DE3872859T2

DE3872859T2 - Verfahren zur metallisierung eines kieselsaeure-, quartz-, glas- oder saphirsubstrates und so erhaltenes substrat.

Info

Publication number: DE3872859T2
Application number: DE8888202952T
Authority: DE
Inventors: Jean Bourgeois-Moine
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1988-12-19
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2008-12-20
Also published as: DE3872859D1; FR2625190A1; EP0322967B1; KR890011041A; EP0322967A1; US4946546A; JPH01212754A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, das es ermöglicht, daß Metall an einer Oberfläche eines Substrats aus Siliziumdioxid, Quarz, Glas oder Saphir haftet, wobei die zu metallisierende Oberfläche zunächst durch mechanischen Abrieb aufgerauht wird, damit eine Oberflächenrauhigkeit zwischen 0,2 um und 0,7 um erhalten wird, und danach einer chemischen Ätzbehandlung ausgesetzt wird, indem sie während einer geeigneten Zeit in eine wässrige Lösung von Fluorwasserstoffsäure getaucht wird.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf durch Anwendung dieses Verfahrens erhaltene metallisierte Substrate.
Ein spezifischer Anwendungsbereich der Erfindung ist der Bereich der Dünnfilm-Hybridschaltungen und der VHF-Schaltungen. Für diese Art von Schaltungen werden Substrate aus Aluminiumoxid oder Substrate aus Siliziumdioxid in kristallisierter oder amorpher Form oft als Substrat verwendet. Kristallines Aluminium, das meistens verwendet wird, eignet sich insbesondere zum Betrieb bei Frequenzen unter etwa 15 GHz. Über dieser Frequenz wird die Breite der Metallspuren der Schaltungsanordnung auf Aluminium gering, und zwar wegen der Dielektrizitätskonstanten, d.h. in der Größenordnung von 0,5 mm, was dazu führt, daß die Spuren sich im Bereich der Verbindungen lösen, während aus demselben Grund das Substrat aus Aluminium sehr dünn wird, d.h. in der Größenordnung von 0,25 mm, wodurch es zerbrechlich wird und nur schwer bearbeitet werden kann wegen des hohen Härtegrades von Aluminium. Andererseits ist ein Vorteil von Aluminium als Träger von VHF-Schaltungen, daß es mit Hilfe herkömmlicher Verfahren einwandfrei metallisiert werden kann: so ist es beispielsweise durch Kathodenzerstäubung mit den vorhergehenden Behandlungsschritten von Reinigung, Brennung und Entgasung möglich, ein Haftvermögen Fp der metallischen Spuren über 200 cN/mm zu erzielen, was für den beabsichtigten Anwendungsbereich ausreicht, wobei der Nachteil der Zerbrechlichkeit des Materials für geringe Dicken bei hohen Frequenzen aufwiegt gegen den Nachteil der Lösung der Spuren. Es sei erwähnt, daß wenn dies der Fall ist, und unabhängig von dem angewandten Metallisierungsverfahren, zum Erhalten eines großen Haftvermögens eine relativ große chemische Affinität zwischen Aluminium und bestimmten als Metallisierungsunterschicht verwendeten Metallen besonders erforderlich ist. Außer Aluminiumoxid-Substraten sind auch Substrate aus Siliziumdioxid, Quarz, Hartglas und Substrate aus Saphir für Anwendung im VHF-Bereich geeignet. Siliziumdioxid-Substrate sind insbesondere geeignet zum Arbeiten mit Frequenzen über 15 GHz. Substrate auf Basis von Siliziumdioxid lassen sich besser bearbeiten als Substrate aus Aluminiumoxid, sie weisen geringere Dielektrizitätsverluste auf, sind weniger zerbrechlich, und sind, für dieselbe zu verwirklichende Betriebsfrequenz der Schaltung, wegen der niedrigen Dielektrizitätskonstanten er gleich 3,8 für Siliziumdioxid gegenüber 9,9 für Aluminiumoxid, weniger zerbrechlich, weil sie dicker sind und breitere Metallspuren haben. Das in diesem Fall auftretende Hauptproblem ist das geringe Haftvermögen der Metallschichten an einem Siliziumdioxid-Substrat, was verursacht wird durch die geringe chemische Affinität, mehr insbesondere durch die Hydrophobie zwischen Siliziumdioxid und Metall. Die bekannten herkömmlichen Verfahren, wie Verdampfung im Vakuum, Kathodenzerstäubung, Niederschlag aus der Gasphase und chemischer Niederschlag, führen zu einem Haftvermögen in der Größenordnung von 20 cN/mm wenn sie unmittelbar an dem Substrat durchgeführt werden, ohne daß sie vorher bestimmten Vorbehandlungen ausgesetzt worden sind, was im allgemeinen für die oben beschriebene Hauptanwendung zu gering ist. In Wirklichkeit sind die Beschränkungen, denen die Metallspuren von Dünnfilm-Hybridschaltungen ausgesetzt sind, vergleichbar mit denen von gedruckten Schaltungen, die ein Haftvermögen gleich oder über 80 cN/mm erfordern.
