DE2151127C3

DE2151127C3 - Verfahren zum Abscheiden eines Metallisierungsmusters und seine Anwendung

Info

Publication number: DE2151127C3
Application number: DE2151127A
Authority: DE
Inventors: Robert Allan Yorktown Heights N.Y. Laff
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-12-16
Filing date: 1971-10-14
Publication date: 1981-04-16
Also published as: DE2151127B2; DE2151127A1; FR2117855A1; FR2117855B1; JPS5539624B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Metallisierungsmusters auf einem Substrat durch selektives, reduktives Abscheiden aus einer reduzierenden, eine reduzierbare Verbindung des abzuscheidenden Metalls enthaltenden Gasphase.

Bei der Herstellung beispielsweise von monolithischsn Schaltkreisen müssen Leitungsmuster auf isolierenden Substraten erzeugt werden. Üblicherweise werden solche Muster so hergestellt, daß Metall ganzflächig auf das Substrat aufgebracht und anschließend auf photolithographischem Weg das Muster herausgeätzt wird. Insbesondere bei der Verwendung schwer schmelzender Metalle treten dabei Schwierigkeiten auf. Auch können metallische Leitungen in einem großen Verhältnis von Höhe zu Breite nicht mit diesem bekannten Verfahren hergestellt werden. Weiterhin ist beim Überziehen von bestimmten Strukturen mit einem Metall nicht sichergestellt, daß dieso Strukturen vollständig abgedeckt werden.

Es s>ind auch Verfahren bekannt, bei denen auf dem Substrat zunächst eine das Negativ des gewünschten Musters wiedergebende Maske aufgebracht und anschließend das Metall entweder ganzflächig aufgebracht und anschließend die Maske mit dem daraufliegenden Metall entfernt wird oder das Metall selektiv auf den von der Maske nicht bedeckten Bereichen abgeschieden wird. Ein Verfahren der erstgenannten Art ist beispielsweise in der britischen Patentschrift 10 51 451 beschrieben. Die Herstellung der Maske ist dabei nicht einfach. Außerdem ist das Verfahren auch nicht dafür geeignet., um sehr dicke Metallisierungsmuster zu erzeugen. Verfahren, bei denen das Metall selektiv abgeschieden wird, sind in dem US-Patent 34 77 872, dem britischen Patent 11 29 707 und in dem US-Patent 23 43 323 offenbart. Im britischen Patent 11 29 707 und in dem US-Patent 34 77 872 wird die Abscheidung von sehr dünnen Wolframschichten auf von der Maske nicht abgedeckten Siliciumbereichen beschrieben, wobei eine flüchtige Wolframverbindung durch Silicium unter Abscheidung von Wolfram reduziert wird. Bei dem in dem US-Patent 32 43 323 beschriebenen Verfahren wird die selektive epitaxiale Abscheidung von Silicium oder Germanium auf teilweise durch eine SiCvMaske abgedecktem Silicium bzw. Germanium dadurch ermöglicht, daß das SiO? durch eine Vorbehandlung (zusätzlicher Verfahrensschritt) mit HCl-Gas siliciumabstoßend gemacht wird. Mit dem Verfahren erhält man gute Ergebnisse im Fall des Germaniums, im Fall des Siliciums sind die Ergebnisse weniger zufriedenstellend.

Es ist die Aufgabe der Erfindung zum selektiven Aufbringen von Metallisierungsmustern auf ein Substrat ein Verfahren anzugeben, welches mit möglichst wenig Verfahrensschritten auskommt, welches es erlaubt, auch relativ dicke Muster zu erzeugen und dabei reproduzierbare Ergebnisse liefert.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Aus der britischen Patentschrift 10 51 451 ist zwar das

Ätzen der Substratbereiche, auf welchen kein Metall abgeschieden wird, d. h. der Bereiche unter der Maske, während des Abscheidens bekannt, jedoch ergibt sich diese ätzende Wirkung anders als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, daß eine durch eine Reaktion mit dem Maskenmaterial entstehende Verbindung in die Gasatmosphäre im Raum zwischen Maske und Substrat gelangt, wodurch das Gas ätzend wird.

