JP7390195B2 - Silicon film formation method - Google Patents
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Description
開示の実施形態は、シリコン成膜方法に関する。 TECHNICAL FIELD The disclosed embodiments relate to a silicon deposition method.
特許文献1は、シリコン化合物を含むシリコン含有溶液でスピンコート法などにより塗布膜を形成し、塗布膜を所定の温度で加熱することにより、シリコン膜を形成する技術を開示する。
本開示は、均一性の良好なシリコン膜を形成する技術を提供する。 The present disclosure provides a technique for forming a silicon film with good uniformity.
本開示の一態様によるシリコン成膜方法は、シリコン含有溶液を用いたスピンコートによるシリコン成膜方法である。シリコン成膜方法は、基板を載置したステージを第1の回転速度で回転させながらシリコン含有溶液を前記基板に滴下する第1工程と、ステージを第2の回転速度で回転させて滴下したシリコン含有溶液を前記基板上で拡散する第2工程と、シリコン含有溶液の気化成分が気化するよう前記ステージを第3の回転速度で回転させた状態を所定時間維持する第3工程と、を含む。 A silicon film forming method according to one embodiment of the present disclosure is a silicon film forming method by spin coating using a silicon-containing solution. The silicon film forming method includes a first step of dropping a silicon-containing solution onto the substrate while rotating a stage on which a substrate is mounted at a first rotation speed, and a step of dropping silicon-containing solution onto the substrate by rotating the stage at a second rotation speed. The method includes a second step of diffusing the silicon-containing solution on the substrate, and a third step of maintaining the stage rotated at a third rotation speed for a predetermined period of time so that the vaporized components of the silicon-containing solution are vaporized.
本開示によれば、均一性の良好なシリコン膜を形成できる。 According to the present disclosure, a silicon film with good uniformity can be formed.
以下、図面を参照して本願の開示するシリコン成膜方法の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示するシリコン成膜方法が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the silicon film forming method disclosed in the present application will be described in detail with reference to the drawings. Note that the disclosed silicon film forming method is not limited by this embodiment.
ところで、スピンコート法により塗布膜を形成した場合、塗布膜には、表面にクレーター状の穴などのDefectが形成される場合がある。塗布膜にDefectが形成された場合、塗布膜を所定の温度で加熱することにより形成されるシリコン膜にも、Defectが形成されてしまう。そこで、均一性の良好なシリコン膜を形成することが期待されている。 By the way, when a coating film is formed by a spin coating method, defects such as crater-shaped holes may be formed on the surface of the coating film. When defects are formed on the coating film, defects are also formed on the silicon film formed by heating the coating film at a predetermined temperature. Therefore, it is expected to form a silicon film with good uniformity.
(実施形態)
(シリコン成膜方法)
実施形態に係るシリコン成膜方法について説明する。図1は、実施形態に係るシリコン成膜方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態では、図1のフローチャートに示された手順により、基板Wにシリコン膜が成膜される。以下では、図2A~図2Cを参照しながら、図1のフローチャートに示された手順でシリコン膜を形成する際の基板Wの状態を説明する。図2A~図2Cは、実施形態に係るシリコン成膜方法でシリコン膜を成膜する際の基板Wの状態を示す図である。
(Embodiment)
(Silicon film formation method)
A silicon film forming method according to an embodiment will be described. FIG. 1 is a flowchart illustrating an example of a silicon film forming method according to an embodiment. In this embodiment, a silicon film is formed on the substrate W according to the procedure shown in the flowchart of FIG. Below, the state of the substrate W when forming a silicon film according to the procedure shown in the flowchart of FIG. 1 will be explained with reference to FIGS. 2A to 2C. 2A to 2C are diagrams showing the state of the substrate W when a silicon film is formed by the silicon film forming method according to the embodiment.
処理対象の基板Wにシリコン含有溶液を塗布する(ステップS10)。基板Wは、例えば図2Aに示されるような構造である。図2Aには、基板Wの断面図が示されている。基板Wは、例えば、半導体ウエハなどのシリコン基板とする。例えば、分子中に6~8員の単環式飽和炭素環を含み沸点が160℃未満である第1の溶媒と、分子中に飽和炭素環又は部分飽和炭素環を含み沸点が160℃以上である第2の溶媒とを含む混合溶媒に、シランポリマーを溶解させたシリコン含有溶液(以下「シランポリマー溶液」ともいう。)を、基板Wに塗布して、図2Bに示すように、塗布膜11を形成する。 A silicon-containing solution is applied to the substrate W to be processed (step S10). The substrate W has a structure as shown in FIG. 2A, for example. A cross-sectional view of the substrate W is shown in FIG. 2A. The substrate W is, for example, a silicon substrate such as a semiconductor wafer. For example, the first solvent contains a 6- to 8-membered monocyclic saturated carbocycle in its molecule and has a boiling point of less than 160°C, and the first solvent contains a saturated or partially saturated carbocyclic ring in its molecule and has a boiling point of 160°C or higher. A silicon-containing solution (hereinafter also referred to as "silane polymer solution") in which a silane polymer is dissolved in a mixed solvent containing a certain second solvent is applied to the substrate W to form a coating film as shown in FIG. 2B. 11 is formed.
