JP7378293B2 - Surface treatment agent, surface treatment method, and region-selective film formation method on substrate surface - Google Patents
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Description
本発明は、表面処理剤、表面処理方法、及び基板表面の領域選択的製膜方法に関する。 The present invention relates to a surface treatment agent, a surface treatment method, and a region-selective film forming method on a substrate surface.
近年、半導体デバイスの高集積化、微小化の傾向が高まり、マスクとなる有機パターンやエッチング処理により作製された無機パターンの微細化が進んでおり、原子層レベルの膜厚制御が求められている。
基板上に原子層レベルで薄膜を形成する方法として原子層成長法(ALD (Atomic Layer Deposition)法;以下、単に「ALD法」ともいう。)が知られている。ALD法は、一般的なCVD(Chemical Vapor Deposition)法と比較して高い段差被覆性(ステップカバレッジ)と膜厚制御性を併せ持つことが知られている。
In recent years, there has been an increasing trend toward higher integration and miniaturization of semiconductor devices, and organic patterns that serve as masks and inorganic patterns created by etching are becoming increasingly finer, creating a need for film thickness control at the atomic layer level. .
Atomic layer deposition (ALD) (hereinafter also simply referred to as "ALD") is known as a method for forming a thin film on a substrate at the atomic layer level. It is known that the ALD method has both higher step coverage and film thickness controllability than the general CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
ALD法は、形成しようとする膜を構成する元素を主成分とする2種類のガスを基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成することを複数回繰り返して所望の厚さの膜を形成する薄膜形成技術である。
ALD法では、原料ガスを供給している間に1層あるいは数層の原料ガスの成分だけが基板表面に吸着され、余分な原料ガスは成長に寄与しない、成長の自己制御機能(セルフリミット機能)を利用する。
例えば、基板上にA12O3膜を形成する場合、TMA(TriMethy1 A1uminum)からなる原料ガスとOを含む酸化ガスが用いられる。また、基板上に窒化膜を形成する場合、酸化ガスの代わりに窒化ガスが用いられる。
In the ALD method, two types of gases whose main components are the elements constituting the film to be formed are alternately supplied onto the substrate, and a thin film is formed on the substrate in atomic layer units, which is repeated multiple times to form the desired film. This is a thin film formation technology that forms thick films.
In the ALD method, only one or several layers of raw material gas components are adsorbed onto the substrate surface while the raw material gas is being supplied, and the excess raw material gas does not contribute to growth. ).
For example, when forming an A1 2 O 3 film on a substrate, a source gas made of TMA (TriMethy1 Aluminum) and an oxidizing gas containing O are used. Furthermore, when forming a nitride film on a substrate, nitriding gas is used instead of oxidizing gas.
近年、ALD法を利用して基板表面に領域選択的に製膜する方法が試みられてきている(非特許文献1及び2参照)。
これに伴い、ALD法による基板上の領域選択的な製膜方法に好適に適用し得るように基板表面が領域選択的に改質された基板が求められてきている。
製膜方法において、ALD法を利用することにより、パターニングの原子層レベルの膜厚制御、ステップカバレッジ及び微細化が期待される。
In recent years, attempts have been made to form a film selectively on a substrate surface using the ALD method (see Non-Patent Documents 1 and 2).
Along with this, there has been a demand for a substrate whose surface has been modified in a region-selective manner so that it can be suitably applied to a region-selective film formation method on a substrate using the ALD method.
As a film forming method, by using the ALD method, it is expected that film thickness control at the atomic layer level, step coverage, and miniaturization of patterning can be achieved.
ALD法では、高温条件での処理工程や化学薬液処理工程が含まれる場合が多く、用いる材料には耐熱性や化学薬品耐性が求められる。また、製膜材料が親水性の場合、用いる材料には撥水性が求められる。
また、非特許文献1及び2に記載されているようにALD法を利用して基板表面に領域選択的に製膜する方法において、少なくとも1つの領域が金属を含む場合、用いる材料は金属腐食性が低いことが望ましい。
ALD methods often include treatment steps under high-temperature conditions and chemical treatment steps, and the materials used are required to have heat resistance and chemical resistance. Furthermore, when the film-forming material is hydrophilic, the material used is required to have water repellency.
In addition, in the method of region-selectively forming a film on the substrate surface using the ALD method as described in Non-Patent Documents 1 and 2, if at least one region contains metal, the material used is metal-corrosive. It is desirable that the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、2以上の領域を含む表面であって、2以上の前記領域のうちの隣接する領域に関して、互いに材質が異なる表面を処理する方法において、耐熱性、化学薬品耐性、撥水性、金属腐食性等の特性が良好な表面処理剤、該表面処理剤を用いた表面処理方法、及び該表面処理方法を適用した基板表面の領域選択的製膜方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for treating a surface including two or more regions in which adjacent regions of the two or more regions have different materials from each other. A surface treatment agent with good properties such as heat resistance, chemical resistance, water repellency, and metal corrosion resistance, a surface treatment method using the surface treatment agent, and region-selective film formation on a substrate surface using the surface treatment method The task is to provide a method.
上記の課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration.
本発明の第1の態様は、少なくとも1つの領域は金属表面を含有する2以上の領域を含む表面であって、2以上の前記領域のうちの近接する領域に関して、互いに材質が異なる表面を処理するために用いられる表面処理剤であって、下記一般式(P-1)で表される化合物(P)を含有する表面処理剤である。 A first aspect of the present invention is a surface including two or more regions in which at least one region contains a metal surface, and the surfaces of adjacent regions of the two or more regions are treated with different materials. This is a surface treatment agent used for the purpose of the present invention, which contains a compound (P) represented by the following general formula (P-1).
本発明の第2の態様は、基板の表面に対する表面処理方法であって、前記表面を、前記第1の態様に係る表面処理剤に曝露することを含み、前記表面が、2以上の領域を含み、2以上の前記領域のうち少なくとも1つの領域は金属表面を含有し、2以上の前記領域のうちの近接する領域に関して、互いに材質が異なり、前記化合物(P)と2以上の前記領域との反応によって、2以上の前記領域のうちの近接する領域に関して、接触角を互いに異ならせる、表面処理方法である。 A second aspect of the present invention is a surface treatment method for a surface of a substrate, the method comprising exposing the surface to the surface treatment agent according to the first aspect, wherein the surface has two or more regions. at least one region of the two or more regions contains a metal surface, adjacent regions of the two or more regions have different materials, and the compound (P) and the two or more regions This is a surface treatment method in which the contact angles of adjacent regions of the two or more regions are made to differ from each other by the reaction of
本発明の第3の態様は、前記第2の態様に係る表面処理方法により前記基板の前記表面を処理することと、表面処理された前記基板の表面に、原子層成長法により膜を形成することとを含み、前記膜の材料の堆積量を領域選択的に異ならせる、前記基板表面の領域選択的製膜方法である。 A third aspect of the present invention includes treating the surface of the substrate by the surface treatment method according to the second aspect, and forming a film on the surface of the surface-treated substrate by atomic layer growth. A method for selectively forming a film on the surface of the substrate, the method comprising: selectively varying the amount of deposited material of the film on the surface of the substrate.
本発明によれば、2以上の領域を含む表面であって、2以上の前記領域のうちの隣接する領域に関して、互いに材質が異なる表面を処理する方法において、耐熱性、化学薬品耐性、撥水性、金属腐食性等の特性が良好な表面処理剤、該表面処理剤を用いた表面処理方法、及び該表面処理方法を適用した基板表面の領域選択的製膜方法を提供することができる。 According to the present invention, in a method of treating a surface including two or more regions in which adjacent regions of the two or more regions are made of different materials, heat resistance, chemical resistance, and water repellency are provided. It is possible to provide a surface treatment agent having good properties such as metal corrosivity, a surface treatment method using the surface treatment agent, and a region-selective film forming method on a substrate surface using the surface treatment method.
<第1の態様:表面処理剤>
本発明の第1の態様に係る表面処理剤は、少なくとも1つの領域は金属表面を含有する2以上の領域を含む表面であって、2以上の前記領域のうちの近接する領域に関して、互いに材質が異なる表面(以下、単に「被処理表面」という場合がある)を処理するために用いられる表面処理剤である。
<First aspect: Surface treatment agent>
The surface treatment agent according to the first aspect of the present invention has a surface including two or more regions in which at least one region contains a metal surface, and the two or more regions that are adjacent to each other have different materials. This is a surface treatment agent used to treat surfaces with different surfaces (hereinafter sometimes simply referred to as "surface to be treated").
本実施形態の表面処理剤を適用する被処理表面は、少なくとも1つの領域は金属表面を含有する2以上の領域を含み、2以上の前記領域のうちの近接する領域に関して、互いに材質が異なる。 The surface to be treated to which the surface treatment agent of the present embodiment is applied includes two or more regions in which at least one region contains a metal surface, and adjacent regions of the two or more regions have different materials.
本実施形態において、被処理表面が2つの領域を含む場合、該被処理表面は、金属表面を含有する第1の領域と、第1の領域とは材質が異なり、第1の領域に隣接する第2の領域とを含む。かかる場合、「近接する領域」とは、第1の領域及び第2の領域となる。
ここで、第1の領域及び第2の領域は、それぞれ複数の領域に分割されていてもされていなくてもよい。
In the present embodiment, when the surface to be treated includes two regions, the surface to be treated includes a first region containing a metal surface and a material different from the first region and adjacent to the first region. and a second area. In such a case, the "adjacent areas" are the first area and the second area.
Here, the first region and the second region each may or may not be divided into a plurality of regions.
本実施形態において、被処理表面が3つ以上の領域を含む場合、該被処理表面は、金属表面を含有する第1の領域と、第1の領域とは材質が異なり、第1の領域に隣接する第2の領域と、第2の領域とは材質が異なり、第2の領域に隣接する第3の領域とを含む。かかる場合、「近接する領域」とは、第1の領域及び第2の領域(すなわち隣接する領域)であってもよいし、第1の領域及び第3の領域(すなわち先隣の領域)であってもよい。
なお、第1の領域と第3の領域とで材質が相違しない場合(すなわち、第1の領域及び第3の領域がいずれも金属表面を含有する場合)、「近接する領域」は、第1の領域及び第2の領域、又は第2の領域及び第3の領域(すなわち隣接する領域)となる。
ここで、第1の領域、第2の領域及び第3の領域は、それぞれ複数の領域に分割されていてもされていなくてもよい。
本実施形態において、被処理表面が第4以上の領域を含む場合についても同様の考え方が適用し得る。
材質が相違する領域数の上限値としては本発明の効果が損なわれない限り特に制限はないが、例えば、7以下又は6以下であり、典型的には5以下である。
In this embodiment, when the surface to be treated includes three or more regions, the surface to be treated includes a first region containing a metal surface and a material that is different from the first region, and the first region contains a metal surface. The second region is adjacent to the second region, and the second region is made of different materials, and includes a third region adjacent to the second region. In such a case, the "adjacent areas" may be the first area and the second area (i.e., adjacent areas), or the first area and the third area (i.e., the next adjacent area). There may be.
