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Dokumentenidentifikation DE4241839A1 29.07.1993
Titel Verfahren zur Herstellung von metallischen Schichten
Anmelder ABB Patent GmbH, 6800 Mannheim, DE
Erfinder Esrom, Hilmar, Dr., 6803 Edingen-Neckarhausen, DE;
Reiss, Harald, Dr., 6900 Heidelberg, DE
DE-Anmeldedatum 11.12.1992
DE-Aktenzeichen 4241839
Offenlegungstag 29.07.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.07.1993
IPC-Hauptklasse C23C 18/14
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer ganzflächigen oder partiellen metallischen Schicht (2M) auf einem Substrat (1) aus einem organischen oder anorganischen Werkstoff. Die metallische Schicht (2M) wird aus einer chemischen Verbindung gebildet, die eine metallische Komponente aufweist. Die Verbindung wird zunächst verdampft, durch Kondensation auf der Oberfläche des Substrats (1) abgeschieden und durch Bestrahlen mit UV-Strahlung in eine metallische Schicht (2M) umgesetzt. Zur Erzielung einer hohen Homogenität innerhalb der Metallschicht (2M) und zur Ausbildung eines scharfen Kantenbereichs wird das Substrat (1) während des Abscheidens der chemischen Verbindung und der Bestrahlung auf eine Temperatur gekühlt, die im Kryotemperaturbereich liegt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von ganzflächigen oder partiellen metallischen Schichten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Solche Verfahren werden angewendet, um auf Substraten Leiterstrukturen herzustellen, oder metallische Schichten auszubilden, die eine homogene Struktur aufweisen sollen.

Aus der EP-A 03 49 946 ist ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Schicht bekannt. Hierfür wird auf ein Substrat die Lösung einer metallorganischen Verbindung aufgebracht. Anschließend wird dieser Film mit UV-Strahlung bestrahlt und die Verbindung in eine metallische Schicht umgesetzt. Was mit diesem Verfahren noch nicht erreicht werden kann, ist ein Schicht mit einem sehr homogenen Aufbau und einer sehr scharfen Kantenstruktur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem metallische Schichten mit einem homogenen Aufbau in scharf abgegrenzten Bereichen einer Substratoberfläche abgeschieden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird zunächst eine chemische Verbindung, die wenigstens eine metallische Komponente aufweist, bei 400°C verdampft und mittels eines Trägergases der Oberfläche eines Substrates zugeführt. Das Substrat wird auf eine Temperatur von -196°C gekühlt. Damit wird erreicht, daß die gasförmige Verbindung auf der Oberfläche des Substrates kondensiert. Die chemische Verbindung wird dabei an der Oberfläche des Substrats adsorbiert. Als chemische Verbindungen eignen sich hiefür metallorganische Verbindungen oder Metallalkyle. Wegen der komplexen Molekülstruktur erfolgt insbesondere auf polaren Adsorbentmolekülen eine spezifische Adsorption, d. h., daß nicht nur Dispersionswechselwirkungen zwischen Adsorbat- und Adsorbentmolekülen, sondern auch Wechselwirkungen wegen permanenter elektrischer Momente stattfinden. Dies bedeutet eine bevorzugte Absenkung der potentiellen Energie der Adsorbatmoleküle an definierten, durch das Kristallgitter des Adsorbenten mitbestimmten Adsorptionsplätzen. Durch die erfindungsgemäße Kühlung des Substrats auf eine Mindesttemperatur von -198°C wird die Mobilität der Adsorbatmoleküle empfindlich eingeschränkt. Die thermische Energie der Atome ist klein gegen die Bindungsenergie von komplex aufgebauten Teilchen auf der Oberfläche eines Festkörpers. Die Adsorption ist daher lokalisiert, weil die thermische Energie nicht ausreicht, das adsorbierte Teilchen aus