JPH07257996A - 金薄膜の形成方法 - Google Patents

金薄膜の形成方法

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JPH07257996A
JPH07257996A JP4700794A JP4700794A JPH07257996A JP H07257996 A JPH07257996 A JP H07257996A JP 4700794 A JP4700794 A JP 4700794A JP 4700794 A JP4700794 A JP 4700794A JP H07257996 A JPH07257996 A JP H07257996A
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JP
Japan
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gold
substrate
solution
soln
thin film
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JP4700794A
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Inventor
Yuuko Morikawa
有子 森川
Tsutomu Ikeda
勉 池田
Hiroshi Matsuda
宏 松田
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Canon Inc
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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、大粒径の単結晶群または前記単結
晶群よりなる金結晶薄膜を、基板上に形成することがで
き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することで
該溶液中の金を過飽和状態に移行させ、前記溶液中に置
いた基板上に金を析出、成長せしめる金薄膜の形成方法
において、基板をあらかじめ前記溶液の温度又は該温度
付近まで加熱して基板と溶液の温度を同等又は温度差を
小とし、かかる状態で金を基板上に析出、成長せしめる
ことを特徴とする。前記温度差は50℃以内が好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金結晶の形成方法に関
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、平板状金単結晶群または該金
単結晶からなる金薄膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より金薄膜は、リードフレームやI
C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、基板上に形成する事が望
まれていた。
【0004】従来基板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
等が知られていた。
【0005】真空蒸着法は、Si、SiO2 、SiN、
GaAs、サファイア、Cr、Ti、Cu等の基板を5
00℃〜700℃程度に加熱した上、通常10-6Tor
r以下の真空中で、電子ビーム加熱や抵抗加熱により金
を蒸気相にして搬送し、堆積を行う。真空蒸着法によっ
て比較的大きな単結晶を得た例としては、マイカ(雲
母)上に数10μmの粒径の金単結晶を形成できた報告
がある。(DennisJ.Trevor他 Phys
ical Review Letters Vol.6
2 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 De
c.7,1989) 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メッキ等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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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。
【0007】真空蒸着法やCVD法により、マイカ(雲
母)や高配向グラファイトの不活性基板に、数10μm
径の単結晶群からなる金結晶薄膜は形成できるが、S
i、GaAsなどの半導体材料上やSiO2 やSiNや
Al23 などの絶縁体上では、サブミクロン径の単結
晶群か多結晶膜に成ってしまう。
【0008】更に、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
にする必要が有るため、高温下に置くことが出来ないデ
バイスには、制約を多く受ける。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困難であ
る。
【0009】また、電解めっき法や無電解めっき法で
は、多結晶膜となり、そもそも単結晶群は形成できな
い。
【0010】このように、真空蒸着法やCVD法、各種
めっき法等従来の方法では、基板上に良質の大粒径単結
晶群からなる金結晶薄膜を形成することは極めて困難で