Note that if the materials of the first region and the third region are not different (that is, if the first region and the third region both contain metal surfaces), the "adjacent region" is the first region. and the second region, or the second region and the third region (that is, adjacent regions).
Here, each of the first region, second region, and third region may or may not be divided into a plurality of regions.
In this embodiment, the same concept can be applied to the case where the surface to be treated includes a fourth or more region.
The upper limit of the number of regions with different materials is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, but is, for example, 7 or less, or 6 or less, and typically 5 or less.
本実施形態において、被処理表面に含まれる金属表面は特に限定されないが、銅及び/又はコバルトを含有する金属表面であることが好ましい。 In this embodiment, the metal surface included in the surface to be treated is not particularly limited, but it is preferably a metal surface containing copper and/or cobalt.
本実施形態の表面処理剤は、下記一般式(P-1)で表される化合物(P)を含有する。 The surface treatment agent of this embodiment contains a compound (P) represented by the following general formula (P-1).
・化合物(P)
化合物(P)は、前記一般式(P-1)で表されるホスホン酸又はその誘導体である。
前記一般式(P-1)において、R1における直鎖又は分岐鎖状のフッ素化アルキル基は、直鎖又は分岐鎖状のアルキル基の水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換された基である。
前記直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基の炭素数は、5~45であることが好ましく、6~40がより好ましく、7~35が更に好ましく、8~30が特に好ましい。
直鎖状のアルキル基としては、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、イソヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基、上記アルキル基の各異性体等が挙げられる。
・Compound (P)
Compound (P) is a phosphonic acid represented by the general formula (P-1) or a derivative thereof.
In the general formula (P-1), the straight chain or branched fluorinated alkyl group in R 1 is a straight chain or branched alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms. It is the basis.
The linear or branched alkyl group preferably has 5 to 45 carbon atoms, more preferably 6 to 40 carbon atoms, even more preferably 7 to 35 carbon atoms, and particularly preferably 8 to 30 carbon atoms.
Straight chain alkyl groups include pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, isotridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, isohexa Examples include decyl group, heptadecyl group, octadecyl group, nonadecyl group, icosyl group, henicosyl group, docosyl group, and isomers of the above alkyl groups.
なかでも、R1としては、一般式:R11-R12-*(式中、R11はフッ素化アルキル基であり、R12はアルキレン基であり、*はリン原子(P)との結合手を示す。)で表される基が好ましい。
R11としては、前記R1における直鎖又は分岐鎖状のフッ素化アルキル基と同様のものが挙げられる。なかでも、R11としては、炭素数1~40の直鎖または分岐鎖状のフッ素化アルキル基が好ましく、炭素数3~20の直鎖または分岐鎖状のフッ素化アルキル基がより好ましく、炭素数6~20の直鎖または分岐鎖状のパーフルオロアルキル基が更にに好ましい。
R12におけるアルキレン基の炭素数は、1~15が好ましく、1~10がより好ましく、1~5が更に好ましい。
Among them, R 1 has the general formula: R 11 -R 12 - * (wherein R 11 is a fluorinated alkyl group, R 12 is an alkylene group, and * is a bond with a phosphorus atom (P) A group represented by (indicates a hand) is preferable.
Examples of R 11 include the same linear or branched fluorinated alkyl groups as R 1 above. Among these, R 11 is preferably a straight chain or branched fluorinated alkyl group having 1 to 40 carbon atoms, more preferably a straight chain or branched fluorinated alkyl group having 3 to 20 carbon atoms. Even more preferred are straight-chain or branched perfluoroalkyl groups having a number of 6 to 20.
The alkylene group in R 12 preferably has 1 to 15 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms, and still more preferably 1 to 5 carbon atoms.
前記一般式(P-1)中、R2及びR3における直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基は、前記R1における直鎖又は分岐鎖状のフッ素化アルキル基を構成する直鎖又は分岐鎖状のアルキル基と同様のものが挙げられる。
R2及びR3における直鎖若しくは分岐鎖状のフッ素化アルキル基は、前記R1における直鎖又は分岐鎖状のフッ素化アルキル基と同様である。
R2及びR3における置換基を有してもよい芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、p-メチルフェニル基、p-tert-ブチルフェニル基、p-アダマンチルフェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、メシチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、2,6-ジエチルフェニル基、2-メチル-6-エチルフェニル基等が挙げられる。
なかでも、R2及びR3としては、水素原子が好ましい。
In the general formula (P-1), the linear or branched alkyl group in R 2 and R 3 is the linear or branched alkyl group constituting the linear or branched fluorinated alkyl group in R 1 . Examples include those similar to chain alkyl groups.
The linear or branched fluorinated alkyl group in R 2 and R 3 is the same as the linear or branched fluorinated alkyl group in R 1 above.
Examples of the aromatic hydrocarbon group which may have a substituent in R 2 and R 3 include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a p-methylphenyl group, a p-tert-butylphenyl group, and a p-adamantylphenyl group. , tolyl group, xylyl group, cumenyl group, mesityl group, biphenyl group, phenanthryl group, 2,6-diethylphenyl group, 2-methyl-6-ethylphenyl group, and the like.
Among these, hydrogen atoms are preferred as R 2 and R 3 .
本実施形態において、化合物(P)は1種単独で用いてもよく、2種以上のを用いてもよい。
本実施形態に係る表面処理剤において、化合物(P)の含有量は、表面処理剤の全質量に対し、0.0001~5質量%が好ましく、0.001~4質量%がより好ましく、0.005~3質量%が更に好ましく、0.008~3質量%が更に好ましい。
化合物(P)の含有量が上記の好ましい範囲内であることにより、2以上の領域を含む表面であって、2以上の前記領域のうちの隣接する領域に関して、互いに材質が異なる表面を処理する方法において、少なくとも1つの領域が金属表面を含有する場合に、化合物(P)が金属表面を含有する領域に吸着しやすくなり、金属表面を含有する領域に対する表面処理剤の選択性を向上しやすい。また、2以上の領域を含む表面であって、2以上の前記領域のうちの隣接する領域に関して、互いに材質が異なる表面を処理する方法において要求される種々の特性(耐熱性、化学薬品耐性、撥水性、金属腐食性、表面自由エネルギー等)が良好になりやすい。
In this embodiment, one type of compound (P) may be used alone, or two or more types may be used.
In the surface treatment agent according to the present embodiment, the content of compound (P) is preferably 0.0001 to 5% by mass, more preferably 0.001 to 4% by mass, and 0.0001 to 5% by mass, more preferably 0.001 to 4% by mass, based on the total mass of the surface treatment agent. The amount is more preferably .005 to 3% by weight, and even more preferably 0.008 to 3% by weight.
By setting the content of the compound (P) within the above-mentioned preferred range, a surface including two or more regions, in which adjacent regions of the two or more regions have different materials, is treated. In the method, when at least one region contains a metal surface, the compound (P) is likely to be adsorbed to the region containing the metal surface, and the selectivity of the surface treatment agent to the region containing the metal surface is likely to be improved. . In addition, various properties (heat resistance, chemical resistance, Water repellency, metal corrosion resistance, surface free energy, etc.) tend to be good.
・水
本実施形態にかかる表面処理剤は、撥水性をより向上させるために、水を含んでもよい。水は、不可避的に混入する微量成分を含んでいてもよい。本実施形態の表面処理剤に用いられる水は、蒸留水、イオン交換水、及び超純水などの浄化処理を施された水が好ましく、半導体製造に一般的に使用される超純水を用いることがより好ましい。
本実施形態に係る表面処理剤において、水の含有量は、1~25質量%が好ましく、3~20質量%がより好ましく、5~15質量%が更に好ましい。
水の含有量が上記の好ましい範囲内であることにより、2以上の領域を含む表面であって、2以上の前記領域のうちの隣接する領域に関して、互いに材質が異なる表面を処理する方法において、少なくとも1つの領域が金属表面を含有する場合に、化合物(P)が金属表面を含有する領域に吸着しやすくなり、金属表面を含有する領域に対する表面処理剤の選択性を向上しやすい。また、表面処理剤の撥水性がより向上しやすい。
- Water The surface treatment agent according to the present embodiment may contain water in order to further improve water repellency. The water may contain unavoidably mixed trace components. The water used in the surface treatment agent of this embodiment is preferably purified water such as distilled water, ion-exchanged water, or ultrapure water, and ultrapure water commonly used in semiconductor manufacturing is used. It is more preferable.
In the surface treatment agent according to the present embodiment, the water content is preferably 1 to 25% by mass, more preferably 3 to 20% by mass, and even more preferably 5 to 15% by mass.
In a method for treating a surface including two or more regions in which adjacent regions of the two or more regions have different materials, the water content is within the above-mentioned preferred range, When at least one region contains a metal surface, the compound (P) is likely to be adsorbed to the region containing the metal surface, and the selectivity of the surface treatment agent to the region containing the metal surface is likely to be improved. Moreover, the water repellency of the surface treatment agent is more likely to be improved.
・溶剤
本実施形態に表面処理剤は、各成分を溶剤に溶解することが好ましい。表面処理剤が溶剤を含有することにより、浸漬法、スピンコート法等による基板の表面処理が容易になりやすい。
-Solvent In the surface treatment agent of this embodiment, each component is preferably dissolved in a solvent. When the surface treatment agent contains a solvent, surface treatment of the substrate by a dipping method, a spin coating method, or the like tends to be easy.
