DE3139168A1 - Structured chemically reducing metal deposit - Google Patents
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Abstract
Description
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Titel der Erfindung Strukturierte chemisch-reduktive Metallabscheidung Anwendungsgebiete der Erfindung Das Verfahren bezieht sich auf ein chemisch-reduktives Abscheiden additiv strukturierter Metallschichten auf elektrisch nichtleitenden oder halbleitenden Oberflächen.Title of the invention Structured chemical reductive metal deposition Fields of application of the invention The method relates to a chemical reductive Deposition of additively structured metal layers on electrically non-conductive ones or semiconducting surfaces.
Je nach Art des Metalls oder der Legierung können diese Strukturen als Leiterzüge oder Widerstände in der Elektronik benutzt werden, z.B. für Hybrid-Schaltungen, interdigitale Wandlerstrukturen, Leiterbahnen und Kontaktschichten auf Keramik u.a..Depending on the type of metal or alloy, these structures can be used as conductor tracks or resistors in electronics, e.g. for hybrid circuits, interdigital transducer structures, conductor tracks and contact layers on ceramics, etc.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die Metallisierung von Oberflächen ist ein häufig verwendeter Verfahrensschritt bei der Herstellung unterschiedlicher Produktee In vielen Fällen ist es wichtig, eine Oberfläche, zum Beispiel von einem Isolationsmaterial, nicht durchgehend zu metallisieren9 sondern die Metallschicht in einer bestimmten Struktur auf zubrin gen. Die Anforderungen für solche Strukturierungen hinsichtlich ihrer Geometrie können recht unterschiedlich sein.Characteristics of the known technical solutions Metallization of surfaces is a frequently used process step in the production different products In many cases it is important to have a surface for Example of an insulation material, not to be continuously metallized9 but to apply the metal layer in a certain structure. The requirements for such structuring in terms of their geometry can be quite different be.
In vielen Fällen sind recht grobe Strukturierungen im mm-Bereich ausreichend; in besonderen Fällen (ìXikroolektronik9 Mikroakustik u.a.) werden Strukturierungen im pm-Bereich mit exakter Ein haltung der Geometrie erforderlich.In many cases, very coarse structuring in the mm range is sufficient; In special cases (ìXikroolektronik9, microacoustics, etc.), structuring in the pm range with exact compliance with the geometry required.
Zum Aufbringen der Zetallschicht selbst werden häufig die folgenden Verfahren verwendet: - Bedampfung - Sputtering - Stromloses (chemisch-reduktives) Abscheiden aus Bädern (eventuell mit galvanischer Verstärkung) - Beschichten mit Suspensionen, Pasten und ähnlichem und anschließendem Einbrennen der Schicht Für die Strukturierung der Metallschichten sind Verfahren bekannt geworden, die sich in folgende Varianten grob einteilen lassen: - Direkte Strukturierung der Metallachicht durch geeignete Metallmasken oder Siebschablonen, die die Struktur bereits als nDurchbruch" enthalten.The following are often used to apply the layer of metal itself Process used: - vapor deposition - sputtering - electroless (chemical-reductive) Deposition from baths (possibly with galvanic reinforcement) - coating with Suspensions, pastes and the like, followed by baking of the layer For the structuring of the metal layers have become known processes that are Can be roughly divided into the following variants: - Direct structuring of the metal layer by means of suitable metal masks or screen stencils that already show the structure as a "breakthrough" contain.
Es ist leicht einzusehen, daß damit nur relativ einfache Strukturen aufgebracht und keine erhöhten Anforderungen an die Geometrie der Struktur gestellt werden können. It is easy to see that this is only a relatively simple structure applied and no increased requirements placed on the geometry of the structure can be.
Weiterhin ist für dieses Verfahren die stromlose Abscheidung aus Metallsalzbädern nicht anwendbar, da Masken und Schablonen unterwandert werden. Furthermore, electroless deposition is not available for this process Metal salt baths cannot be used as masks and stencils are infiltrated.
