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JP7138273B2 - Method for forming silicon film on substrate to be processed - Google Patents

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Description

本発明は、被処理基板にシリコン膜を形成する方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a silicon film on a substrate to be processed.

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。シリコンの成膜方法として、例えば、特許文献1~3及び非特許文献1には、環状シラン化合物等の光重合性シラン化合物に光を照射してシランポリマーを得た後、該シランポリマーを溶媒に溶解させた溶液を被処理基板に塗布し、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。 2. Description of the Related Art Silicon, such as amorphous silicon, is used for thin films for filling contact holes and lines of semiconductor integrated circuit devices and for forming elements and structures. As a method for forming a silicon film, for example, in Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1, a photopolymerizable silane compound such as a cyclic silane compound is irradiated with light to obtain a silane polymer, and then the silane polymer is used as a solvent. describes a method of forming a silicon film by coating a substrate to be treated with a solution dissolved in , and heating the solution.

特開2009-259958号公報JP 2009-259958 A 特開2009-102224号公報JP 2009-102224 A 特開2001-262058号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-262058

Shimoda T,Masuda T.Liquid silicon and its application in electronics.Jpn.J.Appl.Phys.2014 Jan;53,02BA01Shimoda T, Masuda T.; Liquid silicon and its applications in electronics. Jpn. J. Appl. Phys. 2014 Jan; 53, 02 BA01

本開示は、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できる技術を提供する。 The present disclosure provides techniques that can form silicon films from silane polymers of a wide range of molecular sizes.

本開示の一態様による被処理基板にシリコン膜を形成する方法は、(A)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を、被処理基板に塗布して塗布膜を形成する工程、及び(B)塗布膜を加熱する工程を含むことを特徴とする。 A method for forming a silicon film on a substrate to be processed according to one aspect of the present disclosure includes (A) a first solvent having a 6- to 8-membered monocyclic saturated carbocyclic ring in the molecule and a boiling point of less than 160°C and a molecule A step of coating a substrate to be treated with a solution obtained by dissolving a silane polymer in a mixed solvent containing a second solvent containing a saturated or partially saturated carbocyclic ring or a partially saturated carbocyclic ring and having a boiling point of 160° C. or higher to form a coating film. and (B) a step of heating the coating film.

開示する被処理基板にシリコン膜を形成する方法の1つの態様によれば、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できるという効果を奏する。 According to one aspect of the disclosed method for forming a silicon film on a substrate to be processed, there is an effect that the silicon film can be formed from silane polymers having a wide range of molecular sizes.

図1は、シリコン膜の成膜性を示す図である。(a)は成膜性が不良な一例を示し、(b)は成膜性が良好な一例を示す。FIG. 1 is a diagram showing film formation properties of a silicon film. (a) shows an example of poor film-forming properties, and (b) shows an example of good film-forming properties. 図2は、パターンを有する被処理基板にシリコン膜を形成した一例を示す図である(パターンピッチ52nm)。(a)はパターンを有する被処理基板(シリコン膜形成前)のSEM写真、(b)~(d)はシランポリマー溶液を1回塗布して形成したシリコン膜のSEM写真、(e)~(g)はシランポリマー溶液を2回塗布して形成したシリコン膜のSEM写真である。FIG. 2 shows an example of forming a silicon film on a patterned substrate (pattern pitch: 52 nm). (a) is an SEM photograph of a substrate to be processed (before silicon film formation) having a pattern, (b) to (d) are SEM photographs of a silicon film formed by applying a silane polymer solution once, (e) to ( g) is an SEM photograph of a silicon film formed by applying the silane polymer solution twice. 図3は、パターンを有する被処理基板にシリコン膜を形成した一例を示す図である(パターンピッチ64nm)。(a)はパターンを有する被処理基板(シリコン膜形成前)のSEM写真、(b)~(d)はシランポリマー溶液を1回塗布して形成したシリコン膜のSEM写真、(e)~(g)はシランポリマー溶液を2回塗布して形成したシリコン膜のSEM写真である。FIG. 3 shows an example of forming a silicon film on a patterned substrate (pattern pitch: 64 nm). (a) is an SEM photograph of a substrate to be processed (before silicon film formation) having a pattern, (b) to (d) are SEM photographs of a silicon film formed by applying a silane polymer solution once, (e) to ( g) is an SEM photograph of a silicon film formed by applying the silane polymer solution twice.

以下、本願の開示する被処理基板にシリコン膜を形成する方法(以下、単に「シリコン膜の形成方法」ともいう。)について、好適な実施形態に則して詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示するシリコン膜の形成方法が限定されるものではない。 Hereinafter, a method for forming a silicon film on a substrate to be processed disclosed in the present application (hereinafter also simply referred to as a "method for forming a silicon film") will be described in detail according to preferred embodiments. Note that the present embodiment does not limit the disclosed method for forming a silicon film.

