JP7489868B2 - Method for forming silicon film - Google Patents

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Description

本開示は、シリコン膜の形成方法に関するものである。 This disclosure relates to a method for forming a silicon film.

半導体集積回路装置のコンタクトホールやラインの埋め込み、素子や構造を形成するための薄膜には、シリコン、例えば、アモルファスシリコンが使用されている。シリコンの形成方法として、例えば、特許文献1には、複数の溶媒を含む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を基板に塗布し、加熱することによってシリコン膜を形成する方法が記載されている。 Silicon, for example amorphous silicon, is used to fill contact holes and lines in semiconductor integrated circuit devices and to form thin films for forming elements and structures. For example, Patent Document 1 describes a method for forming silicon in which a silane polymer solution, in which a silane polymer is dissolved in a mixed solvent containing multiple solvents, is applied to a substrate and heated to form a silicon film.

特開2020-9826号公報JP 2020-9826 A

本開示は、パターンを有する基板にパターンの埋め込み性が良好で且つ表面割れが少ないシリコン膜を形成することができる技術を提供する。 This disclosure provides a technology that can form a silicon film on a patterned substrate that has good pattern embedding properties and minimal surface cracks.

本開示の一態様によるシリコン膜の形成方法は、パターンを有する基板にシランポリマー溶液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程と、前記塗布膜を加熱する第1加熱工程と、加熱された前記塗布膜に紫外線を照射する照射工程と、前記紫外線が照射された前記塗布膜を加熱する第2加熱工程とを含む。 A method for forming a silicon film according to one aspect of the present disclosure includes a coating step of coating a silane polymer solution onto a substrate having a pattern to form a coating film, a first heating step of heating the coating film, an irradiation step of irradiating the heated coating film with ultraviolet light, and a second heating step of heating the coating film irradiated with the ultraviolet light.

本開示によれば、パターンを有する基板にパターンの埋め込み性が良好で且つ表面割れが少ないシリコン膜を形成することができるという効果を奏する。 The present disclosure has the effect of forming a silicon film on a substrate having a pattern that has good embedding properties and has few surface cracks.

図1は、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法の流れの一例を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing an example of the flow of a silicon film forming method according to an embodiment. 図2Aは、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法により形成されるシリコン膜の一例について説明するための図である。FIG. 2A is a diagram for explaining an example of a silicon film formed by the silicon film forming method according to an embodiment. 図2Bは、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法により形成されるシリコン膜の一例について説明するための図である。FIG. 2B is a diagram for explaining an example of a silicon film formed by the silicon film forming method according to an embodiment. 図2Cは、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法により形成されるシリコン膜の一例について説明するための図である。FIG. 2C is a diagram for explaining an example of a silicon film formed by the silicon film forming method according to an embodiment. 図2Dは、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法により形成されるシリコン膜の一例について説明するための図である。FIG. 2D is a diagram for explaining an example of a silicon film formed by the silicon film forming method according to an embodiment. 図2Eは、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法により形成されるシリコン膜の一例について説明するための図である。FIG. 2E is a diagram for explaining an example of a silicon film formed by the silicon film forming method according to an embodiment. 図3は、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法によるパターンの埋め込み性の改善について説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining improvement in embedding properties of a pattern by the silicon film forming method according to an embodiment. 図4は、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法による表面割れの抑制について説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the suppression of surface cracks by the silicon film forming method according to the embodiment.

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。 Various embodiments will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the disclosed technology is not limited to the following embodiments.

ところで、パターンを有する基板に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、基板のパターン内のシリコン膜に埋め込み不良部分である空間(ボイド)が発生することがある。また、膜中の溶媒の揮発に起因してシリコン膜に表面割れが発生することがある。このため、パターンを有する基板にパターンの埋め込み性が良好で且つ表面割れが少ないシリコン膜を形成することが期待されている。 However, when a silicon film is formed on a substrate having a pattern using a silane polymer solution, spaces (voids) that are poorly filled portions may occur in the silicon film within the pattern on the substrate. Also, surface cracks may occur in the silicon film due to evaporation of the solvent in the film. For this reason, it is hoped that a silicon film that has good pattern embedding properties and few surface cracks can be formed on a substrate having a pattern.

[一実施形態に係るシリコン膜の形成方法の流れの一例]
図1は、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法の流れの一例を示すフローチャートである。まず、基板を提供する(ステップS100)。例えば、パターンを有する基板を提供する。次に、パターンを有する基板にシランポリマー溶液を塗布して塗布膜を形成する(ステップS101、塗布工程)。次に、塗布膜を加熱する(ステップS102、第1加熱工程)。次に、加熱された塗布膜に紫外線を照射する(ステップS103、照射工程)。次に、紫外線が照射された塗布膜を加熱する(ステップS104、第2加熱工程)。これが、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法の流れの一例である。以下、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法の各工程の詳細を説明する。
[Example of flow of silicon film forming method according to one embodiment]
FIG. 1 is a flow chart showing an example of the flow of a method for forming a silicon film according to an embodiment. First, a substrate is provided (step S100). For example, a substrate having a pattern is provided. Next, a silane polymer solution is applied to the substrate having the pattern to form a coating film (step S101, coating process). Next, the coating film is heated (step S102, first heating process). Next, the heated coating film is irradiated with ultraviolet rays (step S103, irradiation process). Next, the coating film irradiated with ultraviolet rays is heated (step S104, second heating process). This is an example of the flow of a method for forming a silicon film according to an embodiment. Below, the details of each step of the method for forming a silicon film according to an embodiment will be described.

<塗布工程>
塗布工程において、パターンを有する基板にシランポリマー溶液を塗布して塗布膜を形成する。
<Coating process>
In the coating step, a silane polymer solution is applied to a substrate having a pattern to form a coating film.