- Strukturierung einer geschlossenen Metallschicht mittels Fotolack. Durch eine Belichtung des Lackes und sich anschließende Löseprozesse werden auf der Metallfläche entsprechend der gewünschten Strukturierung lackfreie bzw. lackbedeckte Zonen geschaffen, die im folgenden Ätzprozeß das Metall schützen oder dem Ätzmittel Zugang gewähren.- Structuring of a closed metal layer by means of photoresist. Exposure of the varnish and subsequent dissolving processes will result in paint-free or paint-covered on the metal surface according to the desired structuring Zones created that protect the metal or the etchant in the following etching process To grant access.
Es sind Positiv- und Negativverfahren bekannt. In einigen Fällen wird auch der Fotolack zuerst aufgebracht und dann mit Metall beschichtet. There are known positive and negative methods. In some cases the photoresist is also applied first and then coated with metal.
Weiterhin ist bekannt, daß mit Licht, Elektronenstrahlen oder Röntgenstrahlen gearbeitet werden kann. It is also known that with light, electron beams or X-rays can be worked.
Die vielfältigen Verfahren sind unter den Namen Foto-, Elektronenstrahl- oder Röntgenlithografie bekannt geworden. The various processes are known under the names of photo, electron beam or X-ray lithography.
Diesen Verfahren ist gemeinsam, daß die Metallschicht immer geschlossen aufgebracht und dann erst strukturiert wird. Ist die gewünschte Struktur klein gegenüber der Gesamtfläche, ist dies bei der Verwend ung von Edelmetallen nicht rationell. What these processes have in common is that the metal layer is always closed upset and only then is structured. Is the one you want The structure is small compared to the total area when using precious metals not rational.
- Nach Aufbringung geeigneter Schichten auf die Oberfläche wird durch Belichtung über Fotomasken durch chemische Vorgänge ein "latentes Bild der Struktur in der Schicht geschaffen. Bei entsprechender Keimbildung an den belichteten Stellen kann erreicht werden, daß aus Bädern nur an den "Keimen" das gewünschte Metall abgeschieden wird und somit die Struktur entsteht. Die Keime können Reduktionsmittel (zum Beispiel Sn2+ OS 2.256.960) oder Metalle (zum Beispiel Pd AS 2.224.471) darstellen.- After applying suitable layers to the surface, through Exposure through photo masks through chemical processes creates a "latent image of the structure created in the layer. With appropriate nucleation in the exposed areas it can be achieved that the desired metal is deposited from baths only on the "germs" and thus the structure is created. The germs can be reducing agents (for example Sn2 + OS 2.256.960) or metals (e.g. Pd AS 2.224.471).
Das zuletzt beschriebene Verfahren eignet sich für die stromlose Abscheidung aus Bädern0 Es hat den Vorteil, direkt die Struktur absuscaeiden Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Aufbringung einer geeigneten Schicht zur Erzeugung des latenten Bildes. An den nicht erwünschten Stellen muß die Schicht wieder entfernt werden. Bei diesen Prozeßschritten können Fehler auftreten, die zu einem "Zuwacheen" der Oberfläche bei der nachfolgenden Metallisierung führen. The method described last is suitable for the currentless Deposition from baths0 It has the advantage of directly absuscaeiden the structure The disadvantage of this method is the application of a suitable layer for Creation of the latent image. The layer must be applied to the undesired places be removed again. Errors can occur in these process steps lead to a "waxing" of the surface during the subsequent metallization.
In der OS 2.300.481 wird die Herstellung von Widerstandsschichten durch thermische Zersetzung eines Gasgemisches oder eines Salzfilmes,die Metallkarbonyle, Azetylazetonate oder Edelmetallresinate enthalten, mittels Laserstrahlen beschrieben0 Dabei sind auf der Substratoberfläche Brenuflecktemperaturen je nach Anwendungsfall von 200 bis 8000C erforderliche Durch diese Einschränkungen ist die Art der verwendeten Substrat te und damit die Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens auf Widerstandsschichten und temperaturbeständige Substrate wie z.Be Keramik, Quarz, Polyamid, Epoxid, beschränkt.OS 2.300.481 describes the production of resistance layers by thermal decomposition of a gas mixture or a salt film, the metal carbonyls, Containing acetylazetonates or precious metal resinates, described by means of laser beams0 There are burn spot temperatures on the substrate surface depending on the application from 200 to 8000C required by these restrictions is the type of used Substrate te and thus the possibility of using the method on resistive layers and temperature-resistant substrates such as ceramic, quartz, polyamide, epoxy, limited.
