DE1540175A1 - Elektrische Widerstaende und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Elektrische Widerstaende und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
DIPL-ING. .
HELMUT GORTZ 2Ov Juli 1965
hankfurta. Main Gzy/Pk
15401
Elektrische 'Widerstände und Terfahren zu
ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft elektrische Widerstände, insbesondere
ein Verfahren aum Passivieren und Herstellen τοη Viderstandakqntakten auf dünnen filmförmigen Widerständen»
Mit dem Anwachsen der Mikroschalter-Technik wurden neue
Anwendungen für dünne filmförroige Schaltungselemente
gefunden. Die üblichen dünnen filmförmigen Schaltungen
werden hergestellt durch Niederschlagen von dünnen filmförmigen Widerständen und Kondensatoren auf einer
passiven Unterlage, typische derartige Unterlagen bestehen
aus Qlae oder keramisohen Stoffen. Die vorverfertigten
aktiven Bestandteile solcher Schaltungen werden dann
untereinander durch die dünnen flloförttigen Element·
verbunden. Aus einen Stück beetehende Schaltungen haben
aktiv« Bestandteile und bisweilen auch passive Bestandteile, die in einen kristallinen Halbleiter eingearbeitet
sind, sie enthalten üblicherweise eine passivlerende
Ozydsohioht auf der Oberfläch· des Halbleiters. Dünne
filmförmige Bestandteile können auf der Oberfläche der
passivlerenden Schicht angeordnet seinj sie können ait
den aktiven Komponenten unter der päesivlerenden Sohicht
verbunden sein· Die so hergestellten Schaltungen sind in
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BADORiQlNAt
der Fachwelt ale "compatible integrated circuits" CIG
bekannt« Übliche dünne ffllmschaltungen und CIO-Schaltungen
gehören beide zu den Schaltungen, die in der Anmeldung
behandelt werden»
Bei der Herstellung solcher schaltungen muß die hohe
Temperaturbeanspruchung berücksichtigt werden, die beim
Zusammenbau der einzelnen Teile auftreten kann. Halbleitende Teile werden häufig mit ihrer Unterlage bei
Temperaturen über 40O0C verbunden, flache Packungen
werden mitunter bei Temperaturen zwischen 400 und SOO0C
.befestigt, fertige Paokungen v/erden oft bei Temperaturen
bis zu 5000C auf ihre Zuverlässigkeit geprüft. Derartige
hohe Temperaturen können mitunter drastische Änderungen
in ungeschützten Filabestandteilen hervorrufen. So wird
zum Beispiel das Nickel in widerständen aus Nickel-Chrom
bei aolchen Temperaturen schnell genüg oxydiert, um
die Werte des Widerstandes deutlich zu ändern· Widerstände aus Nitriden können mit dem Stickstoff der-umgebenden Atmosphäre bei höheren Temperaturen reagieren»
wodurch ebenfalls Inderungen ähnlicher Art verursacht werden. .
Man kann diese schädlichen Wirkungen verringern, wenn
man den Widerstandsfila mit einen paaslvlerenden Medium,
zum Beispiel mit einer Oxidschicht, überzieht. Die«·
paasivlerende oohioht verhindert den Zutritt von Oasen :
aus der Umgebung. Bei Versuchen über das Altern bei 1I
hohen Temperaturen wurde gefunden, daß passivierte
Bestandteil· beständiger sind als unpaasivierte Bestandteil·* Be ist aber schwierig, einen guten Kontakt eu
einen paaeivierten PiIm für integrierte Schaltungen
herzustellen.
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BAD ORIGfNAi.