[シリコン膜の形成方法]
本開示の一態様によるシリコン膜の形成方法は、(A)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を、被処理基板に塗布して塗布膜を形成する工程、及び(B)塗布膜を加熱する工程を含む。
[Method for Forming Silicon Film]
A method for forming a silicon film according to one aspect of the present disclosure includes (A) a first solvent having a 6- to 8-membered monocyclic saturated carbocyclic ring in the molecule and a boiling point of less than 160°C, and a saturated carbocyclic ring in the molecule. Alternatively, a step of coating a substrate to be processed with a solution obtained by dissolving a silane polymer in a mixed solvent containing a second solvent containing a partially saturated carbocyclic ring and having a boiling point of 160° C. or higher to form a coating film; A step of heating the coating film is included.

<工程(A)>
工程(A)において、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(「シランポリマー溶液」ともいう。)を、被処理基板に塗布して塗布膜を形成する。
<Step (A)>
In step (A), a first solvent containing a 6- to 8-membered monocyclic saturated carbocyclic ring in the molecule and a boiling point of less than 160°C and a solvent containing a saturated or partially saturated carbocyclic ring in the molecule and a boiling point of 160°C A solution (also referred to as “silane polymer solution”) obtained by dissolving a silane polymer in a mixed solvent containing a second solvent having a temperature of 10° C. or higher is applied to a substrate to be processed to form a coating film.

(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 carbocyclic ring in the molecule and has a boiling point of less than 160°C. The use of the first solvent allows the silane polymer solution to be prepared with a wide range of molecular size silane polymers. In addition, in this specification, a "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 having a large molecular size, the first solvent preferably contains one 6- to 8-membered monocyclic saturated carbocyclic ring in the molecule. more preferably contains one 7- or 8-membered monocyclic saturated carbocyclic 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 carbocyclic ring may have a substituent as long as it does not inhibit the solubility of the silane polymer. The substituent is not particularly limited, and examples thereof include alkyl groups 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 there are multiple substituents, 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 them, from the viewpoint of being able to dissolve silane polymers with 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, particularly preferably 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. °C or higher.

-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 carbocyclic ring or a partially saturated carbocyclic ring 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-forming properties from silane polymers having a wide range of molecular sizes. As used herein, the term "partially saturated carbocyclic ring" refers to a carbon in which any number of double bonds excluding at least one double bond of an unsaturated carbocyclic ring are converted to single bonds by hydrogenation. ring.

ここで、図1を参照して、シリコン膜の成膜性について説明する。図1(a)には、被処理基板の一部にしかシリコン膜が形成されていない、シリコン膜の成膜性が不良な一例を示す。角形の被処理基板において、縁部近傍の領域では、シリコン膜(図1中の淡色部)が形成されておらず、被処理基板(図1中の濃色部)が露出している。中心部ではシリコン膜が部分的に形成されているが、被処理基板が露出している部分も点在している。図
1(a)の態様に限らず、被処理基板の一部にしかシリコン膜が形成されていない場合は、成膜性は不良である。これに対し、図1(b)には、被処理基板の全面にシリコン膜が形成されている、シリコン膜の成膜性が良好な一例を示す。
シリコン膜は、所期の厚さにて、被処理基板の全面に形成されることが要求される。この点、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、被処理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の溶媒を用いる本開示のシリコン膜の形成方法によれば、後述のとおり、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、所期の厚さにて、被処理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, with reference to FIG. 1, the film formation properties of the silicon film will be described. FIG. 1(a) shows an example in which the silicon film is formed only on a part of the substrate to be processed, that is, the film forming property of the silicon film is poor. In the rectangular substrate to be processed, the silicon film (light colored portion in FIG. 1) is not formed in the region near the edge, and the substrate to be processed (dark colored portion in FIG. 1) is exposed. Although the silicon film is partially formed in the central portion, there are scattered portions where the substrate to be processed is exposed. Not only in the case of FIG. 1A, but when the silicon film is formed only on a part of the substrate to be processed, the film formability is poor. On the other hand, FIG. 1B shows an example in which a silicon film is formed on the entire surface of the substrate to be processed, in which the silicon film has good film-forming properties.
The silicon film is required to have a desired thickness and be formed over the entire surface of the substrate to be processed. In this regard, in the case of forming a silicon film from a silane polymer having a large molecular size or in the case of forming a silicon film using a low-concentration silane polymer solution, conventionally, a silicon film is formed on the entire surface of the substrate to be processed. tended to be difficult. On the other hand, according to the method of forming a silicon film of the present disclosure using the second solvent in combination with the first solvent, as described below, when using a silane polymer with a large molecular size or when using a low-concentration silane polymer solution, is used, it is possible to form a silicon film with a desired thickness on the entire surface of the substrate to be processed.

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。
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。
From the viewpoint of being able to form silicon films with good film-forming properties from silane polymers with a wide range of molecular sizes, especially from silane polymers with large molecular sizes that have been considered difficult to form, the second solvent contains 8 to 12 molecules in the molecule. It preferably contains one membered saturated or partially saturated carbocyclic ring. The saturated carbocyclic ring or partially saturated carbocyclic ring is a polycyclic saturated carbocyclic or partially A saturated carbocyclic ring is preferred, and a bicyclic saturated carbocyclic ring or partially saturated carbocyclic ring is more preferred. When the second solvent contains a polycyclic partially saturated carbocyclic ring in the 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 the 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 them, in combination with the first solvent, the second solvent contains a polycyclic saturated carbocyclic ring in the molecule from the viewpoint that a silicon film can be formed with particularly good film-forming properties from silane polymers with a wide range of molecular sizes. are preferred, and those containing bicyclic saturated carbocycles are particularly preferred.

