DE2323988A1

DE2323988A1 - Verfahren zur abscheidung sehr duenner metallischer schichten

Info

Publication number: DE2323988A1
Application number: DE19732323988
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Bessot
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1973-05-11
Publication date: 1973-11-22
Also published as: DE2323988C2; GB1372167A; FR2183603A1; FR2183603B1; IT987402B; BE799398A; CH572101A5

Description

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS CIT-ALCATEL Paris, Frankreich

Verfahren zur Abscheidung sehr dünner metallischer Schichten,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden sehr dünner metallischer Schichten auf ein Substrat, insbesondere zur Herstellung von besonders robusten Kondensatoren.

Bekanntlich scheidet man bei der Herstellung von Kondensatoren eine dünne leitende Schicht auf die beiden Oberflächen eines isolierenden Substrates ab. Die Abscheidung dieser Schicht kann nach verschiedenen Verfahren, insbesondere galvanischen Verfahren oder durch Vakuumaufdampfung vorgenommen werden.

In zahlreichen Fällen jedoch, insbesondere wenn das Substrat eine Keramik ist, haften die so erhaltenen Schichten auf ihren Trägern in unzureichender Weise. Es ist somit nicht möglich, Kondensatoren herzustellen, welche erhöhten Beschleunigungen

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- 2 nach den oben genannten Verfahren ausgesetzt werden.

Es wurde somit ein wiederholbares lolgeverfahren zur Bildung sehr dünner leitender Schichten untersucht, die weseifclich besser am Substrat hafteten und dabei über die Zeit sehr stabil blieben und darüber hinaus die Eigenschaften, im Zinn unlöslich zu sein, aufwiesen. Die letztgenannte Eigenschaft ermöglicht es nämlich, dann die elektrischen Anschlüsse zwischen den Elementarkondensatoren herzustellen, ohne die Oberfläche der metallischen Abscheidung zu verändern.

Ss schien, daß das Verfahren, welches es am ehesten gestattete, sehr dünne Schichten mit vorher genau definierter Dicke/ aas verfahren der Kathodenzerstäubung war. Man weiß jedoch, daß solche Schichten auf gewissen Substraten ein mittleres Haftvermögen und eine ziemlich große Streuung der Eigenschaften aufweisen, um die Abscheidung besonders gut zum Haften zu bringen und auf zahlreiche Arten von Substraten, insbesondere auf Keramiken, ausaudelfen, fand man, daß es notwendig war, nach einer Reinigung des Substrats vorher eine Haftungs- oder Yerankerungssehicht abzuscheiden, die aus einem Film von etlichen Zehntel Mikron Dicke eines chemischen Elements mit der Valenz 4 bestand, insbesondere aus !Ditan, Zirkonium, Hafnium oder Silicium oder Germanium. Das Titan wird oft gewählt, weil es sich besonders einfach handhaben läßt.

Auf die Abscheidung eines so aufgestäubten Elementes mit der Wertigkeit 4 kann man leicht, ebenfalls durch Aufstäubung, sämtliche Arten von Metallen abscheiden, die sehr stark an der Verankerungsschicht haften. Kupfer erscheint

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am ehesten verwendbar; seine große Lösungsfähigkeit bzw. Löslichkeit im Zinn jedoch läßt es zu leicht im Verzinnungsbad, das notwendig für die Herstellung der Anschlüsse ist, schmelzen. Nach anderen Vorschlägen wird das teuere Platin, was weniger bequem zu handhaben ist, verwendet. Es wurde dann versucht, eine Nickelschicht abzuscheiden; es wurde festgestellt, daß diese in beachtlich günstiger Weise an jedem Element der Wertigkeit 4 haftet, besser als jedes andere Metall und daß es im übrigen vollkommen verzinnbar ist.

Die Erfahrung zeigt jedoch, daß die Nickelschichten leicht in der Wärme oxydieren. Um diesem Nachteil beizukommen, ist es notwendig eine dritte sehr dünne Schicht von etlichen Zehntel Mikron auf die Nickelschicht als Schutzschicht abzuscheiden.

Werden solche Abscheidungen nacheinander in unterschiedlichen Räumen bzw. Gefäßen durchgeführt und umfaßt der Arbeitszyklus eine Rückführung in die Umgebungsluft nach jeder Zerstäubung, so beobachtet man eine nicht vernachläßigbare Streuung der Eigenschaften der verschiedenen so hergestellten Schichten.

Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zum Abscheiden sehr dünner metallischer Schichten, das darin besteht, auf den Substraten die drei folgenden Vorgänge nach einer vorherigen Reinigung vorzunehmen:

- Abscheiden durch Kathodenzerstäubung einer Verankerungsschicht von etlichen Zehntel Mikron Dicke, gebildet aus

einem Element der Gruppe 4 des periodischen Systems der Elemente und insbesondere aus Titan, Zirkonium, Silicium

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und Germanium;
-. Abscheiden durch Kathodenzerstäubung einer Nickelschicht;

- Abscheiden durch Kathodenzerstäubung einer Schutzschicht.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß diese Zerstäubungsvorgänge verkettet in einem umschlossenen Raum bzw. einer Kamin er ausgeführt werden, die dauernd während sämtlicher Vorgänge unter Vakuum gehalten wird, wobei jedes Substrat durch Zerstäubung mit einer Verankerungsschicht, dann mit einer Nickelschicht und schließlich einer Schutzschicht überdeckt wird.

Die Erfindung soll nun weiter mit Bezug auf die Herstellung von Kondensatoren unter Abscheiden einer leitfähigen Nickelschicht auf ein isolierendes Keramiksubstrat beschrieben werden.

Nach einer sehr sorgfältigen Reinigung der Substrate werden diese letzteren af einem Substratträger angeordnet und in eine Zerstäubungskammer bzw. einen umschlossenen Zerstäubungsraum mit mehrfachen Kammern eingeführt, vorzugsweise der Bauart der Metallisierungsmaschine mittels kathodischer Zerstäubung wie in der französischen Patentschrift Nr. 72 16 677 vom 10.Mai 1972 beschrieben.

Die auf einem Substratträger angeordneten Substrate werden hierauf selbsttätig aus einer Kammer in eine andere überführt , ohne daß das Vakuum verändert würde, wobei sie in jeder der Kammerabteilungen gleiche Verweilzeit haben.

In der ersten Kammerabteilung wird eine Titanabscheidung in einer Dicke zwischen 0,1 und 0,5 Mikron innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 15 Minuten vorgenommen. Da tat-

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sächlich die Abseheidungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 4 bis 8 Mikron pro Stunde liegt, ist es leicht, 0,1 bis 0,4 Mikron auf jede Fläche des Substrates in dieser Zeitspanne abzuscheiden. Ist die Verankerungsuder Haftschicht so hergestellt, so wird es dann möglich, die folgenden Vorgänge durchführen.

Die Substrate werden in die zweite Kammerabteilung ohne aus der Unterdruckkammer auszutreten, überführt. Sie erleiden eine Nickelaufstäubung. Die Nickelabscheidung erfolgt bei einer Geschwindigkeit von 8 bis 12 Mikron pro Stunde; innerhalb einer 1/4 Stunde erhält man eine Abscheidung von 1 bis 1,5 Mikron auf jeder Seite. Wird die Schicht als unzureichend für die beabsichtigte Verwendung angesehen, so kann man eine dritte Kammer verwenden, um auf der ersten Nickelschicht eine neue Nickelabscheidung 15 Minuten lang vorzusehen und so die Dicke der leitfähigen Schicht verdoppeln. In zahlreichen Fällen jedoch erweist sich eine Nickelschicht von 0,5 Mikron Dicke als ausreichend.

Der Schutz gegen Oxydation wird in der letzten Kammer.abteilung erhalten. Es kann in gewissen Fällen Torteilhaft sein, eine Schicht aus Gold von 1 Mikron Dicke zur Herstellung eines ausgezeichneten Schutzes zu verwenden. Die Abscheidungsgeschwindigkeit des Goldes liegt ganz klar höher als die Abscheidungsgeschwindigkeit des Nickels; man sieht, daß innerhalb von 15 Minuten es leicht ist, eine bei weitem ausreichende Schicht zu erhalten.

Es ist also mit einer Unterdruckkammer mit vier Zerstäubungskammern leicht, in einer Stunde eine Schutzschicht ausreichen-

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der Dicke zu erhalten, welche sämtliche der geforderten Eigenschaften hinsichtlich Homogenität, Robustheit und Stabilität aufweist. Die oben vorgesehene Zeit stellt ein Maximum dar. Es wurden ausgezeichnete Kondensatoren hergestellt, welche vollkommen beständig gegen stark erhöhte Beschleunigungen sind und Schichten von geringerer Dicke nach einer Aufeinanderfolge von Vorgängen auJteisen, die in einer 1/4 Stunde vorgenommen werden und so um so mehr die Produktionskadenz verbessern helfen.

