JP2006283122A - Method for producing nanostructure - Google Patents
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Abstract
【課題】 孔間の隔壁に十分な厚みを保った状態で電極層に貫通した孔を有する陽極酸化皮膜を安定して作製できるナノ構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】 基板10に設けられ下地層11の上に、第1のアルミニウム合金膜12と、該第1のアルミニウム合金から形成される陽極酸化皮膜よりもエッチング溶液に対して難溶である陽極酸化皮膜を形成する第2のアルミニウム合金膜13を積層した積層体を形成する工程と、該積層体を陽極酸化して第2のアルミニウム合金膜13を貫通して第1のアルミニウム合金膜12の表面まで達した孔16を形成する工程と、更に陽極酸化して第1のアルミニウム合金膜12に孔を形成し下地層11に達する前に陽極酸化を停止する工程と、さらにウェットエッチングして孔16を下地層11まで貫通させる工程を含むナノ構造体の製造方法。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a nanostructure capable of stably producing an anodic oxide film having a hole penetrating an electrode layer while maintaining a sufficient thickness in a partition wall between holes.
A first aluminum alloy film 12 and an anode which is less soluble in an etching solution than an anodic oxide film formed from the first aluminum alloy on a base layer 11 provided on a substrate 10. A step of forming a laminated body in which the second aluminum alloy film 13 for forming an oxide film is laminated; and anodizing the laminated body to penetrate the second aluminum alloy film 13 to form the first aluminum alloy film 12 A step of forming a hole 16 reaching the surface, a step of further anodizing to form a hole in the first aluminum alloy film 12 and stopping the anodization before reaching the base layer 11, and a step of further wet etching to form a hole. The manufacturing method of the nanostructure including the process which penetrates 16 to the base layer 11. FIG.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は陽極酸化により得られるナノスケールの孔を有するナノ構造体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a nanostructure having nanoscale pores obtained by anodization.
被加工物となるアルミニウムを陽極として、適当な酸性溶液中で電圧を印加して陽極酸化すると、アルミナから成る多孔質状の陽極酸化皮膜が得られる(例えば非特許文献1など参照)。このようなアルミニウムの陽極酸化処理は電気化学的な表面処理技術として一般的に知られており、例えば建築材料の耐食性の強化や着色などを目的に広く用いられている。 When anodization is performed by applying a voltage in an appropriate acidic solution using aluminum to be processed as an anode, a porous anodic oxide film made of alumina is obtained (see, for example, Non-Patent Document 1). Such anodizing treatment of aluminum is generally known as an electrochemical surface treatment technique, and is widely used for the purpose of, for example, enhancing the corrosion resistance or coloring of building materials.
また、多孔質状の陽極酸化皮膜は、膜面垂直方向に成長したナノメートルオーダーの直径を有する円柱状の多数の孔が平行に配列したナノスケールの幾何学構造を有している。近年ではこのような多孔質皮膜の構造を制御することによって、これを利用したナノデバイスの作製についても多岐に渡って検討がなされている。 The porous anodic oxide film has a nanoscale geometric structure in which a large number of cylindrical holes having a diameter of the order of nanometers grown in the direction perpendicular to the film surface are arranged in parallel. In recent years, by controlling the structure of such a porous film, the production of nanodevices using this has been extensively studied.
上述した多孔質皮膜の構造を制御する手法としては、陽極酸化条件を変化させることが一般的である。例えば陽極酸化電圧で孔間隔を、陽極酸化時間で孔の深さを、ポアワイド処理により孔径をある程度制御可能であることが知られている。ここにポアワイド処理とはアルミナのエッチング処理であり、普通リン酸でのウェットエッチング処理を用いる。 As a technique for controlling the structure of the porous film described above, it is common to change the anodizing conditions. For example, it is known that the hole interval can be controlled to some extent by pore-wide processing, and the hole interval can be controlled by an anodizing voltage, the hole depth by an anodic oxidation time, and the pore-wide treatment. Here, the pore wide treatment is an etching treatment of alumina, and a wet etching treatment with ordinary phosphoric acid is used.
また多孔質皮膜の孔の垂直性、直線性及び独立性を改善するために、二段階の陽極酸化を行う方法が知られている。すなわち陽極酸化を行って形成した多孔質皮膜を、クロム酸などを使用したウェットエッチングで一旦除去した後に再び陽極酸化を行って、より良い垂直性、直線性、独立性を示す孔を有する多孔質皮膜を作製する方法が提案されている(例えば非特許文献2など参照)。この方法では最初の陽極酸化により形成した多孔質皮膜を除去するときにできるアルミニウム基板の窪みを、二度目の陽極酸化の孔形成開始点として用いている。 In order to improve the verticality, linearity and independence of the pores of the porous film, a method of performing two-step anodization is known. In other words, the porous film formed by anodizing is once removed by wet etching using chromic acid, and then anodized again, so that the porous film has pores showing better verticality, linearity, and independence. A method for producing a film has been proposed (for example, see Non-Patent Document 2). In this method, the depression of the aluminum substrate formed when the porous film formed by the first anodic oxidation is removed is used as a starting point for forming the holes for the second anodic oxidation.
