DE2351664B2 - Verfahren zum elektrolytischen Ätzen einer Dünnschicht aus Gold, Platin und/oder Rhodium - Google Patents

Description

tischen Ätzverfahren möglich ist, indem die Metalle legungen in Bezug auf die Ätzgeschwindigkeit be-

durch Einstellen der Potentialhöhe se'ektiv entfernt stimmt. Die Impulsdauer, während derer die Probe

werden. auf dem oberen oder unteren Potentialwert gehalten

Es soll nun ein spezielles, erfindungsgemäßes Aus- wird, kann praktisch I bis 10 m/sec betragen. Eine

führungsbeispiel in Verbindung mii den Zeichnungen 5 kürzere Impulsdauer entspricht hier jeweils einer höhe-

beschrieben werden. Die Zeichnungen zeigen ren Ätzgeschwindigkeit und umgekehrt. Es wurde fest-

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispiel- gestellt, daß bei einer Impulsdauer von 1 m/sec die

haften Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens; Ätzgeschwindigkeit von Platin 4000 A pro Minute und

und die von Rhodium 2000 A pro Minute beträgt. Wählt

Fig. 2 eine graphische Darstellung der von der i° man jedoch eine Impulsdauer von 10 m/sec, dann wer-

Impuisdauer (7") in Sekunden abhängigen Ätzge- den Platin mit 500 A pro Minute und Rhodium mit

schwindigkeit (E) in Angström pro Minute einer mit 250 A pro Minute geätzt.

Impulsen geätzten Titan-Gold-Platin-Zusammenset- In der Fig. 2 ist graphisch die Abhängigkeit der in zung gemäß der Erfindung. A/min angegebenen Ätzgeschwindigkeit einer Titanin Fig. 1 wird ein Ätzbehälter 11 dargestellt, in den »5 Piatin-Gold-Dünnschichtzusammensetzung, die in eieiiie Dünnschichtzusammensetzung 12 mit einem iso- ner 25 %igen Salzsäurelösung mit Potentialen zwischen lierenden Substrat 13 eingebracht ist, auf dem eine —60 und 240 mV (auf der Wasserstoffskala) geätzt Übergangsmetall- oder Haftschicht 14, eine aus Platin wird, von der Zeitdauer dargestellt, während derer das oder Rhodium bestehende Edelmetallschicht 15 und Probenpotential gegenüber der Bezugselektrode auf eine gemusterte Goldschicht 16 niedergeschlagen sind. ²⁰ einem oberen oder unteren Wert gehalten wird. Die Der Elektrolyt 17 wird in einer Menge verwendet, die Basis- oder Haftschicht kann auch entfernt werden, ausreicht, um die erwähnte zusammengesetzte Metalli- indem man I bis 10 m/sec lang bei einem Potential sierung zu bedecken. Der Elektrolyt 17 ist eine nicht- zwischen —500 und — 300 mV, also praktisch in einem oxydierende Säure mit einem pH-Wert kleiner als eins. Universalätzbad, ätzt. Natürlich wird, wenn notwen-Zur Anwendung geeignete Säuren sind beispielsweise: ²5 dig, eine abschließende chemische Ätzbehandlung vorSalzsäure, Perchlorsäure, Schwefelsäure, Fluorwasser- genommen, um freistehende Rückstände zu entfernen, stoffsäure, Phosphorsäure und ähnliche. Die verwendete elektrische Vorrichtung besitzt eine Hilfselekirode . Il
18, die mit der Schicht 14 verbunden und vom Elektro- Beispiel I
Iyten 17 durch eine isolierende Beschichtung 19 getrennt 3° Es wurde eine Zusammensetzung mit nacheinander ist. Eine zweite Elektrode 20 wirkt als Gegenelektrode auf ein Keramiksubstrat niedergeschlagenen 500 A und wird in den Elektrolyten eingetaucht. Die dritte Titan, 500 A Platin und 10 A Gold in eine Vorrichtung Elektrode 21 ist eine bekannte Bezugselektrode, bei- des in Fig. 1 dargestellten T>ps eingetaucht. Als spielsweise eine Kalomel-Elektrode, die dazu dient, Elektrolyt wurde eine 25%ige Salzsäurelösung mit die Dünnschichtzusammensetzung 12 gegenüber dem 35 einem pH-Wert von etwa eins verwendet. Als HilfsElektrolyten auf einem kontrollierten Potential zu elektrode diente eine Kohlenstoffelektrode und als halten, wodurch das Ätzverfahren steuerbar ist. Jede Bezugselektrode eine Kalomel-Elektrode. Dann wurde Flektrode ist mit einer Pulsgabeeinrichtung 22, hier geätzt, indem man zunächst ein Potential von—60 mV einem Potentiotaten mit einem Impulsgenerator, ver- mit einer Impulsdauer von 1 m/sec und anschließend bunden. 4° ein Potential von 1600 mV mit der gleichen Impuls-Die Ätzung wird eingeleitet, indem eine Potential- dauer an die Probe anlegte. Das Verfahren wurde sukd 'ferenz zwischen der nachstehend auch als Probe be- zessiv fortgeführt, bis das Gold entfernt war. Dann zeichneten Schicht und der Hilfselektrode angelegt wurde das Verfahren mit einem unteren Potentialwert wird, um ein Probenpotential gegenüber der Bezugs- von —60 mV und ein:m oberen Potentialwert von elektrode zu erhalten, das periodisch zwischen einem *5 1240 mV wiederholt, um das Platin mit einer Ätzgeoberen und unteren Wert variiert. Bei der hier be- schwindigkeit von 4000 A pro Minute zu entfernen,
schriebenen Zusammensetzung kann der obere Potentialwert zwischen 1450 und 1600 mV (Wasserstoff- Beispiel 2
skala) und der untere Potentialwert zwischen 550 und D_as j_n Beispiel 1 aufgeführte Verfahren wurde mit -60 mV (Wasserstoffskala) liegen. Untersuchungen 5<> _ejner |_mpui_sd_auer von 10 m/sec wiederholt. Das Platin ergaben, daß der untere Potentialwert für langsames wurde mit einer Geschwindigkeit von 500 A pro Minute Ätzen von 550 bis 240 mV und für schnelles Ätzen steuerbar geätzt,
von 240 bis -60 mV reichen kann. Ferner wurde fest- · ι ι
gestellt, daß das beschriebene Verfahren selektiv auf Beispiel 5
Platin, Gold und Rhodium angewendet werden kann. 55 Das in Beispiel 1 dargestellte Verfahren wurde mit Im oberen Potentialbereich zwischen 1450 und 1600mV einer Zusammensetzung wiederholt, die 500 A Rhowerden sowohl Gold als auch Platin und Rhodium dium an Stelle von Platin aufwies. Das Rhodium wurde geätzt. Jedoch kann Rhodium bevorzugt gegenüber bei einer Impulsdauer von 1 m/sec mit einer Geschwin-Platin und Gold geätzt werden, wenn man den oberen digkeit von 200 A pro Minute geätzt.
Potentialwert auf 900 bis 1100 mV hält. Das gleiche 6° . .
gilt für Rhodium und Platin in Bezug auf Gold, wenn Beispiel 4
man den oberen Potentialwert auf 1100 bis 1450 mV Das in Beispiel 2 erläuterte Verfahren wurde mit hält (sämtliche Potentiale auf der Wasserstoffskala). einer Zusammensetzung wiederholt, die 500 A Rho-Die obere Grenze von 1600 mV kann nicht überschrit- dium statt Platin enthielt, und das Rhodium bei ten werden, weil sich sonst unerwünschtes Gas ent- 65 einer Impulsdauer von 10 m/sec mit einer Geschwinwickelt. Die untere Potentialgrenze wird durch Über- digkeit von 250 A pro Minute geätzt.