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 carbocyclic ring or partially saturated carbocyclic ring may have a substituent as long as it does not inhibit the film-forming properties of the silicon film. The substituent is not particularly limited, and examples thereof include alkyl groups 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 there are multiple substituents, 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.), methyl decahydronaphthalene (210° C.), dimethyl decahydro naphthalene (224° C.), ethyl decahydronaphthalene (226° C.), and isopropyl decahydronaphthalene (241° C.) (boiling points 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 them, in combination with the first solvent, the second solvent is preferably a bicycloalkane having 8 to 12 carbon atoms from the viewpoint that a silicon film can be formed with particularly good film-forming properties from silane polymers of a wide range of molecular sizes. , more preferably bicycloalkanes having 10 to 12 carbon atoms, particularly preferably bicycloalkanes 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 higher than that of the first solvent by 20° C. or more from the viewpoint of forming a silicon film with good film-forming properties from silane polymers having a wide range of molecular sizes in combination with the first solvent. It is preferably 30° C. or higher, more preferably 40° C. or 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.

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-forming properties from silane polymers having a wide range of molecular sizes, in the 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, still more preferably 0.7 or less, or 0.5 or less. In particular, when the volume of the first solvent is 1 and the volume of the second solvent is 0.5 or less, a molecular size such that the weight average molecular weight (Mw) exceeds 100,000 is obtained. Even when using a very large silane polymer, it is possible to form a silicon film with good film-forming properties.

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。 Advantages of using a mixed solvent can be obtained if the mixed solvent contains even a small amount of the second solvent. For example, in the 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, and 0 0.02 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。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. For example, a silane polymer (preferably polydihydrosilane) produced by a conventionally known method obtained by irradiating a photopolymerizable silane compound with light is used. you can According to the method for forming a silicon film according to one aspect of the present disclosure, a silicon film can be formed from silane polymers with a wide range of molecular sizes, including silane polymers with extremely large molecular sizes, which have conventionally been difficult to form. Therefore, when producing silane polymers, it is possible to enjoy the advantage of widening the selection tolerance of conditions such as light irradiation conditions.

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、工程(A)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 before step (A).

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(例えば、特許文献2参照)。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-like silane compounds (see, for example, Patent Document 2). Among them, a cyclic silane compound is preferable because of its 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; '-bicyclobutasilane, 1,1'-bicyclopentasilane, 1,1'-bicyclohexasilane, 1,1'-bicycloheptasilane, spiro[2,2]pentasilane, spiro[3,3]heptasilane, spiro cyclic silane compounds having two cyclic silane structures such as [4,4]nonasilane; and silane compounds in which some or all of the hydrogen atoms in these cyclic silane compounds are substituted 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, cyclopentasilane, cyclohexasilane, and cycloheptasilane are preferred, and cyclohexasilane is more preferred, from the viewpoint of easy synthesis with high purity. Accordingly, in one embodiment, a method of forming a silicon film according to one aspect of the present disclosure may include 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 range from 300 to 420 nm, and the irradiation time can range from 0.1 second to 600 minutes.

上述のとおり、本開示の一態様によるシリコン膜の形成方法によれば、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。したがって、工程(A)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。 As noted above, the method of forming a silicon film according to one aspect of the present disclosure can form silicon films from silane polymers of a wide range of molecular sizes. Therefore, the weight-average molecular weight (Mw) of the silane polymer used in step (A) is not particularly limited, and may range, for example, from 1,000 to 500,000. Here, in this specification, the "weight average molecular weight" of the silane polymer is the polystyrene-equivalent weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography (GPC).

特定の混合溶媒を用いる本開示の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本開示の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 the present disclosure using a specific mixed solvent, it is possible to form a silicon film from a silane polymer having a large molecular size, which has been difficult to form in the past. For example, the weight average molecular weight (Mw) is 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, Alternatively, silicon films can be formed from 100,000 or more silane polymers. A silane polymer with a large molecular size tends to be able to form a silicon film even at a low concentration. This is a significant contribution.

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。 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 from the viewpoint of forming a silicon film with even better film-forming properties. is.

(シランポリマー溶液)
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本開示の方法では、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。
(Silane polymer solution)
The silane polymer solution can be prepared by dissolving the silane polymer in the mixed solvent. In the method of the present disclosure using a particular solvent mixture, a wide range of molecular size silane polymers can be used to prepare the silane polymer solution.