次に、基板Wを焼成して、シリコン含有溶液を固化してシリコン膜を形成する(ステップS11)。加熱の条件は特に限定されず、シランポリマーからシリコン膜を形成するにあたって従来使用される条件を採用してよい。例えば、アモルファス状のシリコン膜を形成する場合、300~600℃(好ましくは350~500℃)にて30秒間~300分間の条件にて塗布膜を加熱してよい。例えば、基板Wを400℃にて15分間加熱する。これにより、基板Wでは、シリコン含有溶液の塗布膜11の固化が進行する。図2Cに示すように、基板Wでは、焼成されることで塗布膜11が固化してアモルファスシリコン膜12に変換する。
Next, the substrate W is fired to solidify the silicon-containing solution and form a silicon film (step S11). The heating conditions are not particularly limited, and conditions conventionally used for forming a silicon film from a silane polymer may be employed. For example, when forming an amorphous silicon film, the coating film may be heated at 300 to 600°C (preferably 350 to 500°C) for 30 seconds to 300 minutes. For example, the substrate W is heated at 400° C. for 15 minutes. As a result, on the substrate W, the
次に、実施形態に係るシリコン成膜方法で使用する第1の溶媒、第2の溶媒、シランポリマー、混合溶媒およびシランポリマー溶液について説明する。 Next, the first solvent, second solvent, silane polymer, mixed solvent, and silane polymer solution used in the silicon film forming method according to the embodiment will be explained.
(第1の溶媒)
第1の溶媒は、分子中に6~8員の単環式飽和炭素環を含み沸点が160℃未満である。第1の溶媒を用いることにより、広範な分子サイズのシランポリマーを用いてシランポリマー溶液を調製することが可能となる。なお、本明細書において、「沸点」は、大気圧下での沸点を意味する。
(First solvent)
The first solvent contains a 6- to 8-membered monocyclic saturated carbon ring in its molecule and has a boiling point of less than 160°C. By using the first solvent, it is possible to prepare silane polymer solutions using silane polymers of a wide range of molecular sizes. In addition, in this specification, "boiling point" means the boiling point under atmospheric pressure.
シランポリマーの溶解性、特に分子サイズの大きなシランポリマーを溶解させ得る観点から、第1の溶媒は、分子中に6~8員の単環式飽和炭素環を1個含むことが好ましく、分子中に7員又は8員の単環式飽和炭素環を1個含むことがより好ましい。 From the viewpoint of solubility of the silane polymer, in particular the ability to dissolve a silane polymer with a large molecular size, the first solvent preferably contains one 6- to 8-membered monocyclic saturated carbon ring in the molecule. It is more preferable that the compound contains one 7- or 8-membered monocyclic saturated carbon ring.
6~8員の単環式飽和炭素環は、シランポリマーの溶解性を阻害しない限りにおいて、置換基を有していてもよい。置換基は特に限定されず、例えば、炭素原子数1~4のアルキル基(好ましくは炭素原子数1~3、より好ましくは炭素原子数1又は2)が挙げられる。置換基の数は限定されず、複数の置換基を有する場合、それらは互いに同一でも異なってもよい。 The 6- to 8-membered monocyclic saturated carbon ring may have a substituent as long as the solubility of the silane polymer is not impaired. The substituent is not particularly limited, and includes, for example, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 3 carbon atoms, more preferably 1 or 2 carbon atoms). The number of substituents is not limited, and when a plurality of substituents are present, they may be the same or different from each other.
第1の溶媒としては、例えば、シクロヘキサン(81℃)、シクロヘプタン(112℃)、シクロオクタン(151℃)、メチルシクロヘキサン(101℃)、エチルシクロヘキサン(132℃)、ジメチルシクロヘキサン(120~130℃)、n-プロピルシクロヘキサン(157℃)、イソプロピルシクロヘキサン(155℃)、トリメチルシクロヘキサン(136~145℃)、メチルエチルシクロヘキサン(148℃)が挙げられる(括弧内は沸点)。 Examples of the first solvent include cyclohexane (81°C), cycloheptane (112°C), cyclooctane (151°C), methylcyclohexane (101°C), ethylcyclohexane (132°C), and dimethylcyclohexane (120 to 130°C). ), n-propylcyclohexane (157°C), isopropylcyclohexane (155°C), trimethylcyclohexane (136-145°C), and methylethylcyclohexane (148°C) (the boiling point is in parentheses).
中でも、広範な分子サイズのシランポリマーを溶解させ得る観点から、第1の溶媒は、好ましくは炭素原子数6~8のシクロアルカン、より好ましくは炭素原子数7又は8のシクロアルカン、特に好ましくは炭素原子数8のシクロアルカンである。したがって特に好適な一実施形態において、第1の溶媒はシクロオクタンである。 Among these, from the viewpoint of being able to dissolve silane polymers having a wide range of molecular sizes, the first solvent is preferably a cycloalkane having 6 to 8 carbon atoms, more preferably a cycloalkane having 7 or 8 carbon atoms, and particularly preferably a cycloalkane having 7 or 8 carbon atoms. It is a cycloalkane having 8 carbon atoms. Therefore, in one particularly preferred embodiment, the first solvent is cyclooctane.
第1の溶媒の沸点の下限は、後述する第2の溶媒との組み合わせにおいてシリコン膜の成膜性に優れることから、好ましくは100℃以上、より好ましくは110℃以上、120℃以上、又は130℃以上である。 The lower limit of the boiling point of the first solvent is preferably 100°C or higher, more preferably 110°C or higher, 120°C or higher, or 130°C or higher, since the combination with the second solvent described later provides excellent silicon film forming properties. ℃ or higher.
第1の溶媒としては、単環式飽和炭素環含む溶媒以外の溶媒を用いてよい。単環式飽和炭素環含む溶媒以外の溶媒としては、例えば、トルエン、ベンゼンを挙げることができる。トルエン、ベンゼンとしては、n-ヘプタン、n-オクタン、デカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロへキシルベンゼンなどの炭化水素系溶媒;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、ビス(2-メトキシエチル)エーテル、p-ジオキサンなどのエーテル系溶媒;さらにプロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの非プロトン性極性溶媒を挙げることができる。 As the first solvent, a solvent other than the solvent containing a monocyclic saturated carbon ring may be used. Examples of solvents other than those containing a monocyclic saturated carbon ring include toluene and benzene. Examples of toluene and benzene include hydrocarbon solvents such as n-heptane, n-octane, decane, toluene, xylene, cymene, durene, indene, dipentene, tetrahydronaphthalene, decahydronaphthalene, and cyclohexylbenzene; ethylene glycol dimethyl ether; Ether solvents such as ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, bis(2-methoxyethyl) ether, p-dioxane; and propylene Mention may be made of aprotic polar solvents such as carbonate, γ-butyrolactone, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, and cyclohexanone.
