JPH09235200A - Metal film-formed inorganic crystal substance and production thereof - Google Patents

Metal film-formed inorganic crystal substance and production thereof

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JPH09235200A
JPH09235200A JP4316296A JP4316296A JPH09235200A JP H09235200 A JPH09235200 A JP H09235200A JP 4316296 A JP4316296 A JP 4316296A JP 4316296 A JP4316296 A JP 4316296A JP H09235200 A JPH09235200 A JP H09235200A
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Japan
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metal film
crystal substance
inorganic crystal
forming
group
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JP4316296A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukihiro Ota
進啓 太田
Yoshiaki Kumazawa
佳明 熊澤
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a metal film-formed inorganic crystal substance having a metal later stably formed in an inorganic crystal substance such as diamond, aluminum nitride or gallium arsenate in a high adhesion strength, and provide a method (metallizing method) for efficiently forming the metal layer at a low temperature. SOLUTION: This metal film-formed inorganic crystal substance in which the just overhead of the surface of a metal film-forming site of the group III-V element inorganic crystal substance or the group IV element inorganic crystal substance is covered with nitrogen atoms in the thickness of 0.5-1.0 atomic layer (monolayer) and in which a metal film layer is formed on the nitrogen atom layer. This method for producing the metal film-formed inorganic crystal substances comprises irradiating a part or the whole parts of the surface of the inorganic crystal substance with 10-260nm light in the atmosphere of the mixture of molecules containing one or both kinds of nitrogen atoms and hydrogen atoms or in an aqueous solution and subsequently subjecting the inorganic crystal substance to an electroless plating treatment to form a metal film layer on the irradiated surface.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属皮膜形成無機
結晶物質、特にダイヤモンド、窒素アルミニウム、砒化
ガリウム等の無機結晶物質上に安定かつ高い接着強度で
形成された金属層を有する金属皮膜形成無機結晶物質及
び該金属層を低温で効率よく形成する方法(メタライジ
ング方法)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal film-forming inorganic crystal material, particularly a metal film-forming inorganic material having a metal layer formed on an inorganic crystal material such as diamond, aluminum aluminum, gallium arsenide or the like with stable and high adhesive strength. The present invention relates to a crystalline substance and a method for efficiently forming the metal layer at a low temperature (metalizing method).

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイヤモンド、窒化アルミニウム、立方
晶系窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素等共有結合性
結晶の無機セラミック類のメタライジング、あるいはシ
リコン、砒化ガリウム等半導体結晶への電極形成等、周
期律表第III −V族無機結晶、あるいは第IV族元素無機
結晶への高強度の金属皮膜形成は、従来より重要かつ難
しい課題であった。金属皮膜形成の手法としては、蒸着
法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等PV
D法(物理的気相堆積法)により成膜した後、高温加熱
処理する手法、CVD法(化学的気相堆積法)、及び加
湿水素気流中で金属を焼き付ける方法、さらには、これ
らの上に無電解メッキを施す手法がある。第III −V族
結晶の砒化ガリウム等の化合物半導体では、一般的にP
VD法が用いられており、また第IV族のダイヤモンドで
はCVD法にてタングステン層を形成することが開示さ
れている。しかし、これらPVD法、CVD法等では複
雑な構造を必要とする高価な真空容器を必要としてい
る。又、窒化アルミニウム等でもよく用いられるセラミ
ックス類へのメタライジング法では、水素気流中にて1
000℃を越える高温で塗布金属ペーストを焼き付ける
ことが行われるが、この高温処理の為、材質に対する悪
影響や金属皮膜の後付けができない等の問題がある。こ
れらの中で、無電解メッキ法は従来より、比較的厚い膜
を低コストで、高速かつ低温にて形成できる手法として
知られている。しかし、これらの無機結晶物質の水に対
するぬれ性は極めて悪く、単独ではほとんど無電解メッ
キはできない。界面活性剤による前処理によりある程度
の無電解メッキすることは可能であるが下地との接着強
度が低いこと及び不必要な場所へも皮膜が形成されると
いう問題がある。
2. Description of the Prior Art Metallization of inorganic ceramics such as diamond, aluminum nitride, cubic boron nitride, silicon nitride and silicon carbide having a covalent bond, or formation of electrodes on semiconductor crystals such as silicon and gallium arsenide. Forming a high-strength metal film on a group III-V group inorganic crystal or a group IV element inorganic crystal has been a more important and difficult task than in the past. As a method of forming a metal film, a vapor deposition method, an ion plating method, a sputtering method, or the like PV
D method (physical vapor deposition method) followed by high temperature heat treatment, CVD method (chemical vapor deposition method), and method of baking metal in a humidified hydrogen stream, and further above There is a method of electroless plating. In compound semiconductors such as gallium arsenide of group III-V crystals, P
The VD method is used, and it is disclosed that a tungsten layer is formed by a CVD method in Group IV diamond. However, the PVD method, the CVD method, and the like require an expensive vacuum container that requires a complicated structure. Further, in the metallizing method for ceramics, which is often used for aluminum nitride, etc.,
Although the coated metal paste is baked at a high temperature of over 000 ° C., this high temperature treatment causes problems such as adverse effects on the material and post attachment of the metal film. Among these, the electroless plating method has been conventionally known as a method capable of forming a relatively thick film at low cost, at high speed, and at low temperature. However, the wettability of these inorganic crystal substances to water is extremely poor, and almost no electroless plating can be performed by themselves. Although it is possible to perform electroless plating to some extent by pretreatment with a surfactant, there are problems that the adhesive strength with the base is low and that a film is formed even in unnecessary places.

