DE102011120328A1 - Etching process for metal mixed oxides - Google Patents

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Abstract

Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zum Ätzen eines Metall-Mischoxids entwickelt. Unter einem Metall-Mischoxid wird eine Verbindung aus mindestens zwei unterschiedlichen Metallen und Sauerstoff verstanden. Erfindungsgemäß wird ein Ätzmittel gewählt, das mindestens eines der Metalle im Mischoxid auf eine andere Oxidationsstufe bringt, in der es schwächer und/oder weniger gerichtet gebunden ist. Das Ätzmittel weist ein Redox-Potential von unter +2 V auf und beinhaltet entweder ein Reduktionsmittel, das sein Redox-Potential um mindestens 0,15 V absenkt, oder ein Oxidationsmittel, das sein Redox-Potential um mindestens 0,05 V erhöht. Dabei wirken die Änderung der Oxidationsstufe und das Redox-Potential im beanspruchten Bereich synergistisch zusammen, so dass das Ätzmittel insgesamt gerade so aggressiv ist, wie es notwendig ist, um das Metall-Mischoxid mit einer für technische Anwendungen interessanten Rate zu ätzen. Damit wird der Ätzprozess selektiv und verschont andere Materialien, die nicht geätzt werden sollen, wie beispielsweise den zur lithographischen Strukturierung verwendeten Fotolack.In the context of the invention, a method for etching a metal mixed oxide has been developed. A mixed metal oxide is understood as meaning a compound of at least two different metals and oxygen. According to the invention, an etchant is selected which brings at least one of the metals in the mixed oxide to a different oxidation state in which it is bound weaker and / or less directionally. The etchant has a redox potential of less than +2 V and includes either a reducing agent that lowers its redox potential by at least 0.15V, or an oxidizing agent that increases its redox potential by at least 0.05V. In this case, the change in the oxidation state and the redox potential in the claimed region act synergistically, so that the etchant as a whole is just as aggressive as is necessary in order to etch the mixed metal oxide at a rate which is of interest for industrial applications. Thus, the etching process becomes selective and spares other materials that are not to be etched, such as the photoresist used for lithographic patterning.

Description

Die Erfindung betrifft Ätzverfahren für Metall-Mischoxide sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Funktionsstruktur aus einer Metall-Mischoxid-Schicht.The invention relates to etching processes for metal mixed oxides and to a process for producing a functional structure from a metal mixed oxide layer.

Stand der TechnikState of the art

Funktionsstrukturen aus Metall-Mischoxiden werden in der Regel durch lithographische Strukturierung mit Fotolack und anschließendes Ätzen hergestellt. Hierfür wird ein möglichst selektives Ätzverfahren benötigt, wobei das chemische Ätzen bevorzugt ist.Functional structures of metal mixed oxides are usually prepared by lithographic patterning with photoresist and subsequent etching. For this purpose, the most selective etching method is needed, chemical etching being preferred.

Nachteilig sind die für technische Anwendungen interessanten Metall-Mischoxide, wie beispielsweise SrRuO3 und das bei Raumtemperatur sowohl ferromagnetische als auch elektrisch leitfähige (La, Sr)MnO3, nur sehr schlecht chemisch ätzbar. Aus der US 6436723 B1 ist ein Ätzverfahren für SrRuO3 bekannt, bei dem in Wasser gelöstes Ozon als Ätzmittel zum Einsatz kommt. Ozon ist instabil und daher weder lagerfähig noch sicher in der Handhabung. Es ist außerdem wenig selektiv und greift den zur lithographischen Strukturierung verwendeten Fotolack an. Die für die Strukturierung von (La, Sr)MnO3 bislang verwendete Flusssäure und konzentrierte Salzsäure sind ebenfalls zu aggressiv und zu wenig selektiv. Citronensäure ist ein milderes Ätzmittel, wirkt aber erst bei Temperaturen, bei denen der für die Strukturierung verwendete Fotolack bereits aufweicht.Disadvantages are the metal mixed oxides which are of interest for industrial applications, for example SrRuO 3 and the room temperature both ferromagnetic and electrically conductive (La, Sr) MnO 3 , only very poorly chemically etchable. From the US 6436723 B1 For example, an etching process for SrRuO 3 is known in which ozone dissolved in water is used as an etchant. Ozone is unstable and therefore neither storable nor safe to handle. It is also less selective and attacks the photoresist used for lithographic patterning. The hydrofluoric acid and concentrated hydrochloric acid hitherto used for the structuring of (La, Sr) MnO 3 are likewise too aggressive and not very selective. Citric acid is a milder etchant, but only at temperatures at which the photoresist used for structuring already softens.

Aufgabe und LösungTask and solution

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Ätzverfahren für Metall-Mischoxide zur Verfügung zu stellen, das mit einer praktikablen Ätzrate und doch selektiv nur auf das Mischoxid wirkt. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Funktionsstruktur aus einer Metall-Mischoxid-Schicht zur Verfügung zu stellen, das die Kristallstruktur weniger schädigt als nach dem bisherigen Stand der Technik.It is therefore the object of the invention to provide an etching process for metal mixed oxides which acts at a practicable etching rate and yet selectively only to the mixed oxide. It is a further object of the invention to provide a method for producing a functional structure from a metal mixed oxide layer, which damages the crystal structure less than in the prior art.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch Verfahren gemäß Haupt- und Nebenansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen Unteransprüchen.These objects are achieved by methods according to the main and secondary claims. Further advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zum Ätzen eines Metall-Mischoxids entwickelt. Unter einem Metall-Mischoxid wird eine Verbindung aus mindestens zwei unterschiedlichen Metallen und Sauerstoff verstanden.In the context of the invention, a method for etching a metal mixed oxide has been developed. A mixed metal oxide is understood as meaning a compound of at least two different metals and oxygen.

Erfindungsgemäß wird ein Ätzmittel gewählt, das mindestens eines der Metalle im Mischoxid auf eine andere Oxidationsstufe bringt, in der es schwächer und/oder weniger gerichtet gebunden ist. Dies bewirkt, dass es auf der anderen Oxidationsstufe besser in Lösung zu bringen ist. Das Ätzmittel weist ein Redox-Potential von unter +2 V auf und beinhaltet entweder ein Reduktionsmittel, das sein Redox-Potential um mindestens 0,15 V absenkt, oder ein Oxidationsmittel, das sein Redox-Potential um mindestens 0,05 V erhöht.According to the invention, an etchant is selected which brings at least one of the metals in the mixed oxide to a different oxidation state in which it is bound weaker and / or less directionally. This causes it to better dissolve at the other oxidation state. The etchant has a redox potential of less than +2 V and includes either a reducing agent that lowers its redox potential by at least 0.15V, or an oxidizing agent that increases its redox potential by at least 0.05V.

Entscheidend für das chemische Verhalten eines Oxids in Ätzlösungen ist das chemische Gleichgewicht zwischen dem kristallinen Oxid, schlecht löslichen Reaktionsprodukten, gelösten Kationen, löslichen Kation-Komplexen und ggf. anderen löslichen oder flüchtigen Reaktionsprodukten. Zum Ätzen eines Oxids möchte man das chemische Gleichgewicht auf die Seite von löslichen Reaktionsprodukten verschieben und so das kristalline Oxid in der Ätzlösung auflösen. Es wurde erkannt, dass das Ätzen des Metall-Mischoxids im Kern ein Konkurrenzkampf darum ist, woran die Metalle bevorzugt gebunden sind. Sobald die jeweilige Bindung eines Metalls an das Ätzmittel gegenüber der Bindung im Mischoxid energetisch bevorzugt ist, geht das Metall eine Verbindung mit dem Ätzmittel ein. Dabei strebt das System aus dem Metall-Mischoxid und dem Ätzmittel denjenigen Zustand an, in dem die freie Enthalpie minimal ist. Somit ist die freie Enthalpie maßgeblich dafür, ob das Metall im Mischoxid gebunden bleibt oder sich neu an das Ätzmittel bindet.Critical to the chemical behavior of an oxide in etching solutions is the chemical balance between the crystalline oxide, poorly soluble reaction products, dissolved cations, soluble cation complexes and possibly other soluble or volatile reaction products. To etch an oxide, one wants to shift the chemical balance to the side of soluble reaction products and thus dissolve the crystalline oxide in the etching solution. It has been recognized that etching of the metal composite oxide in the core is a competition for which the metals are preferentially bound. Once the respective bonding of a metal to the etchant is preferred over the bond in the mixed oxide energetically, the metal is a compound with the etchant. In this case, the system of the mixed metal oxide and the etchant strives for the state in which the free enthalpy is minimal. Thus, the free enthalpy is decisive for whether the metal remains bound in the mixed oxide or newly binds to the etchant.

Die Stärke und Richtung der Bindungen, die das Metall im Mischoxid halten, ist somit entscheidend dafür, wie gut sich das Metall ätzen lasst. Die Oxide vieler Metalle lösen sich in Säuren ohne weiteres auf, weil sie mit Wasser zunächst zu Hydroxiden reagieren, die wiederum im Allgemeinen gut von Säuren aufgelöst werden. Beispiele für dieses Verhalten sind Alkali- und Erdalkali-Metalle sowie die meisten Seltenen Erden. Die Kationen dieser Metalle bilden nur ungerichtete ionische Bindungen aus, weshalb sie in Wasser leicht eine Hydrathülle bilden und sich gut lösen. Andere Oxide, insbesondere von vielen Übergangsmetallen, lassen sich durch Säuren oder Basen nur schlecht oder gar nicht in Lösung bringen. Die Kationen bilden gerichtete und relativ feste Bindungen insbesondere zu Sauerstoff aus, was die Oxide und Hydroxide resistent gegen Auflösung macht. Die Löslichkeit eines Metall-Mischoxids in einem Ätzmitteln wird mm in aller Regel von der schlechter löslichere Komponente bestimmt. SrTiO3 ist zum Beispiel genau wie TiO2 sehr stabil, während SrO in Säuren sehr gut löslich ist. Im Falle von SrTiO3 ist somit die Löslichkeit von TiO2 in dem Ätzmittel der begrenzende Faktor für die Löslichkeit des gesamten Mischoxids.The strength and direction of the bonds that hold the metal in the mixed oxide is thus crucial to how well the metal is etched. The oxides of many metals readily dissolve in acids because they first react with water to form hydroxides, which in turn are generally well dissolved by acids. Examples of this behavior are alkali and alkaline earth metals and most rare earths. The cations of these metals form only undirected ionic bonds, which is why they easily form a hydration shell in water and dissolve well. Other oxides, especially of many transition metals, can be brought by acids or bases only poorly or not at all. The cations form directional and relatively strong bonds, especially to oxygen, rendering the oxides and hydroxides resistant to dissolution. The solubility of a metal compound in an etchant is usually determined by the less soluble component. For example, SrTiO 3 is very stable, as is TiO 2 , while SrO is very soluble in acids. Thus, in the case of SrTiO 3 , the solubility of TiO 2 in the etchant is the limiting factor for the solubility of the entire composite oxide.

Es wurde nun erkannt, dass die Bindungsverhältnisse in verschiedenen Oxidationsstufen insbesondere von Übergangsmetallen sich stark unterscheiden. Von Mangan sind zum Beispiel MnO, Mn2O3, Mn3O4, MnO2 und Mn2O7 bekannt. Diese Verbindungen haben ein komplett unterschiedliches chemisches Verhalten: MnO, Mn2O3 und Mn3O4 lösen sich in Säuren, MnO2 ist in Säuren und Basen unlöslich, und Mn2O7 ist eine hochreaktive Flüssigkeit, die sich gut in Wasser löst, weil sie lösliche MnO4 -Anionen bildet. It has now been recognized that the bonding conditions in different oxidation states, especially of transition metals, differ greatly. Manganese is known, for example, as MnO, Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , MnO 2 and Mn 2 O 7 . These compounds have completely different chemical behavior: MnO, Mn 2 O 3 and Mn 3 O 4 dissolve in acids, MnO 2 is insoluble in acids and bases, and Mn 2 O 7 is a highly reactive liquid that dissolves well in water because it forms soluble MnO 4 - anions.

Daher wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein solches Ätzmittel gewählt, das durch eine Änderung der Oxidationsstufe zunächst die Bindungsverhältnisse mindestens eines Metalls dahingehend ändert, dass es leichter löslich ist. Wird durch das Ätzmittel anschließend ein Redox-Potential vorgelegt, das entweder durch ein Reduktionsmittel um mindestens 0,15 V abgesenkt oder durch ein Oxidationsmittel um mindestens 0,05 V erhöht ist, so wird aus Sicht des Metalls die Bindung an das Ätzmittel gegenüber der Bindung im Mischoxid bevorzugt. Ist auf diese Weise die schwerer lösliche Komponente des Mischoxids aufgebrochen, wird erst recht die leichter lösliche Komponente angegriffen. Absenkung bzw. Erhöhung des Redox-Potentials werden in diesem Zusammenhang relativ zu einem Ätzmittel verstanden, bei dem das Reduktionsmittel bzw. Oxidationsmittel hinweggedacht ist.Therefore, in the method according to the invention, such an etchant is selected, which by changing the oxidation state initially changes the bonding conditions of at least one metal in such a way that it is more easily soluble. If a redox potential subsequently presented by the etchant, which is lowered by at least 0.15 V either by a reducing agent or increased by at least 0.05 V by an oxidizing agent, then from the point of view of the metal the bond to the etchant becomes opposite to the bond preferred in mixed oxide. If in this way the less soluble component of the mixed oxide is broken, the more easily soluble component is attacked. Reduction or increase of the redox potential are understood in this context relative to an etchant in which the reducing agent or oxidizing agent is thought of.