In der oben genannten OS ist keine Abscheidung aus der Lösung möglich.In the OS mentioned above, no separation from the solution is possible.
Aus dem Stand der Technik lassen sich folgende Schlußfolgerungen ziehen: - Zur Vermeidung einer Gesamtmetallisierung wird in vielen Fällen die Struktur direkt abgeschieden.The following conclusions can be drawn from the state of the art: - To avoid a total metallization is in many Cases the structure deposited directly.
- Für die Abscheidung genauer Strukturen in Verbindung mit dem chemischen Abscheidungsverfahren eignen sich die in der 3.Gruppe beschriebenen Verfahren, wobei Hilfsschichten erforderlich sind, die nachträglich entfernt werden müssen. Sie besitzen die beschriebenen Mängel. In der Praxis führt das zu Instabilitäten und Fehlversuchen, indem sich eine geschlossene Metallschicht (oder eine fehlerhafte Struktur) oder überhaupt keine Schicht abscheiden kann. Oft ist die Haftfestigkeit nicht ausreichend. - For the deposition of precise structures in connection with the chemical Deposition methods are the methods described in the 3rd group, where Auxiliary layers are required that have to be removed afterwards. You own the defects described. In practice, this leads to instabilities and unsuccessful attempts. by creating a closed metal layer (or a faulty structure) or cannot deposit any layer at all. Often the adhesive strength is not sufficient.
Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, bei der Senkung des Aufwandes die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit bei der Strukturierung von Zetallschichten zu erhöhen.OBJECT OF THE INVENTION The aim of the invention is to reduce the Effort the reliability and the accuracy in the structuring of metal layers to increase.
Darlegung des Webens der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein stabiles Verfahren zur additiven strukturierten Abscheidung von Metallen aus Badlösungen zu schaffen, welches ein Zuwachsen der Oberfläche verhindert, und damit die Abscheidung von Mikrostrukturen aus den chemisch-reduktiven Bädern ermöglicht.Statement of the Weaving of the Invention The object of the invention is to provide a stable process for the additive structured deposition of metals from bath solutions to create, which prevents the surface from overgrowing, and thus the deposition of microstructures from the chemical-reductive baths.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberfläche eines Substrates in einem chemischen Metallisierungebad mit einem Laser örtlich erhitzt wird und dadurch eine strukturierte Metallschicht erzeugt wird.According to the invention the object is achieved in that the surface a substrate in a chemical metallization bath with a laser locally is heated and thereby a structured metal layer is generated.
Als Substrate können alle Materialien verwendet werden, die für eine chemisch-reduktive Metallabscheidung geeignet sind.All materials that are suitable for a chemical-reductive metal deposition are suitable.
Dazu gehören sowohl Nichtmetalle, die durch eine entsprechende Vorbehandlung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung aktiviert werden können, wie z.B. Keramiken aller Art, Gläser aller Art, Plaste aller Art ohne oder mit Fremdstoffeinlage, als auch Halbleitermaterialien poly- oder monokristallin in allen Verarbeitungsstufen.This includes both non-metals that have been pretreated accordingly can be activated for chemical-reductive metal deposition, such as ceramics of all kinds, glasses of all kinds, plastics of all kinds with or without foreign matter inlay, as also semiconductor materials poly- or monocrystalline in all processing stages.
Als Metalle zur strukturierten Abscheidung auf der Substratoberfläche können bei Vorliegen entsprechender chemischreduktiver Bäder alle Schwermetalle und gewünschte Legierungen aus diesen Metallen oder aus einem oder mehreren Metallen und einem oder mehreren Nichtmetallen abgeschieden werden, z.B.As metals for structured deposition on the substrate surface all heavy metals can be used if appropriate chemically reductive baths are available and desired alloys of these metals or of one or more metals and one or more non-metals, e.g.
Nickel, Kobalt, Kupfer, Silber, Gold, Legierungen zwischen ihnen ohne oder mit nichtmetallischem Anteil aus dem Reduktionsmittel oder aus im Bad suspendierten Teilchen.Nickel, cobalt, copper, silver, gold, alloys without between them or with a non-metallic fraction from the reducing agent or from those suspended in the bath Particle.