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、被処理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本開示のシリコン膜の形成方法によれば、溶液濃度が低い場合にも、被処理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(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、本開示の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被処理基板の全面に形成することができる。本開示の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 also simply referred to as "solution concentration") depends on the molecular size of the silane polymer, but can be adjusted, for example, within the range of 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, and even more preferably 5% by volume or less. Conventionally, it has tended to become difficult to form a silicon film on the entire surface of a substrate to be processed when the solution concentration is low. In contrast, according to the method of forming a silicon film of the present disclosure using a specific mixed solvent, it is possible to form a silicon film over the entire surface of the substrate to be processed even when the concentration of the solution 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, as described above), the method for forming a silicon film of the present disclosure enables an extremely thin silicon film to be formed. It can be formed on the entire surface of the substrate to be processed. In the method of forming a silicon film of the present disclosure, the solution concentration can be lowered to 4% by volume or less, 3% by volume or less, or 2% by volume or less without deteriorating film-forming properties. The lower limit of the concentration of the solution is not particularly limited, but from the viewpoint of the film-forming property of the silicon film, it can be usually 0.1% by volume or more, 0.3% by volume or more, or 0.5% by volume or more. As used herein, 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本開示の方法によれば、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 the method of the present disclosure using a specific mixed solvent, the silane polymer is mixed with the mixed solvent in a mild environment (preferably at room temperature and under atmospheric pressure) and stirred to easily obtain a predetermined concentration of the silane polymer. A solution can be prepared.

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 impair the film forming properties of the silicon film. Such other components include, for example, dopants, surface tension modifiers, and the like. As a dopant, a known dopant conventionally used for forming n-type and p-type silicon films may be used. As the surface tension modifier, conventionally known surface tension modifiers such as fluorine-based and silicone-based surface tension modifiers 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被処理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、被処理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 the method for applying the silane polymer solution to the substrate to be processed include spin coating, roll coating, curtain coating, dip coating, spraying, and inkjet. Among them, it is preferable to apply the silane polymer solution by a spin coating method from the viewpoint of forming a silicon film on the substrate to be processed with good film-forming properties.

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 in consideration of the molecular size of the silane polymer, the concentration of the solution, and the desired thickness of the silicon film. For example, the rotation speed of the main spin may range from 100 to 5,000 rpm, and the rotation time may range from 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、被処理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 the silane polymer solution to be applied may be appropriately determined in consideration of the molecular size and solution concentration of the silane polymer, the dimensions and structure of the substrate to be treated, the desired thickness of the silicon film, and the like. In addition, when the silane polymer solution is applied twice or more as described later, each application amount may be the same or different.

塗布対象である被処理基板は特に限定されず、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。被処理基板としては、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。被処理基板は、後述のとおり、表面パターンを有していてもよい。 The substrate to be processed, which is the object to be coated, is not particularly limited, and any substrate on which a silicon film is to be further formed may be used in manufacturing a semiconductor integrated circuit device. Examples of substrates to be treated 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; substrates. The substrate to be processed may have a surface pattern, as described below.

被処理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本開示の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被処理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被処理基板に2回以上塗布して所期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、本開示の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被処理基板の全面に精度良く形成することができる。また、後述のとおり、工程(A)と工程(B)を2回以上繰り返して実施することにより、被処理基板の微小な表面パターンをシリコン膜にて良好に埋め込むことができる。 The application of the silane polymer solution to the substrate to be processed may be performed only once, or may be performed twice or more. As described above, according to the method of forming a silicon film of the present disclosure using a specific mixed solvent, a thin silicon film can be formed on the entire surface of the substrate using a low-concentration silane polymer solution. Therefore, it is also possible to form a silicon film with a desired thickness by applying a low-concentration silane polymer solution to the substrate to be processed two or more times. Combined with the advantage of being able to use a silane polymer with a large molecular size, the method of forming a silicon film of the present disclosure enables an extremely thin silicon film to be formed on the entire surface of the substrate to be processed with high accuracy. Further, as will be described later, by repeating the steps (A) and (B) two or more times, fine surface patterns of the substrate to be processed can be satisfactorily embedded with a silicon film.

シランポリマー溶液を被処理基板に塗布して塗布膜を形成した後、溶媒等の低沸点成分を除去するために加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、後述する工程(B)の加熱よりも低い温度範囲、例えば、100~200℃の範囲にて実施してよい。 After the silane polymer solution is applied to the substrate to be treated to form a coating film, heat treatment may be performed to remove low boiling point components such as the solvent. The heat treatment may be performed in a temperature range lower than that of the heating in step (B) described below, for example, in the range of 100 to 200°C.

<工程(B)>
工程(B)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)をシリコン膜に変換することができる。
<Step (B)>
In step (B), the coating film is heated. Thereby, the coating film (silane polymer film) can be converted into a silicon film.

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、300~550℃(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。 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 550° C. (preferably 350 to 500° C.) for 30 seconds to 300 minutes.

特定の混合溶媒を用いる本開示のシリコン膜の形成方法によれば、広範な分子サイズのシランポリマーを用いて所期の厚さのシリコン膜を形成することができる。一実施形態において、形成されるシリコン膜の厚さは、0.5~100nmである。シリコン膜の厚さは、好ましくは80nm以下、より好ましくは50nm以下、さらに好ましくは40nm以下、30nm以下、20nm以下、又は10nm以下である。シリコン膜の厚さの下限は特に限定されないが、通常、1nm以上、3nm以上などとし得る。 According to the method of forming a silicon film of the present disclosure using a specific mixed solvent, silane polymers with a wide range of molecular sizes can be used to form a silicon film with a desired thickness. In one embodiment, the thickness of the silicon film formed is 0.5-100 nm. The thickness of the silicon film is preferably 80 nm or less, more preferably 50 nm or less, still more preferably 40 nm or less, 30 nm or less, 20 nm or less, or 10 nm or less. Although the lower limit of the thickness of the silicon film is not particularly limited, it can be usually 1 nm or more, 3 nm or more, or the like.

