(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンの表面から形成され、かつ粒子状、アイランド状、又は膜状の第１金属が分散配置された前記シリコンの表面をフッ化物イオンを含有する溶液に浸漬することにより形成された非貫通孔の底部に位置する第１金属が起点となって、前記非貫通孔が、自己触媒型無電解めっき法を用いた実質的に第２金属又は前記第２金属の合金により充填されている
シリコンを母材とする複合材料。
【請求項２】
前記非貫通孔により前記シリコンの表面が多孔性となる
請求項１に記載のシリコンを母材とする複合材料。
【請求項３】
前記第１金属が、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、及びロジウム（Ｒｈ）の群から選ばれる少なくとも一種類の金属である
請求項１又は請求項２に記載のシリコンを母材とする複合材料。
【請求項４】
前記第１金属が銀（Ａｇ）又は金（Ａｕ）であり、前記第２金属がコバルト（Ｃｏ）である
請求項１又は請求項２に記載のシリコンを母材とする複合材料。
【請求項５】
シリコンの表面に、粒子状、アイランド状、又は膜状の第１金属を分散配置する分散配置工程と、
前記シリコンの表面をフッ化物イオンを含有する第２溶液に浸漬させることにより前記シリコンの表面から非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、
第２金属のイオン及び還元剤を含有する第３溶液に浸漬することにより、前記非貫通孔の底部に位置する前記第１金属を起点として、前記非貫通孔を自己触媒型無電解めっき法を用いた実質的に前記第２金属又は前記第２金属の合金で充填する充填工程とを含む
シリコンを母材とする複合材料の製造方法。
【請求項６】
シリコンの表面を第１金属のイオン及びフッ化物イオンを含有する第１溶液に浸漬することにより前記シリコンの表面に粒子状、アイランド状、又は膜状の前記第１金属を分散配置する分散配置工程と、
前記シリコンの表面をフッ化物イオンを含有する第２溶液に浸漬させることにより前記シリコンの表面から非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、
第２金属のイオン及び還元剤を含有する第３溶液に浸漬することにより、前記非貫通孔の底部に位置する前記第１金属を起点として、前記非貫通孔を自己触媒型無電解めっき法を用いた実質的に前記第２金属又は前記第２金属の合金で充填する充填工程とを含む
シリコンを母材とする複合材料の製造方法。
【請求項７】
前記非貫通孔を形成することにより前記シリコンの表面を多孔性とする
請求項５又は請求項６に記載のシリコンを母材とする複合材料の製造方法。
【請求項８】
前記第１金属が、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、及びロジウム（Ｒｈ）の群から選ばれる少なくとも一種類の金属である
請求項５又は請求項６に記載のシリコンを母材とする複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記第１金属が銀（Ａｇ）又は金（Ａｕ）であり、前記第２金属がコバルト（Ｃｏ）である
請求項５又は請求項６に記載のシリコンを母材とする複合材料の製造方法。
【請求項１０】
シリコンの表面に、粒子状、アイランド状、又は膜状の第１金属を分散配置する分散配置装置と、
前記シリコンの表面をフッ化物イオンを含有する第２溶液に浸漬させることにより前記シリコンの表面から非貫通孔を形成する非貫通孔形成装置と、
第２金属のイオン及び還元剤を含有する第３溶液に浸漬することにより、前記非貫通孔の底部に位置する前記第１金属を起点として、前記非貫通孔を自己触媒型無電解めっき法を用いた実質的に前記第２金属又は前記第２金属の合金で充填する充填装置とを備えた
シリコンを母材とする複合材料の製造装置。
【請求項１１】
シリコンの表面を第１金属のイオン及びフッ化物イオンを含有する第１溶液に浸漬することにより前記シリコンの表面に粒子状、アイランド状、又は膜状の前記第１金属を分散配置する分散配置装置と、
前記シリコンの表面をフッ化物イオンを含有する第２溶液に浸漬させることにより前記シリコンの表面から非貫通孔を形成する非貫通孔形成装置と、
第２金属のイオン及び還元剤を含有する第３溶液に浸漬することにより、前記非貫通孔の底部に位置する前記第１金属を起点として、前記非貫通孔を自己触媒型無電解めっき法を用いた実質的に前記第２金属又は前記第２金属の合金で充填する充填装置とを備えた
シリコンを母材とする複合材料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンを母材とする複合材料及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属皮膜処理法、非金属皮膜処理法、化成処理法等の表面処理方法が研究されている。これまでに、ある金属母材の表面に別の種類の金属膜を形成することにより、様々な機能を備えた複合材料が創出されてきた。
