more uniform hydrogen peroxide solution layer 5 can be formed, which is preferable in forming a ceramic film with good film quality.

(シリカ膜転化工程)
次に、図3(c)に示すように、大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPを過酸化水素水層5の表面5aに吹き付けることにより、図3(d)に示すように、数秒で、たとえば、0.01〜2μm程度の膜厚のシリカ膜4を形成することができる。
(Silica membrane conversion process)
Next, as shown in FIG. 3C, by blowing the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 onto the surface 5a of the hydrogen peroxide solution layer 5, as shown in FIG. In a few seconds, for example, the silica film 4 having a film thickness of about 0.01 to 2 μm can be formed.

大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPと過酸化水素水層5とを併用することにより、ポリシラザン含有膜3を非常に短時間でシリカ膜4に転化させることができる。これは大気圧プラズマ領域10で発生したラジカルが過酸化水素水と反応することにより、より活性なラジカルを生成させるためと推測される。   By using the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 and the hydrogen peroxide solution layer 5 in combination, the polysilazane-containing film 3 can be converted into the silica film 4 in a very short time. This is presumed to be because radicals generated in the atmospheric pressure plasma region 10 react with the hydrogen peroxide solution to generate more active radicals.

なお、キャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付ける際に、過酸化水素雰水囲気において上記転化反応を行う方法として、過酸化水素水層5を形成する代わりに、過酸化水素水を噴霧した状態で大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付けても、過酸化水素水を混合したキャリアガスGを大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付けても良い。   In addition, when spraying the carrier gas P onto the polysilazane-containing film 3, as a method for performing the conversion reaction in a hydrogen peroxide atmosphere, a state in which hydrogen peroxide solution is sprayed instead of forming the hydrogen peroxide solution layer 5 is used. Even if the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 is sprayed onto the polysilazane-containing film 3, the carrier gas P that has been mixed with hydrogen peroxide is passed through the atmospheric pressure plasma region 10 to form the polysilazane-containing film. 3 may be sprayed.

なお、リモート型(吹き出し型)放電管14の一端側14aのキャリアガス注入口16から過酸化水素水を噴霧するようにしてもよい。さらにまた、貫通孔14cの内部に過酸化水素水の注入口を設けて、貫通孔14c内部に過酸化水素水を噴霧するようにしてもよい。   The hydrogen peroxide solution may be sprayed from the carrier gas inlet 16 on the one end side 14a of the remote type (blowing type) discharge tube 14. Furthermore, a hydrogen peroxide solution inlet may be provided inside the through hole 14c so that the hydrogen peroxide solution is sprayed into the through hole 14c.

また、シリカ膜4の膜中あるいは表面のOH基は、アニールなどの後処理を行うことにより、容易に脱離除去させることができる。OH基を除去して、より緻密な膜とすることにより、たとえば、半導体装置の絶縁膜として用いることができる。また、ガス、イオンの透過を防ぐ緻密な膜として利用できる。   Further, OH groups in the surface of the silica film 4 or on the surface can be easily detached and removed by performing post-treatment such as annealing. By removing the OH group to form a denser film, for example, it can be used as an insulating film of a semiconductor device. Further, it can be used as a dense film that prevents permeation of gas and ions.

(実施形態3)
ポリシラザン含有膜形成工程の前に、大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPを基材1の表面1a吹き付けて前記基材の表面をクリーニングする前処理工程を行った他は実施形態1と同様にして、シリカ膜4を形成した。
リモート型(吹き出し型)放電管14のキャリアガス噴出口17から噴出されるキャリアガスPが、基材1の表面1aに吹き付けられるように基材1を配置する。
(Embodiment 3)
Embodiment 1 is the same as Embodiment 1 except that the pretreatment step of cleaning the surface of the substrate by spraying the surface 1a of the substrate 1 with the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 is performed before the polysilazane-containing film forming step. Similarly, a silica film 4 was formed.
The base material 1 is arranged so that the carrier gas P ejected from the carrier gas ejection port 17 of the remote type (blowing type) discharge tube 14 is sprayed onto the surface 1 a of the base material 1.

