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PATTERN FORMATION METHOD

Patent code P110004449
File No. E086P21
Posted date Jul 14, 2011
Application number P2010-090578
Publication number P2010-263202A
Patent number P5618599
Date of filing Apr 9, 2010
Date of publication of application Nov 18, 2010
Date of registration Sep 26, 2014
Priority data
  • P2009-095500 (Apr 10, 2009) JP
Inventor
  • (In Japanese)下田 達也
  • (In Japanese)松木 安生
  • (In Japanese)川尻 陵
  • (In Japanese)増田 貴史
  • (In Japanese)金田 敏彦
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
  • (In Japanese)セイコーエプソン株式会社
  • (In Japanese)JSR株式会社
Title PATTERN FORMATION METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pattern formation method including: a first step of arranging at least one silane compound selected from the group consisting of silicon hydride compounds and silicon halide compounds in a gap formed between a substrate and a pattern-shaped mold; and a second step of applying at least one treatment selected from a heat treatment and an ultraviolet ray radiation treatment to the arranged silane compound.
SOLUTION: When the second step is carried out under an inert atmosphere or a reductive atmosphere, a pattern comprising silicon can be formed. When at least a portion of the second step is carried out under an oxygen-containing atmosphere, a pattern comprising a silicon oxide can be formed.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

集積回路、薄膜トランジスタの如き半導体デバイスには、パターン状に形成されたシリコン膜、例えばアモルファスシリコン膜、多結晶シリコン膜、単結晶シリコン膜が使用されている。シリコン膜のパターン形成は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法の如き気相プロセスによって全面にシリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィーによって不要部分を除去するプロセスで行われることが一般的である。しかしながら、この方法では気相プロセスを用いるため、大掛かりな装置が必要であること、原料の使用効率が悪いこと、原料が気体であるため扱いにくいこと、大量の廃棄物が発生すること等の問題がある。

一方、半導体デバイスの電気絶縁膜、誘電体膜および保護膜としてはシリコン酸化膜が多用されている。シリコン酸化膜の形成方法としては、気相プロセス、ゾルゲル法等が知られている。上記気相プロセスとしては、例えばシリコンを空気中で熱酸化する方法、シランガスやジシランガスを原料として酸素、酸化窒素の如き酸化性ガス中で行うプラズマCVD法、石英から直接スパッタリング法で形成する方法等を;

上記ゾルゲル法としては、例えばテトラエトキシシランの如きアルコキシシランを部分加水分解したゾル状態で基板に塗布した後に加熱分解する方法等を、それぞれ挙げることができる。これらのうち、気相プロセスはシリコン膜形成の場合と同様の問題点がある。またゾルゲル法は、反応が進むにつれて水が生成するため、緻密なシリコン酸化膜が得られにくく、膜中の内部応力の発生に起因する亀裂が発生しやすい欠点があるほか、高温で加熱する工程を経るため、耐熱性の低い基板、例えばプラスチック基板には適用できなかった。

そこで、液相プロセスを用いるシリコン膜およびシリコン酸化膜の形成方法が種々検討されている。例えば特許文献1および特許文献2には、液体状のシラン化合物、例えばシクロペンタシランと、

上記液体状のシラン化合物に紫外線を照射することによって光重合させて得られる高次シラン化合物と、

デカリン、テトラリン、メチルナフタレン、トルエン、デカン、オクタン、キシレン、ベンゼン等の溶媒と

を含有する高次シラン組成物を原料として用い、この高次シラン組成物を基板上に塗布し、溶媒を除去した後、熱処理することによってシリコン膜またはシリコン酸化膜を形成する方法が提案されている。

この液相プロセスによると、重厚長大な装置は不要となるため、工程面およびコスト面で大きな利点がある。しかしながら、アスペクト比の大きいパターンを形成するためには未だフォトリソグラフィーの如き付加的な工程を要し、工程の煩雑性は完全には解消されていない。さらに、環境面の負荷についての懸念も払拭されてはいない。