【０００３】
幾つかの表面処理方法の中でも代表的なものの一つが、めっき法である。このめっき法は、例えば磁気記録分野においても利用されている。具体的には、母材とするアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の表面層に形成された多数の孔に、コバルトを交流めっき法によって充填する技術が開示されている（例えば、非特許文献１）。この技術は、高密度磁気記録媒体の製造において重要な地位を占める可能性がある。しかし、交流電源等を必要とするため、設備全体のコストの低減には限度がある等の問題が存在する。また、特殊な基板を用いて、多孔質層を形成した上で、置換めっき法を用いてその多孔質層の孔内にめっき物を充填する技術も開示されている（特許文献１）。しかし、母材となる基板が特殊な構造を有しているため、その製造工程の煩雑化や製造コストの上昇は避けられない。
【０００４】
一方、半導体分野やＭＥＭＳ分野等において最も広範に利用されるシリコンは、安定的な供給が可能である点で磁気記録媒体の母材としても好適な材料となり得る。実際、これまでにシリコンを母材とする磁気記録媒体も提案されている（例えば、特許文献２）。一例としてではあるが、非貫通孔が形成されたシリコンの表面層を高精度に、換言すれば、空隙をできる限り残存させることなくめっき処理する技術の開発は、高密度の磁気記録媒体を製造するための重要な要素技術となり得る。
【非特許文献１】伊藤健一、外１名、「ナノホールパターンドメディア」、雑誌ＦＵＪＩＴＳＵ、富士通株式会社、２００７年１月、第５８巻、第１号、ｐ９０−９８
【非特許文献２】八重真治（Ｓ．  Ｙａｅ）、外４名，“Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”，２００３年８月，第５巻，ｐ．６３２
【非特許文献３】辻埜和也（Ｋ．  Ｔｓｕｊｉｎｏ）、外１名，“Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ”，２００７年１１月２０日，第５３巻，ｐ．２８
【特許文献１】特開２００６−３４２４０２号公報
【特許文献２】特開昭５７−１０５８２６号公報
【特許文献３】特開平１１−２８３８２９号公報
【特許文献４】特開２００３−２８８７１２号公報
【特許文献５】特開２００４−２３７４２９号公報
【特許文献６】特開２００５−１３９３７６号公報
【特許文献７】特開２００７−５３３９８３号公報
【特許文献８】米国特許出願公開第２００５／０１０１１５３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、めっき法により孔に金属を充填する幾つかの技術が開示されている。しかしながら、電解めっき法を用いた場合、電源や電極を必要とするため設備の小型化や設備コストの低減に限度がある。また、従来の無電解めっき法を用いた孔の充填技術では、複雑な製造工程を要する。
【０００６】
他方、例えば、シリコンを母材とする高密度の磁気記録媒体を製造するためには、シリコンの表面層の非貫通孔が磁性材料で高精度に充填されなければならない。また、磁性材料に限らず、様々な高機能材料を得るためにも、孔の充填精度の高いめっき技術の開発が重要となる。しかしながら、簡便であるとともに孔の充填精度の高いめっき技術は未だ確立されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述のような技術課題を解決することにより、各種のシリコンを母材とする機能材料の開発に大きく貢献するものである。発明者らは、シリコンの表面層に形成された孔をめっき材で充填するにあたり、その孔の大小にかかわらず確実に充填される方法を見出すべく鋭意研究を重ねた。一般に、孔が微細化すればするほど、その孔の内部に空隙を形成することなくめっき材を充填することが困難になる。しかし、発明者らは、無電解工程でも、ある特殊な状況を作り出すとともにそれを利用することによって、その孔の底部を起点として充填工程を進行させることができることを見出し、本発明が完成した。
【０００８】
本発明の１つのシリコンを母材とする複合材料は、シリコンの表面から形成された非貫通孔の底部に位置する第１金属が起点となって、その非貫通孔が、自己触媒型無電解めっき法を用いた実質的に第２金属又はその第２金属の合金により充填されている。
【０００９】
このシリコンを母材とする複合材料によれば、シリコン表面上の第２金属又は第２金属の合金（以下、本段落において便宜上、第２金属等という）の形成が自己触媒型無電解めっき法によるため、第１金属を第２金属等が覆った後も、その第２金属等が触媒となって継続的に第２金属等のイオンの還元に寄与することになる。従って、この複合材料は、非貫通孔の底部に位置する第１金属が起点となって第２金属等がその孔に充填されているため、その孔内に空隙が形成されにくい。
