JP7303447B2 - SUBSTRATE, METHOD FOR SELECTIVE FILM DEPOSITION ON METAL SURFACE REGION OF SUBSTRATE, ORGANIC MATERIAL DEPOSITION FILM AND ORGANIC MATERIAL - Google Patents
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Description
本開示は、基板、基板の金属表面領域への選択的な膜堆積方法、有機物の堆積膜及び有機物である。 SUMMARY OF THE DISCLOSURE The present disclosure is a substrate, a method for selectively depositing a film on a metal surface region of a substrate, an organic deposition film and an organic.
近年、半導体チップの構造は益々微細化しており、構造体の一部を選択的に除去することによりパターニングする従来のリソグラフィ法は、ステップ数の多さやコスト高といった問題があった。化学気相堆積(CVD)法や原子層堆積(ALD)法において基板上の所望の箇所に選択的に膜を形成できれば、微細構造の形成に最適なプロセスとなり、これらの問題は、解消すると考えられている。 In recent years, the structure of semiconductor chips has become increasingly finer, and the conventional lithography method, in which patterning is performed by selectively removing a part of the structure, has problems such as a large number of steps and high costs. If the chemical vapor deposition (CVD) method or the atomic layer deposition (ALD) method can selectively form a film on a desired location on a substrate, it will be the most suitable process for forming a fine structure, and these problems will be solved. It is
しかし、電極や配線に用いられる金属や、絶縁膜に用いられる無機誘電体などの材料の異なる複数種の表面領域を持つ基板に対して、CVD法やALD法で膜を選択的に堆積させる場合に、堆積阻害用の膜を選択的に堆積させる必要があるが、従来の方法では選択性は十分に高くなかった。 However, when selectively depositing a film by CVD or ALD on a substrate having a plurality of surface regions made of different materials such as metals used for electrodes and wiring, inorganic dielectrics used for insulating films, etc. In addition, it is necessary to selectively deposit a film for inhibiting deposition, but the selectivity was not sufficiently high in the conventional methods.
選択的な膜の形成方法については、膜を形成したくない領域に、膜の堆積を阻害する材料を堆積させる方法が知られている。例えば、特許文献1には、基板上に、TiN、AlNまたはSiN等の無機材料の薄膜のパターンを原子層堆積法(ALD)により形成する方法であって、 基板上に、フッ素含有量が30原子%以上であり、少なくとも1つの第3級炭素もしくは第4級炭素を有し、かつ、エステル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基およびイミド基を有しない含フッ素樹脂から構成される原子層堆積阻害材料を用いて、スクリーン印刷等で原子層堆積阻害層のパターンを形成すること、次いで、原子層堆積法により、原子層堆積阻害層が存在しない領域に、無機材料の層を形成することを、を含む方法が開示されている。 As a selective film forming method, a method of depositing a material that inhibits film deposition in a region where the film is not desired to be formed is known. For example, Patent Document 1 discloses a method of forming a pattern of a thin film of an inorganic material such as TiN, AlN or SiN on a substrate by atomic layer deposition (ALD), wherein the substrate has a fluorine content of 30 Atomic layer deposition inhibiting material composed of a fluorine-containing resin having at least one tertiary carbon or quaternary carbon and having no ester group, hydroxyl group, carboxyl group or imide group to form a pattern of an atomic layer deposition inhibition layer by screen printing or the like, and then to form a layer of an inorganic material in a region where the atomic layer deposition inhibition layer does not exist by an atomic layer deposition method. A method of including is disclosed.
また、特許文献2には、露出した金属表面及び露出したケイ素含有表面を有する基板の上に層を選択的に堆積させる方法において、(a)前記露出した金属表面の上に第1の自己組織化単分子膜を成長させることと、(b)前記露出したケイ素含有表面の上に、オルガノシラン系である第2の自己組織化単分子膜を成長させることと、(c)前記基板を加熱して、前記露出した金属表面の上から前記第1の自己組織化単分子膜を除去することと、(d)低誘電率誘電体層又は金属層である層を、前記露出した金属表面の上に選択的に堆積させることと、(e)前記基板を加熱して、前記露出したケイ素含有表面の上から第2の自己組織化単分子膜を除去することと、を含む方法が開示されている。 Also, US Pat. No. 6,200,004 discloses a method for selectively depositing a layer on a substrate having an exposed metal surface and an exposed silicon-containing surface, comprising: (a) a first self-assembled layer on the exposed metal surface; (b) growing a second self-assembled monolayer that is organosilane-based on the exposed silicon-containing surface; and (c) heating the substrate. (d) removing a layer, which is a low-k dielectric layer or a metal layer, from the exposed metal surface; and (e) heating the substrate to remove a second self-assembled monolayer from above the exposed silicon-containing surface. ing.
上記方法によれば、異なる材料からなる第1の表面と第2の表面を有する基板に対して、両者の表面状態の相違を利用して、第1の表面に第2の表面よりも選択的に膜を堆積することができる。また、上記方法によれば、微細構造を形成するプロセスのステップ数を削減することができる。 According to the above method, for a substrate having a first surface and a second surface made of different materials, the difference in surface state between the two surfaces is used to select the first surface over the second surface. The film can be deposited on Moreover, according to the above method, the number of steps in the process of forming the fine structure can be reduced.
例えば、特許文献3には、金属性表面である第1の表面と、誘電体表面である第2の表面とを含む基板に、第1の気相前駆物質を接触させるステップと、第2の気相前駆物質を接触させるステップと、を含む堆積サイクルを行い、第2の表面よりも第1の表面上に選択的に有機薄膜を形成するプロセスが開示されている。特許文献3の実施例1では、酸化ケイ素表面と交互になったタングステン(W)フィーチャを有する200mmシリコンウェハを基板とし、1,6-ジアミノヘキサン(DAH)と、ピロメリト酸二無水物(PMDA)とを用いて、250~1000堆積サイクルを行い、ポリイミド膜を形成し、SiO2表面上のポリイミド膜の厚さより、金属タングステン表面上のポリイミド膜の厚さの方が厚かった、ことが記載されている。For example, in US Pat. No. 5,200,000, a substrate comprising a first surface, which is a metallic surface, and a second surface, which is a dielectric surface, is contacted with a first gas phase precursor; and contacting a vapor phase precursor to perform a deposition cycle to selectively form an organic thin film on a first surface over a second surface. In Example 1 of US Pat. No. 5,400,000, 1,6-diaminohexane (DAH) and pyromellitic dianhydride (PMDA) were used on a 200 mm silicon wafer with tungsten (W) features alternating with a silicon oxide surface as the substrate. 250-1000 deposition cycles to form a polyimide film, and the thickness of the polyimide film on the metal tungsten surface was greater than the thickness of the polyimide film on the SiO2 surface. ing.
特許文献4には、特許文献3に記載の有機膜の選択的堆積法を利用して、金属製の第1表面の上にパッシベーション層を選択的に形成したのち、誘電体の第2表面の上にのみ層Xを形成する方法、さらにはこの方法を利用して、集積回路のメタライゼーション構造を形成する方法が開示されている。 Patent Document 4 utilizes the organic film selective deposition method described in Patent Document 3 to selectively form a passivation layer on a first surface made of metal, and then to form a second surface of a dielectric. A method of forming a layer X only on top, as well as a method of using this method to form the metallization structure of an integrated circuit, is disclosed.
特許文献5においては、金属表面に配位結合によって単分子膜を形成する方法が開示されている。 Patent Document 5 discloses a method of forming a monomolecular film on a metal surface by coordinate bonding.
しかしながら、特許文献1では、単一材料の基板上に、原子層堆積阻害材料を用いて、所定のパターンを形成しており、材料の異なる複数種の表面領域を持つ基板に対して、所望の表面領域に選択的に構造を形成する方法は開示されていない。 However, in Patent Document 1, a predetermined pattern is formed on a substrate made of a single material using an atomic layer deposition inhibitor material, and a desired pattern is formed on a substrate having a plurality of types of surface regions made of different materials. A method for selectively forming structures on surface regions is not disclosed.
