JP7541466B2 - シリコン含有薄膜形成用組成物およびシリコン含有薄膜の形成方法 - Google Patents
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Description
また、アミノシラン化合物は、塩化アンモニウムが発生せず、膜中に塩素が残留しない材料として有望であるが、500℃未満の成膜温度ではシリコン窒化膜を形成できないという課題がある。
このように、化学気相成長法を用いたシリコン含有薄膜の形成において、従来の原料では、優れたシリコン含有薄膜が得られず、種々の要求に対して充分に応えることができていないのが実情であった。
[1] 化学気相成長法によってシリコン含有薄膜を形成する際、シリコン含有原料として用いるシリコン含有薄膜形成用組成物であって、
下式11及び13で表されるクロロアミノジシラン化合物からなる群のうち、いずれか1種類以上を含むシリコン含有薄膜形成用組成物。
ただし、式11及び13中、R1、R2およびR3は、それぞれ独立して選択される、炭素数1~5の直鎖または分枝の飽和アルキル基である。
また、式11中、xおよびyは、1≦x+yを満たし、0~2の中から選択される整数である。
[2] 化学気相成長法によってシリコン含有薄膜を形成する、シリコン含有薄膜の形成方法であって、
シリコン含有原料として、[1]に記載のシリコン含有薄膜形成用組成物を用いる、シリコン含有薄膜の形成方法。
[3] 処理室内の被処理基材の表面温度を所要の温度に制御し、前記処理室内の前記被処理基材に、前記シリコン含有原料を供給するステップと、
前記処理室内の前記被処理基材に、窒素含有原料を供給するステップと、を含む、[2]に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
[4] 処理室内の被処理基材の表面温度を所要の温度に制御し、前記処理室内の前記被処理基材に、前記シリコン含有原料を供給するステップと、
前記シリコン含有原料の供給を停止するステップと、
前記処理室内の前記被処理基材に、窒素含有原料を供給するステップと、
前記窒素含有原料の供給を停止するステップと、を含むサイクルを繰り返す、[2]に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
[5] 前記サイクルが、前記処理室内に残留する前記シリコン含有原料を前記処理室内から除去するステップをさらに含む、[4]に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
[6] 前記サイクルが、前記処理室内に残留する前記窒素含有原料を前記処理室内から除去するステップをさらに含む、[4]又は[5]に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
[7] 前記サイクルが、前記処理室内の前記被処理基材に、前記シリコン含有原料とは異なる他のシリコン含有原料を供給するステップをさらに含む、[4]乃至[6]のいずれかに記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
[8] 前記サイクルが、前記処理室内の前記被処理基材に、前記窒素含有原料とは異なる他の窒素含有原料を供給するステップをさらに含む、[4]乃至[7]のいずれかに記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
[9] 前記窒素含有原料が、アンモニア、ヒドラジン、モノメチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、ターシャリーブチルヒドラジン、ジメチルアミン、モノメチルアミン、及びターシャリーブチルアミンからなる群から選択される1つ以上の窒素含有化合物を含む、[3]乃至[8]のいずれかに記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
[10] 前記シリコン含有薄膜は、シリコン窒化膜又はシリコン炭窒化膜である、[2]乃至[9]のいずれかに記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
[11] 処理室内の被処理基材の表面温度を、500℃未満の温度に制御する、[2]乃至[10]のいずれかに記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
本明細書における下記の用語の意味は以下の通りである。
「シリコン含有原料」とは、シリコン原子を2以上有するシリコン含有化合物を主成分として含むものであり、具体的には50%以上、好ましくは90%以上含むものを意味する。また、シリコン含有原料は、適切な範囲内で2種以上のシリコン含有化合物を含んでいてもよい。また、シリコン含有原料は、精製前の粗原料、シリコン含有化合物を合成する際に発生した副生成物、保管中に発生した副生成物を適切な範囲内で不純物として含んでいてもよい。
「窒素含有原料」とは、窒素原子を1以上有する窒素含有化合物を主成分とするものを意味する。また、窒素含有原料は、適切な範囲内で2種以上の窒素含有化合物を含んでいてもよい。また、窒素含有原料は、精製前の素原料、窒素含有化合物を合成する際に発生した副生成物、保管中に発生した副生成物を適切な範囲内で不純物として含んでいてもよい。
「シリコン含有薄膜」とは、Si原子を主成分として含み、膜中Si含有量が20atm%以上の被膜を意味する。また、シリコン含有薄膜は、適切な範囲内で膜中にN原子、O原子、C原子を含んでいてもよい。
「シリコン窒化膜」とは、Si原子とN原子とを主成分として含む被膜を意味する。また、シリコン窒化膜は、適切な範囲内で膜中にO原子やC原子を含んでいてもよい。具体的には、シリコン窒化膜は、膜中にO原子を0~30atm%含んでいてもよいし、C原子を0~30atm%含んでいてもよい。
「シリコン炭窒化膜」とは、Si原子とN原子とC原子とを主成分として含む被膜を意味する。また、シリコン炭窒化膜は、適切な範囲内で膜中にO原子を含んでいてもよい。具体的には、シリコン炭窒化膜は、膜中にO原子を0~30atm%含んでいてもよい。
数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含むことを意味する。
本発明は、化学気相成長法によってシリコン含有薄膜を形成する際、シリコン含有原料として用いるシリコン含有薄膜形成用組成物(以下、「本組成物」とも記す)である。
本組成物は、下式1で表されるクロロアミノジシラン化合物からなる群のうち、いずれか1種以上を含む。
SiClaXbHc-SiCldYeHf 式1
炭素数1~5の、直鎖の飽和アルキル基は、以下の通りである。
・炭素数1:「-CH3」
・炭素数2:「-CH2CH3」(以下、「-C2H5」と記載することもある。)
・炭素数3:「-(CH2)2CH3」(以下、「-C3H7」と記載することもある。)
・炭素数4:「-(CH2)3CH3」(以下、「-C4H9」と記載することもある。)
・炭素数5:「-(CH2)4CH3」(以下、「-C5H11」と記載することもある。)
炭素数3~5の、分枝の飽和アルキル基は、以下の通りである。
・炭素数3:「-CH(CH3)2」
・炭素数4:「-CH2CH(CH3)2」、「-CH(CH3)(C2H5)」、「-C(CH3)3」
・炭素数5:「-(CH2)2CH(CH3)2」、「-CH2CH(CH3)CH2CH3」、「-CH(CH3)(CH2)2CH3」、「-CH(CH3)CH(CH3)2」、「-CH2C(CH3)3」、「-C(CH3)2(C2H5)」、「-CH(C2H5)2」
また、式1中、R1として分枝の飽和アルキル基を選択すると、直鎖の飽和アルキル基と同様、分子内電荷に分極が生じるため、基板表面への化学吸着反応が起こりやすい効果が得られる。ただし、直鎖の飽和アルキル基よりも、分枝の飽和アルキル基の方が嵩高い基であるため、分解しやすい構造となる。したがって、より低温で化学吸着反応が生じやすくなる点で、分枝の飽和アルキル基の方が好ましい。
また、式2中、R2およびR3として分枝の飽和アルキル基を選択すると、直鎖の飽和アルキル基と同様、分子内電荷に分極が生じるため、基板表面への化学吸着反応が起こりやすい効果が得られる。ただし、直鎖の飽和アルキル基よりも、分枝の飽和アルキル基の方が嵩高い基であるため、分解しやすい構造となる。したがって、より低温で化学吸着反応が生じやすくなる点で、分枝の飽和アルキル基の方が好ましい。
一方、式1中、R1として炭素数が大きい飽和アルキル基を選択すると、炭素数が大きい飽和アルキル基であるほど、N原子に結合するH原子とR1の非対称性が高くなるため、分解しやすい構造となり、より低温で化学吸着反応が生じやすくなる点で、好ましい。
なお、蒸気圧が高い材料の方が、低い材料よりも、気化供給などの取扱いが容易になる点で、好ましい。
一方、式1中、R2およびR3として炭素数が大きい飽和アルキル基を選択すると、炭素数が大きい飽和アルキル基であるほど、嵩高い基であるため、分解しやすい構造となるため、より低温で化学吸着反応が生じやすい。
一方、式1中、R2およびR3として異なる飽和アルキル基を選択すると、非対称性が高くなるため、分解しやすい構造となり、より低温で化学吸着反応が生じやすい。
(1)a+b+c=3
(2)d+e+f=3
(3)1≦a+d≦4
(4)1≦b+e≦5
(5)0≦c+f≦4
化合物1中、「Si-Cl」結合の数が多い(すなわち、上式(3)に示す「a+d」が3または4である)と、「Si-Cl」結合が基板表面と衝突する確率が増加するため、吸着反応が生じやすくなる効果が得られる。
一方、化合物1中、「Si-Cl」結合の数が少ない(すなわち、上式(3)に示す「a+d」が1または2である)と、膜中にA(ハロゲン原子)が残留する割合が減少するため、膜質の良いシリコン含有薄膜が形成するという効果が得られる。そのため、「Si-Cl」結合の数が少ないほうが、より好ましい。
化合物1中、「Si-X,Y」結合の数が多い(すなわち、上式(4)に示す「b+e」が4または5である)と、化合物の熱安定性が向上する効果が得られる。
一方、化合物1中、「Si-X,Y」結合の数が少ない(すなわち、上式(4)に示す「b+e」が1または2である)と、「Si-X,Y」結合の数が多いものと比べ、立体障害が少なく化合物が分解しやすいため、より低温で化学吸着反応が生じやすくなる効果が得られる。
化合物1中、「Si-H」結合の数が多い(すなわち、上式(5)に示す「c+f」が3または4である)と、分子の立体障害の影響が緩和されるため、より低温で化学吸着反応が生じやすくなる効果が得られる。
一方、化合物1中、「Si-H」結合の数が少ない(すなわち、上式(5)に示す「c+f」が0または1である)と、膜中水素(H)量が低減する効果が得られる。ただし、より低温で薄膜を形成する観点では、「Si-H」結合の数が多いほうが、好ましい。
また、化合物11,12中、xおよびyは、1≦x+yを満たし、0~2の中から選択される整数である。
次に、本組成物に含まれる化合物1の合成方法について、以下に説明する。
具体的には、化合物11および化合物12の場合を一例として、以下に説明する。
また、a、b、c、d、eおよびfは、a+b+c=3、d+e+f=3、1≦a+d≦4、1≦b+e≦5、0≦c+f≦4で示される5つの式を満たす整数である。
なお、式2または式3に示す反応に用いるクロロジシラン化合物としては、例示したクロロジシラン化合物のうち、いずれか1つを用いてもよいし、2以上の混合物を用いてもよい。
本組成物は、式1で表されるクロロアミノジシラン化合物からなる群から選択される、いずれか1つまたは2以上のクロロアミノジシラン化合物、必要に応じて他の成分を含む。
次に、本発明のシリコン含有薄膜の形成方法に適用可能な成膜装置の構成について説明する。図1は、本発明のシリコン含有薄膜の形成方法に適用可能な成膜装置の構成を模式的に示す系統図である。
図1に示すように、成膜装置1は、反応場となる処理室2、処理室2内の被処理基材Pの表面温度を制御する温度制御装置3、処理室2にパージガスを供給するパージガス供給経路L1、処理室2内の雰囲気を排気する排気経路L2、シリコン含有原料ガスを供給する原料ガス供給経路L3、及び窒素含有原料ガスを供給する反応ガス供給経路L4を備える。
パージガスは、特に限定されないが、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)などの希ガス、窒素(N2)、水素(H2)等を1つ以上用いることができる。
窒素含有化合物としては、アンモニア、ヒドラジン、モノメチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、ターシャリーブチルヒドラジン、ジメチルアミン、モノメチルアミン、及びターシャリーブチルアミン等の窒素含有化合物を用いることができる。
本発明のシリコン含有薄膜の形成方法は、シリコン含有原料として本発明のシリコン含有薄膜形成用組成物を用いて、化学気相成長法によってシリコン含有薄膜を形成する方法である。
先ず、処理室2内に搬送された基板(被処理基材)Pの表面温度を所要の温度に制御する。具体的には、温度制御装置3を用いて、基板Pの表面温度を500℃未満に制御する。制御温度としては、450℃以下がより好ましい。
・ステップA:処理室2内の基板Pに、シリコン含有化合物を含む原料ガスを供給する。
・ステップB:処理室2内の基板Pに、窒素含有化合物を含む反応ガスを供給する。
原料ガスは、シリコン含有薄膜形成用組成物以外に、上述したキャリアガスを共存ガスとして含んでもよい。
反応ガスは、窒素含有原料以外に、上述したキャリアガスを共存ガスとして含んでもよい。
方法2は、ALD法によるシリコン窒化膜の形成方法である。
先ず、方法1と同様に、処理室2内に搬送された基板Pの表面温度を所要の温度に制御する。
・ステップA:処理室2内の基板Pに、シリコン含有化合物を含む原料ガスを供給する。
・ステップB:原料ガスの供給を停止し、処理室2内に残留する原料ガスを除去する。
・ステップC:処理室2内の基板Pに、窒素含有化合物を含む反応ガスを供給する。
・ステップD:反応ガスの供給を停止し、処理室2内に残留する反応ガスを除去する。
先ず、方法1と同様に、処理室2内に搬送された基板Pの表面温度を所要の温度に制御する。
・ステップA:処理室2内に、シリコン含有化合物を含む第1原料ガスを供給する。
・ステップB:第1原料ガスの供給を停止し、残留する第1原料ガスを除去する。
・ステップC:処理室2内に、窒素含有化合物を含む第1反応ガスを供給する。
・ステップD:第1反応ガスの供給を停止し、残留する第1反応ガスを除去する。
・ステップC-2:処理室2内に、第1反応ガスとは異なる第2反応ガスを供給する。
・ステップD-2:第2反応ガスの供給を停止し、残留する第2反応ガスを除去する。
先ず、方法1と同様に、処理室2内に搬送された基板Pの表面温度を所要の温度に制御する。
・ステップA:処理室2内に、シリコン含有化合物を含む第1原料ガスを供給する。
・ステップB:第1原料ガスの供給を停止し、残留する第1原料ガスを除去する。
・ステップA-2:処理室2内に、第1原料ガスとは異なる第2原料ガスを供給する。
・ステップB-2:第2原料ガスの供給を停止し、残留する第2原料ガスを除去する。
・ステップC:処理室2内に、窒素含有化合物を含む第1反応ガスを供給する。
・ステップD:第1反応ガスの供給を停止し、残留する第1反応ガスを除去する。
本発明のシリコン含有薄膜の形成方法によって得られた薄膜は、以下の方法により、膜質、成膜量、及び膜の緻密性を評価できる。
薄膜の膜質は、市販の分光エリプソメトリー(例えば、SOPRA社製分光エリプソメーター、「GES5E」等)を用いた膜厚及び屈折率の測定値から評価できる。
得られた膜厚から、1サイクルあたりの成膜量であるGPC(Growth per cycle)を算出できる。
膜の緻密性は、市販のフーリエ変換赤外分光光度計(FT-IR;例えば、パーキンエルマー社製フーリエ赤外分光光度計装置、「spectrum400」等)を用いた赤外吸収スペクトル測定の結果から評価できる。
以下に、その理由について説明する。
なお、以下のΔHfは反応の生成熱、ΔEaは反応の活性化エネルギーをそれぞれ示す。
=N-H(基板表面)+Si2Cl6 → =N-Si2Cl5+HCl
ΔHf=+18kJ/mol、ΔEa=57kJ/mol
=N-Si2Cl5+5NH3 → =N-Si2(NH2)5+5HCl
ΔHf=+105kJ/mol、ΔEa=65kJ/mol
=N-Si2Cl5+HCl → =N-H+Si2Cl6
ΔHf=-18kJ/mol、ΔEa=39kJ/mol
=N-Si2(NH2)5+HCl → =N-Si2Cl(NH2)4+NH3
ΔHf=-44kJ/mol、ΔEa=56kJ/mol
このため、上記第1反応及び第2反応の際に副生したHClが基板表面に衝突した場合、容易に第1’反応及び第2’反応が進行する。その結果、成膜された膜中には塩素が残留し、粗な膜が形成される。
後述する例1~例36のシリコン窒化膜を形成する際、シリコン含有原料として用いるシリコン含有薄膜形成用組成物に含まれるクロロアミノジシラン化合物は、以下に示す手順によって合成した。
なお、合成したクロロアミノジシラン化合物は、以下の手法によって同定した。
NMR測定は、核磁気共鳴装置(日本電子社製、「JNM-ECS400」)を用いて行った。サンプル調整には、重水素化ベンゼン溶液を用いた。
GC分析は、ガスクロマトグラフ(島津製作所社製、「GC-2014」)を用いて行った。検出器にはFIDを用いた。保持時間により、目的生成物、およびその純度を確認した。
「Si2H2Cl2(NHtBu)2」の合成
-70℃に冷却した反応容器に、ジエチルエーテル900mLと、Si2H2Cl4(20.35g、0.102mol、CAS No.:20536-16-7)とをフラスコに添加した。
よく撹拌されたこの溶液に、ジエチルエーテル100mLに溶かしたtBuNH2(29.77g、0.41mol、CAS No.:13465-77-5)をゆっくり滴下した。徐々に室温まで昇温した後、8時間撹拌した。
減圧下でジエチルエーテルを留去後、ヘキサン1000mLを入れて抽出し、アミン塩酸塩をろ過によって取り除いた。
その後、-30℃で再結晶を行い、残留するヘキサンを留去することで、目的物であるSi2H2Cl2(NHtBu)2を6.40g得た。収率は23%であった。
なお、目的物は、NMRおよびGC分析によって確認した。GCにおける目的物の保持時間および純度は、それぞれ19min、88%であった。
「Si2Cl2(NHtBu)4」(化合物111)の合成
-70℃に冷却した反応容器に、ジエチルエーテル900mLと、Si2Cl6(24.79g、0.0922mol、CAS No.:13465-77-5)とをフラスコに添加した。
よく撹拌されたこの溶液に、ジエチルエーテル100mLに溶かした(tBu)2NH2(42.12g、0.738mol)をゆっくり滴下した。徐々に室温まで昇温した後、8時間撹拌した。
減圧下でジエチルエーテルを留去後、ヘキサン1000mLを入れて抽出し、アミン塩酸塩をろ過によって取り除いた。
その後、-30℃で再結晶を行い、残留するヘキサンを留去することで、目的物であるSi2Cl2(NHtBu)4を9.58g得た。収率は25%であった。
なお、目的物は、NMRおよびGC分析によって確認した。GCにおける目的物の保持時間および純度は、それぞれ19min、69%であった。
「Si2H2Cl2(NtBu2)2」(化合物122)の合成
-70℃に冷却した反応容器に、ジエチルエーテル900mLと、Si2H2Cl4(20.12g、0.100mol、CAS No.:20536-16-7)とをフラスコに添加した。
よく撹拌されたこの溶液に、ジエチルエーテル100mLに溶かした(tBu)2NH(52.01g、0.402mol)をゆっくり滴下した。徐々に室温まで昇温した後、8時間撹拌した。
減圧下でジエチルエーテルを留去後、ヘキサン1000mLを入れて抽出し、アミン塩酸塩をろ過によって取り除いた。
その後、-30℃で再結晶を行い、残留するヘキサンを留去することで、目的物であるSi2H2Cl2(NtBu2)2を8.53g得た。収率は22%であった。
なお、目的物は、NMRおよびGC分析によって確認した。 GCにおける目的物の保持時間および純度は、それぞれ19min、82%であった。
「Si2Cl2(NtBu2)4」(化合物122)の合成
-70℃に冷却した反応容器に、ジエチルエーテル900mLと、Si2H2Cl4(20.22g、0.075mol、CAS No.:20536-16-7)とをフラスコに添加した。
よく撹拌されたこの溶液に、ジエチルエーテル100mLに溶かした(tBu)2NH(77.75g、0.602mol)をゆっくり滴下した。徐々に室温まで昇温した後、8時間撹拌した。
減圧下でジエチルエーテルを留去後、ヘキサン1000mLを入れて抽出し、アミン塩酸塩をろ過によって取り除いた。
その後、-30℃で再結晶を行い、残留するヘキサンを留去することで、目的物であるSi2Cl2(N(C(CH3)3)2)4を9.63g得た。収率は20%であった。
なお、目的物は、NMRおよびGC分析によって確認した。GCにおける目的物の保持時間および純度の結果は、それぞれ21min、81%であった。
「Si2Cl4(NHtBu)2」(化合物131)の合成
-70℃に冷却した反応容器に、ジエチルエーテル900mLと、Si2Cl6(25.16g、0.094mol、CAS No.:13465-77-5)とをフラスコに添加した。
よく撹拌されたこの溶液に、ジエチルエーテル100mLに溶かしたtBuNH2(27.44g、0.38mol)をゆっくり滴下した。徐々に室温まで昇温した後、8時間撹拌した。
減圧下でジエチルエーテルを留去後、ヘキサン1000mLを入れて抽出し、アミン塩酸塩をろ過によって取り除いた。
その後、-30℃で再結晶を行い、残留するヘキサンを留去することで、目的物であるSi2Cl4(NHtBu)2を7.29g得た。収率は23%であった。
なお、目的物は、NMRおよびGC分析によって確認した。GCにおける目的物の保持時間および純度は、それぞれ19min、60%であった。
「Si2Cl4(NtBu2)2」(化合物141)の合成
-70℃に冷却した反応容器に、ジエチルエーテル900mLと、Si2Cl6(25.23g、0.094mol)とをフラスコに添加した。
よく撹拌されたこの溶液に、ジエチルエーテル100mLに溶かした(tBu)2NH(48.51g、0.375mol)をゆっくり滴下した。徐々に室温まで昇温した後、8時間撹拌した。
減圧下でジエチルエーテルを留去後、ヘキサン1000mLを入れて抽出し、アミン塩酸塩をろ過によって取り除いた。
その後、-30℃で再結晶を行い、残留するヘキサンを留去することで、目的物であるSi2Cl4(N(C(CH3)3)2)2を9.38g得た。収率は22%であった。
なお、目的物は、NMRおよびGC分析によって確認した。GCにおける目的物の保持時間および純度は、それぞれ20min、64%であった。
図1に示す成膜装置1を用い、ALD法により、下表1~3に示す原料及び成膜条件を用いて、比較例1~3、及び例1~46のシリコン窒化膜をそれぞれ形成(成膜)した。
なお、成膜したシリコン窒化膜は、以下に示す方法により、測定、評価した。結果を下表1~3にそれぞれ示す。
[膜厚]
分光エリプソメトリーを用いて測定した。
分光エリプソメトリーを用いて測定した。
フーリエ変換赤外分光光度計を用い、検出器:TGS、分解能:4cm-1の条件によって、赤外吸収スペクトルを測定した。
屈折率の測定値が1.8~2.1の範囲内であるとき、良質なシリコン窒化膜であると評価した。
一方、屈折率の測定値が1.8未満であるとき、シリコン窒化膜は粗な膜構造であると評価した。
膜厚の測定値から、1サイクルあたりの成膜量であるGPC(Growth per cycle)を算出した。
測定した赤外吸収スペクトルの結果から、1000~1100cm-1付近の「Si-O」結合由来の振動、及び800~900cm-1付近の「Si-N」の結合由来の振動を確認した。
また、赤外吸収スペクトルから得られた「Si-N」結合由来のピーク強度を用い、比較例1に対する例1~43のSi-Nピーク強度比を算出して、膜の緻密性を評価した。
[成膜条件]
・成膜温度(基板の表面温度):450℃
・シリコン含有化合物:ヘキサクロロジシラン(HCDS)
・窒素含有化合物:アンモニア(NH3)
・サイクルの繰り返し回数:300回
・ステップ1:シリコン含有化合物を処理室内に10秒間供給し、基板表面に吸着させる。
・ステップ2:N2によるパージを10秒間行い、未反応のシリコン含有化合物を除去する。
・ステップ3:窒素含有化合物を処理室内に10秒間供給し、基板表面を窒化させる。
・ステップ4:N2によるパージを10秒間行い、未反応の窒素含有化合物を除去する。
・GPC:0.10(Å/cycle)
・屈折率:1.48
・FT-IR:
Si-N振動のほかにSi-O振動が確認された。
数日間経過後のサンプルを測定した結果、Si-Nピーク強度が減少し、Si-Oピーク強度が増加した。これは、粗なシリコン窒化膜が形成されたことを示しており、さらに経時変化したことを示している。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてビスターシャリーブチルアミノシラン(BTBAS)を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いてシリコン窒化膜の成膜を行った。
比較例2では、薄膜を形成せず、シリコン窒化膜を得ることができなかった。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてクロロジイソプロピルアミノシランを用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
・GPC:0.11(Å/cycle)
・屈折率:1.68
・Si-N振動のほかにSi-O振動が確認された。
数日間経過後のサンプルを測定した結果、Si-Nピーク強度が減少し、Si-Oピーク強度が増加した。これは、粗なシリコン窒化膜が形成されたことを示しており、さらに経時変化したことを示している。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2H2Cl2(NHC(CH3)3)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.40(Å/cycle)
・屈折率:2.02
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例1/比較例1):1.85
例1のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.85であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl2(NHC(CH3)3)4を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.23(Å/cycle)
・屈折率:1.90
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例2/比較例1):1.63
例2のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.71であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2H2Cl2(NHCH(CH3)2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.42(Å/cycle)
・屈折率:2.05
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例3/比較例1):1.90
例3のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.90であり、比較例1と比較して大幅にシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl2(NHCH(CH3)2)4を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.36(Å/cycle)
・屈折率:1.94
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例4/比較例1):1.66
例4のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.66であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2H2Cl2(NH(CH2)2(CH3))2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.39(Å/cycle)
・屈折率:2.04
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例5/比較例1):1.88
例5のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.88であり、比較例1と比較して大幅にシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl2(NH(CH2)2(CH3))4を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.23(Å/cycle)
・屈折率:1.93
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例6/比較例1):1.68
例6のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.68であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2H2Cl2(NHC(CH3)2(C2H5))2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.36(Å/cycle)
・屈折率:1.94
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例7/比較例1):1.70
例7のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.70であり、例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl2(NHC(CH3)2(C2H5))4を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.21(Å/cycle)
・屈折率:1.86
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例8/比較例1):1.55
例8のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.55であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2H2Cl2(NHCH(CH3)(C2H5))2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.42(Å/cycle)
・屈折率:2.02
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例9/比較例1):1.85
例9のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.85であり、比較例1と比較して大幅にシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl2(NHCH(CH3)(C2H5))4を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.22(Å/cycle)
・屈折率:1.90
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例10/比較例1):1.63
例10のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.63であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2H2Cl2(NHCH(C2H5)2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.37(Å/cycle)
・屈折率:1.98
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例11/比較例1):1.77
例11のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.77であり、比較例1と比較して大幅にシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl2(NHCH(C2H5)2)4を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.20(Å/cycle)
・屈折率:1.86
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例12/比較例1):1.55
例12のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.55であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2H2Cl2(N(C(CH3)3)2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.21(Å/cycle)
・屈折率:1.88
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例13/比較例1):1.59
例13のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.59であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl2(N(C(CH3)3)2)4を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.09(Å/cycle)
・屈折率:1.83
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例14/比較例1):1.50
例14のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.50であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2H2Cl2(N(CH(CH3)2)2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.22(Å/cycle)
・屈折率:1.90
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例15/比較例1):1.63
例15のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.63であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl2(N(CH(CH3)2)2)4を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.10(Å/cycle)
・屈折率:1.85
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例16/比較例1):1.54
例16のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.54であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2H2Cl2(N((CH2)2(CH3))2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.20(Å/cycle)
・屈折率:1.91
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例17/比較例1):1.64
例17のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.64であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl2(N((CH2)2(CH3))2)4を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.07(Å/cycle)
・屈折率:1.84
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例18/比較例1):1.52
例18のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.52であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2H2Cl2(N(C(CH3)2(C2H5))2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.18(Å/cycle)
・屈折率:1.82
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例19/比較例1):1.48
例19のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.48であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl2(N(C(CH3)2(C2H5))2)4(C2H5))2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.05(Å/cycle)
・屈折率:1.80
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例20/比較例1):1.44
例20のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.44であり、例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2H2Cl2(N(CH(CH3)(C2H5))2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.19(Å/cycle)
・屈折率:1.87
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例21/比較例1):1.57
例21のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.57であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl2(N(CH(CH3)(C2H5))2)4を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.10(Å/cycle)
・屈折率:1.82
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例22/比較例1):1.48
例22のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.48であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2H2Cl2(N(CH(C2H5)2)2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.16(Å/cycle)
・屈折率:1.83
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例23/比較例1):1.50
例23のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.50であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl2(N(CH(C2H5)2)2)4を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.06(Å/cycle)
・屈折率:1.82
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例24/比較例1):1.48
例24のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.48であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl4(NHC(CH3)3)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.33(Å/cycle)
・屈折率:1.82
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例25/比較例1):1.48
例25のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.48であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl4(NHCH(CH3)2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.35(Å/cycle)
・屈折率:1.84
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例26/比較例1):1.52
例26のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.52であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl4(NH(CH2)2(CH3))2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.32(Å/cycle)
・屈折率:1.83
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例27/比較例1):1.50
例27のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.50であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl4(NC(CH3)2(C2H5))2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.30(Å/cycle)
・屈折率:1.80
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例28/比較例1):1.44
例28のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.44であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl4(NHCH(CH3)(C2H5))2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.34(Å/cycle)
・屈折率:1.82
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例29/比較例1):1.48
例29のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.48であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl4(NHCH(C2H5)2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.33(Å/cycle)
・屈折率:1.81
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例30/比較例1):1.46
例30のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.46であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl4(N(C(CH3)3)2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.19(Å/cycle)
・屈折率:1.77
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例31/比較例1):1.39
例31のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.39であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl4(N(CH(CH3)2)2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.20(Å/cycle)
・屈折率:1.79
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例32/比較例1):1.43
例32のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.43であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl4(N((CH2)2(CH3))2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.18(Å/cycle)
・屈折率:1.79
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例33/比較例1):1.43
例33のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.43であり、例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl4(N(C(CH3)2(C2H5))2)2を用いた以外は、例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.16(Å/cycle)
・屈折率:1.75
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例34/比較例1):1.35
例34のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.35であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl4(N(CH(CH3)(C2H5))2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.17(Å/cycle)
・屈折率:1.78
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例35/比較例1):1.41
例35のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.41であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
シリコン含有化合物として、HCDSに換えてSi2Cl4(N(CH(C2H5)2)2)2を用いた以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.14(Å/cycle)
・屈折率:1.76
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例36/比較例1):1.37
例36のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.37であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
例1~36のシリコン窒化膜では、赤外吸収スペクトルを測定した結果、いずれもSi-O振動は検出されず、きれいなSi-N振動を確認できた。したがって、例1~36のシリコン窒化膜は、いずれも良質なSiN膜であることを確認した。
例1~26のうち、同一の置換基を含む化合物同士をそれぞれ比較して、各種置換基の数と膜質との関係を評価した。
例1~26では、いずれも良質なシリコン窒化膜が形成されたが、置換基の数が増加するにつれて、GPC、屈折率、及びSi-N強度比が減少した。これらは、各種置換基の分子構造が大きく、上述した化学吸着反応(第1反応)及び窒化反応(第2反応)において立体障害の影響があったことが原因と考えられる。
例1~38の結果を比較して、本発明のシリコン含有薄膜形成用組成物に含まれるクロロアミノジシラン化合物が有する置換基の種類の影響を評価した。
結果、「-NH(tBu)」基≧「-NHCH(CH3)2」基≧「-NH(CH2)2CH3」基≧「-N(CH(CH3)2)2」基≧「-N((C2H4)CH3)2」基の順で、良質なシリコン窒素化膜が形成されることを確認した。これは、置換基の各分子構造による立体障害の影響が原因と考えられる。
例1~24の結果と例25~36の結果とを比較して、本発明のシリコン含有薄膜形成用組成物に含まれるクロロアミノジシラン化合物が有する塩素の数の影響を評価した。
結果、塩素数が4個の化合物よりも、2個の化合物の方が良質なシリコン窒素化膜が形成されることを確認した。これは、膜中に残留する塩素および、副生成する塩化水素の影響が原因と考えられる。
比較例3の結果と例17の結果とを比較して、クロロアミノシラン化合物とクロロアミノジシラン化合物との違いを評価した。どちらの化合物も、Si原子一つに対して一つのジイソプロピルアミノ基を有するが、クロロアミノジシラン化合物の方が、良質な膜を速い成膜速度で形成した。
比較例3のシリコン窒化膜では未反応のSi-H結合の残留が多くなるのに対し、例17のシリコン窒化膜ではSi-Si結合を有しており、その結合が切れてSi-N-Si結合になる場合、切れずに残る場合のいずれにおいても、膜中に残るSi-H結合よりもSi又はNの膜中の割合が増えるため、緻密で良質な膜が得られることが原因と考えられる。
また、化合物1mol当たりから生じるSi-N結合の数および分子の大きさから、成膜速度はクロロアミノジシラン化合物の方が大きくなったと考えられる。
HCDSをシリコン含有化合物とし、NH3を窒素含有化合物としてそれぞれ用い、450~700℃の成膜温度で数十回のALD法による成膜実験を行った。
成膜実験後、成膜装置1の排出経路L2における減圧装置(減圧ポンプ)4の後段側の排気配管を開放したところ、塩化アンモニウムによる配管閉塞が確認された。
[成膜条件]
窒素含有化合物として、アンモニア(NH3)に換えてヒドラジン(NH2NH2)を用いた以外は、上述した例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.64(Å/cycle)
・屈折率:2.07
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例37/比較例1):2.02
例37のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が2.02であり、比較例1と比較して大幅にシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
窒素含有化合物として、アンモニア(NH3)に換えてモノメチルヒドラジン(NH2NH(CH3))を用いた以外は、例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.53(Å/cycle)
・屈折率:2.10
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例38/比較例1):1.95
例38のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.95であり、比較例1と比較してシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
窒素含有化合物として、ヒドラジン(NH2NH2)とアンモニア(NH3)との混合原料を用いた以外は、例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.61(Å/cycle)
・屈折率:1.99
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例39/比較例1):2.01
例39のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が2.01であり、比較例1と比較して大幅にシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
窒素含有化合物として、モノメチルヒドラジン(NH2NH(CH3))とアンモニア(NH3)との混合原料を用いた以外は、例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.49(Å/cycle)
・屈折率:2.04
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例40/比較例1):1.90
例40のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.90であり、比較例1と比較して大幅にシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
成膜温度を400℃に変更した以外は、例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.27(Å/cycle)
・屈折率:1.96
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例43/比較例1):1.58
例41のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.58であり、比較例1と比較して、50℃低温になっているのにも関わらず、シリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
成膜温度を350℃に変更した以外は、例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.17(Å/cycle)
・屈折率:1.86
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例44/比較例1):1.51
例42のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.51であり、比較例1と比較して、100℃低温になっているのにも関わらず、シリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
・成膜温度(基板の表面温度):450℃
・シリコン含有化合物:SiH2Cl(NHtBu)
・窒素含有化合物:NH3、NH2NH2
・サイクルの繰り返し回数:300回
・ステップ1:シリコン含有化合物を処理室内に10秒間供給する。
・ステップ2:N2によるパージを10秒間行い、未反応のシリコン含有化合物を除去する。
・ステップ3:NH3(第1反応ガス)を処理室内に10秒間供給する。
・ステップ4:N2によるパージを10秒間行い、未反応のNH3を除去する。
・ステップ5:NH2NH2(第2反応ガス)を処理室内に10秒間供給する。
・ステップ6:N2によるパージを10秒間行い、未反応のNH2NH2を除去する。
・GPC:0.52(Å/cycle)
・屈折率:2.06
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例43/比較例1):2.03
例43のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が2.03であり、比較例1と比較して大幅にシリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
表2に示すように、例37~40は、窒素含有原料として用いた窒素含有化合物が例1とはそれぞれ異なる。例1の結果と、例37~40の結果とを比較して、異なる窒素含有化合物を含む窒素含有原料を用いた場合の成膜量および膜質を評価した。
例41及び例42は、シリコン含有原料として用いたシリコン含有化合物が例1とは異なる。
また、例41及び例42は、成膜温度が比較例1及び例1とは異なる。
比較例1、例1、例41及び例42の比較により、クロロアミノジシラン化合物とアンモニア(NH3)とを用いた成膜の温度依存性を評価した。
例1は、窒素含有化合物に含まれる窒素含有化合物として、アンモニア(NH3)を単独で用いた例(2ステップ反応)である。
例37は、窒素含有化合物に含まれる窒素含有化合物として、ヒドラジン(NH2NH2)を単独で用いた例(2ステップ反応)である。
例43は、反応ガスとして、アンモニア(NH3)を含む窒素含有化合物からなる第1反応ガスと、ヒドラジンを含む窒素含有化合物からなる第2反応ガスとを交互に供給する例(3ステップ反応)である。
例1、例37及び例43の結果を比較して、3ステップ反応(第2反応ガスの供給)について評価した。
また、第2反応ガスとして、その他の窒素含有化合物を用いた場合も、同様の傾向が得られることを確認した。その中でも、特にヒドラジン類化合物を用いた場合、GPC、緻密性が良好であることを確認した。
[成膜条件]
成膜温度を550℃に変更した以外は、比較例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.15(Å/cycle)
・屈折率:1.90
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例44/比較例1):1.64
例44のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.64であり、比較例1(成膜温度450℃)と比較して、成膜温度100℃上げることで、シリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
成膜温度を550℃に変更した以外は、例1と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
[評価結果]
・GPC:0.80(Å/cycle)
・屈折率:2.05
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例45/比較例1):2.10
例45のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が2.10であり、例1(成膜温度450℃)と比較して、成膜温度100℃上げることで、シリコン窒化膜の緻密性が向上することを確認した。
比較例1、例1、例44及び例45の結果を比較して、成膜温度500℃以上における成膜量および膜質を評価した。成膜温度は、450℃と比較して550℃の方が、GPC、屈折率、緻密性が向上することを確認した。
[成膜条件]
・成膜温度(基板の表面温度):450℃
・シリコン含有化合物:Si2H2Cl2(NHtBu)2
・窒素含有化合物:NH3
・処理時間:30分間
下記のようにシリコン含有化合物および窒素含有化合物を供給し、CVD法により成膜した。
・ステップ1:SiH2Cl(NHtBu)2を処理室内に供給する。
・ステップ2:NH3を処理室内に供給する。
・成膜量:20(Å/min)
・屈折率:2.02
・膜厚30nmにおけるSi-Nピーク強度比(例49/比較例1):1.88
例49のシリコン窒化膜は、Si-Nピーク強度比が1.88であり、CVD法による成膜においても、良質なシリコン窒化膜を得ることを確認した。
2・・・処理室
3・・・温度制御装置
4・・・減圧装置
5・・・原料容器
6・・・気化器
7・・・加熱器
P・・・被処理基材(基板)
L1・・・パージガス供給経路
L2・・・排気経路
L3・・・原料ガス供給経路
L4・・・反応ガス供給経路
Claims (11)
- 化学気相成長法によってシリコン含有薄膜を形成する、シリコン含有薄膜の形成方法であって、
シリコン含有原料として、請求項1に記載のシリコン含有薄膜形成用組成物を用いる、シリコン含有薄膜の形成方法。 - 処理室内の被処理基材の表面温度を所要の温度に制御し、前記処理室内の前記被処理基材に、前記シリコン含有原料を供給するステップと、
前記処理室内の前記被処理基材に、窒素含有原料を供給するステップと、を含む、請求項2に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。 - 処理室内の被処理基材の表面温度を所要の温度に制御し、前記処理室内の前記被処理基材に、前記シリコン含有原料を供給するステップと、
前記シリコン含有原料の供給を停止するステップと、
前記処理室内の前記被処理基材に、窒素含有原料を供給するステップと、
前記窒素含有原料の供給を停止するステップと、を含むサイクルを繰り返す、請求項2に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。 - 前記サイクルが、前記処理室内に残留する前記シリコン含有原料を前記処理室内から除去するステップをさらに含む、請求項4に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
- 前記サイクルが、前記処理室内に残留する前記窒素含有原料を前記処理室内から除去するステップをさらに含む、請求項4又は5に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
- 前記サイクルが、前記処理室内の前記被処理基材に、前記シリコン含有原料とは異なる他のシリコン含有原料を供給するステップをさらに含む、請求項4乃至6のいずれか一項に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
- 前記サイクルが、前記処理室内の前記被処理基材に、前記窒素含有原料とは異なる他の窒素含有原料を供給するステップをさらに含む、請求項4乃至7のいずれか一項に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
- 前記窒素含有原料が、アンモニア、ヒドラジン、モノメチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、ターシャリーブチルヒドラジン、ジメチルアミン、モノメチルアミン、及びターシャリーブチルアミンからなる群から選択される1つ以上の窒素含有化合物を含む、請求項3乃至8のいずれか一項に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
- 前記シリコン含有薄膜は、シリコン窒化膜又はシリコン炭窒化膜である、請求項2乃至9のいずれか一項に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
- 処理室内の被処理基材の表面温度を、500℃未満の温度に制御する、請求項2乃至10のいずれか一項に記載のシリコン含有薄膜の形成方法。
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