あった。
【0011】金単結晶を形成する方法として、最近、金
錯体溶液中の金錯体を分解処理することで溶液中の金を
過飽和状態に移行せしめ、かかる金を基板上に堆積、成
長せしめて、単結晶金を形成する方法が提案され、たと
えば、特願平03−132176に述べられている。か
かる手法においては平均粒径50μm〜1mm程度の大
きさの金単結晶からなる金薄膜が得られているが、結晶
成長溶液に基板を入れるタイミングによっては核発生が
急激に生じるため微結晶が多量に発生し、粒径の大きな
単結晶が生じにくいことがある。
【0012】本発明の形成方法によれば、平均粒径1m
m以上の金単結晶からなる金薄膜を比較的簡単に再現性
良く基板上に形成することが可能となった。
【0013】本発明は、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
る大粒径の単結晶群、または前記単結晶群よりなる高品
質の金結晶薄膜を、基板上に形成することができる金薄
膜の形成方法を提供することを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の金薄膜の形成方
法の特徴は、金錯体溶液中の金錯体成分を分解処理する
ことによって、過飽和状態に移行せしめた該溶液中の金
を基板上に析出させるプロセスに於て、該基板をあらか
じめ加熱し、基板温度と溶液温度とを同等又はその差を
小さくすることによって、基板を溶液中に投入した際に
溶液温度の変化を小とし、その結果、溶液の化学平衡状
態が大きく変化することを防ぐことが可能になり、平均
粒径が1mm以上の金単結晶を安定に成長させることが
可能になったことにある。この時、基板温度と溶液温度
の差は好ましくは50℃以内、より好ましくは5℃以内
であることが望まれる。上記基板を加熱する方法は基板
をホットプレートやオーブンなどで暖めてもよく、また
温水中で暖めてもよく、その方法はなんら制限するもの
はない。
【0015】ここで、本発明の理解を助ける為、金錯体
溶液中の金錯体を分解処理することにより、基板に平板
状金単結晶群からなる金薄膜を形成する形成過程の説明
をする。
【0016】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攪拌溶解
させ、[AuI4- 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、I3 -、K+ が存
在するものと考えられる。
【0017】次いで、溶液を30〜200℃に昇温し、
ヨウ素成分の揮発を促進させる。
【0018】溶液系内では、I3 -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の
[AuI4- 分解が進行し、金が過飽和の状態とな
る。一方、基板はホットプレートあるいは蒸留水中で溶
液温度とほぼ同じになるようにあらかじめ加熱してお
く。
【0019】金が過飽和状態になったところで、あらか
じめ加熱してある基板を溶液中に速やかに投入すると基
板上に金が核として析出し、結晶核となる。その後、新
たな結晶核発生と結晶核成長が平行して進行する。この
時核は自己整合的に単結晶成長する。その後、成長を続
けることで、各々の平板状金単結晶同志の衝突により、
単結晶群からなる金結晶薄膜が形成される。
【0020】ヨウ素水溶液はヨウ化カリウム以外のヨウ
化化合物、たとえばヨウ化アンモニウムなどを溶解して
も良く、その方法は限定されない。また水溶液ではな
く、アルコール溶液あるいはアルコールと水の混合溶液
を用いてもよい。また金を溶解させる替わりに、適当な
金化合物、たとえばAuI、AuI3 などを用いてもよ
く、要は溶液中に[AuI4- が十分に存在すればよ
い。さらに金錯体も、[AuI4- に限定されるもの
ではなく、[AuI2- 、[AuCl4- 、[Au
(CN)2- 、[Au(CN)3- などを用いても
良い。
【0021】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。
【0022】以上のように本発明によれば、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、及びこ
の金単結晶群よりなる金薄膜を大面積にわたって作成す
ることができる。
【0023】
【実施例】以下に、本発明を実施例を用いて詳細に説明
する。
【0024】実施例1 図1を用いて、本実施例を述べる。図1は実施例1の作
成方法の説明図である。
【0025】蒸留水500mlにヨウ化カリウム40g
及びヨウ素6gを投入して攪拌溶解させた。この溶液に
金を2g投入して攪拌溶解させた。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加えて攪拌し結晶成長用溶液1とし
た。かかる結晶成長用溶液1を約90℃に加熱した
(a)図。
【0026】一方、基板としてSiウエハ3をもちい、
200mlの蒸留水2中にかかる基板を投入し、約90
℃に加熱した(b)図。結晶成長用溶液1および、基板
加熱用蒸留水2が共に約90℃達したところで基板3を
取り出し、すみやかに結晶成長用溶液1に投入し温度を
保ったまま放置した(c)図。
【0027】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4が形成されて(d)図、平均粒径
が約1.5mmの平板状単結晶からなる金薄膜5が形成