特許文献2では、金属表面上に第1のSAM膜を形成する工程は、長鎖アルキルチオール、長鎖有機ホスホン酸、長鎖スルホン酸を含む溶液に、基板を浸す方法であり、いわゆるウェットプロセスである。一方で、SAM膜の形成の後に行われる、基板上への低誘電率誘電体層や金属層に用いられるALDやCVDといったプロセスは、ドライプロセスであるため、ウェットプロセスを行った後、ドライプロセスを行う必要があり、方法が複雑となり、ドライプロセスにて、堆積阻害用の膜を形成する方法が望まれていた。 In Patent Document 2, the step of forming the first SAM film on the metal surface is a method of immersing the substrate in a solution containing long-chain alkylthiol, long-chain organic phosphonic acid, and long-chain sulfonic acid, a so-called wet process. is. On the other hand, processes such as ALD and CVD used for a low-k dielectric layer and a metal layer on a substrate, which are performed after the formation of the SAM film, are dry processes. This makes the method complicated, and a method of forming a film for inhibiting deposition in a dry process has been desired.
特許文献3及び特許文献4に記載されている選択的に有機薄膜を形成する方法は、ドライプロセスではあるものの、原料と温度を切り替えての堆積サイクルを複数回繰り返す必要があり、有機薄膜の形成には大変な手間が必要であった。 Although the method for selectively forming an organic thin film described in Patent Documents 3 and 4 is a dry process, it is necessary to repeat the deposition cycle by switching the raw material and the temperature multiple times, and the formation of the organic thin film is difficult. required a great deal of effort.
特許文献5では、単分子膜を形成する方法が開示されているものの、選択的な膜の形成については言及されていない。 Although Patent Document 5 discloses a method for forming a monomolecular film, it does not mention selective film formation.
本開示は、上記課題に鑑み、簡単な操作にて、基板上の非金属無機材料が露出した表面領域又は金属酸化物が露出した表面領域に対してよりも、金属が露出した表面領域に選択的に有機物の膜を堆積する方法、上記方法で得られた基板、有機物の堆積膜及び有機物を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present disclosure provides a surface region where a metal is exposed rather than a surface region where a non-metallic inorganic material on a substrate is exposed or a metal oxide is exposed by a simple operation. An object of the present invention is to provide a method for depositing an organic film, a substrate obtained by the above method, a deposited film of an organic substance, and an organic substance.
本発明者らは、鋭意検討の結果、後述する一般式(1)で示される有機物は、基板上の非金属無機材料が露出した表面領域又は金属酸化物が露出した表面領域に対してよりも金属が露出した表面領域に選択的に有機物の膜を堆積することを見出し、本開示を完成させるに至った。 As a result of extensive studies, the present inventors found that the organic substance represented by the general formula (1) described later is more suitable for the surface region where the non-metallic inorganic material on the substrate is exposed or the metal oxide is exposed. The inventors have found that an organic film can be deposited selectively on surface regions where metal is exposed, and have completed the present disclosure.
本開示の基板の金属表面領域への選択的な膜堆積方法は、金属を含む第一表面領域と、非金属無機材料及び/又は金属酸化物を含む第二表面領域とが両方とも露出した構造を持つ基板に対して、上記第二表面領域よりも上記第一表面領域に、下記一般式(1)で表される有機物の膜を選択的に堆積させることを特徴とする。
(1)
(一般式(1)において、Nは窒素原子であり、Xは酸素原子又は硫黄原子である。
R1は、炭素数2~12のヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基であり、R2、R3、R4は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~10の環やヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基である。但し、この炭化水素基は、炭素数が3以上の場合にあっては、分岐鎖あるいは環状構造の炭化水素基も含む。)The method of selectively depositing a film on a metal surface region of a substrate of the present disclosure includes a structure in which both a first surface region containing a metal and a second surface region containing a non-metallic inorganic material and/or a metal oxide are exposed. A film of an organic substance represented by the following general formula (1) is selectively deposited on the first surface region rather than the second surface region on a substrate having a
(1)
(In general formula (1), N is a nitrogen atom, and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 is a hydrocarbon group optionally having a heteroatom or halogen atom having 2 to 12 carbon atoms, and R 2 , R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom or a It is a hydrocarbon group optionally having 10 rings, heteroatoms or halogen atoms. However, when the number of carbon atoms is 3 or more, the hydrocarbon group includes a hydrocarbon group having a branched chain or a cyclic structure. )
上記方法によれば、一般式(1)で表される有機物を用いることにより、基板上の非金属無機材料が露出した領域及び/又は金属酸化物が露出した領域を含む第二表面領域に対してよりも、金属が露出した領域を含む第一表面領域に選択的に有機物の膜を堆積する方法を提供することができる。 According to the above method, by using the organic substance represented by the general formula (1), It is possible to provide a method for selectively depositing an organic film on a first surface region, including regions where metal is exposed, rather than by depositing.
上記第二表面領域には、非金属無機材料が露出していてもよく、金属酸化物が露出していてもよく、非金属無機材料及び金属酸化物が露出していてもよく、金属、非金属無機材料及び金属酸化物以外の物質が露出していてもよい。すなわち、上記第二表面領域は、非金属無機材料及び金属酸化物のうちの少なくとも1種が露出した領域を含む。上記第二表面領域は、非金属無機材料及び金属酸化物のうちの少なくとも1種のみが露出した領域であってもよい。上記第一表面領域は、金属のみが露出した領域であってもよい。 In the second surface region, a non-metallic inorganic material may be exposed, a metal oxide may be exposed, a non-metallic inorganic material and a metal oxide may be exposed, a metal, a non-metal Substances other than metal inorganic materials and metal oxides may be exposed. That is, the second surface region includes a region where at least one of the nonmetallic inorganic material and the metal oxide is exposed. The second surface region may be a region where at least one of the nonmetallic inorganic material and the metal oxide is exposed. The first surface region may be a region where only metal is exposed.
本開示の基板は、金属を含む第一表面領域と、非金属無機材料及び/又は金属酸化物を含む第二表面領域とが両方とも露出した構造を持つ基板であって、上記第一表面領域に下記一般式(1)で表される有機物の膜を有し、上記第二表面領域に上記有機物の膜を有しないか、上記第二表面領域上の上記有機物の膜の厚さt2が、上記第一表面領域上の上記有機物の膜の厚さt1よりも薄いことを特徴とする。
(1)
(一般式(1)においてNは窒素原子であり、Xは酸素原子又は硫黄原子である。
R1は、炭素数2~12のヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基であり、R2、R3、R4は水素原子又は炭素数1~10の環やヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基である。但し、上記炭化水素基は、炭素数が3以上の場合にあっては、分岐鎖あるいは環状構造の炭化水素基も含む。)A substrate of the present disclosure is a substrate having a structure in which both a first surface region containing a metal and a second surface region containing a non-metallic inorganic material and/or a metal oxide are exposed, wherein the first surface region has an organic film represented by the following general formula (1) in the second surface region, or the second surface region does not have the organic film, or the thickness t2 of the organic film on the second surface region is , which is thinner than the thickness t1 of the organic film on the first surface region.
(1)
(In general formula (1), N is a nitrogen atom, and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 is a hydrocarbon group optionally having a heteroatom or halogen atom having 2 to 12 carbon atoms, and R 2 , R 3 , and R 4 are a hydrogen atom, a ring having 1 to 10 carbon atoms, or a heteroatom. or a hydrocarbon group optionally having a halogen atom. However, the above hydrocarbon group includes a hydrocarbon group having a branched chain or a cyclic structure when the number of carbon atoms is 3 or more. )
上記基板によれば、一般式(1)で表される有機物を用いることにより、基板上の非金属無機材料が露出した領域及び/又は金属酸化物が露出した領域を含む第二表面領域に対してよりも、金属が露出した領域を含む第一表面領域に選択的に有機物の膜が堆積した基板を提供することができる。 According to the substrate, by using the organic substance represented by the general formula (1), the second surface region including the region where the non-metallic inorganic material on the substrate is exposed and / or the region where the metal oxide is exposed It is possible to provide a substrate having an organic film selectively deposited on the first surface region including the region where the metal is exposed.
