DE1590704A1 - Process for the production of miniaturized circuits - Google Patents

Process for the production of miniaturized circuits

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DE1590704A1 DE19661590704 DE1590704A DE1590704A1 DE 1590704 A1 DE1590704 A1 DE 1590704A1 DE 19661590704 DE19661590704 DE 19661590704 DE 1590704 A DE1590704 A DE 1590704A DE 1590704 A1 DE1590704 A1 DE 1590704A1
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Schoch Hans Peter
Fritz Stork
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Description

"Verfahren zur Herstellung miniaturisierter Schaltungen" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung miniaturisierter Schaltungen, wie Modul- Mikromodul- oder integrierter Schaltungen, insbesondere zur Herstellung passiver Bauelemente und der die Bauelemente verbindenden Leitbahnen."Method of making miniaturized circuits" The invention relates to a process for the production of miniaturized circuits, such as module Micromodule or integrated circuits, especially for the production of passive ones Components and the interconnects connecting the components.

Die Erfindung besteht bei einem derartigen Verfahren darin, daß die die Bauelemente und Leitbahnen bildenden Widerstands-IsolaU'ions- oder Leitbahnschichten auf ein Substrat chemisch oder elektrochemisch abgeschieden werden.The invention consists in such a method that the Resistance insulation layers or interconnect layers forming the components and interconnects deposited chemically or electrochemically on a substrate.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Isolationsschichten, Leitbahn->der-Widerstandsschichten auf ein Substrat aufzubringen. Bisher wurden solche Schichten, insbeson-" dere die Widerstands- und Leitbahnschichten auf ein Substrat unter Verwendung der bekannten Maskentechnik aufgedampft, oder mit Hilfe des Siebdruckverfahrens aufgebracht. Die Apparaturen für das genannte Aufdampfverfahren sind sehr teuer und aufwendig, da eine Hochvakuumsaufdampf- anlage mit diversen Hilfseinrichtungen vorhanden sein muß. Beim Siebdruckverfahren können die erforderlichen engen Toleranzen nicht eingehalten werden, so daß besonders bei den Widerstandsschichten eine Weiterbehandlung mit Sandstrahlen zur Abgleichung der Widerstände erforderlich ist. The invention was based on the object of applying insulation layers, interconnect> resistance layers to a substrate. Previously, such coatings were par- "the resistance and Leitbahnschichten particular to a substrate using the known mask technique deposited or applied by means of screen printing. The apparatuses for said evaporation method are very expensive and complicated, since a Hochvakuumsaufdampf- plant with various auxiliary equipment must be available. in screen printing, the required close tolerances can not be maintained, so that further treatment with sandblasting for matching of the resistors is required especially in the resistance layers.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut für die Herstellung von Modul- Mikromodul- oder Dünnfilm- Schaltungen oder für integrierte Halbleiterschaltungen. In der Dünnfilmtechnik werden beispielsweise bisher auf ein Keramikplättchen passive Schaltelemente, wie Wider- stände und Kondensatoren aufgedampft. Mittels gleichfalls aufgedampften Leitbahnen werden die einzelnen Bauelemente zu einer Schaltung verknüpft. Bei integrierten Halbleiter-Schaltungen werden gleichfalls vielfach Widerstandsschich- ten auf die den Halbleiterkörper bedeckende Oxydschicht aufgedampft, die dann mit Leitbahnen mit den übrigen in den Halbleiterkörper einlegierten oder eindiffundierten Bauelementen zu einer Schaltung verbunden werden. The method according to the invention is particularly suitable for the production of module, micromodule or thin-film circuits or for integrated semiconductor circuits. In thin-film technology , for example, passive switching elements such as resistors and capacitors have been vapor-deposited onto a ceramic plate. The individual components are linked to form a circuit by means of interconnects that are also vapor-deposited. In the case of integrated semiconductor circuits , resistance layers are also vapor-deposited onto the oxide layer covering the semiconductor body , which layers are then connected to a circuit with interconnects with the other components alloyed or diffused into the semiconductor body.

