DE10110179A1

DE10110179A1 - Verfahren zum Herstellen von Dünnschicht-Chipwiderständen

Info

Publication number: DE10110179A1
Application number: DE10110179A
Authority: DE
Inventors: Reiner Wilhlem Kuehl; Horst Wolf; Wolfgang Werner
Original assignee: BCCOMPONENTS HOLDING BV
Current assignee: BCCOMPONENTS HOLDING BV
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2021-03-03
Also published as: US6998220B2; DE10110179B4; WO2002071419A1; KR20030086282A; JP2004530290A; CN100413000C; TW594802B; EP1374257A1; DE50201035D1; US20040126704A1; JP4092209B2; KR100668185B1; ATE276575T1; CN1552080A; EP1374257B1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Dünnschicht-Chipwiderständen, bei welchem Verfahren auf die Oberseite eines flächigen Substrats (10) eine Widerstandsschicht (14) und eine Kontaktschicht (15, 16) aufgebracht und mittels Laserlicht so strukturiert wird, dass auf dem Substrat (10) nebeneineander eine Mehrzal von separaten Widerstandsbahnen mit einem näherungsweise vorbestimmten Widerstandswert entstehen, wird eine vereinfachte und kostengünstigere Herstellung dadurch erreicht, dass die elektrische Isolation der Widerstandselemente (13) und die Strukturierung der einzelnen Widerstandsbahnen (24) für die gesamte Widerstandsbahn gleichzeitig mittels eines laserlithografischen Direktbelichtungsverfahrens erfolgt.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung von passiven elektronischen Bauelementen. Sie betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Dünnschicht-Chipwiderständen gemäß dem Oberbegriff des Abspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist z. B. aus der Druckschrift US-A-5,976,392 be kannt.

STAND DER TECHNIK

Generell bekannt sind Verfahren zur Herstellung von Dickschichtwider ständen, bei denen die Widerstands- und Kontaktschichten als Pasten mittels Siebdruck strukturiert aufgebracht werden. Auf diese Weise lassen sich sehr kostengünstige Bauelemente herstellen.

Weiterhin sind Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtwiderständen bzw. Dünnschicht-Chipwiderständen bekannt, bei denen die Widerstands- und Kontaktschichten mittels Sputtern/Aufdampfen aufgebracht werden und anschließend in einem photolithographischen Prozeßschritt struktu riert werden. Mit dieser Art hergestellte Bauelemente sind in der Regel qualitativ hochwertiger. Nachteilig sind dabei allerdings die höheren Her stellkosten.

Die eingangs genannte Druckschrift US-A-5,976,392 beschreibt nun die Herstellung eines Dünnschichtwiderstandes mit darauf aufgebrachten Dickschichtkontakten, der nicht in einem photolithographischen Strukturie rungsprozess hergestellt wird, sondern bei dem zur Strukturierung der Wi derstandsbahnen eine Ätzung mittels eines energiereichen fokussierten Strahles erfolgt. Insbesondere wird dazu ein Laserstrahl mit einer Weite von 30 bis 200 µm verwendet, um in den Bereichen der einzelnen Wider stände, die eine Breite von 0,4 bis 3,5 mm und eine Länge von 0,8 bis 6,5 mm aufweisen können, durch entsprechendes Verfahren des Strahles in der Substratebene die Kontur der Widerstandsbahn "schreibend" festzule gen. Durch Verzicht auf die Photolithographie und den Einsatz von Dick schichtkontakten kann hier zwar ein Kostenvorteil gegeben sein, nachteilig ist jedoch die zeitlich in die Länge gezogene sukzessive Bearbeitung der einzelnen Widerstände bzw. Widerstandsbahnen.