Im übrigen wird darauf hingewiesen, daß eine solche Vorrichtung keinerlei pulverisiertes Material verschwendet. Hieraus folgt, daß mit Prallplatten der bekannten Art es möglich wird, zahlreiche Metallisierungen ohne Auswechslung der Prallplatten vorzunehmen. Man kann somit die Zerstäubungsvorrichtung mehrere Stunden lang im Betrieb halten, ohne daß eine Betriebsunterbrechung notwendig würde.

Das vorher beschriebene Verfahren läßt sich auch auf die Herstellung von Abscheidungen auf verschiedene Kristalle anwenden, welche elektromechanisch« Eigenschaften aufweisen, wie piezoelektrische Keramiken sowie auf die Herstellung von elektrischen stark haftenden Kontakten oder auf die Herstellung von heliumdichten Keramik-Metall-Verbindungen.

Bei der Herstellung keramischer Schichten auf Aluminiumoxydbasis hat man festgestellt, daß die beste Verankerungsschicht durch eine Zerstäubung eines Metalls aus der Gruppe IV A wie Titan oder Zirkonium erhalten wurde.

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Bei Abscheidungen auf Keramiken mit Siliaiumbasis dagegen wurde festgestellt, daß die beste Verankerungsschicht durch die Zerstäubung des Siliciums oder Germaniums erhalten wurde.

Jede Abscheidung einer Schicht kann in einer anderen Kammerabteilung entsprechend der vorstehenden Beschreibung vorgenommen werden. In gewissen Fällen jedoch erweist es sich als vorteilhafter, drei Abscheidungen in einer einzigen Kammerabteilung vorzunehmen.

Obwohl das gerade beschriebene Verfahren als das vorteilhafteste für diese Abscheidung dünner Schichten durch Kathodenzerstäubung im Hinblick auf die Herstellung von Kondensatoren auf Keramik, piezoelektrischen Keramiken oder heliumdichten Keramik-Metall-Verbindungen erscheint, so können verschiedene Modifikationen hieran im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden; gewisse Mittel können durch andere, die in der Lage sind, eine technisch äquivalente üinktion zu sichern, ersetzt werden.

Patentansprüche: - 8 -

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Abscheiden sehr dünner metallischer Schichten, wobei auf diesen Substraten die drei folgenden Vorgänge nach einer vorherigen Reinigung vorgenommen werden:

a- Abscheidung durch Kathodenzerstäubung einer Verankerungsschicht von etlichen Zehntel Mikron Dicke, gebildet aus einem Element mit der Wertigkeit 4,

b- Abscheidung durch Kathodenzerstäubung einer Nickelschicht,

c- Abscheidung durch Kathodenzerstäubung einer Schutzschicht,

dadurch gekennzeichnet, daß diese Zerstäubungsvorgänge in verketteter Weise in einem umschlossenen Raum oder einer Kammer, die dauernd unter Vakuum oder Unterdruck gehalten wird, durchgeführt werden, wobei während aller dieser Vorgänge ;jedes Substrat mit einer durch ein Element mit der Wertigkeit 4 gebildeten Verankerungsschicht, dann mit einer Nickelschicht und schließlich mit einer Schutzschicht überzogen wird.
2. Verfahren zum Abscheiden sehr dünner metallischer Schichten nach Anspruch 1 in einem umschlossenen Raum oder einer Kammer unter Vakuum oder Unterdruck, mit wenigstens drei Kammerabteilungen, zwischen denen die zu bedeckenden Substrate sich selbsttätig fortbewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung Äer Verankerungsschicht in einer ersten Kammer, die der Nickelschicht in einer

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zweiten Kammer und die der Schutzschicht in einer dritten Kammer vorgenommen wird.
3. Verfahren zum Abscheiden sehr dünner jeetallischer Schichten auf eine Keramik auf Aluminiumoxydbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsschicht durch kathodische Zerstäubung von Titan hergestellt wird.
4. Verfahren zum Abscheiden sehr dünner metallischer Schichten auf eine Keramik auf Aluminiumoxydbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsschicht durch Kathodenzerstäubung von Zirkonium hergestellt wird.
5. Verfahren zum Abscheiden sehr dünner metallischer Schichten auf eine Keramik auf Silieiumbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsschicht durch Kathodenzerstäubung von Silidum erhalten wird.
6. Verfahren zum Abscheiden sehr dünner metallischer Schichten auf eine Keramik auf Silieiumbasis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsschicht durch kathodische Zerstäubung von Germanium erhalten wird.

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