JPH06260447A - 金薄膜の形成方法及び形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 平板状金単結晶からなる金薄膜の形成方法を
提供する。 【構成】 金錯体溶液中の金錯体を分解処理し、該溶液
中の金を飽和状態に移行せしめ、Ｓｉ単結晶ウエハ上に
形成されている金とシリコンとの共晶部位上に金を析出
・成長させる金薄膜の形成方法。 【効果】 結晶方位の揃った直線状の良質な粒界を持つ
高品質な金薄膜が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金薄膜の形成方法及び
形成装置に関し、特に半導体集積回路、光集積回路、磁
気回路等の電子素子、光素子、圧電素子等或は電子放出
素子、記録媒体用電極の作成に適した平板状金単結晶か
らなる金薄膜の形成方法及び形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より金薄膜は、時計バンドなどのア
クセサリーの装飾用の他、リードフレームやＨＩＣ等の
厚膜分野の配線や電極、ＧａＡｓ半導体の薄膜配線など
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、
耐腐食性、低抵抗性、耐メルト性などに優れている大粒
径の平板状金単結晶薄膜を半導体基板上に形成すること
が望まれていた。

【０００４】従来、基板上への金結晶薄膜形成方法とし
て、真空蒸着法、ＣＶＤ法、電解めっき法、無電解めっ
き法が知られている。

【０００５】真空蒸着法は、Ｓｉ、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、
ＧａＡｓ、サファイヤ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕなどの基板を
５００〜７００℃程度に加熱したうえ、通常１０^-6ｔｏ
ｒｒ以下の真空中で、電子ビームや抵抗加熱により金を
蒸気相で搬送して堆積を行なう。これに使用する装置は
主に真空チャンバー、排気装置、高圧電源、基板加熱及
び制御装置からなる。真空蒸着法によって比較的大きな
単結晶群を得た例としては、マイカ（雲母）上に数１０
μｍ径の金単結晶を形成できた報告がある（Ｄｅｎｎｉ
ｓ Ｊ．Ｔｒｅｖｏｒ他 Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉ
ｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．６２ Ｎｏ．８ ２
０．Ｆｅｂ．１９８９）。

【０００６】また、熱ＣＶＤ法、ＰＥＣＶＤ法により、
Ｓｉ上に金多結晶薄膜を形成した報告がある（Ｎ．Ｍｉ
ｓａｗａ他 第３７回半導体・集積回路技術シンポジウ
ムＤｅｃ．７．１９８９）。この装置も真空蒸着装置と
同様、反応チャンバー、ガス供給装置、排気装置、排気
ガス除外装置、高圧あるいは高周波電源、制御装置から
なる。

【０００７】電解めっき法、無電解めっき法は、装飾用
の金薄膜形成やリードフレームのめっきなどで古くから
利用されている方法であり、予め、基板表面に金、銅、
ニッケル面を形成した上、金薄膜を形成するというもの
である。使用する装置は主にめっき液容器、加熱装置、
電極、定電流電源からなる。

【０００８】一方、金錯体溶液を分解処理し、平板状金
単結晶群からなる金薄膜を形成する方法が最近提案され
た（特願平０３−１３２１７６）。ここで使用する装置
は、液容器、加熱装置のみである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した、従来方法で
は、以下のような問題点を有していた。

【００１０】真空蒸着法やＣＶＤ法は、装置が非常に大
がかり且つ高価である。またこの方法では、マイカ（雲
母）や高配向グラファイトの不活性基板には、比較的大
粒径の平板状単結晶群からなる金結晶薄膜を形成できる
が、Ｓｉ、ＧａＡｓなどの半導体材料上やＳｉＯ₂やＳ
ｉＮやＡｌＯ₃などの絶縁体上では、サブミクロン径以
下の単結晶群か多結晶膜しか形成できない。

【００１１】また、真空蒸着法やＣＶＤ法は、基板温度
を高温にする必要が有るため、高温下に置くことが出来
ないデバイスには、多くの制約を受ける。例えば、Ｓｉ
上に金薄膜を形成する場合、共晶温度３６３℃を越える
とメルトによってＡｕ−Ｓｉ合金（共晶）が形成されて
しまう為、高温を必要とする大粒径の単結晶群よりなる
金薄膜は作成が困難である。

【００１２】電解めっき法や無電解めっき法は、装置は
非常に簡便で安価であるが、得られる膜が多結晶膜であ
り、そもそも単結晶群は形成できない。

【００１３】また、先述した金錯体溶液を分解処理し、
平板状金単結晶群からなる金薄膜を作成する方法（特願
平０３−１３２１７６）は、上述の方法に比べ大きな平
板状金単結晶群からなる金薄膜を簡便な装置で作成でき
る。しかしながら、この方法は金錯体を含んだ溶液及び
基板を容器に入れ、これを一定温度に保ちながら金結晶
を基板上に成長させるため、金結晶の成長と共に金錯体
濃度が変化する。また容器が解放系で且つ室温以上の一
定温度に保つため溶液の蒸発が起き、溶液中に溶解して
いるその他の種（カリウムイオン、ヨウソイオンなど）
にも濃度変化が発生する。より大きな金単結晶を作成す
るためには、金錯体濃度が成長に適した濃度で安定して
いることが望ましいが、この方法では必然的に濃度変化
によって結晶成長速度の大幅低下あるいは成長が停止す
るため、安定して大粒径の平板状単結晶群からなる金薄
膜を作成することが困難であった。

