JPH05171465A - 二酸化ケイ素膜の形成方法 - Google Patents

二酸化ケイ素膜の形成方法

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JPH05171465A
JPH05171465A JP34450891A JP34450891A JPH05171465A JP H05171465 A JPH05171465 A JP H05171465A JP 34450891 A JP34450891 A JP 34450891A JP 34450891 A JP34450891 A JP 34450891A JP H05171465 A JPH05171465 A JP H05171465A
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JP
Japan
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film
sio
substrate
acid
treated
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JP34450891A
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English (en)
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Yasuo Otsuki
康夫 大槻
Toshio Kikuta
俊夫 菊田
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C04B41/5035Silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被処理材の表面を損傷したり変質させたりす
ることなく、その被処理材の表面にSiO2 膜を形成す
る。 【構成】 【化1】 (式中、Rは水素、ハロゲン、フェニル基、炭素数1〜
5のアルキル基の群から選ばれる少なくとも1種を表わ
し、R’は水素、炭素数1〜5のアルキル基の群から選
ばれる少なくとも1種を表わし、xは0、1、2、3の
いずれかの数を表わす)で示されるケイ素化合物、およ
び酸が含有されている処理液の中に被処理材を浸漬し
て、前記被処理材の表面にSiO2 膜を成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はSiO2 膜の形成方法に
関し、更に詳しくは、被処理材の表面を物理的・化学的
にも損傷することなく、その表面にSiO2 膜を成膜す
る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、各種半導体基板の表面を被覆し
てその機能を保持するために、基板表面にその保護膜と
してSiO2 膜が形成される。このようなSiO2 の成
膜方法としては、従来から各種の方法が採用されてい
る。
【0003】例えば、反応室内に基板をセットしてこの
基板を300〜450℃程度の温度に加熱し、反応室内
にSiH4 (シラン)と酸素を所定の混合割合で送入
し、前記基板の表面で、SiH4 +2O2 →SiO2
2H2 Oの反応を起させることにより、前記表面にSi
2 膜を成膜する熱CVD法;反応室内にSiH4 とN
2 Oを所定の混合割合で送入し、これらにRFパワーを
入力してプラズマ化し、それを所定温度にある基板の表
面でSiO2 膜として成膜するプラズマCVD法;ま
た、真空容器内にSiO2 材をターゲットとしてセット
し、これを例えばマグネトロンスパッタ法でスパッタリ
ングして所定の温度に加熱されている基板の表面で成膜
させるスパッタ法;更には、反応室内にSiH4 とN2
Oを所定の混合割合で送入し、ここに例えば紫外線を照
射することにより、SiH4 +2N2 O→SiO2 +2
2 +2H2 の反応を起させて、所定温度にある基板の
表面にSiO2 膜を成膜させる光CVD法;などが知ら
れている。
【0004】また、上記した成膜法とは全く異なり、
【0005】
【化2】
【0006】(式中、xは0、1、2、3の数を表わ
し、Rは通常メチル基である)で示されるシラノール
を、アルコール,エステル,ケトンのような有機溶媒に
溶解せしめ、得られた溶液を基板の表面に塗布したの
ち、全体を約1000℃程度の温度に加熱して、前記シ
ラノールを熱分解して基板表面を被覆するSiO2 膜に
するという方法も知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前者の各種
CVD法の場合は、いずれも300〜450℃の酸素雰
囲気中で成膜が進められるので、この過程で、基板が例
えば半導体材料から成るときは、表面の酸化が起り不都
合である。また、CVDやスパッタのいずれの場合も、
熱やプラズマの衝撃が基板の表面に加わり、そのことに
よって、表面の物理的な損傷や、表面に熱変成層が形成
されたり、表面の準位密度が増加して目的とする表面機
