DD284906A5 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF LAYER COMPOSITIONS OF DUEN STRUCTURED LAYERS WITH AT LEAST ONE NOMINATELY SUPPORTED THIN METAL LAYER - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mikroelektronik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schichtverbunden aus duennen strukturierten Schichten mit mindestens einer nachtraeglich aufgebrachten duennen Metallschicht, wie es z. B. bei der Herstellung von Leiterplatten, Duennschichtkondensatoren, Duennschichtthermoelementen Anwendung findet. Die Aufgabe der Erfindung, die Haftung zwischen den duennen Schichten von Schichtverbunden mit mindestens einer nachtraeglich aufgebrachten duennen Metallschicht auf isolierenden Substraten zu verbessern, wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Schichtverbunden aus duennen strukturierten Schichten mit mindestens einer nachtraeglich aufgebrachten duennen Metallschicht, bei dem auf ein isolierendes Substrat mindestens eine Cr- oder Cr-haltige Schicht, in der Cr das potentialbestimmende Element ist, und mindestens eine Cu-Schicht aufgebracht und anschlieszend die Cu-Schicht(en) mit einem Cu-AEtzmittel strukturiert wird und danach die Cr- oder Cr-haltige Schicht mit einem alkalischen Cr-AEtzmittel strukturiert wird und danach mindestens eine weitere, im Vergleich zur Cu-Schicht duenne Metallschicht aufgebracht wird, erfindungsgemaesz dadurch geloest, dasz nach dem Strukturieren der Cu-Schicht und/oder vor dem Aufbringen der weiteren Metallschicht(en) eine weitere Behandlung des Schichtverbundes mit einem sauren Cr-AEtzmittel in einer Zeit von 1 bis 30 min erfolgt. Erfindungsgemaesz hergestellte Schichtverbunde zeigen verbesserte mechanische Eigenschaften.{Mikroelektronik; Schichtverbund; Strukturierung; duenne Schichten; duenne Metallschichten; Cu-Schicht; Cr-Schicht; Cr-haltige Schicht; alkalisches Cr-AEtzmittel; saures Cr-AEtzmittel}The invention relates to the field of microelectronics and relates to a method for producing laminated composites of thin structured layers with at least one subsequently applied thin metal layer, as described, for example, in US Pat. B. in the manufacture of printed circuit boards, thin film capacitors, Duennschichtthermoelementen applies. The object of the invention to improve the adhesion between the thin layers of laminated composites with at least one subsequently applied thin metal layer on insulating substrates is achieved by a process for producing laminates of thin structured layers with at least one subsequently applied thin metal layer insulating substrate at least one Cr or Cr-containing layer in which Cr is the potential-determining element, and at least one Cu layer is applied and then the Cu layer (s) is patterned with a Cu-AEtzmittel and then the Cr or Cr containing layer is structured with an alkaline Cr-Azzmittel and then at least one further, compared to the Cu layer thin metal layer is applied, according to invention thereby solved, that after the structuring of the Cu layer and / or before the application of the further metal layer ( en) a further treatment of the Schich Compound is carried out with an acidic Cr-AEzzmittel in a time of 1 to 30 min. Laminated composites made according to the invention show improved mechanical properties. {Microelectronics; Layer composite; Structuring; thin layers; thin metal layers; Cu layer; Cr layer; Cr-containing layer; alkaline Cr-agent; acidic Cr anti-corrosive agent}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Ein wichtiger technologischer Schritt bei der Herstellung elektrischer Bauelemente ist das naßchemische Strukturieren (Ätzen).An important technological step in the production of electrical components is the wet chemical structuring (etching).

Am häufigsten wird das naßchemische Strukturieren nach dem subtraktiven Verfahren durchgeführt. Dabei werden die Schichten, die z. B. durch Bedampfen auf isolierende Substrate aufgebracht worden sind, definiert wieder abgetragen, indemMost often, the wet chemical structuring is carried out by the subtractive process. The layers that z. B. have been applied by vapor deposition on insulating substrates defined again removed by

z. B. Lackmasken aufgebracht werden und die jeweils freibleibenden Teile der Schichten abgetragen werden.z. As paint masks are applied and the remaining parts of the layers are removed.