Man kann Löoher durch die passivierende Schicht ätzen,
so daß der unter der Schicht befindliche PiIm durch die
Löcher hinduroh metallisiert werden kann. Eb besteht
aber hierbei die Möglichkeit, dass der Metallfilm selbst hinweggeatzt wird. Ferner besteht die Möglichkeit» daß
das Ätzen nicht vollständig durch die passivierende Schicht hindurchdringt und daß gewisse Mengen von
oxydischem Material in dem Gebiet erhalten bleiben, wo
der Kontakt zu dem Widerstand hergestellt »/erden soll«
Das Kontaktmetally welches anschließend daran in den
Löchern abgelagert wird, kann also daran gehindert werden, durch das restliche Oxyd hindurch eine Legierung
zu bilden. Selbst beim Erhitzen wird in solchen Fällen kein guter Kontakt erhalten. Selbst wenn das Metall durch
die Oxydsehioht hindurch dringt, so daß ein elektrisch
sufriedender Kontakt hergestellt ist, so «vird doch in
vielen Fällen die Haftung schlecht sein.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Passivieren und
zum Herstellen von Kontakten mit dünnen filmförmigen
Widerständen, welches zuverlässiger ist als die erwähnten bekannten Verfahren.
Ein anderer Segenstand der Erfindung betrifft die Aueschaltung
von Unsicherheiten beim Itzen eines Loches durch eine passivierende Schicht eines dünnen filmförmigen
v/iderstandes. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird sichergestellt, daß das Ätzmittel die
gesamte passivierende Schicht in dem vorgesehenen Gebiet beseitigt, wo ein Kontakt hergestellt v/erden
soll? der Widerstand selbst wird aber nicht angegriffene
~ 4. «-
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Ein kennzeichnendes Merkmal der Erfindung lat ein
Verfahren zum doppelten Metallisieren für die Herstellung von Kontakten mit passivieren» dünnen filmförmigen widerständen, wobei die Gebiete» innerhalb welcher die Kontakte
hergestellt werden aollen * metallisiert v/erden vor dem
Aufbringen des passivlerenden Oxyde. Darauf werden Löcher
durch die Oxydschicht bis zum ersten metallisierten Gebiet geätzt» worauf man ein zweites Kai metallisiert»
um die Kontakte über die passivierende Schicht zu bringen. Die erste Metallisierung verbessert die Kontakte, da das
Metall auf einer wenig oder nicht verunreinigten Oberfläche des Widerstandes abgelagert wird. Das Ätzen kann
so lange fortgesetzt werden» bis ein Teil des Metalles des Widerstandes entfernt ist» um eine sichere Bildung
von Löchern durch die passivierende Schicht sicherzustellen, ohne das Widerstandsmaterial zu entfernen·
Duroh die erste Metallisierung wird die Zuverlässigkeit
bei der Herstellung von Kontakten erhöhte
Figur 1 zeigt im Querschnitt Widerstände genäse der
Erfindung während verschiedener Stufen des Verfahrens in vergrößertem Mafistab·
filmförmigen Widerstand, auf welchem die Kontaktstellen nach dem Verfahren der Abbildung 1
hergestellt sind« Der Widerstand ist in diesem Falle über der passivierenden Oxydschicht einer
integrierten Schaltung angeordnet.
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Heutsütage v/erden die meisten Widerstandefilme für
integrierte Schaltungen aus Nickel-Chrom-Legierungen hergestellt· Im Nachfolgenden wird die Erfindung in
ihrer Anwendung auf solche Legierungen besehrie ten,
Ee ist aber klar«, daß das erfindungsgemäße Verfahren
auch bei anderen dünnen filmförmigen Widerständen aus
anderen Stoffen angewendet werden kann» zum Beispiel aus ZinnoKyd. Weitere Stoffe zur Herstellung solcher
'Widerstände sind beispielsweise Tantalkarbid, Borsilicid, Zinnitrid, Molybdänborid und Chros-Silioiua-Honoxyd. Derartige und verwandte Stoffe sind unter dem
Handelsnamen "cermet'! bekannt ο Das erfindungsgemäBe
Verfahren kann natürlich auch bei solchen Stoffen und
Verbindungen angewendet werden.