Ein Metallisierungsverfahren durch chemischen Niederschlag ist beispielsweise bekannt aus dem französichen Gebrauchsmuster 2 212 302 von N.V. PHILIPS, wodurch es möglich ist, ein Haftvermögen von über 55 cN/mm zu erzielen. Nach diesem Verfahren wird der eigentliche chemische Niederschlag in zwei Behandlungsschritten der Substratoberfläche aus Hartglas durchgeführt, wobei der erste Schritt aus der Aufrauhung durch mechanischen Abrieb der Oberfläche des Glases besteht, bis eine gewisse Rauhigkeit Ra zwischen 0,2 und 2,5 um erhalten worden ist. Der zweite Schritt besteht dann aus der Behandlung der Oberfläche mit einer wäßrigen konzentrierten Fluorwasserstoffsäurelösung während zehn oder einigen zehn Sekunden. Die anderen Schritte beziehen sich auf den chemischen Niederschlag, der in das Anbringen einer Keimbildungsschicht und das nachfolgende Verstärken mit Metall mit Hilfe einer Metallisierungslösung aufgeteilt ist. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, daß es auf einfache Weise durchgeführt werden kann, und zwei- bis dreimal bessere Haftergebnisse liefert als die herkömmlichen Verfahren ohne Vorbehandlungen der zu metallisierenden Oberfläche. Aber das Haftvermögen der Metallisierungen zeigen sich dennoch unzureichend für die Substrate auf Basis von Siliziumdioxid und die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, dieses Haftvermögen weiter zu verbessern.
Die Erfindung hat nun zur Hauptaufgabe dafür zu sorgen, daß Metall an einer Oberfläche eines Substrats aus Siliziumdioxid, Quarz, Glas oder Saphir derart haftet, daß ein Haftvermögen über 80 cN/mm erhalten wird.
Die Erfindung hat außerdem zur Aufgabe, eine Skala metallischer Unterschichten verfügbar zu machen die vollständiger ist als bei den herkömmlichen Verfahren.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine bessere Homogenität des Niederschlags der metallischen Unterschicht zu erhalten, wodurch eine geringe Dicke der Unterschicht in der Größenordnung von 20 bis 30 nm möglich ist, was die teilweise Entfernung der Unterschicht durch Ätzung während der Bildung etwaiger metallischer Konfigurationen auf dem Substrat erleichtert.
Dies wird dadurch erzielt und die Nachteile des Standes der Technik werden verringert durch die Tatsache, daß das Metallisierungsverfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verfahren weiterhin die nachfolgenden Verfahrensschritte aufweist:
- das Ionenätzen der Oberfläche (in einem neutralen Medium) bis zu einer Tiefe von weniger als 50 nm,
- das Niederschlagen einer ersten metallischen Haftschicht auf der Oberfläche durch Kathodenzerstäubung.
Das Ionenätzen der Oberfläche mit nachfolgender Auftragung von Metallhaftschichten auf der Oberfläche durch Kathodenzerstäubung ist an sich bekannt (JP-A-62 12 184).