【００１４】従って、本発明の目的とするところは、上
記従来技術の有する問題点に鑑み、耐エレクトロ・マイ
グレーション、耐腐食性、低抵抗性、耐メルト性などに
優れている大粒径の金単結晶群よりなる高品質の金薄膜
を、半導体基板上に安定して形成することができる金薄
膜の形成方法及び形成装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
すべく成された本発明は、第１に、金錯体溶液中の金錯
体を分解処理し、該溶液中の金を飽和状態に移行せし
め、基板上にかかる金の薄膜を形成する方法において、
上記基板に金属と半導体との共晶部位を有する半導体単
結晶基板を用い、上記共晶上に金を析出，成長せしめる
ことを特徴とする金薄膜の形成方法である。

【００１６】第２に、反応槽内に保持されている金錯体
溶液中の金錯体を分解処理し、該溶液中の金を飽和状態
に移行せしめ、基板上にかかる金の薄膜を形成する方法
において、吸光度が制御されている金錯体溶液を上記反
応槽に供給すると共に、反応槽から該溶液を排出しなが
ら、上記基板上に金を析出，成長せしめることを特徴と
する金薄膜の形成方法であり、更には、この金薄膜の形
成方法を実施する装置であって、金錯体溶液の吸光度測
定装置と、該溶液を保持する反応槽と、該溶液の液送手
段を具備することを特徴とする金薄膜の形成装置であ
る。

【００１７】まず、金錯体溶液を分解処理することで、
基板上に金が析出・成長する過程を、金錯体として［Ａ
ｕＩ₄］^-及び［ＡｕＩ₂］^-、金錯体の分解処理手段とし
て揮発処理を用いるものとして説明する。

【００１８】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形成した後、金を投入し撹拌
溶解させ、［ＡｕＩ₄］^-及び［ＡｕＩ₂］^-を含有する金
錯体溶液を形成する。このとき溶液中には、金錯体の
他、Ｉ_３ ⁻、Ｋ⁺が存在するものと考えられる。

【００１９】次いで、基板を金錯体溶液に浸漬あるいは
接した後、該溶液を３０〜１００℃に昇温し、ヨウ素成
分の揮発を促進させる。

【００２０】この時、溶液系内では、Ｉ_３ ⁻の状態で存
在するヨウ素成分の揮発による溶液系内の平衡状態の維
持の為、［ＡｕＩ₄］^-及び［ＡｕＩ₂］^-からのＩ成分の
解離による分解、又は［ＡｕＩ₄］^-及び［ＡｕＩ₂］^-の
形で存在する錯体中のヨウ素成分の直接の揮発による分
解が進行し、結果として金が過飽和状態となり基板表面
に核として析出する。

【００２１】この後、核の形成は、しばらく続くが、あ
る程度の数の核が形成されると、核の増加が止まり、核
が自己整合的に単結晶成長する。図５にこのようにして
作成した金単結晶群の代表的な光学顕微鏡写真を示す。
この金単結晶群は通常の多結晶薄膜と異なり、それぞれ
の結晶が基板の面内方向の粒径に対する垂直方向の厚さ
のアスペクト比の小さな平板状金単結晶の集合である。

【００２２】その後、成長を続けることで、各々の平板
状金結晶同志の衝突により、粒界が形成される。

【００２３】尚、金錯体の種類、分解の手法が異なるも
のの、このような金錯体の分解による溶液内の金過飽和
現象を利用して、導電性金ペースト用の金粉末を系内に
浮遊状態で析出させる技術が特開昭５６−３８４０６、
特開昭５５−５４５０９に開示されている。

【００２４】次に、本発明第１において基板として用い
る半導体単結晶上に形成した金属と半導体との共晶の作
成方法の一例を述べる。Ｓｉ（１１１）単結晶ウエハ上
に、真空蒸着法によりＡｕを堆積し、Ａｕ−Ｓｉの共晶
温度３６３℃以上の温度での熱処理を加え、ＡｕとＳｉ
の界面を溶融し、冷却することで作成できる。このよう
にして作成したＡｕ−Ｓｉ共晶は、下地のＳｉ（１１
１）単結晶の影響を受け、基板の面内方向に結晶方位の
揃ったものが得られる。

【００２５】本発明第１では上記のようにして作成した
共晶上に、前記の金錯体の分解処理により平板状金単結
晶群を作成することで、この平板金単結晶群は、前記の
方位の揃った共晶の影響を受け、基板の面内方向に結晶
方位の揃ったものとすることができる。

【００２６】さらには、基板上の所望の部分のみに上記
共晶を形成し、その上のみに選択的に平板状単結晶群か
らなる金薄膜を形成することができる。

【００２７】様々な基板表面、錯体の種類、形成条件に
よる、平板状金単結晶の平均粒径および、１／（平均粒
径の２乗）で与えられる核形成密度の実験値を表１に示
す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１によって明らかなように、核形成密度
は、基板表面材料の種類、錯体の種類、形成条件により
異なるが、特に基板表面材料の種類には強く依存する。