【００１０】
また、本発明の１つのシリコンを母材とする複合材料の製造方法は、シリコンの表面に、粒子状、アイランド状、又は膜状の第１金属を分散配置する分散配置工程と、前述のシリコンの表面をフッ化物イオンを含有する第２溶液に浸漬させることによりそのシリコンの表面から非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、第２金属のイオン及び還元剤を含有する第３溶液に浸漬することにより、前述の非貫通孔の底部に位置するその第１金属を起点として、その非貫通孔を自己触媒型無電解めっき法を用いた実質的にその第２金属又はその第２金属の合金で充填する充填工程とを含んでいる。
【００１１】
このシリコンを母材とする複合材料の製造方法によれば、まず、第１金属が、シリコンの表面に粒子状、アイランド状、又は膜状に分散配置される。次に、その第１金属を担持したシリコン表面をフッ化物イオンを含有する第２溶液に浸漬させることにより、そのシリコン表面層に孔が形成される。このとき、あたかも粒子状、アイランド状、又は膜状の前記第１金属がその孔内に侵入したかのように、最終的に形成された非貫通孔の底部にその第１金属が配置される。その後、その孔を充填する第２金属又は第２金属の合金（以下、本段落において便宜上、第２金属等という）の形成が自己触媒型無電解めっき法によるため、第１金属を第２金属等が覆った後も、その第２金属等が触媒となって継続的に第２金属等のイオンの還元に寄与することになる。従って、この複合材料は、非貫通孔の底部に位置する第１金属が起点となって第２金属等がその孔に充填されているため、その孔内に空隙が形成されにくい。
【００１２】
また、本発明のもう１つのシリコンを母材とする複合材料の製造方法は、シリコンの表面を第１金属のイオン及びフッ化物イオンを含有する第１溶液に浸漬することによりそのシリコンの表面に粒子状、アイランド状、又は膜状のその第１金属を分散配置する分散配置工程と、前述のシリコンの表面をフッ化物イオンを含有する第２溶液に浸漬させることによりそのシリコンの表面から非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、第２金属のイオン及び還元剤を含有する第３溶液に浸漬することにより、前述の非貫通孔の底部に位置するその第１金属を起点として、その非貫通孔を自己触媒型無電解めっき法を用いた実質的にその第２金属又はその第２金属の合金で充填する充填工程とを含んでいる。
【００１３】
このシリコンを母材とする複合材料の製造方法によれば、まず、第１金属のイオン及びフッ化物イオンを含有する第１溶液に浸漬することにより、そのシリコンの表面に粒子状、アイランド状、又は膜状の第１金属が分散配置される。次に、その第１金属を担持したシリコン表面をフッ化物イオンを含有する第２溶液に浸漬させることにより、そのシリコン表面層に孔が形成される。このとき、あたかも粒子状、アイランド状、又は膜状の前記第１金属がその孔内に侵入したかのように、最終的に形成された非貫通孔の底部にその第１金属が配置される。その後、その孔を充填する第２金属又は第２金属の合金（以下、本段落において便宜上、第２金属等という）の形成が自己触媒型無電解めっき法によるため、第１金属を第２金属等が覆った後も、その第２金属等が触媒となって継続的に第２金属等のイオンの還元に寄与することになる。従って、この複合材料は、非貫通孔の底部に位置する第１金属が起点となって第２金属等がその孔に充填されているため、その孔内に空隙が形成されにくい。
【００１４】
また、本発明の１つのシリコンを母材とする複合材料の製造装置は、シリコンの表面に、粒子状、アイランド状、又は膜状の第１金属を分散配置する分散配置装置と、前述のシリコンの表面をフッ化物イオンを含有する第２溶液に浸漬させることによりそのシリコンの表面から非貫通孔を形成する非貫通孔形成装置と、第２金属のイオン及び還元剤を含有する第３溶液に浸漬することにより、前述の非貫通孔の底部に位置するその第１金属を起点として、その非貫通孔を自己触媒型無電解めっき法を用いた実質的にその第２金属又はその第２金属の合金で充填する充填装置とを備えている。
【００１５】
このシリコンを母材とする複合材料の製造装置によれば、まず、第１金属が、シリコンの表面に粒子状、アイランド状、又は膜状に分散配置される。次に、その第１金属を担持したシリコン表面をフッ化物イオンを含有する第２溶液に浸漬させる装置により、そのシリコン表面層に孔が形成される。このとき、あたかも粒子状、アイランド状、又は膜状の前記第１金属がその孔内に侵入したかのように、最終的に形成された非貫通孔の底部にその第１金属が配置される。その後、その孔を充填する装置によって形成される第２金属又は第２金属の合金（以下、本段落において便宜上、第２金属等という）が自己触媒型無電解めっき法によるため、第１金属を第２金属等が覆った後も、その第２金属等が触媒となって継続的に第２金属等のイオンの還元に寄与することになる。従って、この製造装置によって形成される複合材料は、非貫通孔の底部に位置する第１金属が起点となって第２金属等がその孔に充填されているため、その孔内に空隙が形成されにくい。
