DE1515905C - Verfahren zur Herstellung von Cermet-Dünnschichtwiderständen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Cermet-DünnschichtwiderständenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Cermet-Dünnschichtwiderständen durch Niederschlag eines Cermets auf ein Substrat und anschließendem
Aufbringen von Anschlußleitungen.
Zur Herstellung von mikrominiaturisierten Schaltungen werden in steigendem Maße aufgedampfte
Dünnschichten verwendet. Dies gilt in besonderem Maße für die Herstellung von Widerständen. Aufgedampfte
Nickel-Chrom-Schichten und Tantalschichten haben sich als brauchbare Widerstandselemente
erwiesen. In jüngster Zeit hat es sich gezeigt, daß Chromsiliziummonoxyd-Schichtwiderstände eine
höhere Stabilität bei hohen Temperaturen besitzen, so daß Widerstandsänderungen bei Überlastung unbeachtlich
sind.
Während Nickelchrom- und Tantalschichten einer erforderlichen Formgebung mittels Ätzens unterworfen
werden, geschieht dies in der Regel bei Chromsiliziummonoxyd-Schichten, die als Cermet-Schichten bekanntgeworden
sind, durch Maskenverfahren während des Vakuum-Aufdampfverfahrens. Ein solches Aufdampfverfahren
mit Hilfe von Masken birgt aber mannigfaltige Nachteile. Insbesondere dann, wenn die zu
erstellenden Widerstände außergewöhnlich klein und von gewundener Form sein sollen. Eine gewundene
Form ist deshalb erforderlich, um höhere Widerstandswerte
bei geringstem Platzbedarf erzielen zu können. Solche Maskenverfahren sind nicht nur deshalb nachteilig,
weil ihr Erstellungsaufwand relativ groß ist, sondern auch weil ihrem Auflösungsvermögen eine
bestimmte Grenze gesetzt ist, die ohne weiteres nicht unterschritten werden kann, ganz abgesehen davon,
daß eine bestimmte mechanische Festigkeit und Steifheit gewahrt bleiben muß. In gewisser Weise läßt sich
dadurch Abhilfe schaffen, daß verschiedene Masken in aufeinanderfolgenden Abdampfungsvorgängen verwendet
werden. Dies hat aber wieder andere Nachteile zur Folge, nämlich die, daß dieKonturen in aufeinanderfolgenden
Gängen übereinstimmen müssen, so daß jeweils ihre Lage justiert werden muß und/oder daß
ein Verwerfen, Ausdehnen und Zusammenziehen der Masken berücksichtigt werden muß.
Eine hervorragende Eigenschaft der Cermets-Materialien ist die, daß sie eine große chemische Stabilität
besitzen. Diese Eigenschaft aber ist es gerade, die eine Anwendung von Ätzvorgängen zur Formgebung
der Widerstandsschichtverläufe äußerst erschwert. So besitzt z. B. eins der am meisten verwendeten
Cermet-Materialien, nämlich Chrom-Siliziummonoxyd, in dem beide Anteile je zu 50% enthalten sind, einen
solch hohen Siliziummonoxyd-Gehalt, daß ein gut brauchbares Ätzmittel zur Auflösung des Cermets,
ζ. B. Flußsäure, außerdem die Trägerunterlage, wie z. B. Siliziummonoxyd oder Glas angreift.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Cermet-Dünnschichtwiderständen
derart zu gestalten, daß das Anätzen des Substrates vermieden und die Haftfestigkeit der für
die Anschlußleitungen notwendigen Metallschicht auf dem Cermet verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Cermetschicht zur Bildung einer
elektrisch leitenden Schicht eine Metallschicht (16) derart aufgebracht wird, daß zu Beginn der Metallschichtauftragung
ein geringer Anteil der im Cermet enthaltenen Metallsubstanz zugesetzt wird, daß dann
die leitende Schicht entsprechend dem Anschlußleitungsmuster mit einer ersten Chloridlösung abgetragen
wird, die die Cermetschicht nicht angreift, und daß mittels einer Maske die Cermetschicht entsprechend
dem gewünschten Widerstandsmuster mit einer zweiten Chloridlösung unter nicht Angreifen
des Substrats (10) abgetragen wird.
