WO1991009984A1 - Beschichtungsverfahren - Google Patents

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    • H05K2203/0548—Masks
    • H05K2203/056—Using an artwork, i.e. a photomask for exposing photosensitive layers

Definitions

  • the invention relates to a method for coating substrates in accordance with the preamble of claim 1.
  • Such methods are used where the surface of a substrate is to be partially or completely metallized or to be provided with an alloy or a dielectric layer.
  • the object of the invention is to demonstrate a method with which the metallization and / or the application of a layer to a substrate can be carried out in a simple manner.
  • the method according to the invention it is possible to partially or completely metallize the surface of a substrate which is made, for example, of aluminum nitride.
  • a substrate which is made, for example, of aluminum nitride.
  • UV radiation of a defined wavelength and pulse rate
  • the nitrogen can be released in the irradiated area of the substrate surface.
  • the surface of the substrate is formed in the irradiated areas after the exposure to pure aluminum.
  • An alloy, a dielectric or a metal in the form of Cu, Ni, Au etc. can then be applied to these areas in electroless, wet-chemical metallization baths. Furthermore, all surface areas that are exposed after the irradiation
  • SET BLADE pure aluminum are formed, are reinforced with other methods, for example with a conventional thermal CVD or by electrolytic metallization.
  • a substrate made of silicon nitride so that the irradiated surface areas of the substrate are formed by pure silicon.
  • irradiating ceramic substrates which are made from chemical compounds which have at least one slightly subliming component. The slightly subliming component is released by the irradiation, and the irradiated surface regions of the substrate are then formed by the remaining components of the chemical compound.
  • FIG. 4 shows a substrate provided with a contact.
  • Fig. 1 shows a flat substrate 1, which is made of aluminum nitride (A1N) in the embodiment shown here.
  • A1N aluminum nitride
  • the substrate 1 is irradiated with UV radiation. At a defined distance above the substrate
  • EP BLADE Surface 1A therefore has a UV high-power emitter 2 in the form of an excimer laser or an excimer emitter.
  • the detailed description of such a high-power radiator 2 can be found in EP-OS 0 254-110.
  • the high-power radiator 2, hereinafter referred to briefly as an excimer radiator consists of a discharge space (not shown here) which is delimited by metal electrodes cooled on one side (not shown here) and a dielectric (likewise not shown here) and filled with an inert gas or gas mixture.
  • the dielectric and the second electrode lying on the surface of the dielectric facing away from the discharge space are transparent to the radiation generated by silent electrical discharge.
  • the high-power radiator 2 works with quasi-pulsed operation. In the exemplary embodiment shown here, it is filled with krypton fluoride and can therefore generate UV radiation in the range from 240 to 270 nm. In order to generate UV radiation having a wavelength nm 60-165, an inert gas filling 'of helium or argon is used. With a xenon gas filling, a wavelength between 160 and 190 nm can be generated.
  • the wavelength is 180 to 200 nm, while with a gas mixture of xenon and chlorine a UV wavelength of 300 to 320 nm can be achieved.
  • the excimer laser has a pulse rate of 100 to 200 Hz and the pulse energy is 100 to 200 mJ.
  • the corresponding wavelengths 193 nm, 248 nm, 308 nm and 351 nm can be generated with the gas mixtures Ar / - F, Kr / F, XeCl and Xe / F.
  • a mask 3 is arranged between the surface 1A and the excimer laser 2. This points 3D culverts.
  • the passages 3D are arranged exactly where irradiation of the substrate surface 1 is desired.
  • the nitrogen of the AIN compound is released.
  • the irradiated areas IB are formed by pure aluminum after the end of the irradiation.
  • the non-irradiated areas IN of the substrate surface 1A are further formed by aluminum nitride. If the entire surface of the substrate is to have an aluminum layer, the irradiation is carried out without the mask 3.
