DE2546871A1

DE2546871A1 - Verfahren zum aufbringen von kontaktierungsschichten auf nichtleitersubstrate

Info

Publication number: DE2546871A1
Application number: DE19752546871
Authority: DE
Inventors: Herbert Jacob; Konrad Stahl
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-10-18
Filing date: 1975-10-18
Publication date: 1977-04-21

Description

"Verfahren zum Aufbringen von Kontaktierungsschichten auf Nichtleitersubst;rate" Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen schweißbarer, metallischer Kontaktierungsschichten auf Oberflächen nicht poröser, oxidhaltiger Nichtleitersubstrate, bei dem im Vakuum und bei erhöhter Substrattemperatur nacheinander mehrere Schichten unterschiedlicher Metalle aufgedampft werden, In der Dünnschichttechnik, insbesondere bei der Herstellung hybrider Halbleiteranordnungen, ist es häufig erforderlich, auf ein Nichtleitersubstrat Metallschichten aufzubringen, die unter anderem als Kontaktierungsschichten dienen. Die sogenannte Metallisierung von z. B. aus Keramik bestehenden Substraten ist allgemein bekannt. In vielen Fällen ist es aber notwendig Metallisierungsschichten auf Substrate mit nicht porös er Ob erfläche aufzubringen, z. B. auf Substrate, wie Glas, Quarz, Saphir usw. An solche Schichten werden die mannigfachsten Anforderungen gestellt. Sie sollen z. B. gut haftbar sein, sie sollen lötbar sein, sie sollen Schweißverbindungen ermöglichen und sie sollen sich ggf. auch durch fotolithographische Verfahren ätzen lassen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von gut haftenden, elektrisch leitfähigen und schweißbaren Kontaktschihten auf Substratmaterialien mit nicht porösen Oberflächen anzugeben.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zunächst bei einem Vakuum von kleiner 10 Torr, insbesondere 10 bis 10 Torr, und einer Substrattemperatur von 2500 C bis 3800 C in einer Zeit von 5 bis 50 sec eine Chromschicht von%Otrbis maximal O,1,un Dicke aufgedampft wird, dann auf diese Chromschicht bei einem Vakuum von kleiner 10 Torr, insbesondere 10 4 bis 10 Torr, und einer Substrattemperatur von 2500 C bis 3800 C in einer Zeit von 1 bis 25 sec eine Kupferschicht von 0,1 /um bis o,8 P Dicke aufgedampft wird und daß dann auf diese Kupferschicht in einem Vakuum von kleiner 10 Torr, insbesondere 10 4 Torr bis 10 8 Torr, bei einer erniedrigten Substrattemperatur von 1500 C bis 2500 C in einer Zeit von 1 bis 25 sec eine GoiSchicht von 0,1 bis o,8 /um Dicke aufgedampft wird, wobei die Schichtdicken so gewählt sind, daß die Gesamtdicke der drei Schichten kleiner als 1,5 /um, insbesondere kl einer als 1,2 tm ist.
Ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die erfindungsgemäß aufgebrachten Schichten neben einer guten Haftfähigkeit gute Schweißverbindungen ermöglichen, insbesondere im Zusammenhang mit Schweißverfahren, wie sie in der iialbleitertechnik angewendet werden, wie z. B. Thermokompressions-, Ball Bond- oder Ultraschweißtechniken. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß aufgebrachten Schichten besteht darin, daß sie mit Hilfe fotolithographischer Ätzprozesse einfach in gewünschte Konfigurationen gebracht werden können, und daß sich solche Schichten sehr gut als Grundkontakt für Halbleiteranordnungen eigenen.
Anhand des nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachfolgend näher erklärt.