【００１６】
また、本発明のもう１つのシリコンを母材とする複合材料の製造装置は、シリコンの表面を第１金属のイオン及びフッ化物イオンを含有する第１溶液に浸漬することによりそのシリコンの表面に粒子状、アイランド状、又は膜状のその第１金属を分散配置する分散配置装置と、前述のシリコンの表面をフッ化物イオンを含有する第２溶液に浸漬させることによりそのシリコンの表面から非貫通孔を形成する非貫通孔形成装置と、第２金属のイオン及び還元剤を含有する第３溶液に浸漬することにより、前述の非貫通孔の底部に位置するその第１金属を起点として、その非貫通孔を自己触媒型無電解めっき法を用いた実質的にその第２金属又はその第２金属の合金で充填する充填装置とを備えている。
【００１７】
このシリコンを母材とする複合材料の製造装置によれば、まず、第１金属のイオン及びフッ化物イオンを含有する第１溶液に浸漬する装置により、そのシリコンの表面に粒子状、アイランド状、又は膜状の第１金属が分散配置される。次に、その第１金属を担持したシリコン表面をフッ化物イオンを含有する第２溶液に浸漬させる装置により、そのシリコン表面層に孔が形成される。このとき、あたかも粒子状、アイランド状、又は膜状の前記第１金属がその孔内に侵入したかのように、最終的に形成された非貫通孔の底部にその第１金属が配置される。その後、その孔を充填する装置によって形成される第２金属又は第２金属の合金（以下、本段落において便宜上、第２金属等という）が自己触媒型無電解めっき法によるため、第１金属を第２金属等が覆った後も、その第２金属等が触媒となって継続的に第２金属等のイオンの還元に寄与することになる。従って、この製造装置によって形成される複合材料は、非貫通孔の底部に位置する第１金属が起点となって第２金属等がその孔に充填されているため、その孔内に空隙が形成されにくい。
【００１８】
なお、大変興味深いことに、シリコン表面からの非貫通孔が非常に微細な孔であり、かつその微細孔が多数形成された状態であっても、上述と同様、空隙の少ない充填が達成される。すなわち、シリコン表面が多孔質状であっても、非常に高精度に第２金属又は第２金属の合金によってそれらの孔内が充填される。また、上述のシリコンを母材とする複合材料が、全て無電解工程で形成される点も特筆に価する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の１つのシリコンを母材とする複合材料、本発明の１つのシリコンを母材とする複合材料の製造方法、又はその製造装置によれば、シリコン表面層に形成された非貫通孔が金属又はその金属の合金によって充填される際に空隙が形成されにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
つぎに、本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。尚、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしもスケール通りに示されていない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
本実施形態では、１つのシリコンを母材とする複合材料及びその製造方法を示す。図１は、本実施形態におけるシリコン基板表面への第１金属の粒子の分散配置装置１０の説明図である。図２は、そのシリコン基板の表面から非貫通孔を形成する非貫通孔形成装置２０の説明図である。また、図３は、その非貫通孔への第２金属の充填装置３０の説明図である。なお、本実施形態の第１金属は、銀（Ａｇ）であり、その第２金属は、コバルト（Ｃｏ）である。
【００２２】
本実施形態では、まず、図１に示すように、シリコン基板１００が、予め５℃に調整された、モル濃度が１ｍｍｏｌ（ミリモル）／Ｌ（リットル）の硝酸銀（ＡｇＮＯ３）とモル濃度が１５０ｍｍｏｌ／Ｌのフッ化水素（ＨＦ）を含有する水溶液（以下、第１溶液ともいう）１４を収めた容器１２の中に３０秒間浸漬される。その結果、粒径が７ｎｍ乃至３０ｎｍの銀（Ａｇ）の微粒子１０２が、シリコン基板１００の表面上に約１．８×１０１１個／ｃｍ２の数密度で略均一に析出していることが確認された。図４は、このときのシリコン基板１００の表面の走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭという）写真である。なお、本実施形態のシリコン基板１００は、ｐ型シリコン基板であった。なお、シリコン基板１００は、その浸漬中、シリコン基板１００の一部を覆う公知のフルオロカーボン系樹脂製保持具によって保持されているが、図を見やすくするために省略されている。シリコン基板１００の保持具の省略は、以下の図２及び図３においても同様である。