実施形態1と同様にして、キャリアガスPを基材1に吹き付けることにより、数秒で、たとえば、基材1の表面1aに残存する有機物などを除去して、クリーニングすることができる。また、基板1の表面1aの濡れ性を改善して、均一にポリシラザン含有膜3を形成することができる   By spraying the carrier gas P onto the base material 1 in the same manner as in the first embodiment, for example, organic substances remaining on the surface 1a of the base material 1 can be removed and cleaned in a few seconds. Further, the wettability of the surface 1a of the substrate 1 can be improved and the polysilazane-containing film 3 can be formed uniformly.

(実施形態4)
ポリシラザン含有膜3をシリカ膜4へ転化させた後に、大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをシリカ膜4の表面4aに吹き付けてシリカ膜4に含有されているOH基を減らす後処理工程を行った他は実施形態1と同様にして、シリカ膜4を形成した。
リモート型(吹き出し型)放電管14のキャリアガス噴出口17から噴出されるキャリアガスPが、シリカ膜4の表面4aに吹き付けられるように基材1を配置する。
(Embodiment 4)
After the polysilazane-containing film 3 is converted to the silica film 4, the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 is sprayed onto the surface 4 a of the silica film 4 to reduce the OH groups contained in the silica film 4. A silica film 4 was formed in the same manner as in Embodiment 1 except that the steps were performed.
The substrate 1 is disposed so that the carrier gas P ejected from the carrier gas ejection port 17 of the remote type (blowing type) discharge tube 14 is sprayed onto the surface 4 a of the silica film 4.

実施形態1と同様にして、キャリアガスPをシリカ膜4の表面4aに吹き付けることにより、数秒で、たとえば、シリカ膜4に残存するOH基を除去して、シリカ膜4の絶縁性、緻密性を向上させることができる。   In the same manner as in the first embodiment, the carrier gas P is sprayed onto the surface 4a of the silica film 4 to remove, for example, OH groups remaining in the silica film 4 in a few seconds, thereby insulating and dense the silica film 4. Can be improved.

なお、後処理工程としては、加熱処理(100〜700℃、5〜60分)、過熱水蒸気処理(100〜500℃、5〜60分)、オゾン処理、紫外線処理(10〜200nm、5〜60分)のいずれかの工程を単独であるいは組み合わせて用いても、これらの工程と大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをシリカ膜4の表面4aに吹き付ける後処理工程とを組合せてもよい。大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをシリカ膜4の表面4aに吹き付ける後処理工程と紫外線処理とを組合せる後処理が特に好ましい。
大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをシリカ膜4の表面4aに吹き付けてシリカ膜4に含有されているOH基を減らす後処理工程とほぼ同様に、シリカ膜4に残存するOH基を除去することができる。
In addition, as a post-treatment process, heat treatment (100 to 700 ° C., 5 to 60 minutes), superheated steam treatment (100 to 500 ° C., 5 to 60 minutes), ozone treatment, ultraviolet treatment (10 to 200 nm, 5 to 60) Or a post-treatment step of spraying the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 onto the surface 4a of the silica film 4 may be used. Good. A post-treatment that combines a post-treatment step of spraying the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 onto the surface 4a of the silica film 4 and an ultraviolet treatment is particularly preferred.
The carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 is sprayed onto the surface 4a of the silica film 4 to reduce the OH groups contained in the silica film 4, and the OH groups remaining in the silica film 4 are substantially the same as in the post-treatment process. Can be removed.

本発明の実施形態であるシリカ膜4の形成方法は、基材1の表面1aにポリシラザン含有するポリシラザン含有膜3を形成する工程と、大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付けてシリカ膜4へ転化させる工程と、を有する構成なので、高温にする必要が無く、サンプルを大気中に保持したまま、簡単な操作で、短時間に、緻密なシリカ膜4を形成することができる。また、処理が終了しても基材の温度はほとんど上昇せず、高温処理で問題となるクラック発生の心配をしなくてよい。   The method for forming a silica film 4 according to an embodiment of the present invention includes a step of forming a polysilazane-containing film 3 containing polysilazane on the surface 1a of the substrate 1, and a carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 containing polysilazane. The step of spraying the membrane 3 to convert it to the silica membrane 4 does not require a high temperature, and the dense silica membrane 4 can be formed in a short time with a simple operation while keeping the sample in the atmosphere. Can be formed. Further, the temperature of the base material hardly rises even after the treatment is completed, and there is no need to worry about the occurrence of cracks that are a problem in high temperature treatment.