本開示のシリコン膜の形成方法において、工程(A)と工程(B)は、各1回のみ実施してよく、各2回以上実施してもよい。ここで、工程(B)においてシランポリマー膜をシリコン膜に変換するに際し、膜はシュリンクする傾向にある。斯かる膜のシュリンクは、微小な表面パターンをシリコン膜にて埋め込むにあたって障害となる。詳細には、膜のシュリンクに起因して、表面パターンとシリコン膜との間に隙間が生じてしまう。斯かる現象は、工程(A)と工程(B)を各1回のみ実施する場合に顕著となる傾向にある(図2(b)~(d)、図3(b)~(d)参照;表面パターンの壁部や底部とシリコン膜との間に隙間が生じている)。従来、被処理基板の全面にシリコン膜を形成するにあたっては、比較的溶液濃度の高いシランポリマー溶液を用いる必要があり、斯かる膜のシュリンクに起因した埋め込み性悪化の問題は回避し難かった。溶液濃度の高いシランポリマー溶液を用いて薄いシリコン膜を形成するには、シランポリマー溶液の塗布回数が1回に制限される傾向にあったためである。 In the method of forming a silicon film of the present disclosure, step (A) and step (B) may be performed only once each, or may be performed twice or more each. Here, in converting the silane polymer film to a silicon film in step (B), the film tends to shrink. Such film shrinkage becomes an obstacle in embedding a minute surface pattern with a silicon film. Specifically, due to shrinkage of the film, a gap occurs between the surface pattern and the silicon film. Such a phenomenon tends to become remarkable when step (A) and step (B) are performed only once (see FIGS. 2(b) to (d) and FIGS. 3(b) to (d). ; there is a gap between the wall or bottom of the surface pattern and the silicon film). Conventionally, in order to form a silicon film on the entire surface of a substrate to be processed, it was necessary to use a silane polymer solution with a relatively high solution concentration, and it was difficult to avoid the problem of poor embedding properties due to such film shrinkage. This is because, in order to form a thin silicon film using a silane polymer solution having a high solution concentration, the number of coatings of the silane polymer solution tends to be limited to one.

この点、特定の混合溶媒を用いる本開示のシリコン膜の形成方法によれば、上述のとおり、低濃度のシランポリマー溶液を被処理基板に2回以上塗布して所期の厚さのシリコン膜を形成することが可能である。これにより、工程(A)と工程(B)を各2回以上実施して所期の厚さのシリコン膜を形成することが可能となり、ひいては、被処理基板の微小な表面パターンを所期の厚さのシリコン膜により良好に埋め込むことが可能となった。本開示のシリコン膜の形成方法によれば、高さが30~100nm(好ましくは40nm以上、50nm以上、又は60nm以上であり、90nm以下である)、幅が5~50nm(好ましくは40nm以下、30nm以下であり、10nm以上である)の溝を有する表面パターンを所期の厚さのシリコン膜にて良好に埋め込むことができる。 In this respect, according to the method of forming a silicon film of the present disclosure using a specific mixed solvent, as described above, a low-concentration silane polymer solution is applied to a substrate to be processed two or more times to form a silicon film having a desired thickness. It is possible to form As a result, it is possible to form a silicon film having a desired thickness by performing the steps (A) and (B) two or more times each, and to form a fine surface pattern of the substrate to be processed in a desired manner. A thicker silicon film enabled better embedding. According to the method for forming a silicon film of the present disclosure, the height is 30 to 100 nm (preferably 40 nm or more, 50 nm or more, or 60 nm or more and 90 nm or less), the width is 5 to 50 nm (preferably 40 nm or less, A surface pattern having grooves of 30 nm or less and 10 nm or more can be satisfactorily embedded with a silicon film having a desired thickness.

本開示のシリコン膜の形成方法は、シランポリマー及びシランポリマー溶液(合成する場合は光重合性のシラン化合物も)の変性を抑制するため、酸素や水分の濃度が極めて低い雰囲気(好ましくは酸素濃度1ppm以下、水分濃度5ppm以下の雰囲気)下で、一連の工程を実施することが好ましい。一実施形態において、工程(A)及び工程(B)をはじめとする一連の工程は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気にて実施する。不活性ガスに水素等の還元性ガスを添加した雰囲気にて一連の工程を実施してもよい。 In the method for forming a silicon film of the present disclosure, in order to suppress the denaturation of the silane polymer and the silane polymer solution (also the photopolymerizable silane compound when synthesizing), an atmosphere with extremely low concentrations of oxygen and moisture (preferably oxygen concentration) It is preferable to perform the series of steps under an atmosphere of 1 ppm or less and a water concentration of 5 ppm or less. In one embodiment, a series of steps including step (A) and step (B) are performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen, helium, argon and the like. A series of steps may be performed in an atmosphere in which a reducing gas such as hydrogen is added to an inert gas.

