JPS6176679A - 金属膜微細蒸着法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属膜の微細蒸着法に係り、特に細い線状の
金属膜蒸着に関するものである。

（従来の技術） 従来、金属膜の微細蒸着法として、スパッタリング法、
レーザー光ＣＶＤ法、電子ビーム法が研　・究され、１
ｌＬｓＩ、三次元デバイスに欠くことのできない微細加
工技術の一つとして注目されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、前記いずれの手法とも、今日半導体素子に要求
されるサブミクロン、ナノミクロンオーダーの金属膜の
微細蒸着が達成されておらず、かつ金属膜に不純物が多
く含まれているため、その純度が低い（純度５０％以下
）という欠点があった。

さらに、蒸着速度が遅いという問題があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記の欠点に鑑みてなされたものであり、集
束イオンビ−ムを用いることにより、サブミクロンから
ナノミクロンオーダーの徽細な金属膜を速いイオンビー
ム走査速度で高純度に基板上に形成しうる手法を提供す
るものである。すなわち、本発明は、非蒸着性の含金属
化合物雰囲気中で基板上に集束イオンビームを照射し、
該合金属化合物を分解せしめ、基板上に蒸着させること
を特徴とし、この方法によれば、基板上に金属膜、特に
線状金属膜を微細蒸着させることができ、かつそのイオ
ンビーム走査速度が速いものである。

集束イオンビームの場合、サブミクロンからナノミクロ
ンオーダーの径の微小ビームスポットが得られ、かつイ
オン散乱が少ないため、金属膜微細蒸着を行なうのに最
も適している。

本発明において使用する非蒸着性の含金属化合物として
は、集束イオンビーム照射により金属元素を分解生成し
うる金属化合物、すなわち、周期律表第■、■、■、■
、■、■族の金属元素を含み、かつ２５°Ｃでの蒸気圧
が１０−　’Ｔｏｒｒ以上の有機金属化合物、無機金属
□化合物が使用できる。ここで非蒸着性とは、通常の加
熱蒸着法では蒸着できないものを意味する。具体的には
、ジエチル亜鉛、トリブチルホウ素、トリメチルアルミ
ニウム、トリエチルアルミニウム、トリメチルインジウ
ム、テトラメチルゲルマニウム、テトラメチルスズ、ト
リフェニルアンチモン、トリブチルビスマス、ビスベン
ゼンクロム、フェロセン、ビス−（１゜５−シクロペン
タジェン）ニッケル、およびフッ化亜鉛、フッ化アルミ
ニウム、フン化インジウム、窒素化ゲルマニウム、フッ
化スズ、フッ化アンチモン、フッ化りロム、フッ化タン
グステン、フッ化ニッケル等を挙げることができる。よ
り好ましくは、２５℃での蒸気圧がＩＰ　３Ｔｏｒｒ以
上の比較的高蒸気圧の有機金属化合物、無機金属化合物
である。

これらの金属化合物を単独、もしくは二種以上混合して
使用することができる。特に、これらの金属化合物に水
素を混合させた雰囲気を作ることにより、高純度の金属
膜を基板上に蒸着させることができ好ましい。該金属化
合物と水素との混合圧力比は特に制限しないが、通常、
１００対１から１対１０の範囲で使用できる。特に、１
０対１から１対１の混合圧力比の場合に、蒸着速度を低
下させることな（高純度金属膜を得ることができる。

集束イオンビームのイオン源としては、水素、ベリリウ
ム、ホウ素、ケイ素、亜鉛、ガリウム、アルゴン等の各
イオンをネオン源として使用することができる。これら
のイオン源を作るためには、元素単独もしくは合金とし
てのイオン源の作製法がある。特に、イオン源としては
、水素、ベリリウム、ケイ素等の軽い元素のイオン源の
方が、金属膜を微細に蒸着させる上でより好ましい。軽
い元素のイオン源の場合、イオンビームの集束し易さか
ら、イオンビーム径が０．２μｍ以下のものが容易に得
られる。すなわち、軽い元素の集束イオンビームを用い
ることにより、線幅０．２μｍ以下の微細な金属膜を得
ることができる。

以上の集束イオンビームを用いて前記含金属化合物を分
解し、基板上に微細金属膜を高速度に蒸着させるために
は、イオンビーム径、該含金属化合物の蒸気圧、基板温
度等の各ファクターを制御することにより、目的を達成
することができる。

特に、細い線状の金属膜を高速度で得たい場合には、イ
オンビーム径をサブミクロンからナノミクロンオーダー
に絞り込み、該含金属化合物の蒸気圧を１０−　’　〜
１０−　’Ｔｏｒｒにし、かつ基板温度を一８０℃〜３
０℃範囲にし、イオンビームを走査させることにより、
目的とするサブミクロンからナノミクロンオーダーの金
属膜の微細線を基板上に描画することができる。

また、イオンビーム径の大きさを変化させることにより
、任意の形状の金属膜を基板上に描くことが可能である
。該合金属化合物の蒸気圧が高すぎると金属膜の幅がイ
オンビーム径以上になり、目的とする微細金属膜が得ら
れず、また、蒸気圧が低すぎると金属膜の蒸着速度が遅
いという欠点がある。そこで、１０−１〜１０−３Ｔｏ
ｒｒの前記蒸気圧が微細金属膜を得るのに好ましい。よ
り好ましくは１０−　”　〜ＬＯ−’Ｔｏｒｒである。

基板温度を前記の一８０°Ｃ〜３０°Ｃの比較的低温で
、より好ましくは一５０°Ｃ〜２０℃の範囲で使用する
ことにより、金属膜の純度を低下させることなく、蒸着
速度すなわちイオンビーム走査速度を上げることができ
る。具体的には、蒸気圧、基板温度を前記の範囲に制御
することにより、厚さ０．２　μｍの金属膜を４０μｍ
／ＳｅＣ以上の高いイオンビーム走査速度で得られる。