【００３０】このことを利用することで、所望の位置の
みから面内方向に方位の揃った平板状金単結晶を成長さ
せ、結晶位置と方位の制御された金薄膜を作成すること
も可能である。

【００３１】また、本発明第１は、前述した実施態様の
例以外にもさまざまな態様にて実施可能である。

【００３２】半導体単結晶としては、上述のＳｉ以外に
もＧｅ等各種の材料が使用可能である。また、単結晶面
方位については、必要に応じて選択することができる。

【００３３】前記半導体と共晶を作る金属としては、上
述のＡｕ以外にも、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｗ
等、用いる半導体と共晶を形成でき、その上に金単結晶
群の成長が行なえるものであれば使用可能である。

【００３４】共晶の作成方法としては、前記半導体単結
晶上に金属膜を堆積後に熱処理する、または加熱した前
記半導体単結晶上に金属膜を堆積する方法が用いられ
る。金属膜の堆積方法は、真空蒸着等の気相蒸着、各種
めっき、金属箔の張り合せ等、特に規定されるものでは
ない。

【００３５】金錯体としては、［ＡｕＩ₄］^-、［ＡｕＩ
₂］^-、［ＡｕＣｌ₄］^-、［Ａｕ（ＣＮ）₂］^-、［Ａｕ
（ＣＮ）₃］^-などが用いられる。

【００３６】金錯体の分解処理手段としては、加熱によ
る揮発や、還元剤を用いる方法等がある。還元剤として
は例えば、ハイドロキノン、ピロガロール、パイロカテ
キン、グクシン、メトールハイドロキノン、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、溶液中で還元作用を有する各種の物
質が用いられる。

【００３７】本発明の第１の形成方法による平板状金単
結晶群からなる金薄膜は、同一膜厚の真空蒸着法等で作
成した多結晶膜と比較して、結晶粒界の数が極めて少な
く、また結晶方位が揃っていることにより、結晶粒界で
の格子の乱れが少なく電子の流動が妨げられる割合が小
さいため、低抵抗の薄膜となる。また同時に、結晶粒径
が基板の面内方向で大きいため、耐エレクトロ・マイグ
レーション性が高く、通電した際の故障までの平均時間
は、真空蒸着法等で作成した多結晶膜と比較して非常に
長くなる。

【００３８】以上のように本発明第１によれば、半導体
基板上に、面内方向に結晶方位の揃った平板状金単結晶
群よりなる金薄膜を形成することができ、より一層結晶
の対称性及び結晶方位の揃った、直線状の良質な粒界を
持つ高品質な金薄膜が作成できる。

【００３９】次に、本発明第２について、実施態様例を
示しながら具体的に説明する。

【００４０】図３に本発明第２の金薄膜の形成装置の一
例を示す。溶液槽１１には金錯体溶液１２、例えば金錯
体が溶解しているヨウ素及びヨウ化カリウム水溶液ある
いはヨウ素及びヨウ化アンモニウム水溶液を室温〜数１
０度に保持しておく。ここからポンプ１３などを用いて
連続的に溶液を溶液加熱槽１４に送る。溶液加熱槽１４
はヒーター１５などにより溶液が６０〜９０℃になるよ
うに加熱する。この加熱により、溶液中では過剰なヨウ
素の揮発や溶液中に含まれる金錯体［ＡｕＩ₄］^-の［Ａ
ｕＩ₂］^-への変化が起こると考えられる。続いて、この
溶液を反応槽１６へと流すが、その過程で溶液の吸光度
を吸光度測定装置１７で測定する。この時、流路はヒー
ター１５などで溶液加熱槽と同様な温度になるように加
熱しておく。溶液に吸光度が結晶成長に適した値であれ
ば溶液をそのまま反応槽１６へと液送するが、不適の場
合はこの溶液を排出口１８より排出し、溶液槽１１から
溶液加熱槽１４への液送速度あるいは溶液加熱槽１４の
加熱温度を変更する。結晶成長に適した吸光度の値と
は、例えば測定波長４８０ｎｍ、溶液層厚１ｍｍにおい
て０．０５〜０．７であり、好適には０．１〜０．５で
ある。吸光度が大き過ぎる場合は液送速度を遅くするか
あるいは加熱温度を上げる。吸光度が小さ過ぎる場合は
その逆の操作を行う。結晶成長に適した溶液であること
を確認したら、溶液をホットプレート１９などで加熱し
た反応槽１６に流し、溶液が安定したところで基板２０
を配置し結晶成長を行う。結晶成長の様子はビデオモニ
ター２１で観察する。このとき、溶液は８０〜９５℃に
保持する。また、反応槽の液面及び溶液濃度を一定に保
つためにポンプ２２などで溶液排出を行う。また、上記
温度制御及び液送速度の制御は制御装置２３にて行う。

【００４１】図４に本発明第２の金薄膜形成装置の別の
例を示す。本装置は、図３に示した装置において溶液槽
と溶液加熱槽を一つの槽で兼用すると共に、これを２系
統設けたものである。