(第2の溶媒)
第2の溶媒は、分子中に飽和炭素環又は部分飽和炭素環を含み沸点が160℃以上である。第1の溶媒と組み合わせて第2の溶媒を用いることにより、広範な分子サイズのシランポリマーからシリコン膜を成膜性よく形成することが可能となる。本明細書において、「部分飽和炭素環」とは、不飽和炭素環の二重結合のうち少なくとも1個の二重結合を除く任意の個数の二重結合を水素化により単結合に変換した炭素環をいう。
(Second solvent)
The second solvent contains a saturated carbocycle or a partially saturated carbocycle in its molecule and has a boiling point of 160°C or higher. By using the second solvent in combination with the first solvent, it becomes possible to form a silicon film with good film formability from silane polymers with a wide range of molecular sizes. As used herein, "partially saturated carbocycle" refers to a carbon ring in which any number of double bonds, excluding at least one double bond, of an unsaturated carbocycle are converted into single bonds by hydrogenation. It refers to a ring.
ここで、分子サイズの大きいシランポリマーからシリコン膜を形成する場合や、低濃度のシランポリマー溶液を用いてシリコン膜を形成する場合には、従来、基板の全面にシリコン膜を形成することは困難となる傾向にあった。これに対し、第1の溶媒と組み合わせて第2の溶媒を用いるシランポリマー溶液によれば、分子サイズの大きなシランポリマーを用いる場合や、低濃度のシランポリマー溶液を用いる場合にも、基板の全面にシリコン膜を形成することが可能である。 Here, when forming a silicon film from a silane polymer with a large molecular size or when forming a silicon film using a low concentration silane polymer solution, it has been difficult to form a silicon film on the entire surface of the substrate. There was a tendency to On the other hand, with a silane polymer solution that uses a second solvent in combination with a first solvent, even when using a silane polymer with a large molecular size or a low concentration silane polymer solution, the entire surface of the substrate can be coated. It is possible to form a silicon film on.
広範な分子サイズのシランポリマー、とりわけ、成膜が困難とされていた分子サイズの大きなシランポリマーからシリコン膜を成膜性よく形成し得る観点から、第2の溶媒は、分子中に8~12員の飽和炭素環又は部分飽和炭素環を1個含むことが好ましい。飽和炭素環又は部分飽和炭素環は、多環式の飽和炭素環又は部分飽和炭素環であることが好ましく、二環式の飽和炭素環又は部分飽和炭素環であることがより好ましい。第2の溶媒が分子中に多環式の部分飽和炭素環を含む場合、多環を構成する少なくとも1つの環は飽和炭素環構造を有する(すなわち、不飽和度が0である)ことが好ましい。例えば、第2の溶媒が分子中に二環式の部分飽和炭素環を含む場合、二環の一方の環が飽和炭素環構造を有し他方の環が不飽和炭素環構造を有することが好ましい。中でも、第1の溶媒との組み合わせにおいて、第2の溶媒は、分子中に多環式飽和炭素環を含むことが好ましく、二環式飽和炭素環を含むことが特に好ましい。第2の溶媒において、飽和炭素環又は部分飽和炭素環は、シリコン膜の成膜性を阻害しない限りにおいて、置換基を有していてもよい。置換基は特に限定されず、例えば、炭素原子数1~4のアルキル基(好ましくは炭素原子数1~3、より好ましくは炭素原子数1又は2)が挙げられる。置換基の数は限定されず、複数の置換基を有する場合、それらは互いに同一でも異なってもよい。 From the viewpoint of forming a silicon film with good film-forming properties from a silane polymer with a wide range of molecular sizes, especially a silane polymer with a large molecular size that has been considered difficult to form into a film, the second solvent has 8 to 12 molecules in the molecule. It is preferable to contain one member saturated carbocycle or partially saturated carbocycle. The saturated carbocycle or partially saturated carbocycle is preferably a polycyclic saturated carbocycle or partially saturated carbocycle, and more preferably a bicyclic saturated carbocycle or partially saturated carbocycle. When the second solvent contains a polycyclic partially saturated carbocyclic ring in its molecule, at least one ring constituting the polycyclic ring preferably has a saturated carbocyclic structure (that is, the degree of unsaturation is 0). . For example, when the second solvent contains a bicyclic partially saturated carbocyclic ring in its molecule, it is preferable that one ring of the bicyclic ring has a saturated carbocyclic structure and the other ring has an unsaturated carbocyclic structure. . Among these, in combination with the first solvent, the second solvent preferably contains a polycyclic saturated carbocycle in its molecule, and particularly preferably contains a bicyclic saturated carbocycle. In the second solvent, the saturated carbocycle or partially saturated carbocycle may have a substituent as long as it does not impede the film-forming properties of the silicon film. The substituent is not particularly limited, and includes, for example, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (preferably 1 to 3 carbon atoms, more preferably 1 or 2 carbon atoms). The number of substituents is not limited, and when a plurality of substituents are present, they may be the same or different from each other.
第2の溶媒としては、例えば、デカヒドロナフタレン(デカリン)(193℃)、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン(テトラリン)(207℃)、メチルデカヒドロナフタレン(210℃)、ジメチルデカヒドロナフタレン(224℃)、エチルデカヒドロナフタレン(226℃)、イソプロピルデカヒドロナフタレン(241℃)が挙げられる(括弧内は沸点)。 Examples of the second solvent include decahydronaphthalene (decalin) (193°C), 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene (tetralin) (207°C), methyldecahydronaphthalene (210°C), dimethyldecahydro Examples include naphthalene (224°C), ethyldecahydronaphthalene (226°C), and isopropyldecahydronaphthalene (241°C) (boiling point in parentheses).
