JPH03501274A - 高純度金薄膜の光化学的付着方法 - 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】 高純度金薄膜の光化学的付着方法 発明の背景 本発明は薄膜の光化学的付着方法、および特に実質上有機汚染されていない高純 度金薄膜の前記の付着方法に関する。

金薄膜は産業全般で、基体を保護するため、特育の外観を与えるため、電気接触 を形成するためおよびその他の理由のために広く使用されている。多数の異なる 付着技術が使用されている。金は電気化学的に鍍金され、金を含有した有機金属 からの基体上にスピン付着され、或いは水やその他の液体が基体と接触しないよ うな種々の乾式付着技術によって付着ば金属源からの金は源からの金属原子を蒸 発させるために加熱される。蒸発した原子は対象となる基体の表面に付着する。

蒸発の方法は、源に対する視線にある範囲を蒸着するために使用される。

もう１つの方法は金の源を含有するガスがらの金の付着を熱で補助するものであ る。通常行われているように、金を含有した有機金属化合物はキャリアガスと混 合され且つ加熱された基体上を通過するので、有機金属化合物は表面に金を付着 するために基体の表面において分解する。熱で補助する付着の異なる変化型にお いて基体は、伝導、レーザを用いるような照射、或いは他の任意の適当な源によ って加熱されることができる。

金を付着するもう１つの方法は、金を含有した化合物からの周囲温度、或いは他 の低い温度における光化学的付着による。このような低温の付着が産業上重要で あるのは、基体の加熱は金の層を付着する必要があるような多くの適用において 不可能だからである。例えば幾つかの電子工学の適用において、基体の加熱は金 が付着されることになる超小型電子技術装置の構造の劣化の原因となる。熱伝導 加熱またはレーザによって生じる高温はその結果受は入れ難いものとなり、付着 は室温か或いはその近辺で生じねばならない。

光化学的付着において、分解のエネルギーは金の源化合物と光子との相互作用か ら供給される。金を含有した化合物は選択的に特定の波長の光を吸収し、金を含 有した有機金属分子が基体に金属質の金を付着するように分解するように、吸収 帯内の光は基体の表面に或いはその近くに直射される。

基体の温度を実質的に上昇させずに金を光化学的に付着するために多数の異なっ た方法が試みられてきたが、すべての方法は付着された金の層が高レベルの炭素 、酸素或いはその他の不純物を含有するという共通の問題を抱えている。不純物 のレベルは少なくとも数パーセントであり、より典型的なものでは３０パーセン トかそれ以上である。この高不純物レベルは金薄膜の電気抵抗を多くの適用にお いて受け入れ難い程の高レベルにまで増加させる。不純な金はまた純金よりもよ り多孔質であり、純金よりもより保護力の弱い層を形成する。

金が主として例えば酸化から表面を保護するために存在するところでは、より高 純度な金薄膜の有効性は非常に重要になる。金薄膜の汚染のメカニズムの研究は 多数存在し、解離に関して生成された有機金属化合物の破片が表面に付着し、金 と共に成長する金薄膜に混入されるという点では一致している。

それ故に、炭素、酸素或いはその他の汚染物質による金の付着の汚染なしに周囲 の温度で光化学的に金を付着する過程に対する要求が存在する。本発明はこの要 求を満たし、さらに関連した利点を提供する。

発明の概要 本発明のプロセスは乾式付着方法を用いて周囲の温度で基体上に金の層を付着さ せる。その方法は基体の電気的伝導性を必要とせず、従って導電性の、半導電性 の、超伝導性の、および不伝導性の基体で実施可能である。基体は付着方法によ って温度を上昇するために加熱されず、その結果加熱されるように直接的かまた は熱の拡散の損傷を通してのように間接的に、既に基体に存在する構造が熱で損 傷を受けない。付着された金の層は純粋であり、不純物の含有量は通常の測定装 置の検出レベルを下回る。その過程は、複雑でなく、不規則な形および達するの に困難な位置を覆うのに適当であるような容易に利用できる装置において、正確 にコントロールされる。

本発明によると金の層を基体に付着する方法は、金がその上に付着されるべき表 面を有する基体を仕上げ、温度は約０度から約１６０度Ｃとして、有機化合物Ｃ ＣＨｓ　）２　Ａｕ　［ＣＨ（ＣＯＣＦ３　）２　］を含むガスと基体の表面を 接触させ、および基体の表面にそこがら金を付着するために紫外線光を用いて有 機金属化合物を光解離する各段階を含む。最も好ましい基体温度は周囲温度であ り、その温度が２０度から３０度の範囲内であればなお非常に好ましい。