(パターンを有する基板)
パターンを有する基板は、表面にパターンを有する限り特に限定されず、半導体集積回路装置を製造するにあたって、さらにシリコン膜を形成すべき任意の基板を用いてよい。かかる基板としては、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。
(Substrate with pattern)
The substrate having a pattern is not particularly limited as long as it has a pattern on its surface, and any substrate on which a silicon film is to be formed in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device may be used. Examples of such substrates include silicon substrates, glass substrates, transparent electrodes such as ITO, metal substrates such as gold, silver, copper, palladium, nickel, titanium, aluminum, and tungsten, plastic substrates, and substrates made of composite materials thereof.

一実施形態において、「パターン」とは基板上に形成された形状全般を示す。パターンの形状は特に限定されず、例えば、ライン状(溝)、ホール状(穴)であってよい。パターンは、基板の表面に複数設けられてもよい。複数のパターンが存在する場合、複数のパターンの形状および寸法は、互いに同じでもよく、互いに異なってもよい。また、パターンの表面の少なくとも一部には、下地膜であるシリコン酸化膜が形成されてもよい。 In one embodiment, the term "pattern" refers to a general shape formed on a substrate. The shape of the pattern is not particularly limited, and may be, for example, a line shape (groove) or a hole shape (hole). A plurality of patterns may be provided on the surface of the substrate. When a plurality of patterns are present, the shapes and dimensions of the plurality of patterns may be the same as each other or may be different from each other. In addition, a silicon oxide film may be formed as an undercoat film on at least a portion of the surface of the pattern.

(シランポリマー溶液)
シランポリマー溶液は、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。
(Silane polymer solution)
The silane polymer solution is a solution in which a silane polymer is dissolved in a mixed solvent containing a first solvent having a 6- to 8-membered monocyclic saturated carbon ring in its molecule and a boiling point of less than 160° C., and a second solvent having a saturated or partially saturated carbon ring in its molecule and a boiling point of 160° C. or higher.

(混合溶媒)
-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。
(Mixed Solvent)
-First Solvent-
The first solvent contains a 6- to 8-membered monocyclic saturated carbon ring in the molecule and has a boiling point of less than 160° C. By using the first solvent, it becomes possible to prepare a silane polymer solution using silane polymers of a wide range of molecular sizes. In this specification, the "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 the solubility of the silane polymer, particularly 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, and more preferably contains one 7- or 8-membered monocyclic saturated carbon ring in the molecule.

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 carbocyclic ring may have a substituent, so long as it does not inhibit the solubility of the silane polymer. The substituent is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (preferably having 1 to 3 carbon atoms, more preferably having 1 or 2 carbon atoms). The number of substituents is not limited, and when multiple substituents are present, they may be the same or different.

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), dimethylcyclohexane (120-130°C), n-propylcyclohexane (157°C), isopropylcyclohexane (155°C), trimethylcyclohexane (136-145°C), and methylethylcyclohexane (148°C) (boiling points are 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 of 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 8 carbon atoms. Therefore, in a 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 this provides excellent silicon film forming properties when combined with the second solvent described below.

-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 or partially saturated carbon ring in the 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 from a silane polymer having a wide range of molecular sizes with good film-forming properties. In this specification, the term "partially saturated carbon ring" refers to a carbon ring in which any number of double bonds, except for at least one double bond, of the double bonds of an unsaturated carbon ring are converted to single bonds by hydrogenation.

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、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、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。 From the viewpoint of being able to form a silicon film with good film-forming properties from silane polymers of a wide range of molecular sizes, particularly from silane polymers of large molecular sizes that have been considered difficult to form into a film, the second solvent preferably contains one 8-12 membered saturated or partially saturated carbon ring in the molecule. From the viewpoint of being able to form a silicon film with particularly good film-forming properties from silane polymers of a wide range of molecular sizes in combination with the first solvent, the saturated or partially saturated carbon ring is preferably a polycyclic saturated or partially saturated carbon ring, and more preferably a bicyclic saturated or partially saturated carbon ring. When the second solvent contains a polycyclic partially saturated carbon ring in the molecule, it is preferable that at least one ring constituting the polycycle has a saturated carbon ring structure (i.e., the degree of unsaturation is 0). For example, when the second solvent contains a bicyclic partially saturated carbon ring in the molecule, it is preferable that one ring of the bicycle has a saturated carbon ring structure and the other ring has an unsaturated carbon ring structure.

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、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。 In particular, from the viewpoint of being able to form a silicon film with particularly good film-forming properties from silane polymers of a wide range of molecular sizes in combination with the first solvent, it is preferable for the second solvent to contain a polycyclic saturated carbon ring in the molecule, and it is particularly preferable for the second solvent to contain a bicyclic saturated carbon ring.

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。 In the second solvent, the saturated or partially saturated carbon ring may have a substituent, so long as it does not inhibit the film-forming properties of the silicon film. The substituent is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (preferably having 1 to 3 carbon atoms, more preferably having 1 or 2 carbon atoms). The number of substituents is not limited, and when multiple substituents are present, they may be the same or different.

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), dimethyldecahydronaphthalene (224°C), ethyldecahydronaphthalene (226°C), and isopropyldecahydronaphthalene (241°C) (boiling points are 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。 In particular, from the viewpoint of being able to form a silicon film with particularly good film-forming properties from silane polymers of a wide range of molecular sizes in combination with the first solvent, the second solvent is preferably a bicycloalkane having 8 to 12 carbon atoms, more preferably a bicycloalkane having 10 to 12 carbon atoms, and particularly preferably a bicycloalkane having 10 carbon atoms. Therefore, in a 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。 From the viewpoint of being able to form a silicon film with good film-forming properties from silane polymers of a wide range of molecular sizes in combination with the first solvent, the boiling point of the second solvent is preferably at least 20°C higher than the boiling point of the first solvent, more preferably at least 30°C higher, and even more preferably at least 40°C higher. 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, etc.