能が変質するという不都合を招く。
【0008】一方、前記シラノールを用いたSiO2
成膜方法においては、その処理温度が約1000℃と高
温であるため、基板がGaAsのようなIII-IV族半導体
のように耐熱度の低い材料の場合、基板それ自体の変質
を招くことになる。本発明は、上記した先行技術におけ
る問題を解消し、基板の表面に物理的・化学的損傷を与
えることなく、低温で、しかも簡単な設備で被処理材の
表面にSiO2 膜を成膜する方法の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、
【0010】
【化3】
【0011】(式中、Rは水素、ハロゲン、フェニル
基、炭素数1〜5のアルキル基の群から選ばれる少なく
とも1種を表わし、R’は水素、炭素数1〜5のアルキ
ル基の群から選ばれる少なくとも1種を表わし、xは
0、1、2、3のいずれかの数を表わす)で示されるケ
イ素化合物、および酸が含有されている処理液の中に被
処理材を浸漬して、前記被処理材の表面に二酸化ケイ素
膜を成膜することを特徴とする二酸化ケイ素膜の形成方
法が提供される。
【0012】本発明方法は、上記した処理液に被処理材
を浸漬し、処理液中のケイ素化合物の酸による重合を進
めて、前記処理材の表面をSiO2 膜で被覆する方法で
ある。ここで用いる処理液は、上式で示されるケイ素化
合物と後述の酸を必須成分として含んでいる。
【0013】このケイ素化合物において、RまたはR’
がアルキル基であった場合、そのアルキル基の炭素数が
6以上のものは、酸や他の溶媒に溶解しない場合もある
ので、そのような処理液を用いても、被処理材へのSi
2 膜の成膜は困難になることがある。用いるケイ素化
合物としては、例えばSi(OCH3)4 (テトラメトキシシラ
ン)、Si(OC2 5)4(テトラエトキシシラン)、Si
(OC3 7)4 (テトラプロポキシシラン)、Si(OC
4 9)4(テトラブトキシシラン)、(C6 5)3 SiO
H(トリフェニルシラノール)、(C6 5)Si(OCH
3)3 (フェニルトリメトキシシラン)、
【0014】
【化4】
【0015】をあげることができる。また、酸として
は、塩酸,硫酸,リン酸のような強酸;ギ酸,酢酸,酒
石酸,乳酸,グルコール酸,ケイ皮酸,安息香酸のよう
な弱酸;をあげることができる。これらの酸のうち、強
酸を使用すると室温下においてもSiO2 の成膜は可能
であるが、しかし、弱酸を使用した場合は、室温下での
成膜は起らないこともあるので、その場合には、処理液
の温度を高めることが必要になる。
【0016】この処理液の中では次のような縮合重合反
応が継時的に進行して、被処理材にゲル状のSiO2
成膜される。今、ケイ素化合物として、Si(OR')4
酸として塩酸(HCl)用いた場合、次式:
【0017】
【化5】
【0018】の反応に基づき、テトラヒドロキシシラン
が生成する。そして、このテトラヒドロキシシランは、
次式:
【0019】
【化6】
【0020】の反応に基づき、シロキサン結合
【0021】
【化7】
【0022】を介して、3次元的に重合し、ゲル状のS
iO2 膜へと成長していく。
【0023】
【化8】
【0024】の反応により、トリヒドロキシシランが生
成し、このトリヒドロキシシランが互いに縮合重合して
シロキサン結合を介して3次元のゲル状膜として成長し
ていく。なお、このような反応で被処理材の表面に成膜
されたSiO2 膜は、ポリシロキサンと無機質のSiO
2 膜との中間に位置するような重合膜であるため、例え
ば、半導体基板の絶縁保護膜にする場合には、必要に応
じて更に熱処理を加え、生成膜を完全に無機質の膜に転
化すればよい。
【0025】また、被処理材の表面への成膜時に、前記
したように、処理液を所定の温度に保持することの外
に、処理液に外部から所定エネルギーの光を照射して成
膜反応を促進してもよい。その場合の照射光のエネルギ
ー(hν)は、例えば被処理材がSi 基板,III −IV族
化合物半導体の基板などであった場合、それら半導体基
板のバンドギャップエネルギー(Eg)よりも大きなエ
ネルギーであることが好ましい。すなわち、hν≧Eg
となるような波長の光を照射光として選定する。
【0026】
【実施例】
実施例1 酢酸200重量部、水1重量部にテトラエトキシシラン
4重量部を溶解して、用いる処理液を調製した。この処
理液の液温を65℃に保持し、ここに、GaAs基板を
1時間浸漬したのち基板を取出し、これを純水で洗浄し
た。
【0027】基板の表面は茶色の膜で被覆されていた。
ついで、この基板に、300℃,400℃の各温度の窒
素ガス流中で1時間の熱処理を施し、形成された膜の膜
厚と屈折率を測定した。熱処理温度300℃の場合は、
膜厚480Å、屈折率1.46、熱処理温度400℃の場
合は、膜厚475Å、屈折率1.47であった。
【0028】金属Si を酸素雰囲気中で熱酸化して表面
に形成したSiO2 膜の屈折率を測定したところ、1.4
6であった。したがって、実施例1で形成されている茶