本発明の実施形態であるシリカ膜4の形成方法は、キャリアガスGが希ガスまたは窒素ガスのいずれかのガスに対して、酸素ガス、窒素ガスまたは水素ガスのいずれか1種または2種以上をキャリアガス中の濃度が0.01〜40容量%で含有させてなる構成なので、大気圧プラズマ領域10を通過させることにより、酸素ラジカルや窒素ラジカルのようなラジカルを発生させることができ、これらのラジカルを含んだキャリアガスPをポリシラザン含有膜3に吹き付けることにより、速やかにシリカ膜4へ転化させることができる。   In the method for forming the silica film 4 according to the embodiment of the present invention, the carrier gas G is either a rare gas or a nitrogen gas, and one or more of oxygen gas, nitrogen gas, or hydrogen gas is used. Is contained in the carrier gas at a concentration of 0.01 to 40% by volume. By passing through the atmospheric pressure plasma region 10, radicals such as oxygen radicals and nitrogen radicals can be generated. By spraying the carrier gas P containing the radicals onto the polysilazane-containing film 3, it can be quickly converted into the silica film 4.

本発明の実施形態であるシリカ膜4の形成方法は、シリカ膜4へ転化させる工程が、過酸化水素水を含む雰囲気下において行われる構成なので、転化反応を促進して、非常に短時間にポリシラザン含有膜3をシリカ膜4に転化することができる。   In the method for forming the silica film 4 according to the embodiment of the present invention, since the process of converting to the silica film 4 is performed in an atmosphere containing hydrogen peroxide solution, the conversion reaction is promoted and the process is performed in a very short time. The polysilazane-containing film 3 can be converted into a silica film 4.

本発明の実施形態であるシリカ膜4の形成方法は、ポリシラザン含有膜3を形成する前に、大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPを吹き付ける前処理工程を有する構成なので、基板1の表面1aの有機物を取り除くとともに、基板1の表面1aの濡れ性を改善して、均一にポリシラザン含有膜3を形成することができる。   Since the method for forming the silica film 4 according to the embodiment of the present invention includes a pretreatment step of blowing the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 before the polysilazane-containing film 3 is formed, While removing the organic substance on the surface 1a, the wettability of the surface 1a of the substrate 1 can be improved, and the polysilazane-containing film 3 can be formed uniformly.

本発明の実施形態であるシリカ膜4の形成方法は、ポリシラザン含有膜3をシリカ膜4へ転化させた後に、大気圧プラズマ領域10を通過させたキャリアガスPを吹き付ける後処理工程を有する構成なので非常に短時間にシリカ膜4に残存するOH基を除去することができ、シリカ膜4の絶縁性を向上させることができる。   Since the method for forming the silica film 4 according to the embodiment of the present invention has a post-treatment process in which the polysilazane-containing film 3 is converted into the silica film 4 and then the carrier gas P that has passed through the atmospheric pressure plasma region 10 is sprayed. The OH groups remaining in the silica film 4 can be removed in a very short time, and the insulating properties of the silica film 4 can be improved.

本発明の実施形態であるシリカ膜4の形成方法は、ポリシラザン含有膜3をシリカ膜4へ転化させた後に、100〜700℃の温度雰囲気で加熱処理を行う後処理工程を有する構成なので、シリカ膜4に残存するOH基を除去することができ、シリカ膜4の絶縁性、緻密性を向上させることができる。   Since the method for forming the silica film 4 according to the embodiment of the present invention includes a post-treatment process in which the polysilazane-containing film 3 is converted into the silica film 4 and then heat treatment is performed in a temperature atmosphere of 100 to 700 ° C. The OH groups remaining in the film 4 can be removed, and the insulating properties and denseness of the silica film 4 can be improved.

本発明の実施形態であるシリカ膜4の形成方法は、ポリシラザン含有膜3をシリカ膜4へ転化させた後に、温度100〜500℃の加湿温度雰囲気で過熱水蒸気処理を行う後処理工程を有する構成なので、シリカ膜4に残存するOH基を除去することができ、シリカ膜4の絶縁性、緻密性を向上させることができる。   The method for forming the silica film 4 according to the embodiment of the present invention includes a post-treatment process in which the polysilazane-containing film 3 is converted into the silica film 4 and then subjected to a superheated steam treatment in a humidified temperature atmosphere at a temperature of 100 to 500 ° C. Therefore, the OH group remaining in the silica film 4 can be removed, and the insulating properties and denseness of the silica film 4 can be improved.