さらに所望のパターンに高度に規則化して配列した孔を形成するために、突起を有したスタンパーを用いた手法が知られている(例えば特許文献1、非特許文献3等参照)。これらの手法ではスタンパーをアルミニウム基板表面に押し付けて、スタンパーの突起をアルミニウム基板表面に窪みとして転写することで、陽極酸化の孔形成開始点を形成する。 Furthermore, in order to form holes that are highly ordered and arranged in a desired pattern, a method using a stamper having protrusions is known (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 3). In these methods, the stamper is pressed against the surface of the aluminum substrate, and the protrusions of the stamper are transferred as depressions on the surface of the aluminum substrate, thereby forming an anodic oxidation hole formation start point.
以上のように、アルミニウムの陽極酸化皮膜ではナノスケールの構造を有する構造体を自己組織的に簡易に形成することができ、更には光や電子線を利用した露光技術などを上回る微細で特殊なナノ構造を実現できる可能性もあることから近年特に注目されている。 As described above, the anodized film of aluminum can easily form a structure having a nanoscale structure in a self-organized manner, and further, it is fine and special, exceeding the exposure technology using light and electron beams. In recent years, it has attracted particular attention because of the possibility of realizing nanostructures.
特に孔を規則的に配列させる技術、及び孔内に金属や半導体等を充填させる技術などを組み合わせることにより、磁気記録媒体や磁気センサ、EL発光素子やエレクトロクロミック素子など様々なナノデバイスが実現すると考えられており多くの研究が行われている。
陽極酸化によって得られた孔内に金属や半導体などの材料を充填することを考えた場合、真空蒸着法やCVD法など各種の成膜手法が利用可能であるが、アスペクト比の高い孔にも充填できるという観点から一般的には電着法が好ましく、電着の電極層としてCuや貴金属層を被陽極酸化皮膜の下に設けることが行われている。ここでアスペクト比とは(孔の深さ)/(孔の直径)である。 When considering filling materials such as metals and semiconductors into the holes obtained by anodization, various film deposition techniques such as vacuum deposition and CVD can be used, but holes with high aspect ratios can also be used. In general, electrodeposition is preferable from the viewpoint of filling, and Cu or a noble metal layer is provided under the anodized film as an electrode layer for electrodeposition. Here, the aspect ratio is (hole depth) / (hole diameter).
電着法で孔内に材料を充填する場合、電極層に貫通した孔を形成することで析出電位に近い低電位での電着が可能となる。しかし、Cuや貴金属などによる電極層を用いた場合においては電極層と陽極酸化皮膜との接合強度が弱く、電極層に貫通した孔を形成することは非常に困難である。つまり、細孔の底部が電極層に到達するまで陽極酸化を行うと陽極酸化皮膜が剥離してしまい、安定して陽極酸化皮膜を作製することができないといった問題が生じる。 When a material is filled in the holes by the electrodeposition method, electrodeposition at a low potential close to the deposition potential is possible by forming a hole penetrating the electrode layer. However, when an electrode layer made of Cu or noble metal is used, the bonding strength between the electrode layer and the anodic oxide film is weak, and it is very difficult to form a hole penetrating the electrode layer. That is, if anodization is performed until the bottom of the pores reaches the electrode layer, the anodized film is peeled off, which causes a problem that the anodized film cannot be stably produced.
このため孔が電極層に到達する前に陽極酸化を停止し、バリア層と呼ばれる孔の底部に存在する絶縁体による隔壁をクロム酸系などのウェットエッチングで除去することなどが行われる。この場合バリア層のエッチングと同時に隣接する孔間の隔壁もエッチングされてしまうことから、十分な貫通性を確保しようとすると孔間の隔壁が極端に薄くなってしまい、一方で孔間の隔壁を十分に確保すると貫通性が低下してしまうという問題点があった。 For this reason, anodization is stopped before the hole reaches the electrode layer, and a partition wall made of an insulator existing at the bottom of the hole called a barrier layer is removed by wet etching such as chromic acid. In this case, the barrier between adjacent holes is etched at the same time as the etching of the barrier layer. Therefore, if sufficient penetrability is to be ensured, the barrier between the holes becomes extremely thin. There was a problem that penetrability would be lowered if sufficient.
