DD284906A5

DD284906A5 - Verfahren zur herstellung von schichtverbunden aus duennen strukturierten schichten mit mindestens einer nachtraeglich aufgebrachten duennen metallschicht

Info

Publication number: DD284906A5
Application number: DD32948789A
Authority: DD
Inventors: Jens-Ingolf Moench; Dieter Krause
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1990-11-28

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mikroelektronik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schichtverbunden aus duennen strukturierten Schichten mit mindestens einer nachtraeglich aufgebrachten duennen Metallschicht, wie es z. B. bei der Herstellung von Leiterplatten, Duennschichtkondensatoren, Duennschichtthermoelementen Anwendung findet. Die Aufgabe der Erfindung, die Haftung zwischen den duennen Schichten von Schichtverbunden mit mindestens einer nachtraeglich aufgebrachten duennen Metallschicht auf isolierenden Substraten zu verbessern, wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Schichtverbunden aus duennen strukturierten Schichten mit mindestens einer nachtraeglich aufgebrachten duennen Metallschicht, bei dem auf ein isolierendes Substrat mindestens eine Cr- oder Cr-haltige Schicht, in der Cr das potentialbestimmende Element ist, und mindestens eine Cu-Schicht aufgebracht und anschlieszend die Cu-Schicht(en) mit einem Cu-AEtzmittel strukturiert wird und danach die Cr- oder Cr-haltige Schicht mit einem alkalischen Cr-AEtzmittel strukturiert wird und danach mindestens eine weitere, im Vergleich zur Cu-Schicht duenne Metallschicht aufgebracht wird, erfindungsgemaesz dadurch geloest, dasz nach dem Strukturieren der Cu-Schicht und/oder vor dem Aufbringen der weiteren Metallschicht(en) eine weitere Behandlung des Schichtverbundes mit einem sauren Cr-AEtzmittel in einer Zeit von 1 bis 30 min erfolgt. Erfindungsgemaesz hergestellte Schichtverbunde zeigen verbesserte mechanische Eigenschaften.{Mikroelektronik; Schichtverbund; Strukturierung; duenne Schichten; duenne Metallschichten; Cu-Schicht; Cr-Schicht; Cr-haltige Schicht; alkalisches Cr-AEtzmittel; saures Cr-AEtzmittel}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Ein wichtiger technologischer Schritt bei der Herstellung elektrischer Bauelemente ist das naßchemische Strukturieren (Ätzen).

Am häufigsten wird das naßchemische Strukturieren nach dem subtraktiven Verfahren durchgeführt. Dabei werden die Schichten, die z. B. durch Bedampfen auf isolierende Substrate aufgebracht worden sind, definiert wieder abgetragen, indem

z. B. Lackmasken aufgebracht werden und die jeweils freibleibenden Teile der Schichten abgetragen werden.

Dabei ist von großer Bedeutung, daß je nach der Zusammensetzung der abzutragenden Schicht ein spezielles Ätzmittel eingesetzt werden muß. Es sind zahlreiche Ätzmittel bekannt, die für einen oder mehrere Werkstoffe besonders geeignet sind (Hanke, H.-J. u. H. Fabian „Technologie elektronischer Baugruppen", VEB Verlag Technik Berlin, 1975, S. 259-273).

Für die Qualität der Ätzung ist der Grad der Unterätzung bedeutsam, wobei die Unterätzung so gering wie möglich sein soll. Bei dem subtraktiven Verfahren zur Herstellung von z. B. Leiterplatten soll möglichst ein Ätzfaktor (= Schichtdicke/Unterätzung) von 2...4 erreicht werden.

In bestimmten Fällen ist es notwendig nach erfolgter Strukturierung der vorhandenen Schichten auf die Substrate weitere Metallschichten abzuscheiden, die wesentlich dünner als die bereits strukturierten Schichten sind. Bei der Herstellung solcher Schichtverbunde hat sich als Nachteil herausgestellt, daß der Ausschuß sehr hoch ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei der Herstellung von Schichtverbunden aus dünnen strukturierten Schichten mit mindestens einer nachträglich aufgebrachten dünnen Metallschicht auf isolierenden Substraten den Ausschuß zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Haftung zwischen den dünnen Schichten von Schichtverbunden mit mindestens einer nachträglich aufgebrachten dünnen Metallschicht auf isolierenden Substraten zu verbessern. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Schichtverbunden aus dünnen strukturierten Schichten mit mindestens einer nachträglich aufgebrachten dünnen Metallschicht, bei dem auf ein isolierendes Substrat mindestens eine Cr- oder Cr-haltige Schicht, in der Cr das potentialbestimmende Element ist, und mindestens eine Cu-Schicht aufgebracht und anschließend die Cu-Schicht(en) mit einem Cu-Ätzmittel strukturiert wird und danach die Cr- oder Cr-haltige Schicht mit einem alkalischen Cr-Ätzmittel strukturiert wird und danach mindestens eine weitere, im Vergleich zur Cu-Schicht sehr dünnen Metallschicht aufgebracht wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach dem Strukturieren der Cu-Schicht und/oder vor dem Aufbringen der weiteren Metallschicht(en) eine weitere Behandlung des Schichtverbundes mit einem sauren Cr-Ätzmittel in einer Zeit von 1 bis 30 min erfolgt. Auf ein isolierendes Substrat werden im Vakuum zuerst eine dünne Cr-oder Cr-haltige Schicht und danach eine Cu-Schicht aufgebracht. Anschließend wird auf die Cu-Schicht eine Fotolackmaske aufgebracht, die entsprechend der herzustellenden Kontakt- und Leitbahnstruktur gestaltet ist. Danach erfolgt die Strukturierung der Cu-Schicht mit einem Cu-Ätzmittel. Der Böschungswinkel der Cu-Schicht beträgt nach der Strukturierung >50". Nach dieser Strukturierung wird üblicherweise das Substrat mit dem Schichtverbund gespült. Erfindungsgemäß kann nun die Behandlung mit einem sauren Cr-Ätzmittel fortgesetzt werden, welches aber nur einen Einfluß auf die Cu-Schicht hat, wogegen die Cr- oder Cr-haltige Schicht weitgehend passiviert ist. Während dieses Prozesses wird die Cu-Schicht von der oberen Kontaktkante herzurückgeätzt. In Abhängigkeit von der Ätzmittelzusammensetzung und den geometrischen Verhältnissen stellt sich innerhalb von 1 bis 30 min ein sehr flacher Böschungswinkel der Cu-Schicht ein. Die danach aufgebrachte Metallschicht läppt zum Teil über die Cu-Schicht, wodurch die Kontaktfläche zwischen Cu-Schicht und Metallschicht gegenüber den nach dem Stand der Technik hergestellten Schichtverbunden wesentlich größer ist und somit die Haftung zwischen beiden verbessert ist.