Vorzugsweise wird als reduzierende Komponente in der Gasphase Wasserstoff verwendet

Als Glassubstratmaterial wird bevorzugt ein Material aus der Gruppe Natronkalkglas, Borsilikatglas, Aluminiumborsilikatglas, Aluminiumphosphorsilikatglas oder Phosphorsilikatglas verwendet. Die schützende Schicht wird bevorzugt aus einem Material aus der Gruppe Chrom, Wolfram, Molybdän, Kupfer, Aluminium, Siliciumdioxid, Silicium, Aluminiumoxid oder Siliciumnitrid oder aus zusammengesetzten Chrom-Kupfer- oder Chrom-Kupfer-Chrom-Schichten gebildet

Zum Aufbringen von Schichten aus schwer schmelzenden Metallen erfolgt vorzugsweise das Abtragen des Substrats durch die gasförmige Verbindung des aufzubringenden Metalls und ein bei der Reduktion entstehendes gasförmiges Nebenprodukt Solche Metalle sind beispielsweise Wolfram, Molybdän, Tantal, Hafnium, Zirkonium, Rhenium oder Silicium. Das Metall wird dabei bevorzugt aus einer Verbindung, die bei einer Temperatur im Bereich zwischen Raumtemperatur und 700⁰C gasförmig ist oder einen relativ hohen Dampfdruck hat, abgeschieden. Die schützende Schicht wird durch die Verbindung des Metalls und durch das bu der Reduktion entstehende Nebenprodukt nicht angegriffen. Auf ihm kann sich daher das freigesetzte Metall niederschlagen.

Wenn Metalle, wie z. B. Kupfer, Silber, Gold, Aluminium oder Chrom, auf ein Substrat aufgebracht werden sollen, dann wirken die gasförmige Metallverbindung und das bei der Reduktion gebildete Nebenprodukt nicht unterschiedlich auf das Substrat und die teilweise das Substrat bedeckende, schützende Schicht ein. Es würde somit sowohl auf dem Substrat als auch auf dem Überzug eine durch die Reduktion gebildete Metallschicht entstehen. Ein selektives Aufbringen wird hier jedoch vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß zusammen mit der gasförmigen Verbindung des Metalls und dem diese Verbindung reduzierenden Gas ein weiteres, mit dem Substratmaterial chemisch reagierendes Gas über das Substrat geleitet wird, durch das das Substrat abgetragen wird und das einen Niederschlag auf dem Substrat verhindert Für diesen Zweck wird vorteilhaft ein Material aus der Gruppe Fluorwasserstoff, Chlorwasserstoff, Schwefelhexafluorid oder Schwefelhexachlorid verwendet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der F '-;_.j;.g, bei dem nur die gasförmige Metallverbindung und das reduzierende Gas über das Substrat geleitet wird,

F i g. 2 eine Einrichtung, in der zusätzlich ein mit dem Substratmaterial reagierendes Gas über das Substrat geleitet wird,

F i g. 3 einen Querschnitt durch das teilweise mit der schützenden Schicht bedeckte Substrat,

F i g. 4 einen Querschnitt durch das Substrat nach dem selektiven Aufbringen einer Metallschicht,

Fig.5 die perspektivische Ansicht einer mit einer Metallschicht zu überziehenden Struktur auf einem Substrat,

Fig.6 die Anordnung gemäß Fig.5 nach dem Herstellen des Metallüberzuges,

F i g. 7 die perspektivische Ansicht einer Anordnung auf der an vorgegebenen Stellen eine Metallschicht aufzuwachsen ist,

Fig.8 die Anordnung gemäß Fig.7 nach dem Aufwachsen der Metallschicht

F i g. 9 die Darstellung verschiedener Konzentrationen in dem Gasgemisch, in der Nähe des Substrats und F i g. 10 die schematische Darstellung der Abtragung des Substrats an den Stellen der schützenden Schicht