Eine andere Druckschrift (DE-A1-199 01 540) beschreibt den Feinabgleich von dünnen Widerstandsschichten, bei dem mit einem fokussiertem La serstrahl, z. B. eines Argon-Lasers "geschrieben" wird.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Laserstrukturierung von Leiterbahnen ist das der DE-C1-38 43 230 bekannt. Hierbei wird die Direktstrukturierung von Metallfilmen auf Kunststoff für Leiterplatten vorgeschlagen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Dünn schicht-Chipwiderständen anzugeben, welches bei gleichzeitig hoher Prä zision der erzeugten Widerstände eine Vereinfachung und Beschleuni gung der Herstellung und eine damit verbundene Reduktion der Herstel lungskosten bewirkt.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, zur Strukturierung der Wi derstandsbahnen für die einzelnen Widerstände einen laserlithographi schen Direktbelichtungsprozess einzusetzen, bei dem ein kompletter Wi derstand oder mehrere komplette Widerstände mit einer einzigen, über die gesamte Fläche der Widerstände reichenden Belichtung (einem "Laser schuss") durch eine entsprechend strukturierte Maske strukturiert werden können.

Mit der Erfindung ist es möglich, extrem kostengünstige Dünnschicht- Chipwiderstände mit den Vorteilen einer lithographischen Technik herzu stellen, wobei die Strukturierung direkt und im Gegensatz zur Photolitho graphie in einem Prozeßschritt erfolgt. Insbesondere können gegenüber der eingangs genanntem Druckschrift US-A-5,976,392 mit der Erfindung Chipbauelemente noch schneller und damit kostengünstiger hergestellt werden, weil die Strukturierung nicht schreibend durch einen fokussierten Laserstrahl erfolgt, sondern als Direktbelichtung eines ganzen bzw. sogar von mehreren ganzen Bauelementen mit einem oder mehreren Laser schüssen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung zeich net sich dadurch aus, dass für die laserlithographische Direktbelichtung ein UV-Laser, (z. B. Excimer-Laser) mit Wellenlängen von 150 nm bis 400 nm verwendet wird, in dessen Strahlengang eine der auszubildenden Struktur der Widerstandsbahnen entsprechende Maske eingefügt ist, und dass im vorliegenden Fall ein Excimer-Laser Laserstrahlung mit Wellen längen im Bereich zwischen 248 nm bis 351 nm aussendet. Durch die La serstrahlung wird bei ausreichender Energie an den belichteten Stellen die metallische Dünnschicht der Widerstandsschicht direkt entfernt bzw. in ein nichtleitendes Oxid umgewandelt.

Es ist dabei besonderes zweckmässig, dass ein Substrat verwendet wird, welches durch Strukturierungsmittel bevorzugt Kerben, aber auch Laser ritzen in einzelne Bereiche unterteilt ist, dass in den Bereichen jeweils ein Dünnschicht-Chipwiderstand erzeugt wird, dass die Strukturierungsmittel eine Mehrzahl von senkrecht zueinander verlaufenden, ein Gitter bil denden Kerben in der Oberfläche des Substrats umfassen, und dass nach Fertigstellung der einzelnen Dünnschicht-Chipwiderstände das Substrat entlang der Kerben in einzelne Dünnschicht-Chipwiderstände zerteilt wird. Die Strukturierung z. B. Lasersritze kann auch im Herstellungsprozeß d. h. nach Aufbringen der Dünnschichten erfolgen.

Eine andere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfah ren ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Strukturieren der Wider standsschicht in die einzelnen Widerstandsbahnen für jeden der zu erzeu genden Dünnschicht-Chipwiderstände in den Endbereichen der zu erzeu genden Widerstandsbahnen lokale Kontaktschichten als Inseln oder als durchgehender Streifen auf die Widerstandsschicht aufgebracht werden.

