DE1925760C - Verfahren zum Herstellen gemusterter dünner Schichten aus Metall oder Metallverbindungen durch Vakuumaufdampfen oder Kathodenzerstäuben - Google Patents

Description

der Herstellung von Kondensatoren benutzt werden, von Atomen verursacht, beim Zerstäuben verwendet

ν,ο das Metall ak der eine Belag und das Oxid als wird. Daher können dünne Schichten aus hitze-

das Dielektrikum verwendet werden. Andere geeig- beständigeren Materialien durch Zerstäuben nieder-

nete Materialien sind vor allem Aluminium, Chrom, geschlagen werden.

Nickel, Ζώη, Titan, Gold, Cadmium und Palladium 5 Beim Vakuumaufdampfen wird eine Vakuum-

iowie Mischungen hiervon. In einigen Fällen sind kammer benutzt, die auf annähernd 1 -10-* nun Hg

Metallverbindungen bevorzugt, beispielsweise das bei evakuiert worden ist Die zu verdampfende Charge

der Herstellung von Dünnschichtwiderständen be- wird dann erhitzt, bis ihr Dampfdruck den Druck

nutzte Tantalnitrid, wie dieses in der USA^Patent- des Vakuumsystems überschreitet, an welchem Punkt

schrift 3 242 006 (D. Gerstenberg) beschrie- io das Material rasch verdampft. Es wird von der

ben ist Quelle geradlinig abtransportiert und auf den küh-

D;e Auswahl einer geeigneten Unterlage, die im leren, umgebenden Oberflächen kondensiert
Vakuum bei 400" C dimensional stabil sein muß, ist Beim kathodischen Zerstäuben wird eine zwischen für die Herstellung von Dünnschichtbauelementen zwei Elektroden aufrechterhaltene Niederdruckwichtig. Die bedeutsamsten Eigenschaften von Unter- 15 Glimmentladung verwendet Die Kathode, die aus lagen sind erstens Oberflächenglätte, zweitens richtige dem niederzuschlagenden Material aufgebaut ist, chemische Zusammensetzung und drittens thermische wird durch positiv geladene Gasionen, üblicherweise Leitfähigkeit. Obgleich es nicht zum gleichen Grad Argon, bombardiert Hierdurch werden die Atome für Widerstände wie für Kondensatoren wesentlich des Kathoden materials herausgeschlagen, die sich ist, begünstigen glatte Oberflächen die Reproduzier- »o dann auf geeignet angeordnete Unterlagen niederbarkeit des spezifischen Flächenwiderstandes und die schlagen.

Definition feiner Linien. Die besten Oberflächen für Das Niederschlagen guter Schichten im gewünsch-Kondensatoren sind gezogene oder verschmolzene ten Muster ist der Schlüssel zur Herstellung zuver-Oberfiächen, wie beispielsweise die Oberflächen von lässiger Bauelemente. Demgemäß erfordern die aus gezogenem Glas, erschmolzenem Quarz oder gla- 35 dünnen Schichten hergestellten Schaltungsmuster einen sierter Keramik, obgleich gut polierte Oberflächen hohen Genauigkeits- und Präzisionsgrad, um die von Materialien wie Pyrex, Quarz und Saphir ver- engen Tolcramen einhalten zu können, die für die wendet werden kennen. Es ist für gezogenes Glas elektrischen Eigenschaften benötigt werden.
möglich, daß e'ne Seite desselben befriedigend und Innerhalb gewisser Begrenzungen sind mechanische die andere Seite unbefriedigend ist. Darüber hinaus 30 Masken zur Zeichnung der Muster benutzt worden. kennen gezogene Platten in Ziehrichtung eine gewisse Die Masken sind aus Metallen, wie rostfreiem Stahl, Welligkeit haben, die das satte Aufbringen mecha- Molybdän oder Nickel, hergestellt und müssen nischer oder photographischer Masken ernsthaft extrem dünn sein, um eine Abschattung zu minibeeinträchtigen kann. malisieren. Das Abschatten, d. h. ein unregelmäßiger

Es ist gleichfalls wichtig, daß die Unterlage mit 35 Metallniederschlag, tritt auf, wenn eine Maske zu der Schicht nicht in Wechselwirkung tritt. Soda- dick ist oder sich das Metall auf der Maske aufbaut. Kalk-Glas ist beispielsweise zur Verwendung bei Das Abschatten kann verursachen, daß erstens hohen Gleichstrombelastungen nicht geeignet, weil das niedergeschlagene Metall unregelmäßige Breite die Natriumionen zum negativen Anschluß wandern hat und nicht haftet, daß zweitens das niedergeschla- und eine Verschlechterung der Schicht verursachen. 40 gene Metall unregelmäßige Dicke und sich ändernden Andere Zusammensetzungsfaktoren, wie Unbestän- Widerstandswert hat und daß drittens elektrisches digkeit gegenüber bestimmten Ätzmitteln und Elek- Rauschen auftritt Zusätzlich tritt noch das Problem trolyten, müssen gleichfalls beachtet werden, wenn auf, die Masken während des Niederschlages so zu das Muster nach photolithographischen Methoden halten, daß ein guter Kontakt über der ganzen Obererzeugt wird. 45 fläche der Unterlage aufrechterhalten wird. Die