Dank der Erfindung ist in vorteilhafter Weise gewährleistet,
daß sowohl die Substratsubstanzen beim Ätzen der Widerstandsschichten als auch die Cermetschicht
.beim Ätzen des Leitungsmusters nicht angegriffen werden. Außerdem hat sich gezeigt, daß als
weiterer Vorteil eine sehr gute, allen Ansprüchen gerecht werdende Haftung zwischen der Cermet-
und der Metallschicht zu erzielen ist.
Wenn ein Chrom-Siliziummonoxyd-Cermet verwendet wird, genügt es vollständig, wenn der Metallanteil
mindestens bei 70 Atomprozent liegt. In diesem Fall kann ein Ätzverfahren Verwendung finden, das
zum Ätzen von reinem Chrom geeignet ist. Die Oberflächenschicht wird vor dem Ätzvorgang durch Bestreuen
mit Zinkteilchen oder Zinkpulver entsprechend vorbereitet, so daß eine anschließende Behandlung
mit einer Aluminiumchlorid-Lösung als Ätzmittel angewendet werden kann.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn auf das Substrat, das aus Glas mit Siliziummonoxydüberzug
besteht, eine Cermet-Schicht durch Ent-
. -spannungsverdampfen niedergeschlagen wird, die aus
90'Atomprozenten Chrom und aus einem entsprechenden Rest von Siliziummonoxyd besteht, wobei die
Trägerunterlage auf 2000C aufgeheizt wird. Da bei
dem · erfindungsgemäßen Verfahren keine Flußsäure Anwendung findet, die, wie oben beschrieben, Siliziummonoxyd
und Siliziumdioxyd angreifen kann, erfolgt auch keine Beschädigung oder Verletzung des
Substrates während des Ätzvorgangs.
In vielen Anwendungsfällen jedoch ergeben sich weitere Probleme, insbesondere dann, wenn wie gemäß
der Erfindung auf die Cermet-Schicht eine elektrisch leitende Schicht aufgedampft worden ist. Diese elek-
frisch leitende Schicht wird deshalb einem Ätzverfahren unterworfen, um entsprechende Anschlußstücke
für die Widerstandsschicht bereitzustellen, wobei dann die Formgebung des Widerstandsschichtverlaufs
in den Flächenbereichen erfolgt, bei denen das Kupfer entfernt worden ist. Zum Aufbringen der
Kupferschicht wird im allgemeinen zunächst eine Metallschicht aufgetragen, die dem Metall des Cermets
entspricht. Zum Wegätzen der leitenden Schicht 'muß dann nach Entfernen der Kupferlage die Chromlage
mit Hilfe eines Chromätzmittels entfernt werden. Dies hat dann aber zur Folge, daß auch das darunterliegende
Cermet-Material durch diesen Ätzvorgang angegriffen wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn
ein relativ hoher Chromanteil im Cermet-Material enthalten ist. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung
ist dieses Problem dann dadurch gelöst worden, daß als unterste Lage der leitenden Schicht
auf die Cermet-Schicht eine Chrom-Kupfer-Legierung niedergeschlagen wird und anschließend eine reine
Kupferlage aufgebracht wird. Auf diese Weise wird eine noch ausreichende Adhäsion zwischen der Cermet-Schicht
und der elektrisch leitenden Schicht gewährleistet. Außerdem ist dann ein Ätzmittel für den Metallanteil
der elektrisch leitenden Schicht anwendbar, der nicht dem Metallanteil der Cermet-Schicht entspricht.
Damit ist also ein Wegätzen der elektrisch leitenden Schicht ohne Zerstörung der Cermet-Schicht
möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des im Anspruch 1 beschriebenen Verfahrens wird zunächst
auf die elektrisch leitende Schicht eine erste Photowiderstandsschicht aufgetragen, die entsprechend dem
ersten Muster belichtet und darauf entwickelt wird, worauf dann die freigegebenen Flächenteile
der leitenden Schicht im darauffolgenden ersten Ätzverfahren einer Eisenchloridlösung ausgesetzt
werden.
Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken wird das sich so ergebende Werkstück mit einer zweiten
Photowiderstandsschicht überzogen, die dann entsprechend dem zweiten Muster belichtet und darauf
entwickelt wird. Die hierbei freigelegten Oberflächenteile der Cermet-Schicht werden einer Aluminiumchlorid-Lösung
während des zweiten Ätzverfahrens ausgesetzt.
Vorteilhafterweise werden nach jedem Ätzvorgang Waschvorgänge eingeschoben, wobei mit Hilfe von
Wasser und Methanol unter Anwendung von Ultraschall die beim Ätzvorgang übriggebliebenen Teilchen
weggespült werden.
Um stabile Widerstandswerte mit möglichst geringen Toleranzen zu erhalten, werden die fertigen Werkstücke
unter Überwachung des Widerstandswertes in einer Argonwasserstoff-Atmosphäre gemäß einem
weiteren Erfindungsgedanken auf 400 bis 450°C mindestens 1 Stunde aufgeheizt. Die Dauer der Aufheizzeit
ergibt sich dann aus dem Verlauf des gemessenen Widerstandswertes. Gemäß der Erfindung
können also äußerst kleine und feingewundene Widerstände mittels des photographischen Maskenverfahrens
und des anschließenden Ätzvorgangs auf einem einzigen Substrat hergestellt werden, ohne daß
die Nachteile bekannter Verfahren auftreten.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe
nachstehend aufgeführter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt jeweils ausschnittsweise im Querschnitt
F i g. 1 die einzelnen Schichten des Werkstücks vor der Bearbeitung,
F i g. 2 das gleiche Werkstück nach Belichtung und Entwicklung der oberen Photowiderstandsschicht,
F i g. 3 das gleiche Werkstück nach Ätzung der darunterliegenden metallischen Schicht,
F i g. 4 das gleiche Werkstück nach Aufbringen einer neuen noch unbelichteten und unentwickelten Photowiderstandsschicht,
F i g. 5 das gleiche Werkstück, nachdem diese neue Photowiderstandsschicht belichtet und entwickelt
worden ist,
F i g. 6 das gleiche Werkstück nach Ätzung der unmittelbar nächstfolgenden Schicht,
F i g. 7 das Endprodukt nach Aufbringen einer Schutzschicht.
Um ein geeignetes Verfahren zur Ätzung von metall-dielektrischen Cermet-Widerständen, speziell
von Chrom-Siliziummonoxyd-Cermet- Widerständen, bereitzustellen, hat das Problem darin bestanden,
eine solche Zusammensetzung zu finden, die es gestattet, Widerstandsschichten mit Hilfe von anderen
Lösungsmitteln als Fluorwasserstoff od. dgl. zu ätzen, die nämlich ebenfalls benachbarte Schichten angreifen.
Als zweite Notwendigkeit hat sich ergeben, leitendes Schichtmaterial zu finden, das sowohl während aller
Phasen des Ätzvorganges als auch der darauffolgenden Reinigungs-Arbeitsgänge fest auf der Widerstandsschicht
haftenbleibt, aber außerdem in einem weiteren Ätzvorgang aufgelöst wird, ohne daß die Widerstandsschicht
angegriffen wird.
Es hat sich herausgestellt, daß sich die bei der Verdampfung durch Entspannen hergestellten Wider-Standsschichten,
bestehend aus einem Pulver mit 90 Atomprozent Chrom und 10 Molekülprozent Siliziummonoxyd, gut in einem Lösungsmittel, bestehend
aus 453,59 g AlCl3 · 6 H2O, 30 ml Phosphorsäure
(H3PO4) und 400 ml Wasser ätzen lassen. Wie
ίο beim Ätzen von reinen Chromschichten wird die
Oberfläche der Widerstandsschicht zunächst durch Behandlung mit Zink-Kontaktkörpern oder -Pulver
für das Ätzmittel angreifbar gemacht. Wird das gleiche
Lösungsmittel aber auf Schichten angewendet, die aus 70 Atomprozent Chrom- und 30 Molekülprozent
Siliziummonoxyd-Pulver bestehen, dann geht der Lösungsvorgang äußerst langsam vor sich, mit dem
Ergebnis einer Inselbildung von Schichtresten auf dem Schichtträger. Dementsprechend scheint die untere
Grenze der Chromkonzentration in der Cermetschicht bei ungefähr 70 Atomprozent zu liegen.
