DD152583A1

DD152583A1 - METHOD FOR PRODUCING A SELECTIVELY DENSITY SYSTEM

Info

Publication number: DD152583A1
Application number: DD22328480A
Authority: DD
Inventors: Harald Bilz; Wolfgang Brode; Klaus Goedicke; Ullrich Heisig; Juergen Henneberger; Georg Pfeil; Siegfried Schiller; Bernhard Schneider; Ingo Steinhauer; Martin Uffrecht
Original assignee: Harald Bilz; Wolfgang Brode; Klaus Goedicke; Ullrich Heisig; Juergen Henneberger; Georg Pfeil; Siegfried Schiller; Bernhard Schneider; Ingo Steinhauer; Martin Uffrecht
Priority date: 1980-08-13
Filing date: 1980-08-13
Publication date: 1981-12-02
Also published as: DD152583B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines selektiv aetzbaren Duennschichtsystems zur Herstellung von Schaltkreisen der Hybridtechnik. Das Ziel ist die Verbesserung der Oekonomie, und die Aufgabe, ein loet- und bondfaehiges Schichtsystem mit wenigen und duennen Schichten herzustellen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe durch Hochratezerstaeuben dadurch geloest, dass zuerst eine Widerstandsschicht, danach eine Leit- und Bondschicht aus Al und letztlich eine Loetschicht aus FeNi aufgestaeubt wird. Jede Schicht besteht aus mehreren Teilschichten, die mit zeitlichen Abstaenden aufgebracht werden. Die gesamte Beschichtung erfolgt ohne Substratheizung in einem Vakuumprozess. Die Beschichtungszeiten stehen zu den Zwischenzeiten in bestimmtem Verhaeltnis.The invention relates to a process for the preparation of a selectively etchable dual-layer system for the production of circuits of hybrid technology. The goal is to improve the economy, and the task of producing a loosely and bondable layer system with few and thin layers. According to the invention, the object is achieved by high-rate etching by first suspending a resistive layer, then a conductive and bonding layer of Al and ultimately a solder layer of FeNi. Each layer consists of several sub-layers, which are applied with temporal distances. The entire coating takes place without substrate heating in a vacuum process. The coating times are in a certain ratio at the interim times.

Description

Verfahren zur Herstellung eines selektiv ätzbaren DünnschichtsystemsProcess for the preparation of a selectively etchable thin film system

,Anwendungsgebiet der Erfindung, Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtsystems auf isolierenden Substraten, welches aus einer Widerstandsschicht und aus lötfähigen und bondfähigen Leiterbahn- und Kontaktschichten besteht· Durch selektive Ätzprozesse werden aus diesem Schichtsystem Schaltkreise in Hybridtechnik hergestellt.The invention relates to a method for producing a thin-film system on insulating substrates, which consists of a resistive layer and of solderable and bondable interconnect and contact layers. Selective etching processes are used to produce circuits in hybrid technology from this layer system.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Herstellung von Dünnschichtsystemen für die Hybridtechnik auf isolierenden Substraten werden auf der Widerstandsschicht, die z. B. aus Nickel-Chrom oder aus einem Material des Systems Chrom-Silizium besteht, Leiterbahn- und Kontaktschichten aufgebracht. Diese lötfähigen Schichten bestehen aus Nickel, Eisen-Nickel oder Gold· Sie v/erden nicht direkt auf die Unterlage, d· h. die Widerstandsschicht aufgebracht, sondern erfordern haftvermittelnde und diffusionshemmende Zwischenschichten wie z. B· Chrom, Chrom-Nickel (DE-AS 1 257 918, DD-PS 60.913). Durch Beloten der lötfähigen Schichten, z, B. durch ein Schwall-Löten mit Blei-Zinn-Lot, wird die gute Leitfähigkeit der Leiterbahnen und die Lötmontage hybrider Bauelemente erreicht.For the production of thin-film systems for hybrid technology on insulating substrates are on the resistance layer, the z. B. nickel-chromium or a material of the system chromium-silicon, conductor track and contact layers applied. These solderable layers are made of nickel, iron-nickel or gold. They do not shine directly on the substrate, ie. the resistance layer applied, but require adhesion-promoting and diffusion-inhibiting intermediate layers such. B · chromium, chromium-nickel (DE-AS 1 257 918, DD-PS 60,913). By soldering the solderable layers, for example, by a wave soldering with lead-tin solder, the good conductivity of the tracks and the solder mounting of hybrid components is achieved.

Es ist ein bondfähiges Schichtsystem in DünnschichttechnikIt is a bondable layer system in thin-film technology

für Hybridschaltkreise bekannt, welches аиз einer verzinnbaren Leiterbahnschicht, einer Widerstandsschicht und einer Bondinsel besteht, wobei eine niederohmige lokale Zwischenschicht aus Al oder Cu vollständig unter der Y/iderstandsschicht aufgebracht ist. Dabei ist diese Zwischenschicht in ihren Eigenschaften metallurgisch den übrigen Schichten durch Zufügung bestimmter Materialien und durch eine bestimmte Schichtenfolge mit diesen angepaßt (DD-PS 135 339).for hybrid circuits, which consists of a tin-placeable conductor layer, a resistive layer and a bonding pad, wherein a low-resistance local intermediate layer of Al or Cu is applied completely below the Y / dererschichtschicht. In this case, this intermediate layer is metallurgically adapted to the other layers by adding certain materials and by a particular layer sequence with these (DD-PS 135 339).

Diese Schichtsysteme haben bei ihrer Herstellung den IJachteil, daß zur Schaffung der Bondinseln vorher strukturiert werden muß, also Zwischenbelüftungen nötig sind und damit das Verfahren, auch infolge der geringeren Ausbeute, unökonomisch ist.These layer systems have in their production the IJachteil that in order to create the bonding islands must be previously structured, so intermediate ventilation is necessary and thus the process, also due to the lower yield, is uneconomical.

Bondfähige Schichten für die Hybridtechnik bestehen auch häufig aus Gold bzw« komplizierten Schichtsystemen mit einer Deckschicht aus Gold·Bondable layers for the hybrid technology often also consist of gold or complex layer systems with a cover layer of gold.

Die dabei erforderlichen zusätzlichen Schichten haben haftvermittelnde oder diffusionsheimnende Funktion bzw« dienen der Verminderung der erforderlichen Dicke der Goldschicht. Es ist möglich, ein System von Schichten, das sowohl die Lötfähigkeit als auch die Bondfähigkeit an den erforderlichen Stellen der Schaltkreise sichert, durch Vakuumbeschichtung herzustellen. Nachteilig ist, daß auch hier bei relativ dicken Goldschichten auch haftvermittelnde und diffusionshemmende Zwischenschichten erforderlich sind, wodurch Systeme aus mindestens vier bis fünf Schichten unterschiedlichen Materials resultieren und daß zwei der Schichten vor dem Aufbringen der nächsten Schichten strukturiert v/erden müssen. Daraus resultiert auch eine wesentliche Komplisierung des Beschichtungsprozesses und damit auch eine Reduzierung der Ausbeute. Auch für dieses Schichtsystem ist die Herstellung in Vakuumfolge nicht möglich.The required additional layers have adhesion-promoting or diffusion-homologous function or serve to reduce the required thickness of the gold layer. It is possible to vacuum-coat a system of layers which ensures both the solderability and the bondability at the required points of the circuits. The disadvantage is that adhesion-promoting and diffusion-inhibiting intermediate layers are also required here for relatively thick gold layers, resulting in systems of at least four to five layers of different material and in that two of the layers must be patterned prior to the application of the next layers. This also results in a significant complication of the coating process and thus also a reduction of the yield. Also for this layer system, the production in vacuum sequence is not possible.

Object of the invention

Ziel der Erfindung-ist es, die Nachteile des Standes der Technik bei der Herstellung von Dünnschichtsystemen mit lotfähigen und bondfähigen Leiterbahnen und Kontaktschichten zu überwinden und ein ökonomisches Verfahren zu schaffen.The aim of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art in the manufacture of thin film systems with solderable and bondable interconnects and contact layers and to provide an economical method.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines selektiv atzbaren Dünnschichtsystems auf isolierenden Substraten für die Hybridtechnik anzugeben, welches auf der Grundlage des Hochratezerstäubens mit Plasmatrons basiert und auf Widerstandsschichten mit möglichst wenigen Schichtmaterialien sowohl die Lötfähigkeit als auch die Bondfähigkeit der Leiterbahnen und Kontakte an verschiedenen Stellen des Schaltkreises sichert.The invention has for its object to provide a method for producing a selectively ignitable thin-film system on insulating substrates for hybrid technology, which is based on the Hochratezerstäubens with Plasmatrons and on resistive layers with as few layer materials both the solderability and the bondability of the conductors and contacts secures at different points of the circuit.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Beschichten eines isolierenden Substrates mit einer Y/iderstandsschicht und lot- und bondfähigen Leiterbahn- und Kontaktschichten durch Hochratezerstäuben mittels Piasmatronquellen in einer Vakuumfolge dadurch gelöst, daß nach dem Aufstäuben der Widerstandsschicht аиз HiCr eine Loit- und Bondschicht aus Al mit einer Dicket 1^m ohne Substratheizung in mindestens fünf Teilschichten aufgestäubt wird· Nach dem Abscheiden jeder einzelnen Teilschicht wird die Beschichtung für eine Zeit unterbrochen, wobei das Zeitverhältnis von Beschichtung und Unterbrechung <Z- 0,2 und die Kondensationsrate der Beschichtung im Bereich von 5 nm/s bis 20 nm/s gewählt wird· 21acn dem Aufstäuben der gesamten Leit- und Bondschicht wird die Beschichtung wieder unterbrochen, wobei diese Unterbrechungsdauer größer ist, als die Summe aller reinen Beschichtungszeiten für die Leit- und Bondschicht« Danach wird ohne Substratheizung eine Lötschicht aus FeNi in einer Dicke vonSl 0,3#,m in Form von mindestens drei Teilschichten im gleichen Zeitverhsltnis wie die Іеіѣ- und Bondschicht mit einer Kondensstionsrate von 5 nm/s bis 20 nm/sAccording to the invention, the object is achieved by coating an insulating substrate with a Y / ether layer and solderable and bondable interconnect and contact layers by Hochratezerstäuben means Piasmatronquellen in a vacuum sequence, that after sputtering of the resistive layer of HiCr a Loit- and bonding layer of Al with a After deposition of each individual sub-layer, the coating is interrupted for a time, the time ratio of coating and interruption <Z- 0.2 and the condensation rate of the coating in the range of 5 nm If the entire conductive and bonding layer is sputtered, the coating is interrupted again, whereby this interruption duration is greater than the sum of all clean coating times for the conductive and bonding layer. Thereafter, a substrate layer is provided with a solder layer from FeNi i n has a thickness of Sl 0.3 #, m in the form of at least three sub-layers in the same time ratio as the Іеіѣ- and bonding layer with a condensation rate of 5 nm / s to 20 nm / s

aufgestäubt.sputtered.

Es ist vorteilhaft, wenn beim Aufstäuben der Widerstandsschicht das Substrat geheizt wird und zwischen diesem Beschichtungsprozeß und dem nachfolgenden Aufstäuben der Leit- und Bondschicht eine Pause liegt, ohne daß das Vakuum unterbrochen wird. Diese Pause ist mindestens so groß, v/ie die Unterbrechungsdauer zwischen der Al- und FeM-Schicht. Die Leit- und Bondschicht übernimmt nach ihrer Strukturierung durch den nachfolgenden selektiven Ätzprozeß die Punktion der Leiterbahnschicht. Die große Dicke dieser Schicht und die hohe Kondensationsrate bei der Abscheidung der Teilschichten sichern bei den gegebenen Restgasbedingungen einer technischen Beschichtungsanlage die erforderliche hohe Leitfähigkeit. Die Schicht hat an bestimmten Stellen des Schaltkreises weiterhin die Punktion von Bondstellen bzw. -inaein für die Bondmontage von Chip-Bauelementen, z. B· für das Ultraschallbonden mittels Aluminiumdraht·It is advantageous if the substrate is heated during sputtering of the resistive layer and there is a pause between this coating process and the subsequent sputtering of the conductive and bonding layer without the vacuum being interrupted. This break is at least as long as the break time between the Al and FeM layers. After its structuring by the subsequent selective etching process, the conductive and bonding layer takes over the puncturing of the conductor track layer. The large thickness of this layer and the high condensation rate in the deposition of the sub-layers ensure the required high conductivity at the given residual gas conditions of a technical coating system. The layer also has the puncture of bonding points at certain points of the circuit for the bonding assembly of chip components, for. B · for ultrasonic bonding by means of aluminum wire ·

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet für die Leit- und Bondschicht eine hohe Haftfestigkeit ohne jede Zwischenschicht und einen extrem niedrigen Übergangswiderstand zur Widerstandsschicht· Es ist gesichert, daß durch das Aufstäuben der Leit- und Bondschicht die vorher aufgebrachte Widerstandsschicht in ihren gezielt hergestellten elektrischen Parametern Temperaturkoeffizient, Flächenwiderstand und Stabilität nur im Bahmen zugelassener Grenzen geändert wird. Durch die Festlegung der Schichtfolge V/iderstandsmaterial-Al-FeNi und die Verfahrensmerkmale der Abscheidung bilden sich überraschenderweise an beiden inneren Grenzflächen Bedingungen aus, die trotz Verzicht von haftvermittelnden und diffusionshemmenden Zwischenschichten alle Funktionen der lötfähigen und bondfähigen Leiterbahn- und Kontaktschichten sichern.The process according to the invention ensures a high adhesive strength for the conductive and bonding layer without any intermediate layer and an extremely low contact resistance to the resistive layer. It is ensured that the previously applied resistive layer has temperature coefficients, sheet resistance in its specifically produced electrical parameters due to the sputtering of the conductive and bonding layer and stability is changed only within the limits of permitted limits. By defining the layer sequence V / iderstandsmaterial-Al-FeNi and the process characteristics of the deposition are surprisingly formed on both inner boundary conditions that secure all functions of solderable and bondable interconnect and contact layers despite the absence of adhesion-promoting and diffusion-inhibiting intermediate layers.

Die Leit- und Bondschicht übernimmt infolge ihrer Dicke trotz der an sich großen Diffusionsgeschwindigkeit zwischen Al und Ki bzw. zwischen Al und Sn die Funktion einer Diffusionsbarriere gegenüber dem Ш-Cr.· Andererseits wird die Haft-Due to its thickness, the conductive and bonding layer assumes the function of a diffusion barrier with respect to the Ш-Cr despite the inherently high diffusion speed between Al and Ki or between Al and Sn.

festigkeit des Pe-Ni ohne haftvermittelnde Schicht auf dem Al durch die gegebene Diffusion der Materialienpaarung erreicht·strength of the Pe-Ni without adhesion-promoting layer on the Al achieved by the given diffusion of the material pairing ·

embodiment

Das Substrat aus Glas wird in den Rezipienten der Hochratezerstäubungsanlage eingeführt und über der ersten Plasmatronquelle, der NiCr-Quelle, bewegt, um die Widerstandsschicht aufzustäuben. Nach Erreichen eines Plächenwiderstandes von 200«X/gerfolgt der "Weitertransport des Substrates in den Beschichtungsbereich der Al-Plasmatronquelle zum Aufstäuben der Leit- und Bond« schicht. Das Substrat wird mehrmals über diese Plasmatronquel-Ie bewegt, so daß bei einer Beschichtungsrate von 10 nm/s und einer Beschichtungszeit von jeweils 10 s eine Teilschicht aus Al von 0,1 nm Dicke entsteht. Zwischen jeder Teilschicht liegt eine ünterbrechungszeit, in der sich das Substrat außerhalb des Beschichtungsbereiches befindet. Diese Zeit liegt bei 50 s. Der Vorgang wiederholt sich 10mal, so daß eine 1/£,m dicke Leit- und Bondschicht entsteht. Nach einer Beschichtungspause von 100 s wird das Substrat in den Beschichtungsbereich der PeNi-Plasmatronquelle für die Lötschicht bewegt· Die Beschichtungsrate ist hier ebenfalls 10 nm/s und die Beschichtungszeit 10 з je Teilschicht bei einer Ünterbrechungszeit von 50 s zwischen jeder Teilschicht. Nach 5maligem Wiederholen ist die Lötschicht dick.The glass substrate is introduced into the recipient of the high rate sputtering apparatus and moved over the first plasmatron source, the NiCr source, to sputter the resistive layer. After reaching a plate resistance of 200 μm, the substrate is transported further into the coating area of the Al-plasmatron source for sputtering the conductive and bonding layer, the substrate being moved several times over this plasmatron source so that at a deposition rate of 10 and a coating time of 10 s in each case, a partial layer of Al with a thickness of 0.1 nm is formed between each partial layer, in which the substrate is outside the coating area, this time being 50 s 10 times, so that a 1 /,, m thick conductive and bonding layer is formed After a coating break of 100 s, the substrate is moved into the coating area of the PeNi-Plasmatron source for the solder layer · The coating rate here is also 10 nm / s and the coating time 10 з per sub-layer with an interruption time of 50 s between each sub-layer After repeating 5 times, the solder is layer thick.

Alle Schichten bzw· Teilschichten werden ohne Heizen auf das Substrat und ohne Unterbrechung des Vakuums aufgestäubt. An diesen gesaraten Beschichtungsprozeß schließen sich die üblichen Schritte der Weiterverarbeitung, wie Ätzen, Bonden usw., an.All layers or partial layers are dusted onto the substrate without heating and without interrupting the vacuum. This conventional coating process is followed by the usual steps of further processing, such as etching, bonding, etc.

Claims

_Erfindungsansr> smell

1. A method for producing a selective etchable thin film system for hybrid technology on an insulating substrate by applying a resistive layer and solderable and bondable interconnect and contact layers by high rate sputtering using Piasmatronquellen in a vacuum sequence, characterized in that after applying the V / iderstandsschicht of NiCr a conductive and bonding layer of Al with a thickness 1 / £, m is heated without heating the substrate in the form of at least five sub-layers such that after the application of each sub-layer, the coating is interrupted and the time ratio of coating and interruption ^ - 0, 2 and the condensation rate 5 nm / s to 20 nm / s is that after reaching the total layer thickness of the conductive and bonding layer, the coating is interrupted for a time which is greater than the sum of the coating times of all Al partial layers, and that without Heating the substrate a Lötsch Not FeNi in a thickness of ^ L 0.3 / 6m in the form of at least three sub-layers in the same time ratio of coating and interruption as in sputtering Lot- and.Bondschicht with a condensation rate of 5 nm / s to 20 nm / s dusted becomes.

2. Method according to item 1, characterized in that the substrate is heated during the sputtering of the resist layer and that a break is made between this coating and the subsequent sputtering of the conductive and bonding layer.