(57)【要約】 【課題】  加熱温度のより低い、導電性サファイヤ基板を製造する方法を提供すること。【解決手段】  第１の単結晶サファイヤ基板１の上に単結晶酸化ニッケルからなる薄膜２を形成する工程と、該薄膜２の上に第２の単結晶サファイヤ基板３を成膜させる工程と、該薄膜２を還元して金属ニッケルからなる導電性薄膜５とする工程を含むことを特徴とする、導電性サファイヤ基板の製造方法である。酸化ニッケルからなる薄膜２及び第２のサファイヤ基板３を順次成膜する方法を取ることにより、気相成長などのようにプロセス温度がより低い方法を用いることが出来る。【選択図】  図１
2006041040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の単結晶サファイヤ基板上に単結晶酸化ニッケルからなる薄膜を形成する工程と、
該薄膜上に第２の単結晶サファイヤ基板を成膜させる工程と、
該薄膜を還元して金属ニッケルからなる導電性薄膜とする工程を含むことを特徴とする、
導電性サファイヤ基板の製造方法。
【請求項２】
第１の単結晶サファイヤ基板の主面が、
ステップ構造を有することを特徴とする、
請求項１に記載の導電性サファイヤ基板の製造方法。
【請求項３】
該薄膜を還元する工程が、
水素雰囲気下における熱処理を含むことを特徴とする、
請求項１または２に記載の導電性サファイヤ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性を有する薄膜または細線などを内部に有する導電性サファイヤ基板の製造方法に関し、特に、サファイヤ基板に酸化物からなる単結晶の薄膜を形成し、該酸化物を還元することでサファイヤ基板内部に導電部を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在セラミックス材料は、優れた放熱特性と絶縁性により、電子回路基板の絶縁基板の材料として広く用いられている。この中でも、単結晶サファイヤ基板は特に放熱性に優れており、電子回路の更なる小型化への寄与が期待されている。
【０００３】
しかしながら、絶縁基板上にナノオーダーの太さの導電性細線を形成すると、金属とセラミックスの熱膨張率の差が大きいため、表面でマイグレーションが発生し、細線の保持が困難となるため、デバイスへの応用に際して障害となっていた。
【０００４】
そこで、サファイヤ結晶中に垂直な導電性細線を形成した導電性サファイヤ基板を作る試みもなされている。例えば、サファイヤ基板中の転位に導電体を偏析させた、導電性サファイヤ基板の製造方法が既に知られている（非特許文献１）。こうして得られた導電性サファイヤ基板は、単なる電子回路のみならず、絶縁体への導電性付与技術、セラミックスへの放電加工などへの応用が期待されている。
【０００５】
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（２００３）,２（７）,４５３−４５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献１の技術では、サファイヤ結晶中に転位を導入させるため、プロセス温度を１４００℃もの高温にする必要があった。そのため、従来技術における装置系は高融点金属を用いるために高価となり、導入の際の障害になるという問題点がある。
【０００７】
また、非特許文献１の技術では、導電性細線は金属の多結晶体となった。金属の多結晶体は機械的強度が弱く、熱膨張及び熱収縮により発生する力によってマイグレーションが容易に発生し、断線が発生するという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、第１には、加熱温度のより低い、導電性サファイヤ基板を製造する方法を提供することである。第２には、導電性薄膜が単結晶であるような、導電性サファイヤ基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、第１の単結晶サファイヤ基板上に単結晶酸化ニッケルからなる薄膜を形成する工程と、該薄膜上に第２の単結晶サファイヤ基板を成膜させる工程と、該薄膜を還元して金属ニッケルからなる導電性薄膜とする工程を含むことを特徴とする、導電性サファイヤ基板の製造方法である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の構成に加えて、第１の単結晶サファイヤ基板の主面が、ステップ構造を有することを特徴とする、導電性サファイヤ基板の製造方法である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の構成に加えて、該薄膜を還元する工程が、水素雰囲気下における熱処理を含むことを特徴とする、導電性サファイヤ基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による導電性サファイヤ基板の製造方法によれば、薄膜及び第２のサファイヤ基板を順次成膜する方法を取ることにより、サファイヤ基板に導電性を付与する工程には、気相成長などのようにプロセス温度がより低い方法を用いることが出来る。そのため、加熱温度のより低い導電性サファイヤ基板の製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【００１３】