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 being able to form a silicon film with particularly good film-forming properties from silane polymers of a wide range of molecular sizes, in the mixed solvent, when the volume of the first solvent is taken as 1, the volume of the second solvent is preferably 2 or less, more preferably 1 or less, and even more preferably 0.7 or less, or 0.5 or less. In particular, when a mixed solvent is used in which the volume of the second solvent is 0.5 or less when the volume of the first solvent is taken as 1, it becomes possible to form a silicon film with good film-forming properties even when a silane polymer with a very large molecular size, such as a weight average molecular weight (Mw) exceeding 100,000, is used.

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。 The advantage of using a mixed solvent can be enjoyed if the mixed solvent contains even a small amount of the second solvent. For example, when the volume of the first solvent in the mixed 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, 0.02 or more, or 0.03 or more. In this specification, the volume ratio of the first solvent to 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。本開示の一態様によるシリコン膜の形成方法によれば、従来、成膜が困難であった分子サイズが極めて大きいシランポリマーをはじめとする広範な分子サイズのシランポリマーからシリコン膜を形成し得る。そのため、シランポリマーの製造に際して、光照射の条件等の選択許容範囲が広がるという利点も享受し得る。
(Silane polymer)
The silane polymer is not particularly limited as long as it can form a silicon film by heating, and for example, a silane polymer (preferably polydihydrosilane) produced by a conventionally known method obtained by irradiating a photopolymerizable silane compound with light may be used. According to the method for forming a silicon film according to one aspect of the present disclosure, a silicon film can be formed from a wide range of molecular sizes of silane polymers, including silane polymers with extremely large molecular sizes that have been difficult to form into a film in the past. Therefore, when producing a silane polymer, it is also possible to enjoy the advantage of a wider range of selection allowance for light irradiation conditions, etc.

一実施形態において、本開示の一態様によるシリコン膜の形成方法は、塗布工程の前に、光重合性のシラン化合物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 one embodiment, the method for forming a silicon film according to one aspect of the present disclosure may include a step of irradiating a photopolymerizable silane compound with light to prepare a silane polymer prior to the coating step.

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 silane compounds. Among them, cyclic silane compounds are preferred because of their excellent photopolymerizability. Examples of cyclic silane compounds include cyclic silane compounds having one cyclic silane structure, such as cyclotrisilane, cyclotetrasilane, cyclopentasilane, cyclohexasilane, cycloheptasilane, neopentasilane, and trisilane; cyclic silane compounds having two cyclic silane structures, such as 1,1'-bicyclobutasilane, 1,1'-bicyclopentasilane, 1,1'-bicyclohexasilane, 1,1'-bicycloheptasilane, spiro[2,2]pentasilane, spiro[3,3]heptasilane, and spiro[4,4]nonasilane; and silane compounds in which some or all of the hydrogen atoms in these cyclic silane compounds have been replaced with silyl groups or halogen atoms.

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、本開示の一態様によるシリコン膜の形成方法は、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 ease of synthesis at high purity, cyclopentasilane, cyclohexasilane, and cycloheptasilane are preferred, and cyclohexasilane is more preferred. Therefore, in one embodiment, the method for forming a silicon film according to one aspect of the present disclosure may include a step of irradiating cyclohexasilane with light to prepare a silane polymer.

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 can be in the range of 300 to 420 nm, and the irradiation time can be in the range of 0.1 seconds to 600 minutes.

塗布工程で用いるシランポリマーの重量平均分子量(Mw)は特に限定されず、例えば、1,000~500,000の範囲であってよい。ここで、本明細書において、シランポリマーについていう「重量平均分子量」は、ゲルパーミエ-ションクロマトグラフィ(GPC)で測定したポリスチレン換算の重量平均分子量である。 The weight average molecular weight (Mw) of the silane polymer used in the coating process is not particularly limited and may be, for example, in the range of 1,000 to 500,000. Here, in this specification, the "weight average molecular weight" of the silane polymer is the weight average molecular weight in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC).

特定の混合溶媒を用いる一実施形態に係るシリコン膜の形成方法によれば、従来、成膜が困難であっ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形成することができる。例えば、重量平均分子量(Mw)が、5,000以上、10,000以上、20,000以上、30,000以上、50,000以上、70,000以上、80,000以上、90,000以上、又は100,000以上のシランポリマーからシリコン膜を形成することができる。分子サイズの大きなシランポリマーは、低濃度でもシリコン膜を形成し得る傾向にあり、特定の混合溶媒を用いる一実施形態に係るシリコン膜の形成方法は、均一な厚さの薄層のシリコン膜の形成に著しく寄与するものである。 According to the method for forming a silicon film of one embodiment using a specific mixed solvent, it is possible to form a silicon film from a silane polymer with a large molecular size, which has been difficult to form into a film in the past. For example, a silicon film can be formed from a silane polymer with a weight average molecular weight (Mw) of 5,000 or more, 10,000 or more, 20,000 or more, 30,000 or more, 50,000 or more, 70,000 or more, 80,000 or more, 90,000 or more, or 100,000 or more. Silane polymers with a large molecular size tend to be able to form a silicon film even at low concentrations, and the method for forming a silicon film of one embodiment using a specific mixed solvent contributes significantly to the formation of a thin layer of silicon film with a uniform thickness.