本発明の目的は上記の課題を解決することであり、孔間の隔壁に十分な厚みを保った状態で電極層に貫通した孔を有する陽極酸化皮膜を安定して作製することができるナノ構造体の製造方法を提供するものである。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and a nanostructure capable of stably producing an anodized film having a hole penetrating through an electrode layer while maintaining a sufficient thickness in a partition wall between the holes A method for producing a body is provided.
本発明に係る多孔質体の製造方法は、基板上に基板側から第1の層及び第2の層を備えた部材を用意し、前記第2の層側から厚さ方向に前記第2の層と前記第1の層の途中まで陽極酸化により孔を形成する工程、厚さ方向の一部に孔が形成された前記第1の層をエッチングし、前記第1の層を貫通する孔を有する多孔質体の製造方法であって、前記第1の層は、第1のアルミニウム合金を含み構成され、前記第2の層は、第2のアルミニウム合金を含み構成され、且つ該第2のアルミニウム合金から形成される陽極酸化皮膜は、前記第1のアルミニウム合金から形成される陽極酸化皮膜よりも、前記エッチングに用いるエッチング溶液に対して難溶であることを特徴とする。 In the method for producing a porous body according to the present invention, a member including a first layer and a second layer is prepared on a substrate from the substrate side, and the second layer is formed in the thickness direction from the second layer side. Forming a hole by anodic oxidation halfway between the layer and the first layer, etching the first layer in which a hole is formed in a part in a thickness direction, and forming a hole penetrating the first layer The first layer includes a first aluminum alloy, the second layer includes a second aluminum alloy, and the second layer includes a second aluminum alloy. An anodic oxide film formed from an aluminum alloy is less soluble in an etching solution used for the etching than an anodic oxide film formed from the first aluminum alloy.
また、本発明は、陽極酸化によるナノ構造体の製造方法であって、基板または基板に設けられた下地層の上に、第1のアルミニウム合金からなる第1の層と、該第1の層の上に該第1のアルミニウム合金から形成される陽極酸化皮膜よりもエッチング溶液に対して難溶である陽極酸化皮膜を形成する第2のアルミニウム合金からなる第2の層を少なくとも2層積層した積層体を形成する工程と、該積層体を陽極酸化して該積層体表面から第2の層を貫通して該第1の層の表面まで達した孔を形成する工程と、更に陽極酸化して該第1の層に孔を形成し基板または下地層に達する前に陽極酸化を停止する工程と、該積層体をウェットエッチングして孔を基板または下地層まで貫通させる工程を含むことを特徴とするナノ構造体の製造方法である。 The present invention is also a method for producing a nanostructure by anodic oxidation, wherein a first layer made of a first aluminum alloy is formed on a substrate or an underlayer provided on the substrate, and the first layer At least two second layers made of a second aluminum alloy forming an anodic oxide film that is less soluble in an etching solution than the anodic oxide film formed from the first aluminum alloy are laminated on the substrate. A step of forming a laminate, a step of anodizing the laminate to form a hole penetrating from the surface of the laminate through the second layer to the surface of the first layer, and further anodizing Forming a hole in the first layer and stopping the anodic oxidation before reaching the substrate or the base layer, and wet etching the stacked body to penetrate the hole to the substrate or the base layer. It is a manufacturing method of nanostructure
前記第1および第2のアルミニウム合金が、アルミニウムと、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、MoおよびWのうち少なくとも1種類以上を含有するアルミニウム合金であるのが好ましい。 The first and second aluminum alloys are preferably aluminum alloys containing aluminum and at least one of Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo and W.
前記第1の層がアルミニウムとWを含有する第1のアルミニウム合金からなり、第2の層がアルミニウムとTi、Zr或いはHfを含有する第2のアルミニウム合金からなるのが好ましい。 The first layer is preferably made of a first aluminum alloy containing aluminum and W, and the second layer is preferably made of aluminum and a second aluminum alloy containing Ti, Zr or Hf.
前記第1の層がアルミニウムとTiを含有する第1のアルミニウム合金からなり、第2の層がアルミニウムとHfを含有する第2のアルミニウム合金からなるのが好ましい。
前記第1および第2のアルミニウム合金が、アルミニウムを50atomic%以上含有するのが好ましい。
The first layer is preferably made of a first aluminum alloy containing aluminum and Ti, and the second layer is preferably made of a second aluminum alloy containing aluminum and Hf.
It is preferable that the first and second aluminum alloys contain 50 atomic% or more of aluminum.
前記第1の層の膜厚が、前記積層体を陽極酸化した際に形成される孔の底部の絶縁層の厚みと同程度であるのが好ましい。
前記下地層が銅または貴金属からなるのが好ましい。
It is preferable that the film thickness of the first layer is approximately the same as the thickness of the insulating layer at the bottom of the hole formed when the laminate is anodized.