In der Figur ist eine Einrichtung zum selektiven Aufbringen von Wolfram auf eine Substratoberfläche dargestellt Wolfram ist wegen seiner hohen Schmelztemperatur seiner hohen Rekristallisationstemperatur, seinem niedrigen elektrischen Widerstand, seiner die Diffusion von Edelmetallen einschränkenden Eigenschaften und seines geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ein begehrtes Fabrikationsmateria; Das hier beschriebene Verfahren zum Niederschlage, von Wolfram mit Hilfe der Wasserstoffreduktion vor. Wolframhexafluorid besitzt mehrere Vorteile, z. B. eine große Niederschlagsgeschwindigkeit, geringe Prozeßtemperaturen, Niederschläge hoher Reinheit und die Bildung von ausschließlich gasförmigen Nebenprodukten. Die so erhaltenen Wolframschichten wurden bei einer Vielzahl von verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten erprobt, so beispielsweise bei Wolframtiegeln für die Herstellung von Einkristallen.

Die Einrichtung nach F i g. 1 enthält einen Behälter 10 aus korrosionsfestem Stahl, der als Quelle für vorgereinigten Wasserstoff dient Der Wasserstoff strömt über Palladiumwindungen, die durch den Block 12 dargestellt sind, durch ein molekulares Sieb 14, ein Ventil 16 sowie durch einen Durchflußmesser 18 in eine Mischkammer 20 aus korrosionsfestem Stahl.

Ein Behälter 22, ebenfalls aus rostfreiem Stahl, enthält Wolframhexafluoridgas. Dieses wird über ein geeichtes Ventil 24 in die Mischkammer 20 geführt. Die Mischung aus Wasserstoff und Wolframhexafluorid passiert einen Balg 26 und gelangt in ein Reaktionsgefäß 28 aus Quarz, das durch eine Hochfrequenzwicklung 30 beheizt wird. Die das Reaktionsgefäß 28 verlassenden Gase werden durch einige Meter einer gewundenen Rohranlage 29 geführt, damit eine Rückdiffusion von Gasen aus der Umgebung verhindert wird, und dann über einen mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Abzug abgeführt Als Sicherheitsmaßnahme kann im Abzug ein Druckabfall vorgesehen sein, so daß im Falle eines Versagens des Abzuges dieser mit Stickstoff durchflutet wird. Das Wolframhexafluorid ist von hoher Reinheit und wird in vorgereinigten, korrosionsfesten Stahlbehältern aufbewahrt, die in Wasserstoff erhitzt und einer Leckuntersuchung mit Helium unterzogen wurden.

Die Substrate im Reaktionsgefäß haben die Form flacher Scheiben und sind aus Borsilikatglas, Natronkalkglas oder einem ähnlichen Glas hergestellt. Auf diesen wird ein Muster der Schutzüberzug bzw. eine gemusterte schützende Schicht 34 niedergeschlagen oder mit Hilfe photolithographischer Techniken hergestellt Vor dem Aufbringen dieses Überzuges werden die Substrate in einem Ultraschallbad gereinigt und dann in heiße Schwefelsäurelösung gebracht Sie werden

anschließend in deionisiertem Wasser, Alkohol und dem Dampf eines fluorierten (Halogen-)Kohlenwaisserstoffes, welcher von der Firma Du Pont unter dem Handelsnahmen Freon vertrieben wird, gespült. Die gemusterten Oberzüge 34 auf den Substraten können beispielsweise durch Elektronenstrahlverdampfung oder Kathodenzerstäubung hergestellt werden. Die so vorbereiteten Substrate werden auf einem mit Wolfram überzogenen Graphitträger 36 untergebracht, der auf einem nicht dargestellten Quarzschlitten geführt werden kann. Die Einrichtung wird vor Inbetriebnahme vorzugsweise für eine Stunde in Wasserstoff gereinigt, wobei der Wasserstoffstrom 15 Liter pro Minute beträgt. Der Graphitträger 36 wird durch induktive Beheizung auf 400° C gebracht, wobei die Temperatur mit Hilfe eines Thermoelementes, das in einer Vertiefung des Graphitträgers untergebracht ist, ermittelt wird. Etwa 10 Minuten nachdem diese Temperatur von 400⁰C erreicht ist, wird das Wolframhexafluorid in das System gegeben.