溶剤の具体例としては、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ビス(2-ヒドロキシエチル)スルホン、テトラメチレンスルホン等のスルホン類;N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミド等のアミド類;N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N-プロピル-2-ピロリドン、N-ヒドロキシメチル-2-ピロリドン、N-ヒドロキシエチル-2-ピロリドン等のラクタム類;1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、1,3-ジエチル-2-イミダゾリジノン、1,3-ジイソプロピル-2-イミダゾリジノン等のイミダゾリジノン類;ジメチルグリコール、ジメチルジグリコール、ジメチルトリグリコール、メチルエチルジグリコール、ジエチルグリコール、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル等のジアルキルグリコールエーテル類;メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、sec-ブタノール、tert-ブタノール、n-ぺンタノール、イソペンタノール、2-メチルブタノール、sec-ぺンタノール、tert-ぺンタノール、3-メトキシブタノール、3-メチル-3-メトキシブタノール、n-ヘキサノール、2-メチルペンタノール、sec-ヘキサノール、2-エチルブタノール、sec-へプタノール、3-へプタノール、n-オクタノール、2-エチルヘキサノール、sec-オクタノール、n-ノニルアルコール、2,6-ジメチル-4-へプタノール、n-デカノールsec-ヴンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec-テトラデシルアルコール、sec-へプタデシルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、フェニルメチルカルビノール、ジアセトンアルコール、クレゾール等のモノアルコール系溶媒;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、エチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジイソアミルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン等の他のエーテル類;メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2-へプタノン、3-へプタノン等のケトン類;2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル等の乳酸アルキルエステル類;2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシ-1-ブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルプロピオネート、酢酸エチル、酢酸n-プロピル、酢酸i-プロピル、酢酸n-ブチル、酢酸i-ブチル、酢酸n-ペンチル、酢酸n-ヘキシル、酢酸n-へプチル、酢酸n-オクチル、ギ酸n-ぺンチル、酢酸i-ペンチル、プロピオン酸n-ブチル、酪酸エチル、酪酸n-プロピル、酪酸i-プロピル、酪酸n-ブチル、n-オクタン酸メチル、デカン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸n-プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2-オキソブタン酸エチル、アジピン酸ジメチル、プロピレングリコールジアセテート等の他のエステル類;プロピロラクトン、γ-ブチロラクトン、6-ペンチロラクトン等のラクトン類;n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン、n-ノナン、メチルオクタン、n-デカン、n-ヴンデカン、n-ドデカン、2,2,4,6,6-ぺンタメチルヘプタン、2,2,4,4,6,8,8-ヘプタメチルノナン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の直鎖状、分岐鎖状、又は環状の脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、1,3,5-トリメチルベンゼン、ナフタレン等の芳香族炭化水素類;p-メンタン、ジフェニルメンタン、リモネン、テルピネン、ボルナン、ノルボルナン、ピナン等のテルペン類;等が挙げられる。 Specific examples of solvents include sulfoxides such as dimethylsulfoxide; sulfones such as dimethylsulfone, diethylsulfone, bis(2-hydroxyethyl)sulfone, and tetramethylenesulfone; N,N-dimethylformamide, N-methylformamide, and , N-dimethylacetamide, N-methylacetamide, N,N-diethylacetamide and other amides; N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, N-propyl-2-pyrrolidone, N-hydroxymethyl Lactams such as -2-pyrrolidone and N-hydroxyethyl-2-pyrrolidone; 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1,3-diethyl-2-imidazolidinone, 1,3-diisopropyl-2- Imidazolidinones such as imidazolidinone; dialkyl glycol ethers such as dimethyl glycol, dimethyl diglycol, dimethyl triglycol, methyl ethyl diglycol, diethyl glycol, triethylene glycol butyl methyl ether; methanol, ethanol, n-propanol, Isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol, tert-butanol, n-pentanol, isopentanol, 2-methylbutanol, sec-pentanol, tert-pentanol, 3-methoxybutanol, 3-methyl- 3-methoxybutanol, n-hexanol, 2-methylpentanol, sec-hexanol, 2-ethylbutanol, sec-heptanol, 3-heptanol, n-octanol, 2-ethylhexanol, sec-octanol, n-nonyl Alcohol, 2,6-dimethyl-4-heptanol, n-decanol sec-vundecyl alcohol, trimethylnonyl alcohol, sec-tetradecyl alcohol, sec-heptadecyl alcohol, phenol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, 3, Monoalcoholic solvents such as 3,5-trimethylcyclohexanol, benzyl alcohol, phenylmethylcarbinol, diacetone alcohol, and cresol; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-propyl ether, ethylene glycol Mono-n-butyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n-propyl ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol Monoethyl ether, propylene glycol mono-n-propyl ether, propylene glycol mono-n-butyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol mono-n-propyl ether, dipropylene glycol mono-n - (Poly)alkylene glycol monoalkyl ethers such as butyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monoethyl ether; ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate , diethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, and other (poly)alkylene glycol monoalkyl ether acetates; dimethyl ether, diethyl ether, methyl ethyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether , diisoamyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetrahydrofuran and other ethers; methyl ethyl ketone, cyclohexanone, 2-heptanone, 3-heptanone and other ketones; 2- Lactic acid alkyl esters such as methyl hydroxypropionate and ethyl 2-hydroxypropionate; ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, Ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl ethoxyacetate, ethyl hydroxyacetate, methyl 2-hydroxy-3-methylbutanoate, 3-methoxybutyl acetate, 3-methyl-3-methoxy-1-butyl acetate, 3-methyl-3- Methoxybutyl propionate, ethyl acetate, n-propyl acetate, i-propyl acetate, n-butyl acetate, i-butyl acetate, n-pentyl acetate, n-hexyl acetate, n-heptyl acetate, n-octyl acetate, n-pentyl formate, i-pentyl acetate, n-butyl propionate, ethyl butyrate, n-propyl butyrate, i-propyl butyrate, n-butyl butyrate, methyl n-octoate, methyl decanoate, methyl pyruvate, pyruvin Other esters such as ethyl acid, n-propyl pyruvate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, ethyl 2-oxobutanoate, dimethyl adipate, propylene glycol diacetate; propyrolactone, γ-butyrolactone, 6-pentylolactone Lactones such as lactone; n-hexane, n-heptane, n-octane, n-nonane, methyloctane, n-decane, n-vundecane, n-dodecane, 2,2,4,6,6-pentamethyl Linear, branched, or cyclic aliphatic hydrocarbons such as heptane, 2,2,4,4,6,8,8-heptamethylnonane, cyclohexane, methylcyclohexane; benzene, toluene, xylene, 1 , 3,5-trimethylbenzene, naphthalene, and other aromatic hydrocarbons; p-menthane, diphenylmenthane, limonene, terpinene, bornane, norbornane, pinane, and other terpenes; and the like.
なかでも、溶剤としては、3-メチル-3-メトキシ-1-ブチルアセテート、酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、イソプロパノール又はメチルエチルケトンが好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルがより好ましい。 Among these, 3-methyl-3-methoxy-1-butyl acetate, ethyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, isopropanol or methyl ethyl ketone are preferable, and propylene glycol monomethyl ether is more preferable. preferable.
本実施形態にかかる表面処理剤は、銅基板を、25℃、1分間浸漬した後の前記銅基板の表面の表面自由エネルギー(以下、単に「SFE」という場合がある。)が40mJ/m2以下となることが好ましく、30mJ/m2以下となることがより好ましく、20mJ/m2以下となることが更に好ましい。
前記SFEが上記の好ましい範囲内であることにより、2以上の領域を含む表面であって、2以上の前記領域のうちの隣接する領域に関して、互いに材質が異なる表面を処理する方法において、少なくとも1つの領域が金属表面を含有する場合に、化合物(P)が金属表面を含有する領域に吸着しやすくなり、金属表面を含有する領域に対する表面処理剤の選択性を向上しやすい。
なお、基板表面の表面自由エネルギー(SFE)は、実施例項に記載されている手順に従い、Owens-Wendt法にて測定することができる。
The surface treatment agent according to the present embodiment has a surface free energy (hereinafter sometimes simply referred to as "SFE") of the copper substrate after the copper substrate is immersed at 25° C. for 1 minute of 40 mJ/m 2 It is preferably at most 30 mJ/m 2 , more preferably at most 20 mJ/m 2 , even more preferably at most 20 mJ/m 2 .
In a method for treating a surface including two or more regions, in which adjacent regions of the two or more regions have different materials, at least one When one region contains a metal surface, the compound (P) is likely to be adsorbed to the region containing the metal surface, and the selectivity of the surface treatment agent to the region containing the metal surface is likely to be improved.
Note that the surface free energy (SFE) of the substrate surface can be measured by the Owens-Wendt method according to the procedure described in the Examples section.
本実施形態にかかる表面処理剤は、コバルト基板を、25℃、1分間浸漬し、次いで窒素雰囲気下300℃でベークした後の前記コバルト基板の表面の接触角(以下、「CAbake」という場合がある。)が75°以上となることが好ましく、80°以上となることがより好ましく、85°以上となることが更に好ましい。
前記CAbakeが上記の好ましい範囲内であることにより、2以上の領域を含む表面であって、2以上の前記領域のうちの隣接する領域に関して、互いに材質が異なる表面を処理する方法において、高温条件下でも安定的に製膜しやすくなる。
The surface treatment agent according to the present embodiment has a contact angle (hereinafter referred to as "CA bake ") of the surface of the cobalt substrate after the cobalt substrate is immersed at 25° C. for 1 minute and then baked at 300° C. in a nitrogen atmosphere. ) is preferably 75° or more, more preferably 80° or more, and even more preferably 85° or more.
By setting the CA bake within the above-mentioned preferable range, in a method for treating a surface including two or more regions in which adjacent regions of the two or more regions are made of different materials, the high temperature It becomes easier to form a film stably even under various conditions.
本実施形態にかかる表面処理剤は、銅基板を、60°、18時間浸漬した後の前記銅基板の接触角(CAw/o)と、銅基板を、60°、18時間浸漬し、次いで1.0%塩酸に25℃、1分浸漬した後の前記銅基板の接触角(CAw)との差(以下、「CAchem」という場合がある。)が、±40°以内であることが好ましく、±35°以内であることがより好ましく、±30°以内であることが更に好ましい。
前記CAchemが上記の好ましい範囲内であることにより、2以上の領域を含む表面であって、2以上の前記領域のうちの隣接する領域に関して、互いに材質が異なる表面を処理する方法において、化学薬品耐性が良好となりやすく、安定的に製膜しやすくなる。
The surface treatment agent according to the present embodiment has a contact angle (CA w/o ) of the copper substrate after the copper substrate is immersed at 60° for 18 hours, and a contact angle (CA w/o ) of the copper substrate after the copper substrate is immersed at 60° for 18 hours, and then The difference from the contact angle (CA w ) of the copper substrate after immersion in 1.0% hydrochloric acid at 25°C for 1 minute (hereinafter sometimes referred to as "CA chem ") is within ±40°. is preferable, more preferably within ±35°, and still more preferably within ±30°.