本開示の有機物の堆積膜は、上記方法により形成された有機物の膜であって、
基板上に選択的に堆積した下記一般式(1)で表されることを特徴とする有機物の堆積膜である。
(1)
(一般式(1)においてNは窒素原子であり、Xは酸素原子又は硫黄原子である。
R1は炭素数2~12のヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基であり、R2、R3、R4は水素原子又は炭素数1~10の環やヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基である。但し、この炭化水素基は、炭素数が3以上の場合にあっては、分岐鎖あるいは環状構造の炭化水素基も含む。)The deposited organic film of the present disclosure is an organic film formed by the above method,
A deposited film of an organic substance selectively deposited on a substrate and represented by the following general formula (1).
(1)
(In general formula (1), N is a nitrogen atom, and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 is a heteroatom having 2 to 12 carbon atoms or a hydrocarbon group optionally having a halogen atom; It is a hydrocarbon group optionally having a halogen atom. However, when the number of carbon atoms is 3 or more, the hydrocarbon group includes a hydrocarbon group having a branched chain or a cyclic structure. )
本開示の有機物は、上記基板の金属表面領域への選択的な膜堆積方法に用いることを特徴とする下記一般式(1)で表されることを特徴とする有機物である。
(1)
(一般式(1)においてNは窒素原子であり、Xは酸素原子又は硫黄原子である。
R1は炭素数2~12のヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基であり、R2、R3、R4は水素原子又は炭素数1~10の環やヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基である。但し、この炭化水素基は、炭素数が3以上の場合にあっては、分岐鎖あるいは環状構造の炭化水素基も含む。)The organic matter of the present disclosure is an organic matter represented by the following general formula (1), which is characterized by being used in a selective film deposition method on the metal surface region of the substrate.
(1)
(In general formula (1), N is a nitrogen atom, and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 is a heteroatom having 2 to 12 carbon atoms or a hydrocarbon group optionally having a halogen atom; It is a hydrocarbon group optionally having a halogen atom. However, when the number of carbon atoms is 3 or more, the hydrocarbon group includes a hydrocarbon group having a branched chain or a cyclic structure. )
本開示の有機物を用いることにより、基板上の非金属無機材料が露出した領域及び/又は金属酸化物が露出した領域を含む第二表面領域に対してよりも、金属が露出した領域を含む第一表面領域に選択的に有機物の膜を堆積することができる。 By using the organic material of the present disclosure, the first surface region containing the metal exposed region is lower than the second surface region containing the non-metallic inorganic material exposed region and / or the metal oxide exposed region on the substrate. An organic film can be selectively deposited on one surface region.
本開示の溶液は、下記一般式(1)で表されることを特徴とする有機物と、溶媒とを含むことを特徴する溶液である。
(一般式(1)においてNは窒素原子であり、Xは酸素原子又は硫黄原子である。
R1は炭素数2~12のヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基であり、R2、R3、R4は水素原子又は炭素数1~10の環やヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基である。但し、この炭化水素基は、炭素数が3以上の場合にあっては、分岐鎖あるいは環状構造の炭化水素基も含む。)The solution of the present disclosure is a solution characterized by containing an organic substance represented by the following general formula (1) and a solvent.
(In general formula (1), N is a nitrogen atom, and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 is a heteroatom having 2 to 12 carbon atoms or a hydrocarbon group optionally having a halogen atom; It is a hydrocarbon group optionally having a halogen atom. However, when the number of carbon atoms is 3 or more, the hydrocarbon group includes a hydrocarbon group having a branched chain or a cyclic structure. )
本開示の方法によれば、一般式(1)で表される有機物を用いることにより、基板上の非金属無機材料が露出した領域及び/又は金属酸化物が露出した領域を含む第二表面領域に対してよりも、金属が露出した領域を含む第一表面領域に選択的に有機物の膜を堆積する方法を提供することができる。 According to the method of the present disclosure, by using the organic substance represented by the general formula (1), the second surface region including the region where the non-metallic inorganic material on the substrate is exposed and / or the region where the metal oxide is exposed A method can be provided for selectively depositing an organic film on a first surface region, including regions where metal is exposed, rather than against.
また、本開示の基板によれば、一般式(1)で表される有機物を用いることにより、基板上の非金属無機材料が露出した領域及び/又は金属酸化物が露出した領域を含む第二表面領域に対してよりも、金属が露出した領域を含む第一表面領域に選択的に有機物の膜が堆積した基板を提供することができる。 Further, according to the substrate of the present disclosure, by using the organic substance represented by the general formula (1), the second It is possible to provide a substrate having an organic film selectively deposited on a first surface region, including regions where metal is exposed, rather than on surface regions.
以下、本開示について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は本開示の実施形態の一例であり、これらの具体的内容に限定はされない。その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 The present disclosure will be described in detail below, but the description of the constituent elements described below is an example of the embodiments of the present disclosure, and is not limited to these specific contents. Various modifications can be made within the scope of the gist.
本開示の実施の形態に係る基板の金属表面領域への選択的な膜堆積方法は、金属を含む第一表面領域と、非金属無機材料及び/又は金属酸化物を含む第二表面領域とが両方とも露出した構造を持つ基板に対して、上記第二表面領域よりも上記第一表面領域に、一般式(1)で表される有機物の膜を選択的に堆積させることを特徴とする。 A method for selective film deposition on a metal surface region of a substrate according to embodiments of the present disclosure includes a first surface region comprising a metal and a second surface region comprising a non-metallic inorganic material and/or a metal oxide. It is characterized by selectively depositing an organic film represented by the general formula (1) on the first surface region rather than the second surface region on a substrate having a structure in which both are exposed.
上記方法においては、第二表面領域に対してよりも、一般式(1)で表される有機物の膜を選択的に堆積させる。この際、上記基板には、第一表面領域のみに上記有機物の膜を選択的に堆積させ、第二表面領域には、上記有機物の膜を堆積させないか、又は、第一表面領域上の有機物の膜の厚さt1は、第二表面領域上の有機物の膜の厚さt2よりも厚く、t1をt2で除したt1/t2の値が5以上であるように堆積させることが好ましい。t1/t2の値は、10以上であることが好ましく、100以上であることがより好ましい。なお、t1は、1nm以上であることが好ましく、2nm以上であることがより好ましく、200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましい。また、t2は1nm未満であることが好ましく、0nmであってもよい。t1及びt2の厚さは、原子間力顕微鏡(AFM)により測定することができる。t2が0nmである場合は、上記した条件、すなわち、第一表面領域のみに上記有機物の膜を選択的に堆積させることを意味する。In the above method, the organic film represented by general formula (1) is selectively deposited over the second surface region. At this time, the organic film is selectively deposited only on the first surface region of the substrate, and the organic film is not deposited on the second surface region, or the organic film on the first surface region is not deposited on the second surface region. is thicker than the thickness t2 of the organic film on the second surface region, and is deposited such that the value of t1 / t2 , which is t1 divided by t2 , is greater than or equal to 5 It is preferable to let The value of t 1 /t 2 is preferably 10 or more, more preferably 100 or more. Note that t1 is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, preferably 200 nm or less, and more preferably 100 nm or less. Also, t2 is preferably less than 1 nm, and may be 0 nm. The thickness of t1 and t2 can be measured by atomic force microscopy (AFM). When t2 is 0 nm, it means the condition described above, that is, selectively depositing the organic film only on the first surface region.
第一表面領域を構成する金属としては、Cu、Co、Ru、Ni、Pt、Al、Ta、Ti及びHfを使用することができ、特に、Cu、Co及びRuを用いることが好ましい。なお、第一表面領域を構成する金属は、上記金属の合金であってもよい。 As the metal forming the first surface region, Cu, Co, Ru, Ni, Pt, Al, Ta, Ti and Hf can be used, and Cu, Co and Ru are particularly preferred. The metal forming the first surface region may be an alloy of the above metals.
