WO2014177325A1 - Verfahren zum herstellen einer elektrisch isolierenden schicht - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer elektrisch isolierenden schicht Download PDF

Info

Publication number
WO2014177325A1
WO2014177325A1 PCT/EP2014/056051 EP2014056051W WO2014177325A1 WO 2014177325 A1 WO2014177325 A1 WO 2014177325A1 EP 2014056051 W EP2014056051 W EP 2014056051W WO 2014177325 A1 WO2014177325 A1 WO 2014177325A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
substrate
electrically insulating
partial layer
sub
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/056051
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dominic HECKER
Daniel Gloess
Hagen Bartzsch
Peter Frach
Wolfgang Brode
Ralf Koppert
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Siegert Tft Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V., Siegert Tft Gmbh filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Publication of WO2014177325A1 publication Critical patent/WO2014177325A1/de

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641Nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • C23C14/081Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • C23C14/083Oxides of refractory metals or yttrium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/018Dielectrics
    • H01G4/06Solid dielectrics
    • H01G4/08Inorganic dielectrics
    • H01G4/085Vapour deposited
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/018Dielectrics
    • H01G4/06Solid dielectrics
    • H01G4/08Inorganic dielectrics
    • H01G4/10Metal-oxide dielectrics

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrically insulating layer (hereinafter also referred to as insulation layer for short) on at least one surface region of a substrate.
  • electrically insulating layers can, for example, function as thin-layer insulation between electrically conductive contact structures and electrically conductive substrates.
  • the method according to the invention is also suitable for depositing large-area insulation layers.
  • DE 1 95 26 074 C2 discloses a method for producing an electrically insulating ceramic layer, in which a mixture of a sinterable crystalline metallic material and a glass-forming material is first applied to a substrate and then subjected to a sintering process at temperatures above 1000 ° C , In this approach, the substrate materials to be used are severely limited due to the high temperatures used.
  • DE 2 062 290 B proposes applying a magnesium oxide-containing aqueous suspension to a steel sheet and then exposing the steel sheet to a box annealing process in order to form an electrically insulating layer on the steel sheet. Again, only selected substrate materials can be used because of the high temperatures during annealing.
  • PVD processes in particular reactive sputtering processes and reactive vapor deposition processes, are very well suited for producing electrically insulating thin films even at low substrate temperatures.
  • These coating methods have a high coating rate, allowing for a productive coating of large surfaces. In the coating of technical surfaces, however, defects often occur which worsen the electrical insulation effect. Causes of such defects are particles that already adhere to the substrate to be coated before coating or through the
  • such particles and / or such topographical disturbances act as nuclei for growth disorders in the growing layer material, so that defects occur in the layer to be formed. This can lead to the fact that after the production of an insulation layer whole layer fragments can dissolve out, which leads locally to the failure of the insulating effect.
  • a conductive contact structure is deposited on such an insulation layer, even a single local defect within the insulation layer can lead to an electrical short circuit between the electrically conductive contact structure and an electrically conductive substrate located below the insulation layer, resulting in complete failure of the component.
  • the probability is very high that below a contact structure there is a defect within an insulating layer. This leads to a very low production yield, whereby a profitable production of such components is hardly possible.
  • the invention is therefore based on the technical problem of providing a method by means of which the disadvantages of the prior art are overcome.
  • large-area electrically insulating layers without layer defects should also be able to be deposited with regard to the insulating effect using the method according to the invention.
  • the process should be practicable at the lowest possible temperatures, allowing the use of a wide variety of substrates.
  • the technical problem of growth of layer defects during the growth of the insulation layer is solved by depositing the electrically insulating layer in at least two partial layers, wherein after deposition of the first partial layer Surface of the first sub-layer is exposed to a mechanical friction, causing the layer surface of the first Sub-layer polished or subjected to a fine cleaning.
  • This layer defects are replaced due to grown foreign particles or due to growth disturbances and thus prevents the further growth of these layer defects in the deposition of the second sub-layer.