シランポリマーの重量平均分子量(Mw)の上限は、シリコン膜をよりいっそう成膜性よく形成し得る観点から、好ましくは450,000以下、400,000以下、350,000以下、又は300,000以下である。 From the viewpoint of being able to form a silicon film with even better film-forming properties, the upper limit of the weight average molecular weight (Mw) of the silane polymer is preferably 450,000 or less, 400,000 or less, 350,000 or less, or 300,000 or less.

(シランポリマー溶液の調整)
シランポリマー溶液は、上記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。特定の混合溶媒を用いる一実施形態に係るシリコン膜の形成方法では、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。
(Preparation of silane polymer solution)
The silane polymer solution can be prepared by dissolving a silane polymer in the above-mentioned mixed solvent. In the method for forming a silicon film according to an embodiment using a specific mixed solvent, the silane polymer solution can be prepared using a silane polymer having 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、特定の混合溶媒を用いることにより、溶液濃度が低い場合にも、基板の全面にシリコン膜を形成することが可能である。分子サイズの大きなシランポリマー(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、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法によれば、極めて薄いシリコン膜を基板の全面に形成することができる。一実施形態に係るシリコン膜の形成方法においては、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。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, simply referred to as the "solution concentration") can be adjusted, for example, in the range of 30% by volume or less, depending on the molecular size of the silane polymer. 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, and even more preferably 5% by volume or less. Conventionally, when the solution concentration is low, it tends to be difficult to form a silicon film on the entire surface of the substrate. In contrast, by using a specific mixed solvent, it is possible to form a silicon film on the entire surface of the substrate even when the solution concentration is low. Combined with the advantage of being able to use a silane polymer with a large molecular size (which can form a silicon film even at a low concentration), the method for forming a silicon film according to one embodiment allows an extremely thin silicon film to be formed on the entire surface of the substrate. In the method for forming a silicon film according to one embodiment, the solution concentration can be reduced to 4% by volume or less, 3% by volume or less, or 2% by volume or less without deterioration of the film forming property. The lower limit of the solution concentration is not particularly limited, but from the viewpoint of the film-forming properties of the silicon film, it can usually be 0.1 vol.% or more, 0.3 vol.% or more, 0.5 vol.% or more, etc. 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.

特定の混合溶媒を用いる一実施形態に係るシリコン膜の形成方法によれば、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、容易に所定濃度のシランポリマー溶液を調製できる。 According to one embodiment of the method for forming a silicon film using a specific mixed solvent, a silane polymer solution of a predetermined concentration can be easily prepared by mixing and stirring the mixed solvent with a silane polymer 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 and surface tension regulators. As the dopant, a known dopant that is conventionally used in forming n-type and p-type silicon films may be used. As the surface tension regulator, a known surface tension regulator such as a fluorine-based or silicon-based one 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 methods for applying the silane polymer solution to the substrate include spin coating, roll coating, curtain coating, dip coating, spraying, inkjet printing, etc. Among these, from the viewpoint of forming a silicon film on the substrate with good film-forming properties, it is preferable to apply the silane polymer solution by spin coating.

スピンコート法による塗布の条件は特に限定されず、シランポリマーの分子サイズや溶液濃度、所望するシリコン膜の厚さを考慮して、適宜決定してよい。例えば、メインスピンの回転数は100~5,000rpm、回転時間は1~20秒間の範囲としてよい。 The conditions for application by the spin coating method are not particularly limited, and may be appropriately determined taking into consideration the molecular size of the silane polymer, the solution concentration, and the desired thickness of the silicon film. For example, the rotation speed of the main spin may be in the range of 100 to 5,000 rpm, and the rotation time may be in the range of 1 to 20 seconds.

シランポリマー溶液の塗布量は、シランポリマーの分子サイズや溶液濃度、基板の寸法及び構造、所望するシリコン膜の厚さ等を考慮して、適宜決定してよい。また、後述のようにシランポリマー溶液の塗布を2回以上行う場合、各塗布量は同じでも異なってもよい。 The amount of silane polymer solution to be applied may be determined appropriately taking into consideration the molecular size and solution concentration of the silane polymer, the dimensions and structure of the substrate, the desired thickness of the silicon film, etc. Furthermore, when applying the silane polymer solution two or more times as described below, the amount of each application may be the same or different.

基板へのシランポリマー溶液の塗布は、1回のみ行ってもよく、2回以上行ってもよい。上述のとおり、特定の混合溶媒を用いる一実施形態に係るシリコン膜の形成方法によれば、低濃度のシランポリマー溶液を用いて薄いシリコン膜を基板の全面に形成することができる。したがって、低濃度のシランポリマー溶液を基板に2回以上塗布して所定の厚さのシリコン膜を形成することも可能である。分子サイズの大きなシランポリマーを利用し得るという利点も相俟って、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法によれば、極めて薄いシリコン膜を基板の全面に精度良く形成することができる。 The silane polymer solution may be applied to the substrate once or twice or more. As described above, according to the method for forming a silicon film of one embodiment using a specific mixed solvent, a thin silicon film can be formed over the entire surface of the substrate using a low-concentration silane polymer solution. Therefore, it is also possible to form a silicon film of a predetermined thickness by applying a low-concentration silane polymer solution to the substrate twice or more. Combined with the advantage of being able to use a silane polymer with a large molecular size, according to the method for forming a silicon film of one embodiment, an extremely thin silicon film can be formed over the entire surface of the substrate with high precision.

<第1加熱工程>
第1加熱工程において、塗布膜を加熱する。これにより、塗布膜(シランポリマー膜)から余剰な溶媒を揮発させることができる。
<First heating step>
In the first heating step, the coating film is heated, whereby excess solvent can be volatilized from the coating film (silane polymer film).