【0003】第III −V族結晶、特に窒化アルミニウム
結晶に無電解メッキを施す手段として、水酸化ナトリウ
ム水溶液で表面をエッチングしてから、メッキする手法
も考えられている。しかし、ダイヤモンドは、化学的に
極めて安定であり、この様な化学的処理は適用できな
い。ダイヤモンドに対しては、無電解メッキ液中でダイ
ヤモンド表面にエキマレーザを照射して、この表面上に
パラジウムを核形成させて、無電解メッキする方法も考
えられている〔「窯業協会誌」95〔3〕1987、
p.351〕。あるいは、レーザによりダイヤモンド表
面をエッチングして、表面を荒らすことによりメッキし
やすくさせる方法も知られている。更に、アミノ基を有
する有機シラン化合物の膜を塗布等によりシリコン、ダ
イヤモンド上に形成した後、エキシマレーザ等のマスク
照射により有機分子部分を除去し、未照射の有機分子膜
の残っている部分に無電解メッキ層をパターン形成する
ことも検討されている[W. J. Dressick 等、"Jpn. J. A
ppl. Phys.," Vol.32 (1993), pp. 5829-5839] 。又、
フッ素系樹脂を希アンモニア水溶液中でエキシマレーザ
ー光照射することにより、その表面に高い親水性を付与
し得ること、これは該表面で光化学反応によりフッ素の
脱離と酸素と窒素の導入が起るためであることが報告さ
れている。〔「高分子論文集」Vol. 52, No.1, pp66-68
(Jan.,1955) 〕。同様に、4フッ化樹脂のようなフッ素
樹脂フィルムの化学的表面改質を、ArFエキシマレー
ザー照射により光分解したヒドラジンガス中で行い、水
との接触角を130°から30°に減少させた。該表面
にアミノ基が導入され、それにより親水性が付与されニ
ッケルの無電解メッキが可能となることが報告されてい
る〔"Appl. Phys. Lett." 63(25), 1993〕。一方、これ
ら基体材料と反応する金属膜を第一層目に堆積させ、そ
の上にさらに目的とする金属膜を形成していく手法も考
案されている。たとえば、ダイヤモンドにおいては、第
一層目にチタン金属膜を形成して、ダイヤモンドとの界
面に炭化層を生成させることにより、強固に接着させる
ことが開示されている(特開昭60−155600号公
報)。さらにダイヤモンドにおいては、金属薄層を形成
した後に、レーザ照射して低温にて焼き付ける方法も開
示されている(特公昭61−10434号公報)が、基
本的にはチタン、ハフニウム等ダイヤモンドと反応する
金属に限られている。
As a means for electrolessly plating a group III-V crystal, especially an aluminum nitride crystal, a method of etching the surface with an aqueous sodium hydroxide solution and then plating is also considered. However, diamond is chemically very stable and such chemical treatment cannot be applied. For diamond, a method of irradiating an excimer laser on the diamond surface in an electroless plating solution to form palladium nuclei on the surface and performing electroless plating has also been considered ["Ceramics Association Magazine" 95 [ 3] 1987,
p. 351]. Alternatively, a method of etching a diamond surface with a laser to roughen the surface to facilitate plating is also known. Furthermore, after forming a film of an organic silane compound having an amino group on silicon or diamond by coating or the like, the organic molecule part is removed by mask irradiation with an excimer laser or the like, and the unirradiated part of the organic molecule film is removed. Pattern formation of electroless plating layer is also being considered [WJ Dressick et al., "Jpn. J. A.
ppl. Phys., "Vol.32 (1993), pp. 5829-5839].
Irradiation of excimer laser light with a dilute aqueous ammonia solution on a fluororesin can impart high hydrophilicity to the surface, which causes desorption of fluorine and introduction of oxygen and nitrogen by photochemical reaction on the surface. It is reported to be because of this. [Collection of Polymers, Vol. 52, No.1, pp66-68
(Jan., 1955)]. Similarly, chemical surface modification of fluororesin film such as tetrafluororesin was carried out in hydrazine gas photodecomposed by ArF excimer laser irradiation to reduce the contact angle with water from 130 ° to 30 °. . It has been reported that an amino group is introduced on the surface, which imparts hydrophilicity and enables electroless plating of nickel ["Appl. Phys. Lett." 63 (25), 1993]. On the other hand, a method has also been devised in which a metal film that reacts with these base materials is deposited on the first layer and a desired metal film is further formed thereon. For example, in diamond, it has been disclosed that a titanium metal film is formed as the first layer and a carbonized layer is formed at the interface with the diamond to firmly bond them (Japanese Patent Laid-Open No. 60-155600). Gazette). Further, for diamond, a method of forming a thin metal layer and then irradiating with a laser and baking at a low temperature is disclosed (Japanese Patent Publication No. 61-10434), but basically, it reacts with diamond such as titanium and hafnium. Limited to metal.

【0004】上記公知の方法において、ダイヤモンド、
窒化アルミニウム、立方晶系窒化ホウ素、窒化ケイ素、
炭化ケイ素等共有結合性結晶の無機セラミック類のメタ
ライジング、あるいは、シリコン、砒化ガリウム等半導
体結晶への電極形成等、周期律表第III −V族無機結
晶、あるいは第IV族元素無機結晶への金属皮膜形成にお
いて問題となるのは、接着性であるが、未だ充分な接着
強度が得られていない。この密着強度を上げる方法とし
て、レーザあるいは化学的腐食を用いたエッチングによ
り、表面に凹凸を作りアンカー効果を出す方法では、面
の加工精度を低下させるだけでなく、界面での隙間の生
成や変質層の形成による物性の劣化が生じる。 また、
金属との界面に反応層を形成させることにより密着強度
を増すことも提案されているが、これも界面に変質層を
形成させることになるので特性に悪影響を与えることに
なる。更に、この変質層と金属層とが界面を有すること
になり、必ずしも機械的強度が保証されるものでない。
加えて、この手法を適応できるのは、下地となる材質と
適度に反応性を有する金属であり、かつ高温での処理を
必要としており、また全ての金属、材質には適応できな
い。これらの方法により作製した金属被覆体をヒートシ
ンクとして使用する場合は、熱伝導率を悪くし、また、
電極とする場合、電気特性や接合のオーミック特性に悪
影響を与えることは否めない。
In the above known method, diamond,
Aluminum nitride, cubic boron nitride, silicon nitride,
Metallization of inorganic ceramics of covalently bonded crystals such as silicon carbide, formation of electrodes on semiconductor crystals such as silicon and gallium arsenide, group III-V group inorganic crystals, or group IV element inorganic crystals The problem in forming a metal film is adhesiveness, but sufficient adhesive strength has not yet been obtained. As a method of increasing the adhesion strength, a method of creating an anchor effect by making unevenness on the surface by etching using laser or chemical corrosion not only lowers the processing accuracy of the surface, but also creates and modifies a gap at the interface. The physical properties are deteriorated due to the formation of the layer. Also,
It has been proposed to increase the adhesion strength by forming a reaction layer at the interface with the metal, but this also forms an altered layer at the interface, which adversely affects the characteristics. Further, since the altered layer and the metal layer have an interface, the mechanical strength is not always guaranteed.
In addition, this method can be applied only to a metal that is reasonably reactive with the underlying material and requires high temperature treatment, and cannot be applied to all metals and materials. When using the metal coating produced by these methods as a heat sink, the thermal conductivity deteriorates, and
When it is used as an electrode, it cannot be denied that it adversely affects the electrical characteristics and the ohmic characteristics of the junction.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記公知方
法における種々の問題点を解消するためになされたもの
であって、表面の面精度において、鏡面研磨したままの
面上に金属皮膜を形成でき、原子オーダーでの密着性を
有し、機械的高強度、優れたオーミック特性、及び熱伝
導特性を有する低温での金属皮膜形成手法及び金属皮膜
形成物を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve various problems in the above-mentioned known method, and in terms of surface accuracy of the surface, a metal film is formed on the surface as mirror-polished. An object of the present invention is to provide a metal film forming method at low temperature and a metal film formed product that can be formed, has adhesiveness on an atomic order, has high mechanical strength, excellent ohmic characteristics, and heat conduction characteristics.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、無機結晶
物質の表面に、窒素と水素を含むガス雰囲気もしくは水
溶液中にて10〜260nmの波長を有する光を照射し
た後、無電解メッキにより該表面に金属皮膜層を形成す
ることにより達成されることが判明した。
[Means for Solving the Problems] The above object is to irradiate the surface of an inorganic crystalline material with light having a wavelength of 10 to 260 nm in a gas atmosphere or an aqueous solution containing nitrogen and hydrogen, and then by electroless plating. It has been found to be achieved by forming a metal coating layer on the surface.

