JPH08306645A - 金薄膜の形成方法 - Google Patents

金薄膜の形成方法

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JPH08306645A
JPH08306645A JP10960395A JP10960395A JPH08306645A JP H08306645 A JPH08306645 A JP H08306645A JP 10960395 A JP10960395 A JP 10960395A JP 10960395 A JP10960395 A JP 10960395A JP H08306645 A JPH08306645 A JP H08306645A
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JP
Japan
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substrate
gold
thin film
single crystal
solution
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Application number
JP10960395A
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English (en)
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Yuuko Morikawa
有子 森川
Tsutomu Ikeda
勉 池田
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大粒径の金単結晶からなる金薄膜を基板上に
形成させたとき、基板から脱落しにくい金薄膜の形成方
法を提供すること。 【構成】 金錯体溶液中の金錯体を分解処理することに
より溶液中の金を過飽和状態にし、金単結晶を基板上に
析出・成長させて金薄膜を形成する金薄膜の形成方法に
おいて、前記基板の表面をエッチングした後、基板上に
金薄膜を形成することを特徴とする金薄膜の形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金薄膜の形成方法に関す
る。本発明の方法は、半導体集積回路・光集積回路・磁
気回路等の電子素子、光素子、圧電素子等、あるいは電
子放出素子、記録媒体用電極等の作製に適する。
【0002】
【従来の技術】従来、金薄膜は、リードフレーム・IC
等の厚膜分野の配線や電極、GaAs半導体の薄膜配線
等に広く用いられてきた。
【0003】最近では、Si半導体デバイスの高密度化
から、Al配線のエレクトロマイグレーションが深刻な
問題となっており、重金属である金が配線材料として有
望視されている。特に、耐エレクトロマイグレーション
・対腐食性・低抵抗性・耐メルト性等で優れている大粒
径の単結晶群からなる金結晶薄膜を、基板上に形成する
ことが望まれている。
【0004】従来の金結晶薄膜の形成方法としては、真
空蒸着法・CVD法・電解メッキ法・無電解メッキ法等
によるものが知られている。真空蒸着法による金結晶薄
膜の形成方法は次のようにして行う。Si、SiO2
SiN、GaAs、サファイア、Cr、Ti、Cu等の
基板を500〜700℃程度に加熱する。この基板へ、
通常10-6Torr以下の真空中で電子ビーム加熱や抵
抗加熱により蒸気にした金を搬送し、堆積させる。この
ような真空蒸着法により得られた比較的大きな単結晶と
しては、粒径が数10μmの金単結晶をマイカ(雲母)
上に形成した報告がある(Dennis J.Trevor他 Physical
Review Letters Vol.62 No.8)。また、熱CVD法、
PECVD法により、Si上に金の多結晶薄膜を形成し
た報告がある(N.Misawa他第37回半導体・集積回路技
術シンポジウムDec.7,1989)。
【0005】しかし、真空蒸着法やCVD法では、マイ
カ(雲母)や高配向グラファイト等の不活性基板には、
数10μm径の単結晶群からなる金結晶薄膜は形成でき
るが、Si・GaAs等の半導体材料上やSiO2・S
iN・Al23等の絶縁体上では、サブミクロン径の単
結晶群か又は多結晶膜になってしまう。
【0006】さらに、真空蒸着法やCVD法で大粒径単
結晶群からなる金結晶薄膜を形成するには、基板温度を