  • At least one first partial layer made of an electrically insulating material is first deposited on the surface region of the substrate. Subsequently, the surface of the first sub-layer is subjected to mechanical friction and finally at least a second sub-layer of an electrically insulating material is deposited on the surface of the first sub-layer.
  • more than just two sub-layers can be deposited, wherein the surface of the second sub-layer or the surface of subsequently deposited sub-layers can likewise be subjected to a mechanical friction.
  • the deposition of the first part-layer and / or the second part-layer can take place, for example, by means of a PVD process, the reactive magnetron sputtering or the reactive vapor deposition being particularly suitable because even large surfaces can be coated with a high deposition rate.
  • Such coating processes also make it possible for all process steps for producing an electrically insulating layer according to the invention to be carried out at a substrate temperature of less than 300 ° C., whereby a large variety of substrate materials can be used.
  • the inventive method even makes it possible to deposit an electrically insulating layer at a substrate temperature of less than 200 ° C.
  • a separate adhesive layer is applied to the substrate before the deposition of the first partial layer to improve the adhesive properties.
  • This is particularly advantageous for metallic substrates in which, for example, a metallic adhesive layer is applied to the substrate before the deposition of the first partial layer.
  • Another advantage of the method according to the invention is that all the steps in the vacuum sequence can be carried out without intermediate ventilation, which keeps the coating time low.
  • a material from the group of silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, zirconium oxide or a mixture of at least two of said materials can be used. These materials are known for good electrical insulating properties.
  • the first and second sub-layers may consist of the same or different materials.
  • the surface of the first part-layer with a mechanical friction various embodiments can be used.
  • a mechanical friction by means of grinding or to apply a brush, such as a polymer-bound hard-material particle brush, for applying a mechanical friction to the surface of the first part-layer.
  • the use of a brush can also be realized under vacuum conditions with simple technical means.
  • the surface of the first part-layer can also be rubbed off by machine or by hand with a polishing cloth.
  • a polishing agent When applying the surface of the first part-layer with a mechanical friction, a polishing agent can additionally be used.
  • a polishing agent can additionally be used.
  • the surface of the first partial layer is subjected to a mechanical friction by means of mechanical radiation.
  • a jet of accelerated hard material particles having a particle diameter greater than 1 ⁇ m, similar to sand blasting, is directed onto the surface of the first part layer, which leads to abrasion there.
  • the surface of the first sub-layer is rinsed after being subjected to a mechanical friction with a gaseous or liquid medium.
  • a gaseous or liquid medium particles which have been detached from the first part-layer by means of the rubbing process or have reached the surface through the polishing agent, removed and thus cleaned the surface of the first sub-layer so that the dissolved and still on the layer surface particles do not form the starting point for the growth of layer defects in the second sub-layer.
  • hard-material particles can be added to the gaseous or liquid medium in order to achieve additional abrasion.
  • the surface of the first part-layer can also be subjected to a plasma after the rubbing process in order to remove dissolved particles from the surface of the first part-layer.
  • a number of 3D components made of an electrically conductive material should first each be provided with an electrically insulating layer, to which an electrically conductive contact structure is subsequently to be applied.
  • an electrically conductive contact structure is subsequently to be applied.
  • a 3.5 ⁇ thick first sub-layer of Al 2 0 3 is deposited on the components, which are rotatably disposed in a vacuum chamber.
  • the 3D components are removed from the vacuum chamber and their coated surfaces are rubbed with a soft and lint-free cloth under light pressure. While rubbing with the cloth becomes a
  • Polishing paste a dispersion with 1 ⁇ large diamond grains used.
  • the residues of the dispersion as well as friction fragments detached from the layer are rinsed with a solvent from the surface of the first part-layer. Subsequently, it is checked by means of a dark field illumination, whether all residues of the dispersion were completely removed. If this is not the case, the cleaning process is repeated.
