DD226019A1 - METHOD FOR LASER-ACTIVATED CHEMICAL REDUCTIVE STRUCTURED METAL SEPARATION - Google Patents

Abstract

Das Verfahren gestattet die Herstellung von Leiter- und Widerstandsstrukturen z. B. auf dielektrischen Oberflaechen sowie die Herstellung von Schichtsystemen aus mehreren Metall- oder Legierungsschichten unter Nutzung des chemisch-reduktiven und gegebenenfalls galvanischen Abscheidungsverfahrens. Durch einen programmierten Laserstrahl wird eine nichtaktivierte Oberflaeche partiell aktiviert und gleichzeitig aus einem die Oberflaeche bedeckenden Fluessigkeitsfilm bestehend aus einem chemisch-reduktiven Bad eine Metallstruktur abgeschieden, die im gleichen Bad oder z. B. in einem galvanischen Bad weiter metallisiert werden kann.The method allows the production of conductor and resistor structures z. B. on dielectric surfaces and the production of layer systems of several metal or alloy layers using the chemical-reductive and optionally galvanic deposition process. By a programmed laser beam, a non-activated surface is partially activated and simultaneously deposited from a surface covering the liquid film consisting of a chemical-reductive bath, a metal structure in the same bath or z. B. can be further metallized in a galvanic bath.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zur laseraktivierten chemisch-reduktiven strukturierten MetallabscheidungProcess for laser-activated chemical-reductive structured metal deposition

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Das Verfahren bezieht sich auf ein chemisch-reduktives Abscheiden additiv strukturierter Metallschichten auf für das chemisch-reduktive Abscheidungsverfahren nicht katalytisch wirkenden Oberflächen, wobei die Aktivierung der Oberfläche durch Laserstrahlen erfolgt. Je nach Art des Metalls oder der Legierung können diese Strukturen als Leiterzüge oder Widerstände in der Elektronik benutzt werden, wobei auch die Schichten in chemisch-reduktiven und/oder galvanischen Bädern verstärkt oder Schichtsysteme aufgebaut werden können«The method relates to a chemical-reductive deposition of additively structured metal layers on non-catalytic surfaces for the chemical-reductive deposition process, wherein the activation of the surface is carried out by laser beams. Depending on the nature of the metal or alloy, these structures may be used as conductors or resistors in electronics, and the layers in chemical-reductive and / or galvanic baths may also be reinforced or layer systems built up. "

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Neben der Subtraktivtechnik sind Additivverfahren unter nutzung von Laserstrahlen und chemischen Abscheidungsverfahren bekannt. So wird für die Aktivierung ira Fotoeiribrennverfahren (DDE-Patent 153 950) eine Potoemulsion verwendet, aus der katalytisch wirkende Keime durch Laserstrahlen freigesetzt und in einem Einbrennprozeß die Heste der Potoemulsion ausgebrannt und die Keime auf der Oberfläche fixiert -werden· Der Prozeß ist aufwendig. So muß die SOtoemulsion definierteIn addition to the subtractive technique, additive methods using laser beams and chemical deposition methods are known. Thus, for activating ira Fotoeiribrennverfahren (DDE patent 153 950) is used a potoemulsion, released from the catalytically active nuclei by laser beams and burned out in a baking process the Hoto of the Potoemulsion and fixed the seeds on the surface-the process is expensive. So must the SOtoemulsion defined

Keimgrößen enthalten, ihre Viskosität durch hohe Temperaturkonstanz eingehalten werden. Dunkelkammer und Edelinetallkeime sind notwendig. ·Contain seed sizes, their viscosity can be maintained by high temperature stability. Darkroom and Edelinetallkeime are necessary. ·

Aus Oberflächenfilmen chemisch-reduktiver Bäder werden auf aktivierten Oberflächen durch Laserstrahlen Metallstrukturen abgeschieden (DDR-Patent 157 989)· Die vorhergehende Aktivierung der Oberfläche mit Edelmetallkeimen aus Lösungen in einem zweistufigen Prozeß kann zur Verschleppung von Keimen in die chemisch—reduktiven Bäder und damit zu. Instabilitäten führen. Außerdem ist eine weitere Metallisierung der durch Laser erzeugten Metallstrukturen in chemisch-reduktiven Bädern zur Vergrößerung der Schichtdicke oder der Erzeugung von Schichtsystemen aus mehreren Metallschichten nicht möglich, da dann eine Gesamtmetallisierung der aktivierten Oberfläche erfolgt.From surface films of chemical-reductive baths, metal structures are deposited on activated surfaces by laser beams (DDR patent 157 989). The preceding activation of the surface with noble metal nuclei from solutions in a two-stage process can lead to carry-over of germs into the chemical-reductive baths and thus. Lead instabilities. In addition, a further metallization of the laser-generated metal structures in chemical-reductive baths to increase the layer thickness or the formation of layer systems of multiple metal layers is not possible, since then takes place a total metallization of the activated surface.