本発明の実施形態であるシリカ膜4の形成方法は、ポリシラザン含有膜3をシリカ膜4へ転化させた後に、オゾン処理を行う後処理工程を有する構成なので、シリカ膜4に残存するOH基を除去することができ、シリカ膜4の絶縁性、緻密性を向上させることができる。   Since the method for forming the silica film 4 according to the embodiment of the present invention has a post-treatment process in which the polysilazane-containing film 3 is converted into the silica film 4 and then ozone treatment is performed, OH groups remaining in the silica film 4 are removed. It can be removed, and the insulating properties and denseness of the silica film 4 can be improved.

本発明の実施形態であるシリカ膜4の形成方法は、ポリシラザン含有膜3をシリカ膜4へ転化させた後に、10〜200nmの紫外線を、シリカ膜4に照射する紫外線処理を行う後処理工程を有する構成なので、非常に短時間にシリカ膜4に残存するOH基を除去することができ、シリカ膜4の絶縁性を向上させることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
The method for forming the silica film 4 according to the embodiment of the present invention includes a post-treatment process in which after the polysilazane-containing film 3 is converted into the silica film 4, ultraviolet treatment is performed by irradiating the silica film 4 with ultraviolet rays of 10 to 200 nm. With this configuration, OH groups remaining in the silica film 4 can be removed in a very short time, and the insulating properties of the silica film 4 can be improved.
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. However, the present invention is not limited only to these examples.

(実施例1)
シリコンウェハにペルヒドロキシポリシラザンとして、NL120(AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製)5%を塗布した後、これを乾燥して、実施例1ポリシラザン含有膜サンプルとした。
次に、Oガスを7容量%含むArガスを1000sccmで供給して、NUエコ・エンジニアリング社製の大気圧プラズマ装置を用いて、大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガスを実施例1ポリシラザン含有膜サンプルに5秒間吹き付けて、実施例1シリカ膜サンプルを形成した。
Example 1
After applying 5% NL120 (manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) as perhydroxypolysilazane on a silicon wafer, this was dried to obtain a polysilazane-containing film sample of Example 1.
Next, Ar gas containing 7% by volume of O 2 gas was supplied at 1000 sccm, and the carrier gas passed through the atmospheric pressure plasma region using the atmospheric pressure plasma device manufactured by NU Eco-Engineering was used as Example 1 Polysilazane The containing membrane sample was sprayed for 5 seconds to form a silica membrane sample of Example 1.

次に、実施例1シリカ膜サンプルの透過型FTIRスペクトルを測定した。
透過型FTIRスペクトルは、フーリエ変換赤外分光光度計(島津社製、製品名:SHIMADZU IR Prestige−21)を用い、ATR法にて約4500〜650cm−1の波数範囲、分解能4cm−1、積算回数50で測定した。
Next, the transmission FTIR spectrum of the silica membrane sample of Example 1 was measured.
Transmissive FTIR spectra, Fourier transform infrared spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation, product name: SHIMADZU IR Prestige-21) using a wave number range of about 4500~650Cm -1 at ATR method, resolution 4 cm -1, accumulating The number of measurements was 50.

図4は、実施例1シリカ膜サンプルの透過型FTIRスペクトルである。
シリカ転化の指標となる1060cm−1付近と800cm−1付近のSiOに帰属する吸収ピークと、未反応のPHPSの残存を示す830cm−1付近のSiNおよび2170cm−1付近に帰属するSiHの吸収ピークの強度を比較して、シリカ膜への転化を評価した。
実施例1シリカ膜サンプルの透過型FTIRスペクトルに示されるように、1064cm−1のSiOピークが大きく現れ、シリカ膜が形成されたことがわかった。ただし、831cm−1の未反応のSiNピークおよび2243cm−1の未反応のSiHピークが観測されるため、一部がシリカ膜へ転化されたことが分かった。
FIG. 4 is a transmission FTIR spectrum of the silica membrane sample of Example 1.
An absorption peak attributable to SiO near 1060 cm -1 and near 800 cm -1 indicative of silica conversion, absorption peaks of SiH attributable near SiN and 2170 cm -1 in the vicinity of 830 cm -1 indicating the remaining PHPS unreacted Were compared to evaluate the conversion into a silica film.
Example 1 As shown in the transmission FTIR spectrum of the silica film sample, a large SiO peak of 1064 cm −1 appeared, indicating that a silica film was formed. However, since the SiH peak of unreacted SiN peaks and 2243cm -1 unreacted 831cm -1 is observed, it was found that a part of which is converted into silica film.