以下、本開示の一態様によるシリコン膜の形成方法について、実施例を示して具体的に説明する。ただし、開示するシリコン膜の形成方法は、以下に示す実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, a method for forming a silicon film according to one aspect of the present disclosure will be specifically described with reference to examples. However, the disclosed method for forming a silicon film is not limited to the examples shown below.

以下の説明において、量を表す「部」及び「%」は、別途明示のない限り、それぞれ「体積部」及び「体積%」を意味する。また、試薬の調製、溶液の塗布(工程(A))、塗布膜の加熱(工程(B))は、グローブボックス((株)美和製作所製「DBO-1KH特-OSC」ガス循環精製機付グローブボックス装置)の内部で実施した。グローブボックスの内部環境は、酸素濃度1ppm以下、水分濃度5ppm以下に維持した。 In the following description, "parts" and "%" representing amounts mean "parts by volume" and "% by volume", respectively, unless otherwise specified. In addition, reagent preparation, solution application (step (A)), and coating film heating (step (B)) are carried out in a glove box (manufactured by Miwa Seisakusho Co., Ltd. “DBO-1KH special-OSC” with a gas circulation purifier It was carried out inside a glove box device). The internal environment of the glove box was maintained at an oxygen concentration of 1 ppm or less and a water concentration of 5 ppm or less.

[実施例1]
1.被処理基板へのシリコン膜の形成
1.1.シランポリマー溶液の調製
シランポリマーとして、シクロヘキサシラン由来のシランポリマーを準備した。シクロヘキサシランに対する光照射の条件を変えることで、重量平均分子量(Mw;ポリスチレン換算)の異なる複数のシランポリマーを調製した。本評価においては、Mwが約2,000、約20,000、約200,000の3種のシランポリマーを用いた。
室温下、溶媒80部に対しシランポリマー20部を加え、撹拌してシランポリマー溶液の原液を調製した。本評価に用いた溶媒の組成を表1に示す。なお、Mwが約200,000と分子サイズが非常に大きなシランポリマーは、単独溶媒2、混合溶媒4には溶解しなかったことから、これらの系については以後の評価を中止した。
[Example 1]
1. Formation of Silicon Film on Substrate to be Processed 1.1. Preparation of Silane Polymer Solution A silane polymer derived from cyclohexasilane was prepared as the silane polymer. A plurality of silane polymers having different weight-average molecular weights (Mw; converted to polystyrene) were prepared by changing the light irradiation conditions for cyclohexasilane. Three types of silane polymers with Mw of about 2,000, about 20,000, and about 200,000 were used in this evaluation.
At room temperature, 20 parts of the silane polymer was added to 80 parts of the solvent, and the mixture was stirred to prepare a stock solution of the silane polymer solution. Table 1 shows the composition of the solvent used in this evaluation. Since the silane polymer having a very large molecular size of about 200,000 Mw did not dissolve in Single Solvent 2 and Mixed Solvent 4, further evaluation of these systems was discontinued.

Figure 0007138273000001
Figure 0007138273000001

1.2.被処理基板へのシランポリマー溶液の塗布
被処理基板として、2cm角のシリコン基板(表面パターンなし)を用意した。該被処理基板に、シランポリマー溶液80μLをマイクロピペットで滴下し、スピンコートにより塗布した。スピンコートの条件は、メインスピン:500rpm、8secであった。なお、シランポリマー溶液は、上記1.1.で調製した各シランポリマー溶液の原液を、形成されるシリコン膜の厚さが約20nmとなるような濃度に希釈した希釈溶液(シランポリマー濃度1~10%)を用いた。希釈の際は、原液の調製に用いた溶媒と同じ溶媒を用いた。
1.2. Application of Silane Polymer Solution to Substrate to be Processed As a substrate to be processed, a 2 cm square silicon substrate (without surface pattern) was prepared. 80 μL of the silane polymer solution was dropped onto the substrate to be treated using a micropipette and applied by spin coating. The spin coating conditions were main spin: 500 rpm, 8 sec. The silane polymer solution is the same as in 1.1. A diluted solution (silane polymer concentration: 1 to 10%) obtained by diluting the undiluted solution of each silane polymer solution prepared in 1 to a concentration such that the thickness of the formed silicon film is about 20 nm was used. For dilution, the same solvent as that used to prepare the stock solution was used.

1.3.塗布膜の加熱(シリコン膜の形成)
スピンコートの後、被処理基板上の塗布膜を400℃にて15分間加熱し、シリコン膜を形成した。
被処理基板の全面に均一なシリコン膜が形成された場合を「○」、被処理基板の全面にシリコン膜は形成されるもののシリコン膜の厚さが不均一である場合を「△」、シリコン膜に破れがあるなど、被処理基板の一部にしかシリコン膜が形成されなかった場合を「×」と評価した。結果を表2に示す。
1.3. Heating of coating film (formation of silicon film)
After spin coating, the coating film on the substrate to be processed was heated at 400° C. for 15 minutes to form a silicon film.
"○" indicates that a uniform silicon film is formed on the entire surface of the substrate to be processed, "Δ" indicates that the thickness of the silicon film is uneven although the silicon film is formed on the entire surface of the substrate to be processed, and silicon A case in which the silicon film was formed only partially on the substrate to be processed, such as when the film was torn, was evaluated as "x". Table 2 shows the results.