【0007】以下本発明により特定される事項を列挙す
る。 (1)周期律表第III −V族無機結晶物質又は第IV族元
素無機結晶物質の金属皮膜を形成する部分の表面の直上
が、0.5原子層(=モノレイヤー)以上、1原子層以
下の窒素原子で少なくとも覆われており、該窒素原子層
の上に金属皮膜層が形成されていることを特徴とする金
属皮膜形成無機結晶物質。 (2)無機結晶物質がダイヤモンド、シリコン、ゲルマ
ニウム、立方晶窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪
素、炭化珪素、砒化ガリウム、燐化インジウム、窒化ガ
リウム、又はこれらの固溶体及び化合物からなる群から
選ばれる少なくとも1種である上記(1)に記載の金属
皮膜形成無機結晶物質。 (3)金属皮膜層が金、アルミニウム、錫もしくはそれ
らの合金、及びニッケル、鉄、コバルトもしくはそれら
の合金からなる群から選ばれる少なくとも1種からなる
こと特徴とする上記(1)に記載の金属皮膜形成無機結
晶物質。
The matters specified by the present invention will be listed below. (1) 0.5 atomic layer (= monolayer) or more and 1 atomic layer immediately above the surface of the portion of the periodic table group III-V inorganic crystalline material or group IV element inorganic crystalline material forming the metal film A metal film-forming inorganic crystal substance characterized in that it is at least covered with the following nitrogen atoms, and a metal film layer is formed on the nitrogen atom layer. (2) The inorganic crystalline substance is at least selected from the group consisting of diamond, silicon, germanium, cubic boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, gallium arsenide, indium phosphide, gallium nitride, and solid solutions and compounds thereof. The metal film-forming inorganic crystal substance according to (1) above, which is one kind. (3) The metal according to (1) above, wherein the metal film layer is made of at least one selected from the group consisting of gold, aluminum, tin or alloys thereof, and nickel, iron, cobalt or alloys thereof. Film-forming inorganic crystalline substance.

【0008】(4)周期律表第III −V族無機結晶物質
あるいは第IV族元素無機結晶物質上に、金属皮膜を形成
する方法において、窒素原子と水素原子の両方を含む分
子、乃至は片方を各々含む分子の混合雰囲気、あるいは
水溶液中にて、10nm以上260nm以下の範囲にあ
る光を、該表面全体あるいは一部に照射した後、無電解
メッキにより、該表面に金属皮膜層を形成することを特
徴とする金属皮膜形成無機結晶物質の製造方法。 (5)光を照射する前に、フッ素ガスと接触させて無機
結晶物質の全表面、あるいは一部表面をフッ素化するこ
とを特徴とする上記(4)に記載の金属皮膜形成無機結
晶物質の製造方法。 (6)窒素元素を含む分子がアンモニアであることを特
徴とする上記(4)又は(5)に記載の金属皮膜形成無
機結晶物質の製造方法。 (7)照射する光が、エキシマレーザ光、エキシマラン
プ光、低圧水銀ランプ光、シンクロトロン放射光、シン
クロトロン放射アンジュレーター光のうち何れかである
ことを特徴とする上記(4)〜(6)の何れかに記載の
金属皮膜形成無機結晶物質の製造方法。 (8)発振波長が193nmのエキシマレーザであるこ
とを特徴とする上記(4)〜(7)の何れかに記載の金
属皮膜形成無機結晶物質の製造方法。
(4) In the method for forming a metal film on a group III-V inorganic crystal substance or a group IV element inorganic crystal substance of the periodic table, a molecule containing both a nitrogen atom and a hydrogen atom, or one of them. After irradiating the entire surface or a part of the surface with light in the range of 10 nm or more and 260 nm or less in a mixed atmosphere of molecules containing each of the above or an aqueous solution, a metal film layer is formed on the surface by electroless plating. A method for producing a metal film-forming inorganic crystalline material, comprising: (5) The metal film-forming inorganic crystalline substance according to (4) above, which is brought into contact with a fluorine gas to fluorinate all or part of the surface of the inorganic crystalline substance before irradiation with light. Production method. (6) The method for producing a metal film-forming inorganic crystal substance according to the above (4) or (5), wherein the molecule containing the nitrogen element is ammonia. (7) The irradiation light is any one of excimer laser light, excimer lamp light, low-pressure mercury lamp light, synchrotron radiation light, and synchrotron radiation undulator light. The manufacturing method of the metal film formation inorganic crystalline substance in any one of 1). (8) The method for producing a metal film-forming inorganic crystal substance according to any one of the above (4) to (7), which is an excimer laser having an oscillation wavelength of 193 nm.

【0009】(9)無機結晶物質がダイヤモンド、シリ
コン、ゲルマニウム、立方晶窒化ホウ素、窒化アルミニ
ウム、窒化珪素、炭化珪素、砒化ガリウム、燐化インジ
ウム、窒化ガリウム、又はこれらの固溶体及び化合物か
らなる群から選ばれる少なくとも1種である上記(4)
〜(8)の何れかに記載の金属皮膜形成無機結晶物質の
製造方法。 (10)金属皮膜層が金、アルミニウム、錫もしくはそ
れらの合金、及びニッケル、鉄、コバルトもしくはそれ
らの合金からなる群から選ばれる少なくとも1種からな
ること特徴とする上記(4)〜(9)の何れかに記載の
金属皮膜形成無機結晶物質の製造方法。 (11)金属皮膜の形成前に、錫及びパラジウムから選
ばれる触媒金属イオンを光を照射した表面に吸着させる
ことを特徴とする上記(4)〜(10)の何れかに記載
の金属皮膜形成無機結晶物質の製造方法。
(9) The inorganic crystalline substance is selected from the group consisting of diamond, silicon, germanium, cubic boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, gallium arsenide, indium phosphide, gallium nitride, and solid solutions and compounds thereof. The above (4), which is at least one kind selected
A method for producing a metal film-forming inorganic crystal substance according to any one of to (8). (10) The above-mentioned (4) to (9), wherein the metal film layer comprises at least one selected from the group consisting of gold, aluminum, tin or alloys thereof, and nickel, iron, cobalt or alloys thereof. 5. The method for producing a metal film-forming inorganic crystal substance according to any one of 1. (11) The metal film formation according to any one of the above (4) to (10), wherein a catalytic metal ion selected from tin and palladium is adsorbed on the surface irradiated with light before the metal film is formed. Method for producing inorganic crystalline substance.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】ダイヤモンド、窒化アルミニウ
ム、立方晶窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、シリ
コン、ゲルマニウム、砒化ガリウム等は、極めて撥水性
が高く、通常は湿式でのメッキをすることが不可能であ
ったが、本発明者らは、ダイヤモンド、窒化アルミニウ
ム等共有結合性結晶の表面の化学反応について、検討を
加えた結果、光化学的反応によりこれらの表面にアミノ
基を導入することができることを新たに発見し、かつ金
属皮膜を形成しようとする上記のような特定の無機結晶
物質の表面にアミノ基を導入することにより親水性が大
幅に改善され、無電解によるメッキができることを究明
し、本発明を完成したものである。光化学反応を起こさ
せる光源としては、エキシマレーザ、エキシマランプ
光、低圧水銀ランプ、シンクロトロン放射装置、シンク
ロトロン放射アンジュレーター装置、その他軟X線光源
が挙げられるが、特にこれらに限定されるものでない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Diamond, aluminum nitride, cubic boron nitride, silicon nitride, silicon carbide, silicon, germanium, gallium arsenide and the like have extremely high water repellency, and it is usually impossible to perform wet plating. However, the inventors of the present invention have studied the chemical reaction on the surface of covalently bonded crystals such as diamond and aluminum nitride, and as a result, have shown that an amino group can be introduced to these surfaces by a photochemical reaction. Newly discovered, and by introducing an amino group on the surface of the above-mentioned specific inorganic crystal substance to form a metal film, the hydrophilicity is significantly improved, and it was clarified that electroless plating can be performed. The present invention has been completed. Examples of the light source that causes the photochemical reaction include an excimer laser, an excimer lamp light, a low-pressure mercury lamp, a synchrotron radiation device, a synchrotron radiation undulator device, and other soft X-ray light sources, but are not particularly limited thereto. .