Die Adhäsion einer reinen Kupferschicht auf die frisch präparierte Widerstandsschicht ist aber völlig
. unzureichend. Wird aber der Chromanteil beim Aufdampfen
herabgesetzt, um die Adhäsion zu verbessern, ,dann tritt die Schwierigkeit auf, daß das benutzte
Lösungsmittel zum Entfernen des Chroms in gleicher Weise die Widerstandsschicht angreift. Ein anderes
Verfahren zum Erhöhen der Adhäsion von Kupferschichten auf verschiedenen Oberflächen besteht darin,
gleichzeitig Chrom und Kupfer aufzudampfen. Chromreiche Kupferlegierungen sind jedoch nicht in EisenchloridLLösungen
löslich, dem üblichen Agens, um örtlich auftretende Bereiche eines Kupferüberschusses
zu beseitigen. Es hat sich herausgestellt, daß durch Aufdampfen von Chrom mit einer Geschwindigkeit
von etwa 3 Ä/sec gleichzeitig mit Kupfer bei einer Geschwindigkeit von etwa 25 Ä/sec eine Legierungsschicht gebildet wird, die sowohl in einer Eisenchlorid-
Lösung noch löslich ist als auch fest an der darunterliegenden Widerstandsschicht haftenbleibt. Das gleiche
Ergebnis wird herbeigeführt, wenn die Legierung statt Chrom Aluminium enthält.
Zum Aufdampfen wird das oben beschriebene Gemisch von 90% Chrom und 10% Siliziummonoxyd verwendet, um Widerstandswerte von 40 bis 50 Ω pro Fläche zu erhalten. Durch Variation der Schichtdicke läßt sich noch ein größerer Bereich erzielen. Im Gegensatz zu Widerstandsschichten, die aus 50% Chrom und 50% Siliziummonoxyd bestehen, ändert sich der spezifische Widerstand für die obengenannten Widerstandsschichten bei der nachfolgenden Aufheizung nicht wesentlich. Durch Aufheizen in einer Argon-Wasserstoffatmosphäre auf 4500C während einer Zeitspanne von einigen Stunden sinkt der Widerstandswert auf nicht mehr als 20 % des ursprünglichen Wertes ab. Nach dieser Behandlung bleibt der Widerstandswert dann sehr stabil.
Zum Aufdampfen wird das oben beschriebene Gemisch von 90% Chrom und 10% Siliziummonoxyd verwendet, um Widerstandswerte von 40 bis 50 Ω pro Fläche zu erhalten. Durch Variation der Schichtdicke läßt sich noch ein größerer Bereich erzielen. Im Gegensatz zu Widerstandsschichten, die aus 50% Chrom und 50% Siliziummonoxyd bestehen, ändert sich der spezifische Widerstand für die obengenannten Widerstandsschichten bei der nachfolgenden Aufheizung nicht wesentlich. Durch Aufheizen in einer Argon-Wasserstoffatmosphäre auf 4500C während einer Zeitspanne von einigen Stunden sinkt der Widerstandswert auf nicht mehr als 20 % des ursprünglichen Wertes ab. Nach dieser Behandlung bleibt der Widerstandswert dann sehr stabil.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung sind die nachstehend
aufgeführten Verfahrensschritte vorgesehen, wobei sich die ersten fünf auf F i g. 1 beziehen, während
die folgenden sich jeweils auf eine der weiteren Abbildungen beziehen:
1. Eine hitzebeständige Glasunterlage 10 mit den Abmessungen 62,5 · 87,9 · 1,0 mm und bei der eine
Seitenfläche poliert ist, wird in Wasser und Me-
thanolbädern unter Zuhilfenahme von Ultraschall gereinigt.
2. Auf die Gesamtfläche dieser Unterlage wird unter Vakuum bei etwa 3500C eine 5000 bis 15 000 Ä
dicke Siliziummonoxyd-Schicht 12 aufgedampft.
