DD264943A1

DD264943A1 - Verfahren zur haftfesten metallisierung von piezoelektrischen materialien

Info

Publication number: DD264943A1
Application number: DD87309443A
Authority: DD
Inventors: Erhard Schippel; Marina Schmidt
Original assignee: Wismar Ing Hochschule
Priority date: 1987-11-26
Filing date: 1987-11-26
Publication date: 1989-02-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur haftfesten Metallisierung von piezoelektrischen Substratmaterialien fuer die Herstellung von Bauelementen der Elektronik. Eine haftfeste Metallisierung, beispielsweise mit Aluminium, durch Aufdampfen wird erfindungsgemaess dadurch erreicht, dass zunaechst das Substratmaterial in Kombination mit einer Glimmbehandlung mit einer duennen Zwischenschicht aus Chrom oder SiO beschichtet wird. Die ganzflaechige Haftfestigkeit der nachfolgenden aufgebrachten Metallisierung wird dadurch derartig erhoeht, dass nach entsprechenden Pruefungen an keiner Stelle des Substrates Schichtabhebungen auftreten. Derartig haftfeste Metallisierungen sind Voraussetzung, um mittels der piezoelektrischen Materialien qualitativ hochwertige und zuverlaessige elektronische Bauelemente mit hoher Produktionsausbeute fertigen zu koennen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung haftfester Metallisierung auf piezoelektrischen Materialien, die zur Herstellung von Filtern, Resonatoren und Verzögerungsleitungen in der Elektronik Anwendung finden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Filter, Resonatoren, Verzögerungsleitungen und andere elektronische Bauelemente auf piezoelektrischen Substraten erzeugt, werden in zunehmendem Maße in der Nachrichtentechnik angewendet. Zur Herstellung frequenzselektiver Bauelement) wird für Oberflächenwellenfilter als piezoelektrisches Material insbesondere einkristallines Lithiumniobat (LiNbOj) genutzt. DiB Wirkungsweise von Oberflächenwollenfütern beruht auf die Anregung, die Ausbreitung und den Empfang von akustischen Oberflächenwollen auf piezoelektrischen Substratmaterialien. Zur Anregung und zum Empfang der auf dem piezoelektrischen Material erzeugten und sich ausbreitenden Oberflächenwelle werden in-einandergreifende kammartige Elektroden als Interdigitalwandler mittels Fotolithographie aus einer aufgedampften Metallschicht hergestellt. Die Eigenschaften dos Filters werden von den Strukturbreiten und der Wandlergeometrie bestimmt. Die Strukturbreiten liegen in der Größenordnung von kleiner 3pm bis etwa 15Mm. Zi-r Aufdampfung der Metallisierung wird vo.zugsweise Aluminium verwendet. An der Haftfestigkeit der aufgedampften Metallschicht werden hohe Anforderungen gestellt, da davon die Produktionsausbeute an Bauelementen, sowie deren Qualität und Zuverlässigkeit abhängig ist. Weiterhin muß diese Schicht für den elektrischen Anschluß auch bondfähig sein.

Durch besondere Schnittebonen im LiNBOj-Kristall, abweichend von- üblichen YZ-Schnitt, ist eine Minimierung der Bauelementegröße möglich. Derartig geschnittene Kristallscheiben können jedoch sehr hohe statische Aufladungen aufweisen, wodurch die Haftfestigkeit der aufgedampften Metallschicht beeinträchtigt wird.

Voraussetzung für eine einwandfreie Metallisierung ist eine saubere Substratoberfläche. Es ist bekannt, daß zur Vermeidung von Reaktionen zwischen Substrat und Metallschicht eino Zwischenschicht als Diffusionsbarriere aufgedampft werden kdnn, da die Reaktionsprodukte die Haftfestigkeit der Schicht und ihre Funktion beeinträchtigen können. l;i den BRD-Patentschriften P 2238925.9, P 2631671.2-35 und P 2431620.0 werden SiO- und Cr-Zwischenschichten zur Erhöhung der Qualität des Ausgangssignals und zur Beeinflureung der Durchladcharakteristik eines Oberflächenwellonfilters auf piezoelektrischem Material verwendet.

Es gibt bisher keine Angehen, um reproduzierbar, ganzflächig haftfeste und bondfähige Metallschichten, wie zum Beispiel Aluminium, auf einkristallinen piezoelektrischen Materialien, insbesondere auf LiNbOj-Substratscheiben, die abweichend vom YZ-Schnitt hergestellt sind, abzuscheiden. Daraus ergeben sich Schwierigkeiten in der Realisierung technisch möglicher kleiner Strukturbreiten für den Interdigitalwandler und ökonomische Nachteile durch die nicht optimale Nutzung der ganzen Substratscheibe für Chips zur Bauelementeproduktion

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, auf piezoelektrischen Substratmaterialien, die sich statisch aufladen können, wie beispielsweise einkristallines LiNbOi, durch ein Verfahren reproduzierbar mit einer ganzflächig äußerst haftfesten Metallisierung im Vakuum zu versehen, so daß die Chipausbeute pro Substratscheibe erhöht, die Strukturbreiten für den Interdigitalwandler verkleinert werden können und «iie Qualität und Zuverlässigkeit der danach hergestellten Bauelemente steigt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch ein geeignetes Verfahren im Vakuum eine äußerst haftfeite Metallisierung auf pinzoelektrischen Materialien, wie beispielsweise LiNbOj, ganzflächig und reproduzierbar aufzubringen, die nachträglich strukturiert werden kann und bondfähig ist.

Erfindungsgemäß besteht das Verfahren darin, daß in Kombination mit einer Glimmentladung eine Zwischenschicht zwischbn p.dzoelektriechem Material und der Motallisierung in einer Stärke im Vakuum aufgedampft wird, die die Bauelementeh «rstellung und -funktion nicht beeinträchtigt. Es wurde gefunden, daß zur Metallisierung mit Aluminium alt Zwischenschicht in Kombination mit einer Glimmentladung Chrom und SiO besonders geeignet sind. Die Glimmentladung Ist unbedingt notwendig

vor der Aufdampfung von Chrom und SiO als Zwischenschicht. Während zur nachträglichen Metallisierung mit Aluminium bei der Chrom-Zwischenschicht keine Wiederholung der Glimmentladung erforderlich ist, muß eine nochmalige Glimmentladung erfolgen, wenn Aluminium auf die SiO-Zwischenschicht aufgedampft wird.

Die Glimmentladung im Vorvakuumbereich bewirkt offenbar neben der bekannten Aktivierung der Substratoberfliche auch eine Ent- oder Umladung der statischen Ladung auf der Substratoberflache, wodurch unter Mitwirkung der Zwischenschicht eine

entscheidend höhere Haftfestigkeit der Metallierung erreicht wird. Eine Diene der Zwischenschicht von 20nm ist ausreichend und sie sollte nicht dicker als 50 nm sein.

Vergleichende Untersuchungen habe. _Ud/eigt, daß andere Materialien für die Zwischenschicht, wie zum Beispiel Nickel, Wolfram oder ZnO, garkeine oder nur geringfügig die Haftfestigkeit der Metallisierung verbessern. Ausfülirungsbeisplel Zur Metallisierung sind die piezoelektrischen Materialien, wie beispielsweise polierte einkristalline LiNbOj-Substratsrheiben,

nach bekannten Verfahren gründlich zu reinigen.

Die Metallisierung erfolgt in oiner Vakuumanlage in der Weise, daß im Bereich des Vorvakuums die im Rezipienten angeordneton Substrate mindestens 30 Sekunden einer Glimmbohandiung mit einem Glimmstrom von etwa 4 A ausgesetzt werden. Danach

wird im Rezipienten das zur Aufdampfung der Zwischenschicht notwendige Hochvakuum von kleiner 6 · 10'¹Pa erzeugt und

Chrom oder SiO in bekanntor Weise verdampft, so daß eine Zwischenschicht aus diesen Materialien auf dem Substrat von 20 nm

bis 50nm Dicke entsteht.

Auf die Chrom-Zwischenschcht kann unmittelbar nach deren Aufdampfung aus einem zweiten Verdampfer zur Metallisierung,

zum Seispiel Aluminium, in der für das Bonden erforderlichen Dicke aufgedampft werden.

Bui der Verwendung von SiO als Zwischenschicht ist nach deren Aufdampfung ein Gaseinlaß zur Wiederholung der Glimmbohandiung von mindestens 30 Sekunden bei 4A Glimmstrom notwendig. Danach ist wieder Hochvakuum zu erzeugen

und rum Beispiel Aluminium als Metallisierung aufzudampfen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgedampfte Metallisierung ist äußerst haftfest, so daß auch pai?ielle Schichtablöcungen vom Substrat nach entsp"..,ienden Prüfverfahren nicht auftreten.

Claims

1. Verfahren zur haftfesten Metallisierung von piezoelektrischen Materialien, insbesondere von polierten einkristallinen LiNbOa-Substraten, durch Aufdampfen im Vakuum von beispielsweise Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß vor der eigentlichen Metallisierung eine Zwischenschicht in Kombination mit einer Glimmentladung aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Chrom oder SiO besteht und mindestens 20 nm dick ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Aufbringung eier Zwischenschicht eine Glimmbehandlung der Substrate erfolgt und diese Glimmbehandlung vor dem Aufbringen der eigentlichen Metallisierung, zumindest bei der SiO-Zwischenschicht, wiederholt wird.