されていた(e)図。また、基板上には平板状金単結晶
以外の微結晶は見受けられなかった。この平板状金単結
晶基板に垂直方向には(111)面を有し、膜の厚さは
5μmであった。
【0028】実施例2 実施例1と同様の結晶成長用溶液を約150℃に加熱
し、基板(Siウエハ)はホットプレート上で約120
℃に加熱し、実施例1と同様にして加熱した結晶成長用
溶液中に同じく加熱した基板を速やかに投入し、温度を
保ったまま、約1時間結晶成長させた。
【0029】その後、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て、平均粒径が約1.8m
mの平板状単結晶からなる金薄膜が形成されていた。ま
た、基板上には平板状金単結晶以外の微結晶は見受けら
れなかった。この平板状金単結晶基板に垂直方向には
(111)面を有し、膜の厚さは10μmであった。
【0030】実施例3 実施例1と同様に結晶成長溶液を用意し、120℃に加
熱した。基板にはSiウエハにかえてガラス基板(コー
ニング社製〓7059)とし、ホットプレート上で約1
20℃に加熱し、実施例1と同様にして加熱した結晶成
長用溶液中に加熱した基板を速やかに投入し、温度を保
ったまま、約1時間結晶成長させた。
【0031】その後、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て、平均粒径が約1.8m
mの平板状金単結晶からなる金薄膜が形成されていた。
また、基板上には平板状金単結晶以外の微結晶は見受け
られなかった。この平板状金単結晶基板に垂直方向には
(111)面を有し、膜の厚さは5μmであった。
【0032】実施例4 基板をSiウエハとし、かかる基板上に従来公知のフォ
トリソグラフィー法により直径1μmのドット状のパタ
ーンをネガ型レジスト(商標名RD−2000N)を用
いて形成したのち、真空蒸着法により、Cr膜を3nm
の厚さで堆積し、引き続きAu膜を50nmの厚さで堆
積した。その後、リフトオフによってレジストを剥離
し、基板上にAu膜のドット状のパターンを形成した。
この時、ドットの間隔は1.5mmとした。
【0033】かかる基板をホットプレート上で約120
℃に加熱した。一方、実施例1と同様に、結晶成長用溶
液を約120℃に加熱した。結晶成長用溶液および、基
板が共に約120℃達したところで基板をすみやかに結
晶成長用溶液に投入し温度を保ったまま放置した。
【0034】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て、平均粒径が約1.5
mmの平板状金単結晶からなる金薄膜5が形成されてい
た。また、基板上には平板状金単結晶以外の微結晶は見
受けられなかった。この平板状金単結晶基板に垂直方向
には(111)面を有し、膜の厚さは10μmであっ
た。
【0035】
【発明の効果】以上のように本発明の金薄膜の形成方法
は、基板をあらかじめ加熱して、金錯体溶液の温度と基
板温度とを同等又はその差を小さくするので、溶液中へ
基板投入する際に溶液温度を変化させることがないか又
は極めて少なくなり、金錯体溶液の化学平衡状態に影響
を与えることなく金の析出、成長を行なって、基板上に
大面積にわたって平板状金単結晶群またはこの金単結晶
からなる金薄膜を形成する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の金薄膜の形成方法の概略を
示す説明図である。
【符号の説明】
1 結晶成長溶液 2 蒸留水 3 基板 4 平板状金単結晶群 5 平板状金単結晶群からなる金薄膜

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
    とで該溶液中の金を過飽和状態に移行させ、前記溶液中
    に置いた基板上に金を析出、成長せしめて、金薄膜を形
    成する金薄膜の形成方法に於て、前記基板をあらかじめ
    前記溶液の温度又は該温度付近まで加熱して、該基板温
    度と前記溶液温度とを同等又は温度差を小とし、かかる
    状態で金を前記基板上に析出、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】 基板温度と溶液温度との温度差を50℃
    以内の状態で金を前記基板上に析出、成長せしめること
    を特徴とする請求項1記載の金薄膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 基板温度と溶液温度との温度差を5℃以
    内の状態で金を前記基板上に析出、成長せしめることを
    特徴とする請求項1記載の金薄膜の形成方法。
JP4700794A 1994-03-17 1994-03-17 金薄膜の形成方法 Pending JPH07257996A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001342573A (ja) * 2000-06-02 2001-12-14 Ebara Corp 無電解めっき方法及び装置
JP2018180168A (ja) * 2017-04-07 2018-11-15 ホヤ レンズ タイランド リミテッドHOYA Lens Thailand Ltd 処理パターンが形成された光学部材の製造方法

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