Wegen der äußerst geringen chemischen Affinität zwischen Metallen und Siliziumdioxid oder Saphir ist der Grundgedanke der Erfindung vor dem Metallisierungsschritt durch Kathodenzerstäubung zu erzielen, daß der Oberflächenzustand des Substrats aus Siliziumdioxid möglichst angepaßt ist an die mechanische Haftung des Metalls an dem Substrat, wobei dieser Oberflächenzustand nur teilweise durch die nach reaktivem Ionenätzen erhaltene schlußendliche Rauhigkeit Ra gekennzeichnet wird: es ist insbesondere die Art und das Äußere des mikroskopischen Reliefs des erhaltenen Substrats in dieser Stufe des Verfahrens die eine Rolle spielen, mehr noch als die mittlere Tiefe dieses Reliefs.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf, daß das Ionenätzen der Oberfläche durch ein Argonplasma erfolgt mit einer Leistung je Oberflächeneinheit zwischen 50 W/cm² und 71 W/cm² und während einer Zeitperiode zwischen 160 s und 200 s.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform weist das kennzeichen auf, daß das Verfahren außerdem den folgenden Verfahrensschritt aufweist, der daraus besteht, daß auf der metallisierten Oberfläche im Kathodenzerstäubungsverfahren eine zweite leitende metallische Schicht angebracht wird, deren Dicke weniger als 1 um beträgt.
Die erste Metallschicht oder Unterschicht, auch als Haftschicht bezeichnet, besteht aus einem Metall, das insbesondere wegen der chemischen Kompatibilität mit dem Substrat gewählt ist, wie Cr, NiCr, Ti, W oder dergleichen. Weiterhin ermöglicht die Verwendung von NiCr die Bildung integrierter Widerstände. Die zweite Metallschicht mit einer Dicke, die zehnmal größer ist als die der Unterschicht führt nicht zu Problemen in bezug auf die Haftung an der Unterschicht: im allgemeinen wird Au, Ag oder Cu verwendet. Photolithographische und chemische oder trockene selektive Ätzverfahren ermöglichen die Erhaltung widerstandsfähiger oder leitender Metallkonfigurationen auf metallisierten Substraten, völlig auf nur einer Seite oder auf beiden Seiten, wenigstens insofern es sich um die metallische Unterschicht handelt. Entsprechend den für die Schaltungsanordnungen gewählten Betriebsfrequenzen kann die Dicke der Leiter größer oder geringer sein, geringer als 1 um für sehr hohe Frequenzen und in der Größenordnung von einigen um für niedrigere Frequenzen.
Eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die es ermöglicht, Metallschichten mit einer Dicke von einigen um zu erhalten, weist das Kennzeichen auf, daß das Verfahren außerdem den letzten Verfahrensschritt aufweist, und zwar das Anbringen einer dritten leitenden metallischen Verstärkungsschicht auf der metallisierten Oberfläche durch elektrolytischen Niederschlag.
Vorzugsweise wird der elektrolytische Niederschlag der dritten metallischen Schicht mit demselben Metall durchgeführt, wie bei der zweiten Schicht und dieser Niederschlag wird durchgeführt auf Metallkonfigurationen, die an der Oberfläche des Substrats haften.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a und 1b in Draufsicht bzw. im Schnitt den bekannten Aspekt einer Oberfläche eines Siliziumdioxid-Substrats nach mechanischer Aufrauhung,
Fig. 2a und 2b in Draufsicht bzw. im Schnitt den bekannten Aspekt der Oberfläche nach den Fig. 1a und 1b nach Behandlung mit Fluorwasserstoffsäure;
Fig. 3 in Draufsicht den Aspekt der Oberfläche nach Fig. 2a nach dem Verfahrensschritt der reaktiven Ionenätzung nach der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Ionenätzung (in einem neutralen Medium) und zur Kathodenzerstäubung zum Durchführen der Erfindung.
Wenn durch chemischen Niederschlag Metallschichten auf der Oberfläche eines Substrats aus Glas oder aus Quarz gebildet werden sollen, ist es bekannt, vor den rein chemischen Verfahrensschritten, die aus der Eintauchung des Substrats in verschiedenen aufeinanderfolgenden Lösungen auf Basis von Metallsalzen besteht, zwei Vorbehandlungen durchzuführen mit der Absicht die Substratoberfläche derart zu behandeln, daß diese eine Oberflächenrauhigkeit erhält, die dazu neigt die Haftung des nachher niedergeschlagenen Metalls zu fördern. Diese zwei bekannten Schritte werden angewandt zum Durchführen der vorliegenden Erfindung zum Niederschlagen einer Metallschicht (von Metallschichten) auf Slliziumdioxid, Quarz, Glas oder Saphir und werden untenstehend anhand der Fig. 1a, 1b, 2a und 2b näher beschrieben.