【００４２】以上に、本発明第２の装置構成例を示した
が、本発明第２は金錯体溶液を反応槽に供給する直前
に、該溶液の吸光度を結晶成長に適した範囲内に制御で
きる構成を特徴とするものであり、上記構成例に限定さ
れるものではない。

【００４３】本発明第２において、上記溶液が結晶成長
に適した範囲より吸光度が小さい場合には、基板上にお
ける核発生速度が大きくなり、生成する結晶径が小さく
なる。さらに、より小さくなると、球状結晶が生成しは
じめ、良好な金薄膜を得ることができない。

【００４４】また、吸光度が大きい場合には、結晶は生
成しない。また、成長中に吸光度が大きくなると、生成
した結晶が溶解してしまうことになる。

【００４５】このように、本発明第２によれば、結晶成
長に適した溶液を基板上に液送するため、大粒径の平板
状金単結晶群を安定して形成することができ、これによ
り得られる平板状金単結晶群は図５に示したような形状
を有し、それぞれの結晶が基板の面内方向の結晶径に対
する垂直方向の厚さの比、即ちアスペクト比が非常に小
さな平板状単結晶の集合である。この後、さらに成長を
続けることで各々の平板状単結晶同志の衝突により粒界
が形成される。

【００４６】本発明第２において、金錯体溶液の吸光度
測定装置は、３００〜６００ｎｍの波長において溶液を
分光測定できるものならばどのようなものでもよく、限
定されるものではない。

【００４７】

【実施例】以下に、本発明を実施例を用いて詳細に説明
する。

【００４８】実施例１ 本実施例は、本発明第１によりＳｉ基板上に金薄膜を形
成したものであり、以下にその方法を説明する。

【００４９】まず、蒸留水５００ｍｌにヨウ化カリウム
４０ｇ及びヨウ素６ｇを投入して撹拌溶解させた。この
溶液に金を２ｇ投入して撹拌溶解させた。溶解後、この
溶液から１００ｍｌ分取して反応容器にいれ、ここにさ
らに蒸留水を１００ｍｌ加えて撹拌し結晶成長用溶液と
した。

【００５０】次に、図１（ａ）に示されるように、Ｓｉ
（１１１）単結晶ウエハ１上に真空蒸着法により、Ａｕ
膜２を０．１μｍの厚さで堆積した。続いて、図１
（ｂ）に示されるように、これを３８０℃に加熱して熱
処理し、Ａｕ−Ｓｉの面内方向に結晶方位の揃った共晶
３を形成し、基板を作成した。

【００５１】このようにして作成した基板を約９０℃に
加熱した上述の結晶成長用溶液に投入し、温度を保った
まま放置した。

【００５２】１時間後に基板を取り出し観察したとこ
ろ、図１（ｃ）に示されるように、基板上に平板状金単
結晶群４からなる金薄膜が形成されていた。この平板状
金単結晶群４は、基板に垂直方向には（１１１）面を有
し、図１（ｄ）にその上面図を示すように、基板の面内
方向にも結晶方位が揃っており各平板状金単結晶４間に
形成されていた粒界５は、非常にきれいな直線状であっ
た。各平板状金単結晶の基板の面内方向の平均粒径は約
１．５μｍであり、膜の厚さは１５ｎｍであった。

【００５３】実施例２ 本実施例は、本発明第１によりＳｉ基板上に金薄膜を形
成したものであり、以下にその方法を説明する。

【００５４】まず、蒸留水５００ｍｌにヨウ化カリウム
４０ｇ及びヨウ素６ｇを投入して撹拌溶解させた。この
溶液に金を２ｇ投入して撹拌溶解させた。溶解後、この
溶液から１００ｍｌ分取して反応容器にいれ、ここにさ
らに蒸留水を１００ｍｌ加えて撹拌し結晶成長用溶液と
した。

【００５５】次に、図２（ａ）に示されるように、Ｓｉ
（１１１）単結晶ウエハ１上に、真空蒸着法により、Ａ
ｕ膜２を０．０５μｍの厚さで堆積した。続いて、図２
（ｂ）に示されるように、通常のフォトリソグラフィー
とヨウ化カリウムとヨウ素の水溶液によるエッチングに
より、Ａｕ膜２を直径１μｍのドット状にパターニング
した。ドットの間隙は５０μｍとした。続いて、図２
（ｃ）に示されるように、これを３８０℃に加熱して熱
処理し、Ａｕ−Ｓｉの面内方向に結晶方位の揃った共晶
３をドット状に形成し、基板を作成した。尚、このよう
にすることで、Ａｕをエッチング除去した部分にはＳｉ
の薄い酸化層が形成されている。

【００５６】このようにして作成した基板を、約９０℃
に加熱した上述の結晶成長用溶液に投入し、温度を保っ
たまま放置した。

【００５７】４０分後に基板を取り出し観察したとこ
ろ、図２（ｄ）に示されるように、基板上に平板状金単
結晶群４からなる金薄膜が形成されていた。各結晶は、
すべてＡｕ−Ｓｉのドット上から発生していた。この平
板状金単結晶群４は基板に垂直方向には（１１１）面を
有し、図２（ｅ）にその上面図を示すように、基板の面
内方向にも結晶方位が揃っており、各平板状金単結晶４
間に形成されていた粒界５は、非常にきれいな直線状で
あった。各平板状金単結晶の基板の面内方向の平均粒径
は約５０μｍであり、膜の厚さは１．０μｍであった。