Dabei wirken die Änderung der Oxidationsstufe und das Redox-Potential im beanspruchten Bereich synergistisch zusammen, so dass das Ätzmittel insgesamt gerade so aggressiv ist, wie es notwendig ist, um das Metall-Mischoxid mit einer für technische Anwendungen interessanten Rate zu ätzen. Damit wird der Ätzprozess selektiv und verschont andere Materialien, die nicht geätzt werden sollen, wie beispielsweise den zur lithographischen Strukturierung verwendeten Fotolack. Zu diesem Zweck liegt das Redox-Potential unter +2 V. Nach dem Stand der Technik ließen sich viele Metall-Mischoxide, wie beispielsweise Mischoxide mit Ruthenium und einem weiteren Metall (Metall-Ruthenium-Oxide), nasschemisch entweder gar nicht oder nur mit hochreaktiven und schwer handhabbaren Ätzmitteln wie Ozon ätzen. Dabei wurde auch Fotolack in Mitleidenschaft gezogen, so dass Funktionsstrukturen aus Metall-Ruthenium-Oxiden lithographisch nur mit begrenzter Qualität herstellbar waren.In this case, the change in the oxidation state and the redox potential in the claimed region act synergistically, so that the etchant as a whole is just as aggressive as is necessary in order to etch the mixed metal oxide at a rate which is of interest for industrial applications. Thus, the etching process becomes selective and spares other materials that are not to be etched, such as the photoresist used for lithographic patterning. For this purpose, the redox potential is below +2 V. According to the prior art, many mixed metal oxides, such as mixed oxides with ruthenium and another metal (metal-ruthenium oxides), wet-chemically either not at all or only with highly reactive and hard to handle etchants such as ozone etch. Photoresist was also affected, so that functional structures of metal-ruthenium oxides could only be lithographically produced with limited quality.

Der Fachmann bekommt in der Regel die Aufgabe gestellt, ein vorgegebenes Metall-Mischoxid zu ätzen. Ihm ist bekannt, in welchen Oxidationsstufen die in dem Mischoxid enthaltenen Metalle auftreten. Für jede dieser Oxidationsstufen wiederum ist bekannt, wie gut diese in üblichen Ätzmitteln löslich ist; zusätzlich ist das Lösungsverhalten des Metall-Mischoxids insgesamt bekannt. Die Oxidationsstufe, deren Lösungsverhalten dem des gesamten Metall-Mischoxids am meisten ähnelt, ist der begrenzende Faktor für das Ätzen des Metall-Mischoxids. Somit kann der Fachmann gezielt ein Oxidations- oder Reduktionsmittel einsetzen, das genau diese Oxidationsstufe in eine leichter lösliche überführt. Sofern sich diese Oxidationsstufe nicht unmittelbar in dem gewählten Oxidations- oder Reduktionsmittel löst, kann der Fachmann ein weiteres Lösungsmittel hinzufügen, von dem bekannt ist, dass es diese Oxidationsstufe löst. Dabei sind ihm die Redox-Potentiale der eingesetzten Komponenten und der gesamten Ätzlösung ohne weiteres zugänglich, so dass er keine Schwierigkeiten hat, die beanspruchten Nebenbedingungen für das Redox-Potential der Ätzlösung zu erfüllen. Somit ist dem Fachmann eine vollständige Lehre an die Hand gegeben, mit der er die ihm gestellte Aufgabe ohne unzumutbare Schwierigkeiten lösen kann.The skilled person is usually asked to etch a given metal mixed oxide. He knows in which oxidation states the metals contained in the mixed oxide occur. For each of these oxidation states, in turn, it is known how well it is soluble in common etchants; In addition, the overall solution behavior of the metal mixed oxide is known. The oxidation state whose solution behavior most closely resembles that of all metal mixed oxide is the limiting factor for the etching of the metal composite oxide. Thus, the skilled person can specifically use an oxidizing or reducing agent, which converts exactly this oxidation state into a more easily soluble. Unless this oxidation state dissolves directly in the chosen oxidation or reduction agent, one skilled in the art may add another solvent known to dissolve this oxidation state. In this case, the redox potentials of the components used and of the entire etching solution are easily accessible to him, so that he has no difficulty in meeting the claimed secondary conditions for the redox potential of the etching solution. Thus, the skilled person is given a complete teaching at hand, with which he can solve the task asked him without undue difficulties.

Hierfür stehen dem Fachmann insbesondere Pourbaix-Diagramme zu Gebote, in denen die Stabilität von Metallen und Metallkomplexen anschaulich dargestellt ist. Auf der X-Achse ist dabei der pH-Wert aufgetragen, und auf der Y-Achse das elektrochemische Potenzial relativ zur Wasserstoff-Standardelektrode. Je höher dieses Potenzial ist, desto stärker oxidierend sind die Verhältnisse in der Lösung, und je geringer, desto reduzierender. Das Diagramm enthält zwei parallele, schräge Bezugslinien: Das Potenzial im Fall von Sauerstoff-Sättigung (oxidierend) und von Wasserstoff Sättigung (reduzierend). In den Feldern ist jeweils die eingetragene Spezies vorherrschend, und an den Grenzlinien von Feldern liegen die zwei benachbarten Spezies gerade im Verhältnis 1:1 vor. Bei den Spezies kann es sich insbesondere um Oxidationsstufen handeln.For this purpose, the expert in particular Pourbaix diagrams are available, in which the stability of metals and metal complexes is shown vividly. The pH is plotted on the X axis and the electrochemical potential on the Y axis relative to the standard hydrogen electrode. The higher this potential is, the more oxidizing are the ratios in the solution, and the lower the more reducing. The diagram contains two parallel oblique reference lines: the potential in the case of oxygen saturation (oxidizing) and of hydrogen saturation (reducing). In each of the fields, the registered species is predominant, and at the boundary lines of fields, the two neighboring species are present at a ratio of 1: 1. The species may in particular be oxidation states.

Diese Diagramme lassen sich für beinahe beliebige Systeme berechnen, soweit die thermodynamischen Daten für die einzelnen Reaktionen und Reaktionsprodukte vorlegen. Für sehr viele Verbindungen sind solche Daten in Tabellenwerken verfügbar, und die wichtigsten liegen einem Programm zur Berechnung solcher Diagramme als Datenbank bei. Die Erfinder haben für die im Speziellen Beschreibungsteil aufgeführten Ausführungsbeispiele Medusa ( http://www.kemi.kth.se/medusa/ ) mit dessen Standard-Datenbank benutzt.These diagrams can be calculated for almost any system, as far as the thermodynamic data for the individual reactions and reaction products are presented. For many connections, such data is available in spreadsheets, and the most important are a program for calculating such diagrams as a database. The inventors have for the exemplary embodiments listed in the specific part Medusa ( http://www.kemi.kth.se/medusa/ ) with its standard database.

Anhand der Pourbaix-Diagramme lässt sich ablesen, ob Oxidation oder Reduktion ein unlösliches Oxid in eine lösliche Form überführen können, wie stark das Oxidations- oder Reduktionsmittel sein muss und bei welchem pH man arbeiten soll, um das Oxid in eine lösliche Form zu überführen. Durch Überlagerung des Pourbaix-Diagramms von Ätzmittel und zu ätzendem Oxid lässt sich ablesen, ob und in welchem pH-Bereich das Ätzmittel wirkt. Überlagert sich der Stabilitätsbereich der oxidierten (reduzierten) Form des Metalls mit dem Stabilitätsbereich der reduzierten (oxidierten) Form des Oxidationsmittels in der Ätzlösung, so liegt das Reaktionsgleichgewicht auf der Seite der Produkte, und das Metall-Mischoxid wird angegriffen.From the Pourbaix diagrams it can be seen whether oxidation or reduction can convert an insoluble oxide to a soluble form, how strong the oxidizing or reducing agent must be and at what pH to work to convert the oxide to a soluble form. By superimposing the Pourbaix diagram of the etchant and the oxide to be etched, it is possible to determine whether and in which pH range the etchant acts. If the stability range of the oxidized ( reduced) form of the metal with the stability region of the reduced (oxidized) form of the oxidant in the etching solution, the reaction equilibrium is on the side of the products, and the mixed metal oxide is attacked.

Pourbaix-Diagramme bilden den Fall des thermodynamischen Gleichgewichts ab. In vielen Fällen sind die Reaktionen bei Raumtemperatur aber so langsam, dass sich das Gleichgewicht erst nach sehr langer Zeit einstellt. Wasserstoff und Sauerstoff können zum Beispiel koexistieren, obwohl sich aus thermodynamischer Sicht Wasser bilden müsste. Deswegen spiegeln die Pourbaix-Diagramme nicht unbedingt wieder, was im Reaktionsgemisch tatsächlich vorliegt, sondern nur, in welche Richtung Reaktionen ablaufen würden. Daher ist das erfindungsgemäß in der Ätzlösung enthaltene Reduktions- oder Oxidationsmittel mit niedriger Aktivierungsenergie auch in solchen Fällen zur Erzielung technisch interessanter Ätzraten notwendig, in denen auch die ursprünglich im Metall-Mischoxid vorliegende Oxidationsstufe des Metalls aus thermodynamischer Sicht löslich sein sollte. Oxidation oder Reduktion sorgen in diesem Fall dafür, dass die stabilen Bindungen des Metalls mit dem umliegenden Sauerstoff auf gebrochen und neu geordnet werden, sodass die Ätzlösung das Metall aus dem Metall-Mischoxid herauslösen kann.Pourbaix diagrams depict the case of thermodynamic equilibrium. In many cases, however, the reactions are so slow at room temperature that the equilibrium sets only after a very long time. For example, hydrogen and oxygen can coexist, although from a thermodynamic point of view, water would have to form. Therefore, the Pourbaix diagrams do not necessarily reflect what is actually in the reaction mixture, but only in which direction reactions would take place. Therefore, the reduction or oxidizing agent with low activation energy contained in the etching solution according to the invention is also necessary in such cases to achieve technically interesting etching rates in which the oxidation of the metal originally present in the metal mixed oxide from the thermodynamic point of view should be soluble. Oxidation or reduction in this case ensures that the stable bonds of the metal with the surrounding oxygen are broken down and rearranged so that the etching solution can dissolve the metal out of the metal mixed oxide.

Einige Metall-Mischoxide werden im Folgenden beispielhaft genannt. Der Fachmann kann jedoch ohne Schwierigkeiten weitere Metall-Mischoxide identifizieren, die sich ähnlich verhalten, und auch aus den im Folgenden genannten Klassen von Metall-Mischoxiden einzelne Oxide ausschließen, deren Bindungsverhältnisse hiervon stark abweichen. Es gibt kristallographische Kataloge, die die Struktur und Bindungsverhältnisse der meisten bekannten kristallinen Festkörper verzeichnen.Some metal mixed oxides are exemplified below. However, the person skilled in the art can easily identify further metal mixed oxides which behave similarly, and also exclude individual oxides from the classes of metal mixed oxides mentioned below, the bond ratios of which deviate greatly therefrom. There are crystallographic catalogs that record the structure and bonding relationships of most known crystalline solids.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Ätzmittel gewählt, das mit keinem Metall des Mischoxids eine Verbindung eingeht, die sich in dem Ätzmittel nicht löst. Dann wird das Metall-Mischoxid vollständig in Lösung überführt, ohne dass feste Rückstände zurückbleiben.In a particularly advantageous embodiment of the invention, an etchant is selected which does not form a compound with any metal of the mixed oxide which does not dissolve in the etchant. Then, the mixed metal oxide is completely converted into solution without remaining solid residues.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Ätzmittel gewählt, das ein Lösungsmittel für das auf eine andere Oxidationsstufe gebrachte Metall enthält. Vorteilhaft löst dieses Lösungsmittel auch das andere Metall des Metall-Mischoxids bzw. die Oxidationsstufe, in der dieses Metall in dem Metall-Mischoxid auftritt. Ist das Metall In dem Lösungsmittel gelöst, kann es nach dem Ätzen zusammen mit dem Lösungsmittel rückstandsfrei entfernt werden.In a particularly advantageous embodiment of the invention, an etchant is selected which contains a solvent for the metal brought to a different oxidation state. Advantageously, this solvent also dissolves the other metal of the metal mixed oxide or the oxidation state in which this metal occurs in the metal mixed oxide. If the metal is dissolved in the solvent, it can be removed without residue after etching together with the solvent.

Das Oxidations- oder Reduktionsmittel kann zugleich auch als Lösungsmittel fungieren. Weiterhin kann das Lösungsmittel ausdrücklich auch eine Mischung aus zwei Lösungsmitteln sein, von denen das eine das auf eine andere Oxidationsstufe gebrachte Metall und das andere das andere Metall des Metall-Mischoxids bzw. die Oxidationsstufe, in der dieses Metall in dem Metall-Mischoxid auftritt, in Lösung überführt.The oxidizing or reducing agent can also act as a solvent at the same time. Furthermore, the solvent can expressly also be a mixture of two solvents, one of which has the metal brought to a different oxidation state and the other the other metal of the metal mixed oxide or the oxidation state in which this metal occurs in the metal mixed oxide, converted into solution.

Vorteilhaft wird Wasser, ein organisches Lösungsmittel, eine ionische Flüssigkeit oder eine Schmelze als Lösungsmittel gewählt. Wasser und organische Lösungsmittel lösen insbesondere RuO4, WO4, MoO4 und ReO4 gut. Niederwertige Metalloxide und hier insbesondere die Oxide des Strontiums lösen sich in Wasser, einem sauren Medium, einer ionischen Flüssigkeit oder einer Schmelze.Advantageously, water, an organic solvent, an ionic liquid or a melt is chosen as the solvent. In particular, water and organic solvents dissolve RuO 4 , WO 4 , MoO 4 and ReO 4 well. Lower-quality metal oxides and in particular the oxides of strontium dissolve in water, an acidic medium, an ionic liquid or a melt.

Vorteilhaft wird ein organisches Lösemittel aus der Gruppe Propylencarbonat, Dimethylsulfoxid, Acetonitril, Dimethylformamid (DMF) oder Dimethylpropylenharnstoff (DMPU) gewählt. Diese Lösungsmittel sind stark polar, d. h. sie enthalten Moleküle mit großem Dipolmoment. An eine freie Ladung (Anion oder Kation) können sich somit mehrere dieser Moleküle jeweils mit dem entgegengesetzt geladenen Ende binden und das Anion oder Kation davon abhalten, sich an ein Kation bzw. Anion zu binden. Indem ein polares Lösungsmittel somit die Verbindung von Anionen und Kationen zu ionischen Spezies stört, löst es diese Spezies relativ gut. Die Lösungsmittel aus der aufgelisteten Gruppe weisen darüber hinaus auch eine hohe Dielektrizitätskonstante auf. Dies hat die Wirkung, dass das lokale elektrische Feld freier Ladungen (Anion bzw. Kationen) abschirmt und die anziehende Wirkung zum jeweiligen Partner, der zum Aufbau einer ionischen Spezies fehlt (Kation bzw. Anion), abschwächt.Advantageously, an organic solvent selected from the group consisting of propylene carbonate, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide (DMF) or dimethylpropyleneurea (DMPU). These solvents are highly polar, d. H. they contain molecules with a large dipole moment. Thus, to a free charge (anion or cation), several of these molecules can each bind to the oppositely charged end and prevent the anion or cation from binding to a cation or anion. Thus, by interfering with the connection of anions and cations to ionic species, a polar solvent dissolves this species relatively well. In addition, the solvents from the listed group also have a high dielectric constant. This has the effect of shielding the local electric field from free charges (anion or cations) and weakening the attractive effect to the respective partner, which lacks the formation of an ionic species (cation or anion).