【００２３】
次に、図２に示すように、前述の銀の微粒子１０２を担持したシリコン基板１００が、暗室２６内でモル濃度が７．３ｍｏｌ（モル）／Ｌ（リットル）のフッ化水素酸（以下、第２溶液ともいう）２４を収めた容器２２の中に１０分間浸漬される。その結果、シリコン基板１００の表面から形成された多数の微細孔である非貫通孔１０４が確認された。また、大変興味深いことに、それらの非貫通孔１０４の底部には微粒子Ｘが存在していることが分かった。図５は、非貫通孔１０４とその底部にある微粒子Ｘを示す断面ＳＥＭ写真である。なお、このＳＥＭ写真から、非貫通孔１０４の孔径は数ｎｍ乃至数十ｎｍであることが確認される。すなわち、非貫通孔１０４の孔径がシリコン基板１００の表面上に分散配置された銀の微粒子１０２の粒径と良く符合していることが分かる。
【００２４】
上述のとおり、第２溶液はフッ化水素酸であって、その溶液中には銀と異なる微粒子が存在しない。従って、微粒子Ｘは、本実施形態では、第１溶液によって形成されたシリコン表面上の銀の微粒子１０２であると結論付けられる。他方、図５のＳＥＭ写真から、非貫通孔１０４のその深さが平均的に約５０ｎｍであることが分かった。また、その非貫通孔１０４の形成が、シリコン基板１００の厚み方向に対してある程度平行な直線状であることも確認された。
【００２５】
その後、図３に示すように、金属塩である硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４）及び還元剤であるジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）を含有する水溶液（以下、第３溶液ともいう）３４をめっき溶液として、上述の非貫通孔１０４が形成されたシリコン基板１００が浸漬される。本実施形態では、シリコン基板１００が第３溶液中に無電解の環境下で１２０秒間浸漬された。図６は、第３溶液中に１２０秒間浸漬した後のシリコン基板１００の表面近傍の断面ＳＥＭ写真である。第２溶液によって形成された非貫通孔１０４が、実質的にコバルト（Ｃｏ）（以下、単にコバルトともいう）１０６によって空隙が形成されずに充填されていることが確認される。また、前述の浸漬時間を適宜調整することにより、シリコン基板１００の表面からそのコバルト（Ｃｏ）が突出することを防止することも可能である。尚、本実施形態における非貫通孔１０４の充填物質は、実質的にはコバルト（Ｃｏ）であるといえるが、極めて正確に表現すれば、ホウ素が原子百分率（ａｔｏｍ％）において略０％乃至０．２％であるコバルト−ホウ素合金（Ｃｏ−Ｂ）であるともいえる。
【００２６】
本実施形態では、非貫通孔１０４の底部に位置する銀の微粒子１０２が起点となって、自己触媒型無電解めっき法によって、コバルト（Ｃｏ）１０６がその非貫通孔１０４を空隙を形成することなく充填している。すなわち、当初の触媒である銀の微粒子１０２がめっき材であるコバルト（Ｃｏ）１０６によって覆われてしまったとしても、そのコバルト（Ｃｏ）１０６自身が触媒の機能を発揮するために、その後も継続的にコバルト（Ｃｏ）を析出させることが可能となる。また、自己触媒型の無電解めっき法により、第２金属の合金によるめっき処理の際に、非貫通孔１０４の底部に位置する第１金属の微粒子１０２が起点となるため、多数の非貫通孔が形成された場合であっても、確度が高く、且つ空隙が形成されにくい孔の充填が可能となる。
【００２７】
加えて、本実施形態では、上述の図１乃至図３に示す工程の全てが無電解工程で行われている。従って、本実施形態は、汎用性の高い母材を用いた上で量産性の高いめっき法を適用していることに加え、電解めっき法で要求される電極や電源等の設備も不要となるためコスト面でも非常に有利である。
【００２８】
＜第２の実施形態＞
本実施形態では、もう１つのシリコンを母材とする複合材料及びその製造方法を示す。但し、本実施形態のシリコンを母材とする複合材料の製造方法は、一部の条件を除いて第１の実施形態のそれと同じである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略され得る。
【００２９】
本実施形態では、図１に示す分散配置装置１０の装置構成を用いて、シリコン基板表面への第１金属粒子である金（Ａｕ）の分散配置を行った。具体的には、予め５℃に調整された、モル濃度が１ｍｍｏｌ（ミリモル）／Ｌ（リットル）のテトラクロロ金酸（ＨＡｕＣｌ４）とモル濃度が１５０ｍｍｏｌ／Ｌのフッ化水素（ＨＦ）を含有する水溶液が本実施形態の第１溶液として採用された。その結果、粒径が４ｎｍ乃至１５ｎｍの金（Ａｕ）の微粒子２０２が、シリコン基板２００の表面上に約５．５×１０１１個／ｃｍ２の数密度で略均一に析出していることが確認された。図７Ａは、本実施形態におけるシリコン基板表面への第１金属粒子である金（Ａｕ）の分散配置の様子を示すＳＥＭ写真であり、第１の実施形態の図４に相当する。また、図７Ｂは、第１金属２０２である金（Ａｕ）が分散配置されたシリコン基板２００の側面を示す模式図である。