基板としては、シリコン、ガリウム砒素、ゲルマニウム
等の単結晶ウェーハーおよび酸化ケイ素等の表面絶縁層
をもつ該単結晶ウエーノ＼−、セラミックス、ガラス、
プラスチ・ツク等の基板を使用することができる。基板
としては、前記に限定されることなく、表面平滑性のよ
いものであれば種々の材料を基板として使用可能である
。特に、弱酸、弱アルカリにより表面処理された前記基
板が、集束イオンビームにより分解して生成した金属膜
との接着性が非常によい。

（発明の効果） 本発明の金属膜微細蒸着法は、従来にない微細かつ高純
度の金属膜を高いイオンビーム走査速度で蒸着すること
が可能であり、超ＬＳＩ、三次元デバイス作製における
微細加工技術の新しい一分野を提供するものである。ま
た、本発明により、任意のパターンの細い線状の金属膜
を描画できることから、この手法はエレクトロニクス分
野で広く応用されるであろう。

（実施例） 次に、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。

実施例１ 集束イオンビーム装置のサンプル室に、０．Ｉ　Ｎ硝酸
水溶液で表面処理したシリコン単結晶ウェーハー基板を
置き、Ｉ　Ｘ　１０−６Ｔｏｒｒ以下に十分排気する。

該基板を１０℃に冷却した後、サンプル室にトリメチル
アルミニウム（５Ｎ）の蒸気圧がｌＸｌ０−”Ｔｏｒｒ
になるよう導入する。次いで、ビーム径０．５μｍのガ
リウムの集束イオンビームを加速電圧３５ＫｅＶで、該
基板上に４０μｍ／ｓｅｃの速度で走査した。その結果
、線幅０．５μｍ、厚み０．３μｍの線状の金属膜が得
られることが、走査型電子顕微鏡観察、オージェ電子分
光性分析の解析結果から認められた。オージェ電子分光
性分析の解析結果では、７０％以上のアルミニウムの金
属膜であることがわかった。

実施例２ 集束イオンビーム装置のサンプル室に、０．ＩＮ力性ソ
ーダ水溶液で処理したガリウム砒素単結晶ウェーハー基
板を置き、Ｉ　Ｘ　１０−６Ｔｏｒｒ以下に排気する。

該基板をＯｏｃに冷却した後、サンプル室にトリメチル
インジウム（５Ｎ）の蒸気圧がｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒに
なるよう導入する。次いで、ビーム径０．２μｍのベリ
リウムの集束イオンビームを加速電圧３５ＫｅＶで、該
基板上に４０μｍ／ｓｅｃの速度で走査した。その結果
、線幅０．２μｍ、厚み０．２μｍの線状金属膜が得ら
れることが、走査型電子顕微鏡観察、オージェ電子分光
性分析の解析結果から認められた。オージェ電子分光性
分析の解析結果では、８０％以上のインジウムの金属膜
であることがわかった。

実施例３ 実施例１と同様の基板を用い、次いで、実施例１と同様
の排気操作をした後、該基板温度を２０″Ｃに設定した
。次いで、集束イオンビーム装置のサンプル室に、フッ
化タングステンＷＦ６の蒸気圧が５　Ｘ　１０−”Ｔｏ
ｒｒになるよう導入した。ビーム径０．５μｍのガリウ
ムの集束イオンビームを加速電圧５゜ＫｅＶで、該基板
上に４０μｍ／ｓｅｃの速度で走査した。その結果、線
幅０．５μｍ、厚み０．３　μｍの線状の金属膜が得ら
れることが、実施例１と同様の解析結果から認められた
。オージェ電子分光性分析の解析結果では、８５％以上
のタングステンの金属膜であることがわかった。

実施例４ 集束イオンビーム装置のサンプル室に、０．ＩＮ硝酸水
溶液で表面処理されたシリコン単結晶つニーバー（表面
に酸化シリコン絶縁層をもつ）基板を置き、Ｉ　Ｘ　１
Ｏ−６Ｔｏｒｒに排気する。該基板温度を１０℃に冷却
した後、サンプル室にトリメチルアルミニウム（５Ｎ）
と水素（７Ｎ）の混合ガスを導入する。その混合ガス圧
は３　Ｘ　１０−　”Ｔｏｒｒで、トリメチルアルミニ
ウムと水素のガス圧比は２対１の割合である。次いで、
ビーム径０．２μｍのへＩＪ　ＩＪウムの集束イオンビ
ームを加速電圧３５ＫｅＶで、該基板上に５０μｍ／ｓ
ｅｃの速度で走査した。その結果、線幅０．２μｍ、厚
み０．２μｍの線状の金属膜が得られることが、走査型
電子顕微鏡観察、オージェ電子分光性分析の解析結果か
ら認められた。

オージェ電子分光性分析の解析結果では、９０％以上の
アルミニウムの金属膜であることがわかった。

実施例５ 実施例１において、基板温度を３５℃とした。実施例１
と同様の解析結果、線幅０．５μｍ、厚さ０．１μｍの
線状の６５％以上のアルミニウムの金属膜が得られた。

実施例６ 実施例１において、トリメチルアルミニウムの蒸気圧が
１．Ｑ　Ｔｏｒｒになるよう導入した。実施例１と同様
の解析結果、線幅０．９μｍ、厚さ０．４　μｍの線状
の６０％以上のアルミニウムの金属膜が得らた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　非蒸着性の含金属化合物雰囲気中で基板上に集束イオ
   ンビームを照射し、該含金属化合物を分解せしめ、基板
   上に蒸着させることを特徴とする金属膜微細蒸着法。