Auch dies hat die Wirkung, dass die Verbindung von Anionen und Kationen zu ionischen Spezies gestört und somit die Lösung dieser Spezies begünstigt wird. Die bessere Löslichkeit wird jeweils dadurch bewirkt, dass durch die Störung der Bindung zwischen Anion und Kation die Aktivierungsenergie herabgesetzt wird, die erforderlich ist, um Anion und Kation voneinander zu trennen und somit die ionische Spezies in Lösung zu überführen. Die genannten Lösungsmittel erlauben zudem auch die Dissoziation von bestimmten Säuren.Again, this has the effect of disrupting the association of anions and cations with ionic species, thus favoring the dissolution of these species. The better solubility is effected in each case by the fact that the disruption of the bond between anion and cation reduces the activation energy required to separate the anion and cation from one another and thus to dissolve the ionic species into solution. The solvents mentioned also allow the dissociation of certain acids.

Vorteilhaft wird ein organisches Lösemittel aus der Gruppe der Alkanole gewählt, insbesondere Methanol, Ethanol oder Isopropanol, weil ionische Spezies in diesen Lösemitteln zumindest in geringem Maße löslich sind und gleichzeitig PMMA, ein verbreiteter Fotolack für Elektronenstrahllithografie, in diesen Lösemitteln unlöslich ist.Advantageously, an organic solvent selected from the group of alkanols, in particular methanol, ethanol or isopropanol, because ionic species are at least slightly soluble in these solvents and at the same time PMMA, a common photoresist for electron beam lithography, is insoluble in these solvents.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Ätzmittel gewählt, das einen Komplexbildner beinhaltet. Ein Komplexbildner ist eine Substanz, deren Verbindung mit einem Metallkation zum Einen in dem Ätzmittel löslich ist und zum Anderen eine geringere freie Enthalpie aufweist als ein fester Niederschlag, etwa ein Oxid oder Hydroxid, des Metallkations. Er hilft somit dabei, Metallkationen in Lösung zu halten, und verschiebt die diesbezüglichen Gleichgewichte im Pourbaix-Diagramm. Sind die Eigenschaften aller Verbindungen und Reaktionen des Komplexbildners mit den vorhandenen anderen Spezies bekannt, lässt sich auch das entsprechende Pourbaix-Diagramm für den Fall eines hinzugefügten Komplexbildners berechnen. Effektive Komplexbildner sind beispielsweise Chlorid, Fluorid, Bromid, Iodid, Citrat, Tartrat, EDTA, Oxalat, Cyanid, Thiocyanat, Thiosulfat, Ammonium, Kronenether und Kryptate. Komplexbildner sind im Allgemeinen Lewis-Basen und binden sich an Metallzentren, die als Lewis-Säuren agieren. Ein Komplexbildner ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Titan eines der Metalle im Metall-Mischoxid ist. In a particularly advantageous embodiment of the invention, an etchant is selected which includes a complexing agent. A complexing agent is a substance whose compound with a metal cation is soluble in the etchant on the one hand and on the other hand has a lower free enthalpy than a solid precipitate, such as an oxide or hydroxide, of the metal cation. He thus helps to keep metal cations in solution and shifts the related balances in the Pourbaix diagram. If the properties of all compounds and reactions of the complexing agent with the other species present are known, the corresponding Pourbaix diagram can also be calculated for the case of an added complexing agent. Effective complexing agents include, for example, chloride, fluoride, bromide, iodide, citrate, tartrate, EDTA, oxalate, cyanide, thiocyanate, thiosulfate, ammonium, crown ethers and cryptates. Chelating agents are generally Lewis bases and bind to metal centers that act as Lewis acids. A complexing agent is particularly advantageous when titanium is one of the metals in the metal mixed oxide.

Vorteilhaft wird ein Perowskit oder ein Pyrochlor als Metall-Mischoxid gewählt. Viele dieser Metall-Mischoxide haben interessante Eigenschaften oder Kombinationen von Eigenschaften für Forschung und technologische Verwendung. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass in ihnen die Metall-Kationen auf ganz bestimmten Gitterplätzen sitzen und ihre Bindungen besonders stark gerichtet sind. Somit kann ihre Löslichkeit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in besonderem Maße gesteigert werden.Advantageously, a perovskite or a pyrochlore is chosen as metal mixed oxide. Many of these mixed metal oxides have interesting properties or combinations of properties for research and technological use. They are characterized in that in them the metal cations sit on very specific lattice sites and their bonds are particularly strong. Thus, their solubility with the method according to the invention can be increased to a particular extent.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Metall-Mischoxid gewählt, das mindestens ein Übergangsmetall oder Cer als Metall enthält. Die Kationen dieser Metalle bilden gerichtete und relativ feste Bindungen insbesondere zu Sauerstoff aus, so dass diese Metalle häufig in Oxidationsstufen auftreten, die sich nur schlecht oder gar nicht in Säuren oder Basen lösen. Sind sie in einem Metall-Mischoxid enthalten, sind sie der begrenzende Faktor für dessen Löslichkeit. Indem das erfindungsgemäße Verfahren nun zuerst an der Oxidationsstufe des Metalls ansetzt, wird zielgerichtet die Ätzwirkung verbessert und zugleich kein aggressiveres Ätzmittel eingesetzt als nötig. Dies gilt im Besonderen, wenn das Übergangsmetall aus der Gruppe Os, Rh, Ti, Cr, Mn, Re, Ru, W gewählt wird.In a particularly advantageous embodiment of the invention, a mixed metal oxide is selected which contains at least one transition metal or cerium as the metal. The cations of these metals form directional and relatively strong bonds, in particular to oxygen, so that these metals often occur in oxidation states that dissolve poorly or not at all in acids or bases. If they are contained in a metal mixed oxide, they are the limiting factor for its solubility. By the process according to the invention first of all starts at the oxidation stage of the metal, the etching effect is purposefully improved and at the same time no more aggressive etchant is used than necessary. This is especially true when the transition metal is selected from the group Os, Rh, Ti, Cr, Mn, Re, Ru, W.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Ätzmittel gewählt, das ein Redukton, insbesondere Ascorbinsäure, oder ein Aldehyd, insbesondere Glukose oder Benzaldehyd, als Reduktionsmittel enthält. Generell sind alle Aldehyde Reduktionsmittel, da sie leicht zur entsprechenden Carbonsäure oxidiert werden können. Auch alle Reduktone sind Reduktionsmittel, da sie leicht zum entsprechenden Diketon oxidiert werden können. Reduktone und Aldehyde eignen sich besonders, um in einem Metall-Mischoxid mit Mangan als Metall unlösliches Mn(IV) zu Mn(II) zu reduzieren. Insbesondere ein Perowskit der Form (La, Sr)MnO3 kann mit einem solchen Ätzmittel gelöst werden. Da Lanthan und Strontium generell in Säuren gut löslich sind, wird die Ätzrate maßgeblich durch den Abbau des Mn(IV) bestimmt. Glukose und Ascorbinsäure zeichnen sich zudem dadurch aus, dass sie keine Gefahrstoffe sind und dass sie biologisch abbaubar sind. Glukose ist besonders in alkalischem Milieu ein effektives Reduktionsmittel mit Standardpotential von etwa –0,05 V.In a particularly advantageous embodiment of the invention, an etchant is selected which contains a reductone, in particular ascorbic acid, or an aldehyde, in particular glucose or benzaldehyde, as a reducing agent. In general, all aldehydes are reducing agents because they can be easily oxidized to the corresponding carboxylic acid. All reductones are also reducing agents, since they can easily be oxidized to the corresponding diketone. Reductones and aldehydes are particularly useful for reducing Mn (IV) to Mn (II) insoluble in a mixed metal oxide with manganese as the metal. In particular, a perovskite of the form (La, Sr) MnO 3 can be dissolved with such an etchant. Since lanthanum and strontium are generally readily soluble in acids, the etch rate is largely determined by the degradation of Mn (IV). Glucose and ascorbic acid are also characterized by the fact that they are not hazardous substances and that they are biodegradable. Glucose is an effective reducing agent with a standard potential of about -0.05 V. especially in alkaline medium.

Auch für das Ätzen von Mischoxiden mit dreiwertigem Mangan ist ein Reduktionsmittel vorteilhaft, da Mn(III) im wässrigen Milieu nicht stabil ist und zu löslichem Mn(II) und unlöslichem Mn(IV) disproportioniert.A reducing agent is also advantageous for the etching of mixed oxides with trivalent manganese, since Mn (III) is not stable in an aqueous medium and disproportionates to soluble Mn (II) and insoluble Mn (IV).

Indem das Ätzmittel generell in der Lage ist, drei- und vierwertiges Mangan in oxidischen Verbindungen zu reduzieren, kann es auch Braunstein (MnO2) sowie weitere Verbindungen der Form MMnO3, worin M ein Erdalkalimetall, eine seltene Erde oder Kombinationen davon ist, ätzen. Besonders in Verbindung mit anderen Bestandteilen, wie z. B. Komplexbildnern, können noch weitere oxidische Verbindungen von drei- oder vierwertigem Mangan angegriffen werden. In Verbindung mit Glukose als Reduktionsmittel kann beispielsweise Citronensäure als Komplexbildner eingesetzt werden.By being generally capable of reducing trivalent and tetravalent manganese in oxidic compounds, the etchant may also etch manganese dioxide (MnO 2 ) and other compounds of the form MMnO 3 wherein M is an alkaline earth metal, a rare earth, or combinations thereof , Especially in conjunction with other ingredients, such as. As complexing agents, even more oxidic compounds of trivalent or tetravalent manganese can be attacked. For example, citric acid can be used as complexing agent in conjunction with glucose as a reducing agent.

Nach dem Stand der Technik wurden oxidische Verbindungen mit drei- oder vierwertigem Mangan mit gepufferter Flusssäure, Salzsäure oder Citronensäure geätzt. Flusssäure ist gefährlich in der Handhabung und wenig selektiv. Konzentrierte Salzsäure ätzt zu schnell und zu wenig selktiv, während verdünnte Salzsäure langsamer ätzt, aber Rückstände (wahrscheinlich MnO2) zurücklässt. Konzentrierte Salzsäure ist außerdem ein Gefahrstoff, der nach Verwendung geeignet entsorgt werden muss. Citronensäure ist relativ ungefährlich, biologisch abbaubar und kann durch Veraschen rückstandsfrei entfernt werden. Allerdings funktioniert sie nur bei erhöhter Temperatur und muss für ein gleichmäßiges Ergebnis genau temperiert werden. Bei der erforderlichen Temperatur fängt Fotolack bereits an zu erweichen, so dass eine lithographische Strukturierung mit Citronensäure als Ätzmittel keine guten Kanten ergibt.In the prior art, oxidic compounds were etched with trivalent or tetravalent manganese with buffered hydrofluoric acid, hydrochloric acid or citric acid. Hydrofluoric acid is dangerous to handle and less selective. Concentrated hydrochloric acid etches too quickly and too seldom, while dilute hydrochloric acid etches more slowly, but leaves residues (probably MnO 2 ). Concentrated hydrochloric acid is also a hazardous substance that must be disposed of properly after use. Citric acid is relatively harmless, biodegradable and can be removed without residue by ashing. However, it works only at elevated temperature and must be tempered exactly for a uniform result. At the required temperature, photoresist already begins to soften, so that lithographic patterning with citric acid as etchant does not give good edges.

Ascorbinsäure ist ein stärkeres und schnelleres Reduktionsmittel als Citronensäure, das bei Raumtemperatur funktioniert. Die Erfinder haben eine Lösung von Ascorbinsäure in Wasser erfolgreich getestet. Die Ascorbinsäure kann aber auch teilweise oder vollständig mit einer Base neutralisiert werden (pH-Puffer), um die Ätzrate oder die Selektivität zu beeinflussen. Sie kann außerdem mit anderen Säuren oder Komplexbildern kombiniert werden. Generell ist Ascorbinsäure ein vorteilhaftes Ätzmittel, wenn ein Material durch eine Kombination von milder Reduktion und Säurewirkung angegriffen werden soll.Ascorbic acid is a stronger and faster reductant than citric acid, which works at room temperature. The inventors have successfully tested a solution of ascorbic acid in water. However, the ascorbic acid can also be partially or completely neutralized with a base (pH buffer) to affect the etch rate or selectivity. It can also be combined with other acids or complexing agents. Generally, ascorbic acid is a beneficial etchant when a material is to be attacked by a combination of mild reduction and acidity.

Allgemein bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Ätzen von Manganverbindungen mit vierwertigem Mangan, bei dem ein Ätzmittel gewählt wird, das ein Redukton, insbesondere Ascorbinsäure, oder ein Aldehyd, insbesondere Glukose, als Reduktionsmittel enthält. Die im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Verfahren offenbarten Merkmale gelten ausdrücklich auch als für dieses Verfahren offenbart.In general, the invention also relates to a method for etching manganese compounds with tetravalent manganese, wherein an etchant is selected which contains a reductone, in particular ascorbic acid, or an aldehyde, in particular glucose, as a reducing agent. The features disclosed in connection with the method described above are expressly also disclosed as disclosed for this method.