Nach Bearbeitung hat die Oberfläche des Substrats aus Siliziumdioxid und bestimmt für Dünnfilm-Hybridschaltungen oder VHF-Schaltungen eine Oberflächenrauhigkeit Ra in der Größenordnung von 0,3 um. Unabhängig davon, welchen Verfahren zur Metallisierung hinterher angewandt wird, ist es erwünscht, daß die Oberflächenrauhigkeit des Substrats nicht zu groß ist, vorzugsweise weniger als 1 um, damit vermieden wird, daß extreme Verluste auftreten durch den Wirbelstrom bei hohen Frequenzen. Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus der Durchführung eines mechanischen Abriebs der Oberfläche, damit eine derartige Oberflächenrauhigkeit Ra erhalten wird, daß:
0,2 um < Ra < 0,7 um ist.
Die Oberfläche wird beispielsweise mittels eines feinen Schmirgelpapiers oder mit Karborundkörnern bearbeitet. Die Karborundkörner haben einen Durchmesser zwischen 20 und 40 um und die Behandlung dauert 60 bis 80 s. Die Oberfläche kann auch im Sandstrahlverfahren bearbeitet werden. Der Ergebnis ist in Fig. 1a und 1b dargestellt, wobei die betreffenden Maßstäbe von 10 um und 1 um angegeben sind. Die erhaltene Oberfläche hat einen unregelmäßigen Aspekt. Sie wird gebildet in einem Maßstab von 1 um durch sich kreuzende V-förmige Täler 1 gebildet. Im Maßstab von 100 nm ist ein feineres Relief sichtbar, bezeichnet durch das Bezugszeichen 2. Die Oberfläche wird danach auf übliche Weise gereinigt. In einem ersten Reinigungsvorgang, der als erster Reinigungsgang bezeichnet wird, werden technisch reine Waschmittel und Lösungsmittel verwendet und die Oberfläche wird 1 Minute lang in fließendem entionisiertem Wasser gespült. Im zweiten Reinigungsgang werden Waschmittel und Lösungsmittel hoher Reinheit verwendet; die Oberfläche wird wieder in fließendem entionisiertem Wasser gespült.
Für den bekannten zweiten Hauptschritt des Verfahrens wird das gereinigte und gespülte Substrat bei Umgebungstemperatur in eine wässrige Lösung konzentrierter Fluorwasserstoffsäure getaucht. Vorzugsweise ist die Fluorwasserstoff- Konzentration hoch, d.h. in der Größenordnung von 40 Gew. % für eine Eintauchdauer zwischen 37 und 43 Sekunden, was eine effektive Dauer ist. Es ist dem Fachmann bekannt, weniger konzentrierte Säurelösungen zu verwenden mit entsprechend längeren Tauchzeiten. Das Ergebnis ist in Fig. 2a und 2b dargestellt, wobei die jeweiligen Maßstäbe von 10 um und 1 um wieder angegeben sind. Die Oberflächenrauhigkeit Ra hat sich um etwa 20% gesteigert, so daß
0,25 < Ra < 0,85 beträgt,
aber diese geringfügige Steigerung der Rauhigkeit hat nahezu keinen Einfluß auf die erforderliche Haftung für die nachfolgende Metallisierung. Dagegen ist es ersichtlich, daß der Aspekt der Oberfläche völlig anders ist als der aus den Fig. 1a und 1b. Das Hauptrelief wird durch wurmstichförmige Täler 3 gebildet. Diese Täler 3 werden geschlossen und sind U-förmig, was günstiger ist zum Erhalten von Haftung als die Täler vom Typ 1. Dagegen sind Gebiete feiner Rauhigkeit 2 unter dem Einfluß der Säure nahezu eliminiert worden und im Maßstab von 100 nm ist die erhaltene Oberfläche nahezu glatt, abgesehen von der Bildung einiger Risse 4 mit einem Durchmesser von 200 bis 300 nm. Es sei bemerkt, daß der Aspekt der in den Fig, 1a und 2a schematisch dargestellten Oberflächen mittels eines abtastenden Elektronenmikroskopen gekennzeichnet werden kann. In dieser bekannten Verfahrensstufe wird das Substrat 15 Minuten lang in einem belüfteten Trockenofen bei 120ºC getrocknet; danach kann das Substrat einige Monate lang aufbewahrt werden in einem mit trockenem Stickstoff der Güte U gefüllten Raum.