また、本発明による導電性サファイヤ基板の製造方法によれば、サファイヤ基板上に成長した酸化ニッケル薄膜は単結晶となり、サファイヤ基板にエピタキシャル成長する。また、該酸化ニッケル薄膜が金属ニッケルに還元されても、該金属ニッケル薄膜は単結晶となり、エピタキシャルな状態は維持される。そのため本発明により、マイグレーションの発生を抑制することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
本実施形態は、第１の単結晶サファイヤ基板１と酸化ニッケルからなる薄膜２、第２の単結晶サファイヤ基板３を用いた、導電性サファイヤ基板４の形成方法に関するものである。第１の実施形態は、金属ニッケルの薄膜を形成し、導電性サファイヤ基板４を形成する方法に関するものである。第２の実施形態は、金属ニッケルからなるナノレベルの細線を形成し、導電性サファイヤ基板４を形成する方法に関するものである。
【００１５】
＜第１の実施形態＞では、第１の単結晶サファイヤ基板１は予め鏡面研磨などの手段により、表面を原子レベルで平坦化を行う。図１に示すように、第１の単結晶サファイヤ基板１の主面上には、酸化ニッケルからなる薄膜２を成長させる（図１（ｂ））。薄膜２の成長方法としては、パルスレーザ堆積法（ＰＬＤ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、スパッタリング法、真空蒸着法などが好ましい。成長した薄膜２は、ＲＨＥＥＤ、ＸＲＤなどの検査手段によって、酸化ニッケルの単結晶薄膜であることを確認することができる。この薄膜の厚さは、３０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
続いて、酸化ニッケル薄膜２の上に第２の単結晶サファイヤ基板３を成長させる（図１（ｃ））。第２の単結晶サファイヤ基板３の成長方法は、薄膜２と同様にＰＬＤ法、ＭＢＥ法、スパッタリング法、真空蒸着法などのように、より低温で成長できる手段を用いることが好ましい。ここで、成長した第２の単結晶サファイヤ基板３は、ＲＨＥＥＤ、ＸＲＤによってサファイヤ単結晶膜であることを確認することができる。この第２の単結晶サファイヤ基板３の膜厚は、１０ｎｍ〜１００μｍ程度が好ましい。
【００１７】
そして薄膜２に対して還元を行い、金属ニッケル薄膜５を得る（図１（ｄ））。還元工程としては、水素雰囲気下における熱処理工程が好ましい。具体的には、図２に示すように、第２の単結晶サファイヤ基板３の成長した第１の単結晶サファイヤ基板１をサファイヤボート６に載置し、例えば電気炉などの加熱手段により、熱処理を行う。熱処理の温度は３００〜７００℃で、熱処理の時間は６０分以上であることが好ましい。このとき、第１の単結晶サファイヤ基板１と第２の単結晶サファイヤ基板３は水素雰囲気では還元されないため、単結晶酸化ニッケルからなる薄膜２のみが、水素雰囲気によって表面から徐々に金属ニッケルへと還元される。これにより、金属ニッケル薄膜５を内部に有する、導電性サファイヤ基板を得ることが出来る。
【００１８】
＜第２の実施形態＞では、第１の単結晶サファイヤ基板として、自己組織化した表面を有する基板、例えば（０００１）近傍の面を加熱したときに現れるステップ構造を有する単結晶サファイヤステップ基板を用いる。単結晶サファイヤステップ基板は、酸化ニッケル薄膜を成長させる前に、研磨した基板に加熱・エッチング等を行い、基板表面を自己組織化させる必要がある。
【００１９】
図３に示すように、自己組織化させた単結晶サファイヤステップ基板１’上に酸化ニッケル薄膜を成長させると、サファイヤ基板の表面形状に応じた酸化ニッケル薄膜を形成することが出来る。例えば、単結晶サファイヤステップ基板１’が前述のステップ構造を有する場合は、ステップのエッジ部から酸化ニッケルの結晶成長が始まり、ステップの段数と同一の数の酸化ニッケルの細線２’が成長していく。そして、単結晶サファイヤステップ基板１’および酸化ニッケルの細線２’の上に第２の単結晶サファイヤ基板３’を成長させ、これらを水素雰囲気下で還元することで、サファイヤ基板中に金属ニッケルの細線５’を有する、導電性サファイヤ基板を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態に係る、導電性サファイヤ基板の製造方法を説明する図である。
【図２】本実施形態に係る、酸化ニッケル薄膜の水素による還元工程を説明する図である。
【図３】第２の実施形態に係る、薄型サファイヤ基板の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００２１】
１      第１の単結晶サファイヤ基板
１’    単結晶サファイヤステップ基板
２      単結晶酸化ニッケル薄膜
２’    単結晶酸化ニッケル細線
３      第２の単結晶サファイヤ基板
３’    第２の単結晶サファイヤ基板
５      金属ニッケル薄膜
５’    金属ニッケル細線
６      サファイヤボート
７      熱源
【図１】
2006041040.tif 000003
【図２】
2006041040.tif 000004
【図３】
2006041040.tif 000005