Hierzu 1 B'iitt Zeichnungen

Claims (6)

1. Um diesen Nachteil zu beheben, ist es bekannt, eine

   Patentansprüche: Sperrschicht, beispielsweise Platin oder Palladium,

   zwischen die Goldschicht und die andere Schicht der

   I. Verfahren zum elektrolytischen Ätzen einer zusammengesetzten Dünnschicht einzufügen. Es wurde

   Dünnschicht aus Gold, Platin und/oder Rhodium, 5 dafür auch schon Rhodium in Erwägung gezogen,

   bei dem die Dünnschicht und eine Hilfselektrode aber man konnte damit bisher keine zeichnungsschar-

   in einen sauren Elektrolyten eine pH-Wertes kleiner fen Muster herstellen.

   als eins eingetaucht werden und ein Potential zwi- Untersuchungen an zusammengesetzten Schichten

   sehen Dünnschicht und Hilfselektrode angelegt mit Palladium als Sperrschicht ergaben bei hohen

   wird, dadurch gekennzeichnet, daß ίο Temperaturen Austauschdiffusionserscheinungen zwi-

   eine Bezugselektrode in den Elektrolyten einge- sehen Gold und Palladium, die die Leitfähigkeit des

   taucht wird und ein Potential zwischen Dünn- Goldes verringerten und d:e Schaltungsparameter ver-

   schicht und Hilfselektrode derart angelegt wird, änderten.

   daß sich das Potential der Schicht gegenüber der obwohl sich erwies, daß Platin nicht so geeignet wie

   Bezugselektrode periodisch zwischen Ϊ600 inV und 15 Palladium zu verwenden ist, traten zwischen Gold und