【００５８】実施例３ 本実施例は、本発明第１によりＧｅ基板上に金薄膜を形
成したものであり、以下にその方法を説明する。

【００５９】まず、蒸留水５００ｍｌにヨウ化カリウム
４０ｇ及びヨウ素６ｇを投入して撹拌溶解させた。この
溶液に金を２ｇ投入して撹拌溶解させた。溶解後、この
溶液から１００ｍｌ分取して反応容器にいれ、ここにさ
らに蒸留水１００ｍｌ加えて撹拌し結晶成長用溶液とし
た。

【００６０】次に、図１（ｂ）に示したように、Ｇｅ
（１１１）単結晶ウエハ１上に、真空蒸着法により、Ａ
ｕ膜２を０．１μｍの厚さで堆積した。この際、ウエハ
１を３８０℃に加熱して成膜を行い、成膜と同時にＡｕ
−Ｇｅの面内方向に結晶方位の揃った共晶３を形成し、
基板を作成した。

【００６１】このようにして作成した基板を、約９０℃
に加熱した上述の結晶成長用溶液に投入し、温度を保っ
たまま放置した。

【００６２】１時間後に基板を取り出し観察したとこ
ろ、図１（ｃ）に示したように、基板上に平板状金単結
晶群４からなる金薄膜が形成されていた。この平板状金
単結晶群４は、基板に垂直方向には（１１１）面を有
し、図１（ｄ）にその上面図を示したように、基板の面
内方向にも結晶方位が揃っており、各平板状金単結晶４
間に形成されていた粒界５は、非常にきれいな直線状で
あった。各平板状金単結晶の基板の面内方向の平均粒径
は約２μｍであり、膜の厚さは２０ｎｍであった。

【００６３】実施例４ 本実施例は、本発明第１によりＳｉ基板上に金薄膜を形
成したものであり、以下にその方法を説明する。

【００６４】まず、蒸留水５００ｍｌヨウ化カリウム４
０ｇ及びヨウ素６ｇを投入して撹拌溶解させた。この溶
液に金を２ｇ投入して撹拌溶解させた。溶解後、この溶
液から１００ｍｌ分取して反応容器にいれ、ここにさら
に蒸留水を１００ｍｌ加えて撹拌し結晶成長用溶液とし
た。

【００６５】次に、図２（ａ）に示したようにＳｉ（１
１１）単結晶ウエハ１上に、真空蒸着法により、Ａｕ膜
２を０．０５μｍの厚さで堆積した。続いて、図２
（ｂ）に示したように、通常のフォトリソグラフィーと
ヨウ化カリウムとヨウ素の水溶液によるエッチングによ
り、Ａｕ膜２を直径１μｍのドット状にパターニングし
た。ドットの間隙は１００μｍとした。続いて、図２
（ｃ）に示したように、これを３８０℃に加熱して熱処
理し、Ａｕ−Ｓｉの面内方向に結晶方位の揃った共晶３
をドット状に形成し、基板を作成した。尚、このように
することで、Ａｕをエッチング除去した部分にはＳｉの
薄い酸化層が形成されている。

【００６６】このようにして作成した基板を、上述の結
晶成長用溶液に投入し、ハイドロキノン１００ｍｇを溶
解した水溶液３０ｍｌをゆっくり加え放置した。

【００６７】２時間後に基板を取り出し観察したとこ
ろ、図２（ｄ）に示したように、基板上に平板状金単結
晶群４からなる金薄膜が形成されていた。この平板状金
単結晶群４は、基板に垂直方向には（１１１）面を有
し、図２（ｅ）にその上面図を示すように、基板の面内
方向にも結晶方位が揃っており、各平板状金単結晶４間
に形成されていた粒界５は、非常にきれいな直線状であ
った。各平板状金単結晶の基板の面内方向の平均粒径は
約１００μｍであり、膜の厚さは２μｍであった。

【００６８】実施例５ 本実施例は、本発明第１によりＳｉ基板上に金薄膜を形
成したものであり、以下にその方法を説明する。

【００６９】まず、蒸留水５００ｍｌにヨウ化アンモニ
ウム４０ｇ及びヨウ素８ｇを投入して撹拌溶解させた。
この溶液に金を２ｇ投入して撹拌溶解させた。溶解後、
この溶液から１００ｍｌ分取して反応容器にいれ、ここ
にさらに蒸留水を１００ｍｌ加えて撹拌し結晶成長用溶
液とした。

【００７０】次に、図１（ａ）に示したように、Ｓｉ
（１１１）単結晶ウエハ１上に、めっき法により、Ａｕ
膜２を０．１μｍの厚さで堆積した。続いて、図１
（ｂ）に示したように、これを３８０℃に加熱して熱処
理し、Ａｕ−Ｓｉの面内方向に結晶方位の揃った共晶３
を形成し、基板を形成した。