seiner spezifischen Bindung zu lösen. Dadurch werden Diffusions- und andere unkontrollierte und unerwünschte Transportvorgänge von Adsorbatmolekülen auf der Oberfläche und alle für nachfolgende Abscheidungsprozeßschritte nachteiligen Ereignisse wie etwa Reaktionen zwischen Radikalen während der UV-Bestrahlung unterbunden. Die verwendeten Substrate können jede beliebige Geometrie aufweisen. Sie können aus allen Materialien hergestellt werden, die bis -200°C temperaturbeständig sind. Das Kühlen des Substrats erfolgt beispielsweise mit flüssigem Stickstoff. Nach der Kondensation der chemischen Verbindung auf der Oberfläche des Substrats wird die Oberfläche mit inkohärenter UV-Strahlung einer definierter Wellenlänge bestrahlt, wobei das Substrat weiterhin gekühlt wird. Vorzugsweise wird hierfür ein UV-Hochleistungsstrahler verwendet, der je nach Gasfüllung eine UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 60 nm und 320 nm erzeugt. Zwischen der Strahlungsquelle und der Oberfläche des Substrats kann eine Maske angeordnet werden, die an vorgegebenen Stellen mit Durchlässen versehen ist. Hiermit wird erreicht, daß die Schicht auf der Oberfläche nur partiell bestrahlt wird. Mit Hilfe der Maske können auf dem Substrat an vorgegebenen Stellen bestimmte Strukturen, z. B. Leiterbahnen, mit einem amorphen Aufbau und einer sehr scharfen Kantenstruktur ausgebildet werden. Durch das Bestrahlen der Schicht wird diese zersetzt, und eine metallische Schicht gebildet. Die nicht bestrahlten Bereiche können entfernt werden. Hierfür wird das Substrat beispielsweise auf die Sublimationstemperatur der Schicht erwärmt. Hierdurch werden die nicht bestrahlten Bereiche der Schicht verdampft. Wenn das nicht möglich ist, werden die nicht zersetzten Bereiche der Schicht abgewaschen. Auf der Oberfläche des Substrats bleiben die gewünschten Strukturen zurück, die mit extrem scharfen Kanten versehen sind und eine sehr große Homogenität besitzen.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die strukturierte Beschichtung eines Substrats,

Fig. 2 das beschichtete Substrat gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein flächiges Substrat 1 auf dessen Oberfläche 1S eine metallische Schicht abgeschieden werden soll. Das Substrat ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus Aluminiumoxid (Al2O3) gefertigt. Die metallische Beschichtung kann jedoch auch auf anderen Substraten (hier nicht dargestellt) ausgebildet werden, die aus einem organischen oder anorganischen Werkstoff gefertigt sind, der mindestens bis zu Temperaturen von -200°C beständig ist. Das Substrat 1 wird bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel vor der Beschichtung mit flüssigem Stickstoff (hier nicht dargestellt) auf -196°C gekühlt. Anschließend wird eine chemische Verbindung mit einer Metallkomponente 2 in Form eines Acetylacetonats oder ein Metallalkyl bei etwa 440°C verdampft und mit Hilfe eines Trägergases der Oberfläche des Substrats 1 zugeführt. Da das Substrat auf - 198°C gekühlt ist, kondensiert die verdampfte Verbindung auf der Oberfläche und wird dort adsorbiert. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird Kupferacetylacetonat auf der Oberfläche abgeschieden. Die Dicke der abgeschiedenen Schicht wird so gewählt, daß die zu bildende metallische Schicht 2M nach der Fertigstellung eine Dicke zwischen 0,5 und 50 nm aufweist. Anstelle von Kupferacetylacetonat kann auch eine metallorganische Verbindung aufgetragen werden, deren Metallkomponente Palladium ist. Ebenso kann ein Metallalkyl verwendet werden, das als metallische Komponente Al, Ga, In, Si, Ge, Zn oder Pb aufweist.

