DE1665571C - Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtbaugruppen der Elektronik - Google Patents

Description

! 665 571
ι

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her- auf: es liegt für das ganze Netzwerk eine einheitliche

»teilung von Dünnschichtbaugruppen der Elektronik, Schichtqualität, d. h. vor allem ein begrenzter

bei dem auf ein Trägerplättchen eine Ventilmetall- Fliichenwiderstandsbereich, fest. Für Kondensatoren

schicht aufgebracht und das Schaltungsnetzwerk mit hochwertigem Metalloxid als Dielektrikum ist es

herausgeätzt wird, die für Widerstände und Kon- 5 günstig, von reinen niederohmigen Metallschichten,

densatoren bestimmten Flächenbereiche teilweise z. B. mit einem Flächenwiderstand von einigen Ohm,

oxydiert werden und der für Widerstände ge- auszugehen, während für Widerstände das Material

wünschte Schichtquerschnitt durch weitere Oxydie- möglichst hochohmig sein soll, z. B. mit Flächen-

rung eingestellt wird. widerständen in der Größenordnung von einigen

Dünnschichtbaugruppen der Elektronik bestehen to 100 Ohm, damit auf kleinster Fläche hohe Wider-

bekanntlich aus einem Trägerplättchen aus Isolier- standswerte untergebracht werden können. Bisher

material, beispielsweise aus Keramik oder Vorzugs- mußte jeweils in Abhängigkeit von der erwünschten

weise aus Glas, auf dem passive und/oder aktive Baugruppe ein Kompromiß für den einheitlichen

elektrische Bauelemente in Form von dünnen Flächerwiderstand gefunden werden.

Schichten oder in flacher Form aufgebracht sind. Die 15 Es ist auch schon ein Verfahren zum Herstellen

elektrischen Bauelemente sind untereinander durch eines zweidimensionalen /?C-Kreises bekannt, bei

flache Leitungsbahnen verbunden, die größtenteils dem auf einen Keramikkörper ganzflächig tine

ebenfalls aus dünnen Schichten bestehen. Zur äuße- Schicht aus Widerstandsmaterial, darauf eine erste

ren Kontaktierung der baugruppe werden Anschluß- gutleitende Schicht, darauf bereichsweise eine

elemente an dem Trägerplättchen angebracht. 20 Schicht aus dielektrischem Material und darüber

Die Bauelemente, vornehmlich die passiven Bau- wieder ganzfiächig eine zweite gudeitende Schicht elemente wie Kondensatoren und Widerstände, so- aufgedampft werden. Diese Aufdampfvorgänge erwie die Leitungsbahnen werden dabei im allgemei- folgen im selben Vakuum. Aus diesen Schichten nen durch Kathodenzerstäubung oder durch Auf- werden dann mittels selektiver Ätzvorgänge die elekdampfen der entsprechenden Materialien, wie z. B. 35 taschen Schaltungselemente gebildet.
Tantal, Nickel, Chrom, Siliciumoxid, Aluminium Diesem Verfahren hatten die Nachteile an, daß oder Gold, auf das Trägerplättchen hergestellt Ge- eine relativ hohe Zahl von Schichten aufgebracht wisse Materialien, wie z. B. Silber, Gold oder Pal- werden muß, daß mechanische Aufdampfmasken ladium, lassen sich auch ;ach der sogenannten Dick- — wenn auch nur in einfachster Form — verwenschichttechnik, d. h. in Form von Einbrennpräpa- 30 det werden und daß infolge der selektiven Ätzraten, beispielsweise im Siebdruck, aui die Träger- technik die freie Auswahl der schichtbildenden Maplättchen aufbringen. Die Stärke der Bauelemente terialien eingeschränkt ist.

und Leitungsbahnen, die durch Kathodenzerstäubung Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- oder Aufdampfen, d. h. in der eigentlichen Dünn- gründe, ein Verfahisn zur Herstellung von Dünnschichttechnik, aufgebracht werden, liegt im allge- 35 Schichtbaugruppen anzugeben, bei dem mindestens meinen in der Größenordnung von Α-μίη. Die Stärke eine Ventilmetallschicht verwendet wird, das zu der im Einbrennverfahren aufgebrachten Bau- Schaltungen mit erhöhtem Fläch rwiderstandselemente beträgt meist einige um. Aktive Bau- bereich führt und außerdem ohne selektives Ätzen elemente, wie Dioden und Transistoren, werden zur arbeitet.