基体温度は１４０度を越えないことが望ましい。

本方法の要点は、光解離を誘発するための相対的に低い強度の紫外線光を使用し た有機化合物（ＣＨｉ）２ＡｕＥＣＨ（ＣＯＣＦ３　）２　］の光解離による金 の付着である。

有機化合物（ＣＨｓ　）２　Ａｕ　［ＣＨ（ＣＯＣＦ３　）２　］　は技術文献 において、ジメチル金へフサフロロアセチルアセトネートおよびジメチルへフサ フロロ（２，４−ペンタンジオナート）金（Ｉ　Ｉ　Ｉ）として知られており、 時々ＡｕＨＦＡＡ或いはＭｅ２Ａｕ　（ｈ　ｆ　ａｃ）のように略される。それ はアメリカンシアナミド社から市販されている。その化合物は、気圧的０．７ト ルの周囲の温度では液体である。有機金属化合物は標準的に液体の状態から基体 の表面に輸送するためのキャリアガスと混合される。

化合物（ＣＨ３）２　Ａｕ　［ＣＨ（ＣＯＣＦ３　）２　］は構造的に関連した 化合物（ＣＨ３）　２　Ａｕ’［ＣＨ（ＣＯＣＨ３）２　］から、６個の水素原 子をフッ素原子と置換することによって誘導される。その置換は周囲温度での化 合物の蒸気圧を上昇させ、十分な量の化合物をガスの流れに供給するのを容品に する。

化合物ＣＣＨｓ　）２　Ａｕ　［ＣＨ（ＣＯＣＦ３　）２　］　はＭ体の表面と 接触され、蒸気中に約３００から約３４０ナノメータの波長の紫外線光を気体に 照射することによって光解離される。

紫外線光は、パルスモードで３０８ナノメータで動作するキセノン塩化物によ− ）で生成されることが好ましい。紫外線光は基体を顕著に加熱することはない。

本方法は従来の方法とは区別されるべきである。付着は、金を含有した化合物の 熱分解の温度より下で基体を用いて実行される。光解離の温度を越えて有効な熱 エネルギーではなく、光化学的エネルギーのみが使用される。本方法によって付 着された金は高純度であり、１パーセント以下のレベルに対しても敏感な器械を 使用することによっても炭素、酸素或いは他の汚染物質の根鉢すら測定できなか った。このような高純度の層は、低温での分解を使用して従来処理されてはいな い。

それ故に、本発明は重要な技術的進歩を提供する。高純度の金の層は、許容でき ないような高温になるまで基体を加熱することなしに付着される。本発明のその 他の特性および有利点は、例として本発明の原理を記載した添付の図面に関連し て得られる好ましい実施例の以下のより詳細な記載から明確になるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は金の層を付着するための装置の概略図である。

第２図は化合物（ＣＨ３）２　Ａｕ　［ＣＨ（ＣＯＣＦ３　）２コの化学構造を 示す。

発明の詳細な説明 金薄膜の付着において使用される装置ｌＯは第１図に記載されている。装置１０ は真空密の室１２を含む。入口１４は室内を排気し、付着されないガス分解生成 物および反応しないガスを室１２から取り除くために使用される真空ポンプ１６ に連結されている。透明な窓１８は室１２の壁に設けられている。窓１８上の付 着および窓１８の曇りを防ぐために、通常の不活性ガスバージチューブ２０は窓 １８の内面上におけるヘリウムのような不活性ガスの流れを導くように位置して いる。

基体２２は室１２の１つの壁からのホルダー２４上に支持されている。記載され た実施例において、基体２２の表面２６は窓１８に面するように配列されている 。１表面２６もまた窓１８に向かって斜角をなすように配置される。基体は好ま しい実施例においてヒータ或いはその他の手段によって加熱されず、付着の間中 はぼ周囲温度のままでいる。

しかし本発明は、基体が適度な高温まで加熱される或いは適度な低温まで冷却さ れてもよいことが理解されよう。本方法に対する動作温度の最小値は約０度であ る。その理由は、より低い温度における基体上の金含有化合物の十分な量の縮合 （解離の代わりに）がその蒸気圧の低下する際に生じ、結果として基体の表面上 の有機汚染物質の存在となって現れるからである。動作可能な温度の最高値に関 しては、（ＣＨ３）２　Ａｕ　［ＣＨ（ＣＯＣＦ！　）２　］　の熱分解は約１ ４０度の温度で始まるが、重要な熱分解率は１８０度およびそれ以上の温度で認 められる。その時、熱分解の可能性を完全に避けるために付着温度は１４０度以 下であることが好ましい。