  • IB for example a layer of copper, nickel
  • Gold or zinc with a thickness of up to 30 ⁇ m
  • a substrate 1, which is provided with such layers 4 is shown in FIG. 3.
  • the areas IN which consist of aluminum nitride, remain free of any coating.
  • electrolytic metallization can also be used for coating or reinforcement.
  • a current can be passed continuously or pulsed through the areas IB. In this way, a thermal CVD process can also be carried out locally in a CVD reactor.
  • the areas IB consisting of aluminum can also be locally oxidized or nitrided.
  • the regions IB can be formed as conductor tracks for a circuit by the targeted irradiation of the surface 1A.
  • E BLOCK Ren of certain areas of these traces these can be provided at desired points with breaks for the electrical signal routing.
  • the substrate 1 consisting of aluminum nitride can also be pierced.
  • the aid of focusing optics in the form of lenses and an XY shifting device, it is also possible to write AI webs, the ALN substrate being moved relative to the focused UV light beam.
  • the beam coming from the excimer laser can be focused in such a way that the bore 5 shown in FIG. 4 is formed with the desired diameter.
  • the substrate 1 is made entirely of aluminum nitride.
  • the nitrogen present in the boundary wall of the bore 5 is released, so that the boundary wall after the completion of the bore 5 is formed exclusively by aluminum. If the bore 5 is in direct electrical contact with an area IB on the surface 1A of the substrate 1, this area IB is connected in an electrically conductive manner to the layer 10 via the wall of the bore 5, which layer 10 is directly on the underside of the Substrate 1 adjoins.
  • the method according to the invention is not only applicable to substrates made of aluminum nitride. Rather, it is possible to irradiate substrates made of silicon nitride (Si-N.) with the excimer laser. This also releases the nitrogen in the irradiated surface areas (not shown here) of this substrate. There is also the possibility of irradiating ceramic substrates which are formed by a chemical compound which has a slightly subliming component. The slightly subliming component is released by the radiation. Thieves- radiated surface areas of the substrate are then formed by the remaining components of the chemical compound. Since both the aluminum layers and the layers formed in other substrates form an atomic bond with the layers underneath, this results in a very high level of adhesive strength.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschichtung einer Substratoberfläche (1A). Hierfür wird die Oberfläche (1A) des Substrats (1) mit UV-Strahlung definierter Wellenlänge bestrahlt. Das verwendete Substrat (1) besteht aus einer chemischen Verbindung, die wenigstens eine leicht oxidbare oder leicht sublimierbare Komponente aufweist. Durch eine partielle oder vollständige Bestrahlung der Substratoberfläche (1A) wird die leicht oxidbare bzw. leicht sublimierende Komponente der chemischen Verbindung freigesetzt, so daß die bestrahlten Bereiche (1B) der Oberfläche (1A) durch die verbleibenden Komponenten der chemischen Verbindung gebildet werden. Mit herkömmlichen Beschichtungsverfahren können diese Bereiche dann mit einer verstärkenden Schicht (4) verstärkt werden.

Description

Beschichtungsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Be¬ schichtung von Substraten gemäß dem Oberbegriff des Pa¬ tentanspruches 1.