【００７１】このようにして作成した基板を、約９０℃
に加熱した上述の結晶成長用溶液に投入し温度を保った
まま放置した。

【００７２】１時間後に基板を取り出し観察したとこ
ろ、図１（ｃ）に示したように、基板上に平板状金単結
晶群４からなる金薄膜が形成されていた。この平板状金
単結晶群４は、基板に垂直方向には（１１１）面を有
し、図１（ｄ）にその上面図を示すように、基板の面内
方向にも結晶方位が揃っており、各平板状金単結晶４間
に形成されていた粒界５は、非常にきれいな直線状であ
った。各平板状金単結晶の基板の面内方向の平均粒径は
約１．５μｍであり、膜の厚さは１５ｎｍであった。

【００７３】実施例６ 本実施例は、本発明第１によりＧｅ基板上に金薄膜を形
成したものであり、以下にその方法を説明する。

【００７４】まず、蒸留水５００ｍｌにヨウ化カリウム
４０ｇ及びヨウ素６ｇを投入して撹拌溶解させた。この
溶液に金を２ｇ投入して撹拌溶解させた。溶解後、この
溶液から１００ｍｌ分取して反応容器にいれ、ここにさ
らに蒸留水を１００ｍｌ加えて撹拌し結晶成長用溶液と
した。

【００７５】次に、図２（ｅ）に示したように、Ｇｅ
（１１１）単結晶ウエハ１上に、真空蒸着法により、Ａ
ｇ膜２を０．１μｍの厚さで堆積した。続いて、図２
（ｂ）に示したように、通常のフォトリソグラフィーと
ヨウ化カリウムとヨウ素の水溶液によるエッチングによ
り、Ａｇ膜２を直径１μｍのドット状にパターニングし
た。ドットの間隙は５０μｍとした。続いて、図２
（ｃ）に示したように、これを７００℃に加熱して熱処
理し、Ａｇ−Ｇｅに面内方向に結晶方位の揃った共晶３
をドット状に形成し、基板を作成した。尚、このように
することで、Ａｇをエッチング除去した部分にはＧｅの
薄い酸化層が形成されている。

【００７６】このようにして作成した基板を、約９０℃
に加熱した上述の結晶成長用溶液に投入し温度を保った
まま放置した。

【００７７】４０分後に基板を取り出し観察したとこ
ろ、図２（ｄ）に示したように、基板上に平板状金単結
晶群４からなる金薄膜が形成されていた。各結晶は、す
べてＡｇ−Ｇｅのドット上から発生していた。この平板
状金単結晶群４は基板に垂直方向には（１１１）面を有
し、図２（ｅ）にその上面図を示すように基板の面内方
向にも結晶方位が揃っており、各平板状金単結晶４間に
形成されていた粒界５は、非常にきれいな直線状であっ
た。各平板状金単結晶の基板の面内方向の平均粒径は約
５０μｍであり、膜の厚さは１．０μｍであった。

【００７８】実施例７ 本実施例は、本発明第２によりＳｉ基板上に金薄膜を形
成したものであり、以下にその方法を説明する。

【００７９】まず、蒸留水５００ｍｌにヨウ化カリウム
５３ｇ及びヨウ素４ｇを加えた後、金粉末１．２５ｇを
添加し撹拌溶解させた。この溶液を図３に示した装置の
溶液槽１１に入れた。ここから液送ポンプ１３を用いて
溶液を溶液加熱槽１４に送った。液送速度は約２ｍｌ／
ｍｉｎとした。溶液を溶液加熱槽１４で約８５℃になる
ように加熱した後、反応槽１６へと液送した。

【００８０】この時、溶液加熱槽１４と反応槽１６の間
に設置した吸光度測定装置１７で溶液の吸光度を随時測
定した。ここで溶液の吸光度が０．３５（測定波長４８
０ｎｍ，溶液厚１ｍｍ）であることを確認した後、溶液
を反応槽１６へと導いた。反応槽１６の状態が安定した
後、自然酸化膜が形成されたＳｉウエハ２０を反応槽１
６内に設置した。

【００８１】反応槽１６は下面にホットプレート１９に
より加熱して液温が約９０℃になるように保持した。こ
の時、ホットプレート１９の表面温度は２２０℃であっ
た。また、反応槽１６内の液面及び溶液濃度を一定に保
つためにポンプ２２で溶液の排出を行った。液送開始
後、約４時間で結晶の成長を終了し、基板２０を取り出
し、水洗したところ、大粒径の平板状金単結晶群が基板
２０上に生成していた。

【００８２】エレクトロンチャネリングパターン分析の
結果、この結晶の平板面はすべて（１１１）面であっ
た。また、生成した平板状単結晶のうち最大のものは直
径１ｍｍで、厚さは８μｍであった。