【００３０】
次に、前述の金の微粒子２０２を担持したシリコン基板２００が、第１の実施形態と同じ第２溶液中に浸漬された。但し、本実施形態の浸漬時間は１５分であった。その結果、シリコン基板２００の表面から形成された多数の微細孔である非貫通孔２０４が確認された。また、本実施形態においても、それらの非貫通孔２０４の底部には前述の金（Ａｕ）と考えられる微粒子が存在していることが分かった。図８は、非貫通孔２０４とその底部にある金の微粒子２０２を捉えた断面ＳＥＭ写真であり、第１の実施形態の図５に相当する。他方、図８のＳＥＭ写真から、非貫通孔２０４のその深さが平均的に約１００ｎｍであることが分かった。また、その非貫通孔２０４の形成が、第１の実施形態と同様、シリコン基板２００の厚み方向に対してある程度平行な直線状であることも確認された。
【００３１】
その後、金属塩である硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４）及び還元剤であるホスフィン酸ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ２）を含有する水溶液（以下、第３溶液ともいう）をめっき溶液として、上述の非貫通孔２０４が形成されたシリコン基板２００が浸漬される。本実施形態では、シリコン基板２００が第３溶液中に無電解の環境下で３００秒間浸漬された。その結果、図９に示すように、第２溶液によって形成された非貫通孔２０４が、第２金属の合金２０６であるコバルト−リン合金（Ｃｏ−Ｐ）によって空隙が形成されずに充填されていることが確認される。
【００３２】
上述のとおり、本実施形態においても、非貫通孔２０４の底部に位置する金の微粒子２０２が起点となって、自己触媒型無電解めっき法によって、コバルト−リン合金（Ｃｏ−Ｐ）が、その非貫通孔２０４を、空隙を形成することなく充填する。すなわち、本実施形態も、上述の全ての工程が無電解工程で行われるため、電解めっき法で要求される電極や電源等の設備も不要となる。また、自己触媒型の無電解めっき法により、第２金属によるめっき処理の際に、非貫通孔２０４の底部に位置する第１金属の微粒子２０２が起点となるため、多数の非貫通孔が形成された場合であっても、確度が高く、且つ空隙が形成されにくい孔の充填が可能となる。
【００３３】
＜第３の実施形態＞
本実施形態では、他のシリコンを母材とする複合材料及びその製造方法を示す。但し、本実施形態のシリコンを母材とする複合材料の製造方法は、一部の条件を除いて第１の実施形態のそれと同じである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略され得る。
【００３４】
本実施形態では、図１に示す分散配置装置１０の装置構成を用いて、シリコン基板表面への第１金属粒子である銀（Ａｇ）の分散配置を行った。具体的には、予め５℃に調整された、モル濃度が１ｍｍｏｌ（ミリモル）／Ｌ（リットル）の硝酸銀（ＡｇＮＯ３）とモル濃度が１５０ｍｍｏｌ／Ｌのフッ化水素（ＨＦ）を含有する水溶液が本実施形態の第１溶液として採用された。
【００３５】
次に、前述の銀（Ａｇ）の微粒子を担持したシリコン基板が、第１の実施形態と同じ第２溶液中に浸漬された。但し、本実施形態の浸漬時間は１５分であった。その結果、シリコン基板の表面から形成された多数の微細孔である非貫通孔が確認された。また、本実施形態においても、それらの非貫通孔の底部には前述の銀（Ａｇ）と考えられる微粒子が存在していることが分かった。なお、本実施形態の非貫通孔の深さは、最大で約１８０ｎｍであり、平均的に約１００ｎｍであった。また、その非貫通孔の形成が、第１の実施形態と同様、シリコン基板の厚み方向に対してある程度平行な直線状であることも確認された。
【００３６】
その後、金属塩である硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４）及び硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４）と、還元剤であるジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）を含有する水溶液（以下、第３溶液ともいう）をめっき溶液として、上述の非貫通孔が形成されたシリコン基板が浸漬される。本実施形態では、シリコン基板が第３溶液中に無電解の環境下で１２０秒間浸漬された。その結果、第２溶液によって形成された非貫通孔が、コバルト−ニッケル−ホウ素合金（Ｃｏ−Ｎｉ−Ｂ）によって空隙が形成されずに充填されていることが確認された。なお、本実施形態において、コバルトは、原子百分率（ａｔｏｍ％）において約９０％含まれ、ニッケルは、原子百分率（ａｔｏｍ％）において約６％含まれ、ホウ素は、原子百分率（ａｔｏｍ％）において約４％含まれていた。