中でも、第1の溶媒との組み合わせにおいて、広範な分子サイズのシランポリマーから特に成膜性よくシリコン膜を形成し得る観点から、第2の溶媒は、好ましくは炭素原子数8~12のビシクロアルカン、より好ましくは炭素原子数10~12のビシクロアルカン、特に好ましくは炭素原子数10のビシクロアルカンである。したがって特に好適な一実施形態において、第2の溶媒はデカヒドロナフタレンである。 Among these, the second solvent is preferably a bicycloalkane having 8 to 12 carbon atoms, from the viewpoint that in combination with the first solvent, a silicon film can be formed with particularly good film formability from silane polymers with a wide range of molecular sizes. , more preferably a bicycloalkane having 10 to 12 carbon atoms, particularly preferably a bicycloalkane having 10 carbon atoms. Therefore, in one particularly preferred embodiment, the second solvent is decahydronaphthalene.
第1の溶媒との組み合わせにおいて広範な分子サイズのシランポリマーから成膜性よくシリコン膜を形成し得る観点から、第2の溶媒の沸点は、第1の溶媒の沸点より20℃以上高いことが好ましく、30℃以上高いことがより好ましく、40℃以上高いことがさらに好ましい。第2の溶媒の沸点の上限は、第1の溶媒との組み合わせにおいて混合溶媒を調製し得る限り特に限定されないが、通常、250℃以下、240℃以下などとし得る。 The boiling point of the second solvent is preferably 20°C or more higher than the boiling point of the first solvent in order to form a silicon film with good film formation properties from silane polymers with a wide range of molecular sizes in combination with the first solvent. Preferably, the temperature is higher by 30°C or more, more preferably by 40°C or more. The upper limit of the boiling point of the second solvent is not particularly limited as long as a mixed solvent can be prepared in combination with the first solvent, but it can usually be 250°C or lower, 240°C or lower, or the like.
広範な分子サイズのシランポリマーから特に成膜性よくシリコン膜を形成し得る観点から、混合溶媒において、第1の溶媒の体積を1としたとき、第2の溶媒の体積は、好ましくは2以下、より好ましくは1以下、さらに好ましくは0.7以下、又は0.5以下である。特に、第1の溶媒の体積を1としたとき、第2の溶媒の体積が0.5以下である混合溶媒を用いると、重量平均分子量(Mw)が100,000を超えるような分子サイズが非常に大きいシランポリマーを用いる場合であっても、成膜性よくシリコン膜を形成することが可能となる。 From the viewpoint of forming a silicon film with particularly good film formability from silane polymers having a wide range of molecular sizes, in a mixed solvent, when the volume of the first solvent is 1, the volume of the second solvent is preferably 2 or less. , more preferably 1 or less, further preferably 0.7 or less, or 0.5 or less. In particular, when using a mixed solvent in which the volume of the second solvent is 0.5 or less when the volume of the first solvent is 1, the molecular size such that the weight average molecular weight (Mw) exceeds 100,000 is Even when a very large silane polymer is used, it is possible to form a silicon film with good film formability.
混合溶媒中に第2の溶媒が少量でも入っていれば、混合溶媒を用いる利点を享受し得る。例えば、混合溶媒において、第1の溶媒の体積を1としたとき、第2の溶媒の体積は0.001以上であってよく、好ましくは0.005以上、より好ましくは0.01以上、0.02以上、又は0.03以上である。本明細書において、第1の溶媒と第2の溶媒の体積比は、室温下における第1の溶媒の体積と第2の溶媒の体積を基準として算出した値である。 If even a small amount of the second solvent is included in the mixed solvent, the advantages of using the mixed solvent can be enjoyed. For example, in a mixed solvent, when the volume of the first solvent is 1, the volume of the second solvent may be 0.001 or more, preferably 0.005 or more, more preferably 0.01 or more, 0. It is .02 or more, or 0.03 or more. In this specification, the volume ratio of the first solvent and the second solvent is a value calculated based on the volume of the first solvent and the volume of the second solvent at room temperature.
(シランポリマー)
シランポリマーは、加熱によってシリコン膜を形成できる限り特に限定されず、例えば、光重合性のシラン化合物に光照射して得られた従来公知の方法により製造したシランポリマー(好ましくはポリジヒドロシラン)を用いてよい。
(silane polymer)
The silane polymer is not particularly limited as long as it can form a silicone film by heating. For example, a silane polymer (preferably polydihydrosilane) manufactured by a conventionally known method obtained by irradiating a photopolymerizable silane compound with light may be used. It's fine.
光重合性のシラン化合物としては、例えば、鎖状シラン化合物、環状シラン化合物、かご状シラン化合物が挙げられる。中でも、光重合性に優れるため、環状シラン化合物が好ましい。環状シラン化合物としては、例えば、シクロトリシラン、シクロテトラシラン、シクロペンタシラン、シクロヘキサシラン、シクロヘプタシラン、ネオペンタシラン、トリシラン等の1個の環状シラン構造を有する環状シラン化合物;1,1’-ビシクロブタシラン、1,1’-ビシクロペンタシラン、1,1’-ビシクロヘキサシラン、1,1’-ビシクロヘプタシラン、スピロ[2,2]ペンタシラン、スピロ[3,3]ヘプタシラン、スピロ[4,4]ノナシラン等の2個の環状シラン構造を有する環状シラン化合物;これら環状シラン化合物において、水素原子の一部又は全部がシリル基やハロゲン原子に置換したシラン化合物等が挙げられる。 Examples of photopolymerizable silane compounds include chain silane compounds, cyclic silane compounds, and cage-shaped silane compounds. Among these, cyclic silane compounds are preferred because they have excellent photopolymerizability. Examples of the cyclic silane compound include cyclic silane compounds having one cyclic silane structure such as cyclotrisilane, cyclotetrasilane, cyclopentasilane, cyclohexasilane, cycloheptasilane, neopentasilane, and trisilane; 1,1 '-bicyclobutasilane, 1,1'-bicyclopentasilane, 1,1'-bicyclohexasilane, 1,1'-bicycloheptasilane, spiro[2,2]pentasilane, spiro[3,3]heptasilane, spiro [4,4] Cyclic silane compounds having two cyclic silane structures such as nonasilane; examples include silane compounds in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with silyl groups or halogen atoms in these cyclic silane compounds.
