DD276697A1 - Schichtsystem zur haftfesten metallisierung piezoelektrischer substratmaterialien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schichtsystem zur haftfesten Metallisierung von piezoelektrischen Substratmaterialien fuer die Herstellung von mikroelektronischen und mikroakustischen Bauelementen der Elektronik, mit dem Ziel, die Ausbeute und Qualitaet dieser Bauelemente zu erhoehen. Die haftfeste Metallisierung, beispielsweise von einkristallinen Lithiumniobat-Substratscheiben, durch Aufdampfen im Vakuum wird erfindungsgemaess durch ein Schichtsystem erreicht, welches aus einer unteren Aluminium-Silizium-Mischschicht nicht konstanter Zusammensetzung und einer Aluminium-Deckschicht besteht. Die Mischschicht enthaelt an der Grenzflaeche zum Substrat mindestens 70% Silizium. Der Siliziumanteil wird dann reduziert, so dass ab einer Schichtdicke von 30 bis 50 Nanometern die Deckschicht nur noch aus Aluminium besteht.

Description

gegenüber der reinen Aluminiumschicht als besonders haftfest erwiesen, offenbar weil Silizium selbst und mit dem Restgas entstehend* nichtstöchiometrische SiO„-Verbindungen die Haftfestigkeit zum Substratmaterial beträchtlich steigern. Die geringe Dicke der eigentlichen Mischschicht gegenüber der Gesamtschichtdirke von etwa 400 Nanormtern beeinträchtigt nicht die Qualität der fotolithographisch zu erzeugenden Interdigitalstruktur. Die dicke Deckschicht aus reinem Aluminium garantiert hier die für Aluminium typische gute Bondfähigkeit für den elektrischen Anschluß. Gegenüber unter gleichen Bedingungen aufgedampften reinen Aluminiumschichten die bei Haftfestigkeitsuntersuchungen teilweise oder ganzflächig Schichtablösungen zeigten, konnte bei dem erfindungsgemäßen Schichtsystem keine Schichtablösung vorn Substrat festgestellt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Aufdampfung des erfindungsgamäßen Schichtsystems erfolgt im Vakuum auf die gründlich gereinigte Substratoberfläche, beispielsweise auf polierte einkristalline Lithiumniobatscheiben. Eine G'immbehandlung der Subsirstoborf lache im I istgas des Vorvakuums kann entfallen.

Durch getrennte zeitgleiche Verdampfung der Schichtkomponenten Aluminium und Silizium im Hochvakuum kann das Schichtsystem aufgedampft werden. Es ist dabei vorteilhaft, zu Beginn der Verdampfung die Substrate mittels einer Blende abzudecken, um die erforderlichen Aufdampfraten der beiden Komponenten zu messen und einzustellen. Wenn der Siüziumanteil mindestens 70% beträgt, ist die Blende zu öffnen und mit dem Aufdampfen der Mischschidit zu beginnen. Dann wird kontinuierlich die Aufdampfrate des Siliziums verringert, bei gleichzeitiger Erhöhung der Aufdarrofrdte des Aluminiums, so daß die Siliiiumkonzen'.ration ab einer Schichtdicke von 30 bis 50 Nonometern gleich Null ist und bis .ur gewünschten Gesamtschichtdicko nur noch aus Aluminium besteht.

Das thermische Aufdampfen des erfindungsgemäßen Schichtsystems kann auch aus oinem entsprechend gestalteten Doppelverdampfer erfolgen, wobei auch die unterschiedliche Verdampfbarkeit von Aluminium und Silizium genutzt werden kann.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1. Schichtsystem zur haftfesten Metallisierung piezoelektrischer Substratmaterialien, insbesondere von polierten einkristallinen Lithiumnibat-Substraten, durch Aufdampfen im Vakuum, dadurch gekennzeichnet, daß an der Grenzfläche Substrat-Metallisierung die Aluminium-Aufdampfschicht mindestens 70% Silizium enthält, der Silizium-Anteil sicn in Richtung der Substratoberfläche kontinuierlich verringert, so daß ab 30 bis 50 Nanometer die Metallisierung bis zur Gesamtschichtdicke nur noch aus Aluminium besteht.
2. 2. Schichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die mindestens 70% enthaltende Grenzschicht nicht dicker als 15 bis 20 Nanometer ist, darüber der Silizium-Anteil kontinuierlich abnimmt und ab 50 Nanometer Dicke die Schicht aus reinem Aluminium besteht.

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Schichtsystem zur haftfesten Metallisierung von piezoelektrischen Substratmaterialion für dio Herstellung von mikroelektronischen und mikroakustischen Bauelementen mittels Verfahren der Aufdampftechnik im Hochvakuum.