【００３７】
上述のとおり、本実施形態においても、非貫通孔の底部に位置する銀（Ａｇ）の微粒子が起点となり、自己触媒型無電解めっき法によって、第２金属の合金３０６であるコバルト−ニッケル−ホウ素合金（Ｃｏ−Ｎｉ−Ｂ）が空隙を形成することなくその非貫通孔を充填する。図１０は、第２金属の合金３０６であるコバルト−ニッケル−ホウ素合金（Ｃｏ−Ｎｉ−Ｂ）が前述の非貫通孔を充填した後のシリコン基板の断面ＳＥＭ写真である。
【００３８】
これまでの実施形態と同様、本実施形態も上述の全ての工程が無電解工程で行われるため、電解めっき法で要求される電極や電源等の設備も不要となる。また、自己触媒型の無電解めっき法により、第２金属によるめっき処理の際に、非貫通孔の底部に位置する第１金属の微粒子が起点となるため、多数の非貫通孔が形成された場合であっても、確度が高く、且つ空隙が形成されにくい孔の充填が可能となる。
【００３９】
＜その他の実施形態＞
上述の各実施形態では、充填されるめっき材が、コバルト（Ｃｏ）、コバルト−ニッケル−ホウ素合金（Ｃｏ−Ｎｉ−Ｂ）、及びコバルト−リン合金（Ｃｏ−Ｐ）であったが、これに限定されない。例えば、ニッケル−ホウ素合金（Ｎｉ−Ｂ）、ニッケル−リン合金（Ｎｉ−Ｐ）、及び銅（Ｃｕ）をめっき材として、上述の各実施形態と同様、自己触媒型めっき法により多数の微細な非貫通孔を充填することが可能である。
【００４０】
具体的には、例えば、ニッケル−ホウ素合金（Ｎｉ−Ｂ）をめっき材として充填するためには、まず、モル濃度が１ｍｍｏｌ（ミリモル）／Ｌ（リットル）の硝酸銀（ＡｇＮｏ３）と、モル濃度が１５０ｍｍｏｌ／Ｌのフッ化水素（ＨＦ）を含有する水溶液が本実施形態の第１溶液として採用される。次に、第１金属である銀（Ａｇ）が分散配置されたシリコン基板が第１の実施形態と同じ第２溶液中に浸漬される。その後、金属塩である硫酸ニッケル及び還元剤であるジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）を含有する水溶液が第３溶液として採用されることにより、シリコン基板の非貫通孔内がニッケル−ホウ素合金（Ｎｉ−Ｂ）で充填される。図１１は、非貫通孔が第２金属の合金４０６であるニッケル−ホウ素合金（Ｎｉ−Ｂ）で充填されたときのＳＥＭ写真である。
【００４１】
ところで、上述の各実施形態では、第１溶液にフッ化水素が含有されていたが、これに限定されない。例えば、フッ化水素の代わりにフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）が用いられても本発明の効果と略同様の効果が奏される。
【００４２】
また、上述の各実施形態では、第１金属として銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、が用いられていたが、これにも限定されない。例えば、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、又はロジウム（Ｒｈであっても良い。すなわち、第１金属が、第２金属又は第２金属の合金を自己触媒型のめっき材にするための起点となる触媒であれば、本発明の効果と略同様の効果が奏される。また、第１金属として、上述の各金属の内の複数種の金属がシリコン上に分散配置されていても本発明の効果と同様の効果が奏される。また、上述の各実施形態の説明の中では述べていないが、いずれの実施形態においても、第１金属が、不純物が全く含まれていない純金属である必要はない。通常含まれうる不純物であれば、本発明の実質的な効果は奏される。
【００４３】
また、上述の各実施形態の説明の中では述べていないが、非貫通孔内に充填される物質の中には、第２金属又は第２金属の合金の他に、ごく微量ではあるが、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、若しくは、例えば、めっき浴に含有されるホルマリンやサッカリン等の添加物、又は前述の各物質の分解生成物が不純物として含まれ得る。さらに、上述の各実施形態では、第２金属又は第２金属の合金が、非貫通孔を、その開口部に至るまで埋めていたが、上述の通り、各工程時間を調整することにより、非貫通孔の開口部に至らない深さまでを埋めることが可能である。従って、本願において、「充填」とは、非貫通孔の開口部に至らないような第２金属の埋め込み、換言すれば、非貫通孔の不完全な埋め込みを含む概念である。
【００４４】
さらに、上述の各実施形態では、シリコン基板表面上に多数の第１金属の粒子を分散配置させているため、シリコン表面から形成される非貫通孔が多孔質状となっていたが、これに限定されない。
【００４５】