Dabei ist von großer Bedeutung, daß je nach der Zusammensetzung der abzutragenden Schicht ein spezielles Ätzmittel eingesetzt werden muß. Es sind zahlreiche Ätzmittel bekannt, die für einen oder mehrere Werkstoffe besonders geeignet sind (Hanke, H.-J. u. H. Fabian „Technologie elektronischer Baugruppen", VEB Verlag Technik Berlin, 1975, S. 259-273).It is of great importance that, depending on the composition of the layer to be removed, a special etchant must be used. Numerous etchants are known which are particularly suitable for one or more materials (Hanke, H.-J. and H. Fabian "Technologie elektronischer Baugruppen", VEB Verlag Technik Berlin, 1975, pp. 259-273).

Für die Qualität der Ätzung ist der Grad der Unterätzung bedeutsam, wobei die Unterätzung so gering wie möglich sein soll. Bei dem subtraktiven Verfahren zur Herstellung von z. B. Leiterplatten soll möglichst ein Ätzfaktor (= Schichtdicke/Unterätzung) von 2...4 erreicht werden.For the quality of the etch, the degree of undercut is significant, with the undercut being as low as possible. In the subtractive process for the preparation of z. B. printed circuit boards as possible, an etching factor (= layer thickness / undercut) of 2 ... 4 can be achieved.

In bestimmten Fällen ist es notwendig nach erfolgter Strukturierung der vorhandenen Schichten auf die Substrate weitere Metallschichten abzuscheiden, die wesentlich dünner als die bereits strukturierten Schichten sind. Bei der Herstellung solcher Schichtverbunde hat sich als Nachteil herausgestellt, daß der Ausschuß sehr hoch ist.In certain cases, it is necessary after the structuring of the existing layers on the substrates to deposit further metal layers, which are substantially thinner than the already structured layers. In the production of such laminates has proved to be a disadvantage that the committee is very high.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei der Herstellung von Schichtverbunden aus dünnen strukturierten Schichten mit mindestens einer nachträglich aufgebrachten dünnen Metallschicht auf isolierenden Substraten den Ausschuß zu senken.The aim of the invention is to reduce the rejects in the production of laminates of thin structured layers with at least one subsequently applied thin metal layer on insulating substrates.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Haftung zwischen den dünnen Schichten von Schichtverbunden mit mindestens einer nachträglich aufgebrachten dünnen Metallschicht auf isolierenden Substraten zu verbessern. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Schichtverbunden aus dünnen strukturierten Schichten mit mindestens einer nachträglich aufgebrachten dünnen Metallschicht, bei dem auf ein isolierendes Substrat mindestens eine Cr- oder Cr-haltige Schicht, in der Cr das potentialbestimmende Element ist, und mindestens eine Cu-Schicht aufgebracht und anschließend die Cu-Schicht(en) mit einem Cu-Ätzmittel strukturiert wird und danach die Cr- oder Cr-haltige Schicht mit einem alkalischen Cr-Ätzmittel strukturiert wird und danach mindestens eine weitere, im Vergleich zur Cu-Schicht sehr dünnen Metallschicht aufgebracht wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach dem Strukturieren der Cu-Schicht und/oder vor dem Aufbringen der weiteren Metallschicht(en) eine weitere Behandlung des Schichtverbundes mit einem sauren Cr-Ätzmittel in einer Zeit von 1 bis 30 min erfolgt. Auf ein isolierendes Substrat werden im Vakuum zuerst eine dünne Cr-oder Cr-haltige Schicht und danach eine Cu-Schicht aufgebracht. Anschließend wird auf die Cu-Schicht eine Fotolackmaske aufgebracht, die entsprechend der herzustellenden Kontakt- und Leitbahnstruktur gestaltet ist. Danach erfolgt die Strukturierung der Cu-Schicht mit einem Cu-Ätzmittel. Der Böschungswinkel der Cu-Schicht beträgt nach der Strukturierung >50". Nach dieser Strukturierung wird üblicherweise das Substrat mit dem Schichtverbund gespült. Erfindungsgemäß kann nun die Behandlung mit einem sauren Cr-Ätzmittel fortgesetzt werden, welches aber nur einen Einfluß auf die Cu-Schicht hat, wogegen die Cr- oder Cr-haltige Schicht weitgehend passiviert ist. Während dieses Prozesses wird die Cu-Schicht von der oberen Kontaktkante herzurückgeätzt. In Abhängigkeit von der Ätzmittelzusammensetzung und den geometrischen Verhältnissen stellt sich innerhalb von 1 bis 30 min ein sehr flacher Böschungswinkel der Cu-Schicht ein. Die danach aufgebrachte Metallschicht läppt zum Teil über die Cu-Schicht, wodurch die Kontaktfläche zwischen Cu-Schicht und Metallschicht gegenüber den nach dem Stand der Technik hergestellten Schichtverbunden wesentlich größer ist und somit die Haftung zwischen beiden verbessert ist.The object of the invention is to improve the adhesion between the thin layers of layer composites with at least one subsequently applied thin metal layer on insulating substrates. The object is achieved by a method for producing layer composites from thin structured layers having at least one subsequently applied thin metal layer, in which on an insulating substrate at least one Cr or Cr-containing layer in which Cr is the potential-determining element, and at least one Cu Layer and then the Cu layer (s) is patterned with a Cu etchant and then the Cr or Cr-containing layer is patterned with an alkaline Cr etchant and then at least one more, compared to the Cu layer very thin metal layer is applied, according to the invention achieved in that after structuring the Cu layer and / or before applying the further metal layer (s) further treatment of the composite layer with an acidic Cr-etchant in a time of 1 to 30 minutes. A thin Cr or Cr containing layer and then a Cu layer are first vacuum deposited on an insulating substrate. Subsequently, a photoresist mask is applied to the Cu layer, which is designed according to the contact and interconnect structure to be produced. Thereafter, the structuring of the Cu layer is carried out with a Cu etchant. After the structuring, the substrate is usually rinsed with the layer composite, and according to the invention, the treatment with an acidic Cr etchant can be continued, but this only has an influence on the Cu layer During this process, the Cu layer is etched back from the upper contact edge, depending on the etchant composition and geometrical conditions, a very shallow angle of repose is established within 1 to 30 minutes The metal layer subsequently applied laps in part over the Cu layer, as a result of which the contact surface between the Cu layer and metal layer is substantially larger than the laminations produced according to the prior art and thus the adhesion between the two is improved.