特に、高純度にて合成し易い観点から、シクロペンタシラン、シクロヘキサシラン、シクロヘプタシランが好ましく、シクロヘキサシランがより好ましい。したがって一実施形態において、シリコン成膜方法は、シクロヘキサシランに光照射してシランポリマーを調製する工程を含んでもよい。 In particular, from the viewpoint of easy synthesis with high purity, cyclopentasilane, cyclohexasilane, and cycloheptasilane are preferred, and cyclohexasilane is more preferred. Accordingly, in one embodiment, the silicon film deposition method may include the step of preparing a silane polymer by irradiating cyclohexasilane with light.
光照射は、従来公知の任意の条件にて実施することができる。例えば、照射波長は300~420nm、照射時間は0.1秒間~600分間の範囲とし得る。 Light irradiation can be carried out under any conventionally known conditions. For example, the irradiation wavelength may range from 300 to 420 nm and the irradiation time may range from 0.1 seconds to 600 minutes.
(シランポリマー溶液)
シランポリマー溶液は、上記第1の溶媒と第2の溶媒とを含む混合溶媒にシランポリマーを溶解させて調製することができる。この混合溶媒は、広範な分子サイズのシランポリマーを用いてシランポリマー溶液を調製することができる。
(silane polymer solution)
The silane polymer solution can be prepared by dissolving the silane polymer in a mixed solvent containing the first solvent and the second solvent. This mixed solvent allows the preparation of silane polymer solutions using silane polymers of a wide range of molecular sizes.
シランポリマー溶液のシランポリマーの濃度(以下、単に「溶液濃度」ともいう。)は、シランポリマーの分子サイズにもよるが、例えば、30体積%以下の範囲において調整することができる。薄いシリコン膜を形成する観点から、該溶液濃度は、好ましくは20体積%以下、より好ましくは10体積%以下、さらに好ましくは5体積%以下である。従来、溶液濃度が低くなると、基板Wの全面にシリコン膜を形成することが困難になる傾向にあった。これに対し、本実施形態のシランポリマー溶液は、溶液濃度が低い場合にも、基板Wの全面にシリコン膜を形成することが可能である。また、本実施形態のシランポリマー溶液は、分子サイズの大きなシランポリマー(上述のとおり、低濃度でもシリコン膜を形成し得る)を利用し得るという利点も相俟って、極めて薄いシリコン膜を基板Wの全面に形成することができる。本実施形態のシランポリマー溶液は、成膜性の悪化なしに、溶液濃度を、4体積%以下、3体積%以下、又は2体積%以下にまで低くすることができる。本実施形態のシランポリマー溶液は、溶液濃度の下限は特に限定されないが、シリコン膜の成膜性の観点から、通常、0.1体積%以上、0.3体積%以上、0.5体積%以上などとし得る。本明細書において、シランポリマー溶液のシランポリマーの濃度は、室温下における混合溶媒の体積とシランポリマーの体積を基準として算出した値である。 The concentration of the silane polymer in the silane polymer solution (hereinafter also simply referred to as "solution concentration") depends on the molecular size of the silane polymer, but can be adjusted within a range of, for example, 30% by volume or less. From the viewpoint of forming a thin silicon film, the solution concentration is preferably 20% by volume or less, more preferably 10% by volume or less, even more preferably 5% by volume or less. Conventionally, when the solution concentration becomes low, it tends to become difficult to form a silicon film over the entire surface of the substrate W. On the other hand, the silane polymer solution of this embodiment can form a silicon film over the entire surface of the substrate W even when the solution concentration is low. In addition, the silane polymer solution of this embodiment has the advantage of being able to use a silane polymer with a large molecular size (as mentioned above, it can form a silicon film even at low concentrations), and has the advantage of being able to form an extremely thin silicon film on a substrate. It can be formed on the entire surface of W. The silane polymer solution of the present embodiment can have a solution concentration as low as 4% by volume or less, 3% by volume or less, or 2% by volume or less without deteriorating film formability. The lower limit of the solution concentration of the silane polymer solution of this embodiment is not particularly limited, but from the viewpoint of silicon film formability, it is usually 0.1 volume % or more, 0.3 volume % or more, 0.5 volume % The above may be possible. In this specification, the concentration of the silane polymer in the silane polymer solution is a value calculated based on the volume of the mixed solvent and the volume of the silane polymer at room temperature.
本実施形態のシランポリマー溶液は、温和な環境下(好ましくは室温、大気圧下)において、混合溶媒にシランポリマーを混合し、撹拌することで、容易に所定濃度に調製できる。 The silane polymer solution of this embodiment can be easily prepared to a predetermined concentration by mixing the silane polymer in a mixed solvent and stirring in a mild environment (preferably at room temperature and atmospheric pressure).
シランポリマー溶液は、シリコン膜の成膜性を阻害しない限りにおいて、他の成分を含んでもよい。斯かる他の成分としては、例えば、ドーパント、表面張力調節剤等が挙げられる。ドーパントしては、n型、p型のシリコン膜を形成するにあたって従来使用される公知のドーパントを使用してよい。表面張力調節剤としては、フッ素系、シリコーン系等の従来公知の表面張力調節剤を使用してよい。 The silane polymer solution may contain other components as long as they do not inhibit the film-forming properties of the silicon film. Examples of such other components include dopants, surface tension modifiers, and the like. As the dopant, any known dopant conventionally used in forming n-type and p-type silicon films may be used. As the surface tension regulator, conventionally known surface tension regulators such as fluorine-based and silicone-based ones may be used.