Die Hauptschwierigkeit bei der chemischen Abscheidung der genannten Materialien bestand in der geringen Haftfestig- keit, die bei Versuchen diese Schichten auf der Unterlage, also beispielsweise auf einer Keramikplatte oder einer Oxydschicht hatten. Durch eine geeignete Vorbehandlung der Unterlage für die chemisch abzuscheidenden Schichten konn- te diese Schwierigkeit beseitigt werden. Außerdem wurde die Unterlage noch mit einer bei der chemischen Abscheidung als Katalysator dienenden Edelmetallschicht versehen. Zur Erhöhung der Haftfestigkeit wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das als Unterlage dienende Substrat mJ1 Hilfe einer Ätzbehandlung aufgerauht. Zu diesem Zwecl können je nach dem zu behandelnden Material die verschiedensten Säuren verwendet werden. Nach dieser Säurevorbehandlung wird das Substrat zur Abscheidung der Katalysatorschicht in eine oder mehrere Metallsalzlösungen getaucht. Bei- spielsweise kann das Keramik- oder Halbleiterplättchen zunächst in Zinnchlorid und im Anschluß daran in Platin- chlorid getaucht werden. Dabei schlägt sich auf dem Sub- strat eine nur wenige Atomlagen starke Platinschicht ab, die bei der weiteren chemischen oder elektrochemischen Schichtabscheidung als Katalysatcr dient. Bei der chemischen bzw. elektrochemischen Schichtabscheidung bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. So kann man ein- mal das Substrat mit einer Lackmaske bedecken, die nur an den Stellen Öffnungen aufweist, an denen das Widerstands-, Isolations- oder Leitbahamaterial durch die Wirkung der dort freigelegten Katalysatorschicht abgeschieden werden soll. Auf diese erste, selektiv aufgebrachte Schicht können dann weitere Schichten, wie dies zur Herstellung von Konden- satoren erforderlich ist, gleichfalls chemisch oder elek- trochemisch abgeschieden werden. The main difficulty in the chemical deposition of the materials mentioned was the poor adhesive strength that these layers had on the substrate, for example on a ceramic plate or an oxide layer , in tests. This difficulty could be eliminated by suitable pretreatment of the substrate for the layers to be chemically deposited. In addition, the base was provided with a noble metal layer serving as a catalyst during the chemical deposition . In order to increase the adhesive strength in the method according to the invention, the substrate mJ1 serving as a base is roughened with the aid of an etching treatment. A wide variety of acids can be used for this purpose, depending on the material to be treated. After this acid pretreatment, the substrate is immersed in one or more metal salt solutions to deposit the catalyst layer. Examples play as the ceramic or semiconductor wafer can first be dipped in platinum chloride in tin chloride and thereafter. A platinum layer, only a few atomic layers thick, is deposited on the substrate and serves as a catalyst in the further chemical or electrochemical layer deposition. There are various possibilities for chemical or electrochemical layer deposition. It may be covered with a resist mask, having openings only at the locations at which the electrical resistance, insulation or Leitbahamaterial is to be deposited by the action of the exposed there catalyst layer once a substrate. On this first, selectively applied layer, further layers, as is necessary for the production of capacitors , can also be deposited chemically or electrochemically.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß eine ganze Oberflächenseite des Substrats mit einer ersten Schicht beispielsweise mit einer Widerstandsschicht versehen wird, auf die dann eine Lackmaske aufgebracht wird, mit deren Hilfe das Schichtmaterial an den dazu vorgesehenen Stellen wieder entfernt wird. Die als Ätzmittel verwendete Säure baut dabei das Widerstandsmaterial an den Stellen ab, an denen die Lackschicht ausgespart ist, währenid die vom Lack bedeckten Teile der Widerstandsschicht von der Säure nicht angegriffen werden. Zur Abscheidung weiterer Schichten kann das hier beschriebene Verfahren beliebig oft wie- derholt werden. Bei einem dritten Verfahren werden alle erforderlichetSchichten in einer bestimmten Reihenfolge auf eine gesamte Ober- flächenseite des Substrats übereinander aufgebracht. Hierzu werden also keinerlei Masken verwendet. Zur Herausarbei- tung der Bauelemente und deren Leitbahnen aua dieser Schich- tenfolge wird diese anschließend jeweils mit einer Maske versehen und mit einem bestimmten Ätzmittel behandelt, das jeweils nur eine bestimmte Schicht angreift. Damit werden Teile der