Solche Verfahren finden dort Anwendung, wo die Oberflä¬ che eines Substrates teilweise oder vollständig metalli¬ siert bzw. mit einer Legierung oder einer dielektrischen Schicht versehen werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem das Metallisieren und/oder das Auf¬ tragen einer Schicht auf ein Substrat auf einfache Weise durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Oberfläche eines Substrates, das beispielsweise aus Alu¬ miniumnitrid gefertigt ist, auf einfache Weise parti¬ ell oder vollständig zu metallisieren. Durch die Be¬ strahlung der Substratoberfläche mit UV-Strahlung defi¬ nierter Wellenlänge und Pulsrate kann der Stickstoff in dem bestrahlten Bereich der Substratoberfläche freige¬ setzt werden. Die Oberfläche des Substrats wird in den bestrahlten Bereichen nach Beendigung der Bestrahlung durch reines Aluminium gebildet. In stromlosen, naßche¬ mischen Metallisierungsbädern kann auf diese Bereiche dann eine Legierung, ein Dielektrikum oder ein Metall in Form Cu,Ni, Au etc. aufgebracht werden. Ferner können alle Oberflächenbereiche, die nach der Bestrahlung durch
SATZBLATT reines Aluminium gebildet werden, mit anderen Verfahren, beispielsweise mit einem konventionellen thermischen CVD bzw. durch elektrolytische Metallisierung verstärkt .wer¬ den. Es besteht auch die Möglichkeit, durch die Bestrah¬ lung eines Substrats aus Siliziumnitrid in den bestrahl¬ ten Bereichen den Stickstoff freizusetzen, so daß die bestrahlten Oberflächenbereiche des Substrats durch rei¬ nes Silizium gebildet werden. Ferner besteht auch die Möglichkeit, keramische Substrate zu bestrahlen, die aus chemischen Verbindungen hergestellt sind, die wenigstens eine leicht sublimierende Komponente aufweisen. Durch die Bestrahlung wird die leicht sublimierende Komponente freigesetzt, und die bestrahlten Oberflächenbereiche des Substrats werden dann durch die zurückbleibenden Kompo¬ nenten der chemischen Verbindung gebildet.
Die Erfinduung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Behandlung einer Substratoberfläche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 2 ein bestrahltes Substrat,
Fig. 3 ein beschichtetes Substrat,
Fig. 4 ein mit einer Kontaktierung versehenes Sub¬ strat.
Fig. 1 zeigt ein flächiges Substrat 1, das bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus Aluminiumnitrid (A1N) gefertigt ist. Um auf der Oberfläche 1A des Sub¬ strats 1 Bereiche auszubilden, die durch ein reines Me¬ tall gebildet werden, wird das Substrat 1 mit UV-Strah¬ lung bestrahlt. In definiertem Abstand über der Substra-
EP-SATZBLATT toberfläche 1A ist deshalb ein UV-Hochleistungsstrahier 2 in Form eines Excimerlasers oder eines Excimerstrah- lers angeordnet. Die detaillierte Beschreibung eines solchen Hochleistungsstrahlers 2 kann der EP-OS 0 254 - 110 entnommen werden. Der Hochleistungsstrahler 2, der nachfolgend kurz als Excimerstrahler bezeichnet wird, besteht aus einem durch einseitig gekühlte Metallelek¬ troden (hier nicht dargestellt) und einem Dielektrikum (hier ebenfalls 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 Di¬ elektrikums liegende zweite Elektrode sind für die durch stille elektrische Entladung erzeugte Strahlung transpa¬ rent. Durch diese Konstruktion und durch eine geeignete Wahl der Gasfüllung wird ein großflächiger UV-Hochlei¬ stungsstrahler mit hohem Wirkungsgrad geschaffen. Der Hochleistungsstrahler 2 arbeitet mit quasi gepulstem Betrieb. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist er mit Kryptonfluorid gefüllt und kann deshalb eine UV-Strahlung im Bereich von 240 bis 270 nm erzeugen. Um UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 60 und 165 nm zu erzeugen, wird eine Edelgasfüllung'aus Helium bzw. Argon verwendet. Mit einer Gasfüllung aus Xenon kann eine Wellenlänge zwischen 160 und 190 nm erzeugt werden. Bei einer Gasfüllung bestehend aus Argonfluorid beträgt die Wellenlänge 180 bis 200 nm, während mit ei¬ nem Gasgemisch aus Xenon und Chlor eine UV-Wellenlänge von 300 bis 320 nm erreicht werden kann. Der Excimerla- ser hat eine Pulsrate von 100 bis 200 Hz und die Pulse¬ nergie beträgt 100 bis 200 mJ. Mit den Gasgemischen Ar/- F, Kr/F, XeCl und Xe/F können die entsprechenden Wellen¬ längen 193 nm, 248 nm, 308 nm und 351 nm erzeugt werden. Wenn nicht die gesamte Oberfläche des Substrats 1 be¬ strahlt werden soll, wird zwischen der Oberfläche 1A und dem Excimerlaser 2 eine Maske 3 angeordnet. Diese weist Durchlässe 3D auf. Die Durchlässe 3D sind genau dort angeordnet, wo eine Bestrahlung der Substratoberfläche 1 gewünscht wird. Durch das Bestrahlen der Substratober¬ fläche 1 wird der Stickstoff der AIN-Verbindung freige¬ setzt. Hierdurch wird erreicht, daß die bestrahlten Be¬ reiche IB nach Beendigung der Bestrahlung durch reines Aluminium gebildet werden. Die nicht bestrahlten Berei¬ che IN der Substratoberfläche 1A werden weiterhin durch Aluminiumnitrid gebildet. Soll die gesamte Oberfläche des Substrats eine Aluminiumschicht aufweisen, so wird die Bestrahlung ohne die Maske 3 durchgeführt. Die jetzt durch Aluminium gebildeten Oberflächenbereiche IB, die in Fig. 2 dargestellt sind, können bei der Weiterbehand¬ lung des Substrats 1 beispielsweise in stromlosen Metal¬ lisierungsbädern als Katalysatoren genutzt werden, so daß auf diese Bereiche IB, z.B. eine Schicht aus Kupfer, Nickel, Gold oder Zink mit einer Dicke bis zu 30 um auf¬ getragen werden kann. Ein Substrat 1, das mit solchen Schichten 4 versehen ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Wie anhand dieser Fig. zu sehen ist, bleiben die Bereiche IN, welche aus Aluminiumnitrid bestehen, von jeder Be¬ schichtung frei. Erfindungsgemäß besteht die Möglich¬ keit, die Bereiche IB auch mit anderen Verfahren zu ver¬ stärken bzw. zu beschichten. Beispielsweise kann auch eine elektrolytische Metallisierung zur Beschichtung bzw. Verstärkung angewendet werden. Desweiteren kann auch ein Ströme-kontinuierlich oder gepulst durch die Bereiche IB geleitet werden. In einem CVD-Reaktor kann auf diese Weise lokal auch ein thermisches CVD-Verfahren durchgeführt werden. Die aus Aluminium bestehenden Be¬ reiche IB können lokal auch oxidiert oder nitriert wer¬ den. Durch entsprechende Anordnung einer Maske 3 zwi¬ schen der Substratoberfläche 1A und dem Excimerlaser 2 können durch die gezielte Bestrahlung der Oberfläche 1A die Bereiche IB als Leiterbahnen für eine Schaltung aus¬ gebildet werden. Durch das lokale Oxidieren oder Nitrie-
E SATZBLATT ren von bestimmten Bereichen dieser Leiterbahnen können diese an gewünschten Stellen mit Unterbrechungen für die elektrische Signalführung versehen werden. Mit Hilfe des Excimerlasers 2 kann das aus Aluminiumnitrid bestehende Substrat 1 auch durchbohrt werden. Mit Hilfe von Fokus- sieroptiken in Form von Linsen und einer XY-Verschiebe- einrichtung können auch AI-Bahnen geschrieben werden, wobei das ALN-Substrat relativ zum fokussierten UV- Lichtstrahl bewegt wird. Mit Hilfe einer Fokussieroptik (hier nicht dargestellt) kann der von dem Excimerlaser kommende Strahl so gebündelt werden, daß die in Fig. 4 dargestellte Bohrung 5 mit dem jeweils gewünschten Durchmesser ausgebildet wird. Wie bereits erwähnt, ist