  • test result Much better looked the test result in the inventively deposited insulating layers. At a test voltage of 10 V, 1 00% of the components and at one test Voltage of 200 V still over 90% of the components on a faultless insulation layer below the contact structure.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch isolierenden Schicht auf zumindest einem Oberflächenbereich eines Substrates. Dabei wird zunächst mindestens eine erste Teilschicht aus einem elektrisch isolierenden Material auf dem Oberflächenbereich des Substrates abgeschieden. Anschließend wird die Oberfläche der ersten Teilschicht mit einer mechanischen Reibung beaufschlagt und nachfolgend mindestens eine zweite Teilschicht aus einem elektrisch isolierenden Material auf der Oberfläche der ersten Teilschicht abgeschieden.

Description

Verfahren zum Herstellen einer elektrisch isolierenden Schicht
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch isolierenden Schicht (nachfolgend auch kurz Isolationsschicht genannt) auf zumindest einem Oberflächenbereich eines Substrates. Derartige elektrisch isolierende Schichten können beispielsweise als Dünnschichtisolation zwischen elektrisch leitfähigen Kontaktstrukturen und elektrisch leitfähigen Substraten fungieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch geeignet, großflächige Isolationsschichten abzuscheiden.
Stand der Technik
Es sind verschiedene Verfahren zum Herstellen elektrisch isolierender Schichten bekannt. DE 1 95 26 074 C2 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch isolierenden keramischen Schicht, bei dem auf einem Substrat zunächst ein Gemisch aus einem sinterfähigen kristallinen metallischen Material und einem glasbildenden Material aufgetragen und anschließend einem Sinterprozess bei Temperaturen von über 1 000 °C unterzogen wird. Bei dieser Vorgehensweise sind die zu verwendenden Substratmaterialien aufgrund der zum Einsatz gelangenden hohen Temperaturen stark begrenzt.
DE 2 062 290 B schlägt vor, eine Magnesiumoxid enthaltende wässrige Suspension auf einem Stahlblech aufzutragen und das Stahlblech anschließend einem Kastenglühverfahren auszusetzen, um eine elektrisch isolierende Schicht auf dem Stahlblech auszubilden. Auch hierbei können nur ausgewählte Substratmaterialien aufgrund der hohen Temperaturen beim G lühen verwendet werden.
Aus DE 42 23 505 C 1 ist ein PVD-Verfahren bekannt, bei welchem eine elektrisch isolierende Schicht mittels reaktivem Magnetron-Sputtern abgeschieden wird. PVD-Prozesse, insbesondere reaktive Sputterprozesse und reaktive Bedampfungsprozesse, eignen sich sehr gut zum Herstellen elektrisch isolierender Dünnschichten auch bei niedrigen Substrattemperaturen. Diese Beschichtungsverfahren weisen eine hohe Beschichtungsrate auf, wodurch eine produktive Beschichtung großer Oberflächen ermöglicht wird. Bei der Beschichtung technischer Oberflächen treten jedoch oftmals Defekte auf, welche die elektrische Isolationswirkung verschlechtern. Ursachen für solche Defekte sind Partikel, die bereits vor dem Beschichten am zu beschichtenden Substrat haften bzw. durch den
Beschichtungsprozess selbst generiert werden, oder topographische Störungen innerhalb der Substratoberfläche. Während des Schichtwachstums wirken derartige Partikel und/oder derartige topographische Störungen als Keime für Wachstumsstörungen beim auf- wachsenden Schichtmaterial, so dass Fehlstellen in der auszubildenden Schicht entstehen. Das kann dazu führen, dass sich nach dem Herstellen einer Isolationsschicht ganze Schichtfragmente herauslösen können, was lokal zum Versagen der Isolationswirkung führt. Wird auf solch einer Isolationsschicht eine