【0011】本発明における光照射の効果として、第一
に基材表面の励起が考えられる。この励起の種類とし
て、照射する光の波長帯により、化学結合に関わる電子
(価電子帯電子)の励起と表面を構成する原子の内殻電
子の励起の2種類が考えられる。一例としてダイヤモン
ドのバンドギャップは約5.5eVであり、約6eVの
エネルギーを持つ光、例えばArFエキシマレーザを照
射することにより、化学結合に関わる電子が励起され、
最近傍にアミン類あるいはアミド類化合物等アミノ基を
有する分子が存在すれば、電子の授受反応によりダイヤ
モンド表面のアミノ化反応が起きる。第III −V族及び
第IV族の共有結合性化合物結晶のバンドギャップ以上の
エネルギーを照射することにより、価電子帯の電子を励
起することはできるが、効率良く表面での化学反応を誘
起させるには、260nm以下の波長の光であることが
好ましい。さらに、短波長の光照射により、原子の内殻
電子の励起が可能となる。内殻電子は直接化学結合に関
与していないが、各原子固有のエネルギーを有してお
り、特定の原子のみの励起が可能となる。即ち、原子の
内殻正孔の生成、緩和過程による正イオンの生成及び特
定の化学結合の解裂による選択的励起反応が可能とな
る。アミノ基を供給する分子としては、ガス状又は水溶
液状で用いられるが、アンモニアが最適である。これ
は、NH2 ラジカルを生成できる分子の中では、最も単
純なものであることと関連しているものと思われるが、
特にこれに限定されるものではなく、光の吸収によりN
2 ラジカルを発生するものであれば任意の化合物を用
いることができる。例えば、ヒドラジン(H2 NN
2 )、ニトラミド(H2 NNO2 )、ナトリウムアミ
ド(H2 N・Na)等が挙げられる。
As the effect of light irradiation in the present invention, first, the excitation of the surface of the base material is considered. Two types of excitation can be considered, depending on the wavelength band of the irradiation light, excitation of electrons involved in chemical bonding (valence band electrons) and excitation of core electrons of atoms constituting the surface. As an example, the band gap of diamond is about 5.5 eV, and by irradiating light having an energy of about 6 eV, for example, ArF excimer laser, the electrons involved in the chemical bond are excited,
If a molecule having an amino group such as an amine compound or an amide compound is present in the nearest vicinity, an amination reaction of the diamond surface occurs due to the electron transfer reaction. The electrons in the valence band can be excited by irradiating with energy above the band gap of the crystal of the covalent bond compound of the III-V group and the IV group, but it efficiently induces the chemical reaction on the surface. In particular, it is preferable that the light has a wavelength of 260 nm or less. Furthermore, the irradiation of light of a short wavelength makes it possible to excite the core electrons of the atom. The inner shell electrons are not directly involved in the chemical bond, but have the energy peculiar to each atom, and only specific atoms can be excited. That is, it is possible to generate inner-hole holes of atoms, generate positive ions by relaxation process, and selectively excite reaction by cleavage of specific chemical bond. As a molecule that supplies an amino group, it is used in the form of gas or aqueous solution, and ammonia is most suitable. This seems to be related to the simplest molecule that can generate NH 2 radicals,
It is not particularly limited to this, but the absorption of light causes N
Any compound can be used as long as it generates H 2 radicals. For example, hydrazine (H 2 NN
H 2 ), nitramide (H 2 NNO 2 ), sodium amide (H 2 N · Na) and the like.

【0012】本発明においては、ダイヤモンド、窒化ア
ルミニウム、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素等の無機結
晶物質の表面がアミノ化されるが、その場合、結合でき
るサイトの少なくとも50%以上がアミノ化されると、
メッキに必要な親水性が付与される。たとえば、気相合
成ダイヤモンドの(100)面の場合、2.5Å角に1
個の結合できるサイトがあり、水素原子が結合してい
る。即ち、1.6×1015個/cm2 の密度で水素原子
が存在しているが、このうち少なくとも50%以上がア
ミノ基で置き換わることにより、著しく親水性が改善さ
れ、さらに加えて、Sn及びPd等の無電解メッキの為
の触媒が効果的に強固に結合することが判明した。これ
は、アミノ基自体は溶液中の金属イオンと一種の錯体を
形成し、メッキ液中の金属イオンを化学吸着すると思わ
れるが、50%以上のサイトがアミノ基で置換される
と、化学吸着する1個のSnイオンに対して複数のアミ
ノ基が配位子として働き、強固な結合が形成される為と
考えられる。
In the present invention, the surface of an inorganic crystalline material such as diamond, aluminum nitride, cubic boron nitride, silicon carbide, etc. is aminated, in which case at least 50% or more of the sites capable of binding are aminated. When,
Hydrophilicity required for plating is imparted. For example, in the case of (100) plane of vapor phase synthetic diamond, it is 1 at 2.5 Å angle.
There are sites that can be bonded, and hydrogen atoms are bonded. That is, although hydrogen atoms are present at a density of 1.6 × 10 15 pieces / cm 2 , at least 50% or more of these hydrogen atoms are replaced by amino groups, and the hydrophilicity is remarkably improved. It was found that the catalysts for electroless plating such as Pd and Pd are effectively and firmly bonded. This is because the amino group itself forms a kind of complex with the metal ion in the solution and chemisorbs the metal ion in the plating solution, but when 50% or more of the sites are replaced with the amino group, chemisorption is performed. It is considered that a plurality of amino groups act as ligands for one Sn ion to form a strong bond.