Die gemusterten Überzüge 34 auf den Substraten können aus Chrom, Molybdän, Wolfram, Kupfer, Aluminium, Silicium, Siliciumdioxyd, Siliciumnitrid, Aluminiumoxyd oder Schichten aus Kupfer —Chrom oder Chrom — Kupfer — Chrom bestehen. Das aus dem Wolframhexafluorid freigesetzte Wolfram schlägt sich nur auf diesen Überzügen nieder, während die Substrate selbst an ihren Oberflächen geätzt werden.

F i g. 2 zeigt eine weitere Einrichtung zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens. Diese Einrichtung besitzt einen Einlaß für Wasserstoff und einen Einlaß für Fluorwasserstoff oder Schwefelhexafluorid. Zur Erfassung der einströmenden Gasmengen sind zwei Durchflußmesser 50 und 52 vorgesehen. Die Gase werden zu einem Reaktionsgefäß 54 geleitet, das von einer Hochfrequenzwicklung 56 beheizt werden kann. Innerhalb des Reaktionsgefäßes befindet sich ein Graphitträger 18, auf dem ein mit einem gemusterten Überzug versehenes Substrat 20 aus einem geeigneten Glas, wie beispielsweise Borosilic? tglas oder Natronkalkglas, angeordnet ist Das Material des gemusterten Überzugs auf dem Substrat 20 ist beispielsweise Chrom, Wolfram, Molybdän, Kupfer, Aluminium, Silicium, Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd oder Siliciumnitrid. Es können auch geschichtete Überzüge verwendet werden, die beispielsweise aus Chrom —Kupfer oder Chrom —Kupfer — Chrom bestehen.

Die Quelle für die gasförmige Metallverbindung ist in einem Gefäß 62 enthalten. In diesem Gefäß befindet sich beispielsweise Kupferhexafluoracetylaceton, eine bei niedrigen Temperaturen gasförmige Kupferverbindung. Das Gefäß 62 ist in einer Kammer 64 angeordnet, die in nicht gezeigter Weise auf eine Temperatur von 130 bis 150⁰C aufgeheizt wird. Um eine ausgeglichene Wärmeverteilung in der Kammer 64 zu erhalten, ist ein Propeller 66 vorgesehen. Argon oder ein anderes geeignetes inertes Gas wird in das Gefäß 62 geführt und dient so als Trägergas für die Kupferverbindung. Die aus dem Reaktionsgefäß 54 austretenden Gase werden zu einem nicht gezeigten, mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Abzug geleitet

Das Kupferhexafluoracetylaceton wird vorzugsweise auf einer Temperatur im Bereich 130 bis 150°C gehalten. Die Menge des eingeführten Argons oder eines entsprechenden inerten Gases liegt zwischen 100 und 1000 cm³ pro Minute. Das Volumenverhältnis von Fluorwasserstoff und Wasserstoff liegt bei etwa 0,01 bis 0,1. Typische Werte sind 1 Liter Fluorwasserstoff pro Minute und 10 Liter Wasserstoff pro Minute.

In dem Reaktionsgefäß 54 wird die gasförmige Metallverbindung, d. h. das Kupferhexafluoracetylaceton, durch Wasserstoff reduziert, so daß Kupfer entsteht, das sich auf dem gemusterten Überzug auf dem Substrat 60 niederschlägt. Der Fluorwasserstoff bzw. das Schwefelhexafluorid reagieren mit den freiliegenden Oberflächen des Substrats, wodurch hier kein Kupferniederschlag stattfindet, sondern das Substrat geätzt wird. Das Material des Überzugs auf dem Substrat dagegen reagiert mit dem Fluorwasserstoff oder dem Schwefelhexafluorid nicht oder nur unwesentlich. Anstelle des Fluorwasserstoffs oder eines Fluorids lassen sich vorteilhaft auch Chlorwasserstoff oder ein Chlorid zum Ätzen des Substrats verwenden.