The underlayer is preferably made of copper or a noble metal.
本発明によれば、孔間の隔壁に十分な厚みを保った状態で電極層に貫通した孔を有する陽極酸化皮膜を安定的に作製することができるナノ構造体の製造方法を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the nanostructure which can produce stably the anodic oxide film which has the hole penetrated to the electrode layer in the state which maintained sufficient thickness in the partition between holes is provided. It becomes possible.
以下に本発明によるナノ構造体の製造方法について説明する。
図1は、本発明のナノ構造体の製造方法を模式的に示す工程図である。図1(a)は被陽極酸化物である基体30の模式図である。シリコンなどの基板10上にCuや貴金属から成る下地層11、第1のアルミニウム合金膜12、第2のアルミニウム合金膜13の順番に積層されている。このように、必要に応じて、基板と前記第1のアルミニウム合金膜12との間に別な層がもうけられていてもよい。
Hereinafter, a method for producing a nanostructure according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a process diagram schematically showing the method for producing a nanostructure of the present invention. FIG. 1A is a schematic view of a substrate 30 that is an anodic oxide. A base layer 11 made of Cu or a noble metal, a first
基体30をリン酸やシュウ酸、硫酸などの酸性水溶液を用いて陽極酸化すると、図1(b)に示すように陽極酸化皮膜14の成長が始まり、アルミニウム合金の酸化物15による隔壁に囲まれた孔16が形成される。
When the substrate 30 is anodized using an acidic aqueous solution such as phosphoric acid, oxalic acid, or sulfuric acid, the growth of the anodized film 14 begins as shown in FIG.
続いて、図1(c)に示すように、孔の底部に形成された底部バリア層17が下地層11に到達した状態で陽極酸化を停止する。その理由は、孔16が下地層11に貫通するまで陽極酸化を続けると、酸性水溶液の電気分解が進行して発生した酸素ガスにより陽極酸化皮膜の剥離が発生する恐れがあるためである。またここで、底部バリア層の厚みは陽極酸化条件によってほぼ決まると経験的に知られており、バリア層の厚みd[nm]は陽極酸化電圧V[volt]に対して概ねd=1.2×Vとなる。
Subsequently, as shown in FIG. 1C, the anodic oxidation is stopped in a state where the bottom barrier layer 17 formed at the bottom of the hole reaches the base layer 11. The reason is that if the anodic oxidation is continued until the
そのために、図1(a)の第1のアルミニウム合金膜12を予め底部バリア層の厚み程度で配置しておくと、図1(c)の底部バリア層17は主に第1のアルミニウム合金膜12の酸化物より形成されることになる。一方で孔間の隔壁18は主に第2のアルミニウム合金膜13の酸化物より形成されることから、底部バリア層17と異なるものとすることが可能となる。
Therefore, if the first
続いて酸などを用いたウェットエッチング処理により底部バリア層17を溶解させて、孔16を下地層11に貫通させる。エッチング液にはリン酸水溶液等が用いられる。この際、第1のアルミニウム合金膜12の陽極酸化皮膜が第2のアルミニウム合金膜13の陽極酸化皮膜よりもエッチング溶液に対して可溶であれば、底部バリア層17を選択的に溶解することが可能となり、図1(d)に示すような貫通孔19が形成される。すなわち、孔間の隔壁18の厚みを十分に保つと同時に、下地層11への貫通性を向上させた陽極酸化皮膜を得ることが可能となる。更に本発明によれば、陽極酸化時に下地層11まで孔16を貫通させる必要がないため、陽極酸化皮膜の剥離が抑制されるといった利点もある。
Subsequently, the bottom barrier layer 17 is dissolved by a wet etching process using an acid or the like, and the
ここで第1のアルミニウム合金膜12及び第2のアルミニウム合金膜13の組成は陽極酸化により孔を形成し得る材料であればよく、例えば、アルミニウムと、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Wのうち少なくとも1種類以上を含有するアルミニウム合金であることが好ましい。また、アルミニウムに対する合金元素の添加量が極端に多い場合においては孔の垂直性、直進性が低下してしまうことから、アルミニウムの含有量は50atomic%以上、好ましくは80〜99atomic%程度とすることが望ましい。
Here, the composition of the first
次に本発明においては、前述のように第1のアルミニウム合金膜12の陽極酸化皮膜が第2のアルミニウム合金膜13の陽極酸化皮膜よりもエッチング溶液に対して可溶である必要があり、このことから第1のアルミニウム合金膜12としては陽極酸化皮膜が溶解し易いアルミニウムタングステン合金膜を使用することが好ましい。この際第2のアルミニウム合金膜13としては、第1のアルミニウム合金膜12の陽極酸化皮膜よりも難溶であれば構わないが、溶解度の差が顕著なほど良いことからアルミニウムチタン合金膜、アルミニウムジルコニウム合金膜或いはアルミニウムハフニウム合金膜を使用することが好ましい。
Next, in the present invention, as described above, the anodic oxide film of the first
また、硫酸を陽極酸化の電解液として使用した場合においては、アルミニウムタングステン合金膜が陽極酸化中に殆ど溶解してしまうことから、第1のアルミニウム合金膜12としてアルミニウムチタン合金膜を使用し、第2のアルミニウム合金膜13としてアルミニウムハフニウム合金膜を使用することが好ましい。
When sulfuric acid is used as the anodic oxidation electrolyte, the aluminum tungsten alloy film is almost dissolved during the anodic oxidation. Therefore, an aluminum titanium alloy film is used as the first
以下に本発明における代表的な実施例を説明する。
実施例1
本実施例はアルミニウム合金膜として、アルミニウムタングステン合金膜とアルミニウムジルコニウム合金膜を被陽極酸化膜として用いた。
Hereinafter, typical examples of the present invention will be described.
Example 1
In this example, an aluminum tungsten alloy film and an aluminum zirconium alloy film were used as the anodized film as the aluminum alloy film.
図2は、本発明の実施例1の試料(基体)の構成を示す模式図である。
n−Si(100)基板20上にTi21を5nm、その上にCu22を20nm配置した下地層を設け、更に下地層上にアルミニウムタングステン合金膜23を50nm、更にその上にアルミニウムジルコニウム合金膜24を200nm積層した、図2に示す構成の試料を用意した。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the sample (substrate) of Example 1 of the present invention.
On the n-Si (100)
全ての成膜はスパッタリングによって行い、アルミニウム合金の成膜はタングステン及びジルコニウムのチップを直径4インチ(101.6mm)のアルミニウムターゲットのエロージョンエリア上に配置して行った。本実施例では10mm角のタングステンチップを4枚、10mm角のジルコニウムチップを3枚使用した。このとき、同じ条件で成膜したアルミニウムタングステン合金膜及びアルミニウムジルコニウム合金膜の組成比をICP(誘導結合型プラズマ発光分析法)により定量した。アルミニウムタングステン合金膜のタングステンの含有量は約7atomic%であった。また同様にアルミニウムジルコニウム膜のジルコニウムの含有量は約5atomic%であった。 All the films were formed by sputtering, and the aluminum alloy film was formed by placing a tungsten and zirconium chip on the erosion area of an aluminum target having a diameter of 4 inches (101.6 mm). In this example, four 10 mm square tungsten chips and three 10 mm square zirconium chips were used. At this time, the composition ratio of the aluminum tungsten alloy film and the aluminum zirconium alloy film formed under the same conditions was quantified by ICP (inductively coupled plasma emission spectrometry). The content of tungsten in the aluminum tungsten alloy film was about 7 atomic%. Similarly, the zirconium content of the aluminum zirconium film was about 5 atomic%.
続いて16℃の0.3mol/Lシュウ酸水溶液を用いて40Vの印加電圧で試料の陽極酸化を行い、その後5wt%のリン酸水溶液を用いたウェットエッチングにより底部バリア層の除去を行うことで、下地層に貫通した孔の作製を行った。また試料の断面をFE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)で観察し、孔の下地層への貫通性を評価した。 Subsequently, anodization of the sample was performed at an applied voltage of 40 V using a 0.3 mol / L oxalic acid aqueous solution at 16 ° C., and then the bottom barrier layer was removed by wet etching using a 5 wt% phosphoric acid aqueous solution. Then, a hole penetrating the underlayer was prepared. Moreover, the cross section of the sample was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope), and the penetrability of the hole into the underlayer was evaluated.
図2の構成の試料(試料A)を陽極酸化時の電流プロファイルを図3(a)に示す。また比較の為に、同様の下地層上にアルミニウム膜のみを200nm成膜した試料(試料B)を、同様の陽極酸化条件で陽極酸化したときの電流プロファイルを図3(b)に示す。 FIG. 3A shows a current profile when the sample (sample A) having the configuration shown in FIG. 2 is anodized. For comparison, FIG. 3B shows a current profile when a sample (sample B) in which only an aluminum film is formed to 200 nm on the same base layer is anodized under the same anodizing conditions.
図3(b)より一定電圧で陽極酸化を行うと、まず試料表面に酸化皮膜が形成され電流値が減少した後、酸化皮膜の溶解(孔の形成)と新たな酸化皮膜の形成が同時に進行して一定の電流値をとる定常状態となる。その後t1 の時点で底部バリア層の大半が下地層に到達して電流値の減少が始まり、t2 の時点で極小値をとった後急激な上昇に転じる。t2 を超えれば陽極酸化皮膜の剥離や破裂が顕著になるため、t1 〜t2 の間で陽極酸化を停止するのが好ましいが、t1 に近いほど孔の下地層への貫通性は悪くなっていた。一方でt2 に近づくにつれ貫通性は向上していたが、酸素ガスの発生に起因すると思われる皮膜の破裂痕が何箇所か見られた。このため皮膜へのダメージを最小限に抑えて貫通性を十分に確保するには、t2 のやや手前で陽極酸化を停止して十分なウェットエッチングを行うことが必要であり、この場合直径80nm程の孔に対して孔間の隔壁20nm程となっていた。 When anodization is performed at a constant voltage from FIG. 3B, first, an oxide film is formed on the sample surface and the current value decreases, and then dissolution of the oxide film (formation of holes) and formation of a new oxide film proceed simultaneously. Thus, a steady state is obtained in which a constant current value is obtained. Then most of the bottom barrier layer at the time of t 1 begins to decrease in the current value reaches the underlying layer, turns to a sharp rise after taking a minimum value at time t 2. Because peeling and bursting of the anodized film if it exceeds t 2 becomes significant, it is preferable to stop the anodic oxidation between t 1 ~t 2, penetrating to closer to t 1 hole underlayer It was getting worse. On the other hand, the penetrability improved as it approached t 2 , but there were some rupture marks of the film that were probably caused by the generation of oxygen gas. For this reason, in order to secure sufficient penetrability while minimizing damage to the film, it is necessary to stop anodization slightly before t 2 and perform sufficient wet etching, and in this case, the diameter is 80 nm. It was about 20 nm of partition walls between the holes.
一方、試料Aを同様に陽極酸化したときの電流プロファイルを図3(a)に示す。図3(a)では、t3 の時点で底部バリア層がアルミニウムタングステン合金膜に到達し、t3 〜t5 の間ではアルミニウムタングステン合金膜に陽極酸化皮膜が形成されていると考えられる。またt4 の時点で底部バリア層の大半が下地層に到達して電流値の減少が始まっていると考えられ、図3(b)と同様にt5 の時点で極小値をとった後急激な上昇に転じた。 On the other hand, FIG. 3A shows a current profile when the sample A is anodized similarly. In FIG. 3 (a), the bottom barrier layer at the time of t 3 reaches the aluminum tungsten alloy film, believed anodized film on the aluminum tungsten alloy film is formed between t 3 ~t 5. Further, it is considered that most of the bottom barrier layer reaches the base layer at the time t 4 and the current value starts to decrease, and after taking the minimum value at the time t 5 as in FIG. Started to rise.
陽極酸化の停止点を変化させた際の貫通性の変化をFE−SEMで評価した結果、t3 の時点で陽極酸化を停止した試料では、ウェットエッチング後においても図4に示すようにアルミニウムタングステン合金膜41が多孔質な皮膜を形成せずにそのまま残っていた。このため、下地層42に対して貫通した孔43を形成することはできなかった。
As a result of evaluating the change in penetrability when the anodic oxidation stop point was changed by FE-SEM, in the sample in which the anodic oxidation was stopped at time t 3 , as shown in FIG. The alloy film 41 remained as it was without forming a porous film. For this reason, the
次に、t4 の時点で陽極酸化を停止した試料について評価を行った。陽極酸化直後では図5に示すように、底部バリア層51が下地層52に到達した状態で孔53が形成されており、アルミニウムタングステン合金膜の膜厚50nmとほぼ等しい厚みの底部バリア層が確認できた。ここで、底部バリア層は主にアルミニウムタングステン合金膜の陽極酸化皮膜、孔間の隔壁54はアルミニウムジルコニウム合金膜の陽極酸化皮膜から成っているものと考えられる。 Next, evaluation was performed on samples in which anodization was stopped at time t 4 . Immediately after the anodic oxidation, as shown in FIG. 5, a hole 53 is formed with the bottom barrier layer 51 reaching the base layer 52, and a bottom barrier layer having a thickness substantially equal to the thickness of the aluminum tungsten alloy film is confirmed. did it. Here, it is considered that the bottom barrier layer is mainly made of an anodized film of an aluminum tungsten alloy film, and the partition 54 between the holes is made of an anodized film of an aluminum zirconium alloy film.
更に、この試料を5wt%リン酸水溶液を用いてウェットエッチングすることで底部バリア層の除去を試みたところ、試料Bで貫通孔を得るよりも短いウェットエッチング時間で図6に示すように下地層61に貫通した孔62が得られた。このことは、アルミニウムタングステン合金膜による陽極酸化皮膜が、アルミニウムの陽極酸化皮膜よりもリン酸に対して可溶であるため、図5に示す底部バリア層51が容易に除去されたものと考えられる。更にアルミニウムジルコニウム合金膜の陽極酸化皮膜が、アルミニウムタングステン合金膜の陽極酸化皮膜よりもリン酸に対して難溶であることから、図6に示すように底部バリア層が完全に除去された場合においても十分な厚みの孔間の隔壁63を保っており、直径50nm程の孔に対して孔間の隔壁50nm程となっていた。
Further, when this sample was wet-etched with a 5 wt% phosphoric acid aqueous solution to remove the bottom barrier layer, as shown in FIG. A
また、陽極酸化の停止点がt5 に近づくにつれ、試料Bの場合と同様に酸素ガスの発生に起因すると思われる皮膜の破裂痕が何箇所か見られるようになるため、皮膜へのダメージを最小限に抑えて貫通性を十分に確保するには、t4 〜t5 のt4 の近い時点で陽極陽極酸化を停止してウェットエッチングを行うことが望ましい。 Also, as the anodic oxidation stop point approaches t 5 , as in the case of Sample B, several rupture marks of the film that are thought to be caused by the generation of oxygen gas can be seen. to sufficiently secure the penetration suppressing the minimum, it is desirable to perform the wet etching by stopping anodic anodizing at close in t 4 of t 4 ~t 5.
本実施例により、孔間の隔壁に十分な厚みを保った状態で電極層に貫通した孔を有する陽極酸化皮膜を安定的に作製することが可能である。また、本実施例ではアルミニウムタングステン合金膜とアルミニウムジルコニウム合金膜の積層体を被陽極酸化膜として使用したが、底部バリア層を除去する際のエッチングを選択的に行うことが可能であればアルミニウム合金膜の組成及び組成比はこれらに限定されるものではない。 According to this example, it is possible to stably produce an anodized film having holes penetrating through the electrode layer in a state where a sufficient thickness is maintained in the partition walls between the holes. In this embodiment, a laminate of an aluminum tungsten alloy film and an aluminum zirconium alloy film is used as the anodized film. However, if the etching for removing the bottom barrier layer can be performed selectively, an aluminum alloy can be used. The composition and composition ratio of the film are not limited to these.
実施例2
本実施例はアルミニウム合金膜として、アルミニウムチタン合金膜とアルミニウムハフニウム合金膜を被陽極酸化膜として用いて、下地層への貫通性を評価するために、作製した孔内に電着物を充填したものである。
Example 2
This example uses an aluminum titanium alloy film and an aluminum hafnium alloy film as the anodized film as an aluminum alloy film, and in order to evaluate the penetrability to the underlayer, the produced hole was filled with an electrodeposit. It is.
実施例1と同様に基板上に設けた下地層の上に、アルミニウムチタン合金膜を20nm、更にその上にアルミニウムハフニウム合金膜を200nm積層した試料を用意した。アルミニウムチタン合金膜におけるチタンの含有量は約7atomic%、アルミニウムハフニウム合金膜におけるハフニウムの含有量は約6atomic%である。 A sample was prepared by laminating an aluminum titanium alloy film with a thickness of 20 nm on an underlayer provided on the substrate in the same manner as in Example 1, and further laminating an aluminum hafnium alloy film with a thickness of 200 nm thereon. The titanium content in the aluminum titanium alloy film is about 7 atomic%, and the hafnium content in the aluminum hafnium alloy film is about 6 atomic%.
用意した試料を24℃の0.3mol/L硫酸水溶液を用いて25Vの印加電圧にて陽極酸化した際の電流プロファイルを図7に示す。実施例1と同様な考察により、t6 〜t8 においてアルミニウムチタン合金膜に陽極酸化皮膜が形成されていると考えられる。 FIG. 7 shows a current profile when the prepared sample was anodized using a 0.3 mol / L sulfuric acid aqueous solution at 24 ° C. at an applied voltage of 25V. The same considerations as in Example 1, is considered anodic oxide film on the titanium aluminum alloy film is formed at t 6 ~t 8.
続いて実施例1と同様に、底部バリア層が下地層に到達したt7 時点で陽極酸化を停止し、5wt%リン酸水溶液に40分間試料を浸すウェットエッチングでバリア層の除去を行った。エッチング前後の試料表面をFE−SEMで観察したところ、アルミニウムハフニウム合金膜の陽極酸化皮膜がリン酸に対して難溶であるため、エッチング前後で孔径に大きな変化は見られず、いずれの場合も直径約30nmの孔が孔間の隔壁約40nmで形成されていた。 Subsequently in the same manner as in Example 1, anodic oxidation was stopped at t 7 when the bottom barrier layer has reached the underlying layer, it was removed of the barrier layer by wet etching immersing the 40 min sample to 5 wt% phosphoric acid aqueous solution. When the surface of the sample before and after etching was observed with FE-SEM, the anodized film of the aluminum hafnium alloy film was hardly soluble in phosphoric acid, so no significant change in the hole diameter was observed before and after etching. Holes with a diameter of about 30 nm were formed with a partition wall of about 40 nm between the holes.