3. Durch Entspannungs-Verdampfen unter Vakuum von einem 90 Atomprozent Chrom- und 10 Molekülprozent
Siliziummonoxyd-Pulvergemisch wird eine Widerstandsschicht 14 gebildet. Die Schicht
schlägt sich auf die Gesamtoberfläche des Substrats nieder, das auf eine Temperatur von etwa
2000C gebracht und gehalten wird. Der Schichtwiderstand
der wachsenden Schicht wird mit Hilfe einer besonderen Unterlage mit daran angebrachten
Metallkontakten überwacht, so daß das Aufdampfverfahren abgebrochen wird, wenn ein
Widerstandswert von etwa 45 Ω pro Fläche erreicht ist. Die Dicke dieser Cermet-Widerstandsschicht
hat z. B. einen Wert von etwa 1200 Ä.
4. Das Substrat wird anschließend in ein anderes Vakuumgefäß eingebracht, in dem über die gesamte
Oberfläche eine Metallschicht aufgetragen wird. Für diesen Verfahrensschritt ist eine Chrom-
und Kupfer-Verdampfungsquelle so eingerichtet, daß Aufdampfungsraten von 3 Ä/sec bzw. 25 Ä/sec
eingehalten werden. Nach etwa 30 Sekunden wird, die Verdampfung von Chrom abgebrochen, wohingegen
die Verdampfung von Kupfer so lange fortgesetzt wird, bis eine Gesamtschichtdicke von
etwa 10 000 Ä erreicht ist. In dieser Weise besteht die Schicht 16 in Wirklichkeit aus zwei Lagen,
nämlich einer Legierungslage 16 a und einer Kupferlage 16b.
5. Die so geschichtete Platte erhält eine Photowiderstandsschicht
18 und wird bei 1000C gehärtet. Das sich ergebende Werkstück ist in F i g. 1
dargestellt.
6. Eine photographische Platte mit der Abbildung der gewünschten Widerstandsstege und der elektrischen
Verbindungen wird auf das Werkstück (F i g. 1) gelegt und wird mit Hilfe einer Bogenlampe belichtet.
Nach Entwicklung der so gewonnenen Abbildung werden die freigelegten Oberflächenbereiche
der Schicht 16 (F i g. 2) einer Eisen-Chlorid-Lösung ausgesetzt, so daß die darunterliegenden
Schichtteile aufgelöst werden, wie es als Ergebnis in F i g. 3 dargestellt ist. Wie dieser
Darstellung zu entnehmen ist, werden in diesem Verfahrensschritt nicht nur die entsprechenden
Teile der Kupferlage 16Zj, sondern auch die der Legierungslage 16a abgetragen.
7. Die im vorhergehenden Verfahrensschritt verbliebenen Reste der Photowiderstandsschicht werden
abgetragen, die sich ergebende Oberfläche wird sorgfältig gereinigt, darauf mit einer neuen
Photowiderstandsschicht 22 (F i g. 4) überzogen und ebenso behandelt, wie die zuerst aufgetragene.
8. Eine photographische Platte mit den gewünschten Widerstandsstegen wird dann auf das Werkstück
abgebildet und belichtet. Nach dem Entwickeln werden die so freigelegten Oberflächenbereiche 24
(Fig. 5) der Chrom-Siliziummonoxyd-Schicht 14 einer AlCl3-Lösung ausgesetzt und die darunterliegenden
Schichtteile weggeätzt. Während die Photowiderstandsschicht-Abbildung nach F i g. 2
in der Hauptsache dazu diente, die Schicht 16 so
ίο aufzuteilen, damit in diesem Ausführungsbeispiel
zwei Anschlußstücke 26, 28 (F i g. 2) entstanden, dient die Photowiderstandsschicht-Abbildung 30
bei der Anordnung nach F i g. 5 dazu, Ausschnitte in der Widerstandsschicht 14 zu markieren, was
in diesem Falle dazu führt, daß ein gekrümmter, aber kontinuierlicher Widerstandsweg 32 (F i g. 6)
zwischen den Anschlußstücken 26, 28 entsteht.
9. Die Überreste der Photowiderstandsschicht 22 werden abgezogen, und die verbleibende Oberfläche
wird sorgfältig in Wasser und Methanol
unter Anwendung von Ultraschall gereinigt.