(シランポリマー溶液の塗布)
シランポリマー溶液を基板Wに塗布する方法としては、例えば、スピンコート法、ロールコート法、カーテンコート法、ディップコート法、スプレー法、インクジェット法等が挙げられる。中でも、基板Wにシリコン膜を成膜性よく形成し得る観点から、スピンコート法によりシランポリマー溶液を塗布することが好ましい。
(Application of silane polymer solution)
Examples of the method for applying the silane polymer solution to the substrate W include a spin coating method, a roll coating method, a curtain coating method, a dip coating method, a spray method, an inkjet method, and the like. Among these, from the viewpoint of forming a silicon film on the substrate W with good film-forming properties, it is preferable to apply the silane polymer solution by a spin coating method.
(塗布装置の装置構成)
スピンコート法によりシリコン含有溶液を塗布する塗布装置の一例について、図3を参照して説明する。図3は、実施形態に係る塗布装置50の概略構成を示す図である。
(Device configuration of coating device)
An example of a coating device that applies a silicon-containing solution using a spin coating method will be described with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the
塗布装置50は、チャンバ51と、ステージ52と、回転機構53と、ノズル54と、カップ56とを備える。
The
チャンバ51は、ステージ52、回転機構53、ノズル54およびカップ56を収容する。なお、チャンバ51の天井部には、図示しないFFU(Fan Filter Unit)が設けられる。FFUは、チャンバ51内にダウンフローを形成する。
ステージ52は、チャンバ51の略中央に設けられる。ステージ52は、たとえばポーラスチャックであり、基板Wを水平に吸着保持する。回転機構53は、ステージ52を鉛直軸まわりに回転させる。これにより、ステージ52に保持された基板Wが、水平方向に回転する。
The
ノズル54は、バルブや流量調節部等を含む供給機器群541を介してシリコン含有溶液を供給する溶液供給源542に接続されている。ノズル54は、溶液供給源542から供給されるシリコン含有溶液を基板Wに吐出する。
The
カップ56は、ステージ52に保持された基板Wの周囲を取り囲むように配置され、ステージ52の回転によって基板Wの外方に飛散するシリコン含有溶液を受け止める。カップ56の底部には、排液口561が形成されており、カップ56によって受け止められたシリコン含有溶液は、かかる排液口561から塗布装置50の外部へ排出される。また、カップ56の底部には、図示しないFFUから供給されるダウンフローガスを塗布装置50の外部へ排出する排気口562が形成される。
The
ところで、上述のように、スピンコート法により塗布膜11を形成した場合、塗布膜11には、表面にクレーター状の穴などのDefectが形成される場合がある。塗布膜11にDefectが形成された場合、アモルファスシリコン膜12にも、Defectが形成されてしまう。
By the way, as described above, when the
そこで、実施形態に係るシリコン成膜方法では、以下のようにシリコン含有溶液を塗布して塗布膜11を形成する。シリコン含有溶液を塗布する際、塗布装置50のステージ52には、基板Wが載置される。
Therefore, in the silicon film forming method according to the embodiment, the
塗布装置50は、回転機構53を駆動させてステージ52を鉛直軸まわりに回して基板Wを回転させる。そして、塗布装置50は、シリコン含有溶液を溶液供給源542から供給し、ノズル54からシリコン含有溶液を回転している基板Wに供給する。塗布装置50は、シリコン含有溶液の塗布中、基板Wの回転速度を段階的に変化させる。例えば、塗布装置50は、以下に説明する第1工程~第3工程を実施する。図4は、実施形態に係るシリコン成膜方法において、基板Wにシリコン含有溶液を塗布する際の処理の流れを示すフローチャートである。図4は、図1のステップS10の詳細な処理の流れを示したものである。
The
例えば、塗布装置50は、第1工程として、ステージ52を第1の回転速度で回転させながらシリコン含有溶液を溶液供給源542から供給し、ノズル54からシリコン含有溶液を回転している基板Wに滴下する(S20)。第1の回転速度は、例えば、500~1000rpmとする。回転時間は、例えば、1~3秒間の範囲とする。
For example, in the first step, the
次に、塗布装置50は、第2工程として、ステージ52を第2の回転速度で回転させて滴下したシリコン含有溶液を基板W上で拡散させる(S21)。第2の回転速度は、第1の回転速度よりも遅いものとする。例えば、第2の回転速度は、300~800rpmとする。回転時間は、例えば、10~20秒間の範囲とする。
Next, as a second step, the
そして、塗布装置50は、第3工程として、シリコン含有溶液の気化成分が気化するようステージ52を第3の回転速度で回転させた状態を所定時間維持してシリコン含有溶液を振り切る(S22)。第3の回転速度は、第1の回転速度および第2の回転速度よりも速いものとする。例えば、第3の回転速度は、2400~5100rpmとする。第2の回転速度に対する第3の回転速度の比は、3.0~17.0とことが好ましい。第3の回転速度で回転させる所定時間は、第2工程の時間よりも長くする。例えば、第3の回転速度で回転させる所定時間は、20~60秒間の範囲とする。
Then, as a third step, the
このように、実施形態に係るシリコン成膜方法では、第1工程~第3工程を実施してシリコン含有溶液を塗布することにより、基板Wに、均一性よくシリコン含有溶液の塗布膜11を形成できる。この塗布膜11が形成された基板Wを焼成することにより、基板Wに均一性よくシリコン膜を成膜できる。
As described above, in the silicon film forming method according to the embodiment, the
次に、実施形態に係るシリコン成膜方法によりシリコン膜を成膜した実験の結果について説明する。図5は、シリコン膜を成膜した実験結果を示す図である。実験では、ID「1」~「3」の3枚の基板Wに対して、実施形態に係るシリコン成膜方法の第1工程~第3工程の回転速度と回転時間を変えてシリコン含有溶液を塗布して塗布膜11を形成した。シランポリマー溶液は、第1の溶媒をシクロオクタンとし、第2の溶媒をデカヒドロナフタレンとした混合溶媒にシランポリマーを溶解させた。シランポリマー溶液のシランポリマーの溶液濃度は、20体積%とした。そして、各基板Wを400℃で15分間焼成してアモルファスシリコン膜12を成膜した。
Next, the results of an experiment in which a silicon film was formed using the silicon film forming method according to the embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram showing the results of an experiment in which a silicon film was formed. In the experiment, a silicon-containing solution was applied to three substrates W with IDs "1" to "3" while changing the rotation speed and rotation time of the first to third steps of the silicon film forming method according to the embodiment. A