Die Hauptschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen weiterhin aus Behandlung der Oberfläche des Substrats, wie diese durch die obenstehend beschriebenen Verfahrensschritte erhalten worden ist, in einem sauberen Raum unter Anwendung eines Kathodenzerstäubungsverfahrens, wobei dieses Verfahren wieder in mehrere Teilverfahren aufgeteilt werden kann.
Das Substrat wird zunächst in einem primären Vakuum einem Trockenverfahren ausgesetzt bei einer Temperatur zwischen 250 und 350ºC mit der Absicht, die zu metallisierende Oberfläche zu dehydratisieren. Der Druck sinkt innerhalb von 90 Sekunden von 100 mTorr auf 10 mTorr und wird danach während mindestens 90 Sekunden bei diesem Druck von 10 mTorr beibehalten.
Danach wird die Oberfläche (in einer neutralen Umgebung) einer Ionenätzbehandlung (Plasmaätzen) ausgesetzt, wobei diese Behandlung nicht dazu dient, eine wesentliche Materialmenge von der Oberfläche zu entfernen, sondern letztere auf mikroskopischem Maßstab in der Größenordnung von einigen Dutzend Nanometern zu verfeinern. Das Ergebnis dieser Ionenätzbehandlung ist, daß das Substrat über eine Tiefe von maximal 50 nm aushöhlt und die nach Behandlung durch HF erhaltene Rauhigkeit nur auf vernachlässigbare Weise beeinträchtigt wird; dagegen wird aber im Maßstab von 10 nm eine Mikrorauhigkeit erhalten, wie diese in Fig. 3 dargestellt ist, wobei Hohlräume oder Mikrorisse von etwa 10 bis 50 nm im Durchmesser durch Punkte 5 dargestellt sind. Der Bereich der überlappenden Reliefs, die die Täler 3, die Risse 4 und die Hohlräume 5 bilden, mit Maßstäben, die um eine Größenordnung variieren zwischen einem Relief und dem höheren relief macht die Oberfläche des Substrats durchaus geeignet für Haftung durch mechanische Kohäsion und bildet das allgemeine Mittel der Erfindung. Das Ionenätzen (oder Mikroätzen) kann wie folgt durchgeführt werden: das Substrat wird in den Raum einer Kathodenzerstäubungseinrichtung gegeben, vorzugsweise von einem Typ, wie dieser nachstehend anhand der Fig. 4 näher beschrieben wird. Der Druck in dem Raum wird zunächst verringert bis ein zweites Vakuum von 2.10&supmin;&sup7; Torr erreicht worden ist. Danach wird Argon (Ar) in den Raum gegeben bis ein Druck von 80 mTorr erreicht ist und während der nachfolgenden Verfahrensschritte werden Maßnahmen getroffen diesen Druck von 80 mTorr innerhalb von ± 10% beizubehalten. Nachdem das Substrat auf der Kathode der Einrichtung angebracht ist, wird das Potential zwischen den Elektroden derart geregelt, daß während einer Zeit von 160 bis 200 s eine Leistung je Oberflächeneinheit von 50 W/cm² bis 71 W/cm² erhalten wird. Ohne Sondermaßnahmen werden Kupferionen von der Kathode gerissen, da die Kathode aus Kupfer besteht und der nicht vom Substrat bedeckte teil der Kathode ebenfalls von der AR-Ionen bombardiert wird, und einige dieser Ionen werden auf der Oberfläche des Substrats wieder niedergeschlagen, was für den nachfolgenden Niederschlag einer ersten metallischen Haftschicht in dem Maße beeinträchtigend ist, daß diese vorzugsweise nicht aus Kupfer bestehen soll. Um diese Verunreinigung der Oberfläche des Substrats durch Kupfer zu vermeiden kann zwischen der Oberfläche der Kathode und der Rückfläche des Substrats ein dünner Schirm aus Siliziumdioxid oder vorzugsweise ein Film mit einer Dicke von 0,5 bis 1 um aus demselben Metall wie das, das nachher als erste metallische Haftschicht verwendet wird, vorgesehen werden.