高温にする必要があるため、高温下に置くことにできな
いデバイスに対しては、多くの制約がある。例えば、S
i上に金薄膜を形成する場合、共晶温度363℃を越え
るとAu−Si合金(共晶)が形成されてしまうため、
高温を必要とする大粒径の単結晶群からなる金薄膜の作
製は困難である。
【0007】また、電解メッキ法・無電解メッキ法は、
装飾用の金薄膜形成やリードフレームのメッキ等で古く
から利用されている方法であり、あらかじめ基板表面に
金、銅又はニッケル面を形成した後に金薄膜を形成する
ものである。しかし、これらの方法では、通常、多結晶
膜となり、製法上、単結晶群を形成するような系の制御
は困難である。
【0008】一方、最近、金錯体溶液中の金錯体を分解
処理することにより溶液中の金を過飽和状態にし、単結
晶の金を基板上に堆積・成長させて金薄膜を形成する方
法が提案されている(特願平03−132176号)。
この方法においては、平均粒径50μm〜1mmの大粒
径の金単結晶からなる金薄膜が得られている。
【0009】
【発明が解決しようする課題】しかしながら、上述の従
来方法には以下のような問題点がある。すなわち、金単
結晶及び金単結晶からなる金薄膜を基板上に形成し、次
いでこの基板を超音波等で洗浄したとき、基板の表面形
状が荒れていると、金単結晶及び金単結晶からなる金薄
膜と基板との間に微小な空間が生じ、この空間に洗浄液
が入り込むことによって、金単結晶及び金単結晶からな
る金薄膜が基板から脱落する危険性が発生する。
【0010】そこで本発明の目的は、大粒径の金単結晶
及びその金単結晶からなる金薄膜を基板上に形成させた
とき、金単結晶及び金単結晶からなる金薄膜と基板との
密着性が優れ、基板から脱落しにくい金薄膜の形成方法
を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するために種々の検討を行った結果、本発明を
完成した。すなわち本発明は、金錯体溶液中の金錯体を
分解処理することにより溶液中の金を過飽和状態にし、
金単結晶を基板上に析出・成長させて金薄膜を形成する
金薄膜の形成方法において、前記基板の表面をエッチン
グした後、基板上に金薄膜を形成することを特徴とする
金薄膜の形成方法に関する。
【0012】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
方法における基板のエッチングの方法は、特に制限はな
く、通常のエッチング方法で行われる。例えば、ウエッ
トエッチング又はドライエッチングのいずれかの方法で
行うことができる。具体的には、例えば次のようにして
行う。Siウエハを基板とし、この基板をクロム酸混
液、10%フッ酸水溶液、バッファーフッ酸水溶液の順
で洗浄し、エッチングする。または、Siウエハ上にT
iを真空蒸着してこれを基板とし、この基板をO2プラ
ズマを用いてエッチングする。その他として、ガラス上
にITOを真空蒸着してこれを基板とし、この基板を硫
酸−過酸化水素水混合液を用いてエッチングするなどの
方法がある。
【0013】本発明で用いる基板としては、後述する金
錯体溶液によって、腐食等の大きな損傷を受けないもの
が望ましい。例えば、Si、SiN、ガラス等が用いら
れる。また、これらの基板上に、Cr、Ti、Pt、I
TO(Indiumu Tin Oxide)等を電子ビーム加熱や抵抗
加熱、スパッタ法等によって真空蒸着したものを用いて
もよい。
【0014】上述のエッチングは、エッチング後の基板
表面の凹凸のPV値が10nm以下になるように行うこ
とが適当である。好ましくは5nm以下、より好ましく
は1nm以下である。さらには、基板表面の凹凸のピッ
チが結晶の大きさより大きいことが望ましく、500n
m以上とすることが適当である。好ましくは800μm
以上、より好ましくは1μm以上である。
【0015】以下、上述のようにしてエッチングを行っ
た基板への金薄膜の形成方法について説明をする。金薄
膜の形成は、金錯体溶液中の金錯体を分解処理すること
により溶液中の金を過飽和状態にし、金単結晶を基板上
に析出・成長させて行う。
【0016】好ましい具体例を次に説明する。まず、蒸
留水にヨウ化カリウム及びヨウ素を投入してヨウ素水溶
液を調製し、この水溶液へ金を添加し、十分に攪拌して
溶解させ、[AuI4-を含有する金錯体水溶液を形成
する。このとき水溶液中には、金錯体の他、I3-、K+
が存在するものと考えられる。