【００８３】実施例８ 本実施例は、本発明第２によりＳｉ基板上に金薄膜を形
成したものであり、以下にその方法を説明する。

【００８４】まず、蒸留水１０００ｍｌにヨウ化カリウ
ム１０６ｇ及びヨウ素８ｇを加えた後、金粉末２．５ｇ
を添加し撹拌溶解させた。この溶液を図３に示した装置
の溶液槽１１に入れた。ここから液送ポンプ１３を用い
て溶液を溶液加熱槽１４に送った。液送速度は約２ｍｌ
／ｍｉｎとした。溶液加熱槽１４ではヒーター１５によ
り溶液が８５℃になるように加熱した。

【００８５】溶液が溶液加熱槽１４から反応槽１６へと
送られる間に、吸光度測定装置１７で溶液の吸光度を随
時測定した。ここで溶液の吸光度が０．２５（測定波長
４８０ｎｍ，溶液厚１ｍｍ）であることを確認したの
ち、溶液を反応槽１６へと導いた。反応槽１６の状態が
安定した後、自然酸化膜が形成されたＳｉウエハ２０を
反応槽１６内に設置した。

【００８６】反応槽１６は下面のホットプレート１９に
より加熱して液温が約９０℃になるように保持した。こ
の時、ホットプレート１９の表面温度は２２０℃であっ
た。また、反応槽１６内の液面及び溶液濃度を一定に保
つためにポンプ２２で溶液の排出を行った。液送開始
後、約８時間で結晶の成長を終了し、基板２０を取り出
し、水洗いしたところ、大粒径の平板状金単結晶群が基
板２０上に生成していた。

【００８７】エレクトロンチャネリングパターン分析の
結果、この結晶の平板面はすべて（１１１）面であっ
た。また、生成した平板状結晶のうち最大のものは直径
１．６ｍｍで、厚さは１２μｍであった。

【００８８】実施例９ 本実施例は、本発明第２によりＳｉ基板上に金薄膜を形
成したものであり、以下にその方法を説明する。

【００８９】まず、蒸留水６００ｍｌにヨウ化カリウム
６４ｇ及びヨウ素４．８ｇを加えた後、金粉末１．５ｇ
を添加し撹拌溶解させた。この溶液を図４に示した装置
の２個の溶液加熱槽１１，１１’に等量づつ入れた。次
に、第１の溶液加熱槽１１をマントルヒーターで溶液温
度８５℃に加熱した。また加熱開始３時間後に第２の溶
液加熱槽１１’の加熱を開始した。第１の溶液加熱槽１
１を３時間加熱した後、溶液を反応槽１６に送った。液
送速度は約１．５ｍｌ／ｍｉｎとした。

【００９０】この時、溶液加熱槽１１，１１’と反応槽
１６の間に設置した吸光度測定装置１７で溶液の吸光度
を随時測定した。ここで溶液の吸光度が０．４（測定波
長４８０ｎｍ，溶液厚１ｍｍ）であることを確認した
後、溶液を反応槽１６へと導いた。反応槽１６の状態が
安定した後、自然酸化膜が形成されたＳｉウエハ２０を
反応槽１６内に設置した。

【００９１】反応槽１６は下面のホットプレート１９に
より加熱して液温が約９０℃になるように保持した。こ
の時、ホットプレート１９の表面温度は２２０℃であっ
た。また、反応槽１６内の液面及び溶液濃度を一定に保
つためにポンプ２２で溶液の排出を行った。

【００９２】液送開始後、約３時間で第１の溶液加熱槽
１１からの液送を終了し、ただちに第２の溶液加熱槽１
１’からの液送を開始した。合計６時間の結晶成長を終
了した後、基板を取り出し、水洗いしたところ、大粒径
の平板状金単結晶群が基板２０上に生成していた。

【００９３】エレクトロンチャネリングパターン分析の
結果、この結晶の平板面はすべて（１１１）面であっ
た。また、生成した平板状単結晶のうち最大のものは直
径１．１ｍｍで、厚さは８．５μｍであった。

【００９４】実施例１０ 本実施例は、実施例７〜９において、溶液量，液送速度
及び成長時間を変化させた以外は同様にして金薄膜を形
成した。

【００９５】その結果も含めて表２にまとめて示す。

【００９６】

【表２】

【００９７】また、本実施例において形成された平板状
金結晶の平板面はすべて（１１１）面であった。

【００９８】比較例１ まず蒸留水５００ｍｌにヨウ化カリウム５３ｇ及びヨウ
素４ｇを加えた後、金粉末１．２５ｇを添加し撹拌溶解
させた。この溶液を図３に示した装置の溶液槽１１に入
れた。ここから液送ポンプ１３を用いて溶液を溶液加熱
槽１４に送った。液送速度は約２ｍｌ／ｍｉｎとした。
溶液を溶液加熱槽１４で約７０℃になるように加熱した
後、反応槽１６へと液送した。

【００９９】この時、溶液加熱槽１４と反応槽１６の間
に設置した吸光度測定装置１７で溶液の吸光度を随時測
定した。ここで溶液の吸光度が０．８（測定波長４８０
ｎｍ，溶液厚１ｍｍ）であることを確認した後、溶液を
反応槽１６へと導いた。反応槽１６の状態が安定した
後、自然酸化膜が形成されたＳｉウエハ２０を反応槽１
６内に設置した。