leitfähige Kontaktstruktur abgeschieden, kann bereits ein einziger lokaler Defekt innerhalb der Isolationsschicht zu einem elektrischen Kurzschluss zwischen der elektrisch leitfähigen Kontaktstruktur und einem sich unter der Isolationsschicht befindenden elektrisch leitfähigen Substrat führen, was das vollständige Versagen des Bauteils nach sich zieht. Insbesondere bei sehr großflächigen Kontaktstrukturen ist die Wahrscheinlichkeit sehr groß, dass unterhalb einer Kontaktstruktur ein Defekt innerhalb einer Isolationsschicht vorliegt. Das führt zu einer sehr geringen Produktionsausbeute, wo- durch eine rentable Herstellung solcher Bauteile kaum möglich ist.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mittels dem die Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden. Insbesondere sollen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch großflächige elektrisch isolierende Schichten ohne Schichtdefekte hinsichtlich der Isolationswirkung abscheidbar sein. Das Verfahren soll bei möglichst niedrigen Temperaturen durchführbar sein, was das Verwenden einer großen Vielfalt von Substraten ermöglicht.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer elektrisch isolierenden Schicht auf zumindest einem Oberflächenbereich eines Substrates wird das technische Problem des Mitwachsens von Schichtdefekten während des Aufwachsens der Isolationsschicht gelöst, indem die elektrisch isolierende Schicht in mindestens zwei Teilschichten abgeschieden wird, wobei nach dem Abscheiden der ersten Teilschicht die Oberfläche der ersten Teilschicht einer mechanischen Reibung ausgesetzt wird, wodurch die Schichtoberfläche der ersten Teilschicht poliert bzw. einer Feinreinigung unterzogen wird. Dabei werden Schichtdefekte infolge aufgewachsener Fremdpartikel bzw. infolge von Wachstumsstörungen abgelöst und so das Weiterwachsen dieser Schichtdefekte beim Abscheiden der zweiten Teilschicht verhindert. Erfindungsgemäß wird also zunächst mindestens eine erste Teilschicht aus einem elektrisch isolierenden Material auf dem Oberflächenbereich des Substrates abgeschieden. Anschließend erfolgt das Beaufschlagen der Oberfläche der ersten Teilschicht mit einer mechanischen Reibung und schließlich wird noch mindestens eine zweite Teilschicht aus einem elektrisch isolierenden Material auf der Oberfläche der ersten Teilschicht abgeschieden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können auch mehr als nur zwei Teilschichten abgeschieden werden, wobei die Oberfläche der zweiten Teilschicht oder die Oberfläche nachfolgend abgeschiedener Teilschichten ebenfalls mit einer mechanischen Reibung beaufschlagt werden können.
Das Abscheiden der ersten Teilschicht und/oder der zweiten Teilschicht kann beispielsweise mittels eines PVD-Prozesses erfolgen, wobei das reaktive Magnetronsputtern oder das reaktive Bedampfen besonders geeignet sind, weil damit auch große Oberflächen mit einer hohen Abscheiderate beschichtet werden können. Derartige Beschichtungsprozesse er- möglichen es außerdem, dass alle Verfahrensschritte zum erfindungsgemäßen Herstellen einer elektrisch isolierenden Schicht bei einer Substrattemperatur kleiner 300 °C durchgeführt werden können, wodurch eine große Vielfalt von Substratmaterialien zum Einsatz gelangen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es sogar, eine elektrisch isolierende Schicht bei einer Substrattemperatur kleiner 200 °C abzuscheiden. Alternativ ist es aber auch möglich das Substrat zu erwärmen. Dies kann beispielsweise nach dem Beaufschlagen der ersten Teilschicht mit einer mechanischen Reibung erfolgen, um die Haftungseigenschaften der zweiten Teilschicht zu verbessern.