第二表面領域を構成する上記金属酸化物としては、前述の金属の酸化物が挙げられる。 Examples of the metal oxide forming the second surface region include oxides of the metals described above.
第二表面領域を構成する上記非金属無機材料としては、シリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などのシリコン系材料と、ゲルマニウム、ゲルマニウム酸化物、ゲルマニウム窒化物、ゲルマニウム酸窒化物などのゲルマニウム系材料を挙げることができ、これらの非金属無機材料のなかでは、シリコン系材料が好ましい。
上記シリコンは、多結晶シリコンと単結晶シリコンの両方を含む。シリコン酸化物はSiOx(xは1以上2以下)の化学式で表され、通常はSiO2である。また、シリコン窒化物はSiNx(xは0.3以上9以下)の化学式で表され、通常はSi3N4である。シリコン酸窒化物はSi4OxNy(xは3以上6以下、yは2以上4以下)で表され、例えばSi4O5N3である。Examples of the nonmetallic inorganic material constituting the second surface region include silicon-based materials such as silicon, silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride, and germanium, germanium oxide, germanium nitride, and germanium oxynitride. Among these non-metallic inorganic materials, silicon-based materials are preferred.
The silicon includes both polycrystalline silicon and monocrystalline silicon. Silicon oxide is represented by a chemical formula of SiO x (where x is 1 or more and 2 or less), and is usually SiO 2 . Silicon nitride is represented by a chemical formula of SiN x (where x is 0.3 or more and 9 or less), and is usually Si 3 N 4 . Silicon oxynitride is represented by Si 4 O x N y (x is 3 or more and 6 or less, y is 2 or more and 4 or less), for example Si 4 O 5 N 3 .
金属を含む第一表面領域を得る方法としては、化学気相堆積(CVD)法、物理気相堆積(PVD)法などを用いて金属の膜を得る方法が挙げられる。例えば、上記の非金属無機材料又は金属酸化物の膜の上に、上記方法により金属膜を形成し、フォトリソグラフィー法にて金属膜を所定のパターンに形成する方法や、非金属無機材料又は金属酸化物の膜に穴や溝を形成し、その溝に金属を埋め込む方法により、金属を含む第一表面領域と、非金属無機材料及び/又は金属酸化物を含む第二表面領域とが両方とも露出した構造の基板を得ることができる。 Methods for obtaining the first surface region containing metal include methods for obtaining a metal film using a chemical vapor deposition (CVD) method, a physical vapor deposition (PVD) method, or the like. For example, a method of forming a metal film by the above method on the film of the nonmetallic inorganic material or metal oxide, and forming the metal film in a predetermined pattern by a photolithography method, or Both the first surface region containing the metal and the second surface region containing the non-metallic inorganic material and/or the metal oxide are formed by forming holes or grooves in the oxide film and filling the grooves with the metal. A substrate with an exposed structure can be obtained.
例えば、本開示の方法に使用する基板としては、構造中に金属膜を有する半導体デバイスの基板や、半導体デバイスのパターニング工程中で金属膜が形成される基板等であり、特に、半導体素子の絶縁膜に所定のパターンを持つ金属配線を形成した基板が挙げられる。即ち、第一表面領域としては、金属配線が該当し、第二表面領域としては、非金属無機材料及び/又は金属酸化物からなる絶縁膜が該当する。しかし、本開示の基板の金属表面領域への選択的な膜堆積方法に用いる基板は、これらの部材に限定されない。 For example, substrates used in the method of the present disclosure include semiconductor device substrates having metal films in their structures, substrates on which metal films are formed during the patterning process of semiconductor devices, and the like. A substrate on which a metal wiring having a predetermined pattern is formed on a film can be mentioned. That is, the first surface region corresponds to metal wiring, and the second surface region corresponds to an insulating film made of a non-metallic inorganic material and/or a metal oxide. However, the substrate used in the selective film deposition method on the metal surface region of the substrate of the present disclosure is not limited to these members.
上記有機物としては、下記一般式(1)で表される有機物を用いる。
(1)
(一般式(1)においてNは窒素原子であり、Xは酸素原子または硫黄原子である。
R1は、炭素数2~12のヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基であり、R2、R3、R4は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~10の環やヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基である。但し、炭化水素基は、炭素数が3以上の場合にあっては、分岐鎖あるいは環状構造の炭化水素基も含む。)As the organic substance, an organic substance represented by the following general formula (1) is used.
(1)
(In general formula (1), N is a nitrogen atom, and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 is a hydrocarbon group optionally having a heteroatom or halogen atom having 2 to 12 carbon atoms, and R 2 , R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom or a It is a hydrocarbon group optionally having 10 rings, heteroatoms or halogen atoms. However, when the number of carbon atoms is 3 or more, the hydrocarbon group also includes a hydrocarbon group with a branched chain or cyclic structure. )
R1~R4のヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子が挙げられる。R1としては、C2H4、C3H6、C4H8、C5H10、C6H12、フェニル基等が挙げられ、フェニル基の一部は、炭化水素基、ヒドロキシ基、チオール基、アミノ基、ハロゲン等で置換されていてもよい。
R2、R3、R4としては、水素基やCH3、C2H5、C3H7等の炭化水素基等が挙げられる。R2、R3、R4を構成する炭化水素基の一部は、ヒドロキシ基、チオール基、アミノ基、ハロゲン等で置換されていてもよい。
更に、R3とR4が共に炭素数1以上の場合、R3とR4とが直接結合して、一般式(1)が環状構造をとっても良い。R2、R3、R4は、同じ置換基である場合もあるし、異なる置換基である場合もある。Hetero atoms of R 1 to R 4 include nitrogen atom, oxygen atom, sulfur atom and phosphorus atom. Examples of R 1 include C 2 H 4 , C 3 H 6 , C 4 H 8 , C 5 H 10 , C 6 H 12 , phenyl group, and the like, and part of the phenyl group is a hydrocarbon group, a hydroxy group, and the like. , a thiol group, an amino group, a halogen, or the like.
Examples of R 2 , R 3 and R 4 include hydrogen groups and hydrocarbon groups such as CH 3 , C 2 H 5 and C 3 H 7 . Part of the hydrocarbon groups constituting R 2 , R 3 and R 4 may be substituted with hydroxy groups, thiol groups, amino groups, halogens and the like.
Furthermore, when both R 3 and R 4 have 1 or more carbon atoms, R 3 and R 4 may be directly bonded to give the general formula (1) a cyclic structure. R 2 , R 3 and R 4 may be the same substituent or different substituents.
特に、一般式(1)で表される有機物としては、R2、R3が水素原子であり、アミノ基(-NH2)を持つ化合物が好ましい。さらに、R4が水素原子であり、-XR4が、ヒドロキシ基(-OH)や、チオール基(-SH)である化合物が好ましい。In particular, the organic substance represented by the general formula (1) is preferably a compound in which R 2 and R 3 are hydrogen atoms and which has an amino group (--NH 2 ). Furthermore, compounds in which R 4 is a hydrogen atom and —XR 4 is a hydroxy group (—OH) or a thiol group (—SH) are preferred.
一般式(1)で表される具体的な化合物として、例えば、o-アミノチオフェノール、2-アミノベンジルアルコール、2-アミノエタノール、2-(エチルアミノ)エタノール、2-アミノエタンチオール、3-アミノ-1-プロパノール、o-アミノフェノールなどが挙げられ、これらのなかでは、o-アミノチオフェノール又は2-アミノベンジルアルコールが好ましい。これらの化合物は、単独または併用して用いることができる。 Specific compounds represented by general formula (1) include, for example, o-aminothiophenol, 2-aminobenzyl alcohol, 2-aminoethanol, 2-(ethylamino)ethanol, 2-aminoethanethiol, 3- Amino-1-propanol, o-aminophenol, and the like, among these, o-aminothiophenol and 2-aminobenzyl alcohol are preferred. These compounds can be used alone or in combination.