【０１００】反応槽１６は下面にホットプレート１９に
より加熱して液温が約９０℃になるように保持した。こ
の時、ホットプレート１９の表面温度は２２０℃であっ
た。また、反応槽１６内の液面及び溶液濃度を一定に保
つためにポンプ２２で溶液の排出を行った。液送開始
後、約４時間で結晶の成長を終了し、基板２０を取り出
した。

【０１０１】しかし基板上には結晶は、みられなかっ
た。

【０１０２】比較例２ まず蒸留水５００ｍｌにヨウ化カリウム２０ｇ及びヨウ
素１．５ｇを加えた後、金粉末０．４ｇを添加し撹拌溶
解させた。この溶液を図３に示した装置の溶液槽１１に
入れた。ここから液送ポンプ１３を用いて溶液を溶液加
熱槽１４に送った。液送速度は約２ｍｌ／ｍｉｎとし
た。溶液を溶液加熱槽１４で約９０℃になるように加熱
した後、反応槽１６へと液送した。

【０１０３】この時、溶液加熱槽１４と反応槽１６の間
に設置した吸光度測定装置１７で溶液の吸光度を随時測
定した。ここで溶液の吸光度が０．０３（測定波長４８
０ｎｍ，溶液厚１ｍｍ）であることを確認した後、溶液
を反応槽１６へと導いた。反応槽１６の状態が安定した
後、自然酸化膜が形成されたＳｉウエハ２０を反応槽１
６内に設置した。

【０１０４】反応槽１６は下面にホットプレート１９に
より加熱して液温が約９０℃になるように保持した。こ
の時、ホットプレート１９の表面温度は２２０℃であっ
た。また、反応槽１６内の液面及び溶液濃度を一定に保
つためにポンプ２２で溶液の排出を行った。液送開始
後、約４時間で結晶の成長を終了し、基板２０を取り出
し、水洗いしたところ、平板状金単結晶群が基板２０上
に生成していた。

【０１０５】しかしながら、結晶径は最大のものでも５
μｍ程度であった。また球状の結晶が数多く生成してい
た。

【０１０６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下の効
果を奏する。

【０１０７】（１）本発明第１によれば、半導体基板上
に、面内方向に結晶方位の揃った平板状金単結晶群より
なる金薄膜を作成することができ、より一層結晶の対称
性及び結晶方位の揃った直線状の良質な粒界を持つ高品
質な金薄膜を得ることができる。

【０１０８】（２）本発明第２によれば、組成の安定し
た金錯体溶液を基板上に安定して供給できるようにした
ため、従来問題であった結晶成長中の金錯体やその他の
種の濃度変化に起因する結晶成長の停止あるいは成長速
度の大幅低下を回避でき、直径数ｍｍ以上の平板状金単
結晶群を基板上に安定して作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１の実施例における工程を説明するた
めの図である。

【図２】本発明第１の実施例における工程を説明するた
めの図である。

【図３】本発明第２の金薄膜形成装置の一例を示す構成
図である。

【図４】本発明第２の金薄膜形成装置の他の例を示す構
成図である。

【図５】本発明により得られる代表的な平板状金単結晶
群の光学顕微鏡像である。

【符号の説明】

１ 半導体単結晶ウエハ ２ 金属膜 ３ 共晶 ４ 平板状金単結晶群 ５ 粒界 １１，１１’ 溶液（加熱）槽 １２ 溶液 １３ ポンプ １４ 溶液加熱槽 １５ ヒーター １６ 反応槽 １７ 吸光度測定装置 １８ 排出口 １９ ホットプレート ２０ 基板 ２１ ビデオモニター ２２ ポンプ ２３ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河田 春紀 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 宮本 雅彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (7)

【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し、基
   板上にかかる金の薄膜を形成する方法において、上記基
   板に金属と半導体との共晶部位を有する半導体単結晶基
   板を用い、上記共晶上に金を析出，成長せしめることを
   特徴とする金薄膜の形成方法。
2. 【請求項２】 前記金属が、金であることを特徴とする
   請求項１に記載の金薄膜の形成方法。
3. 【請求項３】 前記半導体が、シリコンもしくはゲルマ
   ニウムであることを特徴とする請求項１に記載の金薄膜
   の形成方法。
4. 【請求項４】 前記共晶は、前記半導体上に前記金属の
   薄膜を堆積した後、熱処理を行うことで形成することを
   特徴とする請求項１に記載の金薄膜の形成方法。
5. 【請求項５】 前記共晶は、加熱した前記半導体上に前
   記金属の薄膜を堆積することで形成することを特徴とす
   る請求項１に記載の金薄膜の形成方法。
6. 【請求項６】 反応槽内に保持されている金錯体溶液中
   の金錯体を分解処理し、基板上にかかる金の薄膜を形成
   する方法において、吸光度が制御されている金錯体溶液
   を上記反応槽に供給すると共に、反応槽から該溶液を排
   出しながら、上記基板上に金を析出，成長せしめること
   を特徴とする金薄膜の形成方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の金薄膜の形成方法を実
   施する装置であって、金錯体溶液の吸光度測定装置と、
   該溶液を保持する反応槽と、該溶液の液送手段を具備す
   ることを特徴とする金薄膜の形成装置。