DE1771765A1 - Verfahren zur Herstellung festhaftender,elektrisch gut leitender UEberzuege auf Nichtleitern und Halbleitern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung festhaftender,elektrisch gut leitender UEberzuege auf Nichtleitern und Halbleitern

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DE1771765A1
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DE
Germany
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chromium
layer
vapor
gold
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DE19681771765
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English (en)
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Josef Dipl-Chem Dr Jostan
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Telefunken Patentverwertungs GmbH
Original Assignee
Telefunken Patentverwertungs GmbH
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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/027Graded interfaces

Description

  • "Verfahren zur Herstellung festhaftender, elektrisch gut leitender Überzüge auf Nichtleitern und Halbleitern" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung fest. haftender, elektrisch gut leitender, metallischer Überzüge auf aus nichtleitenden oder halbleitenden Materialien bestehenden Substraten.
  • Für viele Zwecke in der Mikroelektronik benötigt man auf Nicht- bzw. Halbleitern. wie Quarz, Glas, Keramik, Saphir, %rund, Silicium, Germanium und anderen temperaturbeständigen Materialien und Kuwetoffen stromleitende, metallische Schichten, die einer mechanischen Beanspruchung standhalten und nicht abblättern. Typisehe Anwendungsfälle solcher Anadnungen sind die Herstellung von 1eiterzügen, Kontakzungen, Schaltungen und Substraten für Bauelemente der verschiedensten Art. Auch zur galvanischen Abscheidung von magnetisierbaren Schichten (Dünnschiebtspeicher) für die Datenspeicherung werden elektrisch leitende Schichten auf. sehr glatten Unterlagen benötigt; beispielsweise bietct Glas eine Oberfläche von so geringer Rauhigkeit, wie sie für die ferromagnetischen IAüuxsahichtspeicher benötigt wird, um die geforderten magnetischen Eigenschaften einzuhalten.
  • Die auf den Nichtleitern oder Halbleitern abgeschiedenen Leiterschichten oder Kontakte sollen einerseits einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen, andererseits auf der glatten Unterlage so fest haften, daß sie bei mechanischen Beanspruchungen nicht abplatzen oder aufreißen. Außerdem soll das aufgebrachte Material möglichst unempfindlich gegen Oxydation durch Luftsauerstoff oder Konrosion durch Säuren, Laugen und andere aggressive Medien sein. Unter den genannten Bedingungen kommen als elektrisch gut leitende Metalle in erster Linie Gold, Silber, Kupfer und Aluminium in Betracht. Im Hochvakuum unmittelbar auf die glatten nichtleitenden oder halbleitenden Substrate aufgedampfte Schichten dieser Metalle weisen nicht die gewünschte Haftfestigkeit auf. Deshalb ist es bekannt, als Haftvermittler zwischen dem Substrat und der elektrisch gut ldtenden Schicht eine dünne Chromschicht aufzudampfen. Das Aufdampfen von Chromast deshalb erforderlich, weil infolge des Fehlens eines guten elektrischen Leiters eine galvanische Abscheidung des Chroms nicht möglich ist und weil eine stromlose Abscheidung von Chrom bisher nicht bekannt geworden ist.
  • Die Chromschichten weisen einen relativ hohen elektrischen Widerstand auf. Die Leitfähigkeit der Metallschicht wird deshalb vorwiegend durch die Dicke der über der Chromschicht aufgebrachten Metallschicht bestimmt.
  • Um ein Beispiel anzuführen: Eine Leiterschicht, die aus einer etwa 340 AE dicken Chromschicht und einer etwa 1000 AE dicken Goldschicht auf Glas besteht, besitzt einen elektrischen Widerstand von etwa 5 12/Quadrat. Dickere Goldschichten weisen geringere Flächenwiderstände auf, die bis zu etwa 1.Q/Quadrat betragen können.
  • Die Haftfestigkeit der Goldfilme auf der Chromschicht ist jedoch gering, insbesondere wenn die Goldfilme, wie angegeben, eine erhöhte Dicke aufweisen, um den Flächenwiderstand herabzusecn. Einer mechanischen Beanspruchung oder der galvanischen Abscheidung einer weiteren Schicht, die beispielsweise eine Permalloyschicht sein kann, sind solche Schichten nicht gewachsen.
  • Die Haftung der Goldschicht auf der Chromschicht ist dann besonders unbefriedigend, wenn die Goldschicht bei Substrattemperaturen unter 200o C aufgedampft wird. In solchen Fällen läßt sich die Goldschicht schon durch einfaches Reiben wieder entfernen. Außerdem dürften auch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Chrom und Gold die Verringerung der Hk.,&»tfestigkeit mitverursachen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mittels dessen haftfeste, elektrisch gut leitende metallische Überzüge auf Nichtleitern oder Halbleitern hergestellt werden können.
