| 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.
|
|
|