図5の「Spin coat」には、ID「1」~「3」の基板Wに対して、シリコン含有溶液をスピンコートする際の回転速度と回転時間の変化が示されている。第1工程の期間をt1とし、第2工程の期間をt2とし、第3工程の期間をt3として示している。ID「1」~「3」では、第1工程の回転速度を1000rpm、回転時間を1秒とし、第2工程の回転速度を500rpm、回転時間を15秒としている。そして、ID「1」では、第3工程の回転速度を2500rpmとし、回転時間を2秒としている。ID「2」では、第3工程の回転速度を2500rpmとし、回転時間を20秒としている。ID「3」では、第3工程の回転速度を5000rpmとし、回転時間を20秒としている。ID「2」、「3」は、実施形態に係るシリコン成膜方法の第1工程~第3工程を実施してシランポリマー溶液を塗布したものである。一方、ID「1」は、実施形態に係るシリコン成膜方法の第1工程及び第2工程を実施したが、第3工程の期間t3を2秒程度と短くしてシランポリマー溶液を塗布したものである。 “Spin coat” in FIG. 5 shows changes in rotation speed and rotation time when spin coating a silicon-containing solution on substrates W with IDs “1” to “3”. The period of the first step is shown as t1, the period of the second step is shown as t2, and the period of the third step is shown as t3. For IDs "1" to "3", the rotation speed of the first step is 1000 rpm and the rotation time is 1 second, and the rotation speed of the second step is 500 rpm and the rotation time is 15 seconds. For ID "1", the rotation speed in the third step is 2500 rpm and the rotation time is 2 seconds. In ID "2", the rotation speed in the third step is 2500 rpm and the rotation time is 20 seconds. In ID "3", the rotation speed in the third step is 5000 rpm and the rotation time is 20 seconds. ID "2" and "3" are those obtained by applying the silane polymer solution by carrying out the first to third steps of the silicon film forming method according to the embodiment. On the other hand, ID "1" is a product in which the first and second steps of the silicon film forming method according to the embodiment were performed, but the period t3 of the third step was shortened to about 2 seconds and the silane polymer solution was applied. It is.
図5の「SEM image」には、成膜したアモルファスシリコン膜12の状態を模式的に示している。ID「1」は、第3工程の期間t3が2秒程度と短くなっている。この結果、ID「1」では、アモルファスシリコン膜12にDefect13が形成されてしまう。このようにDefect13が形成される理由は、スピンコート中、シランポリマー溶液が常温で膜に流動性があるため、第3工程の期間t3が短いと回転停止後にもシリコン含有溶液の気化成分の気化によってDefectが形成されてしまうためと考えられる。
“SEM image” in FIG. 5 schematically shows the state of the
このため、実施形態に係るシリコン成膜方法では、第3工程において、シリコン含有溶液の気化成分が気化するようステージ52を第3の回転速度で回転させた状態を所定時間維持してシリコン含有溶液を振り切っている。例えば、ID「2」、「3」では、第2工程の期間t2よりも第3工程の期間t3を長くている。この結果、ID「2」、「3」は、アモルファスシリコン膜12にDefectが形成されず、均一性の良好なアモルファスシリコン膜12が形成できている。このように、実施形態に係るシリコン成膜方法によれば、均一性の良好なシリコン膜を形成できる。
Therefore, in the silicon film forming method according to the embodiment, in the third step, the state in which the
[効果]
このように、実施形態に係るシリコン成膜方法は、基板Wを載置したステージ52を第1の回転速度で回転させながらシリコン含有溶液を基板Wに滴下する第1工程と、ステージ52を第2の回転速度で回転させて滴下したシリコン含有溶液を基板W上で拡散する第2工程と、シリコン含有溶液の気化成分が気化するようステージ52を第3の回転速度で回転させた状態を所定時間維持する第3工程と、を含む。これにより、実施形態に係るシリコン成膜方法は、均一性の良好なシリコン膜を形成できる。
[effect]
As described above, the silicon film forming method according to the embodiment includes the first step of dropping a silicon-containing solution onto the substrate W while rotating the
また、実施形態に係るシリコン成膜方法は、第2の回転速度を第1の回転速度よりも遅くし、第3の回転速度を第1の回転速度および前記第2の回転速度よりも速くし、所定時間を第2工程の時間よりも長い時間とする。これにより、実施形態に係るシリコン成膜方法は、第3工程において、シリコン含有溶液の気化成分を気化できるため、均一性の良好なシリコン膜を形成できる。 Further, in the silicon film forming method according to the embodiment, the second rotational speed is slower than the first rotational speed, and the third rotational speed is faster than the first rotational speed and the second rotational speed. , the predetermined time is set to be longer than the time of the second step. Thereby, in the silicon film forming method according to the embodiment, the vaporized components of the silicon-containing solution can be vaporized in the third step, so that a silicon film with good uniformity can be formed.
また、実施形態に係るシリコン成膜方法は、第1の回転速度を500~1000rpmとし、第2の回転速度を300~800rpmとし、第3の回転速度を2400~5100rpmとする。これにより、実施形態に係るシリコン成膜方法は、基板Wにシリコン含有溶液を均一に塗布できる。 Further, in the silicon film forming method according to the embodiment, the first rotation speed is 500 to 1000 rpm, the second rotation speed is 300 to 800 rpm, and the third rotation speed is 2400 to 5100 rpm. Thereby, the silicon film forming method according to the embodiment can uniformly apply the silicon-containing solution to the substrate W.