【0013】次に、錫及び/又はパラジウムイオン等の
触媒金属イオンを該表面に吸着させることが好ましい。
吸着させる方法としては、例えば、塩化スズの塩酸溶液
(濃度0.1〜0.2モル/リットル、0.2規定塩酸
水溶液)中に常温で10分間浸漬した後、一旦水洗し、
さらに塩化パラジウムの塩酸水溶液(0.001〜0.
005モル/リットル、0.2規定塩酸水溶液)に10
分間浸漬することによって行う。この触媒金属を核とし
て、無電解メッキ層が形成されるが、下地のダイヤモン
ドと化学結合を介した極めて強固な接着が実現できるこ
とになる。金属皮膜が、イオン接合及び共有結合の化学
結合により、直接、ダイヤモンド、窒化アルミニウム、
立方晶窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素の上に極め
て強固に隙間なく形成されることになる。無電解メッキ
は常法に従って行うことができるが、例えば、金メッキ
をする場合には、金メッキする場合には、触媒活性化処
理した後、シアノ金酸塩を含む水溶液中に浸漬する事に
より行い、ニッケルメッキは、同様に触媒活性化処理
後、塩化ニッケルもしくは硫酸ニッケルを含む水溶液中
に浸漬する事により行う事ができる。
Next, it is preferable to adsorb catalytic metal ions such as tin and / or palladium ions on the surface.
As a method of adsorption, for example, after immersing in a hydrochloric acid solution of tin chloride (concentration 0.1 to 0.2 mol / liter, 0.2N hydrochloric acid aqueous solution) for 10 minutes at room temperature, it is once washed with water,
Furthermore, an aqueous hydrochloric acid solution of palladium chloride (0.001 to 0.
005 mol / l, 0.2N hydrochloric acid aqueous solution) 10
This is done by soaking for a minute. Although the electroless plating layer is formed by using this catalytic metal as a nucleus, extremely strong adhesion can be realized with the underlying diamond through a chemical bond. The metal film is directly bonded to diamond, aluminum nitride, by an ionic bond and a covalent chemical bond.
It is formed extremely strongly on the cubic boron nitride, silicon nitride, and silicon carbide without any gaps. Electroless plating can be carried out according to a conventional method, for example, in the case of gold plating, in the case of gold plating, after catalytic activation treatment, it is carried out by immersing in an aqueous solution containing cyanoaurate, Similarly, the nickel plating can be performed by activating the catalyst and then immersing it in an aqueous solution containing nickel chloride or nickel sulfate.

【0014】本発明においては、光を照射する前に無機
結晶物質表面をフッ素化処理すると、次工程のアンモニ
ア化が円滑に進行し、高撥水性の部分と高親水性の部分
とを同時に形成できるという利点もある。ダイヤモンド
の表面がフッ素あるいは塩素と低温で反応して覆われる
ことは知られている(「第9回ダイヤモンドシンポジウ
ム講演要旨集」、平成7年11月、pp.64−6
5)。特に、フッ素化は0℃以下で起き、かつフッ素化
された表面は極めて安定で、水素等他の原子と置換する
為には650℃以上の温度を必要としている。一方、フ
ッ素と反応すると極めて大きい撥水性を有するようにな
る。加えて、ダイヤモンド以外の窒化アルミニウム等共
有結合性のセラミックスも同様にフッ素化され、強い撥
水性を有することを新たに見出した。このフッ素化され
た表面も同様に極めて安定したものとなる。さらに、こ
のフッ素化された表面において、光化学的反応により光
照射部分のみにアミノ基を導入することができることを
見出し、かつ金属皮膜を形成しようとする無機物質の表
面にアミノ基を導入することにより親水性が大幅に改善
され、無電解によるメッキができることを究明した。こ
のように一旦フッ素化した表面において、光が照射され
た部分だけがアミノ化される為、高撥水性の部分と高親
水性の部分とを同時に形成でき、線幅が1μm以下極め
て細かいパターンの配線も形成できる。
In the present invention, if the surface of the inorganic crystalline material is fluorinated before being irradiated with light, the ammonification in the next step proceeds smoothly and a highly water repellent portion and a highly hydrophilic portion are simultaneously formed. There is also an advantage that you can. It is known that the surface of diamond reacts with fluorine or chlorine at low temperature and is covered ("9th Diamond Symposium Abstracts", November 1995, pp.64-6).
5). In particular, fluorination occurs at 0 ° C. or lower, and the fluorinated surface is extremely stable, requiring a temperature of 650 ° C. or higher to substitute with other atoms such as hydrogen. On the other hand, when it reacts with fluorine, it becomes extremely water repellent. In addition, it was newly found that covalent ceramics such as aluminum nitride other than diamond are also fluorinated and have strong water repellency. This fluorinated surface is likewise very stable. Furthermore, on this fluorinated surface, it was found that an amino group can be introduced only into the light-irradiated portion by a photochemical reaction, and by introducing an amino group into the surface of an inorganic substance to form a metal film, It was clarified that the hydrophilicity was significantly improved and electroless plating was possible. As described above, since only the light-irradiated portion is aminated on the fluorinated surface, a highly water-repellent portion and a highly hydrophilic portion can be simultaneously formed, and the line width is 1 μm or less Wiring can also be formed.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。 (実施例1)マイクロ波プラズマ気相堆積法(CVD)
により、鏡面研磨したダイヤモンド単結晶基材上に、気
相合成ダイヤモンドを厚さ3μmにホモエピタキシャル
成長させた。走査型電子顕微鏡及びノマルスキー型光学
顕微鏡観察により、その表面が基材表面と同様に鏡面で
あることを確認した。この表面の水に対するぬれ性を測
定したところ、水滴の接触角は90°であった。合成石
英製の窓を有する真空容器内に、このダイヤモンド試料
を容器内に設置した。ダイヤモンド試料表面と窓との距
離は5mmにした。一旦、真空排気した後、アンモニア
ガスを0.1mmHgまで導入した。この状態で、容器
内のダイヤモンド試料表面に、エキシマレーザ(Ar
F)光を、エネルギー密度150mJ/cm2 、繰り返
し5Hz、照射パルス数1000パルスの条件で照射し
た。照射後、このダイヤモンド試料の水に対するぬれ性
を測定したところ、水滴の接触角は15°であった。
又、反射型FT−IR及びESCAにより試料表面を分
析したが、アミノ基の存在が確認され、ダイヤモンド表
面のほぼ100%がアミノ化されていること(アミノ化
率)が判明した。このダイヤモンド試料に以下の条件で
無電解メッキを施した。すなわち、塩化スズの塩酸溶液
(濃度0.15モル/リットル、0.2規定塩酸水溶
液)中に常温で10分間浸漬した後、一旦水洗し、さら
に塩化パラジウムの塩酸水溶液(0.004モル/リッ
トル、0.2規定塩酸水溶液)に10分間浸漬した。そ
の後、45℃の硫酸水溶液(100ml/l)中に2分
間浸漬して、不用のスズイオンを除去した。このように
して、錫及びパラジウムイオンを吸着させたダイヤモン
ド試料を下記の組成金メッキ液に浸漬して金皮膜を5μ
mまで形成させた。金メッキ水溶液の組成は次の様であ
り、メッキ時の水温は75℃とした。 KAu(CN)2 0.02モル/リットル KCN 0.2モル/リットル KOH 0.2モル/リットル この金皮膜の剥離試験を行ったところ、100kg/c
2 以上の強度で付着していることが分かった。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. (Example 1) Microwave plasma vapor deposition (CVD)
Thus, vapor-phase synthetic diamond was homoepitaxially grown to a thickness of 3 μm on a mirror-polished diamond single crystal substrate. It was confirmed by observation with a scanning electron microscope and a Nomarski optical microscope that the surface was a mirror surface like the substrate surface. When the wettability of this surface with water was measured, the contact angle of water droplets was 90 °. The diamond sample was placed in a vacuum container having a synthetic quartz window. The distance between the diamond sample surface and the window was 5 mm. After evacuation once, ammonia gas was introduced up to 0.1 mmHg. In this state, the excimer laser (Ar
F) Light was irradiated under the conditions of an energy density of 150 mJ / cm 2 , a repetition rate of 5 Hz, and an irradiation pulse number of 1000 pulses. After irradiation, the wettability of this diamond sample with water was measured, and the contact angle of water droplets was 15 °.
Further, the surface of the sample was analyzed by reflection type FT-IR and ESCA, and the presence of amino groups was confirmed, and it was found that almost 100% of the diamond surface was aminated (amination ratio). This diamond sample was electroless plated under the following conditions. That is, after immersing in a hydrochloric acid solution of tin chloride (concentration: 0.15 mol / liter, 0.2N hydrochloric acid aqueous solution) for 10 minutes at room temperature, it is washed once with water, and then palladium chloride hydrochloric acid aqueous solution (0.004 mol / liter) is added. , 0.2 N aqueous hydrochloric acid solution) for 10 minutes. Then, it was immersed in a sulfuric acid aqueous solution (100 ml / l) at 45 ° C. for 2 minutes to remove unnecessary tin ions. In this way, the diamond sample having adsorbed tin and palladium ions was immersed in a gold plating solution having the following composition to form a gold film with a thickness of 5 μm.
It was formed up to m. The composition of the gold plating solution was as follows, and the water temperature during plating was 75 ° C. KAu (CN) 2 0.02 mol / liter KCN 0.2 mol / liter KOH 0.2 mol / liter When the peeling test of this gold film was conducted, it was 100 kg / c.
It was found that they adhered with a strength of m 2 or more.