第1加熱工程における塗布膜の加熱の条件は、特に限定されない。特に、塗布膜から溶媒の低沸点成分を適度に揮発させる観点から、第1加熱工程は、第2加熱工程における塗布膜の加熱を実行するための温度よりも低い温度で実行されることが好ましい。例えば、第2加熱工程が300~500℃の温度範囲にて実行される場合、第1加熱工程は、100~200℃の温度範囲にて実行されることが好ましい。 The conditions for heating the coating film in the first heating step are not particularly limited. In particular, from the viewpoint of appropriately volatilizing the low-boiling point components of the solvent from the coating film, it is preferable that the first heating step is performed at a temperature lower than the temperature for heating the coating film in the second heating step. For example, when the second heating step is performed in a temperature range of 300 to 500°C, it is preferable that the first heating step is performed in a temperature range of 100 to 200°C.

<照射工程>
照射工程において、加熱された塗布膜に紫外線を照射する。これにより、塗布膜(シランポリマー膜)を複数の低分子量成分に分離することができる。低分子量成分とは、シランポリマー膜よりも分子量が低い成分を指す。
<Irradiation step>
In the irradiation step, the heated coating film is irradiated with ultraviolet light. This allows the coating film (silane polymer film) to be separated into a plurality of low molecular weight components. The low molecular weight components refer to components having a lower molecular weight than the silane polymer film.

照射工程において、紫外線の波長は、172nmであることが好ましい。これにより、塗布膜(シランポリマー膜)に含まれるSi-Si結合及びSi-H結合の両者を切断して塗布膜をより多くの複数の低分子量成分に分離することができる。 In the irradiation process, the wavelength of the ultraviolet light is preferably 172 nm. This makes it possible to break both the Si-Si bonds and the Si-H bonds contained in the coating film (silane polymer film) and separate the coating film into a larger number of multiple low molecular weight components.

また、照射工程において、第1加熱工程において塗布膜の加熱が継続された状態で、塗布膜に紫外線を照射してもよい。これにより、塗布膜(シランポリマー膜)から溶媒の低沸点成分を揮発させながら、塗布膜を複数の低分子量成分に分離することが可能となる。 In addition, in the irradiation step, the coating film may be irradiated with ultraviolet light while the coating film continues to be heated in the first heating step. This makes it possible to separate the coating film into multiple low molecular weight components while volatilizing the low boiling point components of the solvent from the coating film (silane polymer film).

<第2加熱工程>
第2加熱工程において、紫外線が照射された塗布膜を加熱する。これにより、塗布膜(シランポリマー膜)をシリコン膜に変換することができる。
<Second heating step>
In the second heating step, the coating film irradiated with ultraviolet light is heated, whereby the coating film (silane polymer film) can be converted into a silicon film.

第2加熱工程における塗布膜の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(アモルファスシリコン膜)を形成する場合、第2加熱工程は、300~500℃の温度範囲にて実行されることが好ましい。 The conditions for heating the coating film in the second heating step are not particularly limited, and may be the conditions conventionally used for forming a silicon film from a silane polymer. For example, when forming an amorphous silicon film, the second heating step is preferably performed in the temperature range of 300 to 500°C.

ところで、シランポリマー膜をシリコン膜に変換するに際し、膜から低分子量成分が脱離する。膜からの低分子量成分の脱離は、基板のパターンをシリコン膜で埋め込むにあたって障害となる。詳細には、低分子量成分の脱離に起因して、基板のパターン内のシリコン膜に埋め込み不良部分である空間(ボイド)が発生する。これに対し、シリコン膜の形成に先立ち、塗布膜であるシランポリマー膜に紫外線を照射する一実施形態に係るシリコン膜の形成方法によれば、シランポリマー膜を複数の低分子量成分に予め分離し、分離した低分子量成分によってボイドを補修することができる。また、シリコンポリマー膜中の結合が切れることで切れた箇所が活性部位となり、別の活性部位とつながり再結合することで活性部がつながり、ボイドを修復することにもなる。これにより、基板が溝や穴等の微細なパターンを有する場合であっても、パターンの埋め込み性が良好なシリコン膜を形成することができる。 When converting a silane polymer film into a silicon film, low molecular weight components are released from the film. The release of low molecular weight components from the film is an obstacle to embedding the pattern of the substrate with the silicon film. In detail, due to the release of low molecular weight components, spaces (voids) that are poorly embedded portions are generated in the silicon film in the pattern of the substrate. In contrast, according to one embodiment of a method for forming a silicon film in which ultraviolet light is irradiated onto a silane polymer film, which is a coating film, prior to the formation of the silicon film, the silane polymer film is separated into a plurality of low molecular weight components in advance, and the voids can be repaired by the separated low molecular weight components. In addition, when bonds in the silicon polymer film are broken, the broken portions become active sites, which are connected to other active sites and recombined to connect the active parts, thereby repairing the voids. As a result, even if the substrate has fine patterns such as grooves and holes, a silicon film with good pattern embedding properties can be formed.

また、シランポリマー膜をシリコン膜に変換するに際し、膜中の溶媒が揮発する。膜中の溶媒の揮発は、シリコン膜の表面割れを発生させる要因となる。詳細には、膜中の溶媒の揮発に起因して、シリコン膜に応力が付加されてシリコン膜の表面に割れが発生する。これに対し、シリコン膜の形成に先立ち、塗布膜であるシランポリマー膜を加熱する一実施形態に係るシリコン膜の形成方法によれば、シランポリマー膜から余剰な溶媒を予め揮発させて、シリコン膜の形成時にシリコン膜に付加される応力を低減することができる。これにより、表面割れの少ないシリコン膜を形成することができる。 In addition, when the silane polymer film is converted into a silicon film, the solvent in the film volatilizes. The volatilization of the solvent in the film is a factor that causes surface cracks in the silicon film. In detail, stress is applied to the silicon film due to the volatilization of the solvent in the film, causing cracks on the surface of the silicon film. In contrast, according to one embodiment of a method for forming a silicon film in which the silane polymer film, which is a coating film, is heated prior to the formation of the silicon film, excess solvent is volatilized from the silane polymer film in advance, thereby reducing the stress applied to the silicon film when the silicon film is formed. This makes it possible to form a silicon film with fewer surface cracks.