また、実施形態に係るシリコン成膜方法は、第3工程の所定時間を20~60秒とする。これにより、実施形態に係るシリコン成膜方法は、第3工程において、シリコン含有溶液の気化成分を気化できるため、均一性の良好なシリコン膜を形成できる。 Further, in the silicon film forming method according to the embodiment, the predetermined time of the third step is 20 to 60 seconds. Thereby, in the silicon film forming method according to the embodiment, the vaporized components of the silicon-containing solution can be vaporized in the third step, so that a silicon film with good uniformity can be formed.
また、実施形態に係るシリコン成膜方法は、第2の回転速度に対する第3の回転速度の比を3.0~17.0とする。これにより、実施形態に係るシリコン成膜方法は、第3工程において、基板Wのエッチ部分に残るシリコン含有溶液を振り切ることができ、基板Wにシリコン含有溶液を均一に塗布できる。 Further, in the silicon film forming method according to the embodiment, the ratio of the third rotational speed to the second rotational speed is 3.0 to 17.0. Thereby, in the silicon film forming method according to the embodiment, the silicon-containing solution remaining on the etched portion of the substrate W can be shaken off in the third step, and the silicon-containing solution can be uniformly applied to the substrate W.
また、シリコン含有溶液は、分子中に6~8員の単環式飽和炭素環を含み沸点が160℃未満である第1の溶媒と、分子中に飽和炭素環又は部分飽和炭素環を含み沸点が160℃以上である第2の溶媒とを含む混合溶媒に、シランポリマーを溶解させた溶液である。このようなシリコン含有溶液を用いることにより、分子サイズの大きなシランポリマーからシリコン膜を成膜性よく形成できる。 In addition, the silicon-containing solution contains a first solvent that contains a 6- to 8-membered monocyclic saturated carbocycle in its molecule and has a boiling point of less than 160°C, and a first solvent that contains a saturated or partially saturated carbocycle in its molecule and has a boiling point of less than 160°C. This is a solution in which a silane polymer is dissolved in a mixed solvent containing a second solvent whose temperature is 160°C or higher. By using such a silicon-containing solution, a silicon film can be formed from a silane polymer having a large molecular size with good film formability.
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。 Although various exemplary embodiments have been described above, various additions, omissions, substitutions, and changes may be made without being limited to the exemplary embodiments described above. Also, elements from different embodiments may be combined to form other embodiments.
例えば、上記の実施形態では、基板Wをシリコン基板とする場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。基板Wは、例えば、シリコン基板;ガラス基板;ITOなどの透明電極;金、銀、銅、パラジウム、ニッケル、チタン、アルミニウム、タングステン等の金属基板;プラスチック基板;及びこれらの複合材料からなる基板が挙げられる。 For example, in the above embodiment, the case where the substrate W is a silicon substrate has been described as an example, but the present invention is not limited to this. The substrate W includes, for example, a silicon substrate; a glass substrate; a transparent electrode such as ITO; a metal substrate such as gold, silver, copper, palladium, nickel, titanium, aluminum, or tungsten; a plastic substrate; and a substrate made of a composite material thereof. Can be mentioned.
11 塗布膜
12 アモルファスシリコン膜
50 塗布装置
51 チャンバ
52 ステージ
53 回転機構
54 ノズル
56 カップ
W 基板
11
Claims (5)
基板を載置したステージを第1の回転速度で回転させながら前記シリコン含有溶液を前記基板に滴下する第1工程と、
前記ステージを前記第1の回転速度よりも遅い第2の回転速度で回転させて滴下した前記シリコン含有溶液を前記基板上で拡散する第2工程と、
前記シリコン含有溶液の気化成分が気化するよう前記ステージを前記第1の回転速度および前記第2の回転速度よりも速い第3の回転速度で回転させた状態を前記第2工程の時間よりも長い所定時間維持する第3工程と、
を含む、シリコン成膜方法。 A method for forming a silicon film by spin coating using a silicon-containing solution, the method comprising:
A first step of dropping the silicon-containing solution onto the substrate while rotating a stage on which the substrate is placed at a first rotation speed;
a second step of rotating the stage at a second rotational speed slower than the first rotational speed and diffusing the dropped silicon-containing solution on the substrate;
The stage is rotated at a third rotational speed faster than the first rotational speed and the second rotational speed for a period longer than the second step so that the vaporized components of the silicon-containing solution are vaporized. a third step of maintaining for a predetermined time;
A silicon film deposition method, including:
前記第2の回転速度は、300~800rpmであり、
前記第3の回転速度は、2400~5100rpmである
請求項1に記載のシリコン成膜方法。 The first rotation speed is 500 to 1000 rpm,
The second rotation speed is 300 to 800 rpm,
The silicon film forming method according to claim 1 , wherein the third rotation speed is 2400 to 5100 rpm.
請求項1または2に記載のシリコン成膜方法。 The silicon film forming method according to claim 1 or 2 , wherein the predetermined time is 20 to 60 seconds.
請求項1~3の何れか1つに記載のシリコン成膜方法。 The silicon film forming method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the ratio of the third rotational speed to the second rotational speed is 3.0 to 17.0.
請求項1~4の何れか1つに記載のシリコン成膜方法。 The silicon-containing solution includes a first solvent that contains a 6- to 8-membered monocyclic saturated carbocycle in its molecule and has a boiling point of less than 160°C, and a first solvent that contains a saturated or partially saturated carbocycle in its molecule and has a boiling point of less than 160°C. The silicon film forming method according to any one of claims 1 to 4, wherein the solution is a solution in which a silane polymer is dissolved in a mixed solvent containing a second solvent having a temperature of 160° C. or higher.
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