Wie Fig. 1 zeigt, ist in definiertem Abstand über der zu beschichtenden Oberfläche 1S des Substrats ein UV-Hochleistungsstrahler 3 angeordnet. Eine detaillierte Beschreibung dieses Hochleistungsstrahlers kann der EP-OS 02 54 111 entnommen werden. Der Hochleistungsstrahler 3 besteht aus einem durch eine einseitig gekühlte Metallelektrode (hier nicht dargestellt) und ein Dielektrikum (ebenfalls hier nicht dargestellt) begrenzten und mit einem Edelgas oder Gasgemisch gefüllten Entladungsraum (hier nicht dargestellt). Das Dielektrikum und die auf der dem Entladungsraum abgewandten Oberfläche des Dielektrikums liegende zweite Elektrode sind für die durch stille elektrische Entladung erzeugte Strahlung transparent. Durch diese Konstruktion und durch eine geeignete Wahl der Gasfüllung wird ein großflächiger Hochleistungsstrahler zur Erzeugung inkohärenter UV-Strahlung mit hohem Wirkungsgrad geschaffen. Mit Hilfe einer Gasfüllung aus Helium bzw. Argon kann UV- Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 80 und 100 nm bzw. 107 und 165 nm erzeugt werden. Eine Xenongasfüllung erlaubt die Erzeugung einer UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 180 und 190 nm, wobei das Maximum hierbei bei 172 nm liegt. Mit einer Gasfüllung aus Argonfluorid bzw. Kryptonfluorid kann UV-Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 180 bis 200 nm bzw. 240 bis 250 nm erzeugt werden. Mit einem Gasgemisch aus Xenon und Chlor läßt sich mit dem Hochleistungsstrahler eine UV-Wellenlänge von 300 bis 320 nm erzeugen. Falls die auszubildende metallische Schicht 2M eine definierte Struktur aufweisen soll, kann zwischen dem Hochleistungsstrahler 3 und der Oberfläche 1S des Substrats 1 eine Maske 4 angeordnet werden, die an den Stellen Durchlässe 4D aufweist, an denen auf der Oberfläche 1S des Substrates 1 eine metallische Schicht ausgebildet werden soll. Durch das Bestrahlen der abgeschiedenen Schicht 2 wird diese zersetzt, und es kommt zur Ausbildung einer metallischen Schicht. Das Substrat 1 wird sowohl beim Abscheiden der chemischen Verbindung 2 als auch beim Bestrahlen der abgeschiedenen Schicht 2 auf der Mindesttemperatur von -198°C gehalten. Ist die Schicht 2 zersetzt, so kann die Kühlung des Substrats 1 beendet werden. Die bei der Bestrahlung durch die Maske 4 nicht zersetzten Bereiche des Schicht 2 müssen nun noch von der Oberfläche 1S entfernt werden. Hierfür kann das Substrat 1 beispielsweise auf die Sublimationstemperatur der chemischen Verbindung erwärmt werden, wenn dieses nicht aus einem temperaturempfindlichen Werkstoff gefertigt ist. Dadruch sublimieren die nicht zersetzten Bereiche der Schicht 2. Zurück bleiben die in Fig. 2 dargestellten strukturierten metallischen Schichten 2M auf der Oberfläche 1S des Substrates 1.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung von ganzflächigen oder partiellen metallischen Schichten (2M) aus einer chemischen Verbindung (2), die wenigstens eine Metallkomponente aufweist, auf einem Substrat (1) durch Bestrahlen mit einer UV-Strahlungsquelle (3), dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) während definierter Verfahrensschritte auf eine Temperatur gekühlt wird, die im Kryotemperaturbereich liegt.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Verbindung bei 440°C verdampft und mit einem Trägergas der Oberfläche (1S) des Substrats (1) zugeführt und dort durch Kondensation abgeschieden wird.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) während der Kondensation der chemischen Verbindung auf der Oberfläche (1S) des Substrats (1) und während der Bestrahlung der abgeschiedenen Schicht (2) mit der UV-Strahlung auf eine Temperatur von mindestens -198°C mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedene Schicht (2) vollständig oder partiell mit einem Hochleistungsstrahler (3) bestrahlt wird, der UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 80 nm und 320 nm erzeugt.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallorganische Verbindung oder ein Metallalkyl, in einer Dicke zwischen 10 und 50 nm auf das Substrat (1) aufgetragen wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine chemische Verbindung in Form von Palladium- oder Kupferacetylacetonat oder ein Metallalkyl, das als metallische Komponente Al, Ga, In, Si, Ge, Zn oder Pb aufweist, bei 400°C verdampft und mit einem Trägergas in Form von Argon der Oberfläche (1S) des Substrates (1) zugeführt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestrahlung der abgeschiedenen Schicht (2) ein UV-Hochleistungsstrahler (3) mit einer Gasfüllung aus Helium, Argon, Argonfluorid, Kryptonfluorid, Xenon oder einem Gasgemisch aus Xenon und Chlor verwendet wird, der eine inkohärente UV-Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 60 nm und 320 nm erzeugt.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Verbindung (2) auf der Oberfläche (1) eines Substrats (1) abgeschieden wird, das aus einem organischen oder anorganischen Werkstoff hergestellt wird, der im Kryotemperaturbereich beständig ist.






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