[一実施形態において形成されるシリコン膜の一例]
図2A~図2Eは、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法により形成されるシリコン膜の一例について説明するための図である。
[An example of a silicon film formed in an embodiment]
2A to 2E are diagrams for explaining an example of a silicon film formed by the silicon film forming method according to one embodiment.

まず、ステップS100でパターンを有する基板201を提供する(図2A参照)。次に、ステップS101の塗布工程において、基板201にシランポリマー溶液を塗布して図2Bに示すシランポリマー膜(塗布膜の一例)202を形成する。次に、ステップS102の第1加熱工程において、シランポリマー膜202を加熱する。シランポリマー膜202を加熱することにより、シランポリマー膜202から余剰な溶媒202a(図2C参照)を揮発させることができる。次に、ステップS103の照射工程において、加熱されたシランポリマー膜202に紫外線UVを照射する(図2D参照)。シランポリマー膜202に紫外線UVを照射することにより、シランポリマー膜202を複数の低分子量成分202bに分離することができる。次に、ステップS104の第2加熱工程において、紫外線UVが照射されたシランポリマー膜202を加熱する。紫外線UVが照射されたシランポリマー膜202を加熱することにより、シランポリマー膜202をシリコン膜203に変換することができる(図2E)。ここで、ステップS103の照射工程においてシランポリマー膜202が複数の低分子量成分202b(図2D参照)に予め分離されている。このため、基板201のパターン内のシリコン膜203に埋め込み不良部分である空間(ボイド)が発生する場合であっても、低分子量成分202bによってボイドを補修することができる。結果として、パターンの埋め込み性よくシリコン膜203を形成することができる。また、ステップS102の第1加熱工程においてシランポリマー膜202から余剰な溶媒202a(図2C参照)を予め揮発させている。このため、シランポリマー膜202をシリコン膜203に変換する際に膜中から揮発する溶媒の量を低減してシリコン膜203に付加される応力を抑制することができる。結果として、表面割れの少ないシリコン膜203を形成することができる。 First, in step S100, a substrate 201 having a pattern is provided (see FIG. 2A). Next, in the coating step of step S101, a silane polymer solution is applied to the substrate 201 to form a silane polymer film (an example of a coating film) 202 shown in FIG. 2B. Next, in the first heating step of step S102, the silane polymer film 202 is heated. By heating the silane polymer film 202, excess solvent 202a (see FIG. 2C) can be volatilized from the silane polymer film 202. Next, in the irradiation step of step S103, the heated silane polymer film 202 is irradiated with ultraviolet rays UV (see FIG. 2D). By irradiating the silane polymer film 202 with ultraviolet rays UV, the silane polymer film 202 can be separated into a plurality of low molecular weight components 202b. Next, in the second heating step of step S104, the silane polymer film 202 irradiated with ultraviolet rays UV is heated. By heating the silane polymer film 202 irradiated with ultraviolet rays UV, the silane polymer film 202 can be converted into a silicon film 203 (FIG. 2E). Here, the silane polymer film 202 is previously separated into a plurality of low molecular weight components 202b (see FIG. 2D) in the irradiation process of step S103. Therefore, even if a space (void) that is a defective filling portion occurs in the silicon film 203 in the pattern of the substrate 201, the void can be repaired by the low molecular weight components 202b. As a result, the silicon film 203 can be formed with good pattern filling properties. In addition, the excess solvent 202a (see FIG. 2C) is previously volatilized from the silane polymer film 202 in the first heating process of step S102. Therefore, the amount of solvent volatilized from the film when the silane polymer film 202 is converted into the silicon film 203 can be reduced, thereby suppressing the stress applied to the silicon film 203. As a result, the silicon film 203 with few surface cracks can be formed.

このように、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法は、塗布膜であるシランポリマー膜を予め加熱し且つシランポリマー膜に紫外線を照射したうえで、シランポリマー膜を再度加熱してシリコン膜を形成する。このため、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法によれば、パターンを有する基板にパターンの埋め込み性がよく且つ表面割れの少ないシリコン膜を形成することができる。 In this way, the method for forming a silicon film according to one embodiment involves preheating the silane polymer film, which is a coating film, and irradiating the silane polymer film with ultraviolet light, and then reheating the silane polymer film to form a silicon film. Therefore, according to the method for forming a silicon film according to one embodiment, a silicon film can be formed on a substrate having a pattern, which has good pattern embedding properties and little surface cracking.

[パターンの埋め込み性の改善]
図3は、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法によるパターンの埋め込み性の改善について説明するための図である。図3は、下地膜B1であるシリコン酸化膜が形成されたパターンを有する基板W1にシリコン膜S1を形成した場合の実験結果を示している。
[Improved pattern embedding]
3 is a diagram for explaining an improvement in the embedding property of a pattern by a silicon film forming method according to an embodiment of the present invention, which shows an experimental result in the case where a silicon film S1 is formed on a substrate W1 having a pattern on which a silicon oxide film is formed as an undercoat film B1.