一方で、試料の断面をFE−SEMで観察したところ、エッチング前には底部バリア層の存在が確認できたが、エッチング後ではこれが除去されていた。これは底部バリア層を形成するアルミニウムチタン合金膜の陽極酸化皮膜が、アルミニウムハフニウム合金膜の陽極酸化皮膜よりもリン酸に対して可溶であることから、底部バリア層のみが選択的にエッチングされたことを示している。またこのため、底部バリア層付近の部分では、その上部にあるアルミニウムハフニウム合金膜の陽極酸化皮膜部分よりもエッチング後の孔径の広がりが大きくなっていた。 On the other hand, when the cross section of the sample was observed with FE-SEM, the presence of the bottom barrier layer was confirmed before etching, but this was removed after etching. This is because the anodized film of the aluminum titanium alloy film forming the bottom barrier layer is more soluble in phosphoric acid than the anodized film of the aluminum hafnium alloy film, so that only the bottom barrier layer is selectively etched. It shows that. For this reason, in the portion near the bottom barrier layer, the hole diameter after etching is larger than that of the anodized film portion of the aluminum hafnium alloy film on the upper portion.
次にエッチング後の試料に対して、電着により電着物の充填を行った。電着は硫酸コバルト(II)7水和物0.3mol/Lとホウ酸0.3mol/Lの混合溶液を24℃で使用した。また参照極はAg/AgClを、対極は白金を使用して電着電位を−1.0Vとした。電着物が孔から溢れ出るまで電着を行い、溢れ出た電着物をダイヤモンドスラリーを使用した研磨により取り除いた。研磨後の試料表面をFE−SEMで観察したところ、ほぼ全ての孔内に電着物であるコバルトが充填されていることが確認できた。析出電位に近い低電位の電着で孔内にコバルトが充填されたということは、作用極である下地電極層に貫通した孔が形成されていることを示しており、ほぼ全ての孔に充填されていることから孔の貫通性が均一であることも確認された。 Next, the electrodeposit was filled by electrodeposition on the etched sample. For electrodeposition, a mixed solution of cobalt (II) sulfate heptahydrate 0.3 mol / L and boric acid 0.3 mol / L was used at 24 ° C. The reference electrode was Ag / AgCl, the counter electrode was platinum, and the electrodeposition potential was -1.0V. Electrodeposition was carried out until the electrodeposit overflowed from the hole, and the overflowed electrodeposit was removed by polishing using a diamond slurry. When the polished sample surface was observed with FE-SEM, it was confirmed that cobalt as an electrodeposit was filled in almost all the holes. The fact that cobalt was filled in the hole by electrodeposition at a low potential close to the deposition potential indicates that a through-hole was formed in the base electrode layer, which is the working electrode, and almost all holes were filled. Therefore, it was confirmed that the penetration of the holes was uniform.
本実施例により、陽極酸化により作製した孔の下地層への貫通性が良好であり、且つ広い範囲にわたって均一であることが確認された。 According to this example, it was confirmed that the hole formed by anodization had good penetrability to the base layer and was uniform over a wide range.
本発明は、孔間の隔壁に十分な厚みを保った状態で電極層に貫通した孔を有する陽極酸化皮膜を安定的に作製することができるので、例えば孔に磁性体を充填することで磁気記録媒体等に利用することができる。 According to the present invention, an anodized film having a hole penetrating the electrode layer in a state where the partition wall between the holes has a sufficient thickness can be stably produced. It can be used as a recording medium.
10 基板
11 下地層
12 第1のアルミニウム合金膜
13 第2のアルミニウム合金膜
14 陽極酸化皮膜
15 アルミニウム合金の酸化物
16 孔
17 底部バリア層
18 孔間の隔壁
19 貫通孔
20 n−Si(100)基板
21 Ti
22 Cu
23 アルミニウムタングステン合金膜
24 アルミニウムジルコニウム合金膜
30 基体
40 基板
41 アルミニウムタングステン合金膜
42 下地層
43 孔
50 基板
51 底部バリア層
52 下地層
53 孔
54 孔間の隔壁
60 基板
61 下地層
62 孔
63 孔間の隔壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 11
22 Cu
23 Aluminum Tungsten Alloy Film 24 Aluminum Zirconium Alloy Film 30 Base 40 Substrate 41 Aluminum Tungsten Alloy Film 42
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