obersten und zuletzt aufgebrachten Schicht wieder entfernt. Dieses Verfahren wird entsprechend der Schichtzahl sooft wiederholt, bis die aus Widerständen, Kondensatoren und Leitbahnen bestehende Schaltung vollständig aus der Schichtenfolge herausgeätzt ist. Another possibility is that an entire surface side of the substrate is provided with a first layer, for example with a resistive layer, to which a lacquer mask is then applied, with the aid of which the layer material is removed again at the points provided for this purpose. The acid used as an etching agent breaks down the resistance material at the points where the lacquer layer is cut out, while the parts of the resistive layer covered by the lacquer are not attacked by the acid. The process described here can be repeated as often as required to deposit further layers . In a third method , all of the required layers are applied one above the other in a specific order to an entire surface side of the substrate. To this end, therefore, no masks are used. To work out the components and their interconnects from this layer sequence, this is then each provided with a mask and treated with a specific etchant that only attacks a specific layer. This removes parts of the top and last layer that was applied. This process is repeated according to the number of layers until the circuit consisting of resistors, capacitors and interconnects is completely etched out of the layer sequence.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert. Figur 1 zeigt im Querschnitt ein Substrat 1, beispielsweise ein Keramikplättchen, auf dessen einer Oberflächenseite nacheinander die Schichten 2, 3, 4 und 5 chemisch oder elektrochemisch abgeschieden werden. Zunächst wird diese Oberfläche jedoch in einem Säurebaud aufgerauht und anschließend mit einer nur wenige Atomlagen starken Katalysatorschicht, beispielsweise aus Platin bedeckt. Die unterste, danach aufgebrachte Schicht 2 besteht beispielsweise aus Nickel und dient als Widerstandsschicht. Die Nickel- schicht wird aus einem Nickelbad abgeschieden, daß sich beispielsweise aus Nickelchlrid, Triäthanolamin, Natrium- hypophosphit, Natriumhydroxyd und aus n-Amylalkohol zusammen- setzt. Nach wenigen Minuten hat sich auf der Substrat- oberfläche eine Nickelschicht von einigen hundert X Dicke abgeschieden. Als nächstens wird die Schicht 3 aus Leitungsmaterial auf die Substratoberfläche abgeschieden. Dazu wird beispielsweise Kupfer aus einer wässrigen Lösung auf die Nickelschicht aufgebracht.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. FIG. 1 shows in cross section a substrate 1, for example a ceramic plate, on one surface side of which layers 2, 3, 4 and 5 are deposited chemically or electrochemically one after the other. First, however, this surface is roughened in an acid building and then covered with a catalyst layer that is only a few atomic layers thick , for example made of platinum. The lowest, then applied layer 2 consists, for example, of nickel and serves as a resistance layer. The nickel layer is deposited from a nickel bath that hypophosphite example, Nickelchlrid, triethanolamine, sodium carbonate, sodium hydroxide and is composed of n-amyl alcohol together. After a few minutes, a nickel layer a few hundred times thick has deposited on the substrate surface. Next, the layer 3 of conductive material is deposited on the substrate surface. For this purpose, for example, copper is applied to the nickel layer from an aqueous solution.

Als dritte Schicht 4 wird ein Isdlationsmaterial aufgebracht, das bei Kondensatoren die Aufgabe des Dielektrikuums übernimmt. Dazu wird das Isolationsmaterial, beispielsweise Siliziumdioxyd in Form von Kolloiden oder Kristallen in Alkohol, Aceton oder in einer anderen geeigneten Flüssigkeit aufgeschwemmt. Die Kolloide und Kristallteßchen umgeben sich in der Flüssigkeit mit Ionen, beispielsweise mit OH-Ionen, und verlieren dadurch ihre elektrische Neutralität. Durch Anlegen einer entsprechend gepolten Spannung wandern die elektrisch geladenen Teilchen zu der als Elektrode verwendeten und zuvor abgeschiedenen Kupferschicht und bilden auf ihr eine zusammenhängende Isolierschicht. Als letztes wird eine weitere, beispielsweise wiederum aus Kupfer bestehende Leitbahnschicht 5 gleichfalls .aus einer wässrigen Lösung auf der Isolierschicht 4 abgeschieden. Figur 2 zeigt in der Draufsicht und Figur 3 im Schnitt das fertige RC-Glied, das sich aus einem Widerstand 6 und einer Kapazität 7 sowie den Leitbahnteilen 8, 9 und 1o zusammen- setzt. Zur Herstellung dieser Schaltung