Bei einer Ausführungsform wird zum Verbessern der Hafteigenschaften eine separate Haft- schicht noch vor dem Abscheiden der ersten Teilschicht auf dem Substrat aufgetragen. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei metallischen Substraten, bei denen beispielsweise eine metallische Haftschicht vor dem Abscheiden der ersten Teilschicht auf dem Substrat aufgetragen wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass sich auch alle Verfahrensschritte in Vakuumfolge ohne eine Zwischenbelüftung durchführen lassen, was die Beschichtungszeit gering hält. Zum Abscheiden der ersten Teilschicht und/oder der zweiten Teilschicht kann ein Material aus der Gruppe Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Zirconiumoxid oder ein Gemisch von mindestens zwei der genannten Materialien verwendet werden. Diese Materialien sind für gute elektrisch isolierende Eigenschaften bekannt. Dabei können die erste und zweite Teilschicht aus gleichen oder auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Für das Beaufschlagen der Oberfläche der ersten Teilschicht mit einer mechanischen Reibung können verschiedene Ausführungsformen zur Anwendung gelangen. So ist es beispielsweise möglich, das Beaufschlagen der Oberfläche der ersten Teilschicht mit einer mechanischen Reibung mittels Schleifen durchzuführen oder zum Beaufschlagen der Oberfläche der ersten Teilschicht mit einer mechanischen Reibung eine Bürste, wie zum Beispiel eine polymergebundene Hartstoffpartikelbürste zu verwenden. Der Einsatz einer Bürste kann auch unter Vakuumbedingungen mit einfachen technischen Mitteln realisiert werden. Alternativ kann die Oberfläche der ersten Teilschicht auch maschinell oder per Hand mit einem Poliertuch abgerieben werden.
Beim Beaufschlagen der Oberfläche der ersten Teilschicht mit einer mechanischen Reibung kann zusätzlich ein Poliermittel verwendet werden. Hierfür ist beispielsweise ein Poliermittel mit einer Partikelgröße von 0, 1 μιτι bis 2,5 μιτι geeignet.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform erfolgt das Beaufschlagen der Oberfläche der ersten Teilschicht mit einer mechanischen Reibung mittels mechanischen Abstrahlens. Hierbei wird ein Strahl aus beschleunigten Hartstoffpartikeln mit einem Partikeldurchmesser größer 1 0 μιτι, ähnlich wie beim Sandstrahlen, auf die Oberfläche der ersten Teilschicht ge- richtet, was dort zum Abrieb führt.
Bei einer Ausführungsform wird die Oberfläche der ersten Teilschicht nach dem Beaufschlagen mit einer mechanischen Reibung mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium gespült. Hierdurch werden Partikel, die mittels des Reibevorgangs von der ersten Teilschicht abgelöst wurden oder durch das Poliermittel auf die Oberfläche gelangt sind, entfernt und somit die Oberfläche der ersten Teilschicht gereinigt, damit die gelösten und noch auf der Schichtoberfläche befindlichen Partikel nicht den Ausgangspunkt für das Aufwachsen von Schichtdefekten in der zweiten Teilschicht bilden. Auch beim Spülen der Oberfläche der ersten Teilschicht können dem gasförmigen oder flüssigen Medium Hart- Stoffpartikel beigemischt werden, um einen zusätzlichen Abrieb zu erzielen.
Alternativ kann die Oberfläche der ersten Teilschicht nach dem Reibevorgang auch mit einem Plasma beaufschlagt werden, um gelöste Partikel von der Oberfläche der ersten Teilschicht zu entfernen.