第二表面領域よりも第一表面領域に、一般式(1)で表される有機物の膜を選択的に堆積させる具体的な方法としては、有機物と溶媒とを含む溶液に基板を暴露する方法(湿式法)、及び、有機物の気体を含む雰囲気に前記基板を暴露する方法(乾式法)の二つの方法を採用することができる。以下、これらの方法について説明する。 A specific method for selectively depositing the organic film represented by the general formula (1) on the first surface region rather than the second surface region is a method of exposing the substrate to a solution containing an organic substance and a solvent. (wet method) and a method of exposing the substrate to an atmosphere containing an organic gas (dry method) can be employed. These methods are described below.
[湿式法]
本開示の実施の形態に係る湿式法では、上記した有機物と溶媒とを含む溶液に基板を暴露するが、その一例として、有機物と溶媒とを含む溶液に、第一表面領域と第二表面領域とを有する基板を浸漬することにより、上記基板の表面と上記溶液とを接触させ、有機物の膜を、基板の第一表面領域に選択的に堆積させる膜堆積工程を行うことができる。溶液に基板を暴露する方法として、浸漬法以外に、基板に溶液を滴下した後に高速回転させるスピンコート法や、溶液を基板に噴霧するスプレーコート法を用いることもできる。[Wet method]
In the wet method according to the embodiment of the present disclosure, the substrate is exposed to the solution containing the above-described organic matter and solvent. By immersing the substrate having the above, the surface of the substrate and the solution are brought into contact, and a film deposition step can be performed in which an organic film is selectively deposited on the first surface region of the substrate. As a method for exposing the substrate to the solution, besides the dipping method, a spin coating method in which the solution is dropped onto the substrate and then rotated at high speed, or a spray coating method in which the solution is sprayed onto the substrate can also be used.
上記溶液中の有機物の濃度は、有機物と溶媒の合計に対して0.1質量%以上10質量%以下が好ましく、0.5質量%以上8質量%以下がより好ましく、1質量%以上5質量%以下が特に好ましい。 The concentration of the organic substance in the solution is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or more and 8% by mass or less, and 1% by mass or more and 5% by mass with respect to the total of the organic substance and the solvent. % or less is particularly preferred.
溶液に使用する溶媒としては、特に限定されないが、有機物を溶解可能な有機溶媒を使用することが好ましく、例えば、エタノールやイソプロピルアルコール(IPA)などのアルコール等が挙げられる。 The solvent used for the solution is not particularly limited, but it is preferable to use an organic solvent capable of dissolving organic matter, and examples thereof include alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol (IPA).
上記湿式の膜堆積工程における溶液の温度は、0~80℃が好ましく、上記溶液に基板を浸漬する時間は、1~1000秒が好ましい。上記溶液に基板を浸漬する際、攪拌羽根等により溶液を攪拌することが好ましい。 The temperature of the solution in the wet film deposition process is preferably 0 to 80° C., and the time for immersing the substrate in the solution is preferably 1 to 1000 seconds. When the substrate is immersed in the solution, it is preferable to stir the solution with a stirring blade or the like.
また、有機物を含む溶液に基板を浸漬させた後、基板を引き上げ、溶媒で基板を洗浄する洗浄工程を行うことが好ましい。上記洗浄工程で使用できる溶媒としては、前述の有機溶媒を挙げることができる。洗浄の方法としては、0~80℃の上記溶媒に1~1000秒浸漬することが好ましい。 Moreover, after immersing the substrate in a solution containing an organic substance, it is preferable to perform a cleaning step of pulling up the substrate and cleaning the substrate with a solvent. Examples of the solvent that can be used in the washing step include the aforementioned organic solvents. As a washing method, immersion in the above solvent at 0 to 80° C. for 1 to 1000 seconds is preferable.
上記洗浄工程の後、窒素、アルゴン等の不活性ガスを基板に吹き付けることにより、基板を乾燥させることが好ましい。吹き付ける不活性ガスの温度は、0~80℃が好ましい。 After the cleaning step, the substrate is preferably dried by blowing an inert gas such as nitrogen or argon onto the substrate. The temperature of the inert gas to be blown is preferably 0 to 80.degree.
[乾式法]
本開示の実施の形態に係る乾式法では、有機物の気体を含む雰囲気に前記基板を暴露するが、具体的には、チャンバ内に基板を載置し、有機物を含む気体をチャンバ内に導入することにより、有機物を含む気体を基板の表面と接触させ、有機物の膜を、基板の第一表面領域に選択的に堆積させる膜堆積工程を行う。[Dry method]
In the dry method according to the embodiment of the present disclosure, the substrate is exposed to an atmosphere containing an organic gas. Specifically, the substrate is placed in a chamber, and a gas containing an organic substance is introduced into the chamber. Thus, a film deposition step of selectively depositing an organic film on the first surface region of the substrate is performed by bringing the gas containing the organic substance into contact with the surface of the substrate.
乾式の膜堆積工程で用いる有機物としては、湿式法と同様に一般式(1)で表される有機物が好ましい。 The organic substance used in the dry film deposition process is preferably the organic substance represented by the general formula (1) as in the wet method.
有機物の気体を含むチャンバ内の雰囲気ガスの温度は、0℃以上200℃以下であることが好ましく、40℃以上200℃以下であることがより好ましく、60℃以上180℃以下であることが特に好ましい。 The temperature of the atmosphere gas in the chamber containing the organic gas is preferably 0° C. or higher and 200° C. or lower, more preferably 40° C. or higher and 200° C. or lower, and particularly 60° C. or higher and 180° C. or lower. preferable.
有機物の気体を含むチャンバ内の雰囲気ガスの圧力範囲は、0.1Torr(13Pa)以上500Torr(67kPa)以下であることが好ましく、1Torr(0.13kPa)以上100Torr(13kPa)以下であることがより好ましい。 The pressure range of the atmosphere gas in the chamber containing the organic gas is preferably 0.1 Torr (13 Pa) or more and 500 Torr (67 kPa) or less, more preferably 1 Torr (0.13 kPa) or more and 100 Torr (13 kPa) or less. preferable.
なお、有機物を気体で基板に接触させるため、チャンバ内の温度と圧力は有機物が気体のままである条件に設定する必要がある。 Since the organic matter is brought into contact with the substrate as a gas, the temperature and pressure in the chamber must be set so that the organic matter remains gaseous.
チャンバ内の雰囲気ガス中には、有機物の気体を1体積%以上100体積%以下含むことが好ましく、10体積%以上100体積%以下含むことがより好ましく、50体積%以上100体積%以下含むことが更に好ましい。 The atmosphere gas in the chamber preferably contains 1% by volume or more and 100% by volume or less of organic gas, more preferably 10% by volume or more and 100% by volume or less, and 50% by volume or more and 100% by volume or less. is more preferred.
液体の有機物を減圧及び/又は加熱することにより気体の有機物を得てもよいし、液体の有機物に不活性ガスをバブリングすることにより、不活性ガスで希釈された気体の有機物を得てもよい。不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガス、クリプトンガス、ネオンガスなどを用いることができる。 A gaseous organic substance may be obtained by depressurizing and/or heating a liquid organic substance, or a gaseous organic substance diluted with an inert gas may be obtained by bubbling an inert gas into a liquid organic substance. . Nitrogen gas, argon gas, krypton gas, neon gas, or the like can be used as the inert gas.
乾式の膜堆積工程を行った後に、チャンバ内を1~100Paに減圧することにより、余分な有機物を除去することができる。乾式法においては、乾燥工程を必要としない。 By reducing the pressure in the chamber to 1 to 100 Pa after performing the dry film deposition process, excess organic matter can be removed. The dry method does not require a drying step.