müssen verschie- dene Teile der 4 Schichten wieder entfernt werden. Dabei werden die Teile der Kupferschicht 5 unter Verwendung einer Maske beispielsweise mit Salpetersäure abgeätzt. Diese Kupferschicht bleibt nur im Bereich des Kondensators 7 und dem Kontaktanschluß 9 bestehen, während sie auf der gesamten restlichen Fläche abgetragen wird. Die Isolier- Schicht 4 wird gleichfalls nur.im Kondensatorbereich ge- lassen und dient hier als Dielektrikum, den übrigen Teil entfernt man bei einer Siliziumdioxydschicht mit einer Mi- schung aus Flußsäure und Ammoniumfluorid. Teile der zwei- ten Kupferschicht 3 werden am vorteilhaftesten elektro- lytisch mit Chromsäure abgetragen und nur im Kondensator- bereich und an den für die Leitbahnen und Anschlußelemente vorgesehenen Stellen 8, 9 und 1o darf diese Schicht nicht abgeätzt werden. Am Ende wird noch die Nickelschicht 2 so weit abgetragen, daß eine Widerstandsbahn 6 mit gewünschten Abmessungen und dem erforderlichen Widerstandswert zurückbleibt. Der zu ent- fernende Nickelbelag wird wiederum unter Verwendung einer Maske an den vorgesehenen Stellen, beispielsweise mit ver- dünnter Salpetersäure abgetragen. Somit verbleibt auf dem Substrat 1 ein Widerstand 6, ein Kondensator 7, die Verbin- dung 8 dieser beiden Bauelemente und die Anschlußstellen 9 und 1o des RC-Gliedes. Das hier beschriebene Verfahren kann natürlich variiert werden. So ist es möglich, anstelle der genannten Ma- terialien andere geeignete Metalle und Isolierstoffe che- misch auf einem Substrat abzuscheiden und anschließend mit jeweils geeigneten Säuren oder anderen Ätzverfahren teil- weise wieder zu entfernen. Auch die Bäder, aus denen die verschiedenen Stoffe auf das Substrat aufgebracht werden, können durch geeignete Zusätze und durch Variation der Lösungskonzentration den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden. An insulation material is applied as the third layer 4, which in the case of capacitors takes on the task of the dielectric. For this purpose, the insulation material, for example silicon dioxide in the form of colloids or crystals, is suspended in alcohol, acetone or in another suitable liquid. The colloids and crystal pebbles surround themselves in the liquid with ions, for example with OH ions, and thereby lose their electrical neutrality. When an appropriately polarized voltage is applied, the electrically charged particles migrate to the previously deposited copper layer used as an electrode and form a cohesive insulating layer on it. Finally, another interconnect layer 5, for example again made of copper, is also deposited on the insulating layer 4 from an aqueous solution. Figure 2 shows in plan view and Figure 3 in section the finished RC element consisting of a resistor 6 and a capacitor 7 as well as the Leitbahnteilen 8, 9 and 1o together continues. To create this circuit, different parts of the 4 layers have to be removed again. The portions of the copper layer 5 are etched using a mask, for example, with nitric acid. This copper layer only remains in the area of the capacitor 7 and the contact connection 9, while it is removed over the entire remaining surface. The insulating layer 4 is also let nur.im capacitor region bought and serves as a dielectric, the remaining portion is removed with a silicon dioxide layer with a micro research of hydrofluoric acid and ammonium fluoride. Parts of the second copper layer 3 are most advantageously removed electrolytically with chromic acid and this layer may not be etched away only in the capacitor area and at the points 8, 9 and 10 provided for the interconnects and connection elements. At the end, the nickel layer 2 is removed to such an extent that a resistance track 6 remains with the desired dimensions and the required resistance value. The nickel coating to be removed is again removed using a mask at the intended locations, for example with diluted nitric acid. A resistor 6, a capacitor 7, the connection 8 of these two components and the connection points 9 and 10 of the RC element thus remain on the substrate 1. The procedure described here can of course be varied . For example, instead of the materials mentioned, it is possible to chemically deposit other suitable metals and insulating materials on a substrate and then partially remove them again using suitable acids or other etching processes. The baths from which the various substances are applied to the substrate can also be adapted to the respective requirements by means of suitable additives and by varying the solution concentration.