Liegt ein schwer lösliches Mischoxid wie (La, Sr)MnO3 vor, so verhält es sich in erster Näherung chemisch ähnlich wie das schwer lösliche MnO2, weil das Mangan in beiden Fällen zumindest zum Teil als Mn(IV) (vierwertiges Mangan) vorliegt. Sowohl La als auch Sr sind ohne weiteres in Säuren löslich. Die Erfinder konnten in ihren Versuchen zeigen, dass sich solche Mischoxide durch eine Kombination von Oxidation oder Reduktion zusammen mit einem geeigneten anderen Lösemittel (z. B. einer Säure in Wasser) chemisch angreifen lassen. In diesem Beispiel kann das unlösliche Mn(IV) durch Ascorbinsäure oder ein anderes Reduktionsmittel zu Mn(II) reduziert werden, das sich leicht in einer Säure löst.If a sparingly soluble mixed oxide such as (La, Sr) MnO 3 is present, it behaves in a first approximation chemically similar to the sparingly soluble MnO 2 , because the manganese is present in both cases at least in part as Mn (IV) (tetravalent manganese) , Both La and Sr are readily soluble in acids. The inventors were able to show in their experiments that such mixed oxides can be chemically attacked by a combination of oxidation or reduction together with a suitable other solvent (eg an acid in water). In this example, the insoluble Mn (IV) may be reduced by ascorbic acid or another reducing agent to Mn (II), which readily dissolves in an acid.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine wässrige Lösung, die das Anion und/oder die freie Säure einer Halogensauerstoffsäure enthält, als Ätzmittel gewählt. Das Anion und/oder die freie Säure wirken dabei als Oxidationsmittel auf das Metall, insbesondere auf Metalle aus der Gruppe Ruthenium, Wolfram, Molybdän, Rhenium. Wasser ist ein gutes Lösungsmittel sowohl für RuO4, WO4, Mo4, ReO4 als auch für viele niederwertige Metalloxide, wie beispielsweise SrO. Saure Medien lösen ebenfalls viele Metalloxide.In a particularly advantageous embodiment of the invention, an aqueous solution containing the anion and / or the free acid of a halo-oxygen acid is selected as an etchant. The anion and / or the free acid act as an oxidizing agent on the metal, in particular on metals from the group ruthenium, tungsten, molybdenum, rhenium. Water is a good solvent for both RuO 4 , WO 4 , Mo 4 , ReO 4 and many lower valence metal oxides such as SrO. Acid media also dissolve many metal oxides.

Viele wässrige Lösungen dieser Art sind der stationäre Zustand in einer Reaktionsgleichung, in der auf der einen Seite die freie Säure mit Wasser und auf der anderen Seite das Anion mit dem Kation steht. Beide Seiten haben jeweils die Tendenz, sich ineinander umzuwandeln. Welcher stationäre Zustand sich einstellt, hängt insbesondere vom pH-Wert ab. Durch eine Änderung des pH-Werts, beispielsweise mit weiteren Säuren oder Basen, kann daher insbesondere das Verhältnis zwischen der freien Säure und dem Anion geändert werden. Häufig unterscheiden sich die freie Säure und das Anion wesentlich in ihrer Aggressivität. Somit lässt sich über den pH-Wert die Ätzrate in einem weiten Bereich einstellen.Many aqueous solutions of this type are the stationary state in a reaction equation in which the free acid is on one side with water and on the other side the anion with the cation. Both sides each have a tendency to transform into each other. Which stationary state occurs depends in particular on the pH value. By changing the pH, for example with other acids or bases, therefore, in particular the ratio between the free acid and the anion can be changed. Frequently, the free acid and the anion differ significantly in their aggressiveness. Thus, the etching rate can be adjusted in a wide range via the pH value.

Dabei liegt es im Bereich des durchschnittlichen Fachkönnens, die Konzentration und den pH-Wert der Lösung so einzustellen, dass sie zumindest für die Dauer des Ätzprozesses stabil bleibt. Es existiert umfangreiche Fachliteratur mit Phasendiagrammen, die die stabilen Zustände in Abhängigkeit von Konzentration, pH-Wert und weiteren Bedingungen ausweisen.It is within the skill of the art to adjust the concentration and pH of the solution to remain stable for at least the duration of the etching process. Extensive technical literature with phase diagrams showing the stable states as a function of concentration, pH and other conditions exists.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält das Oxidationsmittel ein Perhalogenat, Halogenat, Halogenit oder Hypo-Halogenit. Dies können beispielsweise Iodate, Periodate, Bromite, Bromate, Perbromate, Chlorate, Chlorite, Hypochlorite oder Perchlorsäure in hoher Konzentration ≥ 70% sein. Die Anionen können mit quasi beliebigen Kationen vergesellschaftet werden, wie z. B. Na+ oder Ka+. Die Erfinder haben folgende Ätzmittel erfolgreich an SrRuO3 getestet:

  • – 0,4-molare Periodsäurelösung ätzt sehr schnell mit ca. 25 nm/s.
  • – 0,4-molare Natriumperiodat-Lösung ätzt mit ca. 1 nm/s.
  • – 0,4-molare Kaliumchlorat-Lösung ätzt sehr langsam und ungleichmäßig mit ca. 1 nm/min.
In a particularly advantageous embodiment of the invention, the oxidizing agent contains a perhalogenate, halogenate, halide or hypohalite. These may be, for example, iodates, periodates, bromites, bromates, perbromates, chlorates, chlorites, hypochlorites or perchloric acid in a high concentration ≥ 70%. The anions can be associated with virtually any cation, such. B. Na + or Ka + . The inventors have successfully tested the following etchants on SrRuO 3 :
  • - 0.4 molar periodic acid solution etches very quickly at about 25 nm / s.
  • - 0.4 molar sodium periodate solution etches at about 1 nm / s.
  • - 0.4 molar potassium chlorate solution etches very slowly and unevenly at about 1 nm / min.

Alle diese Ätzmittel haben ein Standard-Redoxpotential unter 2 V. Ihre Ätzrate lässt sich durch Änderung des pH-Werts mit Basen, etwa NaOH, in einem weiten Bereich einstellen. Auch die Ätzrate und die Selektivität gegenüber Metallen und anderen Oxiden lassen sich auf diese Weise einstellen. Das Metall-Ruthenium-Oxid, wie etwa SrRuO3, lässt sich dann als chemisch hoch stabile, aber mit diesem Ätzmittel leicht und schnell ätzbare Zwischen- oder Deckschicht verwenden, die nach Gebrauch wieder komplett entfernt wird, beispielsweise

  • – zum Strukturieren mittels Lift-Off-Technik,
  • – zur Herstellung freistehender epitaktischer Oxid-Strukturen durch Unterätzen oder
  • – als „Hard mask” zum Strukturieren von schwer angreifbaren Schichten, wo Fotolack nicht geeignet ist.
All of these etchants have a standard redox potential below 2 V. Their etch rate can be adjusted by changing the pH with bases, such as NaOH, in a wide range. Also, the etch rate and the selectivity to metals and other oxides can be adjusted in this way. The metal ruthenium oxide, such as SrRuO 3 , can then be used as a chemically highly stable, but etchable easily and rapidly etchable intermediate or overcoat with this etchant, which is completely removed after use, for example
  • For structuring by means of lift-off technology,
  • - For the production of freestanding epitaxial oxide structures by undercutting or
  • As a "hard mask" for structuring hard-to-attack layers where photoresist is not suitable.

SrRuO3 ist ein stabiles Oxid mit Perovskit-Struktur, das für ein Oxid eine außergewöhnlich hohe elektrische Leitfähigkeit von etwa 1.8 × 105 S/m aufweist (Kupfer hat 5.9 × 107 S/m), Für Bauelemente aus epitaktischen Oxidschichten ist es vorteilhaft, aus diesem Material Leiterbahnen oder Kontakte durch Lithografie und chemisches Ätzen herzustellen.SrRuO 3 is a stable oxide with a perovskite structure, which has an exceptionally high electrical conductivity of about 1.8 × 10 5 S / m for an oxide (copper has 5.9 × 10 7 S / m). It is advantageous for components made of epitaxial oxide layers to produce printed conductors or contacts from this material by lithography and chemical etching.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Oxidationsmittel gewählt, das einen oxidierenden Metallkomplex mit einem Übergangsmetall und/oder einer seltenen Erde enthält. Das Metall wirkt dabei als das eigentliche Oxidationsmittel. Die Einbindung des Metalls in einen Komplex bewirkt zum einen, dass das Metall überhaupt in Lösung Überführbar ist, und schützt es zugleich davor, andere Reaktionen einzugehen, bevor die Oxidation des anzugreifenden Metalls im Metall-Mischoxid bewirkt wurde. Welche Reaktionen bevorzugt ablaufen, hängt vom pH-Wert ab. Durch Zugabe weiterer Säuren oder Basen kann der pH-Wert so eingestellt werden, dass die Oxidation des anzugreifenden gegenüber anderen Reaktionen bevorzugt ist und unerwünschte Reaktionen unterbunden werden. Als Metall kann beispielsweise Cer(IV) verwendet werden. Das Metall wird reduziert, das anzugreifende Metall wird oxidiert. Insbesondere Ruthenium und Chrom lassen sich auf diese Weise angreifen. Die Erfinder haben eine Lösung von Perchlorsäure als pH-Stabilisator und Ammonium-Cer(IV)-Nitrat als Oxidationsmittel erfolgreich als Ätzmittel für SrRuO3 eingesetzt. Diese Lösung ätzt extrem schnell mit 500 nm/s oder mehr. Sie hat ebenfalls ein Standard-Redoxpotential unter 2 V. In analoger Weise lassen sich beispielsweise LaCrO3 und (La, Sr)CrO3 angreifen.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, an oxidizing agent is selected which contains an oxidizing metal complex with a transition metal and / or a rare earth. The metal acts as the actual oxidant. The inclusion of the metal in a complex, on the one hand, causes the metal to be dissolvable in solution and protects it at the same time avoiding other reactions before the oxidation of the metal to be attacked in the mixed metal oxide was effected. Which reactions prefer to proceed depends on the pH. By addition of other acids or bases, the pH can be adjusted so that the oxidation of the attacking over other reactions is preferred and unwanted reactions are prevented. As the metal, for example, cerium (IV) can be used. The metal is reduced, the metal to be attacked is oxidized. In particular, ruthenium and chromium can be attacked in this way. The inventors have successfully used a solution of perchloric acid as a pH stabilizer and ammonium cerium (IV) nitrate as the oxidizing agent as an etchant for SrRuO 3 . This solution etches extremely fast at 500 nm / s or more. It also has a standard redox potential below 2 V. In an analogous manner, for example, LaCrO 3 and (La, Sr) CrO 3 attack.

Auch andere Oxidationsmittel auf der Basis von Permanganat, Chlor, Caroscher Säure (konzentrierte Schwefelsäure mit Wasserstoffperoxid) sind geeignet, um Ru in Verbindungen zu RuO4 zu oxidieren. Carosche Säure ist schlechter geeignet, wenn die Rutheniumverbindung ein Erdalkalimetall enthält, weil sich unlösliche Erdalkalisulfate bilden. Osmium ähnelt in den chemischen Eigenschaften stark dem Ruthenium und wird dementsprechend von den gleichen Oxidationsmitteln zu OsO4 oxidiert. Cr, Mo, W, Re werden ebenfalls durch Oxidation angegriffen und bilden die Anionen CrO4 2–, WO4 2– MoO4 2– und ReO4 , in denen das Metall ähnlich dem RuO4 und OsO4 in einer sehr stabilen Konfiguration tetraedrisch durch Sauerstoff gebunden ist. Vorteilhaft ist hier insbesondere eine Kombination von Permanganat, Perchlorsäure zur Stabilisierung des pH und optional eine geringe Menge zugesetzter Salzsäure.Other oxidants based on permanganate, chlorine, Caro's acid (concentrated sulfuric acid with hydrogen peroxide) are also suitable for oxidizing Ru in compounds to RuO 4 . Caro's acid is less suitable if the ruthenium compound contains an alkaline earth metal because insoluble alkaline earth sulfates form. Osmium is very similar to ruthenium in its chemical properties and is therefore oxidized to OsO 4 by the same oxidants. Cr, Mo, W, Re are also attacked by oxidation to form the anions CrO 4 2- , WO 4 2- MoO 4 2- and ReO 4 - in which the metal resembles RuO 4 and OsO 4 in a very stable configuration tetrahedrally bound by oxygen. Particularly advantageous here is a combination of permanganate, perchloric acid for stabilizing the pH and optionally a small amount of added hydrochloric acid.

Vorteilhaft wird ein Metall-Mischoxid aus Ruthenium und einem Erdalkalimetall und/oder einer seltenen Erde (Metall-Ruthenium-Oxid) als Metall-Mischoxid gewählt. Oxide der Erdalkalimetalle und der seltenen Erden sind besonders leicht löslich. Zudem sind Metall-Ruthenium-Oxide mit Erdalkalimetallen oder seltenen Erden zum Teil elektrisch leitfähig (insbesondere mit Strontium als Erdalkalimetall), was einer durch das Ätzen hergestellten Funktionsstruktur zusätzliche Funktionalität verleiht. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird daher SrRuO3 als Metall-Mischoxid gewählt. Neben Verbindungen der Formel MRuO3 sind beispielsweise auch Verbindungen der Formeln M2RuO4, M3Ru2O7 und M2Ru2O7 geeignet, um durch das erfindungsgemäße Vcrfahren geätzt zu werden, weil die Bindungsverhältnisse des Rutheniums ähnlich sind. M bezeichnet hierin das bzw. die neben Ruthenium in dem Metall-Mischoxid auftretenden Metalle.Advantageously, a mixed metal oxide of ruthenium and an alkaline earth metal and / or a rare earth (metal ruthenium oxide) is selected as metal mixed oxide. Oxides of alkaline earth metals and rare earths are particularly easily soluble. In addition, metal-ruthenium oxides with alkaline earth metals or rare earths are partly electrically conductive (in particular with strontium as alkaline earth metal), which gives additional functionality to a functional structure produced by the etching. In a particularly advantageous embodiment of the invention, SrRuO 3 is therefore selected as the metal mixed oxide. In addition to compounds of the formula MRuO 3 , for example, compounds of the formulas M 2 RuO 4 , M 3 Ru 2 O 7 and M 2 Ru 2 O 7 are suitable for being etched by the process according to the invention, because the bonding ratios of the ruthenium are similar. M herein denotes the metal (s) besides ruthenium in the mixed metal oxide.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Metall-Mischoxid aus Ruthenium und einem weiteren Metall M mit einer Lagenstruktur gewählt wird, in der das Metall M sowohl in Lagen der Formel MRuO3 als auch in anderen Lagen als reines Oxid enthalten ist. Dann herrschen in den Lagen der Formel MRuO3 ähnliche Bindungsverhältnisse zwischen dem Ruthenium und den jeweils nächsten Sauerstoffatomen wie in RuO2. Diese Lagen werden somit primär durch das Oxidationsmittel angegriffen, während das reine Oxid in den übrigen Lagen primär durch das Lösungsmittel angegriffen wird. Insbesondere kann eine Ruddlesden-Popper-Phase der Formel (MO)(MRuO3)n als Metall-Mischoxid gewählt werden. Diese Kristallstruktur enthält für jede Lage des Metalloxids MO n Lagen (MRuO3).In a particularly advantageous embodiment of the invention, a mixed metal oxide of ruthenium and a further metal M is selected with a layer structure in which the metal M is contained both in layers of the formula MRuO 3 and in other layers as pure oxide. Then, in the layers of the formula MRuO 3, similar bonding conditions prevail between the ruthenium and the respective next oxygen atoms, as in RuO 2 . These layers are thus primarily attacked by the oxidant, while the pure oxide in the remaining layers is primarily attacked by the solvent. In particular, a Ruddlesden popper phase of the formula (MO) (MRuO 3 ) n can be chosen as metal mixed oxide. This crystal structure contains MO n layers (MRuO 3 ) for each layer of the metal oxide.