Figure 0007138273000002
Figure 0007138273000002

シクロオクタンとデカヒドロナフタレンの混合溶媒を用いると、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できることを確認した。とりわけ注目すべき点として、Mwが約200,000と分子サイズが非常に大きなシランポリマーを用いる場合であっても、混合溶媒を用いることにより、被処理基板の全面に均一なシリコン膜を形成することが可能となった。 It was confirmed that a mixed solvent of cyclooctane and decahydronaphthalene can be used to form silicon films from silane polymers with a wide range of molecular sizes. Particularly noteworthy is that even when a silane polymer having a molecular size as large as Mw of about 200,000 is used, a uniform silicon film can be formed on the entire surface of the substrate by using a mixed solvent. became possible.

[実施例2]
2.被処理基板へのシリコン膜の形成(表面パターンの埋め込み性の評価)
2.1.シランポリマー溶液の調製
上記1.1.と同様にして、重量平均分子量(Mw;ポリスチレン換算)の異なる複数のシランポリマーを調製した。本評価においては、Mwが約2,200、約9,000、約86,000の3種のシランポリマーを用いた。
室温下、80部の混合溶媒2(シクロオクタン:デカヒドロナフタレン=1:0.33(体積比))に対しシランポリマー20部を加え、撹拌してシランポリマー溶液の原液を調製した。
[Example 2]
2. Formation of a silicon film on a substrate to be processed (evaluation of surface pattern embedding properties)
2.1. Preparation of silane polymer solution 1.1. A plurality of silane polymers having different weight-average molecular weights (Mw; polystyrene equivalent) were prepared in the same manner as above. Three silane polymers with Mw of about 2,200, about 9,000, and about 86,000 were used in this evaluation.
At room temperature, 20 parts of silane polymer was added to 80 parts of mixed solvent 2 (cyclooctane:decahydronaphthalene=1:0.33 (volume ratio)) and stirred to prepare a stock solution of a silane polymer solution.

2.2.被処理基板へのシランポリマー溶液の塗布
被処理基板として、2cm角のシリコン基板(表面パターンあり)を用意した。本評価においては、20nm幅の溝を有する表面パターン(パターンピッチ52nm)が形成されたシリコン基板(図2(a)参照;以下「パターンピッチ52nmのシリコン基板」ともいう。)と、34nm幅の溝を有する表面パターン(パターンピッチ64nm)が形成されたシリコン基板(図3(a)参照;以下「パターンピッチ64nmのシリコン基板」ともいう。)を用いた。なお、表面パターンは、パターン底部がSiにより、パターン上部がSiOにより構成されており、表面パターンを含む基板の全表面が原子層堆積シリコン膜(1.5nm厚)によりコーティングされている基板を用いた。
該被処理基板に、シランポリマー溶液160μLをマイクロピペットで滴下し、スピンコートにより塗布した。スピンコートの条件は、メインスピン:500rpm、8secであった。なお、シランポリマー溶液は、上記2.1.で調製した各シランポリマー溶液の原液を、形成されるシリコン膜の厚さが約20nmとなるような濃度に希釈した希釈溶液(シランポリマー濃度1~10%)を用いた。希釈の際は、原液と同様、混合溶媒2を用いた。
2.2. Application of Silane Polymer Solution to Substrate to be Processed As a substrate to be processed, a 2 cm square silicon substrate (with a surface pattern) was prepared. In this evaluation, a silicon substrate having a surface pattern (pattern pitch of 52 nm) having grooves of 20 nm width (see FIG. 2(a); hereinafter also referred to as “silicon substrate having a pattern pitch of 52 nm”) and a 34 nm width silicon substrate. A silicon substrate (see FIG. 3A; hereinafter also referred to as "silicon substrate with a pattern pitch of 64 nm") on which a surface pattern having grooves (pattern pitch of 64 nm) was formed was used. The surface pattern is composed of Si 3 N 4 at the bottom of the pattern and SiO 2 at the top of the pattern, and the entire surface of the substrate including the surface pattern is coated with an atomic layer deposited silicon film (1.5 nm thick). We used a substrate with
160 μL of the silane polymer solution was dropped onto the substrate to be treated using a micropipette and applied by spin coating. The spin coating conditions were main spin: 500 rpm, 8 sec. The silane polymer solution is the same as in 2.1. A diluted solution (silane polymer concentration: 1 to 10%) obtained by diluting the undiluted solution of each silane polymer solution prepared in 1 to a concentration such that the thickness of the formed silicon film is about 20 nm was used. At the time of dilution, mixed solvent 2 was used in the same manner as the stock solution.