Ausführungsbeispiel
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Eine Anzahl 3D-Bauteile aus einem elektrisch leitenden Material soll zunächst jeweils mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen werden, auf die nachfolgend eine elektrisch leitende Kontaktstruktur aufgetragen werden soll. Mittels Puls-Magnetron- Sputtern wird zunächst eine 3,5 μιτι dicke erste Teilschicht aus Al203 auf den Bauteilen abgeschieden, die rotierend in einer Vakuumkammer angeordnet sind. Nach dem ersten Abscheideprozess werden die 3D-Bauteile aus der Vakuumkammer entfernt und deren beschichtete Oberflächen mit einem weichen und fusselfreien Tuch unter leichtem Druck abgerieben. Während des Abreibens mit dem Tuch wird eine
Polierpaste, eine Dispersion mit 1 μιτι großen Diamantkörnern, verwendet. Die Rückstände der Dispersion sowie durch die Reibung abgelöste Schichtfragmente werden mit einem Lösungsmittel von der Oberfläche der ersten Teilschicht abgespült. Anschließend wird mittels einer Dunkelfeldbeleuchtung geprüft, ob alle Rückstände der Dispersion vollständig entfernt wurden. Ist dies nicht der Fall, wird der Reinigungsvorgang wiederholt.
Nach dem vollständigen Reinigen der Oberfläche der ersten Teilschicht aller 3D-Bauteile werden diese erneut in die Vakuumkammer eingebracht und dort unter den gleichen
Prozessparametern wie beim Auftragen der ersten Teilschicht eine zweite, ebenfalls 3,5 μιτι dicke Teilschicht aus Al203 abgeschieden. Auf den 3D-Bauteilen befindet sich jetzt eine 7 μηη dicke Isolationsschicht, umfassend die zwei elektrisch isolierenden Teilschichten, mit sehr guten elektrisch isolierenden Eigenschaften. Zum Test der Isolationswirkung wurde bei allen 3D-Bauteilen eine 4 cm2 große Kontaktstruktur auf der Isolationsschicht aufgetragen und eine Prüfspannung zwischen der Kontaktstruktur und dem elektrisch leitenden Grundkörper des jeweiligen 3D-Bauteils angelegt. Übersteigt der dabei fließende elektrische Strom bei einer festgelegten Prüfspannung einen bestimmten Grenzwert, so gilt die Isolationsschicht zwischen der Kontaktstruktur und dem Grundkörper als defekt. Ein üblicher Grenzwert hierfür sind 0, 1 μΑ pro 1 cm2 Fläche einer leitfähigen Kontaktstruktur. Die Höhe einer verwendeten Prüfspannung ist stark abhängig von der Zielanwendung. So werden zum Beispiel bei photovoltaischen Anwendungen üblicherweise 1 0 V und bei Anwendungen im Automobilbereich typischerweise 200 V und höher als Prüfspannung verwendet.
Zum Vergleich der Isolationswirkung erfindungsgemäß abgeschiedener Isolationsschichten wurde auch eine Anzahl 3D-Bauteile mit Verfahren aus dem Stand der Technik beschichtet. So wurde auf einer Gruppe 3D-Bauteile eine 7 μιτι dicke Einzelschicht und auf einer weiteren Gruppe 3D-Bautele eine Isolationsschicht, bestehend aus sieben (jeweils 1 μιτι dicken) Teilschichten (ohne erfindungsgemäßes Beaufschlagen der Teilschichten mit einer mechanischen Reibung) abgeschieden. Alle Schichten und Teilschichten aller Gruppen SD- Bauteile bestanden aus dem gleichen Schichtmaterial und wurden mittels Puls-Magnetron- Sputtern unter gleichen Prozessbedingungen abgeschieden. Auch wurde auf allen SD- Bauteilen eine jeweils 4 cm2 große Kontaktstruktur aufgetragen.
Bei der Gruppe 3D-Bauteile mit einer 7 μιτι dicken Einzelschicht wiesen bei einer Prüfspannung von 1 0 V noch 80 % der Bauteile und bei einer Prüfspannung von 200 V weniger als 20 % der Bauteile eine fehlerfreie Isolationsschicht unterhalb der Kontaktstruktur auf. Ähnliche Prüfergebnisse gab es bei der Gruppe 3D-Bauteile, bei denen sieben 1 μιτι dicke Teilschichten aufgetragen wurden. Hier wiesen bei einer Prüfspannung von 1 0 V lediglich 53 % der Bauteile und bei einer Prüfspannung von 200 V nur noch 8 % der Bauteile eine fehlerfreie Isolationsschicht unterhalb der Kontaktstruktur auf.