【0017】次いで、溶液を30〜200℃に加熱・昇
温し、ヨウ素成分の揮発を促進させる。溶液系内では、
3-の状態で存在するヨウ素成分の気化により、溶液系
内の平衡状態の維持のために[AuI4-の分解が進行
し、金が過飽和の状態となる。
【0018】金が過飽和状態になったところで、あらか
じめエッチングを施して平滑性を向上させた基板を溶液
中に速やかに投入する。これにより、基板上に金単体が
析出し、結晶核が形成される。そして、新たな結晶核の
発生と結晶成長が同時に進行する。このとき、結晶核は
自己整合的に単結晶成長する。その後、結晶成長を続け
ることで、平板状に形成した金単結晶同士の衝突が生
じ、単結晶群からなる金結晶薄膜が基板上に形成され
る。
【0019】上記の金薄膜の形成方法に用いられるヨウ
素水溶液は、ヨウ化カリウム以外のヨウ化化合物、例え
ばヨウ化アンモニウム等を使用してもよく、ヨウ化カリ
ウムに限定されない。
【0020】また溶媒は、メタノール・エタノール等の
アルコール、又はこれらのアルコールと水との混合溶液
を用いてもよい。
【0021】上記溶液に溶解させる金は、金単体の他
に、適当な金化合物、例えばAuI、AuI3等を用い
てもよい。その他溶液中で[AuI4-を十分に形成す
る金化合物を用いることができる。
【0022】さらに溶液中の金錯体も、[AuI4-
限定されるものではなく、[AuI 2-、[AuC
4-、[Au(CN)2-、[Au(CN)3-等で
あってもよく、これらの金錯体を形成する金化合物又は
/及び溶液条件を用いてもよい。
【0023】溶液中の金錯体の分解処理の手段は、前述
の加熱による方法の他に、還元剤による方法がある。例
えば、ハイドロキノン・ピロガロール・パイロカテキン
・グクシン・メトールハドロキノン・アミドール・メト
ール・亜硫酸ソーダ・チオ硫酸ナトリウム・水酸化ナト
リウム等の溶液中で還元作用を有する各種の物質を作用
させる。
【0024】
【作用】エッチングで基板表面の凹凸を均一に小さく
し、基板の表面を平滑にすることによって、基板と金単
結晶との接触面積が増えるため、基板と金単結晶との密
着性が向上する。実際、基板上には微少な空間を形成せ
ずに面内方向に結晶方位の揃った平板状の金単結晶群が
形成し、この金単結晶群が結晶成長して金薄膜が形成さ
れる。このように形成された金薄膜は、基板との密着性
が非常に優れたものになっている。
【0025】
【実施例】以下、本発明を実施例および比較例によりさ
らに説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。
【0026】実施例1 Siウエハを基板として用い、この基板をクロム酸混
液、10%フッ酸水溶液、バッファ−フッ酸溶液の順で
洗浄し、エッチングした。この基板の表面を原子間力顕
微鏡で観察したところ、基板表面の凹凸は500μm□
内でPV値が0.2nmであり、この表面の凹凸のピッ
チは1000nmであった。
【0027】蒸留水500mlにヨウ化カリウム40g
及びヨウ素6gを投入して攪拌し溶解させた。次いで、
この溶液に金2gを投入して攪拌し溶解させた。十分に
溶解させた後、溶液100mlを分取して開放系の反応
容器に入れ、この反応容器にさらに蒸留水100ml加
えて攪拌し、結晶成長溶液Aを調製した。この結晶成長
溶液Aを約90℃に加熱した。この結晶成長溶液Aにエ
ッチングを行った前記の基板を速やかに投入し、温度を
90℃に保ったまま放置した。
【0028】1時間後に基板を取り出したところ、基板
上に平板状の金単結晶群が形成されており、平均粒径が
約500μm、厚さ5μmの平板状単結晶からなる金薄
膜が形成していた。また、基板上に形成された金薄膜の
平板状単結晶は結晶方位が(111)に制御されてい
た。
【0029】金薄膜が形成された基板を超音波洗浄して
も、金薄膜は脱落しなかった。
【0030】実施例2 Siウエハ上にTiを1000nmの厚さに真空蒸着
し、O2プラズマを用いてエッチングしたものを基板と
して用いた。この基板の表面の凹凸を原子間力顕微鏡で
観察したところ、基板の表面の凹凸は、500μm□内
でPV値が0.8nmであり、この基板表面の凹凸のピ
ッチは1200nmであった。
【0031】実施例1と同様にして調製した結晶成長溶
液Aを90℃に加熱した。この結晶成長溶液Aにエッチ
ングを行った前記の基板を速やかに投入し、温度を90
℃に保ったまま放置した。
【0032】1時間後に基板を取り出したところ、基板