In der Figur 1 zeigt A einen niderstand aus einer
Niokel-Chrom-Legierung, der in Form eines dünnen Filmes
auf einem passiven Träger 11 liegt. Ber passive Träger
kann aus Glas oder glasierten oder unglasierten keramischen Stoffen bestehen· Für gewisse Zwecke können
auch aktive Träger verwendet werden, wie später in Zusammenhang mit Figur 2 gezeigt wird. Die dünnen Filme
aus Hickel-Chrom-Legierungen für Widerstände können
beispielsweise durch Aufdampfen im Vakuum hergestellt werden. Solche verdampfbare Rohstoffe sind beispielsweise als Kügelohen mit 75 - 80 ^ Nickel und 20 - 25 %
Chrom erhältlich. Die Zusammensetzung und die Abmessungen des Films bestimmen seinen Widerstandswert. Typisch sind
Filmdicken von etwa 250 - 1000 ongsträm.
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Hach B ist ein Stück 12 aus einem Metall auf dem Gebiet
des Widerstandes angeordnet, wo ein Kontakt hergestellt werden soll. .<ahrsoheinlich ist Aluminium das geeignetste
Kontaktmetall für r/ideratände aus Niekel-Chrom-Legierungen,
da derartige Kontakte geeignete Widerstände haben und fest mit dem understand selbst verbunden sind. Aluminium iJt
verträglich und geeignet auch für andere passive und
aktive Komponentent so daß gegebenenfalls ein ganz aus
Aluminium bestehendes System verwendet werden kanu. Bas
Aluminiumstück kann ebenfalls durch Aufdampfen im Vakuum
durch eine Öffnung in einer Maske hindurch aufgebracht werden.
Nach C wird in einem nächöten Schritt eine passivierende
Schicht 13 auf der Oberfläche aufgebracht. Diese Schicht kann aus einem einzigen Oxyd, zum Beispiel aus Siliciumdioxid
oder Aluminiumoxyd, bestehen oder aus Mischoxyden
wie Al0O, . SiOo oder A1«O, . B0O,. FasslrieieeRde
d } d d 5 d 3
Schichten aus solchen und anderen Stoffen können durch
Aufdampfen im Vakuum, durch Aufsprühen oder öureh
Plattieren aus dem Gaszustande aufgebracht werden»
Hach Ö wird eine öffnung 14 durch die passivierende Schicht
13 hindurch bis zum Aluminiumitück 12 geätzt· Hau kann
hierzu das bekannte Maskieren mittels eines liohtwider«
ständigen Materials benutzen«, Bas licht^stäiidige Iriaterisl
kann aufgebracht werden durch Aufpiasein Aufstreichen,
Tauchen, Sprühen oder aiidsrs Verfahren, wofcti «3in Film
über der passivie-enden Schicht 13 entstehte Dieser ?ilm
wird dann ultraviolettem Licht durch ein aegativee photografisches Muster hindurch ausgesetzt» Bann entwickelt
man ihn, um dia niehtbellciiteten Stellen dort
aus dem Gebiet 14 zu entfernen, wo ein Iioch geöffnet
werden soll. Geeignete Entwickler aiad Isthyläthylketon,
Triehloräthylen und dergleichen.
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BAD ORiGiNAL
Dann behandelt man das Ganze mit einer Ätzlösung*
Derartige Lösungen können aus Fluorwasserstoffsäure, einer wässrigen Lösung von Ammoniumbifluorid. oder
aus einer Misohung von Ammoniumfluorid und Fluorwasserstoffsäure bestehen* Diese Ätzmittel greifen die
pajsivierende Oxydschicht 13'an, entfernen aber nicht
den belichteten Überzug 14· Man ätzt ao lange, bis
die ganze Oxydschioht entfernt ist. Die obengenannten
Ätzmittel greifen ebenfalls das Aluminium 12 an; das läßt sich aber durch .Augenschein feststellen und
man kann das Ätzen unterbrechen, wenn dieser Punkt erreicht istc Auf diese Art kann sichergestellt werden,
daß das Looh 14 durch die Schicht 13 hindurch geätzt
ist, so daß kein restliches Oxyd unter dem Kontaktmetall»
das später aufgebracht wird, vorhanden ist«.
Nach;der,Ätzstufe entfernt-iaan das lichtempfindliche
Material durch Aufweichen mit einem der erwähnten Entwickler und Abwaschen.