   —60 mV ändert, wobei die Potentiale auf Wasser- Platin keine Diffusionsprobleme auf. Man stellte je-

   stoff bezogen sind. doch fest, daß Platin sehr schwer zu ätzen ist und nur
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekenn- mit Hilfe von Königswasser, das auch Fotolacke anzeichnet, daß das Potential mit einer Periodizität greift, geätzt werden kann. Ferner stellte man fest, von 1 bis 10 Millisekunden geändert wird. 20 daß Zusammensetzungen mit Platin nur durch Rück-
3. 3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch zerstäuben zeichnungsscharf gemustert werden köngekennzeichnet, daß der obere Potentialwert zwi- _nen, was unwirtschaftlich ist und oft dazu führt, daß sehen 1450 und 1600 mV variiert. unerwünschte Rückstände mit niedergeschlagen wer-
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch den. Das Rückzerstäubungsverfahren kann bei der gekennzeichnet, daß zur bevorzugten Ätzung von »5 Herstellung von MOS-Bauteilen bisher nicht ange-Rhodium der obere Potentialwert zwischen 900 und wendet werden, weil dabei häufig deren dielektrischen 1100 mV variiert wird. Zwischenschichten beschädigt werden. Folglich wur-
5. 5. Verfahren nach Anspruch I oder_2, dadurch den Platin-Zusammensetzungen primär bei der Fertigekennzeichnet, daß zur bevorzugten Ätzung von gung bipolarer Bauteile verwendet. Die Anstrengungen Rhodium und Platin der obere Potentialwert zwi- 30 konzentrieren sich deshalb auf die Entwicklung eines sehen 1100 und 1450 mV variiert wird. Verfahrens, das geeignet ist. alle Edelmetalle mit einem
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 5, universellen Ätzmittel zeichnungsscharf zu mustern, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Potential- Aus der deutschen Patentschrift I 89 876 und der wert zwischen 550 und —60 mV variiert wird. österreichischen Patentschrift 2 79 303 sind Verfahren

   35 zum elektrolytischen Ablösen von Überzügen aus Chrom, Nickel, Silber oder Gold unter Verwendung eines Elektrolyten, beispielsweise Schwefelsäure, bekannt, dessen pH-Wert kleiner als eins ist. Das zu

   _ .. behandelnde Werkstück wird dabei als Anode ge-

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum 40 schaltet und die bekannten Verfahren dienen haupt-

   elektrolytischen Atzen einer Dünnschicht aus Gold, sächlich zur Wiedergewinnung der Edelmetalle. Die

   Platin und/oder Rhodium, bei dem die Dünnschicht Problemstellung ist daher bei diesen bekannten Ver-

   und eine Hilfselektrode in einen sauren Elektrolyten fahren vollständig verschieden, da es dort nicht auf ein

   eines pH-Wertes kleiner eins eingetaucht werden und zeichnungsscharfes Herausätzen bestimmter Muster

   em Potential zwischen Dünnschicht und Hilfselektrode 45 _2urn Erhalt gedruckter Schaltungen u. dgl. ankommt,

   ^a"\v ί λ* sondern auf das Ablösen der Edelmetallschichten inner-

   Weil die modernen elektronischen Systeme immer halb vernünftiger Zeiträume bei nicht nennenswertem

   komplizierter und deren Vorteile und Schaltungen Angriff des Grundmaterials.

   immer mehr miniaturisiert werden, fordert man seit Andererseits liegt der Erfindung die Aufgabe zu

   Jahren betriebssichere Dünnschicht-Schaltungen. Das 5° Grunde, ein Verfahren der einleitend beschriebenen gut oesonders fur Leiterbefestigungen, von denen man Art bereitzustellen, mit dem sämtliche Edelmetalloereits lange weiß, daß sie sich kritisch auf die Stabili- schichten zeichnungsscharf geätzt werden können, tat von bchaltungseigenschaften auswirken. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch

   „•c, ν f- r Γ'⁶", ^Ze'^lig· ^{daß die metallur}- gelöst, daß eine Bezugselektrode in den Elektrolyten gisene verträglichkeit der verschiedenen metallischen 55 eingetaucht wird und ein Potential zwischen DünnwSrht Γ α π ,^rbmdun8^s- ^und Leitungssystems schicht und Hilfselektrode derart angelegt wird, daß wicniig rur die Festlegung der interessierenden Para- sich das Potential der Schicht gegenüber der Bezugs- Z\ μ π ^m<?^{tlvierten so den} Gebrauch eines ein- elektrode periodisch zwischen 1600 mV und -60 mV _ς'," ^{Meta les fur} d'esen Zweck. Obwohl derartige ändert, wobei die Potentiale aur Wasserstoff bezogen !systeme metallurgisch ideal waren, hafteten ihnen ^6o sind.

   schon deswegen Mängel an, weil man dadurch zwang- In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine

   ir nichtideale Schaltungseigenschaften einge- aus Gold und einem Übergangsmetall zusammenge-M.il.im tu f"^Olf"^{ch rlchtete} sich das Interesse auf setzte Metallisierung, deren Sperrschicht aus Platin ηϊ!ί ^£S: ^oder.^Leitung^ssysteme. oder Rhodium besteht, selektiv in einem Elektrolyten

   gen ergaben leider, daß die Adhäsion ⁶5 geätzt, der eine nichtoxydierende Säure mit einem zter Dunnscnicnten aus Gold und Über- pH-Wert kleiner eins enthält. Die Dünnschichtzusam- < „nH u/T abgebaut wird, was auf Dif- mensetzungen können kontrollierbar wesentlich schnels- und Wanderungseffekte zurückzuführen ist. ler geätzt werden, als das mit bekannten elektroly-