  • Die Erfindung besteht darin, daß in an sich bekannter We i3e zunächst eine dünne Schicht aus Chrom als Haftvermittler auf das Substrat aufgedampft vd.rd und daß anschließend das elektrisch gutleitende Metall gleichzeitig oder alternierend mit weiteren Mengen von Chrom in der Weise abgeschieden wird, daB'der Gehalt an Chrom in dem aufgedampften Überzug sich mit der Dicke des Üherzugs vermindert. Die erfindungsgemäße Lösung der genannten P-xfgabe geht zum einen so vor, daß nach dem Abscheiden einer genügend starken Chromschicht unmittelbar auf dem geheizten Substrat mit dem Verdampfen des elektrisch get leitenden Metalls in zunehmender Menge zu beginnen. Die Chromverdampfung wird nicht sofort abgebrochen, sondern allmählich verringert, so daß in steigendem Maße Chrom durch das zweite Metall in der Schicht ersetztvtrd, bis schließlich nur noch das elektrisch gut leitende Metall zum weiteren Schichtaufbau beiträgt.
  • Figur 1 zeigt die Zeitabhängigkeit der aufgedampften Anteile üer beiden Metalle, wemn Chrom und Gold aufgebracht Werden.
  • Wenn Chrom auch einen verhältnismäßig hohen elektrischen Widerstand aufweist, so ist grundsätzlich doch die zunächst auf den Nichtleiter oder Halbleiter aufgedampfte dünne Chromschicht geeignet, als Elektrode für eine galvanische Abscheidung des anderen Metalles zu dienen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, daß beispielsweise Gold und Chrom nicht aus einem gemeinsamen Bad abgeschieden werden können, so daß ein ständiger Badwechsel erforderlich würde. Die Steuerung des Aufdampfprozesses läßt sich sowohl von Hand alb auch über geeichte Aufdampf-Steuergeräte vornehmen. In Fällen,.wo die Aufdampfvorrichtung ea nicht zuläßt, gleichzeitig zwei Aufdampfquellen nebeneinander zu betreiben, ist es gemäß der zweiten Möglichkeit, die die erfindungsgemäße Lösung der genannten Aufgabe bietet, zweckmäßig, in rascher Folge sehr dünne Chromschichten und Schichten aus dem elektrisch gut leitenden Metall bei der Abscheidung abwechseln zu lassen, wobei die aufgedampften Chrommengen schrittweise verringert werden und zuletzt eine dünne Schicht des elektrisch gut leitenden Metalls aufgedampft wird.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man also alle Übergänge -beispielsweise bei Chrom-Gold-Legierungen Schichten mit zunehmendem Soldgehalt bei wachsender Schichtdicke oder lamllarem Aufbau mit ständig abnehmender Schichtdicke der Chromzwischenschichten - zwischen der urmittel-, bar auf das Substrat aufgedampften Chromschicht und der Golddeckschicht realisieren. Die Haftfestigkeit der Leiterschicht, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf der Chromschicht bzw. auf der Unterlage niedergeschlagen wird, übertrifft bei weitem die Haftfestigkeit von Leiterschichten, die nach dem bisherigen Verfahren hergest;;llt wurden. Es könnte mit Hilfe eines in der Dünnschichttüchnik üblichen Abziehtestes, der auf dem Aufkleben einer Klebefolie auf der zu prüfenden Schicht beru#t, festgestellt werden, daß sich auch dickere Chrom-Gold-Schichten mit Flächenwiderständen unter 5 n/Quadrat rieht abziehen ließen, wenn sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgedampft waren. Goldschichten im vergleichbaren Dickenbereich, die ohne den Chrom-Gold-Übergang irrmittelbar auf die Chrom-Schicht aufgedampft waren, ließen sich durch das Klebeband leicht von der Chromschicht abtrennen. Ähnliche Ergebnisse sind bei Chrom/Aluminium-, Chrom/Silber-, Chrom/Kupfer- und anderen Chromlegierungsschichten beobachtet wurden.
  • Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Beispiels näher erläutert.
  • Zur galvanischen Beschichtung von Glas- oder Saphirplättchen mit einer bis zu 30 ,am dicken ferromagnetischen Schicht aus einer Nickel-Eisen-Legierung müssen diese Substrate zunächst geschliffen und poliert werden und anschließend haftfest metallisiert werden.
  • Nach der Reinigung in einem Chromsäure-Schviefelsäure-Gemisch wurde das Substrat gespült, getrocknet und in eine geeignete Aufdampfhalterung eingespannt. Mit Hilfe eines Kohlewiderstandes wurde das Substrat nunmehr im Hochvakuum auf 300°C aufgeheizt. Aus einem Wolframschiffchen wurde sodann pulverisiertes Chrom bei 10-5 bis 10-6Torr verdampft. Nachdem das Substrat mit einer 50 bis 100 AE dicken Chromschicht bedeckt war, wurde mit der. Verdampfung reinen Goldes aus einem zweiten Wolframschiffchen begonnen, wobei die Heizströme für die Wolframschiffchen so gesteuert wuxlen, daß die Verdampfungsrate bei Chrom allmählich auf null abfiel, während die Verdampfungsrate bei Gold stetig anstieg, so daß am Schluß.nur noch Gold verdampfte. Die Dicke der goldreichen Schicht und der darüberliegenden reinen Goldschicht wurde auf den gewünschten Flächenwiderstand abgestimmt. Die verdampfte Menge an Gold war doppelt so groß wie die verdampfte Chrommenge. Bei einer Gesamtschichtdicke Chrom-Chrom/Gold-Gold von 1500 AE betrug der Flächenwiderstand der Gesamtschicht lediglich 3 bis 5 j quadrat. Neben der Haftfestigkeit der elektrisch gut leitenden Schicht sind auch die Härte und die Abriebfestigkeit dieser Schicht gegenüber mit herkömmlichen Verfahren hergestellten Schichten stark verbessert. Die chemische Beständigkeit der , erfindungsgemäß hergestellten Schicht ge-enüber aggressiven Medien. entspricht der von Gold bgw. der des reinen als elektrisch gut leitendes Material verwandten Metalls.