das Substrat- 1 vollständig aus Aluminiumnitrid gefer¬ tigt. Während der Ausbildung der Bohrung 5 wird der in der Begrenzungswand der Bohrung 5 vorhandene Stickstoff freigesetzt, so daß die Begrenzungswand nach Fertigstel¬ lung der Bohrung 5 ausschließlich durch Aluminium ge¬ bildet wird. Steht die Bohrung 5 in unmittelbar elek¬ trisch leitendem Kontakt mit einem Bereich IB auf der Oberfläche 1A des Substrates 1, so wird dieser Bereich IB über die Wand der Bohrung 5 elektrisch leitend mit der Schicht 10 verbunden, die unmittelbar an die Unter¬ seite des Substrates 1 angrenzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur auf Sub¬ strate aus Aluminiumnitrid anwendbar. Vielmehr besteht die Möglichkeit, auch Substrate aus Siliziumnitrid (Si-- N.) mit dem Excimerlaser zu bestrahlen. Hierdurch wird auch bei diesem Substrat der Stickstoff in den bestrahl¬ ten Oberflächenbereichen (hier nicht dargestellt) frei¬ gesetzt. Ferner besteht die Möglichkeit, auch keramische Substrate zu bestrahlen, die durch eine chemische Ver¬ bindung gebildet werden, die eine leicht sublimierende Komponente aufweist. Durch die Bestrahlung wird die leicht sublimierende Komponente freigesetzt. Die be- strahlten Oberflächenbereiche des Substrates werden dann durch die verbleibenden Komponenten der chemischen Ver¬ bindung gebildet. Da sowohl die Aluminiumschichten als auch die bei anderen Substraten gebildeten Schichten mit den darunter befindlichen Schichten einen atomaren Ver¬ bund bilden, wird hierdurch eine sehr große Haftfestig¬ keit bewirkt.
EESATZELATT

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ausbildung von Schichten auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat oder eine Schicht (1) aus einer chemischen Verbindung, die wenigstens eine leicht oxidierbare, nitrierbare oder sublimierbare Komponente aufweist, zur Beseitigung die¬ ser Komponente partiell oder ganzflächig so bestrahlt wird, daß die bestrahlten Bereiche (IB) der Oberfläche
(1A) des Substrates (1) nur noch durch die restlichen Komponenten der chemischen Verbindung gebildet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Substrat oder die Schicht (1) , welche durch Sputtern, Verdampfen oder CVD-Verfahren hergestellt wird, mit UV-Strahlung mit einer Wellenlängen zwischen 60 und 370 nm bestrahlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Substrat oder die Schicht (1) mit einem in der EP-OS 0 254 111 beschriebenen Hochleistungsstrahler (2) oder mit einem Excimerlaser bestrahlt wird, der eine Pulsrate von 100 bis 200 Hz und eine Pulsenergie von 100 bis 200 mJ aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da¬ durch gekennzeichnet, daß ein Substrat (1) aus Alumi¬ niumnitrid (A1N) mit einem Hochleistungsstrahler (2) bestrahlt wird, der eine Gasfüllung aus Kryptonfluorid aufweist und eine UV-Strahlung im Bereich von 240 bis 270 nm abstrahlt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da¬ durch gekennzeichnet, daß ein Substrat oder eine Schicht(1) aus einem keramischen Werkstoff von einem Hochleistungsstrahler (2) bestrahlt wird, der UV-Strah¬ lung im Wellenlängenbereich zwischen 60 nm und 320 nm aussendet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da¬ durch gekennzeichnet, daß die aus Aluminium bestehenden Oberflächenbereiche (IB) des aus Alumniumnitrid gefer¬ tigten Substrates (1) in einem stromlosen Metallbad, mittels CVD-Verfahren oder elektrolytischer Metallisie¬ rung mit einer Schicht aus Kupfer, Nickel, Gold, Zink mit einer Dicke von bis zu 30 um verstärkt werden.
EF-SATZELATT
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