色膜は、SiO2 膜であることが判明した。 実施例2 イオン注入法によって自由電子密度約1×1017/cm3
である活性層を表面に形成したGaAs基板のその表面
に、Au から成るオーミック電極を形成し、ついで、オ
ーミック電極をマスキングした状態で、実施例1の場合
と同じ処理液中に1時間浸漬した。
【0029】ついで、基板を処理液から取出し、充分に
純水で洗浄したのち、300℃の窒素ガス流中で1時間
の熱処理を施し、オーミック電極以外の基板表面を厚み
480ÅのSiO2 膜で被覆して図1に示す構造のサン
プルとした。図中、1はGaAs基板、2はオーミック
電極、3はSiO2 膜である。SiO2 膜3の上にAl
を蒸着してAl電極4を形成し、オーミック電極2とA
l電極4の間にLCRメータ5を接続して、各周波数に
おけるC−V特性(容量−電圧特性)を測定した。その
結果を図2に示した。
【0030】図2から明らかなように、印加電圧の変化
に応じて容量が大きく変化しているが、このことは、G
aAs−SiO2 界面において、界面準位の小さいMI
S構造が形成されていることを示している。 実施例3 グリセリン200重量部,テトラエトキシシラン4重量
部,リン酸4重量部を混合して処理液を調製し、液温を
70℃に保持して、ここに実施例1で用いたGaAs基
板を1時間浸漬した。基板を取出したのち純水で充分に
洗浄し、300℃の窒素ガス流中で1時間の熱処理を施
した。
【0031】基板の表面には、厚み600Å,屈折率1.
46のSiO2 膜が形成された。
【0032】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明方
法によれば、被処理材(基板)の表面に従来のようなプ
ラズマ衝撃や熱変成を与えることなく、SiO2 膜を成
膜することができる。つまり、被処理材の表面の物質的
・化学的損傷を引き起すことなく、すなわち表面変質を
招くことなくSiO2 膜を形成することができる。
【0033】処理液中で成膜されたSiO2 膜に必要に
応じて熱処理を加えた場合であっても、その処理温度は
高々400℃であり、しかも既にSiO2 膜で被処理材
の表面は被覆されているので、被処理材の熱変成の虞れ
は皆無といってよい。また、本発明方法においては、用
いる設備は処理液容器,恒温設備などであり、従来のC
VD法やスパッタ法の場合に比べて著しく安価になる。
更には、被処理材を処理液に所定の時間浸漬するだけで
よいので、例えば大口径の半導体基板に対しても適用す
ることができる。
【0034】また、本発明方法によれば、実施例2で明
らかなように、SiO2 −GaAs界面のフェルミレベ
ルのピンニングが外れている良好なMIS構造を形成す
ることもできるので、MISFET,MISダイオー
ド,太陽電池などの素子製造にも適用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法で成膜したSiO2 膜を有するサン
プルにつきそのC−V特性を測定するための測定回路図
である。
【図2】C−V特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 GaAs基板 2 Auオーミック電極 3 SiO2 膜 4 Al電極 5 LCRメータ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 【化1】 (式中、Rは水素、ハロゲン、フェニル基、炭素数1〜
    5のアルキル基の群から選ばれる少なくとも1種を表わ
    し、R’は水素、炭素数1〜5のアルキル基の群から選
    ばれる少なくとも1種を表わし、xは0、1、2、3の
    いずれかの数を表わす)で示されるケイ素化合物、およ
    び酸が含有されている処理液の中に被処理材を浸漬し
    て、前記被処理材の表面に二酸化ケイ素膜を成膜するこ
    とを特徴とする二酸化ケイ素膜の形成方法。
JP34450891A 1991-12-26 1991-12-26 二酸化ケイ素膜の形成方法 Pending JPH05171465A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011055553A1 (ja) * 2009-11-06 2011-05-12 国立大学法人信州大学 親水性シリカ膜の製造方法、親水性シリカ膜ならびに親水性シリカ膜付きのアクリル樹脂基板

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011055553A1 (ja) * 2009-11-06 2011-05-12 国立大学法人信州大学 親水性シリカ膜の製造方法、親水性シリカ膜ならびに親水性シリカ膜付きのアクリル樹脂基板
JP4942057B2 (ja) * 2009-11-06 2012-05-30 国立大学法人信州大学 親水性シリカ膜の製造方法および親水性シリカ膜付きのアクリル樹脂基板

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