【0016】(実施例2)表面を研磨した窒化アルミニ
ウム焼結体の表面の水に対するぬれ性を測定したとこ
ろ、水滴の接触角は95°であった。合成石英製の窓を
有する容器内にこの窒化アルミニウム焼結体を設置し
た。窒化アルミニウム焼結体と窓との距離は1.5mm
にした。この容器内に濃度が3重量%のアンモニア水溶
液を満たし、かつ循環させた。また、必要に応じて不足
するアンモニアを供給した。この状態で、容器内の窒化
アルミニウム焼結体表面に、エキシマレーザ(ArF)
光を、エネルギー密度130mJ/cm2 、繰り返し1
0Hz、照射パルス数1500パルスの条件で照射し
た。照射後、この窒化アルミニウム焼結体の水に対する
ぬれ性を測定したところ、水滴の接触角は20°であっ
た。また、反射型FT−IR及びESCA(XPS)に
より試料表面上の窒素原子及びアミノ基の存在を確認
し、さらに窒化アルミニウム焼結体の表面の約95%が
アミノ化されていること(アミノ化率)を分析した。こ
の窒化アルミニウム焼結体に実施例1と同様にして無電
解メッキを施した。まず錫及びパラジウムイオンを吸着
させ、次に金メッキ液に浸漬して金皮膜を厚さ5μmま
で形成させた。この金皮膜の剥離試験を行ったところ、
100kg/cm2 以上の強度で付着していることが分
かった。表1に、種々の材質について実験した結果をま
とめる。
(Example 2) When the wettability of the surface of the aluminum nitride sintered body whose surface was polished to water was measured, the contact angle of water droplets was 95 °. The aluminum nitride sintered body was placed in a container having a synthetic quartz window. The distance between the aluminum nitride sintered body and the window is 1.5 mm
I made it. The container was filled with an aqueous ammonia solution having a concentration of 3% by weight and circulated. In addition, a shortage of ammonia was supplied as needed. In this state, the excimer laser (ArF) is applied to the surface of the aluminum nitride sintered body in the container.
Light, energy density 130 mJ / cm 2 , repeated 1
Irradiation was carried out under the conditions of 0 Hz and 1500 irradiation pulses. After irradiation, the wettability of this aluminum nitride sintered body with water was measured, and the contact angle of water droplets was 20 °. The presence of nitrogen atoms and amino groups on the sample surface was confirmed by reflection type FT-IR and ESCA (XPS), and about 95% of the surface of the aluminum nitride sintered body was aminated (amination). Rate) was analyzed. This aluminum nitride sintered body was electroless plated in the same manner as in Example 1. First, tin and palladium ions were adsorbed and then dipped in a gold plating solution to form a gold film with a thickness of 5 μm. When the peeling test of this gold film was conducted,
It was found that the particles adhered at a strength of 100 kg / cm 2 or more. Table 1 summarizes the results of experiments conducted on various materials.

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】(注) 単ダイヤ;単結晶ダイヤモンド、焼ダイヤ;ダイヤモン
ド焼結体 CVダイヤ;気相合成ダイヤモンド、AlN ;窒化アルミニ
ウム焼結体、SiC ;炭化ケイ素焼結体、Si3N4 ;窒化ケ
イ素焼結体、BN;立方晶窒化ホウ素焼結体、F-・・;表
面がフッ素化されている。 NH3ap.;3%アンモニア水溶液、NH3gas;アンモニアガ
ス、Hg;低圧水銀ランプ(250nm以下) 、ArF ;ArFエ
キシマレーザ(発振波長193nm)、KrF ;KrFエ
キシマレーザ(発振波長248nm)、Un...nm ;アン
ジュレーター放射光及び発振波長(nm)、SR...nm ;
シンクロトロン放射光及び発振波長(nm)、T ;mmH
g、phs/mm2 ;光子数、mJ/sc ;照射エネルギー密度
(mJ/sc)、W ;単位時間当たりの照射エネルギー
密度(W/cm2 ) 、P ;全照射、パルス数、分;照射
時間、基材質名及びは比較例
(Note) Single diamond; single crystal diamond, fired diamond; diamond sintered body CV diamond; vapor phase synthetic diamond, AlN; aluminum nitride sintered body, SiC; silicon carbide sintered body, Si 3 N 4 ; nitriding Silicon sinter, BN; cubic boron nitride sinter, F -... the surface is fluorinated. NH 3 ap .; 3% aqueous ammonia solution, NH 3 gas; ammonia gas, Hg; low pressure mercury lamp (250 nm or less), ArF; ArF excimer laser (oscillation wavelength 193 nm), KrF; KrF excimer laser (oscillation wavelength 248 nm), Un ... nm; undulator radiation and oscillation wavelength (nm), SR ... nm;
Synchrotron radiation and oscillation wavelength (nm), T ; mmH
g, phs / mm 2 ; photon number, mJ / sc; irradiation energy density (mJ / sc), W; irradiation energy density per unit time (W / cm 2 ), P; total irradiation, pulse number, min; irradiation Time, material name and comparative example