Es ist aber auch möglich, zuerst die Strukturierung der Cr- oder Cr-haltigen Schicht mit einem alkalischen Cr-Ätzmittel durchzuführen, wobei davor eine neue Fotolackmaske aufgebracht worden sein kann, und danach die erfindungsgemäße Behandlung mit einem sauren Cr-Ätzmittel fortzusetzen.However, it is also possible first to carry out the structuring of the Cr or Cr-containing layer with an alkaline Cr etchant, in which case a new photoresist mask may have been applied, and then to continue the treatment according to the invention with an acidic Cr etchant.

Nach üblichen Spül- und Reinigungsprozessen können weitere Schichten aufgebracht werden.After customary rinsing and cleaning processes, further layers can be applied.

Auf die positiven Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es keinen Einfluß, an welcher der beiden Stellen im Verfahrensablauf die erfindungsgemäße Behandlung durchgeführt wird.On the positive effects of the method according to the invention, it has no influence on which of the two points in the process sequence, the treatment according to the invention is carried out.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.The invention will be described below with reference to an embodiment.

Bei der Herstellung von Dünnschichtthermoelementen werden auf ein Keramiksubstrat eine 100 nm dicke Cr-Schicht und danach eine 5цт dicke Cu-Schicht im Vakuum aufgesplittert. Anschließend wird eine Fotolackmaske mit der gewünschten Struktur aufgedruckt und dieser Schichtverbund in einer wäßrigen Lösung mit 10 Masseanteilen (NH₄I₂S₂O₈ bei 60°C eingetaucht. Anschließend erfolgt eine Spülung ohne Änderung der Fotolackmaske. Nach diesem Ätz- und Spülvorgang beträgt der Böschungswinkel der Cu-Schicht etwa 60°. Nunmehr erfolgt die erfindungsgemäße Behandlung des Schichtverbundes mit einer Lösung, bestehend ausIn the production of thin-film thermocouples, a 100 nm thick Cr layer and then a 5 th thick Cu layer are split in vacuo onto a ceramic substrate. Subsequently, a photoresist mask is printed with the desired structure and this layer composite immersed in an aqueous solution with 10 parts by mass (NH ₄ I ₂ S ₂ O ₈ at 60 ° C. Subsequently, a rinse occurs without changing the photoresist mask is After this etching and rinsing The angle of repose of the Cu layer about 60 °. Now, the treatment according to the invention of the composite layer takes place with a solution consisting of

6,5 Masseanteile (NH₄I₂Ce(NO₃I₄ 4,3 Masseanteile HCIO₄ 89,2 Masseanteile H₂O.6.5 parts by mass (NH ₄ I ₂ Ce (NO ₃ I ₄ 4.3 parts by mass HCIO ₄ 89.2 parts by mass H ₂ O.