(実施例2)
大気圧領域を通過させたキャリアガスの吹き付け時間を1分間としたほかは、実施例1と同様にして、実施例2シリカ膜サンプルを形成した。
(Example 2)
A silica film sample of Example 2 was formed in the same manner as in Example 1 except that the blowing time of the carrier gas that passed through the atmospheric pressure region was 1 minute.

図5は、実施例2シリカ膜サンプルの透過型FTIRスペクトルである。
実施例2シリカ膜サンプルの透過型FTIRスペクトルに示されるように、1060cm−1付近のSiOピークが図2より大きく現れ、830cm−1付近の未反応のSiNピークおよび2170cm−1付近の未反応SiHピークは図2より小さくなった。したがって、ポリシラザン含有膜が実施例1よりシリカ膜へ転化されたことが分かった。
FIG. 5 is a transmission FTIR spectrum of the silica membrane sample of Example 2.
As shown in transmission FTIR spectra of Example 2 silica film samples, 1060 cm SiO peak around -1 appeared greater than 2, the unreacted SiH near SiN peak and 2170 cm -1 unreacted around 830 cm -1 The peak was smaller than in FIG. Therefore, it was found that the polysilazane-containing film was converted to a silica film from Example 1.

(実施例3)
過酸化水素水(過酸化水素濃度3%)を滴下して、過酸化水素水層をポリシラザン含有膜上に形成したほかは、実施例1と同様にして、実施例3シリカ膜サンプルを形成した。
(Example 3)
Example 3 A silica film sample was formed in the same manner as in Example 1 except that hydrogen peroxide solution (hydrogen peroxide concentration 3%) was dropped to form a hydrogen peroxide solution layer on the polysilazane-containing film. .

図6は、実施例3シリカ膜サンプルの透過型FTIRスペクトルである。
実施例3シリカ膜サンプルの透過型FTIRスペクトルに示されるように、1070cm−1のSiOピークが大きく現れ、792cm−1の未反応のSiNピークおよび2170cm−1付近の未反応SiHピークはほとんどなくなった。したがって、ポリシラザン含有膜がほとんどシリカ膜へ転化されたことが分かった。すなわち、室温、5秒間という低温、極短時間処理でポリシラザン含有膜をシリカ膜に転化することができた。
FIG. 6 is a transmission FTIR spectrum of the silica membrane sample of Example 3.
As shown in transmission FTIR spectra of Example 3 silica film samples appear larger SiO peak of 1070 cm -1, unreacted SiH peak around SiN peak and 2170 cm -1 unreacted 792cm -1 was nearly gone . Therefore, it was found that the polysilazane-containing film was almost converted into a silica film. That is, the polysilazane-containing film could be converted to a silica film by treatment at room temperature for 5 seconds and at a very short time.

(比較例1)
シリコンウェハにペルヒドロキシポリシラザンとして、NL120(AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製)5%を塗布して、これを乾燥して、比較例1ポリシラザン含有膜サンプルを形成した。
(Comparative Example 1)
NL120 (manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) 5% was applied to the silicon wafer as perhydroxypolysilazane and dried to form a comparative example 1 polysilazane-containing film sample.