【0019】(実施例3)マイクロ波プラズマ気相堆積
法(CVD)により、シリコン基板上にホウ素をドープ
したIIb型気相合成ダイヤモンドを厚さ30μmに成長
させた。成長後、機械研磨により鏡面加工した。この表
面の水に対するぬれ性を測定したところ、水滴の接触角
は90°であった。合成石英製の窓を有する真空容器内
に、このダイヤモンド試料を容器内に設置した。ダイヤ
モンド試料表面と窓との距離は0.5mmにした。一
旦、真空排気した後、アンモニアガスを100mmHg
まで導入した。この状態で、容器内のダイヤモンド試料
表面に、エキシマレーザ(ArF)光を、エネルギー密
度150mJ/cm2 、繰り返し5Hz、照射パルス数
1000パルスの条件で照射した。この際、レーザ光は
マスクを透過させ、マスクのパターンを試料表面上に投
影させた。照射後、このダイヤモンド試料に無電解メッ
キを施した。まず錫及びパラジウウムイオンを吸着さ
せ、次にNiメッキ液に浸漬してNi皮膜を、厚さ5μ
mまで形成させた。ニッケルメッキ液組成は次の様であ
り、メッキ時の水温は35℃とした。 塩化ニッケル 0.15モル/リットル ポスフィン酸ナトリウム 0.12モル/リットル 塩化アンモニウム 0.65モル/リットル クエン酸ナトリウム 0.05モル/リットル 形成したNi膜のパターンはマスクのパターンの縮小投
影どおりで、線幅は0.5μmであった。この電極によ
る電気特性は良好なオーミック特性を示した。
(Example 3) IIb type vapor phase synthetic diamond doped with boron was grown to a thickness of 30 μm on a silicon substrate by a microwave plasma vapor deposition method (CVD). After the growth, mechanical polishing was performed for mirror finishing. When the wettability of this surface with water was measured, the contact angle of water droplets was 90 °. The diamond sample was placed in a vacuum container having a synthetic quartz window. The distance between the diamond sample surface and the window was 0.5 mm. After vacuum evacuation, 100mmHg of ammonia gas
Introduced. In this state, the surface of the diamond sample in the container was irradiated with excimer laser (ArF) light under the conditions of an energy density of 150 mJ / cm 2 , a repetition rate of 5 Hz, and an irradiation pulse number of 1000 pulses. At this time, the laser beam was transmitted through the mask, and the pattern of the mask was projected on the sample surface. After irradiation, this diamond sample was electroless plated. First, tin and palladium ions are adsorbed and then immersed in a Ni plating solution to form a Ni film with a thickness of 5 μm.
It was formed up to m. The composition of the nickel plating solution is as follows, and the water temperature during plating was 35 ° C. Nickel chloride 0.15 mol / liter Sodium phosphinate 0.12 mol / liter Ammonium chloride 0.65 mol / liter Sodium citrate 0.05 mol / liter The pattern of the formed Ni film is as the reduced projection of the mask pattern, The line width was 0.5 μm. The electrical characteristics of this electrode showed good ohmic characteristics.

【0020】(実施例4)ヒドラジン(H2 NNH2
を純水中に0.1モル/リットルの濃度に溶解させ、合
成石英製窓を有する容器内に満たした。その液中に窓よ
り5mmの位置に板状の立方晶窒化ホウ素焼結体を設置
した。この窒化ホウ素焼結体の処理前の表面の水に対す
るぬれ性は85°であった。波長約175nmのエキシ
マランプ光を1時間照射した。照射光量は、約5×10
8 光子(photons )/mm2 であった。、照射後、この
窒化ホウ素焼結体の表面のぬれ性は15°まで改善され
ており、また、高分解能XPSにより表面の80%がア
ミノ化されている事が分析された。続けて実施例3と同
様にしてニッケルの無電解メッキを行った。メッキ層の
厚みは4μmで、その剥離強度は100kg/cm2
ある事が測定された。
Example 4 Hydrazine (H 2 NNH 2 )
Was dissolved in pure water to a concentration of 0.1 mol / liter and filled in a container having a synthetic quartz window. A plate-shaped cubic boron nitride sintered body was placed in the liquid at a position 5 mm from the window. The wettability of the surface of this boron nitride sintered body to water before treatment was 85 °. Irradiation with excimer lamp light having a wavelength of about 175 nm was performed for 1 hour. The irradiation light amount is about 5 × 10
It was 8 photons / mm 2 . After irradiation, it was analyzed that the wettability of the surface of this boron nitride sintered body was improved up to 15 ° and that 80% of the surface was aminated by high resolution XPS. Subsequently, electroless plating of nickel was performed in the same manner as in Example 3. The thickness of the plated layer was 4 μm, and the peel strength was measured to be 100 kg / cm 2 .