本方法の最大付着温度は約１６０度であるのは、さらに高温においては表面に有 機性の破片を付着する多量の熱分解が存在するからである。本発明の光により誘 導した分解は、薄膜内のこのような有機性の破片の付着を生じない。特に２０乃 至３０度の範囲内の周囲温度に近い温度は、付着された薄膜内の汚染物質を最小 にし、薄膜および基体内の拡散作用の原子移動を避け、基体および薄膜上の有機 化合物の縮合を避けるために最も好ましい。

源のガスチューブ２８もまた基体２２の表面２Ｂに向いたノズル端部３０を備え て、室１２の１つの壁から支持されている。有機金属の源ガスは単独で或いはキ ャリアガスと混合して、圧力下でチューブ２８を通して押し出され、隣接した表 面２６に放出される。そこで金が表面２６上に付着されるように、源ガスの一部 分は分解される。真空ポンプ１Ｂは反応しないガス生成物、反応しない不活性ガ ス、室１２からの分解生成物を引出すので、圧力は保持され、不必要なガスは反 応帯から取り除かれる。

分解は窓１８を通して表面２６に直接向かった紫外線光によって行われる。紫外 線光は有機金属化合物が金および有機性の破片に分解させる。本方法の特別な有 利点は、ごく少量の有機性物質が金と共に基体２２上に付着されることである。

チューブ２８を通して放出されたガスは、任意適切な手段によってでも供給され る。外部から影響を受けていない時に周囲温度において有機金属源は液体である ので、液体源のフラスコ８２が設けられる。好ましい方法において、ヘリウム、 アルゴン、窒素或いはその他の反応しないガスはフラスコ３２を通して沸騰する 。沸騰したキャリアガスは、反応のために基体２２の表面２６ヘチユーブ２８を 通して運ばれる混合ガスである有機金属源のガス気体と混合する。

分解において使用される有機金属源の物質は（ＣＨ３）２Ａｕ　［ＣＨ（ＣＯＣ Ｆ３　）２　］であり、その構造は第２図に記載されている。好ましい方法にお いて不活性ガス、好ましくはヘリウムは、１分あたり約０．１から約５００標準 立方センナメートル（６ｃｃｍ）、最も好ましいのは約５ｓｅｃｍの割合で室温 で保持された液体源物質のフラスコ３２を通して沸騰する。前記のフラスコ３２ 内の液体のガス圧力の総量は約７００ミリトルから約３気圧であり、最も好まし いのは約１．１気圧である。チューブ２８の内部の直径は３ミリメートルであり 、ノズル３０の内部の直径は１ミリメートルである。ポンプ１６は室内の圧力を 約３２トルに保持している。

基体２２は、金属、半導体、超伝導体のような電気伝導体或いは不導体（絶縁体 ）でよい。ガリウム砒化物、シリコン、ゲルマニウム、シリコン二酸化物、アル ミニウム二酸化物上の金の付着は、室温で遂行されてきた。基体は、付着される べき表面が紫外線光によって到達される程度の長さであれば任意の厚さ、および 寸法で良い。

紫外線光は、３０８ナノメータの波長の紫外線光の単色の光線を生成するキセノ ン塩化物励起レーザによって供給されることが好ましい。高強度の光を引き渡す 或いは基体を加熱する（従来の熱分解方法でのように）能力のためではなく、そ の光が必要とされる波長の光であるので、そのレーザが使用される。実際、紫外 線光の強度は１平方センチメートルあたり約１０ミリワツトから約１ワツトであ り、好ましいのは１平方センチメートルあたり約１５０ミリワツトである。この 強度において基体の表面はほとんど加熱されず、有機金属化合物の分解はいかな る実質的な熱誘導された解離を生ぜずにもっばら光化学的解離によって行われる 。基体の温度が通常の室温を越える場合には、好ましい光強度は減少する。また 気体の温度が室温より低い場合には好ましい光強度は増加される。

レーザはパルス率４０ヘルツのパルスモードで作動させることが好ましい。３０ ８ナノメータのレーザの出力は、一般的に約３００ナノメータから約３４０ナノ メータまで延長するが、この範囲の外の幾つかの縮小された吸収を有するような 有機金属化合物の吸収帯の内部にある。

吸収帯内の光を産出する他のタイプのレーザもまた動作可能である。実施例は、 ３５１ナノメータで動作しそれ故にわずかに好ましい範囲の外にあるアルゴンイ オンレーザ、２２２ナノメータで動作しこれもまたわずかに好ましい範囲の外に あるクリプトン塩化物レーザ、ネオジムＹＡＧおよび染色レーザのような好まし い範囲内の光を生成するための周波数倍率機を通して動作するレーザを含む。

金の付着速度はガスの流量率および圧力、紫外線光の強度およびパルス率に依存 する。好ましいキセノン塩化物レーザ、前記のガスの流量率および光強度に対し て、１平方センチメートルの大きさの基体に対して、基体２２の表面２６上の金 ３４の層の付着速度は１時間あたり約６０００オングストロームである。