Auf Grund des zuvor Gesagten bezieht sich die Erfindung allgemein auch auf ein Verfahren zum chemischen Ätzen von Metall-Ruthenium-Oxid. „Metall” bezeichnet hierin andere Metalle als Ruthenium. Die im Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen Verfahren offenbarten Merkmale gelten ausdrücklich auch als für dieses Verfahren offenbart.In view of the foregoing, the invention generally also relates to a method of chemically etching metal ruthenium oxide. "Metal" refers to metals other than ruthenium. The features disclosed in connection with the previously described methods are expressly also disclosed as being disclosed for this method.

Erfindungsgemäß wird ein Ätzmittel gewählt, das

  • – mindestens ein Oxidationsmittel, das RuO2 zu RuO4 zu oxidieren vermag, sowie
  • – mindestens ein Lösungsmittel, das sowohl RuO4 als auch mindestens eine Oxidationsstufe des Metalls in Lösung zu überführen vermag und für die Dauer des Ätzprozesses in Anwesenheit des Oxidationsmittels chemisch stabil ist,
umfasst.According to the invention, an etchant is selected which
  • - At least one oxidizing agent, which is able to oxidize RuO 2 to RuO 4 , as well as
  • At least one solvent which is capable of converting both RuO 4 and at least one oxidation state of the metal into solution and is chemically stable for the duration of the etching process in the presence of the oxidizing agent,
includes.

Es wurde erkannt, dass die weitere Oxidierbarkeit des im Metall-Ruthenium-Oxid gebundenen Rutheniums maßgeblich durch die Bindungsverhältnisse des Rutheniums an die jeweils nächstgelegenen Sauerstoffatome bestimmt wird. Es wurde außerdem erkannt, dass in vielen Metall-Ruthenium-Oxiden diese Bindungsverhältnisse sehr ähnlich zu denen in RuO2 sind.It was recognized that the further oxidizability of ruthenium bound in the metal ruthenium oxide is mainly determined by the bonding ratios of the ruthenium to the nearest oxygen atoms. It has also been recognized that in many metal ruthenium oxides, these bonding ratios are very similar to those in RuO 2 .

Wird das ähnlich wie in RuO2 gebundene Ruthenium dem Oxidationsmittel ausgesetzt, wird es zu RuO4 oxidiert. Indem dieses RuO4 wiederum in dem Lösungsmittel gelöst wird, wird das Ruthenium aus der festen Phase des Metall-Ruthenium-Oxids entfernt. Es entsteht eine Ruthenium-Fehlstelle, an der lokal nur noch eine Oxidationsstufe des Metalls vorliegt. Diese wird ebenfalls in dem Lösungsmittel gelöst, wodurch weitere Bereiche der festen Phase dem Angriff des Ätzmittels ausgesetzt werden. Auf diese Weise frisst sich der Ätzangriff immer weiter durch das Metall-Ruthenium-Oxid.If the ruthenium bound similarly to RuO 2 is exposed to the oxidizing agent, it is oxidized to RuO 4 . By dissolving this RuO 4 again in the solvent, the ruthenium is removed from the solid phase of the metal ruthenium oxide. The result is a ruthenium defect, where there is only one oxidation state of the metal locally. This is also dissolved in the solvent, whereby further areas of the solid phase are exposed to the attack of the etchant. In this way, the etching attack continues to eat through the metal-ruthenium oxide.

Wird die Oxidationsstufe des Metalls nicht gelöst, kann sie eine Schutzschicht auf dem Metall-Ruthenium-Oxid bilden, die kein Ruthenium mehr enthält und damit den Angriff des Ätzmittels hemmt. Das weitere Ätzen verläuft dann entweder stark anisotrop oder kommt völlig zum Erliegen. Die Oxidationsstufe kann aber auch als Verunreinigung zurückbleiben, ohne eine geschlossene Schicht zu bilden. Beides ist unerwünscht, wenn durch das Ätzen eine definierte Funktionsstruktur aus dem Metall-Ruthenium-Oxid hergestellt werden soll. If the oxidation state of the metal is not dissolved, it can form a protective layer on the metal ruthenium oxide, which no longer contains ruthenium and thus inhibits the attack of the etchant. The further etching then proceeds either strongly anisotropic or comes to a complete halt. However, the oxidation state may also remain as an impurity without forming a closed layer. Both are undesirable if a defined functional structure of the metal-ruthenium oxide is to be produced by the etching.

Nach dem Stand der Technik war lediglich in Wasser gelöstes Ozon für SrRuO3 bekannt. Ozon musste vor Ort in einem Ozonisator hergestellt werden, weil es nicht lange lagerfähig war. Seine Instabilität machte es zudem explosiv. Die erfindungsgemäß eingesetzten Ätzmittel bestehen dagegen aus Komponenten, die in flüssiger Form oder auch als Feststoff, dem vor der Anwendung nur noch Wasser zugesetzt werden muss, am Markt verfügbar sind. Sie sind zudem deutlich selektiver als Ozon, das auch den bei der lithographischen Herstellung von Funktionsschichten verwendeten Fotolack angreift, da viele Oxide durch Oxidation nicht weiter angegriffen werden und andere Stoffe wie etwa Silizium durch Bildung einer schützenden Oxidschicht passiviert werden. Es ist das Verdienst der Erfinder, erkannt zu haben, dass die für das Oxidieren von RuO2 bekannten Oxidationsmittel der Schlüssel zum chemischen Ätzen von Verbindungen wie SrRuO3, die bislang als praktisch nicht ätzbar galten, sind.In the prior art, only ozone dissolved in water was known for SrRuO 3 . Ozone had to be produced on site in an ozonizer because it was not storable for long. His instability also made it explosive. By contrast, the etchants used according to the invention consist of components which are available on the market in liquid form or else as a solid, to which only water has to be added before use. They are also much more selective than ozone, which also attacks the photoresist used in the lithographic production of functional layers, as many oxides are not further attacked by oxidation and other materials such as silicon are passivated by formation of a protective oxide layer. It is the merit of the inventors to have realized that the oxidizing agents known for oxidizing RuO 2 are the key to the chemical etching of compounds such as SrRuO 3 , heretofore considered virtually non-etchable.

Unter Umständen wird eine Komponente des Mischoxids wesentlich schneller angegriffen als eine andere. Das kann dazu führen, dass die langsamer angegriffene Komponente zurückbleibt, während die schneller angegriffene aus der Struktur ausgelaugt wird. Das führt zu Rückständen auf der Oberfläche. Durch Vorlegen der besser löslichen Komponente in der Ätzlösung in geeigneter Konzentration, zum Beispiel in Form eines löslichen Salzes, kann die Auflösung dieser Komponente verlangsamt werden, sodass ein gleichmäßiger Ätzfortschritt erreicht wird. Vorteilhaft wird somit dem Ätzmittel die Komponente des Metall-Mischoxids zugegeben, die sich darin besser löst. Diese Komponente kann insbesondere in gelöster Form, beispielsweise als gelöstes Salz, vorliegen. Indem in Bezug auf diese eine Komponente das Produkt des Ätzens bereits vorliegt, wird die Tendenz, dieses Produkt weiterhin herzustellen, also diese Komponente weiterhin anzugreifen, vermindert.Under certain circumstances, one component of the mixed oxide is attacked much faster than another. This may cause the slower attacked component to linger, while the faster attacked will leach out of the structure. This leads to residues on the surface. By presenting the more soluble component in the etching solution in a suitable concentration, for example in the form of a soluble salt, the dissolution of this component can be slowed down so that a uniform etching progress is achieved. Advantageously, the component of the metal mixed oxide is added to the etchant, which dissolves better in it. This component can be present in particular in dissolved form, for example as a dissolved salt. By already having the product of the etching with respect to this one component, the tendency to continue to produce this product, that is, to continue to attack this component, is diminished.

Außerdem kann unter Umständen eine gezielte Terminierung der Kristall-Oberfläche nach dem Ätzvorgang erreicht werden, wenn eine Komponente in der Ätzlösung vorgelegt wird: Die Auflösung der Komponente kann eventuell soweit verlangsamt werden, dass nach Abschluss der Ätzung die oberste Atomlage mehrheitlich aus der vorgelegten Komponente gebildet wird. Die Terminierung der Oberfläche hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften einer Grenzfläche bei Heteroepitaxie und auch auf das Wachstum der nachfolgenden Schicht. Kontrolle über die Terminierung ist deshalb technologisch sehr vorteilhaft.In addition, under certain circumstances, a targeted termination of the crystal surface can be achieved after the etching process, when a component is presented in the etching solution: The resolution of the component may possibly be slowed down so far that after completion of the etching, the uppermost atomic layer formed by a majority of the submitted component becomes. The termination of the surface has a great influence on the properties of an interface in heteroepitaxy and also on the growth of the subsequent layer. Control over the termination is therefore technologically very advantageous.

Außerdem kann zum Spülen nach der Ätzung ein wasserfreies Lösemittel benutzt werden, um eine Reaktion der Oberfläche mit Wasser zu verhindern.In addition, an anhydrous solvent can be used to rinse after etching to prevent reaction of the surface with water.

Die Oberfläche kann außerdem nach einem ersten Ätzschritt mit relativ hoher Ätzrate, aber schlechter Oberfläche noch ein zweites Mal mit geringer Ätzrate zum Beispiel in einem wasserfreien Lösemittel geätzt werden, um die Oberfläche zu verbessern. In diesem zweiten Ätzgang kann auch mechanische Reibung eingesetzt werden, um Verunreinigungen von der Oberfläche zu entfernen (chemical-mechanical polishing, CMP).The surface may also be etched a second time at a low etch rate, for example in an anhydrous solvent, after a first etch step of relatively high etch rate but poor surface area to improve the surface. In this second Ätzgang also mechanical friction can be used to remove impurities from the surface (chemical-mechanical polishing, CMP).

Oxidierende oder reduzierende Lösungen können auch nur zur Oberflächenbehandlung eingesetzt werden, etwa für eine Terminierung oder in Verbindung mit CMP von Mischoxiden. Auch hier kann eine Komponente des Oxids vorgelegt werden, um eine bestimmte Terminierung zu erreichen oder Auslaugen zu verhindern.Oxidizing or reducing solutions can also be used only for surface treatment, such as for termination or in conjunction with CMP of mixed oxides. Again, a component of the oxide may be presented to achieve a particular termination or prevent leaching.

Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zur Herstellung einer Funktionsstruktur aus einer Metall-Mischoxid-Schicht entwickelt. Dabei wird zunächst auf die Schicht ein Fotolack aufgebracht. Dieser wird anschließend lithographisch in den Bereichen entfernt, in denen nicht zur Funktionsstruktur gehörendes Metall-Mischoxid zu entfernen ist. Erfindungsgemäß wird das freiliegende Metall-Mischoxid mit dem erfindungsgemäßen Ätzverfahren geätzt.In the context of the invention, a method for producing a functional structure from a metal mixed oxide layer has been developed. In this case, a photoresist is first applied to the layer. This is then removed lithographically in the areas in which not belonging to the functional structure metal mixed oxide is to be removed. According to the invention, the exposed metal mixed oxide is etched using the etching method according to the invention.

Chemisches Ätzen ist gegenüber anderen Ätzverfahren wie Ionenstrahlätzen oder Plasmaätzen besonders vorteilhaft für epitaktische Schichten, weil es weniger steile Kanten produziert und die Kristallstruktur unbeschädigt lässt, was das Wachstum nachfolgender epitaktischer Schichten erlaubt. Indem mit dem erfindungsgemäßen Ätzverfahren Verbindungen wie SrRuO3 erstmals in praktikablem Maßstab dem chemischen Ätzen zugänglich werden, erschließt sich für diese Verbindungen auch ein neues Feld der Strukturierbarkeit mittels Lithographie. Vorteilhaft werden hierbei die Art und Dicke des Fotolacks sowie das Ätzmittel so aufeinander abgestimmt, dass der Fotolack bis zur Beendigung des Ätzprozeesses seine Schutzwirkung nicht verliert. Das Verfahren wird von den Erfindern eingesetzt, um Leiterbahnen und Kontakte aus SrRuO3 herzustellen und um auf SrRuO3 abgeschiedene epitaktische Strukturen zu unterätzen.Chemical etching is particularly advantageous for epitaxial layers over other etching methods, such as ion beam etching or plasma etching, because it produces less steep edges and leaves the crystal structure undamaged, allowing the growth of subsequent epitaxial layers. By using the etching method according to the invention, compounds such as SrRuO 3 become amenable to chemical etching for the first time on a practical scale, a new field of structurability by means of lithography opens up for these compounds. Advantageously, in this case the type and thickness of the photoresist and the etchant are coordinated so that the photoresist does not lose its protective effect until the completion of the Ätzprozeesses. The method is used by the inventors to produce conductor tracks and contacts from SrRuO 3 and to undercut epitaxial structures deposited on SrRuO 3 .

Das Ätzverfahren kann auch zum Auslaugen von wertvollem Ruthenium aus Katalysatoren und anderen Recyclinggeräten oder auch aus Erzen verwendet werden. The etching process can also be used to leach valuable ruthenium from catalysts and other recycling equipment or even ores.

Spezieller BeschreibungsteilSpecial description part

Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen erläutert, ohne dass der Gegenstand der Erfindung hierdurch beschränkt wird. Es ist gezeigt:The subject matter of the invention will be explained below with reference to figures and exemplary embodiments, without the subject matter of the invention being limited thereby. It is shown:

1: Pourbaix-Diagramme von Iod in wässrigem Milieu (Teilbild a), Ruthenium (Teilbild b) sowie Überlagerung der beiden Diagramme (Teilbild c). 1 : Pourbaix diagrams of iodine in an aqueous environment (panel a), ruthenium (panel b) and superposition of the two diagrams (panel c).

2: Pourbaix-Diagramme von Chlor (Teilbild a), Mangan (Teilbild b) sowie Überlagerung der beiden Diagramme (Teilbild c). 2 : Pourbaix diagrams of chlorine (partial image a), manganese (partial image b) and superposition of the two diagrams (partial image c).