   Charakteristik des bekennten Standes der Technik

   In zunehmenden Maße werden in der Nachrichtentechnik frequenzselektive Bauelemente mit speziellen technischen Daten benötigt und eingesetzt. Zu deren Herstellung werden bestimmte piezoelektrische Materialien, insbesondere auch einkristallines Lithiumniobat verwendet. Anregung und Empfang der auf dem piezoelektrischen Materie! erzeugten und sich ausbreitenden Oberflächenwellen erfolgt durch kammerartige, ineinandergreifende Elektroden, die fotolithographisch aus einer aufgedampften Metallschicht hergestellt worden. Da die Strukturbreiten dieser Interdigitalwandler zum Toil kleiner eis drei Mikrometer sind, werden an die Haftfestigkeit der aufgedampften Metallschicht, vorzugsweise Aluminium, hohe Forderungen gestellt, denn Ausbeute, Qualität und Zuverlässigkeit der Bauelemente hängen davon ab. Voraussetzung für eino fehlerfreie Metallisierung ist eine saubere Oberfläche. Es ist bekannt, daß durch eine Glimmbehandlung im Restgas und auch durch eine erhöhte Substrattemperatur die Haftfestigkeit der aufgedampften Schicht verbessert werden kann. Substratoberflächen piezoelektrischer Materialien, insbesondere auch Lithiumniobat, können jedoch durch Temperaturerhöhung stark statisch aufgeladen werden, wodurch die Haftfestigkeit der aufgedampften Metdllschicht oeeinträchtigt wird. Es ist auch bekannt, daß Zwischenschichten die Haftfestigkeit verbessern können, wenn sie eine Reaktion zwischen Substrat und Metallisierung unterbinden. Weiterhin werden für Ak'minium-Aufdampfschichten aus Lithx-nniobatsubstraten gute Haftfestigkeiten erreicht, wenn Chrom- oder Siliziurnoxid-Zwischcnschichten in Kombination mit einer Glimmentladung aufgebracht werden. Ohne Minderung der Haftfestigkeit wird auch der Aluminiumaufdampfschicht auf Siliziumsubstraten Silizium bis 5% zugegeben, um die Siliziumdiffusion aus dem Substrat in die Aufdampfschicht zu reduzieren. Silizium wird nach den Patentschriften DD 19324, DD 209484 und DD 29960 dem Aluminium zur Erhöhung der Härte und der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit zugesetzt. Die Metallisierung muß für den elektrischen Anschluß bei der Bauelementeherstcllung gut bondfähig sein. Zusätze über 1 % zum Aluminium reduzieren jedoch schon merklich die Bondfähigkeit. Aluminium-Aufdampfschichten auf Lithiumniobatsubstratschoiben, insbesondere wenn diese abweichend vom YZ-Schnitl hergestellt worden sind, haben nachweislich den Nachteil, daß sie keine ausreichende und ganzflächig gute Schichthaftung b jsitzen. Durch diesen Nachteil ergeben sich Probleme bei der Realisierung technisch derzeitig möglicher kleiner Strukturbreiton für den Interdigitalwandler und erhebliche Materialverlusto durch die nicht optimale Nutzung der gesamten Substratscheibc für Chips zur Bauclementekomplettierung.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist os, den Nachteil dor unzureichenden Haftfestigkeit der Aluminium-Metallisierung auf piezoelektrischen Substratmatoriaiion durch ein im Vakuum aufgedampftes Schichtsystem zu bosoitigon, welches aus einer unteren Aluminium-Silizium-Mischschichl, nicht konstanter Zusammensetzung und uinor Aluminium-Deckschicht besteht.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Dio tochnischo Aufgnho dor Erfindung hosloht darin, auf piezoelektrischen Substratmatoriaiion, dio siel) .tuch statisch aufladon konnon, oin hoispiolswoiso oinkristullinos Lithiumniobat, goschnitton abwoichond vom YZ-Schnitt, durch Aufdampfen im Vakuum mit oinom Schichtsystem zu vorsohon, das roproduziorbar, gaiuflächig äußorst haftfost und gut bondfähig ist und nach boknnnton Vorfahren fotolilhographisch strukturiert worden kann, so daß dio Strukturbroiton dos Intordigitalwandlors vorkloinort worden konnon, dio Chipausbouto /ur ßauolomontchorstollung pro Substratschoibo steigt und dio Qualität und Zuverlässigkeit dor damit horuostollton Bnuolomonto sich erhöht. Erfindu.'igsgomäß wird dio Aufgabo durch oin Schichtsystnm golöst, daß aus einer Aluminium-Silizium-Mischschicht und oinor Aluminiumschicht bostoht, doron Aufbau durch dio Stouerung dor Aufdampfung so gostaltot wird, daß an dor Gronzflächo zum piozooloktrischon Substrat dio Mischschicht mindestens 70% Silicium anthält, dann dor Siliziumantoil stark roduziort wird, so daß aber oinor Schichtdicke von 30 bis 50 Nanomotorn bis zu einer Gosamtschichtdicko von otwa 400 Nanomotorn dio Schicht nur aus Aluminium bostoht. Diosos Schichtsystom hat sich