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超臨界流体又は亜臨界流体を用いた酸化物薄膜、又は金属積層薄膜の成膜方法、及び成膜装置 新技術説明会 外国出願あり

国内特許コード P09S000251
整理番号 P04-003R
掲載日 2009年12月25日
出願番号 特願2006-514112
登録番号 特許第4815603号
出願日 平成17年6月1日(2005.6.1)
登録日 平成23年9月9日(2011.9.9)
国際出願番号 JP2005010040
国際公開番号 WO2005118910
国際出願日 平成17年6月1日(2005.6.1)
国際公開日 平成17年12月15日(2005.12.15)
優先権データ
  • 特願2004-167782 (2004.6.4) JP
発明者
  • 近藤 英一
出願人
  • 国立大学法人山梨大学
発明の名称 超臨界流体又は亜臨界流体を用いた酸化物薄膜、又は金属積層薄膜の成膜方法、及び成膜装置 新技術説明会 外国出願あり
発明の概要

下地の導電性の有無にかかわらず金属酸化物薄膜を形成するとともに、導電性金属薄膜の積層構造を簡便に形成する方法及び装置を提供する。形成目的とする金属酸化物の金属前駆体と、前記金属前駆体を酸化する酸化剤とを超臨界流体中又は亜臨界流体中に溶解し、前記超臨界流体中又は亜臨界流体中に設けられた基板の表面に酸化反応により金属酸化物薄膜を成膜し、次に、還元剤及び導電性金属前駆体とを超臨界流体又は亜臨界流体中に溶解し、前記基板の表面に形成された金属酸化物薄膜を金属薄膜に還元するとともに、還元された前記金属薄膜上に前記導電性前駆体を還元し、導電性金属の薄膜を積層させる。

従来技術、競合技術の概要
【0002】
近年、有機溶媒など環境負荷の大きな物質を用いずに物質合成を行う技術が必要となっている。従来、集積回路の製造などの超微細加工プロセスは、真空中又は希薄気体雰囲気中、あるいはプラズマ放電雰囲気中等の、ドライプロセス(真空プロセス)で行われるのが一般的である。
【0003】
ドライプロセスは、単独の原子や分子あるいはそのイオンを直接加工に利用できる点から、極めて有効な手段としてこれまで発展してきた。しかし、真空の維持用の設備が必要であること、プラズマ発生装置が必要であること等が高コスト化の要因となっている。一方、メッキや洗浄など液体を使うウェットプロセスでは、大量の廃液が発生し環境上の問題がある。
【0004】
CO2を媒質とする超臨界流体は、液体と気体の中間の性質を有し、表面張力がゼロの状態であり、また、他の物質を溶解する能力(溶媒能)が高いなど、特異な性質を兼ね備えている。更に、化学的に安定、かつ安価、無害、低コストといった利点も兼ね備えている。これらに加え、気化・再液化により、CO2そのものの、及びCO2流体中に溶解している物質のリサイクルも可能という多くの特徴がある。
【0005】
集積回路製造プロセスにおけるウェハ洗浄工程を中心に、超臨界CO2を利用する研究・開発が進められている。例えば、洗浄工程では、超臨界CO2の溶媒能と安全性・リサイクル性に着目したプロセスが開発されている。また、超臨界CO2中では、表面張力がゼロであることに着目し、ナノレベルの配線を形成する微細加工プロセスの研究開発が行われている。
[0006] 例えば、半導体装置の製造における主要な機能の一つとして薄膜の形成があるが、超臨界流体を利用した薄膜の形成方法としては、急速膨張法(Rapid Expansion of Supercritical Solution)が知られている。D.Matsonらは、原料物質を溶解した超臨界流体を膨張させ、過飽和となった原料を形成する技術を公表している。また、これを発展させ、超臨界流体中に酸化物錯体を溶解し、加熱された基板に吹き付けて金属酸化物薄膜を得る方法も開示されている(特許文献1および非特許文献1を参照のこと)。
[0007] 超臨界流体は表面張力がゼロであり、拡散係数も大きいので、ナノ細孔内に極めてよく浸透する。超臨界流体そのものを薄膜形成の反応場として用いることができれば超微細な構造内に物質を形成・充填することが可能となり、さらにCVDやメッキに替わる、低コストのグリーンプロセスを構築できる。
[0008] 発明者らは、超臨界CO中に有機金属などの薄膜形成原料を溶解させ、そのまま成膜反応を行わせて薄膜の成膜を行う方法を独自に開発し(E.Kondohand H.Kato、Microelectron.Eng.第64巻(2002)495頁)、バイアホールやトレンチへのCu埋め込みや、Cuの拡散防止膜の形成など集積回路配線の製造に適用している(特願2003-17948「半導体装置の製造方法」、特願2003-17949「半導体装置の製造方法」)。また、同様の方法が特表2003-514115によっても開示されている。
[0009]
【特許文献1】
特開2003-213425
【非特許文献1】
J.Mater.Sci.第22巻6号1918(1987)
【特許文献2】
特願2003-17949
【特許文献3】
特表2003-514115
産業上の利用分野
【0001】
本発明は、酸化剤と金属前駆体とを超臨界流体又は亜臨界流体に溶解させ、基板上に酸化物薄膜を形成する成膜方法、及び当該方法により生成した酸化物薄膜を還元することにより、金属の積層薄膜を形成する方法、並びにかかる成膜を生成する成膜装置に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項8】形成目的とする金属酸化物の金属前駆体と、前記金属前駆体を酸化する酸素を除く酸化剤とを超臨界流体中又は亜臨界流体中に溶解し、前記超臨界流体中又は亜臨界流体中に設けられた基板の表面に酸化反応により金属酸化物薄膜を成膜し、
次に、還元剤及び導電性金属前駆体とを超臨界流体又は亜臨界流体中に溶解し、前記基板の表面に形成された金属酸化物薄膜を金属薄膜に還元するとともに、還元された前記金属薄膜上に前記導電性前駆体を還元し、導電性金属の薄膜を積層させることを特徴とする金属薄膜の積層成膜方法。
【請求項9】請求項8に記載の金属酸化物的はRuOであり、前記金属薄膜はRuであり、前記導電性金属はCuであることを特徴とする請求項8に記載の金属薄膜の積層成膜方法。
【請求項10】前記還元剤はHであることを特徴とする請求項8に記載の金属薄膜の積層成膜方法。
【請求項11】形成目的とする金属酸化物の金属前駆体と前記金属前駆体を酸化する酸化剤とを超臨界流体中又は亜臨界流体中に溶解させる手段と、
該流体中に設けられた基板の表面に酸化反応により前記金属酸化物薄膜を形成する手段と、
前記金属酸化物薄膜の成膜終了後、前記超臨界流体又は亜臨界流体を輩出する手段と、
導電性金属前駆体と還元剤とを、超臨界流体中又は亜臨界流体中に溶解させる手段と、
前記基板の表面に形成された金属酸化物薄膜を還元反応により金属薄膜に還元するとともに、該金属薄膜の表面に前記導電性金属前駆体を還元反応により導電性金属の薄膜として形成する手段とを備えたことを特徴とする金属薄膜の積層成膜装置。
【請求項12】請求項11に記載の金属薄膜の積層成膜装置は、酸化反応及び/又は還元反応の温度を調整する手段を更に備えたことを特徴とする金属薄膜の積層成膜装置。
産業区分
  • 表面処理
  • 処理操作
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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