Das gereinigte Substrat, das z. B, aus einem kleinen Quarzplättchen besteht, wird z. B. in einen Rezipienten eingebracht und in dem Rezipienten ein Vakuum von kleiner als 10 Torr hergestellt. Das Substrat wird dann auf eine Temperatur von 2500 C bis 3800 C, insbesondere auf etwa 3200 C, erhitzt und nunmehr im Vakuum eine Chromschicht von maximal 1000 Dicke aufgedampft, wobei das Aufdampfen verhältnismäßig schnell erfolgen soll. Bevorzugt soll eine Aufdampfzeit von etwa 1 bis 20 sec angewendet werden. Danach wird bei gleichem Vakuum und bei gleicher Substrattemperatur eine Kupferschicht aufgedampft, die bevorzugt eine Stärke von etwa 0,5 tm aufweisen soll, wobei die Verdauung ebenfalls wieder in sehr kurzer Zeit erfolgen soll, und zwar in diesem Falle ist es sogar zweckmäßig, das Aufdampfen in einer Zeit von weniger als 20 sec vorzunehmen. Besonders zweckmäßig it es, wenn man die beiden Aufdampfvorgänge für Chrom und Kupfer überlappend-nibeneinander anschließt, in der Weise, daß man bereits mit dem Aufdampfen des Kupfers beginnt, bevor das Aufdampfen des Chroms völlig abgeschlossen ist. Anschließend wird nun bei etwa gleichem Vakuum wie in den vorhergehenden Fällen, jedoch bei einer erniedrigten Temperatur von 150° C bis 200° C, insbesondere bei einer Temperatur von etwa 1800 C eine Goldschicht aufgedampft, wobei das Aufdampfen zweckmäßig innerhalb einer Zeitspanne erfolgen soll, die kleiner als 20 sec ist.
Danach wird dann das Substrat auf etwa 600 bis 1000 C abgekühlt und der Rezipient mit trockenem Stickstoff belüftet.
Insgesamt soll die erfindungsgemäß hergestellte Drei-Schichtenmetallisierung eine Dicke von 1,5 tm nicht überschreiten.
Besonders zweckmäßig it es, wenn die Schichtdicke insgesamt etwa 0,6 bis 1/um beträgt. Eine derart aufgebrachte Drei-Schichtenmetallisierung kann nun durch fotolithographische Verfahren strukturiert werden, und sie erlaubt ebenso ein direktes Anschweißen von metallischen Leitern, wie z. B. ein direktes Anschweißen von Zuleitungsdrähten mit einem Durchmesser bis ca. 100 /um.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Aufbringen schweißbarer, metallischer Kontaktierungsschichten auf Oberflächen nicht poröser, oxidhaltiger Nichtleitersubstrate, bei dem im Vakuum und bei erhöhter Substrattemperatur nacheinander mehrere Schihten unterschiedlicher Metalle aufgedampft werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst bei einem Vakuum von kleiner 10 Torr, insbesondere 10 bis 10 Torr und einer Substrattemperatur von 250° C bis 380° C in einer Zeit von 5 bis 50 sec eine Chromschicht von 100 bis maximal 1000 Dicke aufgedampft wird, dann auf diese Chromschicht bei einem Vakuum von kleiner 10 -4 Torr, insbesondere 10 bis 10 Torr, und einer Substrattemperatur von 2500 C bis 3800 C in einer Zeit von 1 bis 25 sec eine Kupferschicht von 0,1 µm bis~unbis 0,8µm Dicke aufgedampft wird und daß dann auf diese Kupferschicht in einem Vakuum von kleiner 10 Torr, insbesondere 10 -4 bis 10 Torr bei einer erniedrigten Substrattemperatur von 1500 C bis 250°C in einer Zeit von 1 bis 25 sec eine Goldschicht von 0,1 bis o,8 µm Dicke aufgedampft wird, wobei die Schichtdicken so gewählt sind, daß die Gesamtdicke der drei Schichten kleiner als 1,5 /um, insbesondere kleiner als 1,2 r ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufdampfen der Kupferschicht unmittelbar an das Aufdampfen der Chromschicht anschließend erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Aufdampfen der Kupferschicht bereits begonnen wird, bevor das Aufdampfen der Chromschicht völlig beendet ist, so daß sich ein verzahnender Übergang zwischen diesen beiden Schichten ergibt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Aufdampfen der Goldschicht das Substrat auf weniger als 1200 C, insbesondere etwa 1000 C bis 600 C, abgekühlt wird, und dann einer trockenen Stickstoffatmosphäre ausgesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Substratmaterial Glas, Quarz, Saphir oder dergleichen verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet, durch die Anwendung bei der Herstellung hybrider Halbleiteranordnungen