Die nachfolgenden Verfahrensschritte des Verfahrens nach der Erfindung bestehen daraus, daß auf der Oberfläche des Substrats im Kathodenzerstäubungsverfahren eine oder mehrere metallische Schichten angebracht werden, vorzugsweise in derselben Einrichtung wie diese in Fig. 4 dargestellt ist, ohne wesentliche Änderung des Partialdrucks von 50 mTorr unmittelbar nach dem im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen Ionenätzschritt (oder Mikroätzschritt) der Oberfläche des Substrats.
Die Einrichtung 6 aus Fig. 4 weist eine Wandung 7 auf, durch die eine Düse 8 und einen Düse 9 nindurchragen. Die Düse 8 dient zum Erzeugen eines zweiten Vakuums von 2.10&supmin;&sup7; Torr und die Düse 9 dient zum Hinzugeben von Argon bei einem Druck von 80 mTorr. Das Substrat 11 mit der zu metallisierenden Oberfläche 12 ist auf einer mit einem externen elektrischen Kontaktpunkt 14 verbundenen Elektrode 13 angeordnet. Vorzugsweise wird zwischen der Elektrode 13 und dem Substrat 11 ein dünner Film aus Siliziumdioxid oder aus einem Metall, das als Unterschicht 15 wirksam ist vorgesehen. Gegenüber der Elektrode 13 wird eine Mehrfachelektrode 16 entgegengesetzter Polarität angeordnet. Diese Elektrode 16 weist mehrere Plattformen auf, wie 17, 18, die nacheinander durch Drehung des Gebildes um eine Achse je in einem Abstand von nur einigen cm genau gegenüber die Elektrode 13 gebracht werden können. Jede Plattform der Elektrode 16 ist mit einem betreffenden externen Verbindungspunkt verbunden, wie 19 für die Plattform 17 und 21 für die Plattform 18.
Beim Ionenätzen ist die einem negativen Potential ausgesetzte Plattform der Elektrode 13 eine Kathode und die metallische Plattform der Elektrode 16 gegenüber derselben ist eine Anode, wobei diese letztere mit einem positiven Potential verbunden ist.
Für den Verfahrensschritt, bei dem auf der Oberfläche 12 eine erste metallische Haftschicht angebracht wird, ausgehend von dem vorhergehenden Schritt der Ionenätzung, wird eine Plattform der Elektrode 16 gegenüber die Elektrode 13 gebracht. Diese Plattform besteht vorzugsweise aus Cr, NiCr, Ti oder W und im allgemeinen aus einem Metall mit möglicherweise einer bestimmten Kompatibilität mit Siliziumdioxid. Die Polaritäten zwischen den Elektroden sind umgekehrt, so daß die Elektrode 13 die Anode wird. Dieser Vorgang wird während einer Zeit zwischen 59 und 73 Sekunden mit einer Leistung je Oberflächeneinheit zwischen 79 und 95 W/cm² derart durchgeführt, daß von der Plattform der Elektrode 16 eine metallische Unterschicht mit einer Dicke von 15 bis 30 nm auf der Oberfläche 12 niedergeschlagen wird, d.h. mit einer gegenüber der Dicke des beim vorhergehenden Ionenätzschritt entfernten Siliziumdioxids sehr geringen Dicke. Es sei bemerkt, daß wenn in diesem Stadium des Verfahrens chemischer Niederschlag durch Beschichtung durch Eintauchen in Bäder mit Metallsalzen angewandt wurde statt Metallniederschlag durch Kathodenzerstäubung, die Dicke der Unterschicht, die im vorhergehenden Fall weniger einfacher geregelt werden kann, zu wesentlich größeren Unterschichtdicken in der größenordnung von 100 bis 150 nm führen kann. Nach einer Abwandlung kann, für diesen Verfahrensschritt zum Beschleunigen der Metallteilchen zu der Oberfläche 12, Magnetron-Kathodenzerstäubung angewandt werden. Die Verwendung von NiCr mit nachfolgendem Metallniederschlag ermöglicht das Erhalten von Widerständen auf dem Substrat 11. Es sei bemerkt, daß Kathodenzerstäubung eine relativ große Wahl des Metalls, aus dem die Unterschicht gebildet wird, erlaubt.