Bevorzugt wird dabei die Dünnschichttechnik (z. B. maskiertes Aufdamp fen). Dickschichtverfahren sind ebenfalls denkbar, sowie auch Kombina tionen von beiden. Die Reihenfolge der Herstellungsprozesse (Wider standsschicht, Kontaktschicht) kann auch umgekehrt sein.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprü chen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zu sammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Ansicht ein vorgekerbtes, lasergeritztes bzw. gesägtes Substrat, wie es beim Herstellungsverfahren nach der Erfindung be vorzugt verwendet wird;

Fig. 2-9 verschiedene Schritte zur Herstellung von Dünnschicht- Chipwiderständen gemäss einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung, insbesondere

Fig. 2 das Substrat aus Fig. 1 im Längsschnitt;

Fig. 3 das Substrat aus Fig. 2 mit einer ganzflächig aufgebrach ten Widerstandsschicht;

Fig. 4 das beschichtete Substrat aus Fig. 3 mit auf der Ober- und Unterseite aufgebrachten lokalen oder auch durchgehen der Kontaktschichten;

Fig. 5 den laserlithographischen Direktbelichtungsprozess zur Strukturierung der Widerstandsbahnen der einzelnen Wi derstände;

Fig. 6 den nachfolgenden Feinabgleich der Widerstandsbahnen;

Fig. 7 in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung das Substrat mit einem beispielhaften fertig strukturierten Chipwider stand;

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 ist in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Ansicht ein vorgekerbtes bzw. lasergeritztes oder gesägtes Substrat 10 wiedergege ben, wie es beim Herstellungsverfahren nach der Erfindung bevorzugt verwendet wird. Das Substrat 10 besteht beispielsweise aus einem Glas, Silizum, SiO oder einer isolierenden Keramik wie z. B. Al₂O₃ oder AlN. Es ist auf der Oberseite durch nach Art eines Gitters senkrecht zueinander verlaufende Kerben 11, 12 in einzelne Bereiche 13 unterteilt, in denen je weils ein Dünnschicht-Chipwiderstand erzeugt werden soll. Das Substrat 10 kann aber auch gesägt oder lasergeritzt oder vollkommen ohne Unter teilung vorliegen. Je nach Unterteilung können auch Widerstandsarrays bzw. Widerstandsnetzwerke erzeugt werden.

Auf das Substrat 10, das in Fig. 2 noch einmal im Längsschnitt dargestellt ist, wird zunächst gemäss Fig. 3, vorzugsweise ganzflächig, eine Wider standsschicht 14 aufgebracht. Die Widerstandsschicht 14 ist üblicherweise eine Metallschicht aus einer geeigneten Widerstandslegierung wie z. B. CrNi, CrSi, TaN, CuNi. Die Widerstandschicht wird bevorzugt durch Sput ter oder Aufdampfen aufgebracht. Auch Bekeimungen z. B. Pd für an schließende Metallisierungen sind denkbar. Es ist weiterhin denkbar, an stelle der ganzflächigen Beschichtung eine maskierte Beschichtung vor zunehmen, um beispielsweise in benachbarten Bereichen 13 elektrisch voneinander getrennte Widerstandsschichten zu erzeugen. Auch mehrere Widerstandsschichten übereinander sind denkbar.

Nachdem die Widerstandsschicht mit der gewünschten Zusammenset zung und Dicke bzw. Widerstandswert aufgebracht ist, werden anschlie ssend gemäss Fig. 4 auf der Widerstandsschicht 14 bzw. auf der Ober seite des Substrats 10 und ggf. auf der Unterseite lokale Kontaktschichten 15, 16 bzw. 17, 18 aufgebracht. Für jeden der Bereiche 13 wird eine Paar voneinander beabstandeter Kontaktschichten 15, 16 verwendet, zwischen denen sich die nachfolgend zu strukturierende Widerstandsbahn (24 in Fig. 7) erstreckt. Die Kontaktbereiche 17, 18 auf der Unterseite werden später mit den korrespondierenden Kontaktbereiche 15, 16 auf der Ober seite elektrisch verbunden und dienen als Kontakte der als SMD- Bauelemente eingesetzten Chipwiderstände. Die Kontaktbereich 17, 18 können auch durchgehend ausgebildet sein, wie dies in Fig. 4 bei 17 an gedeutet ist. Bevorzugt werden die Kontaktschichten 15, 16 im Dünn schichtverfahren und die Kontaktschichten 17, 18 in Dickschichttechnik aufgebracht. Es sind aber auch andere Kombinationen (nur Dünnschicht, nur Dickschicht, Dünnschicht auf der Unterseite, Dickschicht auf der Ober seite) möglich. Die Reihenfolge der Herstellung wird bevorzugterweise so durchgeführt, dass die Kontaktschicht auf der Widerstandsschicht, dass heißt, in einem nachfolgenden Prozessschritt aufgebracht wird. Es ist aber auch möglich, die Kontaktschicht unter der Widerstandsschicht, d. h. in einem vorhergehenden Prozessschritt aufzubringen. Insbesondere kann die untere Kontaktschicht 17, 18 als erster Prozessschritt aufgebracht werden.