約１０００から約３０００オングストロームの厚さの層３４は従来通り処理され る。

本発明の方法によって生成された層３４は、Ｘ線光電子分光計およびオージェ電 子分光計によって汚染物質の存在に関して化学的に分析された。汚染物質のレベ ルは、これらの器械による分析の測定可能レベル以下或いは約１パーセント以下 である。付着された金の層の電気固有抵抗は、不純物および汚染物質のレベルの 上昇と共に上昇する。金の層の固有抵抗が動作可能にするには高すぎるようにな る数字で明確化されたレベルは決まってはいないが、焼入かの装置の使用者およ び製作者は、受入れ可能な不純物レベルの基準として約１パーセントの不純物お よび汚染物質のレベルを設定している。

本発明の金の層は１パーセント以下の不純物レベルを有することによってこの基 準を満たしており、一方で低い分解の温度で遂行される従来の方法はこの基準を 満たさない。より高い温度の使用は拡散作用の方法を通して基礎を成す装置の劣 化の原因となる可能性があるので、低温分解において受入れ可能な不純物レベル に達することは重要である。

本発明の方法は金の層を大きな表面上および正確に限定された型の中にマスクを 通して付着するのに有効である。それは、裂は目、孔その他のレーザ光がそこに 入り込むことができる程長いその他の一般的に近付き難い場所へ金を付着するた めにも使用されることができる。

本発明の特別な実施例が図面の目的のために詳細に記載されてきているが、多様 な修正は本発明の技術的範囲から離れることなく行われるだろう。それ故に、本 発明は添付された請求の範囲によるものを除いて限定されない。

ＰＣＴ／ｌｌｓ　８９１０３２６４ “＋−一−Ｉ　Ａゝ″″−”°−２−

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．金がその上に付着されるべき表面を有する基体を、温度が約０度から約１６ ０度の温度に維持し、基体の表面に、有機金属化合物（ＣＨ３）２Ａｕ［ＣＨ（ ＣＯＣＦ３）２］を含有するガスを接触させ、 金を基体の表面に付着するために紫外線光を用いて有機金属化合物を光学的に分 解する工程を具備することを特徴とする、金の層を基体に付着する方法。
2. ２．基体の温度が約２０度乃至約３０度である請求項１記載の方法。
3. ３．基体の温度が約０度乃至約１４０度である請求項１記載の方法。
4. ４．有機金属化合物（ＣＨ３）２Ａｕ［ＣＨ（ＣＯＣＦ３）２］の圧力が約１ミ リトル乃至約１気圧である請求項１記載の方法。
5. ５．有機金属化合物（ＣＨ３）２Ａｕ［ＣＨ（ＣＯＣＦ３）２］がキャリアガス と混合されて、基体の表面上を流れる請求項１記載の方法。
6. ６．有機金属化合物（ＣＨ３）２Ａｕ［ＣＨ（ＣＯＣＦ３）２］およびキャリア ガスの圧力の総量が、約１ミリトル乃至１気圧である請求項５記載の方法。
7. ７．紫外線光の波長が約３００乃至３４０ナノメータである請求項１記載の方法 。
8. ８．紫外線光の波長が約３０８ナノメータである請求項１記載の方法。
9. ９．紫外線光がレーザによって供給される請求項１記載の方法。
10. １０．紫外線光がキセノン塩化物レーザによって供給される請求項１記載の方法 。
11. １１．紫外線光が基体の表面を照射する請求項１記載の方法。
12. １２．紫外線光が基体の表面を照射することなしに蒸気中を通過する請求項１記 載の方法。
13. １３．紫外線光の強度が１平方センチメートルあたり約１０ミリワット乃至約１ ワットである請求項１記載の方法。
14. １４．基体が絶縁体である請求項１記載の方法。
15. １５．基体が半導体である請求項１記載の方法。
16. １６．基体が導電体である請求項１記載の方法。
17. １７．基体が超伝導体である請求項１記載の方法。
18. １８．請求項１記載の方法によって処理された、その上に付着された金を有する 基体。
19. １９．金がその上に付着されるべき表面を有する基体を、ほぼ周囲温度に維持し 、 基体の表面に有機金属化合物（ＣＨ３）２Ａｕ［ＣＨ（ＣＯＣＦ３）２］を含有 するガスと接触させ、金を基体の表面に付着するために紫外線光を用いて有機金 属化合物を光学的分解する工程を具備することを特徴とする、金の層を基体に付 着する方法。
20. ２０．請求項１９記載の方法によって処理された、付着された金を有する基体。