図3の左側の図(比較例1)は、パターンを有する基板W1にシランポリマー溶液を塗布した後に紫外線を照射することなく塗布膜(シランポリマー膜)を加熱してシリコン膜S1を形成した結果を示す。比較例1では、基板W1のパターン内のシリコン膜S1に埋め込み不良である空間(ボイド)が多く発生している。図3の右側の図(実施例1)は、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法を用いてシリコン膜S1を形成した結果を示す。実施例1では、比較例1と比較すると、ボイドの数が10%ほど減少しており、基板W1のパターンがシリコン膜S1により良好に埋め込まれている。 The diagram on the left side of FIG. 3 (Comparative Example 1) shows the result of forming a silicon film S1 by applying a silane polymer solution to a substrate W1 having a pattern, and then heating the applied film (silane polymer film) without irradiating it with ultraviolet light. In Comparative Example 1, many spaces (voids) that are not filled properly are generated in the silicon film S1 within the pattern of the substrate W1. The diagram on the right side of FIG. 3 (Example 1) shows the result of forming a silicon film S1 using a silicon film forming method according to one embodiment. In Example 1, the number of voids is reduced by about 10% compared to Comparative Example 1, and the pattern of the substrate W1 is well filled by the silicon film S1.

紫外線を照射することなくシリコン膜を形成した場合、膜からの低分子量成分の脱離に起因して、基板のパターン内のシリコン膜にボイドが発生する。このため、ボイドが埋め込みの障害となりシリコン膜のパターンの埋め込み性が悪化する。これに対し、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法においては、塗布膜であるシランポリマー膜に紫外線を照射したうえで加熱を行ってシリコン膜を形成する。このため、紫外線によってシランポリマー膜から分離された低分子量成分がボイドを補修してボイドの発生を抑制し、結果として、シリコン膜のパターンの埋め込み性を改善することができる。 When a silicon film is formed without irradiating it with ultraviolet light, voids occur in the silicon film within the pattern on the substrate due to the detachment of low molecular weight components from the film. As a result, the voids become an obstacle to filling, and the filling ability of the silicon film pattern deteriorates. In contrast, in one embodiment of a method for forming a silicon film, a silane polymer film, which is a coating film, is irradiated with ultraviolet light and then heated to form a silicon film. As a result, the low molecular weight components separated from the silane polymer film by the ultraviolet light repair the voids and suppress the occurrence of voids, and as a result, the filling ability of the silicon film pattern can be improved.

[表面割れの抑制]
図4は、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法による表面割れの抑制について説明するための図である。図4は、パターンの無い基板にシリコン膜を形成した場合の実験結果を示している。図4の実験では、パターンの無い基板として、矩形の基板が用いられた。
[Suppression of surface cracks]
4 is a diagram for explaining the suppression of surface cracks by the silicon film forming method according to one embodiment. Fig. 4 shows the experimental results when a silicon film is formed on a substrate without a pattern. In the experiment of Fig. 4, a rectangular substrate was used as the substrate without a pattern.

図4の一番左側の図(比較例2)は、基板にシランポリマー溶液を塗布し、塗布膜(シランポリマー膜)を予め加熱することなく紫外線を照射したうえで、シランポリマー膜を再度加熱してシリコン膜を形成した結果を示す。比較例2では、形成されたシリコン膜に広い範囲で表面割れが発生している。図4の左から2つ目の図(実施例2)、左から3つ目の図(実施例3)、一番右側の図(実施例4)は、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法を用いてシリコン膜を形成した結果を示す。実施例2~4は、第1加熱工程において塗布膜(シランポリマー膜)を予め加熱する時間(以下、「加熱時間」と言う)が異なる。実施例2の加熱時間は3分であり、実施例3の加熱時間は5分であり、実施例4の加熱時間は10分である。実施例2では、比較例2と比較すると、シリコン膜の表面割れの発生が抑制されている。実施例3及び実施例4では、シリコン膜の表面割れが発生していない。 The leftmost figure in FIG. 4 (Comparative Example 2) shows the result of applying a silane polymer solution to a substrate, irradiating the applied film (silane polymer film) with ultraviolet light without preheating it, and then reheating the silane polymer film to form a silicon film. In Comparative Example 2, surface cracks occurred over a wide area in the formed silicon film. The second figure from the left (Example 2), the third figure from the left (Example 3), and the rightmost figure (Example 4) in FIG. 4 show the result of forming a silicon film using a method for forming a silicon film according to one embodiment. Examples 2 to 4 differ in the time (hereinafter referred to as "heating time") for preheating the applied film (silane polymer film) in the first heating step. The heating time in Example 2 is 3 minutes, the heating time in Example 3 is 5 minutes, and the heating time in Example 4 is 10 minutes. In Example 2, the occurrence of surface cracks in the silicon film is suppressed compared to Comparative Example 2. In Examples 3 and 4, no surface cracks occurred in the silicon film.

塗布膜(シランポリマー膜)を予め加熱することなくシリコン膜を形成した場合、膜中の溶媒の揮発に起因して、シリコン膜に応力が付加されてシリコン膜の表面に割れが発生する。これに対し、一実施形態に係るシリコン膜の形成方法においては、シリコン膜の形成に先立ち、塗布膜(シランポリマー膜)を予め加熱する。このため、シランポリマー膜から余剰な溶媒を予め揮発させてシリコン膜に付加される応力を低減することができ、結果として、シリコン膜の表面割れを抑制することができる。 When a silicon film is formed without preheating the coating film (silane polymer film), stress is applied to the silicon film due to the evaporation of the solvent in the film, causing cracks on the surface of the silicon film. In contrast, in one embodiment of a method for forming a silicon film, the coating film (silane polymer film) is preheated prior to the formation of the silicon film. This allows excess solvent to be prevolatilized from the silane polymer film, reducing the stress applied to the silicon film, and as a result, surface cracks in the silicon film can be suppressed.