Die eigentliche Strukturierung der Widerstandsschicht 14 zu einer Wider standsbahn pro Bereich 13 erfolgt gemäss Fig. 5 durch ein laserlithogra phisches Direktbelichtungsverfahren. Bei diesem Verfahren wird aus einer flächigen Laserstrahlung 20 mit bis 20 × 30 mm² Strahlquerschnitt durch eine geeignet strukturierte Maske 19 im Strahlengang eine maskierte La serstrahlung 21 erzeugt, die auf einer Fläche, die wenigstens so gross ist wie die Fläche der zu strukturierenden Widerstandsbahn, optisch abgebil det (25), auf die Widerstandsschicht 14 trifft. Die Maske 19 hat in den Be reichen Maskenöffnungen 21, in denen das Material der Widerstands schicht 14 entfernt bzw. durch Oxidation in einem nichtleitenden Zustand gebracht wird. Durch einen einzigen oder mehrere "Laserschüsse" in ei nem bis mehrere mm² grossen Bildfeld werden so die Widerstandsbahnen eines Widerstandes oder mehrerer nebeneinanderliegender Widerstände (im Beispiel der Fig. 5 sind dies zwei) in einem nicht schreibenden Verfah ren strukturiert. Die Maske 19 ist gleichzeitig so beschaffen, dass die Wi derstandsschicht 14 im Bereich der Kerben 11, 12 ebenfalls belichtet wird, so dass bei Vorliegen einer ganzflächigen Widerstandsschicht 14 gleich zeitig eine elektrische Trennung der einzelnen Bereiche 13 vollzogen wird. Das Ergebnis der Strukturierung ist ein Dünnschicht-Chipwiderstand 100, wie er in Fig. 7 beispielhaft für einen der Bereiche 13 dargestellt ist.

Nachdem durch die Direktbelichtung alle Widerstandsbahnen in der ge wünschten Weise strukturiert worden sind, erfolgt der für die erhöhte Ge nauigkeit des Widerstandswertes notwendige Feinabgleich, der gemäss Fig. 6 vorzugsweise durch eine Bearbeitung der Widerstandsbahn mittels eines (schreibenden) Laserstrahls 23 in herkömmlicher Technik erfolgt.

Schliesslich können die verschiedenen Dünnschicht-Chipwiderstände 100', 100" durch Brechen des Substrats 10 entlang von durch die Kerben 11, 12 vorgegebenen Trennungslinien 28 vereinzelt werden. Je nach Aus prägung der Trennungslinien können damit auch zusammenhängende Widerstandsarrays bzw. Widerstandsnetzwerke erzeugt werden.

Insgesamt können mit der Erfindung extrem kostengünstig Dünnschicht- Chipwiderstände mit den Vorteilen einer lithographischen Technik herge stellt werden, wobei die Strukturierung einschließlich der elektrischen Iso lation der Einzelelemente nicht schreibend durch einen fokussierten La serstrahl erfolgt, sondern als Direktbelichtung eines ganzen bzw. sogar von mehreren ganzen Bauelementen mit einem Laserschuss, und damit im Gegensatz zur Photolithographie in einem Prozeßschritt.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Substrat

11

,

12

Kerbe

13

Bereich

14

Widerstandsdünnschicht (z. B. Metalllegierung)

15

,

16

Kontaktschicht (Oberseite)

17

,

18

Kontaktschicht (Unterseite)

19

,

26

Maske

20

Laserstrahlung (unmaskiert)

21

,

27

Maskenöffnung

22

Laserstrahlung (maskiert)

23

Laserstrahl

24

Widerstandsbahn (z. B. mäanderförmig)

25

Abbildungsoptik

100

,

100

',

100

" Dünnschicht-Chipwiderstand

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Dünnschicht-Chipwiderständen (100, 100', 100"), bei welchem Verfahren auf die Oberseite eines flächigen Substrats (10) eine Widerstandsschicht (14) und eine Kontaktschicht (15, 16) aufgebracht und mittels Laserlicht so strukturiert wird, dass auf dem Substrat (10) nebeneinander eine Mehrzahl von separaten Widerstandsbahnen (24) mit einem nähe rungsweise vorbestimmten Widerstandswert entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolation der Widerstand selemente (13) und die Strukturierung der einzelnen Widerstands bahnen (24) für die gesamte Widerstandsbahn gleichzeitig mittels eines laserlithographischen Direktbelichtungsverfahrens erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass meh rere, insbesondere nebeneinanderliegende, Widerstandselemente (13) gleichzeitig mit einer oder mehreren Belichtungen elektrisch isoliert und strukturiert werden und dass bei der laserlithographi schen Direktbelichtung zusätzlich zur Strukturierung der Wider standsbahnen (24) gleichzeitig die Widerstandsbahnen (24) be nachbarter Dünnschicht-Chipwiderstände elektrisch voneinander isoliert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die laserlithographische Direktbelichtung ein UV-Laser ver wendet wird, in dessen Strahlengang eine der auszubildenden Struktur der Widerstandsbahnen (24) entsprechende Maske (19) eingefügt ist und diese optisch (25) auf der Substratoberfläche ab gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass z. B. ein Excimer-Laser Laserstrahlung (20) mit Wellenlängen im Be reich zwischen 150 nm bis 400 nm aussendet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Substrat (10) verwendet wird, welches durch Strukturierungsmittel (11, 12) in einzelne Bereiche (13) unterteilt ist, und dass in den Bereichen (13) jeweils ein Dünnschicht- Chipwiderstand (100, 100', 100") erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierungsmittel (Kerben, Laserscriben, Laserritzen, Sägen) eine Mehrzahl von senkrecht zueinander verlaufenden, ein Gitter bildenden Kerben (11, 22) in der Oberfläche des Substrats (10) umfassen, und dass nach Fertigstellung der einzelnen Dünn schicht-Chipwiderstände (100, 100', 100") das Substrat (10) ent lang der Kerben (11, 12) in einzelne Dünnschicht-Chipwiderstände (100, 100', 100") oder auch zusammenhängende Widerstands arrays bzw. Widerstandsnetzwerke zerteilt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass vor dem Strukturieren der Widerstandsschicht (14) in die einzelnen Widerstandsbahnen (24) für jeden der zu erzeu genden Dünnschicht-Chipwiderstände (100, 100', 100") in den Endbereichen der zu erzeugenden Widerstandsbahnen (24) lokale Kontaktschichten (15, 16) auf die Widerstandsschicht (14) aufge bracht werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zu sätzlich zu den Kontaktschichten (15, 16) auf der Widerstands schicht (14) weitere lokale Kontaktschichten oder Kontaktstreifen (17, 18) auf die Unterseite des Substrats (10) aufgebracht werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschichten (15, 16) auf einer Oberseite bevorzugterwei se in Dünnschichtverfahrens, mittels Sputtern oder Aufdampfen, und dass die Kontaktschichten (17, 18) auf einer Unterseite vor zugsweise im Dickschichtverfahren aufgebracht werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass nach der Strukturierung der Widerstandsbahnen (24) mittels des laserlithographischen Direktbelichtungsverfahrens ein Feinabgleich der Widerstandsbahnen (24) vorgenommen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Feinabgleich mit einem Laserstrahl (23) vorgenommen wird.