(比較例2)
シリコンウェハにペルヒドロキシポリシラザンとして、NL120(AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製)5%を塗布して、これを乾燥して、ポリシラザン膜を形成した。このポリシラザン膜に過酸化水素水(過酸化水素濃度3%)を滴下した状態で、室温で1分間放置し、室温で乾燥後、比較例2ポリシラザン含有膜サンプルを形成した。
図7は、比較例1および比較例2のポリシラザン含有膜サンプルの透過型FTIRスペクトルである。比較例1および比較例2のポリシラザン含有膜サンプルの透過型FTIRスペクトルは同じチャートとなった。
比較例1および比較例2のポリシラザン含有膜サンプルの透過型FTIRスペクトルに示されるように、1060cm−1付近のSiOピークはほとんど見られず、830cm−1付近の未反応のSiNピークおよび2170cm−1付近の未反応SiHピークが大きく見られた。つまり、ペルヒドロキシポリシラザンを塗布して乾燥したのみ、あるいはペルヒドロキシポリシラザンを塗布して乾燥した後に、過酸化水素水を滴下した状態で室温で1分間放置のみでは、ポリシラザン含有膜のみが形成されており、シリカ膜は全く形成されていなかった。
(Comparative Example 2)
NL120 (manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) 5% was applied to the silicon wafer as perhydroxypolysilazane and dried to form a polysilazane film. A hydrogen peroxide solution (hydrogen peroxide concentration: 3%) was dropped onto the polysilazane film, left at room temperature for 1 minute, and dried at room temperature to form a comparative example 2 polysilazane-containing film sample.
FIG. 7 shows transmission FTIR spectra of the polysilazane-containing film samples of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. The transmission FTIR spectra of the polysilazane-containing film samples of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were the same chart.
As shown in transmission FTIR spectrum of the polysilazane-containing film samples of Comparative Examples 1 and 2, 1060 cm SiO peak around -1 hardly observed, 830 cm unreacted around -1 SiN peak and 2170 cm -1 A large unreacted SiH peak was observed in the vicinity. That is, only by applying perhydroxypolysilazane and drying, or after applying perhydroxypolysilazane and drying, and then leaving it for 1 minute at room temperature with hydrogen peroxide solution dropped, only a polysilazane-containing film is formed. The silica film was not formed at all.

本発明は、シリカ膜の形成方法に関するものであり、室温、短時間でシリカ膜を形成できるため、医療部材関連の産業あるいは半導体産業などにおいて利用可能性がある。
たとえば、基材としてプラスチックを用いた場合は、洗面所、浴槽などの水まわり製品、注射器、ピペット、コップ、プラスチックボトル、義歯などに利用でき、基材として金属を用いた場合は、自動車、電車、航空機などの車体、窓ガラス、容器、配管、ポンプ、ファン、装飾品などに利用できる。さらに、半導体ウェハに用いた場合は層間絶縁膜などに利用でき、人の歯に用いることもできる。
The present invention relates to a method for forming a silica film. Since the silica film can be formed at room temperature in a short time, the present invention can be used in the medical member-related industry or the semiconductor industry.
For example, when plastic is used as the base material, it can be used for bathroom products such as toilets, bathtubs, syringes, pipettes, cups, plastic bottles, dentures, etc. When metal is used as the base material, cars and trains It can be used for aircraft bodies, window glass, containers, piping, pumps, fans, ornaments, etc. Furthermore, when used for a semiconductor wafer, it can be used for an interlayer insulating film or the like, and can also be used for human teeth.

本発明の実施形態であるシリカ膜の形成方法の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the formation method of the silica film which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態であるシリカ膜の形成方法で用いるリモート型(吹き出し型)放電管の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the remote type | mold (blowing type | mold) discharge tube used with the formation method of the silica film which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態であるシリカ膜の形成方法の別の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows another example of the formation method of the silica film which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態であるシリカ膜の形成方法により形成したシリカ膜のFTIRグラフである。It is a FTIR graph of the silica film formed with the formation method of the silica film which is an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態であるシリカ膜の形成方法により形成したシリカ膜のFTIRグラフである。It is a FTIR graph of the silica film formed with the formation method of the silica film which is an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態であるシリカ膜の形成方法により形成したシリカ膜のFTIRグラフである。It is a FTIR graph of the silica film formed with the formation method of the silica film which is an embodiment of the present invention. 比較例として形成した膜のFTIRグラフである。It is a FTIR graph of the film | membrane formed as a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1…基材、1a…表面、3…ポリシラザン含有膜、3a…表面、4…シリカ膜、5…過酸化水素水層、5a…表面、10…大気圧プラズマ領域、14…リモート型(吹き出し型)放電管、14a…一端側、14b…他端側、14c…貫通孔、15…放電部、16…キャリアガス注入口、17…キャリアガス噴出口、20、21…電極、22…誘電体、24…ガラスフィルター、26…冷却水、P…大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base material, 1a ... Surface, 3 ... Polysilazane containing film, 3a ... Surface, 4 ... Silica film, 5 ... Hydrogen peroxide water layer, 5a ... Surface, 10 ... Atmospheric pressure plasma area, 14 ... Remote type (blowing type) ) Discharge tube, 14a ... one end side, 14b ... other end side, 14c ... through hole, 15 ... discharge part, 16 ... carrier gas injection port, 17 ... carrier gas injection port, 20, 21 ... electrode, 22 ... dielectric, 24 ... Glass filter, 26 ... Cooling water, P ... Carrier gas passed through atmospheric pressure plasma region.