3: Pourbaix-Diagramm von Titan allein (Teilbild a) und Titan mit Komplexbildner (Teilbild b). 3 : Pourbaix diagram of titanium alone (panel a) and titanium with complexing agent (panel b).

1a zeigt das Pourbaix-Diagramm von Iod in wässrigem Milieu. Darin ist für verschiedene Oxidationsstufen des Jods, wie zum Beispiel Periodat IO4 für die Oxidationsstufe VII, jeweils eingezeichnet, bei welchen Kombinationen aus pH-Wert und elektrochemischem Potenzial diese Oxidationsstufe vorherrschend ist. 1b zeigt das Pourbaix-Diagramm von Ruthenium. 1a shows the Pourbaix diagram of iodine in an aqueous environment. It is shown for different oxidation states of the iodine, such as periodate IO 4 - for the oxidation state VII, respectively, in which combinations of pH and electrochemical potential, this oxidation state is predominant. 1b shows the Pourbaix diagram of ruthenium.

Der Vergleich von 1a mit 1b zeigt, dass es ein Gebiet gibt, in dem einerseits IO3 bzw. HIO3 als reduzierte Formen des Periodats und andererseits RuO4 als oxidierte Form des RuO2 vorherrschend sind. 1c zeigt eine Überlagerung von 1a mit 1b, in der dieser Bereich schraffiert dargestellt ist. Er erstreckt sich über den gesamten dargestellten pH-Bereich. Zu höheren elektrochemischen Potenzialen hin ist er begrenzt durch die Grenze aus 1a zu den Bereichen, in denen HxIO6 als oxidierte Formen des Periodats vorherrschend sind. Zu niedrigeren elektrochemischen Potenzialen hin ist er begrenzt durch die Grenze aus 1b zu den Bereichen, in denen RuO2 als reduzierte Form des RuO4 vorherrschend ist. Unter den Bedingungen, die den schraffierten Bereich in 1c definieren, wird das Periodat IO4 zu IO3 reduziert und zugleich RuO2 zum besser löslichen RuO4 oxidiert (Redox-Reaktion).The comparison of 1a With 1b shows that there is a field in which, on the one hand, IO 3 or HIO 3 as reduced forms of the periodate and, on the other hand, RuO 4 as the oxidized form of RuO 2 are predominant. 1c shows an overlay of 1a With 1b in which this area is hatched. It extends over the entire pH range shown. For higher electrochemical potentials, it is limited by the limit 1a to areas where H x IO 6 are predominant as oxidized forms of periodate. At lower electrochemical potentials it is limited by the limit 1b to areas where RuO 2 is predominant as a reduced form of RuO 4 . In the conditions that the hatched area in 1c define, the periodate IO 4 - reduced to IO 3 - and at the same time oxidizes RuO 2 to more soluble RuO 4 (redox reaction).

2a zeigt das Pourbaix-Diagramm von Chlor. Darin ist für verschiedene Oxidationsstufen des Chlors, wie zum Beispiel Chlorid Cl oder Chlorat CIO3 jeweils eingezeichnet, bei welchen Kombinationen aus pH-Wert und elektrochemischem Potenzial diese Oxidationsstufe vorherrschend ist. 1b zeigt das Pourbaix-Diagramm von Mangan. 2a shows the Pourbaix diagram of chlorine. It is shown for different oxidation states of the chlorine, such as chloride Cl - or chlorate CIO 3 - respectively, in which combinations of pH and electrochemical potential, this oxidation state is predominant. 1b shows the Pourbaix diagram of manganese.

Der Vergleich von 2a mit 2b zeigt, dass es ein kleines Gebiet bei niedrigem pH und hoher Chlorid-Konzentration (entsprechend konzentrierter Salzsäure) gibt, in dem einerseits Cl2 als oxidierte Form des Chlorids und andererseits Mn2+ als reduzierte Form des MnO2 vorherrschend sind. 2c zeigt eine Überlagerung von 2a mit 2b, in der dieser Bereich schraffiert dargestellt ist. Er beschränkt sich auf pH-Werte unter 0. Zu höheren elektrochemischen Potenzialen hin ist er begrenzt durch die Grenze aus 2b zu den Bereichen, in denen MnO2 als oxidierte Form des Mangans vorherrschend sind. Zu niedrigeren elektrochemischen Potenzialen hin ist er begrenzt durch die Grenze aus 2a zu den Bereichen, in denen Cl als reduzierte Form des Cl2 vorherrschend ist. Unter den Bedingungen, die den schraffierten Bereich in 2c definieren, wird das Mangandioxid MnO2 zu besser löslichem Mn2+ reduziert und zugleich Cl zu Cl2 oxidiert (Redox-Reaktion).The comparison of 2a With 2 B shows that there is a small area at low pH and high chloride concentration (corresponding to concentrated hydrochloric acid) in which Cl 2 as the oxidized form of chloride and Mn 2+ as the reduced form of MnO 2 are predominant. 2c shows an overlay of 2a With 2 B in which this area is hatched. It is limited to pH values below 0. For higher electrochemical potentials, it is limited by the limit 2 B to the areas where MnO 2 is predominant as the oxidized form of manganese. At lower electrochemical potentials it is limited by the limit 2a to the areas where Cl - is prevalent as a reduced form of Cl 2 . In the conditions that the hatched area in 2c manganese dioxide MnO 2 is reduced to more soluble Mn 2+ and at the same time Cl - oxidizes to Cl 2 (redox reaction).

3a zeigt das Pourbaix-Diagramm von Titan. Darin ist für verschiedene Oxidationsstufen des Titans, wie zum Beispiel TiO2 jeweils eingezeichnet, bei welchen Kombinationen aus pH-Wert und elektrochemischem Potenzial diese Oxidationsstufe vorherrschend ist. 3b zeigt das Pourbaix-Diagramm von Titan unter Zugabe des Komplexbildners EDTA. 3a shows the Pourbaix diagram of titanium. It is shown for different oxidation states of titanium, such as TiO 2 in each case, in which combinations of pH and electrochemical potential, this oxidation state is predominant. 3b shows the Pourbaix diagram of titanium with the addition of the complexing agent EDTA.

Der Vergleich von 3a mit 3b zeigt, dass sich die Stabilitätsbereiche deutlich verschoben haben und insbesondere die löslichen EDTA-Komplexe des dreiwertigen Titans Ti(HEDTA) und Ti(EDTA) vergleichsweise stabil sind, d. h. über einen größeren Potenzial- und pH-Bereich vorherrschen als dreiwertige Ti-Spezies ohne zugesetzten Komplexbildner. In 3a und 3b sind jeweils die Bereiche schraffiert dargestellt, in denen Wasserstoff in der Lage wäre, vierwertiges Titan wie in TiO2 zu dreiwertigem Titan wie in Ti3+ zu reduzieren. Dieser Bereich ist zu positiven Potenzialen hin begrenzt durch den Bereich, in dem vierwertiges Titan wie in TiO2, TiO(EDTA)2– oder TiO2– vorherrschend ist. Zu negativen Potenzialen hin ist er begrenzt durch die gestrichelte Linie, welche die Stabilitätsgrenze von Wasser markiert, d. h. unterhalb welcher Wasserstoff aus Wasser gebildet wird. Der markierte Bereich beschränkt sich in 3a auf einen kleinen Bereich bei sehr saurem pH, während der Bereich in 3b unter Anwesenheit von EDTA bis zu neutralen pH-Werten erstreckt. Reduktionsmittel wie Glukose oder Ascorbinsäure sind in ihrer Stärke mit Wasserstoff vergleichbar, d. h. sie haben ein Standard-Reduktionspotenzial von nahezu 0 V. Innerhalb des schraffierten Bereichs wird Ti(IV) zu Ti(III) reduziert und gleichzeitig das Reduktionsmittel oxidiert (Redox-Reaktion). Der Vergleich von 3a und 3b zeigt, dass das Ätzen von TiO2 unter Anwesenheit von EDTA als Komplexbildner vorteilhaft ist.The comparison of 3a With 3b shows that the stability ranges have shifted significantly and in particular the soluble EDTA complexes of the trivalent titanium Ti (HEDTA) and Ti (EDTA) are comparatively stable, ie predominate over a larger potential and pH range than trivalent Ti species without added complexing agent. In 3a and 3b each area is hatched in which hydrogen would be able to reduce tetravalent titanium as in TiO 2 to trivalent titanium as in Ti 3+ . This range is limited to positive potentials by the range in which tetravalent titanium such as TiO 2 , TiO (EDTA) 2- or TiO 2- is predominant. To negative potentials it is limited by the dashed line, which marks the stability limit of water, ie below which hydrogen is formed from water. The marked area is limited to 3a to a small area at very acidic pH, while the area in 3b extends to neutral pH in the presence of EDTA. Reducing agents such as glucose or ascorbic acid are comparable in their strength to hydrogen, ie they have a standard reduction potential of nearly 0 V. Within the hatched area Ti (IV) is reduced to Ti (III) and at the same time the reducing agent is oxidized (redox reaction) , The comparison of 3a and 3b shows that the etching of TiO 2 is advantageous in the presence of EDTA as complexing agent.

Beispiele für anzugreifende Metalle Examples of metals to attack

Manganmanganese

Bei Mangan-Mischoxiden, beispielsweise (La, Sr)MnO3, beruht die Wirkung des Ätzmittels auf der Reduktion von unlöslichem Mn(IV) und instabilem Mn(III) zu Mn(II). Nach dem Stand der Technik wurden konzentrierte Salzsäure, Citronensäure bei erhöhter Temperatur und gepufferte Flusssäure eingesetzt. Erfindungsgemäß werden Ascorbinsäure, Glucose mit Citronensäure als Komplexbildner sowie andere Reduktionsmittel im neutralen bis sauren Milieu eingesetzt.For manganese mixed oxides, for example (La, Sr) MnO 3 , the effect of the etchant is based on the reduction of insoluble Mn (IV) and unstable Mn (III) to Mn (II). The prior art used concentrated hydrochloric acid, citric acid at elevated temperature and buffered hydrofluoric acid. According to the invention, ascorbic acid, glucose with citric acid as complexing agent and other reducing agents in the neutral to acidic medium are used.

Beispiele für bekannte einfache ternäre Mn(IV) und Mn(III)-Verbindungen (jeweils bei gleichem Kristallmotiv auch Mischungen, Dotierung und ungeradzahlige Stöchiometrie, insbesondere Variation des Sauerstoffgehalts):

  • – AMnO2, A in Li, Na, K, Rb, Cs
  • – AMnO3, A in Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La-Lu, Pb, Co, Fe, Ni, In, Bi
  • – Li2MnO3
  • – A6MnO8, A in Mg, Ni, Cu
  • – AMn2O4, A in Li, Na, Mg, Ca, Sr, Co, Ni, Zn, Cd, Cu
  • – AMn2O5, A in Y, La-Lu
  • – A2Mn2O7, A in Sc, Y, La-Lu
  • – (AO)n(MnO2)m, für n, m in den natürlichen Zahlen, n >= 2, n >= m, A in Ca, Sr, Ba, Pb, Co (sog. Ruddelsden-Popper-Phasen)
  • – A6Mn2O6, A in K, Rb
Examples of known simple ternary Mn (IV) and Mn (III) compounds (in each case with the same crystal motif also mixtures, doping and odd-numbered stoichiometry, in particular variation of the oxygen content):
  • - AMnO 2 , A in Li, Na, K, Rb, Cs
  • AMnO 3 , A in Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La-Lu, Pb, Co, Fe, Ni, In, Bi
  • - Li 2 MnO 3
  • A 6 MnO 8 , A in Mg, Ni, Cu
  • - AMn 2 O 4 , A in Li, Na, Mg, Ca, Sr, Co, Ni, Zn, Cd, Cu
  • - AMn 2 O 5 , A in Y, La-Lu
  • A 2 Mn 2 O 7 , A in Sc, Y, La-Lu
  • - (AO) n (MnO 2 ) m , for n, m in the natural numbers, n> = 2, n> = m, A in Ca, Sr, Ba, Pb, Co (so-called Ruddelsden-Popper phases)
  • A 6 Mn 2 O 6 , A in K, Rb

Die Liste ist bei weitem nicht vollständig!The list is far from complete!

Molybdänmolybdenum

Bei Molybdän-Mischoxiden, beispielsweise SrMoO3 und CaMoO3, beruht die Wirkung des Ätzmittels auf der Oxidation von Mo(IV), wie es in MoO2 auftritt, zu Mo(VI), wie es in MoO4 2– auftritt. Weiterhin werden die sogenannten Molybdän-Bronzen AxMoO3 mit A in Alkali-Metallen oder Thallium; x zwischen 0 und 1, in denen Molybdän formal als Mischung von Mo(V) und Mo(VI) vorliegt, d. h. teilweise reduziert ist, durch das Ätzmittel vollständig zu Mo(VI) oxidiert und damit unter alkalischen Bedingungen löslich. Es sind noch keine nasschemischen Ätzmittel bekannt. Erfindungsgemäß werden Salze von Halogen-Sauerstoff-Säuren und Hexacyanidoferrat(III) in alkalischer Lösung für gute Löslichkeit des Molybdat-Anions MoO4 2– als Ätzmittel vorgeschlagen. Das Oxidationsmittel muss nur mäßig stark sein, um Mo(IV) zu Mo(VI) zu oxidieren.For molybdenum mixed oxides, such as SrMoO 3 and CaMoO 3 , the effect of the etchant is due to the oxidation of Mo (IV), as occurs in MoO 2 , to Mo (VI), as occurs in MoO 4 2- . Furthermore, the so-called molybdenum bronzes A x MoO 3 with A in alkali metals or thallium; x between 0 and 1, in which molybdenum is formally present as a mixture of Mo (V) and Mo (VI), ie partially reduced, completely oxidized by the etchant to Mo (VI) and thus soluble under alkaline conditions. There are no known wet chemical etchants. According to the invention salts of halogen-oxygen acids and hexacyanidoferrate (III) are proposed in alkaline solution for good solubility of the molybdate anion MoO 4 2- as an etchant. The oxidizing agent need only be moderately strong to oxidize Mo (IV) to Mo (VI).