Claims (2)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Verfahren zur Herstellung miniaturisierter Schaltungen, wie Modul- Mikromodul- oder integrierten Schaltungen, insbesondere zur Herstellung passiver Bauelemente und der die Bauelemente verbindenden Leitbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bauelemente und Leitbahnen bildenden Widerstands-, Isolations- oder Leitbahnschichten auf ein Substrat chemisch oder elektrochemisch abgeschieden werden. Patent claims 1) Process for the production of miniaturized circuits, such as module, micro-module or integrated circuits, in particular for the production of passive components and the interconnects connecting the components, characterized in that the resistance, insulation or interconnect layers forming the components and interconnects deposited chemically or electrochemically on a substrate. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bauelemente und Leitbahnen aufbauenden Schichten selektiv unter Verwendung von Lackmasken auf das Substrat chemisch oder elektrochemisch abgeschieden werden. 3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Substrat mit einer der vorgesehenen Schichten bedeckt und anschließend mit einer Lackmaske versehen wird; die an den Stellen Öffnungen auf-;reist, an denen die Schicht, beispielsweise durch Ätzen wieder zu entfernen ist, Lind da13 alle weiteren Schichten mit Hilfe desselben Verfahrerä äüfgebracht und teilweise wieder abgetragen werden. 4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle erforderlichen Schichten ohne die Verwendung von Masken nacheinander auf das Substrat aufgebracht werden, und daß anschließend nacheinander verschiedene Masken aufgebracht werden, durch deren Öffnungen bei Verwendung eines jeweils geeigneten Ätzmittels die gewünschten Teile einer oder meh- rerer Schichten wieder entfernt werden. 5) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem chemischen Abscheiden der Schich- ten die Substratoberfläche vorbehandelt wird, indem sie, bei- spielsweise durch Ätzmittel aufgerauht und anschließend mit einer bei der Schichtabscheidung als Katalysator dienen- den Edelmetallschicht versehen wird. 6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß" die Edelmetallschicht nur wenige Atomlagen stark ist und aus Platin besteht. 7) Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbringung der Edelmetallschicht das Substrat zu- nächst in Zinnchlorid und anschließen in Platinchlorid ge- taucht wird. 8) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abscheidung der Isolationsschicht das Isoliermaterial in Form von Kolloiden oder Kristallen in eine Flüssigkeit eingebracht wird, in der die Teilchen sich mit einer Ionen- hülle umgeben, so daß bei Anlegen einer Spannung die Kol- loid- oder Kristallteilchen auf der Substratoberfläche ab- geschieden werden und dort eine zusammenhängende Isolier-Schicht bilden. 9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus Alkohol oder aus Aceton besteht. 1o) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Substrat nacheinander jeweils eine Schicht aus Nickel, aus Kupfer, aus Siliziumdioxyd und wiedeum us Kupfer aufgebracht wird, und daß aus dieser Schichtenfolge, entsparechend der erforderlichen Schaltung Teile einer oder mehrerer Schichten mit Hilfe geeigneter Ätzmittel wieder entfernt werden. 11) Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der zuletzt aufgebrachten Kupferschicht mit Sal- petersäure, Teile der Siliziumdioxydschicht mit Flußsäure, die Ammoniumfluorid enthält, Teile der unter der Si02-Schicht @iö@tp!'ossohi@t oloktrolytiseh mit Chromsäure #y@e Z.s A1r gmerat a*lSebraobton Niokolsohiaht mit t öal,pefarsö#a abgelöst worden. .
2) Method according to claim 1, characterized in that the layers forming the components and interconnects are selectively deposited chemically or electrochemically on the substrate using lacquer masks. 3) Method according to claim 1, characterized in that first the substrate is covered with one of the intended layers and then provided with a lacquer mask; which leaves openings at the points where the layer can be removed again, for example by etching, and all other layers are brought in and partially removed again with the help of the same process. 4) Method according to claim 1, characterized in that all the necessary layers are deposited without the use of masks in succession on the substrate, and that various masks then successively be applied through the openings using a respective appropriate etchant, the desired portions of one or meh - Several layers can be removed again. 5) Method according to one of the preceding claims, characterized in that th prior to the chemical deposition of the Schich- the substrate surface is pretreated by examples, will play as roughened by etchant and subsequently provided with a dienen- in layer deposition as the catalyst the noble metal layer . 6) Method according to claim 5, characterized in that " the noble metal layer is only a few atomic layers thick and consists of platinum. 7) Method according to claim 5 and 6, characterized in that for applying the noble metal layer the substrate is initially in tin chloride and then connected 8) the method according to claim 1, characterized in that the insulating material is introduced in the form of colloids or crystals in a liquid for deposition of the insulating layer in which the particles are cases with a ion is immersed overall in platinum chloride. surrounded, so that when a voltage loid- the piston or crystal particles are separated off at the substrate surface and form a continuous insulating layer. 9) method according to claim 8, characterized in that the liquid of alcohol or acetone is. 1o) method according to claim 4, characterized in that one layer of nickel, one layer of copper, is applied to the substrate one after the other Silicon dioxide and again copper is applied, and that parts of one or more layers are removed again from this layer sequence, depending on the required circuit, with the aid of suitable etching agents. 11) The method of claim 1o, characterized in that parts of the last-applied layer of copper with nitric acid peter, parts of the silicon dioxide with hydrofluoric acid containing ammonium fluoride, the parts of the Si02 layer @ iö @ tp! 'ossohi @ t oloctrolytic with chromic acid # y @ e Zs A1r gmerat a * lSebraobton Niokolsohiaht mit t öal, pefarsö # a has been replaced. .
DE19661590704 1966-02-26 1966-02-26 Process for the production of miniaturized circuits Pending DE1590704A1 (en)

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