Dann metallisiert man zum zweiten Mal, um einen Kontakt durch das Loch 14 und über die passivierende Schicht
anzubringen* Das wird bei Έ unter 15 gezeigt* Daß
Metallisieren kann durch Aufdampfen im Vakuum geschehen.
Man kann einen zv/eiten lichtempfindlichen Film verwenden,
um das Muster der Metallisation festzulegen. In letzterem Falle wird das obenbeschriebene Verfahren nochmals angewendet
O
Die Vorteile der doppelten Metallisierung gehen aus dieser Beschreibung hervor0 Da1 dae Aluminium 12 direkt
auf einer nichtverunreinigten Oberfläche des
BAD
Widerstandes 10 niedergeschlagen wird, let ein guter
mechanischer und elektrischer Kontakt zu dem Widerstand •gewährleistet. Durch Ätzen bis die Ätzflüssigkeit das
Aluminium 12 angreift bleibt kein Oxyd zurück an der Stelle, wo die zweite Metallisierung stattfindet·
Gegebenenfalle kann man ein weiteres Metall auf der Oberfläche des Aluminiums 12 niederschlagen! bevor die
passivierende Schicht 15 gebildet wird. Dadurch wird
besonders sichergestellt» daß ein Loch durch die Oxydschicht
geätzt wird. Dieses (rwoite Metall kann ein
solches sein, das sichtbar mit der Ätzlösung reagiert, zum Beispiel Titan, Nickel, Zinn oder Zink. Man kann
aber auch ein gegen die Ätzlösung widerstandsfähiges Metall .vie Silber auf das Aluminium aufbringen, um die
Ätzwirkung zu unterbrechen oder zu verlangsamen, bevor das Aluminium erreicht«
Die Abbildung 2 zeigt beispielsweise einen dünnen film- , förmigen Widerstand einer integrierten Schaltung» um zu
zeigen, daß die doppelte Metallisierung auch bei aktiven !Trägern angewendet werden kann. Der dünne filmförmige
v/lderstand 21 ist auf der Oberfläche einer Schioht 22
aus Siliciumdioxyd, welche die 01eiehriohterteile 23» 24 und
25 eines Halbleiters innerhalb eines halbleite&den Kristallelements
26 überzieht« Der Widerstand ist mit dem Träger des Gleichrichters durch das Metall bei 27 verbunden, das seiner«
seits bei 28 mit Metall verbunden ist und einen Kontakt über die passivierende Schicht 30 herstellt. Das Verfahren
zur Herstellung solcher Kontakte 1st genau dasselbe wit oben beschrieben.
Es ist natürlich möglich, die Erfindung auch für andere
Zwecke zu verwenden» Auch solche Verwendungen liegen innerhalb der Erfindungβ
909881 /0454 BADORlGiNAL
Claims (1)
- Motorola, Inc., · 20. Juli 1965Franklin Purk, Illinois, Gzy/PkPATENIANSPRÜCHEο Verfahren zum Pasaivieren und Herstellen von Kontakten auf dünnest filmförmigen Widerständen auf einem Träger, dadurch gekennzeichnet, daß man ~a) in an sich bekannter Weise ein bestimmtes Gebiet des dünnen Filmes metallisiert;b) daß man dann den filmförmigen Widerstand und den metallisierten Teil mit einer isolierenden Schutzschicht überzieht}C-) daß man dann durch ein bestimmtes Gebiet dieser Schutzschicht ein Looh bis zum metallischen Kontakt hindurch ätztid) und daß man schließlich den metallischen Kontakt durch die Öffnung hindurch metallisiert, wobei das Metall auch einen Teil der der öffnung benachbarten Schutzschicht bedeckt.2« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf einen Widerstand aus einer Nickel-Ohrom-Legierung Aluminium aufbringt.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als isolierende Schutzschicht Siliciumdioxid, Aluminiumoxyd oder ein Misehoxyd, zum Beispielverwendete909881/OA5 4Leerseite
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