[実施形態の効果]
上記実施形態に係るシリコン膜の形成方法は、塗布工程と、第1加熱工程と、照射工程と、第2加熱工程とを含む。塗布工程において、パターンを有する基板にシランポリマー溶液を塗布して塗布膜を形成する。第1加熱工程において、塗布膜を加熱する。照射工程において、加熱された塗布膜に紫外線を照射する。第2加熱工程において、紫外線が照射された塗布膜を加熱する。このため、実施形態によれば、パターンを有する基板にパターンの埋め込み性が良好で且つ表面割れが少ないシリコン膜を形成することができる。
[Effects of the embodiment]
The method for forming a silicon film according to the above embodiment includes a coating step, a first heating step, an irradiation step, and a second heating step. In the coating step, a silane polymer solution is applied to a substrate having a pattern to form a coating film. In the first heating step, the coating film is heated. In the irradiation step, ultraviolet light is irradiated onto the heated coating film. In the second heating step, the coating film irradiated with ultraviolet light is heated. Therefore, according to the embodiment, a silicon film having good pattern embedding properties and few surface cracks can be formed on a substrate having a pattern.

また、第1加熱工程は、第2加熱工程における塗布膜の加熱を実行するための温度よりも低い温度で実行される。このため、実施形態によれば、膜中の溶媒の揮発に起因したシリコン膜の表面割れを抑制することができる。 The first heating step is performed at a temperature lower than the temperature at which the coating film is heated in the second heating step. Therefore, according to the embodiment, surface cracking of the silicon film caused by the volatilization of the solvent in the film can be suppressed.

また、紫外線の波長は、172nmである。このため、実施形態によれば、塗布膜(シランポリマー膜)におけるSi-Si結合及びSi-H結合を切断して得られる低分子量成分によって埋め込み不良部分である空間(ボイド)を補修することができる。 The wavelength of the ultraviolet light is 172 nm. Therefore, according to the embodiment, the spaces (voids) that are the poorly filled portions can be repaired by low molecular weight components obtained by breaking the Si-Si bonds and Si-H bonds in the coating film (silane polymer film).

また、照射工程において、塗布膜の加熱が継続された状態で、塗布膜に紫外線を照射する。このため、実施形態によれば、塗布膜から余剰な溶媒を揮発させながら、埋め込み不良部分である空間(ボイド)を補修することができる。 In addition, in the irradiation process, the coating film is irradiated with ultraviolet light while the coating film continues to be heated. Therefore, according to the embodiment, it is possible to repair spaces (voids) that are poorly filled while volatilizing excess solvent from the coating film.

また、シランポリマー溶液は、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。このため、実施形態によれば、広範な分子サイズのシランポリマーからパターンの埋め込み性が良好で且つ割れが少ないシリコン膜を形成することができる。 The silane polymer solution is a solution in which a silane polymer is dissolved in a mixed solvent containing a first solvent that contains a 6- to 8-membered monocyclic saturated carbon ring in the molecule and has a boiling point of less than 160°C, and a second solvent that contains a saturated or partially saturated carbon ring in the molecule and has a boiling point of 160°C or higher. Therefore, according to the embodiment, a silicon film with good pattern embedding properties and few cracks can be formed from silane polymers of a wide range of molecular sizes.

今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。 The embodiments disclosed herein should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The above embodiments may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.

201 基板
202 シランポリマー膜
203 シリコン膜
201: Substrate 202: Silane polymer film 203: Silicon film

Claims (5)

パターンを有する基板にシランポリマー溶液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程と、
前記塗布膜を加熱する第1加熱工程と、
加熱された前記塗布膜に紫外線を照射する照射工程と、
前記紫外線が照射された前記塗布膜を加熱する第2加熱工程と
を含み、
前記シランポリマー溶液は、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
シリコン膜の形成方法。
a coating step of coating a silane polymer solution onto a substrate having a pattern to form a coating film;
a first heating step of heating the coating film;
an irradiation step of irradiating the heated coating film with ultraviolet light;
A second heating step of heating the coating film irradiated with the ultraviolet light,
The silane polymer solution is a solution in which a silane polymer is dissolved in a mixed solvent containing a first solvent having a 6- to 8-membered monocyclic saturated carbon ring in its molecule and a boiling point of less than 160° C. and a second solvent having a saturated or partially saturated carbon ring in its molecule and a boiling point of 160° C. or higher.
A method for forming a silicon film.
前記第1加熱工程は、
前記第2加熱工程における前記塗布膜の加熱を実行するための温度よりも低い温度で実行される、請求項1に記載のシリコン膜の形成方法。
The first heating step includes:
The method for forming a silicon film according to claim 1 , wherein the method is performed at a temperature lower than a temperature for heating the coating film in the second heating step.
前記第1加熱工程の温度は、100~200℃であり、前記第2加熱工程の温度は、300~500℃である、請求項2に記載のシリコン膜の形成方法。 The method for forming a silicon film according to claim 2, wherein the temperature of the first heating step is 100 to 200°C, and the temperature of the second heating step is 300 to 500°C. 前記紫外線の波長は、172nmである、請求項1~3のいずれか一つに記載のシリコン膜の形成方法。 The method for forming a silicon film according to any one of claims 1 to 3, wherein the wavelength of the ultraviolet light is 172 nm. 前記照射工程において、前記塗布膜の加熱が継続された状態で、前記塗布膜に紫外線を照射する、請求項1~4のいずれか一つに記載のシリコン膜の形成方法。 The method for forming a silicon film according to any one of claims 1 to 4, wherein in the irradiation step, the coating film is irradiated with ultraviolet light while the coating film is continuously heated.
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