2.3.塗布膜の加熱(シリコン膜の形成)
スピンコートの後、被処理基板上の塗布膜を400℃にて15分間加熱し、シリコン膜を形成した。
2.3. Heating of coating film (formation of silicon film)
After spin coating, the coating film on the substrate to be processed was heated at 400° C. for 15 minutes to form a silicon film.

2.4.表面パターンの埋め込み性の評価
上記2.2.の塗布と上記2.3.の加熱を各1回のみ実施(塗布→加熱)した評価基板と、塗布と加熱を2回繰り返して実施(塗布→加熱→塗布→加熱)した評価基板とを作製し、各々の評価基板についてシリコン膜の状態をSEM観察した。
パターンピッチ52nmのシリコン基板を用いた評価基板に係るSEM写真を図2に、パターンピッチ64nmのシリコン基板を用いた評価基板に係るSEM写真を図3にそれぞれ示す。
塗布と加熱を各1回のみ実施した評価基板では、シリコン膜のシュリンクにより、表面パターンの壁部や底部との間に隙間が生じることが確認された(図2(b)~(d)、図3(b)~(d))。
これに対し、塗布と加熱を2回繰り返して実施した評価基板では、形成されたシリコン膜と、表面パターンの壁部や底部との間に隙間はなく、表面パターンがシリコン膜により良好に埋め込まれていることが確認された(図2(e)~(g)、図3(e)~(g))。
以上から、シクロオクタンとデカヒドロナフタレンの混合溶媒を用いると、広範な分子サイズのシランポリマーを用いて被処理基板の微小な表面パターンを良好に埋め込むことができることが確認された。
2.4. Evaluation of Embedability of Surface Pattern Above 2.2. and the above 2.3. Heating was performed only once each (coating → heating), and evaluation substrates were made by repeating coating and heating twice (coating → heating → coating → heating). The state of the film was observed by SEM.
FIG. 2 shows an SEM photograph of an evaluation substrate using a silicon substrate with a pattern pitch of 52 nm, and FIG. 3 shows an SEM photograph of an evaluation substrate using a silicon substrate with a pattern pitch of 64 nm.
It was confirmed that in the evaluation substrate on which coating and heating were performed only once, gaps were generated between the walls and the bottom of the surface pattern due to the shrinkage of the silicon film (FIGS. 2(b) to (d), 3(b)-(d)).
On the other hand, in the evaluation substrate on which the coating and heating were repeated twice, there was no gap between the formed silicon film and the wall or bottom of the surface pattern, and the surface pattern was satisfactorily embedded with the silicon film. (Figs. 2(e)-(g), Figs. 3(e)-(g)).
From the above, it was confirmed that when a mixed solvent of cyclooctane and decahydronaphthalene is used, a fine surface pattern of the substrate to be processed can be satisfactorily embedded using silane polymers having a wide range of molecular sizes.

Claims (7)

(A)炭素原子数8のシクロアルカンであって、且つ、沸点が160℃未満である第1の溶媒と、炭素原子数10のビシクロアルカンであって、且つ、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を、被処理基板に塗布して塗布膜を形成する工程、及び
(B)前記塗布膜を加熱する工程
を含み、
前記混合溶媒においては、前記第1の溶媒の体積を1としたとき、前記第2の溶媒の体積が2以下である、
被処理基板にシリコン膜を形成する方法。
(A)a cycloalkane having 8 carbon atoms, anda first solvent having a boiling point of less than 160°C;, a bicycloalkane having 10 carbon atoms, andA second solvent having a boiling point of 160° C. or higherWhenin a mixed solvent containing, Sia step of applying a solution in which a run polymer is dissolved to a substrate to be processed to form a coating film;
(B)SaidProcess of heating the coating film
includesfruit,
In the mixed solvent, when the volume of the first solvent is 1, the volume of the second solvent is 2 or less,
A method of forming a silicon film on a substrate to be processed.
前記 第2の溶媒の沸点が、前記第1の溶媒の沸点よりも20℃以上高い、請求項1に記載の方法。 Said The boiling point of the second solvent isSaid20 ° C. or more higher than the boiling point of the first solvent, claimto 1described method. 前記 第1の溶媒が、シクロオクタンである、請求項1又は2に記載の方法。 Said Claim 1, wherein the first solvent is cyclooctane.or 2The method described in . 前記 第2の溶媒が、デカヒドロナフタレンである、請求項1~の何れか1項に記載の方法。 Said Claims 1-, wherein the second solvent is decahydronaphthalene3The method according to any one of . 前記 シランポリマーの重量平均分子量(Mw)が、1,000~500,000である、請求項1~の何れか1項に記載の方法。 Said Claim 1-4The method according to any one of . 前記 シランポリマーの重量平均分子量(Mw)が、10,000以上である、請求項1~の何れか1項に記載の方法。 Said Claims 1 to 1, wherein the weight average molecular weight (Mw) of the silane polymer is 10,000 or more5The method according to any one of . 前記 工程(A)と前記工程(B)を2回以上繰り返す、請求項1~の何れか1項に記載の方法。 Said Step (A) andSaidClaims 1-, wherein step (B) is repeated two or more times6The method according to any one of .
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