By setting the CA chem within the above-mentioned preferable range, in a method for treating a surface including two or more regions in which adjacent regions of the two or more regions have different materials, the chemical Chemical resistance tends to be good, making it easier to form a film stably.
本実施形態の表面処理剤は、一般式(P-1)で表される化合物(P)を含有する。化合物(P)は、ホスホン酸又はその誘導体であり、かつ、少なくともR1として直鎖状又は分岐鎖状のフッ素化アルキル基を有する。直鎖状又は分岐鎖状のフッ素化アルキル基は、アルキル鎖(C-H結合)よりも結合エネルギーの高いC-F結合を有する。また、直鎖状又は分岐鎖状のフッ素化アルキル基が複数のフッ素原子を含む場合、フッ素間の反発によりアルキル鎖よりも剛直な骨格となる。上記の構成が相まって、本実施形態の表面処理剤は、2以上の領域を含む表面であって、2以上の前記領域のうちの隣接する領域に関して、互いに材質が異なる表面を処理する方法において、耐熱性、化学薬品耐性、撥水性、金属腐食性等の特性が良好となると推測される。
また、本実施形態にかかる表面処理剤は、特に金属表面を含む領域に対する選択性が高いので、特に、ALD法を用いた基板表面の領域選択的な製膜に好適に適用できる。
The surface treatment agent of this embodiment contains a compound (P) represented by general formula (P-1). Compound (P) is a phosphonic acid or a derivative thereof, and has a linear or branched fluorinated alkyl group as at least R 1 . A linear or branched fluorinated alkyl group has a C--F bond that has a higher bond energy than an alkyl chain (C--H bond). Furthermore, when a linear or branched fluorinated alkyl group contains a plurality of fluorine atoms, it becomes a skeleton that is more rigid than an alkyl chain due to repulsion between fluorine atoms. In combination with the above configuration, the surface treatment agent of the present embodiment is used in a method of treating a surface including two or more regions, in which adjacent regions of the two or more regions have different materials from each other. It is assumed that properties such as heat resistance, chemical resistance, water repellency, and metal corrosion resistance will be improved.
In addition, the surface treatment agent according to the present embodiment has high selectivity particularly to a region including a metal surface, and therefore can be particularly suitably applied to region-selective film formation on a substrate surface using an ALD method.
本発明の第2の態様にかかる表面処理方法は、基板の表面に対する表面処理方法であって、前記表面を、第1の態様にかかる表面処理剤に曝露することを含む。
本実施形態にかかる表面処理方法において、前記表面は、2以上の領域を含み、2以上の前記領域のうち少なくとも1つの領域は金属表面を含有し、2以上の前記領域のうちの近接する領域に関して、互いに材質が異なり、前記化合物(P)と2以上の前記領域との反応によって、2以上の前記領域のうちの近接する領域に関して、接触角を互いに異ならせる。
A surface treatment method according to a second aspect of the present invention is a method for treating a surface of a substrate, and includes exposing the surface to the surface treatment agent according to the first aspect.
In the surface treatment method according to the present embodiment, the surface includes two or more regions, at least one region of the two or more regions contains a metal surface, and adjacent regions of the two or more regions The materials are different from each other, and due to the reaction between the compound (P) and the two or more regions, the contact angles of adjacent regions of the two or more regions are made to differ from each other.
本実施形態において、表面処理の対象となる「基板」としては、半導体デバイス作製のために使用される基板が例示され、例えば、ケイ素(Si)基板、窒化ケイ素(SiN)基板、シリコン酸化膜(Ox)基板、タングステン(W)基板、コバルト(Co)基板、窒化チタン(TiN)基板、窒化タンタル(TaN)基板、ゲルマニウム(Ge)基板、シリコンゲルマニウム(SiGe)基板、アルミニウム(Al)基板、ニッケル(Ni)基板、ルテニウム(Ru)基板、銅(Cu)基板等が挙げられる。
「基板の表面」とは、基板自体の表面のほか、基板上に設けられた無機パターン及び有機パターンの表面、並びにパターン化されていない無機層又は有機層の表面が挙げられる。
In this embodiment, the "substrate" to be subjected to surface treatment is exemplified by a substrate used for manufacturing a semiconductor device, such as a silicon (Si) substrate, a silicon nitride (SiN) substrate, a silicon oxide film ( Ox) substrate, tungsten (W) substrate, cobalt (Co) substrate, titanium nitride (TiN) substrate, tantalum nitride (TaN) substrate, germanium (Ge) substrate, silicon germanium (SiGe) substrate, aluminum (Al) substrate, nickel (Ni) substrate, ruthenium (Ru) substrate, copper (Cu) substrate, etc.
The "surface of the substrate" includes the surface of the substrate itself, the surface of an inorganic pattern and an organic pattern provided on the substrate, and the surface of an unpatterned inorganic layer or organic layer.
基板上に設けられた無機パターンとしては、フォトレジスト法により基板に存在する無機層の表面にエッチング、マスクを作製し、その後、エッチング処理することにより形成されたパターンが例示される。無機層としては、基板自体の他、基板を構成する元素の酸化膜、基板の表面に形成したSiN、Ox、W、Co、TiN、TaN、Ge、SiGe、Al、Al2O3、Ni、Ru、Cu等の無機物の膜ないし層等が例示される。
このような膜や層としては、特に限定されないが、半導体デバイスの作製過程において形成される無機物の膜や層等が例示される。
An example of the inorganic pattern provided on the substrate is a pattern formed by etching and creating a mask on the surface of an inorganic layer existing on the substrate by a photoresist method, and then performing an etching process. Inorganic layers include, in addition to the substrate itself, oxide films of elements constituting the substrate, SiN, Ox, W, Co, TiN, TaN, Ge, SiGe, Al, Al 2 O 3 , Ni, formed on the surface of the substrate. Examples include films or layers of inorganic substances such as Ru and Cu.
Examples of such films and layers include, but are not particularly limited to, inorganic films and layers formed during the manufacturing process of semiconductor devices.
基板上に設けられた有機パターンとしては、フォトレジスト等を用いてフォトリソグラフィ一法により基板上に形成された樹脂パターン等が例示される。このような有機パターンは、例えば、基板上にフォトレジストの膜である有機層を形成し、この有機層に対してフォトマスクを通して露光し、現像することによって形成することができる。有機層としては、基板自体の表面の他、基板の表面に設けられた積層膜の表面等に設けられた有機層であってもよい。このような有機層としては、特に限定されないが、半導体デバイスの作成過程において、エッチング、マスクを形成するために設けられた有機物の膜を例示することができる。 Examples of the organic pattern provided on the substrate include a resin pattern formed on the substrate by photolithography using a photoresist or the like. Such an organic pattern can be formed, for example, by forming an organic layer, which is a photoresist film, on a substrate, exposing the organic layer to light through a photomask, and developing the organic layer. The organic layer may be an organic layer provided not only on the surface of the substrate itself but also on the surface of a laminated film provided on the surface of the substrate. Such an organic layer is not particularly limited, but can be exemplified by an organic film provided for etching and forming a mask in the process of manufacturing a semiconductor device.
(基板表面が2つの領域を含む態様)
第2の態様に係る表面処理方法は、基板表面が2以上の領域を含み、2以上の前記領域のうち少なくとも1つの領域は金属表面を含有し、上記2以上の領域のうちの近接する領域が、互いに材質が相違する。
(A mode in which the substrate surface includes two regions)
In the surface treatment method according to the second aspect, the substrate surface includes two or more regions, at least one region of the two or more regions contains a metal surface, and adjacent regions of the two or more regions However, the materials are different from each other.
上記2以上の領域間において、他方の領域よりも水の接触角が高くなる(好ましくは、表面自由エネルギーが小さくなる)傾向にある領域としては、W、Co、Al、Al2O3、Ni、Ru、Cu、TiN及びTaNよりなる群から選択される少なくとも1種を含む領域が挙げられる。
上記2以上の領域間において、他方の領域よりも水の接触角が小さくなる(好ましくは、表面自由エネルギーが高くなる)傾向にある領域としては、Si、Al2O3、SiN、Ox、TiN、TaN、Ge及びSiGeよりなる群から選択される少なくとも1種を含む領域が挙げられる。
Among the above two or more regions, the regions where the water contact angle tends to be higher (preferably, the surface free energy is smaller) than the other region include W, Co, Al, Al 2 O 3 , Ni , Ru, Cu, TiN, and TaN.
Among the above two or more regions, the regions where the water contact angle tends to be smaller (preferably, the surface free energy is higher) than the other region include Si, Al 2 O 3 , SiN, Ox, and TiN. , TaN, Ge, and SiGe.
本実施形態において、基板表面が2つの領域を含む場合、該基板表面は、金属表面を含有する第1の領域と、第1の領域とは材質が異なり、第1の領域に隣接する第2の領域とを含む。かかる場合、「近接する領域」とは、第1の領域及び第2の領域となる。
ここで、第1の領域及び第2の領域は、それぞれ複数の領域に分割されていてもされていなくてもよい。
In the present embodiment, when the substrate surface includes two regions, the substrate surface includes a first region containing a metal surface and a second region that is made of a different material from the first region and that is adjacent to the first region. including the area of In such a case, the "adjacent areas" are the first area and the second area.
Here, the first region and the second region each may or may not be divided into a plurality of regions.
第1の領域及び第2の領域の例としては、例えば、基板自体の表面を第1の領域とし、基板の表面に形成した無機層の表面を第2の領域とする態様、基板の表面に形成した第1の無機層の表面を第1の領域とし、基板の表面に形成した第2の無機層の表面を第2の領域する態様等が挙げられる。なお、これらの無機層の形成に代えて有機層を形成した態様等も同様に挙げられ得る。 Examples of the first region and the second region include a mode in which the surface of the substrate itself is the first region and a surface of an inorganic layer formed on the surface of the substrate is the second region; Examples include an embodiment in which the surface of the first inorganic layer formed is the first region, and the surface of the second inorganic layer formed on the surface of the substrate is the second region. Note that embodiments in which an organic layer is formed instead of the inorganic layer may also be mentioned.
基板自体の表面を第1の領域とし、基板の表面に形成した無機層の表面を第2の領域とする態様としては、基板表面における材質が異なる2以上の隣接する領域間において選択的に疎水性向上して水の接触角の差を向上する観点から、Si基板、SiN基板、Ox基板、TiN基板、TaN基板、Ge基板及びSiGe基板よりなる群から選択される少なくとも1種の基板の表面を第1の領域とし、上記基板の表面に形成した、W、Co、A1、Ni、Ru、Cu、TiN及びTaNよりなる群から選択される少なくとも1種を含む無機層の表面を第2の領域とする態様が好ましい。 In an embodiment in which the surface of the substrate itself is the first region and the surface of the inorganic layer formed on the surface of the substrate is the second region, selective hydrophobicity is created between two or more adjacent regions made of different materials on the substrate surface. The surface of at least one substrate selected from the group consisting of a Si substrate, a SiN substrate, an Ox substrate, a TiN substrate, a TaN substrate, a Ge substrate, and a SiGe substrate. is defined as a first region, and the surface of an inorganic layer formed on the surface of the substrate and containing at least one selected from the group consisting of W, Co, A1, Ni, Ru, Cu, TiN, and TaN is defined as a second region. A preferred embodiment is a region.
また、基板の表面に形成した第1の無機層の表面を第1の領域とし、基板の表面に形成した第2の無機層の表面を第2の領域する態様としては、基板表面における材質が異なる2以上の隣接する領域間において選択的に疎水性向上して水の接触角の差を向上する観点から、任意の基板(例えば、Si基板)の表面に形成した、SiN、Ox、TiN、TaN、Ge及びSiGeよりなる群から選択される少なくとも1種を含む第1の無機層の表面を第1の領域とし、上記基板の表面に形成した、W、Co、Al、Ni、Ru、Cu、TiN及びTaNよりなる群から選択される少なくとも1種を含む第2の無機層の表面を第2の領域とする態様が好ましい。 Further, as an embodiment in which the surface of the first inorganic layer formed on the surface of the substrate is defined as the first region, and the surface of the second inorganic layer formed on the surface of the substrate is defined as the second region, the material on the surface of the substrate is From the viewpoint of selectively improving hydrophobicity and improving the difference in water contact angle between two or more different adjacent regions, SiN, Ox, TiN, W, Co, Al, Ni, Ru, Cu formed on the surface of the substrate, with the surface of the first inorganic layer containing at least one selected from the group consisting of TaN, Ge, and SiGe as the first region. It is preferable that the surface of the second inorganic layer containing at least one selected from the group consisting of , TiN, and TaN is used as the second region.
(基板表面が3以上の領域を含む態様)
本実施形態において、基板表面が3つ以上の領域を含む場合、該基板表面は、金属表面を含有する第1の領域と、第1の領域とは材質が異なり、第1の領域に隣接する第2の領域と、第2の領域とは材質が異なり、第2の領域に隣接する第3の領域とを含む。かかる場合、「近接する領域」とは、第1の領域及び第2の領域(すなわち隣接する領域)であってもよいし、第1の領域及び第3の領域(すなわち先隣の領域)であってもよい。
なお、第1の領域と第3の領域とで材質が相違しない場合(すなわち、第1の領域及び第3の領域がいずれも金属表面を含有する場合)、「近接する領域」は、第1の領域及び第2の領域、又は第2の領域及び第3の領域(すなわち隣接する領域)となる。
ここで、第1の領域、第2の領域及び第3の領域は、それぞれ複数の領域に分割されていてもされていなくてもよい。
第1の領域、第2の領域及び第3の領域の例としては、例えば、基板自体の表面を第1の領域とし、基板の表面に形成した第1の無機層の表面を第2の領域とし、基板の表面に形成した第2の無機層の表面を第3の領域とする態様等が挙げられる。なお、これらの無機層の形成に代えて有機層を形成した態様等も同様に挙げられ得る。また第2の無機層と第3の無機層のいずれか一方のみを有機層に変えて形成したような無機層及び有機層の双方を含むような態様等も同様に挙げられ得る。
基板表面における材質が異なる2以上の隣接する領域間において選択的に疎水性向上して水の接触角の差を向上する観点から、任意の基板(例えば、Si基板)自体の表面を第1の領域とし、上記基板の表面に形成した、SiN、Ox、TiN、TaN、Ge及びSiGeよりなる群から選択される少なくとも1種を含む第1の無機層の表面を第2の領域とし、上記基板の表面に形成した、W、Co、Al、Ni、Ru、Cu、TiN及びTaNよりなる群から選択される少なくとも1種を含む第2の無機層の表面を第3の領域とする態様が好ましい。
本実施形態において、基板表面が第4以上の領域を含む場合についても同様の考え方が適用し得る。
材質が相違する領域数の上限値としては本発明の効果が損なわれない限り特に制限はないが、例えば、7以下又は6以下であり、典型的には5以下である。
(A mode in which the substrate surface includes three or more areas)
In this embodiment, when the substrate surface includes three or more regions, the substrate surface includes a first region containing a metal surface, which is made of a different material from the first region, and which is adjacent to the first region. The second region is made of different materials and includes a third region adjacent to the second region. In such a case, the "adjacent areas" may be the first area and the second area (i.e., adjacent areas), or the first area and the third area (i.e., the next adjacent area). There may be.
Note that if the materials of the first region and the third region are not different (that is, if the first region and the third region both contain metal surfaces), the "adjacent region" is the first region. and the second region, or the second region and the third region (that is, adjacent regions).
Here, each of the first region, second region, and third region may or may not be divided into a plurality of regions.
As an example of the first region, second region, and third region, for example, the surface of the substrate itself is the first region, and the surface of the first inorganic layer formed on the surface of the substrate is the second region. Examples include an embodiment in which the surface of the second inorganic layer formed on the surface of the substrate is the third region. Note that embodiments in which an organic layer is formed instead of the inorganic layer may also be mentioned. Further, embodiments including both an inorganic layer and an organic layer, such as one in which only one of the second inorganic layer and the third inorganic layer is replaced with an organic layer, can also be mentioned.
From the viewpoint of selectively improving hydrophobicity and improving the difference in water contact angle between two or more adjacent regions made of different materials on the substrate surface, the surface of an arbitrary substrate (for example, a Si substrate) itself is The surface of the first inorganic layer formed on the surface of the substrate and containing at least one selected from the group consisting of SiN, Ox, TiN, TaN, Ge and SiGe is defined as the second region, and the surface of the first inorganic layer formed on the surface of the substrate is defined as the second region. It is preferable that the surface of the second inorganic layer containing at least one selected from the group consisting of W, Co, Al, Ni, Ru, Cu, TiN and TaN is formed on the surface of the third region. .
In this embodiment, the same concept can be applied to the case where the substrate surface includes the fourth or more regions.
The upper limit of the number of regions with different materials is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, but is, for example, 7 or less, or 6 or less, and typically 5 or less.
(曝露)
基板の表面を表面処理剤に曝露させる方法としては、溶剤を含んでいてもよい表面処理剤(典型的には液状の表面処理剤)を、例えば浸漬法、又はスピンコート法、ロールコート法及びドクターブレード法などの塗布法等の手段によって基板の表面に適用(例えば、塗布)して曝露する方法が挙げられる。
曝露温度としては、例えば、10℃以上90℃以下、好ましくは20℃以上80℃以下、より好ましくは20℃以上70℃以下、更に好ましくは20℃以上30℃以下である。
上記曝露時間としては、基板表面における材質が異なる2以上の隣接する領域間における選択的な疎水性向上の観点から、20秒以上が好ましく、30秒以上がより好ましく、45秒以上が更に好ましい。
上記曝露時間の上限値としては特に制限はないが、例えば、2時間以下等であり、典型的には1時間以下であり、15分以下が好ましく、5分以下が更に好ましく、2分以下が特に好ましい。
上記曝露後に必要に応じ洗浄(例えば、水、活性剤リンス等による洗浄)及び/又は乾燥(窒素ブロ一等による洗浄)を行ってもよい。
例えば、無機パターン又は有機パターンを備える基板表面の洗浄液による洗浄処理としては、従来、無機パターン又は有機パターンの洗浄処理に使用されてきた洗浄液をそのまま採用することができ、無機パターンについてはSPM(硫酸・過酸化水素水)、APM(アンモニア・過酸化水素水)等が挙げられ、有機パターンについては水、活性剤リンス等が挙げられる。
また、乾燥後の処理基板に対して、必要に応じて、100℃以上300℃以下の加熱処理を追加で行ってもよい。
(exposure)
As a method for exposing the surface of the substrate to a surface treatment agent, a surface treatment agent (typically a liquid surface treatment agent) that may contain a solvent may be exposed to the surface treatment agent, for example, by dipping, spin coating, roll coating, or the like. Examples include a method of applying (for example, coating) the surface of the substrate and exposing it by means such as a coating method such as a doctor blade method.
The exposure temperature is, for example, 10°C or more and 90°C or less, preferably 20°C or more and 80°C or less, more preferably 20°C or more and 70°C or less, and still more preferably 20°C or more and 30°C or less.
The exposure time is preferably 20 seconds or more, more preferably 30 seconds or more, and even more preferably 45 seconds or more, from the viewpoint of selectively improving hydrophobicity between two or more adjacent regions of different materials on the substrate surface.
The upper limit of the above exposure time is not particularly limited, but is, for example, 2 hours or less, typically 1 hour or less, preferably 15 minutes or less, more preferably 5 minutes or less, and 2 minutes or less. Particularly preferred.
After the above exposure, cleaning (for example, cleaning with water, activator rinse, etc.) and/or drying (cleaning with nitrogen blower, etc.) may be performed as necessary.
For example, when cleaning the surface of a substrate with an inorganic pattern or an organic pattern using a cleaning liquid, the cleaning liquid that has conventionally been used for cleaning inorganic or organic patterns can be used as is; for inorganic patterns, SPM (sulfuric acid・Hydrogen peroxide solution), APM (ammonia/hydrogen peroxide solution), etc., and for organic patterns, water, activator rinse, etc. can be mentioned.
Further, the dried treated substrate may be additionally subjected to heat treatment at 100° C. or higher and 300° C. or lower, if necessary.
上記曝露により基板表面の各領域の材質に応じて領域選択的に化合物(P)を吸着させることができる。
表面処理剤に曝露した後の基板表面の水に対する接触角は、例えば、50°以上140°以下とすることができる。
基板表面の材質、化合物(P)及び酸の種類及び使用量、並びに曝露条件等を制御することにより、水に対する接触角は50°以上とすることができ、55°以上が好ましく、65°以上がより好ましい。
上記接触角の上限値としては特に制限はないが、例えば、140°以下、典型的には130°以下である。
By the above exposure, the compound (P) can be adsorbed selectively in accordance with the material of each region on the surface of the substrate.
The contact angle of the substrate surface to water after being exposed to the surface treatment agent can be, for example, 50° or more and 140° or less.
By controlling the material of the substrate surface, the type and amount of compound (P) and acid used, exposure conditions, etc., the contact angle with water can be set to 50° or more, preferably 55° or more, and 65° or more. is more preferable.
The upper limit of the contact angle is not particularly limited, but is, for example, 140° or less, typically 130° or less.
本実施形態に係る表面処理方法は、基板表面における2以上の近接する領域間において材質が異なることにより、上記曝露により、上記2以上の近接する領域間において選択的な疎水性向上が可能であり、水の接触角を互いに異ならせることができる。
上記2以上の近接する領域間における水の接触角の差としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限はなく、例えば、10°以上が挙げられ、上記2以上の近接する領域間における選択的な疎水性向上の観点から、上記水の接触角差は20°以上が好ましく、30°以上がより好ましく、40°以上が更に好ましい。
上記接触角差の上限値としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限はなく、例えば、80°以下又は70°以下であり、典型的には60°以下である。
In the surface treatment method according to the present embodiment, since the materials are different between two or more adjacent regions on the substrate surface, it is possible to selectively improve hydrophobicity between the two or more adjacent regions by the exposure. , the contact angle of water can be made different from each other.
The difference in water contact angle between the two or more adjacent regions is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, and may be, for example, 10° or more. From the viewpoint of improving hydrophobicity, the water contact angle difference is preferably 20° or more, more preferably 30° or more, and even more preferably 40° or more.
The upper limit of the contact angle difference is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, and is, for example, 80° or less or 70° or less, typically 60° or less.
<第3の態様:基板上への領域選択的製膜方法>
次に、第2の態様に係る表面処理方法を用いた基板上への領域選択的製膜方法について説明する。
本態様において、基板上への領域選択的製膜方法は、上記第2の態様に係る表面処理方法により上記基板の上記表面を処理することと、表面処理された上記基板の表面に、原子層成長法(ALD法)により膜を形成することとを含み、上記膜の材料の堆積量を領域選択的に異ならせる。
<Third aspect: Region selective film formation method on substrate>
Next, a method for region-selective film formation on a substrate using the surface treatment method according to the second aspect will be described.
In this aspect, the region-selective film forming method on the substrate includes treating the surface of the substrate by the surface treatment method according to the second aspect, and forming an atomic layer on the surface of the surface-treated substrate. The method includes forming a film by a growth method (ALD method), and selectively varying the amount of deposited material of the film.
上記第2の態様に係る方法による表面処理の結果、上記2以上の領域間における水の接触角(好ましくは、表面自由エネルギー)が相違することになり、本態様においては、上記2以上の領域間において上記膜を形成する材料の堆積量を基板表面の領域選択的に相違させることができる。
具体的には、上記2以上の領域間における水の接触角が、他方の領域よりも大きくなった(好ましくは、表面自由エネルギーが小さくなった)領域には、ALD法による膜形成材料が、基板表面上の上記領域に吸着(好ましくは化学吸着)し難くなり、上記2以上の領域間において膜形成材料の堆積量に差異が生じる結果、基板上の領域選択的に膜形成材料の堆積量が相違することが好ましい。
上記化学吸着としては、水酸基との化学吸着等が挙げられる。
As a result of the surface treatment by the method according to the second aspect, the contact angle (preferably surface free energy) of water between the two or more regions differs, and in this aspect, the two or more regions The amount of deposited material forming the film can be selectively varied between regions on the substrate surface.
Specifically, in the region where the contact angle of water between the two or more regions is larger than that of the other region (preferably, the surface free energy is smaller), the film forming material formed by the ALD method is applied. It becomes difficult to adsorb (preferably chemically adsorb) the film-forming material to the above-mentioned regions on the substrate surface, and a difference occurs in the amount of film-forming material deposited between the two or more regions, resulting in a selective deposition amount of the film-forming material on the region on the substrate. It is preferable that they are different.
Examples of the chemical adsorption include chemical adsorption with hydroxyl groups.
上記2以上の領域間において、他方の領域よりも水の接触角が大きくなる(好ましくは、表面自由エネルギーが小さくなる)傾向にある領域としては、W、Co、Al、Al2O3、Ni、Ru、Cu、TiN及びTaNよりなる群から選択される少なくとも1種を含む領域が挙げられる。
上記2以上の領域間において、他方の領域よりも水の接触角が小さくなる(好ましくは、表面自由エネルギーが高くなる)傾向にある領域としては、Si、Al2O3、SiN、Ox、TiN、TaN、Ge及びSiGeよりなる群から選択される少なくとも1種を含む領域が挙げられる。
Among the above two or more regions, the regions where the water contact angle tends to be larger (preferably, the surface free energy is smaller) than the other region include W, Co, Al, Al 2 O 3 , Ni , Ru, Cu, TiN, and TaN.
Among the above two or more regions, the regions where the water contact angle tends to be smaller (preferably, the surface free energy is higher) than the other region include Si, Al 2 O 3 , SiN, Ox, and TiN. , TaN, Ge, and SiGe.
(ALD法による膜形成)
ALD法による膜形成方法としては特に制限はないが、少なくとも2つの気相反応物質(以下単に「前駆体ガス」という。)を用いた吸着(好ましくは化学吸着)による薄膜形成方法であることが好ましい。
具体的には、下記工程(a)及び(b)を含み、所望の膜厚が得られるまで下記工程(a)及び(b)を少なくとも1回(1サイクル)繰り返す方法等が挙げられる。
(a)上記第1の態様に係る方法による表面処理された基板を、第1前駆体ガスのパルスに曝露する工程、及び
(b)上記工程(a)に次いで、基板を第2前駆体ガスのパルスに曝露する工程。
(Film formation by ALD method)
There are no particular restrictions on the method of forming a film using the ALD method, but it may be a method of forming a thin film by adsorption (preferably chemical adsorption) using at least two gas phase reactants (hereinafter simply referred to as "precursor gas"). preferable.
Specifically, a method including the following steps (a) and (b) and repeating the following steps (a) and (b) at least once (one cycle) until a desired film thickness is obtained, etc. may be mentioned.
(a) exposing the substrate surface-treated by the method according to the first aspect above to a pulse of a first precursor gas; and (b) following step (a) above, exposing the substrate to a pulse of a second precursor gas. exposure to pulses of
上記工程(a)の後上記工程(b)の前に、プラズマ処理工程、第1前駆体ガス及びその反応物をキャリアガス、第2前駆体ガス等により除去ないし排気(パージ)する工程等を含んでいてもいなくてもよい。
上記工程(b)の後、プラズマ処理工程、第2前駆体ガス及びその反応物をキャリアガス等により除去ないしパージする工程等を含んでいてもいなくてもよい。
キャリアガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスが挙げられる。
After the above step (a) and before the above step (b), a plasma treatment step, a step of removing or purging the first precursor gas and its reactants with a carrier gas, a second precursor gas, etc. are performed. It may or may not be included.
After the step (b), the process may or may not include a plasma treatment step, a step of removing or purging the second precursor gas and its reactant with a carrier gas, etc.
Examples of the carrier gas include inert gases such as nitrogen gas, argon gas, and helium gas.
各サイクル毎の各パルス及び形成される各層は自己制御的であることが好ましく、形成される各層が単原子層であることがより好ましい。
上記単原子層の膜厚としては、例えば、5nm以下とすることができ、好ましくは3nm以下とすることができ、より好ましくは1nm以下とすることができ、更に好ましくは0.5nm以下とすることができる。
Preferably, each pulse per cycle and each layer formed is self-limiting, and more preferably each layer formed is a monoatomic layer.
The thickness of the monoatomic layer can be, for example, 5 nm or less, preferably 3 nm or less, more preferably 1 nm or less, and still more preferably 0.5 nm or less. be able to.
第1前駆体ガスとしては、有機金属、金属ハロゲン化物、金属酸化ハロゲン化物等が挙げられ、具体的には、タンタルペンタエトキシド、テトラキス(ジメチルアミノ)チタン、ぺンタキス(ジメチルアミノ)タンタル、テトラキス(ジメチルアミノ)ジルコニウム、テトラキス(ジメチルアミノ)ハフニウム、テトラキス(ジメチルアミノ)シラン、コッパーヘキサフルオロアセチルアセトネートビニルトリメチルシラン、Zn(C2H5)2、Zn(CH3)2、TMA(トリメチルアルミニウム)、TaCl5、WF6、WOCl4、CuCl、ZrCl4、AlCl3、TiCl4、SiCl4、HfCl4等が挙げられる。 Examples of the first precursor gas include organic metals, metal halides, metal oxidized halides, etc. Specifically, tantalum pentaethoxide, tetrakis(dimethylamino)titanium, pentakis(dimethylamino)tantalum, tetrakis (dimethylamino)zirconium, tetrakis(dimethylamino)hafnium, tetrakis(dimethylamino)silane, copperhexafluoroacetylacetonate vinyltrimethylsilane, Zn(C 2 H 5 ) 2 , Zn(CH 3 ) 2 , TMA (trimethylaluminum) ), TaCl 5 , WF 6 , WOCl 4 , CuCl, ZrCl 4 , AlCl 3 , TiCl 4 , SiCl 4 , HfCl 4 and the like.
第2前駆体ガスとしては、第1前駆体を分解させることができる前駆体ガス又は第1前駆体の配位子を除去できる前駆体ガスが挙げられ、具体的には、H2O、H2O2、O2O3、NH3、H2S、H2Se、PH3、AsH3、C2H4、又はSi2H6等が挙げられる。 Examples of the second precursor gas include a precursor gas that can decompose the first precursor or a precursor gas that can remove the ligand of the first precursor, and specifically, H 2 O, H Examples include 2O2 , O2O3 , NH3 , H2S , H2Se , PH3 , AsH3 , C2H4 , and Si2H6 .
工程(a)における曝露温度としては特に制限はないが、例えば、100℃以上800℃以下であり、好ましくは150℃以上650℃以下であり、より好ましくは200℃以上500℃以下であり、更に好ましくは225℃以上375℃以下である。 The exposure temperature in step (a) is not particularly limited, but is, for example, 100°C or more and 800°C or less, preferably 150°C or more and 650°C or less, more preferably 200°C or more and 500°C or less, and Preferably the temperature is 225°C or higher and 375°C or lower.
工程(b)における曝露温度としては特に制限はないが、工程(a)における曝露温度と実質的に等しいか又はそれ以上の温度が挙げられる。
ALD法により形成される膜としては特に制限はないが、純元素を含む膜(例えば、Si、Cu、Ta、W)、酸化物を含む膜(例えば、SiO2、GeO2、HfO2、ZrO2、Ta2O5、TiO2、Al2O3、ZnO、SnO2、Sb2O5、B2O3、In2O3、WO3)、窒化物を含む膜(例えば、Si3N4、TiN、AlN、BN、GaN、NbN)、炭化物を含む膜(例えば、SiC)、硫化物を含む膜(例えば、CdS、ZnS、MnS、WS2、PbS)、セレン化物を含む膜(例えば、CdSe、ZnSe)、リン化物を含む膜(GaP、InP)、砒化物を含む膜(例えば、GaAs、InAs)、又はそれらの混合物等が挙げられる。
The exposure temperature in step (b) is not particularly limited, but includes temperatures that are substantially equal to or higher than the exposure temperature in step (a).
There are no particular restrictions on the film formed by the ALD method, but films containing pure elements (e.g., Si, Cu, Ta, W), films containing oxides (e.g., SiO 2 , GeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , Ta2O5 , TiO2 , Al2O3 , ZnO, SnO2 , Sb2O5 , B2O3 , In2O3 , WO3 ) , films containing nitrides ( e.g. , Si3N 4 , TiN, AlN, BN, GaN, NbN), films containing carbides (e.g. SiC), films containing sulfides (e.g. CdS, ZnS, MnS, WS2 , PbS), films containing selenide (e.g. , CdSe, ZnSe), a film containing phosphide (GaP, InP), a film containing arsenide (eg, GaAs, InAs), or a mixture thereof.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[実施例1~2、比較例1、参考例1]
表1に示す各成分を混合し、各例の表面処理剤を調製した。
[Examples 1-2, Comparative Example 1, Reference Example 1]
Each component shown in Table 1 was mixed to prepare a surface treatment agent for each example.
(表面処理)
得られた実施例1~2及び比較例1の表面処理剤を用いて、以下の方法にしたがって、Cu基板の表面処理を行った。
(surface treatment)
Using the obtained surface treatment agents of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, a Cu substrate was surface treated according to the following method.
・前処理
各基板を濃度0.5質量%のHF水溶液に25℃で1分間浸演させて前処理を行った。上記前処理後、基板をイオン交換蒸留水で1分間洗浄した。水洗後の基板を窒素気流により乾燥させた。
- Pretreatment Each substrate was pretreated by immersing it in an HF aqueous solution with a concentration of 0.5% by mass at 25° C. for 1 minute. After the above pretreatment, the substrate was washed with ion exchange distilled water for 1 minute. After washing with water, the substrate was dried with a nitrogen stream.
・表面処理
乾燥後の各基板を表1に示す表面処理条件にて各例の表面処理剤に浸漬させて、基板の表面処理を行った。表面処理後の基板を、イソプロパノールで1分間洗浄した後、イオン交換蒸留水による洗浄を1分間行った。洗浄された基板を、窒素気流により乾燥させて、表面処理された基板を得た。
-Surface Treatment Each dried substrate was immersed in the surface treatment agent of each example under the surface treatment conditions shown in Table 1 to perform surface treatment of the substrate. After the surface treatment, the substrate was washed with isopropanol for 1 minute, and then washed with ion-exchanged distilled water for 1 minute. The cleaned substrate was dried with a nitrogen stream to obtain a surface-treated substrate.
(水の接触角の測定)
上記前処理のみを行ったCu基板(参考例1)及び上記表面処理後の各基板(実施例1~2、比較例1)について水の接触角を測定した。
水の接触角の測定は、Dropmaster700(協和界面科学株式会社製)を用い、表面処理された基板の表面に純水液滴(2.0μL)を滴下して、滴下2秒後における接触角として測定した。結果を下記表1に示す。
(Measurement of water contact angle)
The water contact angle was measured for the Cu substrate subjected to only the above pretreatment (Reference Example 1) and each substrate after the above surface treatment (Examples 1 to 2, Comparative Example 1).
To measure the contact angle of water, use Dropmaster 700 (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) to drop a pure water droplet (2.0 μL) onto the surface of the surface-treated substrate, and calculate the contact angle 2 seconds after dropping. It was measured. The results are shown in Table 1 below.
(表面自由エネルギーの測定)
上記前処理のみを行ったCu基板(参考例1)及び上記表面処理後の各基板(実施例1~2、比較例1)について、表面自由エネルギー(mJ/m2)装置名:Dropmaster700(協和界面科学株式会社製)を用いて以下の手順(1)~(3)にて測定した。
(1)表面処理された基板の表面に純水液滴(2.0μL)を滴下して、滴下2秒後における接触角Cwとして測定する。
(2)表面処理された基板の表面にジヨードメタン液滴(1.2μL)を滴下して、滴下2秒後における接触角Ciとして測定する。
(3)前記接触角Cwと前記接触角Ciとから、Owens-Wendt法を用いて表面自由エネルギー(mJ/m2)を算出する。
結果を下記表1に示す。
(Measurement of surface free energy)
The surface free energy (mJ/m 2 ) of the Cu substrate subjected to only the above pretreatment (Reference Example 1) and each substrate after the above surface treatment (Examples 1 to 2, Comparative Example 1) was measured using a Dropmaster 700 (Kyowa Measurement was carried out using the following procedures (1) to (3) using an instrument (manufactured by Interface Science Co., Ltd.).
(1) A pure water droplet (2.0 μL) is dropped onto the surface of the surface-treated substrate, and the contact angle Cw is measured 2 seconds after dropping.
(2) A diiodomethane droplet (1.2 μL) is dropped onto the surface of the surface-treated substrate, and the contact angle Ci is measured 2 seconds after the droplet is dropped.
(3) Surface free energy (mJ/m 2 ) is calculated from the contact angle Cw and the contact angle Ci using the Owens-Wendt method.
The results are shown in Table 1 below.
表1中、各略号はそれぞれ以下の意味を有する。[ ]内の数値は配合量(質量%)である。
(P)-1:(ヘプタデカフルオロデシル)ホスホン酸
(P)-2:オクタデシルホスホン酸
DIW:脱イオン水
PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
IBA:イソブチルアルコール
In Table 1, each abbreviation has the following meaning. The numerical value in [ ] is the compounding amount (mass %).
(P)-1: (heptadecafluorodecyl)phosphonic acid (P)-2: Octadecylphosphonic acid DIW: Deionized water PGME: Propylene glycol monomethyl ether IBA: Isobutyl alcohol
表1に示す結果から、実施例1~2の表面処理剤は、比較例1の表面処理剤に比べて、Cu基板の接触角が向上し、かつ、Cu基板の表面自由エネルギーが低下していることが分かる。したがって、実施例1~2の表面処理剤を用いた方が、ALD法を用いた基板表面の領域選択的な製膜に好適に適用し得るといえる。 From the results shown in Table 1, the surface treatment agents of Examples 1 and 2 improved the contact angle of the Cu substrate and decreased the surface free energy of the Cu substrate, compared to the surface treatment agent of Comparative Example 1. I know that there is. Therefore, it can be said that the use of the surface treatment agents of Examples 1 and 2 is more suitable for region-selective film formation on the substrate surface using the ALD method.
[実施例3、比較例2、参考例2]
表2に示す各成分を混合し、各例の表面処理剤を調製した。
[Example 3, Comparative Example 2, Reference Example 2]
Each component shown in Table 2 was mixed to prepare a surface treatment agent for each example.
(表面処理)
得られた実施例3及び比較例2の表面処理剤を用いて、実施例1~2、比較例1と同様にして、Cu基板及びCo基板の表面処理を行った。表面処理剤による表面処理条件は、25℃、1分間とした。
(surface treatment)
Using the obtained surface treatment agents of Example 3 and Comparative Example 2, a Cu substrate and a Co substrate were surface treated in the same manner as Examples 1 to 2 and Comparative Example 1. The surface treatment conditions using the surface treatment agent were 25° C. and 1 minute.
(水の接触角の測定)
上記前処理のみを行った各基板(参考例2)及び上記表面処理後の各基板(実施例3、比較例2)について、水の接触角を前記と同様の方法で測定した。結果を表2に示す。
(Measurement of water contact angle)
The contact angle of water was measured in the same manner as described above for each substrate subjected to only the above pretreatment (Reference Example 2) and each substrate after the above surface treatment (Example 3, Comparative Example 2). The results are shown in Table 2.
(耐熱性の評価)
上記前処理のみを行ったCu基板(参考例2)及び上記表面処理後の各基板(実施例3、比較例2)を300℃でベーク処理した。ベーク処理後の各基板について水の接触角を前記と同様の方法で測定した。結果を表2に示す。
(Evaluation of heat resistance)
A Cu substrate subjected to only the above pretreatment (Reference Example 2) and each substrate after the above surface treatment (Example 3, Comparative Example 2) were baked at 300°C. The contact angle of water was measured for each substrate after baking in the same manner as described above. The results are shown in Table 2.
表2中、各略号はそれぞれ前記と同様である。[ ]内の数値は配合量(質量%)である。 In Table 2, each abbreviation is the same as above. The numerical value in [ ] is the compounding amount (mass %).
表2に示す結果から、実施例3の表面処理剤は、比較例2の表面処理剤に比べて、ベーク処理前後の基板の接触角の変化が小さいことが分かる。したがって、実施例3の表面処理剤を用いた方が、耐熱性が向上するので、ALD法を用いた基板表面の領域選択的な製膜に好適に適用し得るといえる。 From the results shown in Table 2, it can be seen that the surface treatment agent of Example 3 has a smaller change in the contact angle of the substrate before and after baking treatment than the surface treatment agent of Comparative Example 2. Therefore, it can be said that the use of the surface treatment agent of Example 3 improves heat resistance and can be suitably applied to region-selective film formation on the substrate surface using the ALD method.
[実施例4、比較例3]
表3に示す各成分を混合し、各例の表面処理剤を調製した。
[Example 4, Comparative Example 3]
Each component shown in Table 3 was mixed to prepare a surface treatment agent for each example.
(表面処理)
得られた実施例4及び比較例3の表面処理剤を用いて、実施例1~2、比較例1と同様にして、Cu基板の表面処理を行った。表面処理剤による表面処理条件は、60℃、18時間とした。
(surface treatment)
Using the obtained surface treatment agents of Example 4 and Comparative Example 3, the surface treatment of a Cu substrate was carried out in the same manner as in Examples 1 to 2 and Comparative Example 1. The surface treatment conditions using the surface treatment agent were 60° C. for 18 hours.
(水の接触角の測定)
上記表面処理後の各基板(実施例4、比較例3)について、水の接触角を前記と同様の方法で測定した。結果を表3に示す。
(Measurement of water contact angle)
For each substrate (Example 4, Comparative Example 3) after the above surface treatment, the contact angle of water was measured in the same manner as described above. The results are shown in Table 3.
(化学薬液耐性の評価)
上記表面処理後の各基板(実施例4、比較例3)を、1.0%塩酸に25℃で1分間浸漬した。塩酸浸漬処理後の各基板について水の接触角を前記と同様の方法で測定した。結果を表3に示す。
(Evaluation of chemical resistance)
Each substrate (Example 4, Comparative Example 3) after the above surface treatment was immersed in 1.0% hydrochloric acid at 25° C. for 1 minute. The contact angle of water for each substrate after the hydrochloric acid immersion treatment was measured in the same manner as described above. The results are shown in Table 3.
表3中、各略号はそれぞれ前記と同様である。[ ]内の数値は配合量(質量%)である。 In Table 3, each abbreviation is the same as above. The numerical value in [ ] is the compounding amount (mass %).
表3に示す結果から、実施例4の表面処理剤は、比較例3の表面処理剤に比べて、塩酸浸漬処理前後の基板の接触角の変化が小さいことが分かる。したがって、実施例4の表面処理剤を用いた方が、化学薬液耐性が向上するので、ALD法を用いた基板表面の領域選択的な製膜に好適に適用し得るといえる。 From the results shown in Table 3, it can be seen that the surface treatment agent of Example 4 shows a smaller change in the contact angle of the substrate before and after the hydrochloric acid immersion treatment than the surface treatment agent of Comparative Example 3. Therefore, it can be said that the use of the surface treatment agent of Example 4 improves the resistance to chemical solutions, and can therefore be suitably applied to region-selective film formation on the substrate surface using the ALD method.
[実施例5、比較例4]
表4に示す各成分を混合し、各例の表面処理剤を調製した。
[Example 5, Comparative Example 4]
Each component shown in Table 4 was mixed to prepare a surface treatment agent for each example.
(表面処理)
得られた実施例5及び比較例4の表面処理剤を用いて、実施例1~2、比較例1と同様にして、Cu基板及びCo基板の表面処理を行った。表面処理剤による表面処理条件は、25℃、1分間とした。
(surface treatment)
Using the obtained surface treatment agents of Example 5 and Comparative Example 4, a Cu substrate and a Co substrate were surface treated in the same manner as Examples 1 to 2 and Comparative Example 1. The surface treatment conditions using the surface treatment agent were 25° C. and 1 minute.
(水の接触角の測定)
上記表面処理後の各基板(実施例5、比較例4)について、水の接触角を前記と同様の方法で測定した。結果を表4に示す。
(Measurement of water contact angle)
For each substrate (Example 5, Comparative Example 4) after the above surface treatment, the contact angle of water was measured in the same manner as described above. The results are shown in Table 4.
(金属腐食性の評価)
上記表面処理後の各基板(実施例5、比較例4)を25℃、15分間浸漬後の膜減り量(エッチング量)をシート抵抗により測定した。シート抵抗は、抵抗率測定器VR-250(株式会社国際電気セミコンダクターサービス製)を用いて測定した。結果を表4に示す。
(Evaluation of metal corrosivity)
Each substrate (Example 5, Comparative Example 4) after the above surface treatment was immersed at 25° C. for 15 minutes, and the amount of film loss (etching amount) was measured by sheet resistance. The sheet resistance was measured using a resistivity meter VR-250 (manufactured by Kokusai Electric Semiconductor Service Co., Ltd.). The results are shown in Table 4.
表4中、各略号はそれぞれ前記と同様である。[ ]内の数値は配合量(質量%)である。 In Table 4, each abbreviation is the same as above. The numerical value in [ ] is the compounding amount (mass %).
表4に示す結果から、実施例5の表面処理剤は、比較例4の表面処理剤に比べて、Cu基板及びCo基板の接触角が向上し、かつ、エッチングロスが抑制されているのが分かる。したがって、実施例5の表面処理剤を用いた方が、ALD法を用いた基板表面の領域選択的な製膜に好適に適用し得るといえる。 From the results shown in Table 4, the surface treatment agent of Example 5 improves the contact angle of Cu substrate and Co substrate and suppresses etching loss compared to the surface treatment agent of Comparative Example 4. I understand. Therefore, it can be said that the use of the surface treatment agent of Example 5 can be more suitably applied to region-selective film formation on the substrate surface using the ALD method.
[実施例6~7、比較例5~6、参考例3]
表5に示す各成分を混合し、各例の表面処理剤を調製した。
[Examples 6-7, Comparative Examples 5-6, Reference Example 3]
Each component shown in Table 5 was mixed to prepare a surface treatment agent for each example.
(表面処理)
得られた実施例6~7及び比較例5~6の表面処理剤を用いて、実施例1~2、比較例1と同様にして、Cu基板、Co基板及びAl2O3膜基板の表面処理を行った。表面処理剤による表面処理条件は、25℃、1分間とした。
(surface treatment)
Using the obtained surface treatment agents of Examples 6 to 7 and Comparative Examples 5 to 6, the surfaces of Cu substrates, Co substrates, and Al 2 O 3 film substrates were treated in the same manner as in Examples 1 to 2 and Comparative Example 1. processed. The surface treatment conditions using the surface treatment agent were 25° C. and 1 minute.
(水の接触角の測定)
上記前処理のみを行った各基板(参考例3)及び上記表面処理後の各基板(実施例6~7、比較例5~6)について、水の接触角を前記と同様の方法で測定した。結果を表5に示す。
(Measurement of water contact angle)
The contact angle of water was measured in the same manner as above for each substrate subjected to only the above pretreatment (Reference Example 3) and each substrate after the above surface treatment (Examples 6 to 7, Comparative Examples 5 to 6). . The results are shown in Table 5.
表5中、各略号はそれぞれ前記と同様である。[ ]内の数値は配合量(質量%)である。 In Table 5, each abbreviation is the same as above. The numerical value in [ ] is the compounding amount (mass %).
表5に示す結果から、実施例6~7の表面処理剤は、比較例5~6の表面処理剤に比べて、各基板の接触角が向上していることが分かる。したがって、実施例6~7の表面処理剤を用いた方が、ALD法を用いた基板表面の領域選択的な製膜に好適に適用し得るといえる。 From the results shown in Table 5, it can be seen that the surface treatment agents of Examples 6 and 7 improve the contact angle of each substrate compared to the surface treatment agents of Comparative Examples 5 and 6. Therefore, it can be said that the use of the surface treatment agents of Examples 6 and 7 is more suitable for region-selective film formation on the substrate surface using the ALD method.
[実施例8~10、比較例7、参考例4]
表6に示す各成分を混合し、各例の表面処理剤を調製した。
[Examples 8 to 10, Comparative Example 7, Reference Example 4]
Each component shown in Table 6 was mixed to prepare a surface treatment agent for each example.
(表面処理)
得られた実施例8~10及び比較例7の表面処理剤を用いて、実施例1~2、比較例1と同様にして、Cu基板及びCo基板の表面処理を行った。表面処理剤による表面処理条件は、25℃、1分間とした。
(surface treatment)
Using the surface treatment agents of Examples 8 to 10 and Comparative Example 7, the surfaces of Cu substrates and Co substrates were treated in the same manner as in Examples 1 to 2 and Comparative Example 1. The surface treatment conditions using the surface treatment agent were 25° C. and 1 minute.
(水の接触角の測定)
上記前処理のみを行った各基板(参考例4)及び上記表面処理後の各基板(実施例8~10、比較例7)について、水の接触角を前記と同様の方法で測定した。結果を表6に示す。
(Measurement of water contact angle)
The contact angle of water was measured in the same manner as described above for each substrate subjected to only the above pretreatment (Reference Example 4) and each substrate after the above surface treatment (Examples 8 to 10, Comparative Example 7). The results are shown in Table 6.
表6中、各略号はそれぞれ前記と同様である。[ ]内の数値は配合量(質量%)である。 In Table 6, each abbreviation is the same as above. The numerical value in [ ] is the compounding amount (mass %).
表6に示す結果から、実施例8~10の表面処理剤は、比較例7の表面処理剤に比べて、各基板の接触角が向上していることが分かる。したがって、実施例8~10の表面処理剤を用いた方が、ALD法を用いた基板表面の領域選択的な製膜に好適に適用し得るといえる。 From the results shown in Table 6, it can be seen that the surface treatment agents of Examples 8 to 10 improve the contact angle of each substrate compared to the surface treatment agent of Comparative Example 7. Therefore, it can be said that the surface treatment agents of Examples 8 to 10 can be more preferably applied to region-selective film formation on the substrate surface using the ALD method.
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. Additions, omissions, substitutions, and other changes to the configuration are possible without departing from the spirit of the invention. The invention is not limited by the foregoing description, but only by the scope of the appended claims.
Claims (4)
前記金属表面は銅及び/又はコバルトを含有し、
下記一般式(P-1)で表される化合物(P)を含有する表面処理剤。
the metal surface contains copper and/or cobalt;
A surface treatment agent containing a compound (P) represented by the following general formula (P-1).
前記表面を、請求項1又は2のいずれか一項に記載の表面処理剤に曝露することを含み、
前記表面が、2以上の領域を含み、
2以上の前記領域のうち少なくとも1つの領域は金属表面を含有し、
前記金属表面は銅及び/又はコバルトを含有し、
2以上の前記領域のうちの近接する領域に関して、互いに材質が異なり、
前記化合物(P)と2以上の前記領域との反応によって、2以上の前記領域のうちの近接する領域に関して、接触角を互いに異ならせる、表面処理方法。 A surface treatment method for a surface of a substrate, the method comprising:
exposing the surface to a surface treatment agent according to any one of claims 1 or 2,
the surface includes two or more regions,
at least one region of the two or more regions contains a metal surface;
the metal surface contains copper and/or cobalt;
Adjacent regions among the two or more regions have different materials,
A surface treatment method in which contact angles of adjacent regions of the two or more regions are made to differ from each other by reaction between the compound (P) and two or more of the regions.
表面処理された前記基板の表面に、原子層成長法により膜を形成することとを含み、
前記膜の材料の堆積量を領域選択的に異ならせる、前記基板表面の領域選択的製膜方法。 Treating the surface of the substrate by the surface treatment method according to claim 3;
forming a film on the surface of the surface-treated substrate by atomic layer deposition;
A method for selectively forming a film on the surface of the substrate, comprising region-selectively varying the amount of deposited material of the film.
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