上に平板状金単結晶群が形成されおり、平均粒径が約8
30μm、厚さ10μmの平板状単結晶からなる金薄膜
が形成していた。また、基板上に形成された金薄膜の平
板状単結晶は結晶方位が(111)に制御されていた。
【0033】金薄膜が形成された基板を超音波洗浄して
も、100個の結晶中、2個の結晶しか脱落しなかっ
た。
【0034】実施例3 ガラス上にITOを5000nmの厚さに真空蒸着した
ものを基板として用いた。この基板を硫酸−過酸化水素
水混合液を用いてエッチングした。この基板の表面を原
子間力顕微鏡で観察したところ、基板の表面の凹凸は5
00μm□内でPV値が1nmであり、この基板表面の
凹凸のピッチは850nmであった。
【0035】実施例1と同様にして調製した結晶成長溶
液Aを90℃に加熱した。この結晶成長溶液Aにエッチ
ングを行った前記の基板を速やかに投入し、温度を90
℃に保ったまま放置した。
【0036】1時間後に基板を取り出したところ基板上
に平板状の金単結晶群が形成されており、平均粒径が約
380μm、厚さ5μmの平板状単結晶からなる金薄膜
が形成していた。また、基板上に形成された金薄膜の平
板状単結晶は結晶方位が(111)に制御されていた。
【0037】金薄膜が形成された基板を超音波洗浄して
も、100個の結晶中、3個の結晶しか脱落しなかっ
た。
【0038】比較例 ガラス基板上にITOを5000nmの厚さに真空状着
し、エッチングを行わずに本比較例の基板とした。この
基板の表面の凹凸を原子間力顕微鏡で観察したところ、
基板表面の凹凸は500μm□内でPV値は18nmで
あり、この基板表面の凹凸のピッチは500nmであっ
た。
【0039】実施例1と同様にして調製した結晶成長溶
液Aを90℃に加熱した。この結晶成長溶液Aに前記の
基板を速やかに投入し、温度を90℃に保ったまま放置
した。
【0040】1時間後に基板を取り出したところ、基板
上に平板状の金単結晶群が形成されており、平均粒径が
約280μm、厚さ3μmの平板状単結晶からなる金薄
膜が形成していた。また、基板上に形成された金薄膜の
平板状単結晶は結晶方位が(111)に制御されてい
た。
【0041】金薄膜が形成された基板を超音波洗浄する
ことにより、100個の結晶中、82個の結晶が脱落し
た。
【0042】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、エッチングで基板表面の凹凸を均一に小さく
し、基板の表面を平滑にすることによって、密着性のよ
い金薄膜を基板上に形成させることが可能になる。その
結果、超音波等の洗浄処理においても金薄膜が基板から
脱落しにくくなり、金薄膜による優れた配線や電極を提
供することができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金錯体溶液中の金錯体を分解処理するこ
    とにより溶液中の金を過飽和状態にし、金単結晶を基板
    上に析出・成長させて金薄膜を形成する金薄膜の形成方
    法において、前記基板の表面をエッチングした後、基板
    上に金薄膜を形成することを特徴とする金薄膜の形成方
    法。
  2. 【請求項2】 基板表面の凹凸のPV値が10nm以下
    となるようにエッチングを行う請求項1記載の金薄膜の
    形成方法。
  3. 【請求項3】 基板表面の凹凸のピッチが500nm以
    上となるようにエッチングを行う請求項2記載の金薄膜
    の形成方法。
JP10960395A 1995-05-08 1995-05-08 金薄膜の形成方法 Pending JPH08306645A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998038350A1 (en) * 1997-02-28 1998-09-03 The Whitaker Corporation Direct deposition of gold

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998038350A1 (en) * 1997-02-28 1998-09-03 The Whitaker Corporation Direct deposition of gold

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