例えば、図１２に示すように、第１金属５０２であるパラジウム（Ｐｄ）膜が公知のメタルマスクを用いた真空蒸着法によってシリコン基板上に厚さ２９ｎｍで１辺が８５μｍの正方形状にパターニングされた場合であっても、本発明の効果と略同様の効果が奏される。具体的には、まず、図１３に示すように、そのパターニングされた第１金属の外形にほぼ沿った約３０μｍ深さの非貫通孔５０４が形成される。この非貫通孔５０４の底面には、図１４に示すように、粒子状、アイランド状、又は膜状のパラジウム（Ｐｄ）５０２が確認された。その後、上述の実施形態と同様に、金属塩を硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４）とし、還元剤をホスフィン酸ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ２）とすることにより、その非貫通孔５０４を第２金属の合金であるコバルト−リン合金（Ｃｏ−Ｐ）で充填することができる。
【００４６】
上述のとおり、第１金属が蒸着膜であっても本発明の効果が奏されることが分かった。従って、シリコンの表面上に、粒子状、アイランド状、又は膜状の第１金属を分散配置する手段は、特に限定されない。例えば、第１金属の粒子が分散している懸濁液をスピンコート法によりシリコン表面上に塗布しても、第１金属がシリコン表面上に分散配置されるため、本発明の効果と同様の効果が奏される。以上、述べたとおり、本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、機能性複合材料の要素技術として広範に利用され得る。例えば、本発明は、高密度の垂直磁気記録媒体に適用することが可能であり、また、各種センサや電極材料としても用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の１つの実施形態におけるシリコン基板表面への第１金属粒子の分散配置装置の説明図である。
【図２】本発明の１つの実施形態におけるシリコン基板の表面から非貫通孔を形成する非貫通孔形成装置の説明図である。
【図３】本発明の１つの実施形態における第２金属又は第２金属の合金の充填装置の説明図である。
【図４】本発明の１つの実施形態におけるシリコン基板表面上の第１金属粒子の分散配置を示すＳＥＭ写真である。
【図５】本発明の１つの実施形態における非貫通孔とその底部にある微粒子を示す断面ＳＥＭ写真である。
【図６】本発明の１つの実施形態における第３溶液中に浸漬した後のシリコン基板表面近傍の断面ＳＥＭ写真である。
【図７Ａ】本発明の他の実施形態における第１の実施形態の図４に相当するＳＥＭ写真である。
【図７Ｂ】本発明の他の実施形態における第１金属粒子が分散配置されたシリコン基板の側面を示す模式図である。
【図８】本発明の他の実施形態における第１の実施形態の図５に相当する断面ＳＥＭ写真である。
【図９】本発明の他の実施形態における第２金属の合金が充填されたシリコン基板の側面を示す模式図である。
【図１０】本発明の他の実施形態における第２金属の合金が充填されたシリコン基板の断面ＳＥＭ写真である。
【図１１】本発明の他の実施形態における第２金属の合金が充填されたシリコン基板の断面ＳＥＭ写真である。
【図１２】本発明の他の実施形態における第１金属膜が形成されたシリコン基板表面の光学顕微鏡写真である。
【図１３】本発明の他の実施形態における第１金属の形状に沿った非貫通孔を示すＳＥＭ写真である。
【図１４】本発明の他の実施形態における粒子状、アイランド状、又は膜状の第１金属が非貫通孔の底部に配置された状態を示すＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００４９】
１０                    分散配置装置
１２，２２，３２        容器
１４                    第１溶液
２０                    非貫通孔形成装置
２４                    第２溶液
２６                    暗室
３０                    充填装置
３４                    第３溶液
１００，２００          シリコン基板
１０２，２０２，５０２  第１金属
１０４，２０４，５０４  非貫通孔
１０６                  第２金属
２０６，３０６，４０６  第２金属の合金
【図１】
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【図２】
0005306670.tif 000003
【図３】
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【図７Ｂ】
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【図９】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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