10. Eine Siliziummonoxydschicht 34 (F i g. 7) wird in einer Dicke von 10 000 bis 15 000 Ä unter Vakuum bei einer Substrattemperatur von etwa 3500C niedergeschlagen, so daß eine Schutzschicht ...... entsteht.
10. Eine Siliziummonoxydschicht 34 (F i g. 7) wird in einer Dicke von 10 000 bis 15 000 Ä unter Vakuum bei einer Substrattemperatur von etwa 3500C niedergeschlagen, so daß eine Schutzschicht ...... entsteht.
1-1. Die Widerstandswerte werden gemessen.
12. Unter Überwachung eines der Widerstände eines Substrates wird das Substrat in einer Argon-Wasserstoff-Atmosphäre zwischen 1 bis 6 Stunden auf eine Temperatur von 400 bis 45O0C aufgeheizt. Genaue Aufheizungszeiten und -temperaturen ergeben sich je nach dem Meßwertverlauf des überwachten Widerstandes.
12. Unter Überwachung eines der Widerstände eines Substrates wird das Substrat in einer Argon-Wasserstoff-Atmosphäre zwischen 1 bis 6 Stunden auf eine Temperatur von 400 bis 45O0C aufgeheizt. Genaue Aufheizungszeiten und -temperaturen ergeben sich je nach dem Meßwertverlauf des überwachten Widerstandes.
13. Alle Widerstandswerte eines Substrates werden nochmals gemessen. Werden engere Widerstandswert-Toleranzen
gefordert, dann wird durch örtliche Aufheizung der jeweiligen Widerstände nachgeholfen. Beispiele für Widerstände eines
nach obigem Verfahren hergestellten Substrates ergeben:
45
Nominalwert | Anzahl | Widerstands | in mm Länge |
vernaitnis |
der | der | abmessungen | 0,254 | Länge zu Breite |
Widerstände in Ω |
Wider stände |
jeweils Breite |
0,254 | 0,50 |
20 | 10 | 0,508 | 0,508 | 0,83 |
33 | 80 | 0,306 | 0,762 | 1,67 |
66 | 12 | 0,306 | 21,6 | 2,50 |
100 | 48 | 0,306 | 170 | |
6800 | 10 | 0,127 |
In Tabelle II wird jeweils der Mittelwert, höchster und niedrigster Widerstandswert jeder Kategorie von
Widerständen eines einzigen Substrats vor und nach dem Aufheizen angegeben.
Nominalwert | Werte vor Aufheizung | 25,5 | in Ω | niedrig | Werte nach Aufheizung in Ω | hoch | niedrig |
der Widerstände in Ω | Mittelwert [ hoch | 42,3 | 21,3 | Mittelwert | 21,8 | 18,0 | |
20 | 22,9 | 87,0 | 34,8 | 19,4 | 36,0 | 29.5 | |
33 | 38,0 | 123,5 | 72,0 | 32,3 | 68,3 | 60,1 | |
66 | 77,1 | 8,192 | 111,6 | 65,0 | 103,9 | 94,4 | |
100 | 117,6 | 7,435 | 99,3 | 6,955 | 6,324 | ||
6800 | 7,824 | 6,643 |
Aus der Tabelle II ergibt sich, daß sich die Mittelwerte der Widerstände nach dem Aufheizen in allen
Kategorien um etwa 15% gesenkt haben. Korrektur durch örtliches Aufheizen, wie oben beschrieben, ist
nur bei einem Widerstand durchgeführt worden. Hierbei hat sich ergeben, daß nach Ofen-Aufheizung
erfolgter örtlicher Aufheizung der Widerstandswert von 73,7 auf 68,3 Ω hingetrimmt werden konnte.
Die sich ergebenden Endwerte schwanken alle jeweils zwischen ±10% um die Nominalwerte. Fernerhin
zeigt sich, daß die Endmittelwerte jeweils enger an die Nominalwerte angeschlossen sind als die Mittelwerte
vor der Nachbehandlung. Außerdem ist die Streuung um so kleiner, je höher die geforderten Widerstandswerte
sind. Das bedeutet aber, daß die Genauigkeit vorgeschriebener Werte um so besser erreicht wird,
je größer das Verhältnis von Länge zu Breite ist. Daraus ergibt sich dann die Genauigkeit, die durch die
Festlegung von Widerstandsstegen mit Hilfe photographischer Maskenverfahren und nachfolgender
Ätzung erreicht werden kann.