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明により無機結晶物質の、金属皮膜
を形成する部分の表面の直上を0.5原子層(=モノレ
イヤー)以上、1原子層以下の窒素原子で覆い、該窒素
原子層の上に金属皮膜層(メタライズ層)を形成し、そ
れにより、特に、ダイヤモンド、窒化アルミニウム、砒
化ガリウム等の無機結晶物質上に、これらの物質と全く
反応せず密着強度が極めて弱い金属、あるいは極めて強
く反応する為に高温で処理できない金属を、低温度に
て、安定かつ高密着に形成することができる。ダイヤモ
ンド、窒化アルミニウム等の撥水性無機結晶へ、低コス
トで、直接湿式の無電界メッキができるので、サブミク
ロンの線幅の配線作製、あるいは直径が数百μm以下の
微細で深い穿孔内面への、膜厚を制御した精密なメタラ
イジングが可能となり、それにより、面発光レーザ、高
出力半導体レーザ等に使用される高性能ヒートシンク、
さらには高密度集積素子用マルチチップモジュール(M
CM)など、電気的導通をとりながら高効率に冷却でき
るヒートシンクの作製が可能となる。高温度での処理を
必要としない利点として、ある程度素子を形成した後、
後付けで一部に金属皮膜を形成する際、他の部分に悪影
響を与えずに済む点があり、微細なパターンメタライジ
ングの形成もマスクを使用したPVDにて形成が可能で
ある。又、レーザを用いたプロセスとか、微細な穿孔等
微細加工部分への金属皮膜の形成にも有用である。
Industrial Applicability According to the present invention, the surface of a portion of an inorganic crystalline substance forming a metal film is directly covered with 0.5 atomic layer (= mono layer) or more and 1 atomic layer or less of nitrogen atoms. A metal film layer (metallized layer) is formed on top of it, so that, especially on inorganic crystalline substances such as diamond, aluminum nitride, gallium arsenide, etc., metals that do not react at all with very weak adhesion strength, or It is possible to form a metal that cannot be treated at a high temperature because it reacts extremely strongly at a low temperature with stable and high adhesion. Wet electroless plating can be performed directly on water-repellent inorganic crystals such as diamond and aluminum nitride at low cost, so that wiring with submicron line width can be produced, or inside of fine and deep perforations with a diameter of several hundred μm or less can be formed. , Enables precise metallization with controlled film thickness, which enables high performance heat sinks used for surface emitting lasers, high power semiconductor lasers, etc.
Furthermore, multi-chip module (M
It is possible to manufacture a heat sink such as CM) that can be cooled with high efficiency while maintaining electrical continuity. As an advantage that does not require treatment at high temperature, after forming the element to some extent,
There is a point that when a metal film is formed on one part afterward, it does not have an adverse effect on other parts, and fine pattern metallization can be formed by PVD using a mask. It is also useful for a process using a laser or for forming a metal film on a finely processed portion such as fine perforations.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周期律表第III −V族無機結晶物質又は
第IV族元素無機結晶物質の金属皮膜を形成する部分の表
面の直上が、0.5原子層(=モノレイヤー)以上、1
原子層以下の窒素原子で少なくとも覆われており、該窒
素原子層の上に金属皮膜層が形成されていることを特徴
とする金属皮膜形成無機結晶物質。
1. The surface of a portion of a periodic table III-V group inorganic crystal substance or a group IV element inorganic crystal substance forming a metal film is 0.5 atomic layer (= mono layer) or more, 1 or more.
A metal film-forming inorganic crystalline material, which is at least covered with nitrogen atoms of an atomic layer or less, and a metal film layer is formed on the nitrogen atom layer.
【請求項2】 無機結晶物質がダイヤモンド、シリコ
ン、ゲルマニウム、立方晶窒化ホウ素、窒化アルミニウ
ム、窒化珪素、炭化珪素、砒化ガリウム、燐化インジウ
ム、窒化ガリウム、又はこれらの固溶体及び化合物から
なる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1に記
載の金属皮膜形成無機結晶物質。
2. The inorganic crystalline material is selected from the group consisting of diamond, silicon, germanium, cubic boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, gallium arsenide, indium phosphide, gallium nitride, or solid solutions and compounds thereof. The metal film-forming inorganic crystalline material according to claim 1, which is at least one selected from the group consisting of:
【請求項3】 金属皮膜層が金、銀、錫、銅若しくはそ
れらの合金、及びニッケル、鉄、コバルトもしくはそれ
らの合金からなる群から選ばれる少なくとも1種からな
ることを特徴とする請求項1に記載の金属皮膜形成無機
結晶物質。
3. The metal film layer comprises at least one selected from the group consisting of gold, silver, tin, copper or alloys thereof, and nickel, iron, cobalt or alloys thereof. The metal film-forming inorganic crystalline substance described in 1.
【請求項4】 周期律表第III −V族無機結晶物質ある
いは第IV族元素無機結晶物質上に、金属皮膜を形成する
方法において、窒素原子と水素原子の両方を含む分子、
乃至は片方を各々含む分子の混合雰囲気、あるいは水溶
液中にて、10nm以上260nm以下の範囲にある光
を、該表面全体あるいは一部に照射した後、無電解メッ
キにより、該表面に金属皮膜層を形成することを特徴と
する金属皮膜形成無機結晶物質の製造方法。
4. A method for forming a metal film on a group III-V inorganic crystal substance or a group IV element inorganic crystal substance of the periodic table, wherein the molecule contains both nitrogen atom and hydrogen atom,
Or in a mixed atmosphere of molecules each containing one of them or in an aqueous solution, the whole or a part of the surface is irradiated with light in the range of 10 nm or more and 260 nm or less, and then a metal coating layer is formed on the surface by electroless plating. A method for producing a metal film-forming inorganic crystalline material, which comprises forming a film.
【請求項5】 光を照射する前に、フッ素ガスと接触さ
せて無機結晶物質の全表面、あるいは一部表面をフッ素
化することを特徴とする請求項4に記載の金属皮膜形成
無機結晶物質の製造方法。
5. The metal film-forming inorganic crystal substance according to claim 4, wherein before the light irradiation, the whole surface or a part of the surface of the inorganic crystal substance is fluorinated by contacting with a fluorine gas. Manufacturing method.
【請求項6】 窒素元素を含む分子がアンモニアである
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の金属皮膜形成
無機結晶物質の製造方法。
6. The method for producing a metal film-forming inorganic crystalline material according to claim 4, wherein the molecule containing a nitrogen element is ammonia.
【請求項7】 照射する光が、エキシマレーザ光、エキ
シマランプ光、低圧水銀ランプ光、シンクロトロン放射
光、シンクロトロン放射アンジュレーター光のうち何れ
かであることを特徴とする請求項4〜6の何れかに記載
の金属皮膜形成無機結晶物質の製造方法。
7. The irradiation light is any one of excimer laser light, excimer lamp light, low pressure mercury lamp light, synchrotron radiation light, and synchrotron radiation undulator light. 5. The method for producing a metal film-forming inorganic crystal substance according to any one of 1.
【請求項8】 発振波長が193nmのエキシマレーザ
であることを特徴とする請求項4〜7の何れかに記載の
金属皮膜形成無機結晶物質の製造方法。
8. The method for producing a metal film-forming inorganic crystal substance according to claim 4, wherein the excimer laser has an oscillation wavelength of 193 nm.
【請求項9】 無機結晶物質がダイヤモンド、シリコ
ン、ゲルマニウム、立方晶窒化ホウ素、窒化アルミニウ
ム、窒化珪素、炭化珪素、砒化ガリウム、燐化インジウ
ム、窒化ガリウム、又はこれらの固溶体及び化合物から
なる群から選ばれる少なくとも1種である請求項4〜8
の何れかに記載の金属皮膜形成無機結晶物質の製造方
法。
9. The inorganic crystalline material is selected from the group consisting of diamond, silicon, germanium, cubic boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, gallium arsenide, indium phosphide, gallium nitride, or solid solutions and compounds thereof. It is at least 1 type which is
5. The method for producing a metal film-forming inorganic crystal substance according to any one of 1.
【請求項10】 金属皮膜層が金、銀、錫、銅若しくは
それらの合金、及びニッケル、鉄、コバルトもしくはそ
れらの合金からなる群から選ばれる少なくとも1種から
なることを特徴とする請求項4〜10の何れかに記載の
金属皮膜形成無機結晶物質の製造方法。
10. The metal coating layer comprises at least one selected from the group consisting of gold, silver, tin, copper or alloys thereof, and nickel, iron, cobalt or alloys thereof. 10. The method for producing a metal film-forming inorganic crystal substance according to any one of items 10 to 10.
【請求項11】 金属皮膜の形成前に、錫及びパラジウ
ムから選ばれる触媒金属イオンを光を照射した表面に吸
着させることを特徴とする請求項4〜10の何れかに記
載の金属皮膜形成無機結晶物質の製造方法。
11. The metal film-forming inorganic material according to claim 4, wherein catalytic metal ions selected from tin and palladium are adsorbed on the surface irradiated with light before the metal film is formed. A method for producing a crystalline substance.
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