Bei der zweistufigen Aktivierung werden Laserstrahlen zur Sensibilisierung im Prozeß der chemisch-reduktiven Abscheidung genutzt (DDR-Patent 200 968). Die zur Keimbildung dienenden Metallionen bedecken die gesamte Oberfläche«. Es besteht die Gefahr, daß sie an nicht reduktionsfähigen Stellen chemisorbiert und in den nachfolgenden chemischen Metallisierungsbädern vom vorhandenen Reduktionsmittel noch zu Keimen reduziert werden. Das kann zur Metallabscheidung an nicht erwünschten Stellen der Oberfläche (Wildabscheidung) führen.In the two-stage activation laser beams are used for sensitization in the process of chemical-reductive deposition (DDR patent 200 968). The metal ions used for nucleation cover the entire surface. " There is a risk that they are chemisorbed at non-reducible sites and reduced to germs in the subsequent chemical Metallisierungsbädern of the existing reducing agent. This can lead to metal deposition at undesired sites of the surface (wild separation).

Alle diese Verfahren weisen den Vorteil der hohen Genauigkeit der mit dem programmierten Laserstrahl erzielten geometrischen Strukturen auf.All of these methods have the advantage of high accuracy of the geometric structures obtained with the programmed laser beam.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Additiv-Metallisierungsverfahren unter Uutzung der hohen Strukturgenauigkeiten, die mit Laserstrahl möglich sind, zu schaffen unter Vermeidung eines aufwendigen technologischen Prozesses und der Gefahr der Verschleppung von Keimen aus der Aktivierung in dieThe object of the invention is to provide an additive metallization process using the high structural accuracies that are possible with a laser beam while avoiding a complex technological process and the danger of carryover of germs from activation into the process

chemisch-reduktiven Bäder und der Wildabscheidung von Metallschichten bei der Metallisierung der Strukturen, der Vergrößerung der Schichtdicke oder dem Aufbau von Schichtsystemen.chemical-reductive baths and the wild deposition of metal layers in the metallization of structures, increasing the layer thickness or the construction of layer systems.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Ausgegangen wird davon, daß eine Verschleppung von Keimen aus der Aktivierung in nachfolgende Bäder oder eine Abscheidung von Metallschichten auf nicht erwünschten Stellen der Oberfläche von ganzflächig aktivierten oder sensibilisierten Oberflächen nur vermieden werden kann, wenn eine strukturierte Metallabscheidung auf einer nicht vorher ganzflächig aktivierten Oberfläche erfolgen kann.It is assumed that a carryover of germs from the activation in subsequent baths or a deposition of metal layers on undesired sites of the surface of all-surface activated or sensitized surfaces can only be avoided if a structured metal deposition can take place on a previously not fully surface activated surface ,

Erfindungsgemäß wird das dadurch gelöst, daß die zum Anlauf einer chemisch-reduktiven Metallabscheidung nötige Aktivierungsenergie und die zur katalytischen Zersetzung des Metallionen-Komplexes auf der Oberfläche nötigen Störstellen durch den laserstrahl geliefert werden. Der laserstrahl muß die für die Aktivierung nötige Energie besitzen und auf der 2U beschichtenden Oberfläche ausreichend adsorbiert werden« Das wird durch die Anwendung eines der Oberfläche angepaßten Laserstrahls mit entsprechender Wellenlänge, Intensität und Impulsdauer erreicht.According to the invention this is achieved in that the necessary for the start of a chemical-reductive metal deposition activation energy and necessary for the catalytic decomposition of the metal ion complex on the surface impurities are supplied by the laser beam. The laser beam must have the energy required for activation and be sufficiently adsorbed on the 2U coating surface. This is achieved by the use of a laser beam of appropriate wavelength, intensity and pulse duration adapted to the surface.