Die Behandlung in dieser Lösung erfolgt 6min. Danach beträgt der Böschungswinkel der Cu-Schicht nur noch etwa 10°, und die Cu-Kante ist um etwa 15 цт zurückgeätzt. Anschließend kann ein weiterer Spülprozeß angeschlossen werden. Nun wird eine neue Fotolackmaske aufgedruckt und der Schichtverbund in eine Lösung aus 20g K₃Fe(CN)₆,10g NaOH und 100 ml H₂O bei einer Temperatur von 60°C45s eingetaucht. Bei diesem Ätzprozeß wird die Cr-Schicht an den gewünschten Stellen abgetragen. Danach werden eine neue Lift-off-Fotolackmaske aufgebracht und eine 0,2 μιη dicke Schicht durch Sputtern abgeschieden. Nach dem Strukturieren des Bi und Auftragen einer neuen Lift-off-Fotolackmaske wird eine Sb-Schicht aufgesputtert, die ebenfalls 0,2 pm dick ist und anschließend strukturiert wird.The treatment in this solution is 6min. Thereafter, the angle of repose of the Cu layer is only about 10 °, and the Cu edge is etched back by about 15 цт. Subsequently, a further rinsing process can be connected. Now, a new photoresist mask is printed and the layer composite immersed in a solution of 20 g K ₃ Fe (CN) ₆ , 10 g NaOH and 100 ml H ₂ O at a temperature of 60 ° C45s. In this etching process, the Cr layer is removed at the desired locations. Thereafter, a new lift-off photoresist mask are applied and a 0.2 μιη thick layer deposited by sputtering. After patterning the Bi and applying a new lift-off photoresist mask, an Sb layer is sputtered, which is also 0.2 μm thick and then patterned.

So hergestellte Dünnschichtthermoelemente haben einen geringeren Übergangswiderstand als nach dem Stand der Technik hergestellte und durch die verbesserte Haftung der Schichten auf dem Substrat und untereinander eine um etwa 20% erhöhte Ausbeute.Thus produced thin-film thermocouples have a lower contact resistance than in the prior art produced and increased by the improved adhesion of the layers on the substrate and each other by about 20% yield.

Claims (1)

Verfahren zur Herstellung von Schichtverbunden aus dünnen strukturierten Schichten mit mindestens einer nachträglich aufgebrachten dünnen Metallschicht, bei dem auf ein isolierendes Substrat mindestens eine Cr- oder Cr-haltige Schicht, in der Cr das potentialbestimmende Element ist, und mindestens eine Cu-Schicht aufgebracht und die Cu-Schicht(en) anschließend mit einem Cu-Ätzmittel strukturiert wird und danach die Cr- oder Cr-haltige Schicht mit einem alkalischen Cr-Ätzmittel strukturiert wird und danach mindestens eine weitere, im Vergleich zur Cu-Schicht sehr dünne Metallschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Strukturieren der Cu-Schicht und/oder vor dem Aufbringen der weiteren Metallschicht(en) eine weitere Behandlung des Schichtverbundes mit einem sauren Cr-Ätzmittel in einer Zeit von 1 bis 30 min erfolgt.A method for producing laminated composites of thin structured layers having at least one subsequently applied thin metal layer, wherein at least one Cr or Cr-containing layer in which Cr is the potential-determining element and at least one Cu layer is applied to an insulating substrate and the Cu layer (s) is then patterned with a Cu etchant and then the Cr or Cr-containing layer is patterned with an alkaline Cr etchant and then at least one further, compared to the Cu layer very thin metal layer is applied, characterized in that after the structuring of the Cu layer and / or before the application of the further metal layer (s), a further treatment of the layer composite with an acidic Cr-etching agent takes place in a time of 1 to 30 minutes. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mikroelektronik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schichtverbunden aus dünnen strukturierten Schichten mit mindestens einer nachträglich aufgebrachten dünnen Metallschicht, wie es z. B. bei der Herstellung von Leiterplatten, Dünnschichtkondensatoren, Dünnschichtthermoelementen Anwendung findet.The invention relates to the field of microelectronics and relates to a method for producing laminated composites of thin structured layers with at least one subsequently applied thin metal layer, as z. B. in the manufacture of printed circuit boards, thin-film capacitors, thin-film thermocouples applies.