In Tabelle III schließlich ist jeweils sowohl die Abweichung der Mittelwerte von den Nominalwerten
nach der Aufhetzung als auch die Gesamtstreuung angegeben. '"
Nominalwert | Werte nach | Aufheizung |
der Widerstände | Abweichung vom | |
in | Mittelwert | |
20 | -3,0% | |
33 | -2,0% | |
66 | -1,5% | |
100 | -0,7% | |
6800 | -2,4% | |
Gesamtstreuung | ||
19,6% | ||
20,1% | ||
12,4% | ||
9,6% | ||
9,5% |
Die relativ große Abweichung des Mittelwertes im Betrag von —2,4% vom vorbestimmten Widerstandswert
von 6800 Ω ergibt sich aus der besonderen Form dieser Widerstände. Diese Widerstandsstege
sind hierbei nämlich mäanderförmig gewunden, so daß es infolge der Krümmungen und Ecken schwierig
ist, deren Längen-zu-Breitenverhältnis exakt zu bestimmen.
Auf jeden Fall ergibt sich aus den in den Tabellen angegebenen Daten, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens eine große Anzahl von Präzisionswiderständen mit geringeren Toleranzen als ±5%
hergestellt werden kann, wenn bei den photographischen Verfahren einige Sorgfalt angewendet wird und
die Widerstandsabmessungen in geeigneter Weise gewählt werden. Das Verhältnis von Maximalwert
zu Minimalwert beträgt bei den den Tabellen zugrunde liegenden Werten 340:1, was aber keine obere Grenze
dieses Verhältnisses bedeuten soll, die mit dem erfindungsggemäßen Verfahren zu erreichen ist.
Wie bereits erwähnt, hat sich herausgestellt, daß an Stelle von Chrom ohne weiteres auch Aluminium in
der Legierungslage 16 a verwendet werden kann. Die Eisenchlorid-Lösung, die die Kupferlage 16b angreift,
vermag aber ebensogut die kupferreiche Kupfer-Aluminium-Legierung anzugreifen, so daß sich das
gleiche Ergebnis erzielen läßt, wie mit der Kupfer-Chrom-Legierung. Außerdem kann reines Aluminium
für die Bildung der Lage 16a Verwendung finden, die dann durch Ätznatron, ohne das darunterliegende
Chrom-Süiziummonoxyd-Cermet zu beschädigen, weggeätzt werden kann. In vielen Anwendungsfällen
jedoch wird es vorzuziehen sein, eine Kupferlage 16a zu verwenden, insbesondere dann, wenn Lötanschlüsse
angebracht werden sollen. Zur Vereinfachung des Ätzvorgangs dürfte eine Aluminium-Kupfer-Legierung
den Vorzug vor einer nichtlegierten Aluminiumlage haben. Jedenfalls ist dargelegt worden, daß erfindungsgemäß
Verfahren bereitgestellt werden, die es gestatten, die Cermet-Schicht 14 und die leitende
ίο Schicht 16 je besonders zu ätzen.