ところで近年、ナノインプリント技術が開発され、注目されている。非特許文献1および非特許文献2には、金型に形成した数十~数百nmの凹凸パターンを、基板上に塗布した樹脂材料に押し付けることにより、樹脂材料にパターンを転写する技術が記載されている。ナノインプリント工程は、低コストにて短い工程時間で行うことができ、形成しうるパターン形状の自由度が大きい等の利点がある。しかしながら、ナノインプリント工程自体の工程コストは低廉であるが、パターンの元型となる金型が高価であるとの問題がある。さらに、この技術のより本質的な問題として、パターン形成が可能な樹脂材料が熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等の有機樹脂材料に限られているため、上記半導体デバイスのシリコン膜またはシリコン酸化膜には、もとより適用しうるべくもない。

最近、上記ゾルゲル法とナノインプリント技術を組み合わせた技術が報告された。特許文献3には、アルコキシシランの如き加水分解性シラン化合物の部分加水分解をゾル状態で基板に塗布し、凹凸パターンを有する金型を押し付けた後に加熱焼成してさらに加水分解することにより、パターン状シリコン酸化膜を形成する技術が記載されている。この技術は、結局はゾルゲル法であるため、緻密なシリコン酸化膜が得られにくいこと、膜中に亀裂が発生しやすいこと、耐熱性の低いプラスチック基板等には適用できないことといった上記したゾルゲル法の欠点を継承しているほか、原理上、パターン状シリコン膜を形成することができるものではない。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、パターンの形成方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
基板とパターン状モールドとの間隙に、水素化ケイ素化合物およびハロゲン化ケイ素化合物よりなる群から選択される少なくとも1種のシラン化合物を配置する第一の工程と
配置した前記シラン化合物に熱処理および紫外線照射処理から選択される少なくとも1種の処理を施す第二の工程と
を含むパターンの形成方法において、
前記第一の工程が、基板上にシラン化合物の被膜を形成し、次いで該被膜上にパターン状モールドを配置して加圧することにより行われるものである、前記パターンの形成方法。

【請求項2】
 
前記シラン化合物が高次シラン化合物であり、第二の工程における処理が熱処理である、請求項1に記載のパターンの形成方法。

【請求項3】
 
前記高次シラン化合物が、下記式(2)および(3)
SiiX2i (2)
SijX2j-2 (3)
(上記式中、Xは、それぞれ、水素原子またはハロゲン原子であり、iは3~8の整数であり、jは4~14の整数である。)
のそれぞれで表される化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の化合物に紫外線を照射して得られたものである、請求項2に記載のパターンの形成方法。

【請求項4】
 
前記高次シラン化合物の粘度が0.0005~1,000Pa・sである、請求項3に記載のパターンの形成方法。

【請求項5】
 
前記第二の工程における熱処理が、基板およびパターン状モールドの間隙に高次シラン化合物を配置した状態において行われるものである、請求項2に記載のパターンの形成方法。

【請求項6】
 
前記第二の工程における熱処理が、高次シラン化合物上のパターン状モールドを除去した状態において行われるものである、請求項2に記載のパターンの形成方法。

【請求項7】
 
前記シラン化合物が記式(2)および(3)
SiiX2i (2)
SijX2j-2 (3)
(上記式中、Xは、それぞれ、水素原子またはハロゲン原子であり、iは3~8の整数であり、jは4~14の整数である。)
のそれぞれで表される化合物よりなる群から選択される少なくとも1種の化合物であり、前記第二の工程における処理が前記紫外線照射処理である、請求項1に記載のパターンの形成方法。

【請求項8】
 
前記第二の工程が不活性雰囲気または還元性雰囲気下で行われ、形成されるパターンがシリコンからなるものである、請求項1~7のいずれか一項に記載のパターンの形成方法。

【請求項9】
 
前記第二の工程の少なくとも一部が酸素含有雰囲気下で行われ、形成されるパターンがシリコン酸化物からなるものである、請求項1~7のいずれか一項に記載のパターンの形成方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO SHIMODA Nano-Liquid Process AREA
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