Bei der programmierten Führung eines Laserstrahls über die mit einem Plüssigkeitsfilm eines chemisch-reduktiven Bades bedeckte Oberfläche, die für dieses Bad keine aktivierte Oberfläche besitzt - eine Metallabscheidung zunächst nicht erfolgt - wird durch den auf der Oberfläche auftreffenden Laserstrahl die Oberfläche aktiviert. Durch den Laserstrahl wird die Aktivierungsenergie zum Anlauf der chemischen Reaktion geliefert und damit die Abscheidung einer Metallschicht bewirkt. Durch die Erzeugung von Störstellen auf der vom Laserstrahl betroffenen Oberfläche werden außerdem hohe Haftfestigkeiten der abgeschiedenen Metallschichten erzielt. Durch programmierte Führung des Laserstrahles und der Verwen-During the programmed guidance of a laser beam over the surface covered with a liquid chemical layer of a chemical-reductive bath, which does not have an activated surface for this bath - a metal deposition does not occur at first - the surface which is incident on the surface activates the surface. By the laser beam, the activation energy is supplied to start the chemical reaction and thus causes the deposition of a metal layer. The generation of defects on the surface affected by the laser beam also high adhesion of the deposited metal layers is achieved. Through programmed guidance of the laser beam and the use of

dang ausgewählter Bäder können gewünschte Leiter- oder ?/iderstandsstrukturen erzielt werden· Nachfolgend kann nach einem Spülprozeß in destilliertem Wasser die Schichtdicke im gleichen chemisch-reduktiven Bad vergrößert oder ein Schichtsystem entsprechend der gewünschten Metall- oder Legierungsschichten aus chemisch-reduktiven und/oder aus galvanischen Bädern aufgebaut werden.Following a rinsing process in distilled water, the layer thickness in the same chemical-reductive bath can be increased or a layer system corresponding to the desired metal or alloy layers of chemical-reductive and / or galvanic Baths are built.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein gereinigtes Substrat aus einer Kondensatorkeramik Έ 750 •wird .mit. einem Flüssigkeitsfilm eines chemisch-reduktiven Bades bedeckt, im vorliegenden Pail nach dem DDE-Patent 157 773· Ein Üd-YAG-Laser mit einer mittleren Leistung von 1,5 W, einer Impulsfolgefrequenz von TO kHz, einer Impulsdauer von 176 ns und einem Brennfleckdurchmesser von ca. 10 pm wird mit Hilfe eines x-y-Koordinatentisches über die mit dem Flüssigkeitsfilm bedeckte Substratoberfläche geführt. Dabei entsteht eine Iii.3? -Leiterstruktur mit einer Schichtdicke von ca. 0,5 pn. Der spezifische elektrische Widerstand der Schicht beträgt 1,4 · 10"Ia. cm, die Haftfestigkeit ist ^ 1200 Hem · Anschließend erfolgt ein galvanischer Schichtaufbau in einem galvanischen Cu-Bad (5 pn) und' einem galvanischen Sn-Bad (2 pn).A cleaned substrate made of a capacitor ceramic Έ 750 • is .mit. a liquid film of a chemical reductive bath covered in the present Pail according to the DDE patent 157 773 · A Üd-YAG laser with an average power of 1.5 W, a pulse repetition frequency of TO kHz, a pulse width of 176 ns and a focal spot diameter of about 10 pm is guided over the substrate surface covered with the liquid film with the aid of an xy coordinate table. This creates an Iii.3? -Leiterstruktur with a layer thickness of about 0.5 pn. The specific electrical resistance of the layer is 1.4 × 10 -10 cm -1, the adhesive strength is 1200 mm. This is followed by a galvanic layer structure in a galvanic Cu bath (5 pn) and a galvanic Sn bath (2 pn). ,

Claims (2)

- 5 Srfindungsanspruch - 5 claim to conduct 1. Verfahren zur laseraktivierten chemiscb-reduktiven Metallabscheidung auf für die chemisch-reduktive Metallabseheidung nichtaktivierten Oberflächen, gekennzeichnet dadurch, daJ3 die partielle Aktivierung der Oberfläche für den chemise h-reduktiven Abscheidungsprozeß und gleichzeitig die katalytisch^ strukturierte Abscheidung der Metallschicht aus einem chemisch-reduktiven Bad durch einen auf die Oberfläche auftreffenden laserstrahl erfolgt und die entstehende Metallschichtstruktur im gleichen oder einein anderen chemisch-reduktiven und/oder galvanischen Bad zur Vergrößerung der Schichtdicke oder dem Aufbau eines Schichtsystems behandelt werden kann«1. A method for laser-activated chemiscb-reductive metal deposition on non-activated surfaces for the chemical-reductive Metallabseheidung, characterized in that the partial activation of the surface for the chemise h-reductive deposition process and at the same time the catalytic ^ structured deposition of the metal layer of a chemical-reductive bath by a laser beam impinging on the surface and the resulting metal layer structure can be treated in the same or another chemical-reductive and / or galvanic bath to increase the layer thickness or the structure of a layer system. " 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der auf die Oberfläche auftreffende Laserstrahl Störstellen erzeugt.2. The method according to claim 1, characterized in that the laser beam impinging on the surface generates impurities.