Zusammenfassend ergibt sich also, daß gemäß der Erfindung Mischungssysteme in ein oder mehreren
Schichten eines geschichteten Dünnfilms verwendet werden, worin eine bestimmte Schicht durch ein
Lösungsmittel für einen Anteil des betreffenden Mischungssystems geätzt werden kann, während ein
oder mehrere andere Anteile dieses Systems ohne Beschädigung angrenzender Teile nicht direkt angegriffen
werden können. Während im vorliegenden
Fall nur ein spezielles Ätzverfahren unter Anwendung einer Aluminium-Chloridlösung bei einem chromreichen
Cermet eingehend beschrieben worden ist, bedarf es keiner Frage, daß die grundsätzliche Lehre
der Erfindung, nämlich Cermets-Materialien zu ätzen, in vielfacher Weise abgewandelt werden kann. Hierbei
"ist darauf zu achten, daß nur der Metallanteil des Cermets und nicht sein dielektrischer Anteil angegriffen
wird, so daß das dielektrische Material keinen Halt mehr besitzt, obgleich es selbst nicht aufgelöst
worden ist. Praktisch hängt dabei die untere Grenze des Metallanteils des Cermets von der Wirksamkeit
des zu verwendenden Lösungsmittels ab. Auf alle Fälle sollte aber der Metallanteil des Cermets noch
groß genug sein, daß er sowohl ohne weiteres durch das Lösungsmittel angreifbar ist, als auch nach seiner
Auflösung nichtgebundene Dielektrikumsteilchen zurückläßt, die dann in einem nachfolgenden Waschvorgang
beseitigt werden. Dieser Waschvorgang kann zugleich mit dem Ätzvorgang unter der Wirkung
des Ätzbades selbst erfolgen oder durch wirksamere Methoden, wie z. B. Abwischen und/oder Ultraschallanwendung
wie beim oben beschriebenen 9. Arbeitsgang.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von Cermet-Dünnschichtwiderständen durch Niederschlag eines Cermets
auf ein Substrat und anschließendem Aufbringen von Anschlußleitungen, dadurch gekennzeichnet,
daß auf die Cermetschicht (14) zur Bildung einer elektrisch leitenden Schicht eine Metallschicht (16) derart aufgebracht wird,
daß zu Beginn der Metallschichtauftragung ein geringer Anteil der im Cermet enthaltenden
Metallsubstanz zugesetzt wird, daß darauf die leitende Schicht (16) entsprechend dem Anschlußleitungsmuster
mit einer ersten Chlöridlösung abgetragen wird, die die Cermetschicht (14) nicht
angreift, und daß mittels einer Maske die Cermetschicht (14) entsprechend dem gewünschten Widerstandsmuster
mit einer zweiten Chloridlösung abgetragen wird, die das Substrat (10) nicht angreift.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Substrat (10), das aus Glas
mit Siliziummonoxyd-Überzug besteht, eine Cermetschicht (14) durch Entspannungsverdampfen
niedergeschlagen wird, die mindestens aus 70 Atom-
109 532/169
prozent Chrom und aus einem entsprechenden Rest von Siliziummonoxyd besteht, wobei das Substrat
(10) auf 2000C aufgeheizt wird.
3. Verfahren mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als unterste Lage
(16 a) der leitenden Schicht (16) eine Chrom-Kupferoder eine Aluminium-Kupfer-Legierung niedergeschlagen
wird und anschließend eine reine Kupferlage (16 b) aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Chrom mit einer Aufdampfungsrate
von 3 Ä/sec und Kupfer mit einer Aufdampfungsrate von 25 Ä/sec niedergeschlagen wird und daß
die Aufdampfung von Chrom nach 30 Sekunden abgebrochen wird, während die Aufdampfung
von Kupfer bis zum Erreichen einer Gesamtschichtdicke von etwa 10 000 Ä fortgesetzt wird.
5. Verfahren mindestens nach Anspruch 1 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die
elektrisch leitende Schicht (16) eine erste Photo-Widerstandsschicht (18) aufgetragen wird, die entsprechend
dem ersten Muster belichtet und darauf entwickelt wird, und daß die dann freigegebenen
Flächenteile der leitenden Schicht (16) im ersten darauffolgenden Ätzverfahren einer Eisenchloridlösung
bzw. einer Ätznatronlösung ausgesetzt werden.
6. Verfahren mindestens nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sich so ergebende
Werkstück mit einer zweiten Photowiderstandsschicht (22) überzogen wird, die dann entsprechend
dem zweiten Muster belichtet und darauf entwickelt wird, und daß die hierbei freigelegten
Oberfiächenteile der Cermetschicht (14) einer Aluminium-Chloridlösung während des zweiten
Ätzverfahrens ausgesetzt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Ätzvorgang
ein Waschvorgang mit Hilfe von Wasser und Methanol unter Anwendung von Ultraschall
durchgeführt wird.
8. Verfahren mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fertige Werkstück
unter Überwachung des Widerstandswertes in einer Argon-Wasserstoff-Atmosphäre auf 400
bis 4500C für mindestens 1 Stunde aufgeheizt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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