本開示の上記湿式法や上記乾式法を用いることにより、簡単な操作にて、基板上の非金属無機材料が露出した表面領域又は金属酸化物が露出した表面領域に対してよりも、金属が露出した表面領域に選択的に有機物の膜を堆積させることができる。 By using the wet method and the dry method of the present disclosure, the metal is more exposed than the surface area where the non-metallic inorganic material on the substrate is exposed or the metal oxide is exposed with a simple operation. An organic film can be selectively deposited on the exposed surface areas.
上記湿式法や上記乾式法を行うことにより基板上に選択的に堆積した一般式(1)で表される有機物の堆積膜も、本開示の有機物の堆積膜の一実施形態に該当する。 The deposited organic film represented by the general formula (1) selectively deposited on the substrate by the wet method or the dry method also corresponds to one embodiment of the deposited organic film of the present disclosure.
[選択的堆積後の基板]
本開示の基板は、金属を含む第一表面領域と、非金属無機材料及び/又は金属酸化物を含む第二表面領域とが両方とも露出した構造を持つ基板であって、上記第一表面領域に下記一般式(1)で表される有機物の膜を有し、上記第二表面領域に上記有機物の膜を有しないか、上記第二表面領域上の上記有機物の膜の厚さt2が、上記第一表面領域上の上記有機物の膜の厚さt1よりも薄いことを特徴とする。
(1)
(一般式(1)においてNは窒素原子であり、Xは酸素原子又は硫黄原子である。
R1は炭素数2~12のヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基であり、R2、R3、R4は水素原子又は炭素数1~10の環やヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基である。但し、上記炭化水素基は、炭素数が3以上の場合にあっては、分岐鎖あるいは環状構造の炭化水素基も含む。)[Substrate after selective deposition]
A substrate of the present disclosure is a substrate having a structure in which both a first surface region containing a metal and a second surface region containing a non-metallic inorganic material and/or a metal oxide are exposed, wherein the first surface region has an organic film represented by the following general formula (1) in the second surface region, or the second surface region does not have the organic film, or the thickness t2 of the organic film on the second surface region is , which is thinner than the thickness t1 of the organic film on the first surface region.
(1)
(In general formula (1), N is a nitrogen atom, and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 is a heteroatom having 2 to 12 carbon atoms or a hydrocarbon group optionally having a halogen atom; It is a hydrocarbon group optionally having a halogen atom. However, the above hydrocarbon group includes a hydrocarbon group having a branched chain or a cyclic structure when the number of carbon atoms is 3 or more. )
本開示の基板においては、上述のように、上記第一表面領域に下記一般式(1)で表される有機物の膜を有し、上記第二表面領域に上記有機物の膜を有しないか、上記第二表面領域上の上記有機物の膜の厚さt2が、上記第一表面領域上の上記有機物の膜の厚さt1よりも薄い。In the substrate of the present disclosure, as described above, the first surface region has an organic film represented by the following general formula (1), and the second surface region does not have the organic film, The thickness t2 of the organic film on the second surface region is less than the thickness t1 of the organic film on the first surface region.
本開示の基板において、第二表面領域上の有機物の膜の厚さt2が、第一表面領域上の有機物の膜の厚さt1よりも薄い場合、t1をt2で除したt1/t2の値が5以上であることが望ましい。t1/t2の値は、10以上であることが好ましく、100以上であることがより好ましい。なお、t1は、1nm以上であることが好ましく、2nm以上であることがより好ましく、200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましい。また、t2は1nm未満であることが好ましく、0nmであってもよい。t1及びt2の厚さは、原子間力顕微鏡(AFM)により測定することができる。t2が0nmである場合は、上記した条件、すなわち、第一表面領域のみに上記有機物の膜が選択的に堆積している。In the substrate of the present disclosure, when the thickness t2 of the organic film on the second surface region is thinner than the thickness t1 of the organic film on the first surface region, t1 divided by t2 is t It is desirable that the value of 1 / t2 is 5 or more. The value of t 1 /t 2 is preferably 10 or more, more preferably 100 or more. Note that t1 is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, preferably 200 nm or less, and more preferably 100 nm or less. Also, t2 is preferably less than 1 nm, and may be 0 nm. The thickness of t1 and t2 can be measured by atomic force microscopy (AFM). When t2 is 0 nm, the condition described above, that is, the organic film is selectively deposited only on the first surface region.
本開示の基板において、金属を含む第一表面領域、非金属無機材料及び/又は金属酸化物を含む第二表面領域、一般式(1)で表される有機物等については、上記した本開示の基板の金属表面領域への選択的な膜堆積方法において説明したので、ここでは、詳しい説明を省略することとする。 In the substrate of the present disclosure, the first surface region containing a metal, the second surface region containing a non-metallic inorganic material and/or a metal oxide, the organic substance represented by the general formula (1), etc. are as described above in the present disclosure. Since a method for selectively depositing a film on a metal surface region of a substrate has been described, a detailed description will be omitted here.
上記有機物の膜は、上記有機物の分子中の窒素原子、酸素原子または硫黄原子を有する基が、第一表面領域の金属と相互作用して形成されていると考えられる。 It is considered that the organic film is formed by the interaction of groups having nitrogen atoms, oxygen atoms or sulfur atoms in the molecules of the organic substance with the metal of the first surface region.
以下に、金属が露出した表面領域に有機物により選択的に膜を堆積できることを下記の実験により確認した。 It was confirmed by the following experiment that a film can be selectively deposited on the surface region where the metal is exposed using an organic substance.
[実験例1-1]
イソプロピルアルコール(以下、IPAという)に1%のo-アミノチオフェノールを溶解させ、有機物としてo-アミノチオフェノールと溶媒とを含む溶液を調製した。
次に、この溶液にCu表面を含有する基板を60秒浸漬させ、有機物の膜を堆積させた。溶液の温度は20~25℃であった。その後、20~25℃のIPAの液に60秒、2回浸漬させて、余分な有機物の除去を行い、続いて、20~25℃の窒素ガスを60秒間吹き付けて基板を乾燥させた。
基板上に形成された有機物の膜厚を原子間力顕微鏡(AFM)で測定したところ、48nmであった。また、X線光電子分光法(XPS)で元素組成を解析したところ、窒素と硫黄の強いピークを確認した。[Experimental example 1-1]
1% o-aminothiophenol was dissolved in isopropyl alcohol (hereinafter referred to as IPA) to prepare a solution containing o-aminothiophenol as an organic substance and a solvent.
Next, a substrate containing a Cu surface was immersed in this solution for 60 seconds to deposit an organic film. The temperature of the solution was 20-25°C. Thereafter, the substrate was immersed twice in an IPA liquid at 20 to 25° C. for 60 seconds to remove excess organic matter, and then dried by blowing nitrogen gas at 20 to 25° C. for 60 seconds.
When the film thickness of the organic material formed on the substrate was measured with an atomic force microscope (AFM), it was 48 nm. Further, when the elemental composition was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), strong peaks of nitrogen and sulfur were confirmed.
[実験例1-2~1-24]
基板表面の金属、有機物の種類、溶媒の種類、溶液濃度などを、表1に示したように変更した以外は、実験例1-1と同様に実施し、評価を行った。その結果を表1に示す。[Experimental Examples 1-2 to 1-24]
Except that the metal on the substrate surface, the type of organic matter, the type of solvent, the solution concentration, etc. were changed as shown in Table 1, the experiment was carried out and evaluated in the same manner as in Experimental Example 1-1. Table 1 shows the results.
[実験例2-1]
IPAに5%のo-アミノチオフェノールを溶解させ、有機物としてo-アミノチオフェノールと溶媒とを含む溶液を調製した。
次に、この溶液にSi表面を含有する基板を60秒浸漬させ、有機物の膜を堆積させた。溶液の温度は20~25℃であった。その後、20~25℃のIPAの液に60秒、2回浸漬させて、余分な有機物の除去を行い、20~25℃の窒素ガスを60秒間吹き付けて基板を乾燥させた。
基板上に形成された有機物の膜厚をAFMで測定したところ、0nmであった。また、XPSで元素組成を解析したところ、窒素と硫黄のピークは確認できなかった。[Experimental example 2-1]
5% o-aminothiophenol was dissolved in IPA to prepare a solution containing o-aminothiophenol as an organic substance and a solvent.
Next, the substrate containing the Si surface was immersed in this solution for 60 seconds to deposit an organic film. The temperature of the solution was 20-25°C. Thereafter, the substrate was immersed in IPA liquid at 20 to 25° C. for 60 seconds twice to remove excess organic matter, and was dried by blowing nitrogen gas at 20 to 25° C. for 60 seconds.
When the film thickness of the organic material formed on the substrate was measured by AFM, it was 0 nm. Further, when the elemental composition was analyzed by XPS, peaks of nitrogen and sulfur could not be confirmed.
[実験例2-2~2-10]
基板表面の金属、有機物の種類、溶媒の種類、溶液濃度などを、表2に示したように変更した以外は、実験例2-1と同様に実施し、評価を行った。その結果を表2に示す。[Experimental Examples 2-2 to 2-10]
Except for changing the metal on the substrate surface, the type of organic matter, the type of solvent, the concentration of the solution, etc. as shown in Table 2, the experiment was carried out and evaluated in the same manner as in Experimental Example 2-1. Table 2 shows the results.
[実験例3-1]
真空プロセスが可能なチャンバ内にCu表面を含有する基板をセットし、チャンバ圧力を1Torr(0.13kPa、絶対圧)に設定した。次に、チャンバに接続したo-アミノチオフェノールのシリンダーを80℃に加熱してバルブを解放し、o-アミノチオフェノールの気体をチャンバ内に供給し、Cuを含有する基板上に有機物の膜を堆積させた。なお、チャンバの温度は、シリンダーの温度と同じにし、o-アミノチオフェノールの気体の温度は、基板に接触するまで、シリンダーを保温する温度と同じに保たれるようにした。有機物の膜の堆積後、チャンバ内を0.1Torr(13Pa)に減圧して余分な有機物を除去した。
基板上に形成された有機物の膜厚をAFMで測定したところ、10nmであった。また、XPSで元素組成を解析したところ、窒素と硫黄の強いピークを確認した。[Experimental example 3-1]
A substrate containing a Cu surface was set in a chamber capable of vacuum processing, and the chamber pressure was set to 1 Torr (0.13 kPa, absolute pressure). Next, the cylinder of o-aminothiophenol connected to the chamber was heated to 80° C., the valve was opened, the gas of o-aminothiophenol was supplied into the chamber, and an organic film was formed on the substrate containing Cu. was deposited. The temperature of the chamber was the same as the temperature of the cylinder, and the temperature of the o-aminothiophenol gas was kept the same as the temperature at which the cylinder was kept warm until it came into contact with the substrate. After depositing the organic matter film, the chamber was evacuated to 0.1 Torr (13 Pa) to remove excess organic matter.
When the film thickness of the organic material formed on the substrate was measured by AFM, it was 10 nm. Further, when the elemental composition was analyzed by XPS, strong peaks of nitrogen and sulfur were confirmed.
[実験例3-2~3-12]
基板上の金属、有機物の種類、シリンダーを保温する温度(有機物加熱温度)、チャンバ圧力などを表3に示したように変更した以外は、実験例3-1と同様に実施し、評価を行った。その結果を表3に示す。[Experimental Examples 3-2 to 3-12]
Experimental Example 3-1 was conducted and evaluated in the same manner as in Experimental Example 3-1, except that the metal on the substrate, the type of organic matter, the temperature at which the cylinder was kept warm (organic matter heating temperature), the chamber pressure, etc. were changed as shown in Table 3. rice field. Table 3 shows the results.
[実験例4-1]
真空プロセスが可能なチャンバ内にSi表面を含有する基板をセットし、チャンバ圧力を10Torrに設定した。次に、チャンバに接続したo-アミノチオフェノールのシリンダーを120℃に加熱してバルブを解放し、o-アミノチオフェノールの気体をチャンバ内に供給し、Si表面を含有する基板上に有機物の膜を堆積させた。有機物の膜の堆積後、チャンバ内を0.1Torrに減圧して余分な有機物を除去した。
基板上に形成された有機物の膜厚をAFMで測定したところ、0nmであった。また、XPSで元素組成を解析したところ、窒素と硫黄のピークは確認できなかった。[Experimental example 4-1]
A substrate containing a Si surface was set in a chamber capable of vacuum processing, and the chamber pressure was set to 10 Torr. Next, the cylinder of o-aminothiophenol connected to the chamber is heated to 120° C., the valve is opened, the o-aminothiophenol gas is supplied into the chamber, and the organic material is deposited on the substrate containing the Si surface. A film was deposited. After depositing the organic film, the chamber was evacuated to 0.1 Torr to remove excess organic matter.
When the film thickness of the organic material formed on the substrate was measured by AFM, it was 0 nm. Further, when the elemental composition was analyzed by XPS, peaks of nitrogen and sulfur could not be confirmed.
[実験例4-2~4-10]
基板上の金属、有機物の種類、シリンダーを保温する温度、チャンバ圧力などを表4に示したように変更した以外は、実験例4-1と同様に実施し、評価を行った。その結果を表4に示す。[Experimental Examples 4-2 to 4-10]
The experiment was conducted and evaluated in the same manner as in Experimental Example 4-1, except that the types of metals and organic substances on the substrate, the temperature at which the cylinder was kept warm, the chamber pressure, and the like were changed as shown in Table 4. Table 4 shows the results.
なお、上記実験例において、Cu表面を含有する基板は、蒸着によりシリコン基板上に銅の膜を厚さ約100nmで成膜した後、表面自然酸化膜を除去することにより作製した。
Co表面を含有する基板は、蒸着によりシリコン基板上にコバルトの膜を厚さ約100nmで成膜した後、表面自然酸化膜を除去することにより作製した。
Ru表面を含有する基板は、蒸着によりシリコン基板上にルテニウムの膜を厚さ約100nmで成膜した後、表面自然酸化膜を除去することにより作製した。In the above experimental example, the substrate containing the Cu surface was produced by forming a copper film with a thickness of about 100 nm on a silicon substrate by vapor deposition, and then removing the surface native oxide film.
A substrate containing a Co surface was prepared by forming a cobalt film with a thickness of about 100 nm on a silicon substrate by vapor deposition, and then removing the surface native oxide film.
A substrate containing a Ru surface was prepared by depositing a ruthenium film with a thickness of about 100 nm on a silicon substrate by vapor deposition, and then removing the surface native oxide film.
また、Si表面を含有する基板は、シリコン基板の自然酸化膜を除去することにより作製した。
SiO2表面を含有する基板は、化学的気相堆積法によりシリコン基板上に二酸化シリコンの膜を厚さ約30nmで成膜することにより作製した。
SiN表面を含有する基板は、化学的気相堆積法によりシリコン基板上にSi3N4の化学式で表される窒化シリコン膜を厚さ約30nmで成膜することにより作製した。
SiON表面を含有する基板は、化学的気相堆積法によりシリコン基板上にSiN表面を形成させた後に酸化してSi4OxNy(xは3以上6以下、yは2以上4以下)の化学式で表される酸窒化シリコン膜を厚さ約10nmで成膜することにより作製した。
CuO表面を含有する基板は、蒸着によりシリコン基板上に酸化銅の膜を厚さ約100nmで成膜することにより作製した。
CoO表面を含有する基板は、蒸着によりシリコン基板上に酸化コバルトの膜を厚さ約100nmで成膜することにより作製した。A substrate containing a Si surface was prepared by removing the natural oxide film of the silicon substrate.
Substrates containing SiO 2 surfaces were prepared by depositing a film of silicon dioxide with a thickness of about 30 nm on a silicon substrate by chemical vapor deposition.
A substrate containing a SiN surface was fabricated by forming a silicon nitride film represented by the chemical formula of Si 3 N 4 on a silicon substrate by chemical vapor deposition to a thickness of about 30 nm.
A substrate containing a SiON surface is oxidized to Si 4 O x N y (x is 3 or more and 6 or less, y is 2 or more and 4 or less) after forming a SiN surface on a silicon substrate by a chemical vapor deposition method. A silicon oxynitride film having a thickness of about 10 nm was formed to have a thickness of about 10 nm.
A substrate containing a CuO surface was prepared by depositing a film of copper oxide with a thickness of about 100 nm on a silicon substrate by vapor deposition.
A substrate containing a CoO surface was prepared by depositing a film of cobalt oxide with a thickness of about 100 nm on a silicon substrate by vapor deposition.
以上の結果を下記の表1~表4にまとめた。 The above results are summarized in Tables 1 to 4 below.
表1~表4に示す結果より明らかなように、上記実験例において、有機物はCu、Co、Ruなどの金属上には膜を堆積したが、Si、SiO2、SiN、SiONなどの非金属無機材料上またはCuO、CoOなどの金属酸化物上には膜を堆積しなかった。従って、金属が露出した表面領域と非金属無機材料が露出した表面領域又は金属酸化物が露出した表面領域を有する基板を用いる場合、表1~表4に示す有機物を用いることにより、金属が露出した表面領域のみに選択的に膜を堆積することができる。As is clear from the results shown in Tables 1 to 4, in the above experimental examples, films of organic substances were deposited on metals such as Cu, Co, and Ru, but on non-metals such as Si, SiO 2 , SiN, and SiON. No films were deposited on inorganic materials or on metal oxides such as CuO, CoO. Therefore, when using a substrate having a surface region in which a metal is exposed and a surface region in which a non-metallic inorganic material is exposed or a surface region in which a metal oxide is exposed, the metal is exposed by using the organic substances shown in Tables 1 to 4. A film can be selectively deposited only on the surface areas that have been exposed.
なお、一般式(1)で表される有機物は、Co、Cu、Ru以外にも、半導体装置などの配線材料や電極材料として適する導電性材料であるNi、Pt、Al、Ta、Ti、Hfなどの金属上にも膜を堆積させることができる。 In addition to Co, Cu, and Ru, the organic substances represented by the general formula (1) include Ni, Pt, Al, Ta, Ti, and Hf, which are conductive materials suitable as wiring materials and electrode materials for semiconductor devices. Films can also be deposited on metals such as
Claims (18)
前記第二表面領域よりも前記第一表面領域に、下記一般式(1)で表される有機物の膜を選択的に堆積させることを特徴とする方法。
(一般式(1)において、Nは窒素原子であり、Xは酸素原子又は硫黄原子である。
R1は、炭素数2~12のヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基であり、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~10の環やヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基である。但し、この炭化水素基は、炭素数が3以上の場合にあっては、分岐鎖あるいは環状構造の炭化水素基も含む。) For a substrate having a structure in which both a first surface region containing a metal and a second surface region containing a non-metallic inorganic material and/or a metal oxide are exposed,
A method characterized by selectively depositing an organic film represented by the following general formula (1) on the first surface region rather than on the second surface region.
(In general formula (1), N is a nitrogen atom, and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 is a hydrocarbon group optionally having a heteroatom or halogen atom having 2 to 12 carbon atoms, and R 2 , R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom or a It is a hydrocarbon group optionally having 10 rings, heteroatoms or halogen atoms. However, when the number of carbon atoms is 3 or more, the hydrocarbon group includes a hydrocarbon group having a branched chain or a cyclic structure. )
前記第一表面領域に下記一般式(1)で表される有機物の膜を有し、
前記第二表面領域に前記有機物の膜を有しないか、前記第二表面領域上の前記有機物の膜の厚さt2が、前記第一表面領域上の前記有機物の膜の厚さt1よりも薄いことを特徴とする基板。
(一般式(1)においてNは窒素原子であり、Xは酸素原子又は硫黄原子である。
R1は炭素数2~12のヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基であり、R2、R3、R4は水素原子又は炭素数1~10の環やヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基である。但し、この炭化水素基は、炭素数が3以上の場合にあっては、分岐鎖あるいは環状構造の炭化水素基も含む。) A substrate having a structure in which both a first surface region containing a metal and a second surface region containing a non-metallic inorganic material and/or a metal oxide are exposed,
Having an organic film represented by the following general formula (1) on the first surface region,
The second surface region does not have the organic film, or the thickness t2 of the organic film on the second surface region is greater than the thickness t1 of the organic film on the first surface region. A substrate characterized in that it is also thin.
(In general formula (1), N is a nitrogen atom, and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 is a heteroatom having 2 to 12 carbon atoms or a hydrocarbon group optionally having a halogen atom; It is a hydrocarbon group optionally having a halogen atom. However, when the number of carbon atoms is 3 or more, the hydrocarbon group includes a hydrocarbon group having a branched chain or a cyclic structure. )
(一般式(1)においてNは窒素原子であり、Xは酸素原子又は硫黄原子である。
R1は炭素数2~12のヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基であり、R2、R3、R4は水素原子又は炭素数1~10の環やヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基である。但し、この炭化水素基は、炭素数が3以上の場合にあっては、分岐鎖あるいは環状構造の炭化水素基も含む。) A deposited film of an organic substance, characterized by being represented by the following general formula (1).
(In general formula (1), N is a nitrogen atom, and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 is a heteroatom having 2 to 12 carbon atoms or a hydrocarbon group optionally having a halogen atom; It is a hydrocarbon group optionally having a halogen atom. However, when the number of carbon atoms is 3 or more, the hydrocarbon group includes a hydrocarbon group having a branched chain or a cyclic structure. )
(一般式(1)においてNは窒素原子であり、Xは酸素原子又は硫黄原子である。
R1は炭素数2~12のヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基であり、R2、R3、R4は水素原子又は炭素数1~10の環やヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基である。但し、この炭化水素基は、炭素数が3以上の場合にあっては、分岐鎖あるいは環状構造の炭化水素基も含む。) A deposited film-forming composition comprising an organic substance represented by the following general formula (1).
(In general formula (1), N is a nitrogen atom, and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 is a heteroatom having 2 to 12 carbon atoms or a hydrocarbon group optionally having a halogen atom; It is a hydrocarbon group optionally having a halogen atom. However, when the number of carbon atoms is 3 or more, the hydrocarbon group includes a hydrocarbon group having a branched chain or a cyclic structure. )
(一般式(1)においてNは窒素原子であり、Xは酸素原子又は硫黄原子である。
R1は炭素数2~12のヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基であり、R2、R3、R4は水素原子又は炭素数1~10の環やヘテロ原子やハロゲン原子を有していてもよい炭化水素基である。但し、この炭化水素基は、炭素数が3以上の場合にあっては、分岐鎖あるいは環状構造の炭化水素基も含む。) A solution comprising an organic substance represented by the following general formula (1) and a solvent.
(In general formula (1), N is a nitrogen atom, and X is an oxygen atom or a sulfur atom.
R 1 is a heteroatom having 2 to 12 carbon atoms or a hydrocarbon group optionally having a halogen atom; It is a hydrocarbon group optionally having a halogen atom. However, when the number of carbon atoms is 3 or more, the hydrocarbon group includes a hydrocarbon group having a branched chain or a cyclic structure. )
前記溶媒が、エタノール及びイソプロピルアルコールからなる群から選ばれる少なくとも一つであり、
前記溶液は、有機物と溶媒の合計に対して0.1質量%以上10質量%以下の前記一般式(1)で表される有機物を含む、ことを特徴とする請求項17に記載の溶液。
The organic substance is the group consisting of o-aminothiophenol, 2-aminobenzyl alcohol, 2-aminoethanol, 2-(ethylamino)ethanol, 2-aminoethanethiol, 3-amino-1-propanol and o-aminophenol. is at least one selected from
The solvent is at least one selected from the group consisting of ethanol and isopropyl alcohol,
18. The solution according to claim 17, wherein the solution contains 0.1% by mass or more and 10% by mass or less of the organic substance represented by the general formula (1) with respect to the total of the organic substance and the solvent.
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