Claims (9)

基材の表面にポリシラザン含有膜を形成する工程と、大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガスを前記ポリシラザン含有膜に吹き付けてシリカ膜へ転化させる工程と、を有することを特徴とするシリカ膜の形成方法。   A step of forming a polysilazane-containing film on the surface of the substrate, and a step of blowing a carrier gas that has passed through an atmospheric pressure plasma region onto the polysilazane-containing film to convert it into a silica film. Forming method. 前記キャリアガスが、希ガスまたは窒素ガスのいずれかのガスに対して、酸素ガス、窒素ガスまたは水素ガスのいずれか1種または2種以上をキャリアガス中の濃度が0.01〜40容量%で含有させてなることを特徴とする請求項1に記載のシリカ膜の形成方法。   The carrier gas is one or more of oxygen gas, nitrogen gas or hydrogen gas with respect to any gas of rare gas or nitrogen gas, and the concentration in the carrier gas is 0.01 to 40% by volume. The method for forming a silica film according to claim 1, comprising: 前記シリカ膜へ転化させる工程が、過酸化水素水を含む雰囲気下において行われることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか1項に記載のシリカ膜の形成方法。   The method for forming a silica film according to claim 1, wherein the step of converting to a silica film is performed in an atmosphere containing hydrogen peroxide. 前記ポリシラザン含有膜を形成する前に、大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガスを吹き付ける前処理工程を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリカ膜の形成方法。   The method for forming a silica film according to any one of claims 1 to 3, further comprising a pretreatment step of blowing a carrier gas that has passed through an atmospheric pressure plasma region before forming the polysilazane-containing film. . 前記ポリシラザン含有膜を前記シリカ膜へ転化させた後に、大気圧プラズマ領域を通過させたキャリアガスを吹き付ける後処理工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリカ膜の形成方法。   The silica according to any one of claims 1 to 4, further comprising a post-treatment step of spraying a carrier gas that has passed through an atmospheric pressure plasma region after the polysilazane-containing film is converted into the silica film. Method for forming a film. 前記ポリシラザン含有膜を前記シリカ膜へ転化させた後に、100〜700℃の温度雰囲気で加熱処理を行う後処理工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリカ膜の形成方法。   5. The silica according to claim 1, further comprising a post-treatment step of performing a heat treatment in a temperature atmosphere of 100 to 700 ° C. after converting the polysilazane-containing film into the silica film. Method for forming a film. 前記ポリシラザン含有膜を前記シリカ膜へ転化させた後に、温度100〜500℃の加湿温度雰囲気で過熱水蒸気処理を行う後処理工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリカ膜の形成方法。   5. The method according to claim 1, further comprising a post-treatment step of performing a superheated steam treatment in a humidified atmosphere at a temperature of 100 to 500 ° C. after the polysilazane-containing film is converted into the silica film. A method for forming a silica film as described. 前記ポリシラザン含有膜を前記シリカ膜へ転化させた後に、オゾン処理を行う後処理工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリカ膜の形成方法。   5. The method for forming a silica film according to claim 1, further comprising a post-treatment step of performing ozone treatment after the polysilazane-containing film is converted into the silica film. 前記ポリシラザン含有膜を前記シリカ膜へ転化させた後に、10〜200nmの紫外線を、前記シリカ膜に照射する紫外線処理を行う後処理工程を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリカ膜の形成方法。   5. The method according to claim 1, further comprising a post-treatment step of performing ultraviolet treatment of irradiating the silica film with ultraviolet rays of 10 to 200 nm after the polysilazane-containing film is converted into the silica film. The method for forming a silica film according to Item.
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