Zeit meist noch als fertige Bauelemente in Flach- 40 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gebauweise auf das Trägerplättchen aufgesetzt. Man löst, daß auf das Trägerplättchen zunächst eine spricht dann von Hybridtechnik. hochohmi^e Metallschicht und erst darauf eine

Ein besonderer Vorteil der Dünnschichttechnik niederohmigere Schicht aus Ventilmetall aufauf der Basis eines Ventilmetalls, wie Tantal oder gebracht wird und daß dann das Schaltungsnetzwerk auch z. B. Aluminium, Niob od. dgl., liegt darin, 45 aus den beiden Schichten herausgeätzt wird, wobei daß aus einer einzigen Metallschicht ein in sich zu- an den für Widerstälide, Kondensatoren, Leitersammenhängendes Netzwerk sowohl für die passiven bahnen und Kontakte bestimmten Flächenbereichen Bauelemente, wie Kondensatoren und Widerstände, beide Schichten stehenbleiben,
als auch für die Leitungsbahnen der Dünnschicht- Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird baugruppe gewonnen werden kann. Durch Kathoden- s« eine Dünnschichtbaugruppe hergestellt, bei der die zerstäubung wird beispielsweise eine geschlossene Widerstände aus einer hochohmigen Metallschicht Tantalschicht auf das Trägerplättchen aufgestäubt gebildet werden. Es ist daher möglich, hochohmige und aus dieser Tantalschicht durch Atzen unter An- Widerstände auf kleinster Fläche herzustellen. Die Wendung sogenannter Fotoabdecklacke das zusam- über der Widerstandsfläche liegende, aus der niedermenhängende Netzwerk gebildet. Alsdann wird ein 55 ohmigeren Ventilmetallschicht gebildete Oxidschicht Teil der Oberfläche der stehengebliebenen Tantal- schützt gegebenenfalls die Widerstandsschicht gegen schicht elektrochemisch oxydiert. Das Tantaloxid atmosphärische oder mechanische Einflüsse. FUr die bildet bei den Kondensatoren das Dielektrikum. Bei Kondensatoren der Dünnschichtbaugruppe wird daden Widerständen oxydiert man so lange, bis die gegen niederohmigeres Material verwendet, das zum verbleibende metallische Tantalschicht so dünn ge- 60 Teil als die eine BH-gung dient und zum Teil nach worden ist, daß der gewünschte Widerslandswert Oxydation das Dielektrikum des Kondensators darerreicht wird. Im weiteren Verlauf der Herstellung stellt. Auf diese Oxidschicht wird nachträglich die wird durch eine Maske eine Goldschicht auf das Gegenbelegung aufgebracht. Schaltungsmuster aufgedampft, die als zweite Be- Die Dicke der unteren hochohmigen Metallschicht legung der Kondensatoren dient und die Leitfähig* «s wird zweckmäßigerweise so eingestellt, daß sie der keit der Leiterbahnen und Kontakte verstärken soll. Dicke des erwünschten Widerstandes entspricht.

So vorteilhaft diese Technik sein mag, weist sie Zweckmäßigerweise wird ßuch diese Schicht aus

jedoch in bestimmten Fällen auch einen Nachteil Ventilmetall gebildet, dann kann der Abgleich der

pViderstände in der an sich bekannten Weise durch festigkeit der Kondensatoren. Die nicht für Kctn-

feilweise anodische Oxydation auch dieser Schicht densetoren und Widerstünde vorgesehenen Bereiche

jjrorgcnommen werden. der Tantalschicht, z. B. die Leiterbahnenbereiehe,

Besonders geeignet sind die Kombinationen sind während des Oxydierens abgedeckt.

Tantal/Tantal und Tantal/Aluminium. 5 Nachdem die Tantaloxidschicht an den für Kon-

Verwendet man als hochohmige Widerstands- densatoren vorgesehenen Bereichen mit einer Maske,

lchicht eine Chrom-Nickel-Legierung und als nieder- z. B. mit einem Lack oder einer entsprechender,

Ohmige Sch'cht Tantal oder Aluminium, so stoppt Schablone, abgedeckt worden ist, wird das Trager-

0Yr Oxydationsprozeß automatisch, wenn die oberste plättchen erneut in die Elektrolytlösung eingetaucht,

Schicht völlig in Oxid übergeführt ist. Chrom-Nickel· »o wobei die Tantalschicht wiederum als Anode ge-

Schichten sind den anderen Schichten hinsichtlich schaltet wird und eine an den negativen Pol einer

Stabilität und Temperaturkoeffizient überlegen. Spannungsquelle gelegte Elektrode in die Lösung

Besonders vorteilhalt ist es, wenn die hochohmige eintaucht. Dabei wird der Stromfluü so lange aufSchicht und die niederohmigere Schicht im gleichen rechterhalten, bis an den nicht abgedeckten BeVakuum, d. h. ohne Zwischenbelüftung, aufgebracht 15 reichen der Tantaloxidschicht die niederohmigere »-erden. Auf diese Weise wird die Bildung einer up- Tantalschicht vollständig in das Oxid übergeführt definierten Oxidschicht auf der hochohmigen Schicht und nur mehr die hochohmige Tantalschicht übrig »uf jeden Fall vermieden. ist. Es entsteht dann ein Körper, wie er in Fig. 2

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der im Querschnitt dargestellt i .