Durch Laserstrahlen mit geeigneter Wellenlänge wird auf der Substratoberfläche eine örtliche Erhitzung in einer im übrigen nicht beheizten chemischen Metallisierungslösung erzeugt.Laser beams with suitable wavelengths are applied to the substrate surface local heating in an otherwise unheated chemical plating solution generated.
Dadurch wird die Reaktionehemmung zwischen Metallionen und Reduktionsmittel überwunden und damit findet. eine Metallabscheldung statt.This will inhibit the reaction between metal ions and reducing agent overcome and thus find. metal shedding takes place.
Durch Relativbewegungen von Substrat und Laser können beliebige Strukturen auf der Substratoberfläche erzeugt werden.Any desired structures can be created by the relative movements of the substrate and the laser are generated on the substrate surface.
Für die Genauigkeit der Strukturen und die Abscheidungsrate spielt die Dicke des Flüssigkeitsfilms über der Substratober fläche eine große Rolle.It plays a role in the accuracy of the structures and the deposition rate the thickness of the liquid film over the substrate surface plays an important role.
Im Minimum muß diese Schichtdicke gleich der Schichtdicke des Flüssigkeitsfilms auf der Oberfläche des fettfreien Substrat es nach dem Eintauchen in das Metallisierungsbad und Wiederherausnehmen sein.As a minimum, this layer thickness must be equal to the layer thickness of the liquid film on the surface of the fat-free substrate after immersion in the plating bath and take it out again.
Das Maximum wird begrenzt durch die mit steigender Flüssigkeitsschichtdicke zunehmende Absorption des Strahles in der Lösung.The maximum is limited by the increasing thickness of the liquid layer increasing absorption of the beam in the solution.
Dünne Schichten können dadurch erzeugt werden, dem die Flüssigkeit über ein schräg gestelltes Substrat fließt.Thin layers can be created by adding the liquid flows over a sloping substrate.
Weiterhin ist es möglich, daß die Abscheidung des Metalls aus einem auf der Oberfläche des Substrat es eingetrockneten Salzfilm aus der Metallisierungslösung erfolgt.It is also possible that the deposition of the metal from a on the surface of the substrate there is a dried-up salt film from the metallization solution he follows.
Die Schichtdicke des abgeschiedenen Metalls ist von der Dauer der Laserbestrahlung abhängig.The layer thickness of the deposited metal depends on the duration of the Laser irradiation dependent.
Es ist jedoch möglich, Substrate mit geringen Schichtdicken in einem geeigneten üblichen chemisch-reduktiven Metallisierungsw bades auf die gewünschte Schichtdicke zu verstärken.However, it is possible to use substrates with low layer thicknesses in one suitable customary chemical-reductive metallization bath to the desired Reinforce layer thickness.
Die Erfindung wird anhand von 2 Ausführungsbeispielen weiter erläutert.The invention is explained further with the aid of two exemplary embodiments.
Ausführungsbeispiel 1 Eine Spezialkeramik, z.3. A1203 (oder Kondensatorkeramik, andere Spezialkeramiken, Silizium und andere Halbleitermaterialien aller Bearbeitungsstufen, Gläser, Plastmaterialien ohne oder mit Verstärkung u.a.) wird entfettet z.B. in 3 % Gr-Amulgo, anschließend gespült und z.3. mit Palladiumchlorid und Natriumhypophosphit aktiviert.Embodiment 1 A special ceramic, z.3. A1203 (or capacitor ceramic, other special ceramics, silicon and other semiconductor materials of all processing stages, Glasses, plastic materials with or without reinforcement, etc.) is degreased e.g. in 3% Gr-Amulgo, then rinsed and z.3. with palladium chloride and sodium hypophosphite activated.