Viel besser sah das Prüfergebnis bei den erfindungsgemäß abgeschiedenen Isolierschichten aus. Hier wiesen bei einer Prüfspannung von 10 V 1 00 % der Bauteile und bei einer Prüf- Spannung von 200 V immer noch über 90 % der Bauteile eine fehlerfreie Isolationsschicht unterhalb der Kontaktstruktur auf.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen einer elektrisch isolierenden Schicht auf zumindest einem Oberflächenbereich eines Substrates, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens- schritte:
a) Abscheiden mindestens einer ersten Teilschicht aus einem elektrisch isolierenden Material auf dem Oberflächenbereich des Substrates;
b) Beaufschlagen der Oberfläche der ersten Teilschicht mit einer mechanischen
Reibung;
c) Abscheiden mindestens einer zweiten Teilschicht aus einem elektrisch
isolierenden Material auf der Oberfläche der ersten Teilschicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheiden der ersten Teilschicht und/oder der zweiten Teilschicht mittels eines PVD-Prozesses erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheiden der ersten Teilschicht und/oder der zweiten Teilschicht mittels reaktivem Magnetron- sputtern oder reaktivem Bedampfen erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Abscheiden der ersten Teilschicht und/oder der zweiten Teilschicht ein Material aus der Gruppe Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Zirconiumoxid oder ein Gemisch von mindestens zwei der genannten Materialien verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beim Beaufschlagen der Oberfläche der ersten Teilschicht mit einer mechanischen Reibung ein Poliermittel verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Poliermittel mit einer Partikelgröße von 0, 1 μιτι bis 2,5 μιτι verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagen der Oberfläche der ersten Teilschicht mit einer mechanischen Reibung mittels Schleifen erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Beaufschlagen der Oberfläche der ersten Teilschicht mit einer mechanischen Reibung eine Bürste verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine polymergebundene Hartstoffpartikelbürste verwendet wird.
1 0. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagen der Oberfläche der ersten Teilschicht mit einer mechanischen Reibung mittels
mechanischen Abstrahlens erfolgt.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der ersten Teilschicht nach dem Verfahrensschritt b) mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium gespült wird.
1 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der ersten Teilschicht nach dem Verfahrensschritt b) mit einem Plasma beaufschlagt wird.
1 3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte a) bis c) bei einer Substrattemperatur kleiner 300 °C durchgeführt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte a) bis c) in Vakuumfolge ohne Zwischenbelüftung durchgeführt werden.
1 5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem metallischen Substrat vor dem Verfahrensschritt a) eine metallische Haftschicht auf dem Substrat abgeschieden wird.
1 6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat nach dem Verfahrensschritt b) erwärmt wird.
PCT/EP2014/056051 2013-04-29 2014-03-26 Verfahren zum herstellen einer elektrisch isolierenden schicht WO2014177325A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013007308 2013-04-29
DE102013007308.1 2013-04-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014177325A1 true WO2014177325A1 (de) 2014-11-06

Family

ID=50442488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/056051 WO2014177325A1 (de) 2013-04-29 2014-03-26 Verfahren zum herstellen einer elektrisch isolierenden schicht

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2014177325A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2062290B2 (de) 1969-12-18 1972-02-17 Kawasaki Steel Corp., Kobe, Hyogo (Japan) Verfahren zur erzeugung einer elektrisch isolierenden mgo enthaltenden schicht auf siliziumstahlblechen
DE4223505C1 (de) 1992-07-17 1993-11-04 Fraunhofer Ges Forschung Einrichtung zum aufbringen elektrisch schlecht leitender oder isolierender schichten durch reaktives magnetronsputtern
DE19526074C2 (de) 1995-07-18 1998-04-09 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstellung einer gesinterten, elektrisch isolierenden keramischen Schicht
US20070170428A1 (en) * 2004-07-16 2007-07-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. International Superconductivity Technology Center Thin film material and method of manufacturing the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2062290B2 (de) 1969-12-18 1972-02-17 Kawasaki Steel Corp., Kobe, Hyogo (Japan) Verfahren zur erzeugung einer elektrisch isolierenden mgo enthaltenden schicht auf siliziumstahlblechen
DE4223505C1 (de) 1992-07-17 1993-11-04 Fraunhofer Ges Forschung Einrichtung zum aufbringen elektrisch schlecht leitender oder isolierender schichten durch reaktives magnetronsputtern
DE19526074C2 (de) 1995-07-18 1998-04-09 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstellung einer gesinterten, elektrisch isolierenden keramischen Schicht
US20070170428A1 (en) * 2004-07-16 2007-07-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. International Superconductivity Technology Center Thin film material and method of manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1621599C2 (de) Einrichtung zum Abtragen von Verunrei nigungen einer auf einem Halbleiterkörper aufgebrachten metallischen Schicht im Be reich von kleinen Offnungen einer Isolier schicht durch Kathodenzerstäubung
DE10056541B4 (de) Verfahren zum Reinigen von Quarzsubstraten unter Verwendung von leitenden Lösungen
EP2718481B1 (de) Entschichtungsverfahren für harte kohlenstoffschichten
DE1521262B2 (de) Verfahren zum aufbringen einer metallschicht auf diamant
DE102010034321B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Hartstoffbeschichtung auf metallischen, keramischen oder hartmetallischen Bauteilen sowie eine mit dem Verfahren hergestellte Hartstoffbeschichtung
DE102012011277B4 (de) Verfahren zur Ausbildung geschlossener flächiger Schichten aus Graphen auf der Oberfläche eines Substrats und mit dem Verfahren beschichtetes Substrat
DE102008028542A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einem Substrat mittels einer plasmagestützten chemischen Reaktion
DE102006051550B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Strukturieren von Bauteilen unter Verwendung eines Werkstoffs auf der Basis von Siliziumoxid
DE102011080409A1 (de) Entfernen von Schichten einer EUV-Strahlung reflektierenden Beschichtung von einem Substrat
DE102012209293B3 (de) Sputterverfahren
DE102012211746A1 (de) Coating layer with low-friction for vehicle component and method for producing the same
WO2014177325A1 (de) Verfahren zum herstellen einer elektrisch isolierenden schicht
EP3133184B1 (de) Verfahren zum ausbilden einer schicht mit hoher lichttransmission und/oder niedriger lichtreflexion
DE102006019000A1 (de) Einrichtung und Verfahren zur plasmagestützten Abscheidung von Hartstoffschichten
DE102017205417A1 (de) Verfahren zur Ausbildung einer mit poly- oder einkristallinem Diamant gebildeten Schicht
DE102017121684A1 (de) Verfahren zum Erzeugen einer strukturierten Oberfläche
WO2003097896A1 (de) Sputterverfahren bzw. vorrichtung zur herstellung von eigenspannungsoptimierten beschichtungen
AT15637U1 (de) Verfahren zur additiven Fertigung
DE102011108088B4 (de) Werkzeug mit einer nitridischen Hartstoffschicht sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE4132730C2 (de) Verfahren und Herstellen von Feinstrukturen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie Verwendung der Vorrichtung
DE202011110597U1 (de) Substrat für eine optoelektronische Vorrichtung
EP2558609B1 (de) Verfahren zum beschichten eines substrates innerhalb einer vakuumkammer mittels plasmaunterstützer chemischer dampfabscheidung
DE102022126073A1 (de) Prozessstabilität durch Abscheidung
EP1114442A2 (de) Verfahren zur verringerung der partikelabgabe und partikelaufnahme einer oberfläche
WO2020216419A1 (de) Anode für pvd-prozesse

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14715860

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14715860

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1