Claims (2)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Herstellung festhaftender, elektrisch gut leitender metallischer Überzüge auf aus nichtleitenden oder halbleitenden Materialien bestehenden Substraten, dadurchh Be kennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zunächst eine dünne Schicht aus Chrom als Haftvermittler auf das Substrat aufgedampft wird und daß anschließend das elektrisch gut leitende Metall gleichzeitig oder alternierend mit weiteren Mengen von Chrom in der Weise abgescbeden wird, daß der Gehalt an Chrom in dem aufgedampften Überzug sich mit der Dicke des Überzuges vermindert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei alternierender Abscheidung von Chrom und dem elektrisch gut leitenden Metall die aus Chrom bestehenden Teile des Überzuges in ihrer Dicke mit der Dauer des Abscheidungsvorganges vermindert wurden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alslletzter Teil des Überzuges eine chromfreie Deckschicht aus dem elektrisch gut leitenden Metall aufgedampft wird. 4. Verfahren r:ach einem der Ansprüche 1 bis Ansprüche 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufdampfvorganges das Substrat beheizt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daB das Substrat auf über 200° 0 aufgeheizt wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch gut leitendes Metall Gold verwendet wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2536423A1 (fr) * 1982-11-19 1984-05-25 Thomson Csf Procede de depot d'electrodes sur support en matiere organique et dispositifs obtenus par ce procede
DE102016201850A1 (de) 2016-02-08 2017-08-10 Carl Zeiss Smt Gmbh Optisches Element

Cited By (3)

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FR2536423A1 (fr) * 1982-11-19 1984-05-25 Thomson Csf Procede de depot d'electrodes sur support en matiere organique et dispositifs obtenus par ce procede
DE102016201850A1 (de) 2016-02-08 2017-08-10 Carl Zeiss Smt Gmbh Optisches Element
WO2017137216A1 (de) 2016-02-08 2017-08-17 Carl Zeiss Smt Gmbh Spiegel für den euv spektralbereich

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