Zum Erhalten leitender metallischer Schichten kann eine zweite metallische Schicht durch Kathodenzerstäubung angebracht werden. Diese zweite Schicht ist dicker als die erste wieder als Unterschicht bezeichnete Schicht; und zwar in der Größenordnung von einigen Hundert nm und liegt typisch zwischen 300 und 400 nm, was dazu führt, daß die Risse 4 und die Täler 3 aus Fig. 2b gefüllt werden. Zum Anbringen dieser zweiten metallischen Schicht wird die Elektrode 16 nach dem Anbringen der ersten metallischen Schicht derart gedreht, daß eine zum Anbringen der zweiten metallischen Schicht geeignete Plattform gegenüber der Anode 13 liegt und daß die Verbindung mit dieser Plattform auf einen entsprechenden negativen Potential gebracht wird, wobei diese letztere Plattform vorzugsweise aus Au, Ag oder Cu besteht. Zum Erhalten der erforderlichen Dicke wird zwischen die aktiven Elektroden während einer Dauer in der Größenordnung von 5 bis 7 Minuten ein Bezugspotential angelegt, geeignet zum Erzeugen einer Leistung je Oberflächeneinheit von 118 W/cm² und 142 W/cm². Für hohe Frequenzen über 10 GHz kann die geringe Dicke von weniger als 0,5 um für die zweite Metallschicht durch Kathodenzerstäubung erhalten werden.
Nach einer Abwandlung kann eventuell eine Sperrschicht oder Diffusionsschicht, vorzugsweise aus Ni, auf bekannte Art und Weise, wieder durch Kathodenzerstäubung, zwischen der ersten und der zweiten Metallschicht angebracht werden.
In dieser Phase des Verfahrens wird ein Substrat aus Siliziumdioxid (oder aus Quarz oder Saphir) erhalten, das über eine ganze Oberfläche metallisiert ist, wobei die Metallisierung mindestens eine erste Schicht oder Unterschicht und eine zweite Schicht oder leitende Schicht aufweist. Im allgemeinen wird die Metallisierung der zweiten Oberfläche auf dieselbe Art und Weise durchgeführt. Die Seitenränder werden ebenfalls metallisiert, ausgenommen wenn angepaßte metallische Abdeckungen o.ä. beabsichtigt sind. Die Wahl erfolgt als Funktion des Vorhandenseins bzw. des Fehlens von Verbindungen zwischen den Oberflächen. Aus diesem Grund soll der Ausdruck:
"Metallisierung einer Substratoberfläche" durch den ganzen text hindurch als Metallisierung nur einer der beiden Oberflächen oder der beiden Oberflächen und der Ränder des Substrats verstanden werden. Zum Verwirklichen von metallischen Konfigurationen wird das Substrat dem Raum 7 der Einrichtung 6 entnommen und herkömmliche photolithographlsche Verfahren ermöglichen das Erhalten der gewünschten Konfigurationen. Aus diesem Grund sei es bemerkt, daß die geringe Oberflächenrauhigkeit, d.h. in der Größenordnung von Ra = 0,5 um, geeignet für hohe Frequenzen zum Minimalisieren der Wirbelstromverluste, die chemische Ätzbehandlung erleichtert, notwendig zum Entfernen des Metalls von denjenigen Teilen der Oberfläche des Substrats, die isolierend bleiben sollen und die das Komplement zu den von den Konfigurationen belegten Teilen bilden.
Es kann eine Schicht mit einer Dicke von einigen um erforderlich sein, wenn die auf dem Substrat zu bildenden elektronischen Schaltungsanordnungen für relativ niedrige Arbeitsfrequenzen ausgelegt sind, damit der Skinneffekt nicht auftritt und die ganze Dicke der metallischen Schichten zu der elektrischen Leitfähigkeit beiträgt. Eine größere Dicke in der Größenordnung von einigen Dutzend um kann ebenfalls zum Niederschlagen metallischer Spuren auf Siliziumdioxid erforderlich sein, wobei diese Spuren zu späteren Schälversuchen gemeint sind. Diese große Dicken können erhalten werden durch elektrolytische Verstärkung, was zu einem etwaigen Niederschlag einer dritten metallischen leitenden Schicht führt. Vorzugsweise wird der elektrolytische Niederschlag eher durchgeführt auf metallischen Konfigurationen, die an dem Substrat haften, als auf der ganzen metallisierten Oberfläche des Substrats.