Es ist aber auch möglich, zuerst die Strukturierung der Cr- oder Cr-haltigen Schicht mit einem alkalischen Cr-Ätzmittel durchzuführen, wobei davor eine neue Fotolackmaske aufgebracht worden sein kann, und danach die erfindungsgemäße Behandlung mit einem sauren Cr-Ätzmittel fortzusetzen.

Nach üblichen Spül- und Reinigungsprozessen können weitere Schichten aufgebracht werden.

Auf die positiven Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es keinen Einfluß, an welcher der beiden Stellen im Verfahrensablauf die erfindungsgemäße Behandlung durchgeführt wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.

Bei der Herstellung von Dünnschichtthermoelementen werden auf ein Keramiksubstrat eine 100 nm dicke Cr-Schicht und danach eine 5цт dicke Cu-Schicht im Vakuum aufgesplittert. Anschließend wird eine Fotolackmaske mit der gewünschten Struktur aufgedruckt und dieser Schichtverbund in einer wäßrigen Lösung mit 10 Masseanteilen (NH₄I₂S₂O₈ bei 60°C eingetaucht. Anschließend erfolgt eine Spülung ohne Änderung der Fotolackmaske. Nach diesem Ätz- und Spülvorgang beträgt der Böschungswinkel der Cu-Schicht etwa 60°. Nunmehr erfolgt die erfindungsgemäße Behandlung des Schichtverbundes mit einer Lösung, bestehend aus

6,5 Masseanteile (NH₄I₂Ce(NO₃I₄ 4,3 Masseanteile HCIO₄ 89,2 Masseanteile H₂O.

Die Behandlung in dieser Lösung erfolgt 6min. Danach beträgt der Böschungswinkel der Cu-Schicht nur noch etwa 10°, und die Cu-Kante ist um etwa 15 цт zurückgeätzt. Anschließend kann ein weiterer Spülprozeß angeschlossen werden. Nun wird eine neue Fotolackmaske aufgedruckt und der Schichtverbund in eine Lösung aus 20g K₃Fe(CN)₆,10g NaOH und 100 ml H₂O bei einer Temperatur von 60°C45s eingetaucht. Bei diesem Ätzprozeß wird die Cr-Schicht an den gewünschten Stellen abgetragen. Danach werden eine neue Lift-off-Fotolackmaske aufgebracht und eine 0,2 μιη dicke Schicht durch Sputtern abgeschieden. Nach dem Strukturieren des Bi und Auftragen einer neuen Lift-off-Fotolackmaske wird eine Sb-Schicht aufgesputtert, die ebenfalls 0,2 pm dick ist und anschließend strukturiert wird.

So hergestellte Dünnschichtthermoelemente haben einen geringeren Übergangswiderstand als nach dem Stand der Technik hergestellte und durch die verbesserte Haftung der Schichten auf dem Substrat und untereinander eine um etwa 20% erhöhte Ausbeute.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Schichtverbunden aus dünnen strukturierten Schichten mit mindestens einer nachträglich aufgebrachten dünnen Metallschicht, bei dem auf ein isolierendes Substrat mindestens eine Cr- oder Cr-haltige Schicht, in der Cr das potentialbestimmende Element ist, und mindestens eine Cu-Schicht aufgebracht und die Cu-Schicht(en) anschließend mit einem Cu-Ätzmittel strukturiert wird und danach die Cr- oder Cr-haltige Schicht mit einem alkalischen Cr-Ätzmittel strukturiert wird und danach mindestens eine weitere, im Vergleich zur Cu-Schicht sehr dünne Metallschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Strukturieren der Cu-Schicht und/oder vor dem Aufbringen der weiteren Metallschicht(en) eine weitere Behandlung des Schichtverbundes mit einem sauren Cr-Ätzmittel in einer Zeit von 1 bis 30 min erfolgt.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mikroelektronik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schichtverbunden aus dünnen strukturierten Schichten mit mindestens einer nachträglich aufgebrachten dünnen Metallschicht, wie es z. B. bei der Herstellung von Leiterplatten, Dünnschichtkondensatoren, Dünnschichtthermoelementen Anwendung findet.