Beispiele für bekannte einfache ternäre Mo(IV)-Verbindungen (jeweils bei gleichem Kristallmotiv auch Mischungen, Dotierung und ungeradzahlige Stöchiometrie, insbesondere Variation des Sauerstoffgehalts):

  • – LiMoO2
  • – AMoO3, A in Ca, Sr, Ba
  • – Li2MoO3
  • – A2MoO4, A in Fe,
  • – CrMoO3: siehe Cr-Mischoxide
Examples of known simple ternary Mo (IV) compounds (in each case with the same crystal motif also mixtures, doping and odd-numbered stoichiometry, in particular variation of the oxygen content):
  • - LiMoO 2
  • - AMoO 3 , A in Ca, Sr, Ba
  • Li 2 MoO 3
  • A 2 MoO 4 , A in Fe,
  • CrMoO 3 : see Cr mixed oxides

Wolframtungsten

Bei Wolfram-Mischoxiden beruht die Wirkung des Ätzmittels auf der Oxidation von Wolframbronzen AxWO3 (A in Alkali-Metallen, Tl, In, Sn, Ge, Ba, Pb, Sb, Seltenen Erden oder Mischungen, x zwischen 0 und 1), in denen Wolfram formal als Mischung von W(V) und W(VI) vorliegt, d. h. teilweise reduziert ist, zu W(VI), wie es in WO4 2– auftritt. Es sind nach keine nasschemischen Ätzmittel bekannt. Erfindungsgemäß werden Salze von Halogen-Sauerstoff-Säuren und Hexacyanidoferrat(III) in alkalischer Lösung für gute Löslichkeit des Wolframat-Anions WO4 2– als Ätzmittel vorgeschlagen.In the case of tungsten mixed oxides, the effect of the etchant is based on the oxidation of tungsten bronzes A x WO 3 (A in alkali metals, Tl, In, Sn, Ge, Ba, Pb, Sb, rare earths or mixtures, x between 0 and 1) in which tungsten is formally present as a mixture of W (V) and W (VI), ie partially reduced, to W (VI), as occurs in WO 4 2- . There are no known wet chemical etchants. According to the invention salts of halogen-oxygen acids and hexacyanidoferrate (III) are proposed in alkaline solution for good solubility of the tungstate anion WO 4 2- as an etchant.

Titantitanium

Bei Titan-Mischoxiden, beispielsweise SrTiO3, beruht die Wirkung des Ätzmittels auf der Reduktion von Ti(IV) zu Ti(III). Als Ätzmittel sind gepufferte Flusssäure und eine Mischung aus Flusssäure und Salpetersäure bekannt. Erfindungsgemäß werden Ascorbinsäure oder Glukose mit EDTA als Komplexbildner in einer pH-neutralen bis sauren Lösung vorgeschlagen.For titanium mixed oxides, for example SrTiO 3 , the effect of the etchant is based on the reduction of Ti (IV) to Ti (III). As etchant buffered hydrofluoric acid and a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid are known. According to the invention ascorbic acid or glucose are proposed with EDTA as a complexing agent in a pH neutral to acidic solution.

Beispiele für bekannte einfache ternäre Ti(IV)-Verbindungen (jeweils bei gleichem Kristallmotiv auch Mischungen, Dotierung und ungeradzahlige Stöchiometrie, insbesondere Variation des Sauerstoffgehalts):

  • – ATiO3, A in Erdalkali-Metallen, Pb, Fe, Co, Hg, Mn, Ni, Cd, Zn,
  • – A2TiO3, A in Tl, Rb, K, Ag
  • – (AO)n(TiO2)m, für n, m in den natürlichen Zahlen, n >= 2, n >= m, A in Erdalkali-Metallen, Fe, Zn, Sn, Mn, Zn,
  • – A2TiO5 : A in Al, Seltene Erden, Sc, Y, In, Ga, Fe,
  • – ATi2O5, A in Erdalkali-Metallen, Co, Fe
  • – A2Ti2O7, A in Sc, Y, Seltenen Erden, Bi,
Examples of known simple ternary Ti (IV) compounds (in each case with the same crystal motif also mixtures, doping and odd-numbered stoichiometry, in particular variation of the oxygen content):
  • - ATiO 3 , A in alkaline earth metals, Pb, Fe, Co, Hg, Mn, Ni, Cd, Zn,
  • A 2 TiO 3 , A in Tl, Rb, K, Ag
  • - (AO) n (TiO 2 ) m , for n, m in the natural numbers, n> = 2, n> = m, A in alkaline earth metals, Fe, Zn, Sn, Mn, Zn,
  • A 2 TiO 5 : A in Al, rare earths, Sc, Y, In, Ga, Fe,
  • ATi 2 O 5 , A in alkaline earth metals, Co, Fe
  • A 2 Ti 2 O 7 , A in Sc, Y, rare earths, Bi,

Chromchrome

Bei Chrom-Mischoxiden, beispielsweise LaCrO3 oder (La, Sr)CrO3, beruht die Wirkung des Ätzmittels auf der Oxidation von Cr(III), wie es in Cr2O3 auftritt, oder Cr(IV), wie es in CrO2 auftritt, zu Cr(VI). Es sind noch keine nasschemischen Ätzmittel bekannt. Erfindungsgemäß wird Ammonium-Cer-Nitrat in saurer Lösung vorgeschlagen, da es ein bekanntes Ätzmittel für Chrom-Metall ist und seine Ätzwirkung darauf beruht, dass die Passivierungsschicht von Chrom (Cr2O3) durch das Ätzmittel durch Oxidation zu Cr(VI) angegriffen wird.In the case of chromium mixed oxides, for example LaCrO 3 or (La, Sr) CrO 3 , the effect of the etchant is based on the oxidation of Cr (III), as occurs in Cr 2 O 3 , or Cr (IV), as in CrO 2 occurs, to Cr (VI). There are no known wet chemical etchants. According to the invention, ammonium cerium nitrate in acidic solution is proposed since it is a known chromium metal etchant and its etching effect is due to the fact that the passivation layer of chromium (Cr 2 O 3 ) is attacked by the etchant by oxidation to Cr (VI).

Beispiele für bekannte einfache ternäre Cr(III) und Cr(IV)-Verbindungen (jeweils bei gleichem Kristallmotiv auch Mischungen, Dotierung und ungeradzahlige Stöchiometrie, insbesondere Variation des Sauerstoffgehalts):

  • – ACrO2, A in Alkali-Metallen, Cu, Ag
  • – ACrO3, A in Erdalkali-Metallen, Seltenen Erden, Sc, Y, Pb, Bi
  • – ACrO4, A in Seltenen Erden, Y, Sc
  • – (AO)n(CrO2)m, für n, m in den natürlichen Zahlen, n >= 2, n >= m, A in Erdalkali-Metallen, Fe, Zn, Sn, Mn, Zn
  • – ACr2O4, A in Erdalkali-Metallen, Zn, Cd, Cu, Ni, Fe, Co, Mn
Examples of known simple ternary Cr (III) and Cr (IV) compounds (in each case with the same crystal motif also mixtures, doping and odd-numbered stoichiometry, in particular variation of the oxygen content):
  • - ACrO 2 , A in alkali metals, Cu, Ag
  • - ACrO 3 , A in alkaline earth metals, rare earths, Sc, Y, Pb, Bi
  • - ACrO 4 , A in rare earths, Y, Sc
  • - (AO) n (CrO 2 ) m , for n, m in the natural numbers, n> = 2, n> = m, A in alkaline earth metals, Fe, Zn, Sn, Mn, Zn
  • - ACr 2 O 4 , A in alkaline earth metals, Zn, Cd, Cu, Ni, Fe, Co, Mn

Rheniumrhenium

Bei Rhenium-Mischoxiden, beispielsweise CaReO3 oder SrReO3, beruht die Wirkung des Ätzmittels auf der Oxidation von Re(IV), wie es in ReO2 auftritt, oder Re(VI), wie es in ReO3 auftritt, zu Re(VII), wie es in ReO4 auftritt. Es sind noch keine nasschemischen Ätzmittel bekannt. Erfindungsgemäß werden Salpetersäure, Halogen-Sauerstoff-Säuren und Hexacyanidoferrat(III) vorgeschlagen.In the case of rhenium mixed oxides, for example CaReO 3 or SrReO 3 , the effect of the etchant is based on the oxidation of Re (IV), as occurs in ReO 2 , or Re (VI), as occurs in ReO 3 , to Re (VII ), as occurs in ReO 4 - . There are no known wet chemical etchants. According to the invention, nitric acid, halogen-oxygen acids and hexacyanidoferrate (III) are proposed.

Beispiele für bekannte einfache ternäre Re(IV) und Re(VI)-Verbindungen (jeweils bei gleichem Kristallmotiv auch Mischungen, Dotierung und ungeradzahlige Stöchiometrie, insbesondere Variation des Sauerstoffgehalts):

  • – AReO3, A in Erdalkali-Metallen
  • – AReO4, A in Bi, Co, Cr,
  • – A2ReO5, A in Seltenen Erden, Y, Sc, Erdalkali-Metallen
  • – A3ReO6, A in Ca
  • – A3ReO2, A in Seltenen Erden, Y, Sc
  • – A6ReO12, A in Seltenen Erden, Y, Sc
  • – ARe2O6, A in Bi, Pb, Sb, Sc, Co, Ni
  • – A2Re2O7-x, A in Pb, Cd,
  • – A3Re2O9, A in Seltenen Erden, Y, Sc
  • – A5Re2O12, A in Seltenen Erden, Y, Sc
Examples of known simple ternary Re (IV) and Re (VI) compounds (in each case with the same crystal motif also mixtures, doping and odd-numbered stoichiometry, in particular variation of the oxygen content):
  • - AReO 3 , A in alkaline earth metals
  • AReO 4 , A in Bi, Co, Cr,
  • - A 2 ReO 5 , A in rare earths, Y, Sc, alkaline earth metals
  • - A 3 ReO 6 , A in Ca
  • - A 3 ReO 2 , A in rare earths, Y, Sc
  • - A 6 ReO 12 , A in rare earths, Y, Sc
  • - ARe 2 O 6 , A in Bi, Pb, Sb, Sc, Co, Ni
  • A 2 Re 2 O 7-x , A in Pb, Cd,
  • - A 3 Re 2 O 9 , A in rare earths, Y, Sc
  • - A 5 Re 2 O 12 , A in rare earths, Y, Sc

Rutheniumruthenium

Bei Ruthenium-Mischoxiden, beispielsweise SrRuO3 und CaRuO3, beruht die Wirkung des Ätzmittels auf der Oxidation von Ru(IV) zu Ru(VIII). Als nasschemisches Ätzmittel ist lediglich in Wasser gelöstes Ozon bekannt. Erfindungsgemäß werden Halogen-Sauerstoff-Säuren und Ammonium-Cer-Nitrat eingesetzt.For ruthenium mixed oxides, for example SrRuO 3 and CaRuO 3 , the effect of the etchant is based on the oxidation of Ru (IV) to Ru (VIII). As a wet-chemical etchant is known only dissolved in water ozone. According to the invention, halogen-oxygen acids and ammonium cerium nitrate are used.

Beispiele für bekannte einfache ternäre Ru(IV)-Verbindungen (jeweils bei gleichem Kristallmotiv auch Mischungen, Dotierung und ungeradzahlige Stöchiometrie, insbesondere Variation des Sauerstoffgehalts):

  • – ARuO3, A in Erdalkali-Metallen, Seltenen Erden, Sc, Y, Pb, Bi
  • – A2RuO3, A in Alkali-Metallen
  • – A2RuO5, A in Seltenen Erden, Y, Sc
  • – (AO)n(RuO2)m, für n, m in den natürlichen Zahlen, n >= 2, n >= m, A in Erdalkali-Metallen, Fe, Zn, Sn, Mn, Zn, Co, Pb,
  • – A3RuOa, A in Ag,
  • – A3RuO7, A in Seltenen Erden, Y, Sc
  • – A2Ru2O7 A in Seltenen Erden, Y, Sc, Erdalkali-Metallen, Bi, Cd, Hg, Tl, Pb
  • – A5Ru2O12, A in Seltenen Erden, Y, Sc
  • – A3Ru2O7, A in Erdalkali-Metalle
Examples of known simple ternary Ru (IV) compounds (in each case with the same crystal motif also mixtures, doping and odd-numbered stoichiometry, in particular variation of the oxygen content):
  • - ARuO 3 , A in alkaline earth metals, rare earths, Sc, Y, Pb, Bi
  • - A 2 RuO 3 , A in alkali metals
  • - A 2 RuO 5 , A in rare earths, Y, Sc
  • - (AO) n (RuO 2 ) m , for n, m in the natural numbers, n> = 2, n> = m, A in alkaline earth metals, Fe, Zn, Sn, Mn, Zn, Co, Pb,
  • A 3 RuOa, A in Ag,
  • - A 3 RuO 7 , A in rare earths, Y, Sc
  • - A 2 Ru 2 O 7 A in rare earths, Y, Sc, alkaline earth metals, Bi, Cd, Hg, Tl, Pb
  • - A 5 Ru 2 O 12 , A in rare earths, Y, Sc
  • - A 3 Ru 2 O 7 , A in alkaline earth metals

Osmiumosmium

Bei Osmium-Mischoxiden, beispielsweise SrOsO3, beruht die Wirkung des Ätzmittels auf der Oxidation von Os(IV) oder Os(VI) zu Os(VIII). Es sind noch keine nasschemischen Ätzmittel bekannt. Erfindungsgemäß werden Halogen-Sauerstoff-Säuren und Ammonium-Cer-Nitrat vorgeschlagen.For osmium mixed oxides, for example SrOsO 3 , the effect of the etchant is based on the oxidation of Os (IV) or Os (VI) to Os (VIII). There are no known wet chemical etchants. According to the invention, halogen-oxygen acids and ammonium cerium nitrate are proposed.

Beispiele für bekannte einfache ternäre Os(IV) oder Os(VI)-Verbindungen (jeweils bei gleichem Kristallmotiv auch Mischungen, Dotierung und ungeradzahlige Stöchiometrie, insbesondere Variation des Sauerstoffgehalts):

  • – AOsO3, A in Erdalkali-Metallen
  • – A3OsO7, A in Seltenen Erden, Y, Sc
  • – A2Os2O7, A in Seltenen Erden, Y, Sc, Erdalkali-Metallen, Bi, Cd, Hg, Tl, Pb
Examples of known simple ternary Os (IV) or Os (VI) compounds (in each case with the same crystal motif also mixtures, doping and odd-numbered stoichiometry, in particular variation of the oxygen content):
  • - AOsO 3 , A in alkaline earth metals
  • - A 3 OsO 7 , A in rare earths, Y, Sc
  • - A 2 Os 2 O 7 , A in rare earths, Y, Sc, alkaline earth metals, Bi, Cd, Hg, Tl, Pb

Rhodiumrhodium

Bei Rhodium-Mischoxiden, beispielsweise LaRhO3, beruht die Wirkung des Ätzmittels auf der Reduktion von Rh(IV) oder Rh(III) zu Rh(II) oder Rh(I) und einer Komplexbildung mit Cyanid im alkalischen Milieu. Nasschemische Ätzmittel sind noch nicht bekannt. Erfindungsgemäß wird eine Mischung aus Hexacyanidoferrat(II) und Hexacyanidoferrat(III) mit Cyanid in alkalischem Milieu vorgeschlagen.For rhodium mixed oxides, for example LaRhO 3 , the effect of the etchant is based on the reduction of Rh (IV) or Rh (III) to Rh (II) or Rh (I) and complex formation with cyanide in an alkaline medium. Wet chemical etchants are not yet known. According to the invention, a mixture of hexacyanidoferrate (II) and hexacyanidoferrate (III) with cyanide in an alkaline medium is proposed.

Beispiele für bekannte einfache ternäre Rh(III) oder Rh(IV)-Verbindungen (jeweils bei gleichem Kristallmotiv auch Mischungen, Dotierung und ungeradzahlige Stöchiometrie, insbesondere Variation des Sauerstoffgehalts):

  • – ARhO3, A in Erdalkali-Metallen, Seltenen Erden, Y, Sc, Bi,
  • – (AO)n(RhO2), für n, m in den natürlichen Zahlen, n >= 2, n >= m, A in Erdalkali-Metallen, Fe, Zn, Sn, Mn, Zn
  • – ARh2O4, A in Erdalkali-Metallen, Zn, Cd, Cu, Ni, Fe, Co, Mn
  • – A2Rh2O7, A in Seltenen Erden, Y, Sc, Erdalkali-Metallen, Bi, Cd, Hg, Tl, Pb
  • – A3Rh2O7, A in Erdalkali-Metallen
Examples of known simple ternary Rh (III) or Rh (IV) compounds (in each case with the same crystal motif also mixtures, doping and odd-numbered stoichiometry, in particular variation of the oxygen content):
  • - ARhO 3 , A in alkaline earth metals, rare earths, Y, Sc, Bi,
  • - (AO) n (RhO 2 ), for n, m in the natural numbers, n> = 2, n> = m, A in alkaline earth metals, Fe, Zn, Sn, Mn, Zn
  • - ARh 2 O 4 , A in alkaline earth metals, Zn, Cd, Cu, Ni, Fe, Co, Mn
  • - A 2 Rh 2 O 7 , A in rare earths, Y, Sc, alkaline earth metals, Bi, Cd, Hg, Tl, Pb
  • - A 3 Rh 2 O 7 , A in alkaline earth metals

Cercerium

Bei Cer-Mischoxiden, beispielsweise SrCeO3, und auch bei CeO2 beruht die Wirkung des Ätzmittels auf einer Reduktion von Ce(IV) zu Ce(III). Es sind noch keine nasschemischen Ätzmittel bekannt. Erfindungsgemäß wird eine saure reduzierende Lösung, etwa Ascorbinsäure oder eine saure Glukoselösung, vorgeschlagen.For cerium mixed oxides, for example SrCeO 3 , and also for CeO 2 , the effect of the etchant is based on a reduction of Ce (IV) to Ce (III). There are no known wet chemical etchants. According to the invention, an acidic reducing solution, such as ascorbic acid or an acidic glucose solution, is proposed.

Beispiele für bekannte einfache ternäre Ce(IV)-Verbindungen (jeweils bei gleichem Kristallmotiv auch Mischungen, Dotierung und ungeradzahlige Stöchiometrie, insbesondere Variation des Sauerstoffgehalts):

  • – ACeO3, A in Erdalkali-Metallen,
  • – (AO)n(CeO2)m, für n, m in den natürlichen Zahlen, n >= 2, n >= m, A in Erdalkali-Metallen
  • – Mit anderen Seltenen Erden, Cu, Mn, Ca, Bi oder Sb dotiertes CeO2
Examples of known simple ternary Ce (IV) compounds (in each case with the same crystal motif also mixtures, doping and odd-numbered stoichiometry, in particular variation of the oxygen content):
  • - ACeO3, A in alkaline earth metals,
  • - (AO) n (CeO 2 ) m , for n, m in the natural numbers, n> = 2, n> = m, A in alkaline earth metals
  • CeO 2 doped with other rare earths, Cu, Mn, Ca, Bi or Sb

Beispiele für Oxidations- und ReduktionsmittelExamples of oxidizing and reducing agents

Hexacyanidoferrat(III) ist ein sehr schnelles Oxidations- und Hexacyanidoferrat(II) ein Reduktionsmittel mit mittlerem Redoxpotential, das nur im Alkalischen stabil ist. Nitrit ist ein Reduktionsmittel und Nitrat ein Oxidationsmittel mit mittlerem Redoxpotential. Chlor ist ein starkes Oxidationsmittel, Chlorat und besonders Hypochlorit sind noch stärker, Perchlorat ist weniger stark. Bei hoher Konzentration und sehr saurem pH kann Chlorid als Reduktionsmittel wirken, wie z. B. mit Braunstein in konzentrierter Salzsäure. Iodid und Iod lassen sich bei mittlerem Redoxpotential leicht ineinander oxidieren/reduzieren. Iodat und Periodat sind starke Oxidationsmittel. Cer und Nitrat bilden einen im Sauren stabilen Komplex; Ammonium-Cer-Nitrat ist ein sehr starkes Oxidationsmittel. Bromat ist ebenfalls ein starkes Oxidationsmittel. Reduktone, wie zum Beispiel Ascorbinsäure, oder Aldehyde, wie zum Beispiel Glukose oder Benzaldehyd, sind Reduktionsmittel. Aldehyde werden leicht zur entsprechenden Carbonsäure oxidiert und Reduktone werden leicht zum entsprechenden Diketon oxidiert. Weitere Reduktionsmittel sind Oxasäure, Ameisensäure, Thiosulfat, Hydrazin, Sulfit, Dithionit, Lithium-Aluminium-Hydrid, Natrium-Bor-Hydrid, Wasserstoff, Alkali- und Erdalkali-Metalle, Zink und zweiwertige Eisensalze.Hexacyanidoferrate (III) is a very fast oxidation and hexacyanidoferrate (II), a redox potential reducing agent stable only in the alkaline state. Nitrite is a reducing agent and nitrate is an oxidant with medium redox potential. Chlorine is a strong oxidant, chlorate and especially hypochlorite are even stronger, perchlorate is less strong. At high concentration and very acidic pH chloride can act as a reducing agent, such as. B. with manganese dioxide in concentrated hydrochloric acid. Iodide and iodine can be easily oxidized / reduced at medium redox potential. Iodate and periodate are strong oxidants. Cerium and nitrate form an acid-stable complex; Ammonium cerium nitrate is a very strong oxidizer. Bromate is also a strong oxidizer. Reductones, such as ascorbic acid, or aldehydes, such as glucose or benzaldehyde, are reducing agents. Aldehydes are readily oxidized to the corresponding carboxylic acid and reductones are readily oxidized to the corresponding diketone. Other reducing agents are oxalic acid, formic acid, thiosulfate, hydrazine, sulfite, dithionite, lithium aluminum hydride, sodium boron hydride, hydrogen, alkali and alkaline earth metals, zinc and divalent iron salts.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6436723 B1 [0003] US 6436723 B1 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • http://www.kemi.kth.se/medusa/ [0015] http://www.kemi.kth.se/medusa/ [0015]

Claims (23)

Verfahren zum Ätzen eines Metall-Mischoxids, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ätzmittel gewählt wird, das – mindestens eines der Metalle im Mischoxid auf eine andere Oxidationsstufe bringt, in der es schwächer und/oder weniger gerichtet gebunden ist, – ein Redox-Potential von unter +2 V aufweist – und entweder ein Reduktionsmittel beinhaltet, das sein Redox-Potential um mindestens 0,15 V absenkt, oder ein Oxidationsmittel beinhaltet, das sein Redox-Potential um mindestens 0,05 V erhöht.A process for etching a metal mixed oxide, characterized in that an etchant is selected which - brings at least one of the metals in the mixed oxide to another oxidation state in which it is weaker and / or less directionally bound, - a redox potential of below +2 V - and includes either a reducing agent that lowers its redox potential by at least 0.15V, or an oxidizing agent that increases its redox potential by at least 0.05V. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ätzmittel gewählt wird, das mit keinem Metall des Mischoxids eine Verbindung eingeht, die sich in dem Ätzmittel nicht löst.A method according to claim 1, characterized in that an etchant is selected which does not form a compound with any metal of the mixed oxide which does not dissolve in the etchant. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ätzmittel gewählt wird, das ein Lösungsmittel für das auf eine andere Oxidationsstufe gebrachte Metall enthält.Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that an etchant is selected which contains a solvent for the metal brought to a different oxidation state. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser, ein organisches Lösungsmittel, eine ionische Flüssigkeit oder eine Schmelze als Lösungsmittel gewählt wird.A method according to claim 3, characterized in that water, an organic solvent, an ionic liquid or a melt is selected as the solvent. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein organisches Lösemittel aus der Gruppe Propylencarbonat, Dimethylsulfoxid, Acetonitril, Dimethylformamid (DMF) oder Dimethylpropylenharnstoff (DMPU) gewählt wird.A method according to claim 4, characterized in that an organic solvent from the group propylene carbonate, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide (DMF) or dimethylpropyleneurea (DMPU) is selected. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein organisches Lösemittel aus der Gruppe der Alkanole, insbesondere Methanol, Ethanol oder Isopropanol, gewählt wird.A method according to claim 4, characterized in that an organic solvent from the group of alkanols, in particular methanol, ethanol or isopropanol, is selected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzmittel eine wässrige Lösung mit reduzierender Wirkung und einem pH-Wert größer als 0 gewählt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that an aqueous solution having a reducing action and a pH greater than 0 is selected as etchant. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ätzmittel gewählt wird, das einen Komplexbildner beinhaltet.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that an etchant is selected which includes a complexing agent. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Komplexbildner aus der Gruppe Chlorid, Fluorid, Bromid, Iodid, Citrat, Tartrat, EDTA, Oxalat, Cyanid, Thiocyanat, Thiosulfat, Ammonium, Kronenether oder Kryptat gewählt wird.A method according to claim 8, characterized in that a complexing agent selected from the group consisting of chloride, fluoride, bromide, iodide, citrate, tartrate, EDTA, oxalate, cyanide, thiocyanate, thiosulfate, ammonium, crown ethers or cryptate. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Perowskit oder ein Pyrochlor als Metall-Mischoxid gewählt wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that a perovskite or a pyrochlore is chosen as metal mixed oxide. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall-Mischoxid gewählt wird, das mindestens ein Übergangsmetall oder Cer als Metall enthält.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that a mixed metal oxide is selected which contains at least one transition metal or cerium as the metal. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsmetall aus der Gruppe Os, Rh, Ti, Cr, Mn, Re, Ru, W gewählt wird.A method according to claim 11, characterized in that the transition metal from the group Os, Rh, Ti, Cr, Mn, Re, Ru, W is selected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ätzmittel gewählt wird, das ein Redukton oder ein Aldehyd als Reduktionsmittel enthält.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that an etchant is selected which contains a reductone or an aldehyde as a reducing agent. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässrige Lösung, die das Anion und/oder die freie Säure einer Halogensauerstoffsäure enthält, als Ätzmittel gewählt wird.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that an aqueous solution containing the anion and / or the free acid of a halo-oxygen acid is selected as an etchant. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oxidationsmittel gewählt wird, das ein Perhalogenat, Halogenat, Halogenit oder Hypo-Halogenit enthält.A method according to claim 14, characterized in that an oxidizing agent is selected which contains a perhalogenate, halogenate, halide or hypohalite. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oxidationsmittel gewählt wird, das einen oxidierenden Metallkomplex mit einem Übergangsmetall und/oder einer seltenen Erde enthält.Method according to one of claims 1 to 15, characterized in that an oxidizing agent is selected, which contains an oxidizing metal complex with a transition metal and / or a rare earth. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall-Mischoxid aus Ruthenium und einem Erdalkalimetall und/oder einer seltenen Erde als Metall-Mischoxid gewählt wird.Method according to one of claims 1 to 16, characterized in that a metal mixed oxide of ruthenium and an alkaline earth metal and / or a rare earth is selected as metal mixed oxide. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass SrRuO3 als Metall-Mischoxid gewählt wird.A method according to claim 17, characterized in that SrRuO 3 is selected as metal mixed oxide. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall-Mischoxid aus Ruthenium und einem weiteren Metall M mit einer Lagenstruktur gewählt wird, in der das Metall M sowohl in Lagen der Formel MRuO3 als auch in anderen Lagen als reines Oxid enthalten ist.Method according to one of claims 1 to 18, characterized in that a metal mixed oxide of ruthenium and another metal M is selected with a layer structure in which the metal M both in layers of the formula MRuO 3 and in other layers as a pure oxide is included. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ruddlesden-Popper-Phase der Formel (MO)(MRuO3)n als Metall-Mischoxid gewählt wird.A method according to claim 19, characterized in that a Ruddlesden-Popper phase of the formula (MO) (MRuO 3 ) n is selected as metal mixed oxide. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ätzmittel die Komponente des Metall-Mischoxids zugegeben wird, die sich in dem Ätzmittel besser löst.Method according to one of claims 1 to 20, characterized in that the etchant, the component of the metal mixed oxide is added, which dissolves better in the etchant. Verfahren zur Herstellung einer Funktionsstruktur aus einer Metall-Mischoxid-Schicht, wobei auf die Schicht ein Fotolack aufgebracht wird und der Fotolack lithographisch in den Bereichen entfernt wird, in denen nicht zur Funktionsstruktur gehörendes Metall-Mischoxid zu entfernen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das freiliegende Metall-Mischoxid mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 geätzt wird.Process for producing a functional structure from a metal mixed oxide layer, wherein a photoresist is applied to the layer and the photoresist is removed lithographically in the areas in which non-functional structure belonging metal mixed oxide is to be removed, characterized in that the exposed metal mixed oxide etched by a method according to one of claims 1 to 21 becomes. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Art und Dicke des Fotolacks sowie das Ätzmittel so aufeinander abgestimmt werden, dass der Fotolack bis zur Beendigung des Ätzprozesses seine Schutzwirkung nicht verliert.A method according to claim 22, characterized in that the type and thickness of the photoresist and the etchant are coordinated so that the photoresist does not lose its protective effect until the end of the etching process.
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