F i g. 3 zeigt ein Substrat 32, das zum Teil mit einem schützenden Überzug 34 bedeckt ist. In der F i g. 4 ist dieses Substrat nach dem Aufbringen einer Metallschicht 40 in der beschriebenen Weise dargestellt. Das Metall wird lediglich auf dem Überzug 34 niedergeschlagen, während die restliche Oberfläche des Substrats 32 abgetragen wird.

Wenn Glas nach einem der bekannten Verfahren geätzt wird, dann tritt gewöhnlich bei relativ großen Atztiefen eine Unterhöhlung auf. Wenn jedoch das hier beschriebene Verfahren durchgeführt und anschließend das aufgebrachte Metall mit dem darunterliegenden Überzug entfernt wird, dann erhält man ein mit dem Muster des Überzugs übereinstimmendes Ätzmuster im Substrat. Zur Entfernung von beispielsweise niedergeschlagenem Kupfer kann Salpetersäure und zur Entfernung des schützenden Überzuges, beispielsweise aus Wolfram, kann eine KOH, K₂Fe3(CN₆)-Lösung verwendet werden. Die Breite der nicht geätzten Stellen des Substrates ist in Ätzrichtung relativ konstant. So wurden beispielsweise Stellen von 600 μΐη Größe bis zu einer Tiefe von 21 μπι geätzt, wobei nur eine geringe Änderung des Durchmessers und der Form erfolgte. Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist die Ätzgeschwindigkeit bei diesem Verfahren. So wurden Ätzgeschwindigkeiten von etwa 5 bis 10 μπι pro Minute erreicht

Es kann zwischen zwei Arten des Niederschiagens, dem Überziehen und dem Aufwachsen, unterschieden werden.

Beim Überziehen besitzt die zu beschichtende Struktur eine dreidimensionale Form. Eine derartige Anordnung zeigt die Fig.5, in der Kupfer-Chrom-Übertragungsleitungen 42 auf einem Substrat 32 aus Borosilicatglas angeordnet sind. F i g. 6 zeigt die gleiche Anordnung nach dem Beschichtungsvorgang. Als Beschichtungsmaterial wurde Wolfram verwendet, das durch Reduktion von Wolframhexafluorid gewönnen wurde. Die Wolframschichten überdecken die Übertragungsleitungen 42 vollständig, wobei zwischen den einzelnen Leitungen keine Metallablagerung stattfand, sondern hier das Substrat chemisch abgetragen wurde.

Das Aufwachsen unterscheidet sich von dem Überziehen dadurch, daß die zu beschichtende Räche eben, d. h. im wesentlichen zweidimensional ist, aus der dann eine dreidimensionale Struktur gebildet wird. Solche dreidimensionalen Strukturen können auf einem Substrat mit Hilfe eines gemusterten dünnen Films selektiv aufgewachsen werden. Die F i g. 7 zeigt ein Substrat 32, das zum Teil mit einem dünnen, schützenden Überzug 46 versehen ist Auf diesem Überzug wird das Metall selektiv aufgewachsen. Fig.8 zeigt das Substrat nach dem Aufwachsvorgang. Auf diese Weise kann ein dünner Film mit einer Dicke von wenigen 10 000 pm in

eine Schicht 48 mit mehreren μιη Dicke umgewandelt werden, wobei sich die Breite in der Aufwachsrichtung hur wenig ändert.

