DE2323988C2

DE2323988C2 - Verfahren zum Metallisieren eines nichtleitenden Substrats

Info

Publication number: DE2323988C2
Application number: DE19732323988
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Arpajon Bessot
Original assignee: Compagnie Industrielle de Telecommunication CIT Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1973-05-11
Publication date: 1982-10-28
Also published as: DE2323988A1; IT987402B; CH572101A5; GB1372167A; FR2183603A1; FR2183603B1; BE799398A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Metallisieren eines nichtleitenden Substrats durch Kathodenzerstäubung im Vakuum in mehreren unterschiedlichen Schichten.

Ein solches Verfahren z. B. aus der DE-OS 19 54 499 bekannt Dort wird mittels Kathodenzerstäubung Titan als Haftschicht und darüber Platin aufgebracht, ehe ein Leitbelag aus Gold galvanisch darübergezogen werden kann. Das Platin dient als ätzbeständige Sperrschicht in dem besonderen Anwendungsfall, der die Herstellung von Leiterbahnen aus Gold auf einem halbleitenden Grundkörper betrifft

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, etwa Keramikkondensatoren auf diese Weise herzustellen, welche erhöhten Beschleunigungen ausgesetzt werden. Das hängt vermutlich damit zusammen, daß durch die Kathodenzerstäubung keine sehr gleichmäßigen Beläge erzielt werden, so daß die Haftschicht unterwandert werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem Verfahren der eingangs genannten Art ein isolierendes Substrat so zu metallisieren, daß die Metallschicht auch bei heftigen Erschütterungen gut haftet und in einem Zinnbad thermisch und chemisch stabil bleibt Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des ^Datentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafterweise haftet die Nickel-Zwischenschicht besonders gut auf einem Element der Wertigkeit 4 und schützt eventuelle Fehlstellen der Haft-Grundschicht sicher gegen Unterwanderung. Außerdem ist Nickel in einem Zinnbad beständig, wenn eine dünne Goldschicht als Oxidationsschutz über der Nickelschicht liegt

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die Herstellung von Kondensatoren unter Abscheiden einer leitfähigen Nickelschicht auf ein isolierendes Keramiksubstrat näher erläutert.

Nach einer sehr sorgfältigen Reinigung der Substrate werden diese letzteren auf einem Substratträger angeordnet und in eine Zerstäuberkammer 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 tatsächlich die Abscheidungsgeschwindigkeit 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 Verankerungs- oder Haftschicht so hergestellt, so wird es dann möglich, die folgenden Vorgänge durchzuführen.

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 V₄ 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 Kammerabteilung erhalten. Es kann in gewissen Fällen vorteilhaft sein, eine Schicht aus Gold von 1 Mikron Dicke zur Herstellung eines ausgezeichneten Schutzes zu verwenden. Dieser ist insbesondere bei Keramikkondensatoren von Bedeutung, die in Schaltungen eingelötet werden sollen. 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 ausreichender Dicke zu erhalten, welche sämtliehe 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 Dick«, nach einer Aufeinanderfolge von Vorgängen aufweisen, die in

einer V₄ 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 beschriebene Verfahren läßt sich auch auf die Herstellung von Abscheidungen auf verschiedene Kristalle anwenden, welche elektromechanische Eigenschäften aufweisen, wie piezoelektrische Keramiken sowie auf die Herstellung von elektrischen stark haftenden Kontakten oder auf die Herstellung von heliumdichten Keramik-Metall-Verbindungen.

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Bei der Herstellung keramischer Schichten auf Alu- rungsschlcht durch die Zerstäubung des Siliciums oder

miniumoxydbasis hat man festgestellt, daß die beste Germaniums erhalten wurde.

Verankerungsschicht durch eine Zerstäubung eines Jede Abscheidung einer Schicht kann in einer anderen Metalls aus der Gruppe IV A wie Titan oder Zirkonium Kammerabteilung entsprechend der vorstehenden Beerhalten wurde. 5 Schreibung vorgenommen werden. In gewissen Fällen

Bei Abscheidungen auf Keramiken mit Siliciumbasis jedoch erweist es sich als vorteilhafter, drei Abscheidun-

dagegen wurde festgestellt, daß die beste Veranke- gen in einer einzigen Kammerabteilung vorzunehmen.

Claims

Patentansprüche:

1 — Verfahren zum Metallisieren eines nichtleitenden Substrats durch Kathodenzerstäubung im Vakuum in mehreren :nterschiedlichen Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß nach vorheriger Reinigung des Substrats eine Haftschicht aus Titan oder Zirkonium oder Silizium oder Germanium in einer Dicke von einigen Zehntel Mikrometer, dann eine Nickelschicht und schließlich eine Schutzschicht aus Gold aufgestäubt wird, wobei das Vakuum im Übergang zwischen den Verfahrensschritten aufrechterhalten bleibt

2 — Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verfahrensschritt in mindestens einer eigenen Zerstäubungskammer erfolgt, durch die die Substrate nacheinander hindurchgeführt werden.