Bestimmte metallische Konfigurationen von Dünnfilm-Hybridschaltungen oder von VHF-Schaltungen weisen Widerstände sowie Leiter auf demselben Siliziumdioxid-Substrat auf. In dem Fall soll das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu metallisierende Substrat nach dem Anbringen der ersten metallischen Haftschicht, in diesem Fall aus NiCr, dem Raum der Kathodenzerstäubungseinrichtung entnommen werden. Danach werden auf der Oberfläche im Photolithographieverfahren metallische Konfigurationen für die Widerstände und die Leiter gebildet; unter diesen Konfigurationen werden diejenigen für die Widerstände mit einem Harz bedeckt, das gegen den (die) nachfolgenden Verfahrensschritt(e) des Metallniederschlags durch Kathodenzerstäubung beständig ist; danach kann auf die obenstehend beschriebene Art und Weise der Niederschlag leitenden Metalls im Kathodenzerstäubungsverfahren mit elektrolytischer Verstärkung erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren laßt sich anwenden zum Herstellen leitender metallischer Oberflächenkonfigurationen auf integrierten Schaltungen, wenn diese eine aus Sillziumdioxid gebildete externe Passivierungsschicht aufweisen.
Das durch Anwendung der Erfindung erzielbare und anhand genauer Versuche durch Entfernung auf Siliziumdioxid, Quarz oder Saphir, wie obenstehend beschrieben, niedergeschlagener metallischer Streifen mit einer Breite von 0,5 mm, 1 mm und 2 mm gemessene Haftvermögen kann einen hohen Wert über 80 cN/mm und typisch gleich 120 cN/mm erreichen.

Claims

1. Verfahren, das es ermöglicht, daß Metall an einer Oberfläche eines Substrats aus Silizium, Quarz, Glas oder Saphir haftet, wobei die zu metallisierende Oberfläche zunächst durch mechanischen Abrieb aufgerauht wird, damit eine Oberflächenrauhigkeit zwischen 0,2 um und 0,7 um erhalten wird, und danach einer chemischen Ätzbehandlung ausgesetzt wird, indem sie während einer geeigneten Zeit in eine wässrige Lösung von Fluorwasserstoffsäure getaucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin die nachfolgenden Verfahrensschritte aufweist:

- das Ionenätzen der Oberfläche bis zu einer Tiefe von weniger als 50 nm,

- das Niederschlagen einer ersten metallischen Haftschicht durch Kathodenzerstäubung.

2. Verfahren, das es ermöglicht, daß Metall an einer Oberfläche eines Substrats haftet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionenätzen der Oberfläche durch ein Argonplasma erfolgt mit einer Leistung je Oberflächeneinheit zwischen 50 W/cm² und 71 W/cm² und während einer Zeitperiode zwischen 160 s und 200 s.

3. Verfahren, das es ermöglicht, daß Metall an einer Oberfläche eines Substrats haftet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ionenätzen der Oberfläche zwischen dem genannten Substrat und der als Substratträger wirksamen Elektrode eine dünner Film aus dem Material der ersten metallischen Haftschicht vorgesehen wird.

4. Verfahren, das es ermöglicht, daß Metall an einer Oberfläche eines Substrats haftet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren außerdem den folgenden Verfahrensschritt aufweist, der daraus besteht, daß auf der metallisierten Oberfläche im Kathodenzerstäubungsverfahren eine zweite leitende metallische Schicht angebracht wird, deren Dicke weniger als 0,5 um beträgt.

5. Verfahren, das es ermöglicht, daß Metall an einer Oberfläche eines Substrats haftet nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Verwirklichen von Dünnschicht- Hybridschaltungen oder -höchstfrequenzschaltungen und das daraus besteht, daß zunächst die Substrate über die ganze Fläche metallisiert werden, und daß danach auf diesen metallisierten Substraten metallische Konfigurationen erzeugt werden.

6. Verfahren, das es ermöglicht, daß Metall an einer Oberfläche eines Substrats haftet nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren außerdem den letzten Verfahrensschritt aufweist, und zwar das Anbringen einer dritten leitenden metallischen Verstärkungsschicht durch elektrolytischen Niederschlag.

7. Substrat aus Siliziumdioxid, Quarz, Glas oder Saphir, erhalten durch Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 oder 6, mit einer ersten metallischen Haftschicht aus Cr, NiCr, Ti oder W, und mit einer zweiten und dritten metallischen leitenden Schicht aus Au, Ag oder Cu.