In der Tabelle I sind einige Ergebnisse dargestellt, die beim Überziehen von elektrischen Übertragungsleitungen erzielt wurden. Als Leitungen wurden Schichten aus Chrom —Kupfer oder Chrom —Kupfer —Chrom von jeweils insgesamt 10 μιη Dicke verwendet. Diese

Tabelle I

wurden auf ein Substrat aus Borsilikatglas mit einer Dicke von 25 μιη aufgebracht. Dieses Substrat wurde wiederum auf einer Unterlage aus Aluminiumoxid befestigt. Es wird darauf hingewiesen'daß sich die totale Dickenänderung sowohl aus der Ablagerung des Metalls, das im vorliegenden Metall Wolfram ist, als auch der Abtragung des Glassubslrates ergibt.

Beispiel Anfangsdicke

Enddicke

[μηι]

Dickenänderung

[μιη] Substrat
temp.

[Π

Zeit

[min]

Niederschlagsgeschwindigkeit

[nm/S]

10,5	16,5	6,0	400	3	20
10,5	24,4	16,9	405	5	20
10,5	19,6	9,1	400	1	20-40
10,5	15,3	4,8	390	2	15
10,5	19,9	8,4	398	4	15
0,1	24,7	24,6	420	12	5

Die Temperatur im Reaktionsgefäß liegt vorteilhaft im Bereich zwischen Raumtemperatur und 700°C. Bei der Bildung von Wolfram aus Wolframhexafluorid liegt das Mengenverhältnis dieses Gases zu Wasserstoff 3» vorzugsweise zwischen 0,0001 und 0,2. Geeignete Durchflußraten sind beispielsweise 0,3 Liter Wolframhexafluorid pro Minute und 15 Liter Wasserstoff pro Minute.

Die Metallschichten werden auf sehr dünnen Filmen 3, niedergeschlagen, die in einem durch photolithographische Techniken hergestellten Muster auf einem Substrat aufgebracht sind. Solche Überzüge mit einer Dicke von nur 5 nm waren ausreichend, um darauf beispielsweise eine Schicht aus Wolfram aufwachsen zu lassen. Die folgende Tabelle II zeigt die Materialien, die als Unterlagen für aufgewachsene Wolframfilme mit Dicken im Bereich von 0,1 bis 50 μιη verwendet wurden.

Tabelle II

Material

Dicke des
Materials

Art des Aufbringens des Materials

Dicke des niedergeschl. Wolframs

Cr	5 nm	Elektronenstrahlverdampfung	4 μηι
		Kathodenzerstäubung
Al	200 nm	Aufdampfen	4 μιη
Mo	100 nm	Kathodenzerstäubung	4 μηι
W	5 nm	Elektronenstrahlverdampfung	3 bis 6 um
		Kathodenzerstäubung
Al₂O₃	75 nm	Kathodenzerstäubung	2 bis 4 μιη
SiO₂	150 nm	Kathodenzerstäubung	1,5 μηι
Cr-Cu	150 nm	Elektronenstrahlverdampfung	2 bis 10 μιη

Der aus den genannten Materialien bestehende Überzug stellt eine schützende Schicht auf dem Substrat gegenüber den Angriffen des Fluorwasserstoffs oder der Fluoride bzw. Chloride dar. Bei der Verwendung von Wolframhexafluorid und Wasserstoff als Ausgangsstoffe bildet sich der Fluorwasserstoff gemäß folgender Reaktion:

WF₆T+3 H₂ T-* W+6HFT

Die schützenden Materialien werden durch den Fluorwasserstoff und das Fluorid entweder nicht oder nur sehr wenig angegriffen, so daß sich genügend Wolfram auf diesen Materialien ablagern kann.

Das Substrat selbst, d. h. die freiliegenden Oberflächen des Glassubstrates, werden dagegen viel stärker durch den Fluorwasserstoff und das Metallfluorid angegriffen.

Die folgende Tabelle zeigt die Zusammensetzung verschiedener Substratmaterialien. Es wird unterschieden zwischen weichen und harten Gläsern. Weiches Glas, das auch als Natronkalkglas bezeichnet wird, setzt sich im wesentlichen aus S1O2 und Na2Ü zusammen.

Harte Gläser der Borosilicatgruppe sind gewöhnlich aus S1O2 und B2O3 zusammengesetzt. Zusätze von Aluminium und Barium bestimmen oft die Eigenschaften dieser Gläser. Der Siliciumdioxydgehalt bei beiden Glasarten

geht bis zu 70 Gewichtsprozent. Die große Ätzbarkeit des Siliciumdioxyds in diesen Gläsern rührt daher, daß ein Auslaugen des Glases an der Oberfläche infolge der größeren Reaktionsfähigkeit der anderen Bestandteile des Glases stattfindet, so daß ein offenes Netzwerk aus Siliciumdioxyd entsteht, das leicht angreifbar ist.

Tabelle III	Typ	SiO₂	Na₂O	K₂O	CaO	MgO	B₂O₃	Al₂O₃	BaO
Klasse	Natronkalk	70,1	16,8	0,3	5,4	3,6	0,8	2,58	_
Weiches Glas	Borosilicat	65,5	4,3	3,1	1,0	-	16,0	5,5	2,5
Hartes Glas		70,0	-	0,5	0,1	0,2	28,0	1,1	Li₂O
		50,2	-	-	-	-	13,8	10,7	25,0

Das Aufwachsen des Metalls wird durch die verschiedenen Verfahrensgrößer!, wie Wasserstoff, Durchflußmenge, Aufwachsgeschwindigkeit und Substrattemperatur beeinflußt. Die F i g. 9 zeigt dies für das Aufwachsen von Wolfram. Es sind dort die Wolframhexafluorid- und die Fluorwasserstoff-Konzentration über einem Teil des Substrats aufgetragen. In der Mitte auf dem Substrat befindet sich ein schützender Überzug. Durch den Niederschlag des Wolframs auf diesem Überzug sinkt die Wolframhexafluorid-Konzentration hier stark ab. Gleichzeitig tritt hier ein starker Anstieg der Fluorwasserstoff-Konzentration auf, da dieses Gas ein Nebenprodukt der Reduktion von Wolframhexaflunrid ist. Die besonders intensive Abtragung des Substrats neben den schützenden Überzügen ist eine Folge dieser hohen Fluorwasserstoff-Konzentration. Die Fig. 10 zeigt die Oberfläche eines Substrates aus Borosilicatglas nach dem selektiven Aufbringen von Wolfram an der mit 1 gekennzeichneten Stelle. Die in dieser Figur verwendeten Ziffern entsprechen den Positionsnummern der folgenden Tabelle. Der Position 3 ist die Stelle im Substrat mit der größten Abtragung zugeordnet.

Tabelle IV
Röntgenstrahlenintensität X lOOO

Position

Si

0,3

1,3

40,3

11,0

35,0

128,0

126,0

1,0

15,0

4,5

0,3

0,6

13,0

4,5

Die gute Selektivität beim Aufwachsen des Metalls wird durch die scharfe Grenzlinie zwischen den Aufwachsgebieten und dem geätzten Substrat erreicht.

Das Überziehen von Metalleitungen kann bei der Herstellung elektronischer Schaltkreise vorteilhaft durchgeführt werden. Beispielsweise kann es dazu dienen, die Materialwanderung von Metallen zu verhindern, die Korrosion der Leitungen zu vermindern.

thermische Ausdehnungskoeffizienten auszugleichen, den Leitungen eine größere Härte oder verbesserte Adhäsion zu geben sowie gegen chemische Einflüsse oder eine Diffusion zu schützen.

Im folgenden werden einige typische Anwendungsbeispiele des Verfahrens beschrieben:

1) Selektives Aufbringen von Wolfram auf ein Substrat aus Borosilicatglas.

a) Aufbringen des Glases auf eine Aluminiumoxydunterlage.

b) Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd, Silicium, Siliciumnitrid oder eines anderes geeignetes Schutzmaterial wird in einem Muster auf das Glas aufgebracht.

3D c) Wolfram wird durch Reduktion von Wolfram-

hexafluorid mit Wasserstoff auf dem Schutzmaterial niedergeschlagen.