Zeichnung näher erläutert. Es zeigt »o Die von der Oxidschicht 4 be leckten Bereiche der

Fig. 1 ein Substrat im Schnitt nach dem Ab- hochohmigen Tantalschicht 2 stellen die Wider-

scheidtn der beiden Metallschichten, Standsbahnen der Dünnschichtbaugruppe dar. Der

Fig. 2 ein Substrat nach der Fertigstellung der Teil 5 der niederohmigeren Tanialschicht 3 mit der

elektrischen Schaltung, da·unterliegenden hochohmigen Schicht 2 bildet eine

Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Leitfähig- 35 Belegung eines Kondensators, während die über

fceit (Y) einer erfindungsgemäßen Tantal-Doppel- dieser Schicht 5 liegende Oxidschicht 6 das Dielek-

schicht in Abhängigkeit von der Forrr.ierspannung trikum des Kondensators daistHIt, auf die die Gegen-

(X) dargestellt ist. belegung 7 aufgebracht ist. Die Gegenbelegung 7

Wenn die hochohmige und die niederohmipere des Kondensators besteht beispielsweise aus Gold

Schicht beispielsweise aus Tantal bestehen, wird zu- 30 und kann durch Aufdampfen auf die Oxidschicht 6

pächst mit gezielten Parametern der Glimmentladung aufgebracht worden sein, nachdem die Oxidschicht 6

die hochohmige Ventilmetallschicht mit einer Dicke, von dem Abdeckmittel, z. B. Abdecklack, befreit

die praktisch der Dicke der Widerstände der Dünn- war. Die mit 8 bezeichneten Teile der Tantaldoppel-

$chichtbaugruppe entspricht, auf den Trägerkörper schicht 2, 3 stellen eine Leiterbahn der Dünnschicht-

oufgestäubt. Hochohmige Schichten zeichnen sich 35 baugruppe dar.

durch eine besonders gute Haftfestigkeit auf der Gemäß der Erfindung ist es also möglich, auf

Trägerkö; peroberfläche aus. Dieser Vorteil macht kleinster Fläche hochwertige Kondensatoren mit

iich gegenüber niederohmigeren Schichten insbeson- Widerständen bis zu hohen Widerstandswerten zu

dere bei dicken Schichten besonders bemerkbar. kombinieren, ohne daß dadurch eine Einbuße an

Ohne Zwischenbelüftung wird auf diese Schicht 40 Qualität und optimaler Miniaturisierung in Kauf

nach Einstellung der entsprechenden Glimmbedin- genommen werden müßte.

gungen die niederohmigere Tantalschicht auf- Damit die Oxydation unterorochers wird, wenn

gebracht. Es entsteht dann ein Körper, wie c in die niederohmigere Schicht vollständig in das Oxid

F i g. 1 im Querschnitt dargestellt ist. Dabei bedeutet übergeführt ist, kann während des Oxydierens dieser

1 den Trägerkörper, der aus Glas oder Keramik 45 Schicht die Leitfähigkeit der Tantaldoppelschicht

besteht. 2 ist die hochohmige Schicht, aus Tantal überwacht werden. Man kann hierfür zuvor in Vor·

Und 3 die auf die hochohmige Schicht 2 aufgebrachte versuchen die Leitfähigkeit der Tantaldoppelschicht

niederohmigere Schicht aus Tantal. bei zunehmender Oxydation messen und die Werte

Nach Herausätzen des Schaltungsnetzwerkes aus in eine Tabelle eintragen. Durch Übertragung dieser den aufgebrachten Schichten nach den an sich be- Jo tVsrte in ein Diagramm erhält man eine Kurve, wie kannten Methoden wird die niederohmigere Tantal- sie der in F i g. 3 gezeigten Kurve 9 entspricht. In lchicht 3 an den für die Kondensatoren und Wider- dem Diagramm ist in der Ordinaie die elektrische Stände vorgesehenen Flächenbereichen teilweise in Leitfähigkeit der Doppelschicht, in der Abszisse die das Oxid Ta₁O₅ übergeführt. Hierzu bedient man Formierspannung aufgetragen. Aus dem Verlauf eich vorteilhafterweise der bekannten anodischen 35 dieser Kunj ist zu entnehmen, wie die elektrische Oxydation, indem die Tantalschicht auf der Träger- Leitfähigkeit der Tantaldoppelschicht mit zunehmenplatte als Anode geschaltet in eine entsprechende der Oxydation der oberen niederohmigeren Schicht Elektrolytlösung, in die eine Kathode hineinragt, abnimmt. Beim Knick 10 ist de;' Punkt erreicht, an eingetaucht wird. Beispielsweise wird etwa ein Drittel dem die niederohmigere Schicht vollständig in das der niederohmigeren Schicht 3 in das Oxid über- to Oxid übergeführt ist und die Leitfähigkeit nur mehr geführt. Der Teil der niederohmigeren Tantalschicht, von dem Leitungsquerschnitt der hochohmigen der an den für Kondensatoren vorgesehenen Be- Schicht bestimmt wird.

reichen als Metall Übrigbleibt, bildet praktisch die Bei einer Oxydation der niederohmigeren Schicht

eine Belegung und die auf diesen Tantalmetall- an den für die Widerstände vorgesehenen Bereichen

bereichen gebildete Tantaloxidschicht das Dielek- «5 der Ventilmetallschicht wird also beim Erreichen

trikum der Kondensatoren. Diese Tantaloxidschicht des dem Punkt 10 der Kurve 9 entsprechenden Wer-

ist besonders hochwertig, d. h., sie zeigt gute dielek· tes der elektrischen Leitfähigkeit der Stromkreis und

trische Eigenschaften und führt zu hoher Spannungs* damit die Oxydation der niederohmigeren Ventil-

metallschicht unterbrochen bzw., falls die hochohmige Schicht ebenfalls aus Ventilmetall besteht, durch weiteres Oxydieren der Querschnitt der hochohmigen Schicht in gewünschter Weise verkleinert.

Auch während des Oxydierens der Ventilmetallschicht an den für Kondensatoren vorgesehenen Bereichen kann durch überwachung der elektrischen Leitfähigkeit der Doppelschicht die Dicke der verbleibenden niederohmigeren Schicht in gewünschter Weise eingestellt werden. »o

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann also für passive Bauelemente, wie Widerstände und Kondensatoren, jeweils die geeignete Metallschicht verwendet werden, für Widerstände hochohmige Metallschichten, für Kondensatoren niederohmigere Mctallschichten. Dabei können die Eigenschaften der Metallschichten durch die Aufbringbedingungen in der gewünschten Weise gesteuert werden.

Es ist aber auch möglich, die Metallschichten unterschiedlicher elektrischer Eigenschaften aus ao unterschiedlichen Metallen herzustellen; beispielsweise kann in einer AusfUhrungsform der Erfindung die hochohmige Schicht aus Tantal und die niederohmigere Schicht aus Aluminium oder die Doppelschicht in der Form Nickel-Chrom/Tantal bzw. «5 Nickel-Chrom/Aluminium gebildet werden. Es ist vorteilhaft, darauf zu achten, daß nach dem Aufbringen der ersten hochohmigen Metallschicht eine Berührung dieser Schicht mit Sauerstoff mindestens an den für Kondensatoren vorgesehenen Bereichen unterbleibt, damit eine Oxydation dieser Schicht vermieden wird, bevor die weitere niederohmigere Schicht aufgebracht wird.

Claims (7)

Patentansprüche: 35

1. Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtbaugruppen der Elektronik, die Trägerplättchen aus Isoliermaterial und darauf als dünne Schichten bzw. in flacher Form aufgebrachte passive und/oder aktive elektrische Bauelemente, die miteinander durch flache Leitungsbahnen verbunden sind, sowie Anschlußelemente zur äußeren Kontaktierung enthalten, bei dem auf das Trägerplättchen eine Schicht aus Ventilmetall aufgebracht und das Schaltungsnetzwerk herausgeätzt wird, darauf an den für Widerstände und Kondensatoren vorgesehenen Bereichen die Ventilmetallschicht teilweise oxydiert und der für Widerstände gewünschte Schichtquerschnitt durch eine weitere Oxydierung erzielt wird und anschließend auf die für Kondensatoren vorgesehenen Bereiche eine Gegenbelegung aus gut leitendem Metall aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Trägerplättchen (1) zunächst eine hochohmige Metallschicht und erst darauf eine niederohmigere Schicht aus Ventilmetall (3) aufgebracht wird und daß dann das Schaltungsnetzwerk aus den beiden Schichten (2, 3) herausgeätzt wird, wobei an den für Widerstände, Kondensatoren, Leiterbahnen (8) und Kontakte bestimmten Flächenbereichen beide Schichten (2, 3) stehenbleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochohmige und die niederohmigere Schicht im gleichen Vakuum aufgemacht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochohmige Schicht und die niederohvnigere Schicht aus Tantal gebildet und durch Kathodenzerstäubung aufgebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochohmige Schicht und die niederohmigere Schicht aus unterschiedlichen Metallen gebildet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hochohmige Schicht aus Tantal und die niederohmigere Schicht aus Aluminium gebildet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hochohmige Schicht aus Nickelchrom und die niederohmigere Schicht aus Aluminium gebildet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hochohmige Schicht aus Nickelchrom und die niederohmigere Schicht aus Tantal gebildet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen