JPH09172012A - ケイ素−酸素含有コーティングの成長法 - Google Patents

ケイ素−酸素含有コーティングの成長法

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JPH09172012A
JPH09172012A JP8286882A JP28688296A JPH09172012A JP H09172012 A JPH09172012 A JP H09172012A JP 8286882 A JP8286882 A JP 8286882A JP 28688296 A JP28688296 A JP 28688296A JP H09172012 A JPH09172012 A JP H09172012A
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ジョン ロボダ マーク
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    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/22Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/401Oxides containing silicon
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エレクトロニクス産業での使用に適したケイ
素−酸素含有コーティングの成長法を提供する。 【解決手段】 有機ケイ素原料と酸素源とを含む反応性
ガス混合物をコーティングしようとする基材の入った成
長室へ導入し、次いで反応を誘起させてコーティングを
形成することを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機ケイ素原料及
び酸素源からケイ素と酸素とを含有するコーティングを
気相成長させることに関する。得られたコーティング
は、それらをエレクトロニクス産業において有用にする
望ましい特性を有する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】当該技
術分野ではSi−O含有コーティングを成長させるため
の方法が多数知られており、そして多くのものが現在産
業界で使用されている。例えば、シラン(例としてSi
4 、H2 SiCl2 等)と酸素源(例として空気、酸
素、オゾン、亜酸化窒素等)の化学気相成長(CVD)
により酸化ケイ素コーティングを堆積させることができ
ることが知られている。これらのコーティングは、エレ
クトロニクス産業において保護コーティング又は誘電コ
ーティングとして貴重なものである。ところが、そのよ
うな方法は、扱うのが危険であるかあるいは困難である
シラン類に依存している。
【0003】同様に、酸化ケイ素コーティングをテトラ
エチルオルトシリケート(TEOS)及び酸素源のCV
Dにより堆積させることができることが知られている。
これらのコーティングも、エレクトロニクス産業におい
てバリヤとして有効である。とは言え、そのような方法
は、本発明の有機ケイ素原料を使用しない。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者らは、気
体の有機ケイ素原料を酸素源と組み合わせて使用して、
炭素を本質的に含まないケイ素と酸素の優れたコーティ
ングを作ることができるということを思いもよらぬこと
に見いだした。
【0005】本発明は、基材上にケイ素と酸素を含有す
るコーティングを成長させる方法に関する。この方法
は、有機ケイ素原料と酸素源とを含む反応性ガス混合物
を基材を入れた成長室へ導入することを含む。次いで、
この反応性ガス混合物を反応させてケイ素と酸素を含有
するコーティングを形成させる。
【0006】これらのコーティングは、それらを例えば
電子デバイスのような基材上で保護層や誘電層として役
立つものにする優れた性質を有する。例えば、これらの
コーティングは応力が小さく(例として100MPa未
満)、またコーティングされた基材をそれほど損傷しな
いようである。更に、本発明の方法は、安全面で危険で
ある(例えば自然発火性のある)シランの必要性をなく
す点で、従来技術よりも有利である。
【0007】本発明の有機ケイ素原料は、500℃未満
の温度で気体の状態にあり且つエネルギーを加えること
で反応して所望のコーティングのためのケイ素をもたら
す、Si−C結合を持つ任意の物質である。具体的な原
料の例には、有機置換基を持つシラン類(例、メチルシ
ラン、ジメチルシラン又はトリメチルシランといったよ
うなアルキルシラン類)、有機置換基を持つジシラン類
(例、ヘキサメチルジシラン)、有機置換基を持つトリ
シラン類(例、オクタメチルトリシラン)、有機置換基
を持つ低分子量のポリシラン類(例、ジメチルポリシラ
ン)、低分子量ポリカルボシラン類、及びケイ素含有の
シクロアルカン類、例として米国特許第5011706
号明細書に記載されたシラシクロブラン類あるいはジシ
ラシクロブタン類、が含まれる。本発明において殊に好
ましいのはトリメチルシランを使用することである。
【0008】本発明で使用される酸素源は、エネルギー
を加えることで反応して所望のコーティングのための酸
素を生成する、500℃未満の温度において気体の状態
にある任意の材料である。そのような材料の例には、空
気、酸素、オゾン、亜酸化窒素、酸化窒素等が包含され
る。殊に好ましいのは酸素又は亜酸化窒素を使用するこ
とである。
【0009】もちろん、反応性ガス混合物にはそのほか
の物質も含めることができる。これらには、例えば、ヘ
リウムあるいはアルゴンといったようなキャリヤガス
や、ホスフィンあるいはボランといったようなドーパン
トや、フッ素といったようなハロゲンや、又はコーティ
ングに望ましい性質を付与する任意のこのほかの物質が
含まれる。
【0010】本発明によれば、反応性ガス混合物は、コ
ーティングしようとする基材を入れた成長室へ導入され
る。必要なら、有機ケイ素原料及び/又は酸素源を加熱
し及び/又は真空を生じさせて、それらを成長室へ入れ
るため気体の状態に変えてもよい。加熱が必要な場合に
は、一般に、反応の障害を防止するため500℃より高
く加熱すべきでない。
【0011】ガス類は、任意の所望のやり方で成長室へ
導入することができる。例えば、ガス類を混合してから
成長室に入れてもよく、あるいは、原料を次々に加えて
も又は別々の口を通して加えてもよい。同様に、ガス類
を成長室へ導入した後に反応を行ってもよく(静的)、
あるいは、気体原料の連続流を導入しそして成長室から
抜き出してもよい。
【0012】本発明の方法で使用される有機ケイ素原
料、酸素源及びその他の任意の成分の量は、所望のコー
ティングを成長(堆積)させるのに十分である量であ
る。この量は、所望のコーティング厚、成長速度、コー
ティングの化学量比等といったような因子に依存して広
い範囲にわたり変えることができる。一般には、有機ケ
イ素原料は1〜90体積%の量で存在し、そして酸素源
は1〜90体積%の量で存在する。
【0013】一般に、反応物のガスは75%以下の体積
濃度までキャリヤガスでもって希釈される。典型的に
は、有機ケイ素原料は1〜30体積%の範囲で使用さ
れ、酸素源は1〜50体積%の範囲で使用され、そして
キャリヤは20〜98体積%の範囲で使用される。
【0014】次に、反応性ガス混合物を反応させて基材
上にコーティングを成長(堆積)させる。気体種の反応
は当該技術において周知であり、ここでは任意の通常の
CVD手法を利用することができる。例えば、単純な熱
気相成長、光熱気相成長、プラズマ支援化学気相成長
(PECVD)、電子サイクロトロン共鳴(ECR)、
ジェット気相成長といったような方法、あるいは同様の
任意の手法が適している。これらの方法は、気化させた
種にエネルギーを加えて(熱、プラズマ等の形態でもっ
て)所望の反応を生じさせることを必要とする。
【0015】熱気相成長では、反応性ガス混合物の流れ
を加熱した基材上を通過させてコーティングを堆積させ
る。反応性ガス混合物が高温の基材と接触すると、それ
は反応してコーティングを堆積させる。これらのコーテ
ィングを所望の厚さに応じて数分ないし数時間で形成す
るのに、100〜1000℃の範囲の基材温度で十分で
ある。
【0016】PECVDでは、反応性ガス混合物をプラ
ズマ場を通過させることで反応させる。次いで、それに
より生じた反応性の種を基材に集め、そしてそれらは直
ぐに付着する。一般に、この方法が熱的CVDに優る利
点はより低い温度を使用することができるということで
ある。例えば、20〜600℃の基材温度が役目を果た
す。
【0017】そのような方法で使用されるプラズマは、
放電、無線周波もしくはマイクロ波範囲の電磁界、レー
ザー又は粒子線といったような、種々の源から得られる
エネルギーを含む。大抵のプラズマ成長法で一般的に好
ましいのは、無線周波(10kHz〜102 MHz)又
はマイクロ波(0.1〜10GHz)のエネルギーを適
度のパワー密度(0.1〜5W/cm2 )で使用するこ
とである。とは言え、具体的な周波数、パワー及び圧力
は、一般に装置に合わされる。
【0018】この成長(堆積)の機構ははっきりと分か
ってはいないけれども、反応性ガス混合物へのエネルギ
ーの付加が基材上でケイ素−酸素結合が形成されるよう
に分子の解離と再配列を引き起こすものと仮定される。
このコーティングの化学組成は一般にSiOx であり、
この式のxは1〜2である。
【0019】本発明の方法は広範囲の厚さの望ましいコ
ーティングを成長(堆積)させる。例えば、単一層から
2〜3μmまでの範囲のコーティングが可能である。こ
れらのコーティングは硬く、高モジュラスであり、そし
て優れた機械的バリヤである。このように、それらは広
範囲の電子デバイス又は電子回路に対して、例えばシリ
コンを基にしたデバイス、ガリウムひ素を基にしたデバ
イス、フォーカルプレーンアレー、オプトエレクトロニ
ックデバイス、光電池及びオプティカルデバイスといっ
たようなものに対しても、また非電子基材に対して、例
えば切削工具、ガラス、セラミック、金属及びプラスチ
ックといったようなものに対しても、有効である。
【0020】これらのコーティングは、ほかのコーティ
ングで、例えば別のSiO2 コーティング、SiO2
変性用セラミック酸化物コーティング、ケイ素含有コー
ティング、ケイ素−炭素含有コーティング、ケイ素−窒
素含有コーティング、ケイ素−窒素−炭素含有コーティ
ング、ケイ素−酸素−窒素含有コーティング及び/又は
ダイヤモンド様炭素コーティングといったもので、被覆
してもよい。そのようなコーティングとそれらの成長
(堆積)の機構は当該技術分野において知られている。
多くのものが米国特許第4973526号明細書に教示
されている。
【0021】
【実施例】
〔例1〜20〕シラン(比較用)又はトリメチルシラン
(本発明)、亜酸化窒素、及びヘリウムを、基材として
シリコンウェーハを使用する、容量結合した平行プレー
トPECVD装置へ導入した。表1〜4に明らかにした
組み合わせのパラメーターを使ってコーティングを成長
させた(全ての成長は1.0Pa(1000mTor
r)で行った)。これらのいろいろの実験についての結
果を表1〜4に示す。これらの表中、SiHはシランを
表し、TMSはトリメチルシランを表しており、scc
mはスタンダード立方センチメートル/分を表してい
る。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】
【表4】
【0026】これらの表は、プラズマに対し一定のRF
パワーの下では、シランから堆積した膜はその解離がよ
り容易なため速い速度で成長したことを示している。と
は言え、そのような膜は応力も大きい。明らかなよう
に、トリメチルシランを基にした方法(本発明)の成長
速度はパワーを増加させることでシランを基にした方法
(従来技術)に匹敵するよう上昇させることができる。
【0027】トリメチルシランを基にした方法から得ら
れた膜は、30MPaの圧縮応力から600MPaの引
張応力までの範囲の応力を示している。これは、シラン
を基にした方法を使って、ここで得られた300MPa
の圧縮応力及び工業的な平均の100〜300MPaの
範囲の圧縮応力と同等であるとみなすことができる。
【0028】得られた膜についてのFTIRデータは、
シランを基にした方法と本発明のトリメチルシランを基
にした方法とで本質的に違いがないことを示している。
FTIRはまた、前駆物質(有機ケイ素原料)の不完全
な分解の結果生じる本発明のトリメチルシランによる方
法でのC−H結合の形跡を示していない。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジメチルシラン又はトリメチルシランか
    ら選ばれた有機ケイ素原料と酸素源とを含む反応性ガス
    混合物を基材の入った成長室へ導入し、そして当該反応
    性ガス混合物の反応を誘起してケイ素と酸素とを含むコ
    ーティングを形成することを含む、基材上にケイ素と酸
    素を含有するコーティングを成長させる方法。
JP8286882A 1995-10-30 1996-10-29 ケイ素−酸素含有コーティングの成長法 Withdrawn JPH09172012A (ja)

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US55026195A 1995-10-30 1995-10-30
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