2) Überziehen von Metall-Leitungen.

a) Aufbringen von Borosilicatglas auf eine Aluminiumoxydunterlage.

b) Aufbringen von Chrom-Kupfer-Schichten oder anderem Schutzmaterial auf die Glasoberfläche.

c) Selektives Aufbringen von Photolack auf das Schutzmaterial.

d) Selektives Entfernen des Schutzmaterials durch Galvanoplastik.

e) Entfernen des Photolacks.

f) Selektives Aufbringen von Wolfram durch Wasserstoffreduktion von Wolframhexafluorid auf das Schutzmaterial.

3) Das gleiche Verfahren wie bei 2), jedoch erfolgt das selektive Entfernen des Schutzmaterials durch Ätzen.

4) Verwendung von teilweise gebranntem Borosilicatglas als Subtratoberfläche.

a) wie bei 1), 2) und 3).

b) Auffüllen mit Glas und teilweises Brennen.

c) Selektives Aufbringen eines Schutzüberzuges auf das teilweise gebrannte Glas.

d) Selektives Aufbringen von Wolfram.

e) Entfernen des nicht abgeätzten, aufgefüllten Glases und weiteres Brennen.

Hierzu .i Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen eines Metallisierungsmusters auf einem Substrat durch selektives, reduktives Abscheiden aus einer reduzierenden, eine reduzierbare Verbindung des abzuscheidenden Metalls enthaltenden Gasphase, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glassubstrat (32) mit einer das gewünschte Muster wiedergebenden, schützenden Schicht (34) selektiv bedeckt und dann der Gasphase, welche so zusammengesetzt wird, daß sie die freiliegenden Substratbereiche in einer die Metallabscheidung verhindernden Weise abätzt, ausgesetzt wird, bis sich auf der Schicht (34) das Metall in der gewünschten Dicke abgeschieden hat

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierende Komponente in der Gasphase Wasserstoff verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Glassubstratmaterial ein Material aus der Gruppe Natronkalkglas, Borsilikatglas, Aluminiumborsilikatglas, Aluminiumphosphorsilikatglas und Phosphorsilikatglas verwendet wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (34) aus einem Material aus der Gruppe Chrom, Wolfram, Molybdän, Kupfer, Aluminium, Siliciumdioxid, Silicium, Aluminiumoxid·und Siliciumnitrid oder aus zusammengesetzten Chrom-Kupfer- oder Chrom-Kupfer-Chrom-Schichten gebildet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus einer Verbindung, die bei einer Temperatur im Bereich zwischen Raumtemperatur und 700⁰C gasförmig ist oder einen relativ hohen Dampfdruck hat, abgeschieden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als abzuscheidendes Metall Wolfram, Molybdän, Tantal, Hafnium, Zirkonium, Rhenium oder Silicium verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmige Verbindung ein Fluorid oder ein Chlorid des aufzubringenden Metalls verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Wolframhexafluorid verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das abzuscheidende Metall aus der Gruppe Kupfer, Silber. Gold, Aluminium und Chrom ausgewählt und der Gasphase ein das Substrat ätzender Stoff zugefügt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Substratmaterial ein Material aus der Gruppe Natronkalkglas, Borsilikatglas, Aluminiumborsilikatglas, Aluminiumphosphorsilikatglas und Phosphorsilikatglas und als das Substrat ätzender Stoff ein Material aus der Gruppe HF, HCl, SF₆ und SCU verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als abzuscheidendes Material Kupfer und als dessen gasförmige Verbindung Kupferhexafluoracetylacetonat verwendet wird und daß die Reduktion dieser Verbindung bei etwa 130 bis etwa 150°C vorgenommen wird.

12. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines Ätzmusters im Substrat, indem nach dem selektiven Aufbringen des Metalls (40) und dem gleichzeitigen Ätzen des Substrats (32) die schützende Schicht (34) und das aufgebrachte Metall (40) entfernt werden.