Das so vorbehandelte Substrat wird in eine z.B. chemischreduktive Vernickelungslösung (etwa nach DD-Patent 134 653) mit der zu behandelnden Seite nach oben eingelegt. Die Lösung bedeckt die zu beschichtende Fläche mit einer festgelegten Schichtdicke, die u.a. von der Leistung des Lasers abhängt (hauptsächlich zwischen 0,05 und lo mm). Darauf wird z.B. mit einem IR-Laser geeigneter Leistung das Substrat durch die Lösung bestrahlt. An der durch die Bestrahlung aufgeheizten Stelle scheidet sich im Beispielsfall Nickel ab (genauer Ni=Py).The substrate pretreated in this way is converted into, for example, a chemically reductive Nickel plating solution (for example according to DD patent 134 653) with the side to be treated inserted upwards. The solution covers the surface to be coated with a specified one Layer thickness, which among other things depends on the power of the laser (mainly between 0.05 and lo mm). The substrate is then applied using an IR laser of suitable power, for example irradiated by the solution. Separates at the point heated by the irradiation In the example, nickel is deposited (more precisely Ni = Py).
xy Die Strukturbreiten können zwischen 50 und 2000/um liegen. xy The structure widths can be between 50 and 2000 / µm.
Ausführungsbeispiel 2 Für einen Hybrid-Schaltkreis Im GHz-Bereich sollen die Kontaktschichtstrukturen chemisch-reduktiv additiv abgeschieden werden.Embodiment 2 For a hybrid circuit in the GHz range the contact layer structures are to be deposited chemically-reductively additively.
Ein entfettetes und mit einem Chromsäure- oder Flußsäure-Gemisch geätzt es Aluminiumoxid-Substrat mit einer Standardqualität wird in eine geeignete etallionenlösung, z.B. Palladiumionen, getaucht; die Metallionen mit einem in der chemischen bekannten Abscheidungstechnologie Reduktionsmittel zu den chemischen Abscheidungsprozeß katalysierenden Keimes reduziert.A degreased and etched with a chromic acid or hydrofluoric acid mixture it is alumina substrate with a standard quality in a suitable metal ion solution, e.g., palladium ions, dipped; the metal ions with one known in chemical Deposition technology reducing agents to catalyze the chemical deposition process Germs reduced.
Zur strukturierten Metallabscheidung, z.B. einer Cu-Schicht oder NiP-Schicht, wird ein stabiles chemisches Bad (z.B. nach DD-Patent 134 653) benötigt.For structured metal deposition, e.g. a Cu layer or NiP layer, a stable chemical bath (e.g. according to DD patent 134 653) is required.
Die Metallisierungslösung mit einer Arbeitstemperatur von >700C bedeckt bei Zimmertemperatur die bekeimten Aluminiumoxidsubstrate in einem definierten gleichen Abstand von der Oberfläche (z.B.The metallization solution with a working temperature of> 700C covers the nucleated aluminum oxide substrates in a defined manner at room temperature equal distance from the surface (e.g.
5 mm Ein IR-Laser wird programmiert entsprechend der gewünschten Strukturen in t-y-Koordinaten mit einer Geschwindigkeit von z.B. 3 mm-sec 1 über die Substratoberfläche geführt.5 mm An IR laser is programmed according to the desired structures in t-y coordinates with a speed of e.g. 3 mm-sec 1 over the substrate surface guided.
Durch die zugeführte Energie setzt der Abscheidungsprozeß an den bestrahlten Stellen ein.Due to the energy supplied, the deposition process continues on the irradiated Hiring.
Anschließend werden die erhaltenen Strukturen in einem zweiten stabilen chemischen Metallisierungsbad auf Gpim verstärkt.The structures obtained are then stable in a second chemical plating bath reinforced on GPIM.
Die Strukturen bestehen aus 1 - 2 mm breiten Leiterbahnen und Kontaktinseln von 100 x 100 µm.The structures consist of 1 - 2 mm wide conductor tracks and contact islands of 100 x 100 µm.
Die geometrische Genauigkeit hängt vom Substrat, den technologischen Parametern und der benötigten Schichtdicke ab und beträgt im untersuchten Fall + 10 µm.The geometric accuracy depends on the substrate, the technological Parameters and the required layer thickness and is + in the examined case 10 µm.
Die NixPy-Schichten weisen eine Haftfestigkeit von > 800 N cm 2 zy und eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von (0,15 - 1,4) 1O (flcin)1 auf.The NixPy layers have an adhesive strength of> 800 N cm 2 zy and a specific electrical conductivity of (0.15 - 1.4) 1O (flcin) 1.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |