DD233772A3

DD233772A3 - DUENSCHICHTKONTAKTANORDNUNG FOR RESISTANCE MONITORS FOR HIGH-VACUUM COATING

Info

Publication number: DD233772A3
Application number: DD26945884A
Authority: DD
Inventors: Peter Schulze; Karl-Heinz Segsa
Original assignee: Inst Fuer Nachrichtentechnik
Priority date: 1984-11-14
Filing date: 1984-11-14
Publication date: 1986-03-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Duennschichtkontaktanordnung fuer die Anschluesse von Widerstandsmonitoren, die zur Kontrolle von Hochvakuum-Beschichtungsprozessen eingesetzt werden. An vorgefertigten Widerstandsmonitoren mit edelmetallfreien Anschlusskontakten soll kein zusaetzlicher Aufwand fuer die Reinigung der Kontaktflaechen erforderlich sein. Die Kontaktflaechen sollen unter Lagerungsbedingungen korrosionsgeschuetzt und unter Einsatzbedingungen einen minimalen Kontaktuebergangswiderstand aufweisen. Erfindungsgemaess sind auf einem isolierenden Substrat im Kontaktierungsbereich eine Haftvermittlerschicht aus Chrom-Nickel, eine Leitschicht aus Kupfer in einer der zu erwartenden Strombelastung entsprechenden Dicke und eine Abdeckschicht aus Chrom-Nickel in einer derart gewaehlten Dicke aufgebracht, dass die Abdeckschicht einerseits gerade ausreichend porenfrei und andererseits nach einer vorgegebenen Temperatureinwirkung vollstaendig in die Leitschicht eindiffundiert ist. Fig. 1The invention relates to a Duennschichtkontaktanordnung for the connections of resistance monitors, which are used to control high vacuum coating processes. Prefabricated resistance monitors with non-precious connection contacts should not require any additional effort to clean the contact surfaces. The contact surfaces should be corrosion protected under storage conditions and have a minimal contact contact resistance under operating conditions. According to the invention, an adhesion promoter layer of chromium-nickel, a conductive layer of copper in an expected current load corresponding thickness and a cover layer of chromium-nickel in a selected thickness applied to an insulating substrate in the contacting region, that the cover on the one hand just enough free of pores and on the other hand is completely diffused into the conductive layer after a predetermined temperature effect. Fig. 1

Description

Berlin, den 1. 11. 1984 rk-kb 29170/ 581Berlin, November 1, 1984 rk-kb 29170/581

Erfinder Ing. Peter SchulzeInventor Ing. Peter Schulze

Dr.rer.nat. Karl-Heinz SegsaDr. rer. Karl-Heinz Segsa

Dünnschichtkontaktanordnung für Widerstandsmonitore zur Hochvakuum-BeschichtungThin-film contact arrangement for resistance monitors for high-vacuum coating

Anwendungsgebietfield of use

Die Erfindung betrifft eine Dünnschichtkontaktanordnung für die Anschlüsse von Widerstandsmonitoren, die zur Kontrolle des Beschichtungsprozesses neben den zu beschichtenden Objekten in Hochvakuum-Beschichtungsanlagen eingesetzt werden,The invention relates to a thin-film contact arrangement for the connections of resistance monitors which are used to control the coating process in addition to the objects to be coated in high-vacuum coating systems,

Charakteristik bekannter technischer LösungenCharacteristic of known technical solutions

Zur Kontrolle von Beschichtungsvorgängen werden verschiedene Meßverfahren angewendet, die während des Beschichtens bei einer Temperatur im Bereich von etwa 300⁰C im Hochvakuum eine Bestimmung der Schichtdicke und der Kondensationsrate ermöglichen, vgl. Schiller, Heisig: Bedampfungstechnik, Berlin 1975. Verbreitet ist der Einsatz von Widerstands-For the control of coating processes, various measuring methods are used, which allow a determination of the layer thickness and the condensation rate during the coating at a temperature in the range of about 300 ^° C. in a high vacuum, cf. Schiller, Heisig: Evaporation Technology, Berlin 1975. The use of resistance

monitoren, bestehend aus einem isolierenden Substrat in einer Materialzusammensetzung gleich dem Substrat der zu kontrollierenden Objekte mit schichtförmig aufgetragenen, niederohmigen Anschlußkontakten aus Edelmetall· Bei der Verwendung von unedelem Metall für die Anschlußkontakte ist vor dem Einsatz der in größerer Anzahl vorgefertigten Widerstandsmonitore die Oxidschicht von der Oberfläche der An-Schlußkontakte zu entfernen, da sonst entweder das Zustandekommen einer elektrischen Verbindung nicht erreicht wird oder ein zu hoher Kontaktübergangswiderstand zu einer Verfälschung der Meßergebnisse führt· Auch eine denkbare Lackabdackung auf den Anschlußkontakten aus unedlem Metall, die eine Lagerung der vorgefertigten Widerstandsmonitore ermöglichen würde und die von anzuschließenden Klemmkontak.ten durchstoßbar ist, ist wegen der hohen Reinheitsforderungen beim Beschichten vor ihrem Einsatz restlos zu entfernen. Zur Verminderung des Ede ltnetallainsatzes bei Kontakten ist bekannt, ein unedles Leitermetall, beispielsweise Kupfer, mit einer dünnen Goldschicht zu überziehen, wodurch unter anderem ein Oxidationsschutz für das Kupfer erreicht wird, vgl. DE-OS 2 440 481,· H 05 K - 3/16. Der nur teilweisen Einsparung von Gold steht bei dieser Lösung ein erhöhter technologischer Aufwand gegenüber, da neben einer für das Aufbringen der Kupferschicht notwendigen Haftvermittlerschicht aus Chrom noch eine dritte Komponente, nämlich Gold, als Schicht aufzubringen ist·monitors, consisting of an insulating substrate in a material composition equal to the substrate of the objects to be controlled with layered, low-resistance terminal contacts made of precious metal · When using base metal for the terminal contacts before the use of prefabricated in large numbers resistance monitors the oxide layer of the surface To remove the An-end contacts, otherwise either the conclusion of an electrical connection is not achieved or too high contact resistance leads to a distortion of the results · Also conceivable Lackabdackung on the terminal contacts of base metal, which would allow storage of the prefabricated resistance monitors and which can be pierced by connected Klemmkontak.ten is completely removed because of the high purity requirements during coating prior to their use. To reduce the Ede ltnetallainsatzes in contacts is known to coat a base metal, such as copper, with a thin gold layer, which, inter alia, an oxidation protection for the copper is achieved, see. DE-OS 2 440 481, · H 05 K - 3/16. The only partial saving of gold is in this solution, an increased technological effort compared, since in addition to a necessary for the application of the copper layer primer layer of chromium, a third component, namely gold, is applied as a layer ·

Zur Herstellung von edeImetallfreien Dünnschichtschaltungen ist weiter ein Verfahren bekannt, bei dem die aufgetragene Schicht lötfähig, temperfähig, korrosionsbeständig, elektrisch gut leitfähig und bondbar sein soll. Erreicht wird das, indem eine Zwischenschicht aus einem haftvermittelnden Metall, eine Leitschicht aus Kupfer und eine Abdeckschicht aus Aluminium oder Aluminiumlegierung auf ein Substrat aufgetragen wird, vgl. DE-OS 3 107 943ϊ H 05 K - 3/16. Der Nachteil dieser Lösung ist, daß das sich auf blankem Aluminium schnell ausbildende Aluminiumoxid bekanntermaßenFor the production of EDI-metal-free thin-film circuits, a method is also known in which the applied layer is to be solderable, temperable, corrosion-resistant, electrically highly conductive and bondable. This is achieved by applying an intermediate layer of an adhesion-promoting metal, a conductive layer of copper and a covering layer of aluminum or aluminum alloy to a substrate, cf. DE-OS 3 107 943ϊ H 05 K - 3/16. The disadvantage of this solution is that the aluminum oxide which forms rapidly on bare aluminum is known

eine Schutzwirkung gegenüber weiterer Korrosion ausübt, aber auch ein hervorragender Isolator ist, und eine Kontaktbildung verhindert oder zumindest erschwert.has a protective effect against further corrosion, but is also an excellent insulator, and prevents or at least impedes contact formation.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den Einsatz von vorgefertigten Widerstandsmonitoren mit einer edelmetallfreien Dünnschichtkontaktanordnung ohne zusätzlichen Aufwand für die Reinigung der'Kontaktflächen vor ihrem Einsatz zu ermöglichen«The aim of the invention is to enable the use of prefabricated resistance monitors with a noble metal-free thin-film contact arrangement without additional effort for cleaning der'Kontaktflächen before their use

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Hochvakuum-Beschichten auf einem isolierenden Substrat eine edelmetallfreie Dünnschicntkontäktanordnung für die Anschlüsse von Widerstandsmonitoren bereitzustellen, die trotz eines unter Lagerungsbedingungen wirksamen Korrosionsschutzes unter Einsatzbedingungen einen minimalen Kontaktübergangswiderstand aufweist.The invention has for its object to provide by high-vacuum coating on an insulating substrate a noble metal Dünnschicntkontäktanordnung for the connections of resistance monitors, which has a minimal contact contact resistance despite operating under storage conditions effective corrosion protection under conditions of use.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf dem isolierenden Substrat im Anschlußbereich eine Haftvermittlerschicht aus Chrom-Nickel mit einem Nickelanteil von 60 bis 80 %, eine Leitschicht aus Kupfer in einer der zu erwartenden Strombelastung entsprechenden Dicke und eine Abdeckschicht aus Chrom-Nickel in demselben Legierungsverhältnis wie die Haftvertnittlerschicht und in einer derart gewählten Dicke aufgebracht sind, daß die Abdeckschicht einerseits gerade ausreichend porenfrei und andererseits nach einer vorgegebenen Temperatureinwirkung vollständig in die Leitschicht eindiffundiert ist.According to the invention, this object is achieved in that a bonding agent layer of chromium-nickel with a nickel content of 60 to 80 %, a conductive layer of copper in one of the expected current load corresponding thickness and a covering layer of chromium-nickel in the same on the insulating substrate in the connection area Alloy ratio as the Haftvertnittlerschicht and are applied in such a selected thickness that the cover layer is on the one hand just enough free of pores and on the other hand diffused completely after a predetermined temperature effect in the conductive layer.

Ausführungsbeispie 1Exemplary embodiment 1

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be described in more detail with reference to an embodiment. In the accompanying drawing show:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Dünnschichtkontaktanordnung auf einem Widerstandsmonitor undFig. 1 is a schematic sectional view of a thin-film contact arrangement on a resistance monitor and

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung derselben Dünnschichtkontaktanordnung nach einer Temperatureinwirkung im Hochvakuum.Fig. 2 is a schematic sectional view of the same thin-film contact arrangement after a temperature action in a high vacuum.

Die schematische Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 zeigt in einer nichtproportionalen Vergrößerung den Schichtaufbau einer Dünnschichtkontaktanordnung im AnschLjßbereich eines Widerstandsmonitors im Vorfertigungszustand auf einem isolierenden Substrat 1, mit einer Haftvermittlerschicht 2 aus Chrom-Nickel, mit einer Leitschicht 3 aus Kupfer und mit einer Abdeckschicht 4 ebenfalls aus Chrom-Nickel. Die Fig. 2 zeigt in einer analogen Schnittdarstellung dieselbe Dünnschichtkontaktanordnung nach einer Temperatureinwirkung in der Hochvakuumanlage. Durch die Temperatureinwirkung sind die Abdeckschicht 4 und die Haftverraittlerschicht 2, beide aus Chrom-Nickel, in die Leitschicht 3 aus Kupfer eindiffundiert und bilden in dieser LegierungszonenThe schematic sectional view of FIG. 1 shows in a non-proportional enlargement the layer structure of a thin-film contact arrangement in the AnschLjßbereich a resistance monitor in the prefabrication state on an insulating substrate 1, with a primer layer 2 of chromium-nickel, with a conductive layer 3 made of copper and with a cover layer 4 also chrome-nickel. FIG. 2 shows, in an analogous sectional view, the same thin-film contact arrangement after a temperature effect in the high-vacuum system. As a result of the effect of temperature, the covering layer 4 and the adhesion promoter layer 2, both made of chromium-nickel, are diffused into the conductive layer 3 made of copper and form in these alloy zones

Die Herstellung und die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Dünnschichtkontaktanordnung sind folgende.The production and properties of the thin-film contact arrangement according to the invention are as follows.

Auf das. isolierende Substrat 1, das aus dem gleichen Material sein muß wie das Substrat der zu kontrollierenden Objekte, beispielsweise Keramik, ist im Hochvakuum auf den Anschlußbereich als eine erste Materialkomponente die Haftvermittlerschicht 2 aufgebracht. Dazu eignet sich eine Chrom-Nickellegierung mit einem Nickelanteil von 60 bis 80 % in der niedergeschlagenen Schicht. Als eine zweite Materialkomponente ist im Hochvakuum die Leitschicht 3 aus Kupfer in einer für die zu erwartende Strombelastung notwendigen Dicke von beispielsweise 1 bis 5 ,um aufgebracht. Abschließend ist die in der Hochvakuumanlage sowieso schon vorhandene erste Materialkomponente, nämlich Chrom-Nickel, als Abdeckschicht in einer in bezug auf die Dicke der Leitschicht 3.erheblich geringeren Dicke von beispielsweise 5 bis 20 nm aufgebracht.On the. Insulating substrate 1, which must be made of the same material as the substrate of the objects to be controlled, such as ceramic, the adhesive layer 2 is applied in a high vacuum on the connection area as a first material component. For this purpose, a chromium-nickel alloy with a nickel content of 60 to 80 % in the deposited layer is suitable. As a second material component, the conductive layer 3 made of copper in a necessary for the expected current load thickness of, for example, 1 to 5, applied in a high vacuum. Finally, the first material component already present in the high-vacuum system, namely chromium-nickel, is applied as a cover layer in a considerably smaller thickness of, for example, 5 to 20 nm, with respect to the thickness of the conductive layer 3.

Die Abdeckschicht 4 aus Chrom-Nickel weist bei dieser Schichtdicke eine gerade ausreichend porenfreie Oberfläche auf, die während der Lagerung der so vorgefertigten Widerstandsmonitore bei Raumtemperatur einen ausreichenden Oxidationsschutz für die darunter befindliche Leitschicht 3 aus Kupfer gewährt. Die Abdeckschicht 4 ist zudem hart und kratzfest und schützt dadurch die relativ weiche Leitschicht 3 aus Kupfer vor mechanischen Beschädigungen während des Anlegens der Kleramkontakte bei der Inbetriebnahme der Hochvakuum-BeSchichtungsanlage·The covering layer 4 made of chromium-nickel has at this layer thickness just enough pore-free surface, which provides sufficient protection against oxidation for the underneath conductive layer 3 made of copper during storage of the so-prepared resistance monitors at room temperature. The cover layer 4 is also hard and scratch-resistant and thereby protects the relatively soft conductive layer 3 made of copper against mechanical damage during the application of the Kleramkontakte during start-up of the high-vacuum coating system ·

Zur Vorbereitung der Beschichtungsvorgänge ist in der Hochvakuum-Beschichtungsanlage ein Hochvakuum herbeizuführen, wobei das Erreichen eines stabilan Unterdruckes von etwaTo prepare the coating processes, a high vacuum is to be brought about in the high-vacuum coating installation, whereby the achievement of a stable vacuum of about

—3 10 Pa durch ein Ausheizen der Hochvakuum-Beschichtungsanlage bei einer Betriebstemperatur von etwa 300 C über ungefähr eine Stunde unterstützt wird· Während dieser sowieso vorgesehenen Temperatureinwirkung diffundiert die im Vergleich zur Leitschicht 3 aus Kupfer dünne Abdeckschicht 4 aus Chrom-Nickel in die Leitschicht 3· Der gleiche Effekt tritt auch zwischen der Haftvermittlerschicht 2 und der Leitschicht 3 ein· Die dadurch entstehenden Legierungszonen 5 weisen aufgrund der relativ geringen Konzentration von Chrom- und Nickelatomen zwischen den Kupferatomen praktisch elektrische Eigenschaften wie Kupfer auf. Der Kontaktübergangswiderstand zwischen den Klemmkontakten der Hochvakuum-Beschichtungsanlage und der derart formierten Dünnschichtkontaktanordnung der Widerstandsmonitore nimmt dadurch minimale Werte wie für eine blanke Kupferoberfläche an. Die ermittelte Differenz zwischen den spezifischen Widerstandswerten der Legierungszonen 5 und dem übrigen Teil der Leitschicht 3 aus Kupfer beträgt weniger als 1 %. During this temperature action provided, the covering layer 4 of chromium-nickel which is thin in comparison to the conductive layer 3 diffuses into the conductive layer 3 The same effect also occurs between the adhesion promoter layer 2 and the conductive layer 3. The resulting alloy zones 5 have practically electrical properties such as copper due to the relatively low concentration of chromium and nickel atoms between the copper atoms. The contact contact resistance between the terminal contacts of the high-vacuum coating installation and the thus formed thin-film contact arrangement of the resistance monitors thereby assumes minimum values as for a bare copper surface. The determined difference between the specific resistance values of the alloy zones 5 and the remaining part of the conductive layer 3 made of copper is less than 1%.

In der geschilderten Weise können auch edelmetallfreie Kontaktflächen bei integrierten Schaltkreisen hergestellt werden, die eines vorübergehenden Oxidationsschutzes bedürfen· Dasweiteren ist eine Anwendbarkeit bei kupferbeschichteten Gläsern zur Erzielung bestimmter Transmissions- oder Refle-In the manner described, it is also possible to produce non-precious metal contact surfaces in integrated circuits which require temporary protection against oxidation. Furthermore, it is possible to use copper-coated glasses to achieve specific transmission or reflection effects.

xiqnseigenschaften beziehungsweise zum Schutz von aus dekorativen Gründen aufgetragenen Kupferschichten möglich. Die erfindungsgemäße Dünnschichtkontaktanordnung mit einer Leitschicht 3 aus Kupfer und einer Abdeckschicht 4 aus Chrom-Nickel weist darüber hinaus eine gute Bondbarkeit auf·xiqnseigenschaften or to protect applied for decorative reasons copper layers possible. The thin-film contact arrangement according to the invention with a conductive layer 3 made of copper and a cover layer 4 made of chromium-nickel also has good bondability.

Claims

claim

Thin-film contact arrangement for resistance monitors for high-vacuum coating, produced by high-vacuum coating on an insulating substrate, characterized in that on the insulating substrate (1) in the contacting region, a bonding agent layer (2) of chromium-nickel with a nickel content of 60 to 80 %, a Conducting layer (3) of copper in one of the expected current load corresponding thickness and a cover layer (4) of chromium-nickel in the same alloy ratio as the adhesive layer (2) and are applied in a selected thickness such that the cover layer (4) on the one hand straight sufficiently free of pores and on the other hand, after a predetermined temperature increase completely diffused into the conductive layer (3).

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