Die thermische Leitfähigkeit der Unterlage muß Forderung eines satten Sitzes der Maske auf der gleichfalls beachtet werden. Beispielsweise wird ange- Unterlage ist für aufgestäubte Schichten kritischer, nomrnen, daß der Unterschied beim Altern von Die zerstäubten Atome haben eine größere Tendenz Widerständen auf glasiertem Aluminiumoxid und als verdampfte Atome, diffuse Kanten zu erzeugen, auf Glas hauptsächlich von einem Temperaturunter- 50 und zwar wegen der breiten Quelle und der Streuung schied infolge der hohen thermischen Leitfähigkeit eines gewissen Bruchteils der zerstäubten Atome, von Aluminiumoxid herrührt. Trotz der Wichtigkeit Unterlagen sind auch schon bei dem Versuch geder thermischen Leitfähigkeit ist Glas mit niedrigem brochen, einen satten Sitz der Maske auf der Unter-Alkaligehalt ein wichtiges Unterlagematerial. Glas lage zu erhalten.

wird wegen seiner geringen Kosten und wegen der 55 Verschiedene Methoden sind zur Erzeugung von

Leichtigkeit bevorzugt, mit der große Platten in Mustern auf photolithographischem Wege verwendet

kleine, einzelne Schaltungsplättchen zerteilt werden worden, ein Prozeß, der sowohl umständlich als

können. Aluminiumoxid und Berylliumoxid herrschen r.uch kostspielig ist. Wird beispielsweise »direktes

dort vor, wo die höchsten Belastungen und stärksten Photoätzen* verwendet wie dieses in der USA.-

Stabilitätsanforderungen auftreten. 60 Patentschrift 2 953 484 (B. F. Te 11 k a m p) be-

Die bevorzugten Methoden zum Niederschlagen schrieben ist, so wird die Unterlage zunächst voll-

von Schichten sind Vakuuniaufdampfung und katho- ständig mit Metall oder einer Metallverbindung

dische Zerstäubung. Der Hauptunterschied zwischen beschichtet und sodann mit einer dünnen Schicht

diesen Methoden ist der, daß, während thermische aus einer lichtempfindlichen Emulsion (üblicherweise

Energie bei Aufdampfmethoden zur Verdampfung 65 als »Photolack« bezeichnet) bedeckt. Die Unterlage

des Beschichtungsmaterials verwendet wird, für das wird unter Verwendung eines Drehtisches geschleu-

Zerstäuben ein Hochspannungsionenbombardement dert oder gewirbelt, um eine gleichförmige Beschich-

des Beschichtungsmaterials, das ein Herausschlagen tung zu erzeugen. Sodann wird sie erhitzt, um den

Photolack richtig einzustellen. Da die Emulsion auf die ganze Oberfläche der tantalbeschichteten lichtempfindlich ist, muß Vorsorge gegen voraus- Unterlage niedergeschlagen. Sodann wird unter Vergehende, unbeabsichtigte Belichtung getroffen werden, wendung einer selektiven Ätzung nach photolitho-Diese Emulsion wird dann durch ein Negativ des graphischen Methoden das Aluminium dort entfernt, gewünschten Musters hindurch mit Ultraviolettlicht 5 wo sich unerwünschtes Tantal befindet. Sodann wird belichtet, wobei durch die Belichtung die Emulsion ein Elektrolyt, der sich sowohl für Tantal als auch im jeweils dem Licht ausgesetzten Teil polymerisiert. für Aluminium eignet, verwendet, und das Ganze Nach dem Wegwaschen der restlichen Emulsion wird wird anodisiert, bis das im offenen Gebiet gelegene die Unterlage erneut erhitzt, um alle Lösungsmittel- Tantal vollständig umgewandelt ist. Vorausgesetzt, spuren zu entfernen und um den Photolack zu härten. io daß das Aluminium in ausreichender Dicke nieder-Der Metallniederschlag kann dann selektiv geätzt geschlagen worden ist, so daß es nicht durchanodisiert werden. Die bevorzugten Ätzlösungen enthalten Fluor- wird, kann es nun mit einem milden Ätzmittel entwasserstoffsäure; wenn daher direktes Ätzen benutzt feint werden, und das bloße Tantal bleibt im gewird, wird die Unterlage im das Muster des Metalls wünschten Muster zurück.

oder der Metallverbindung umgebenden Gebiet etwas 15 Bei einem alternativen Prozeß wird von dem angegriffen, v.enn sie aus Glas, glasierter Keramik Umstand Gebrauch gemacht, daß Tantaloxid durch oder anderen, gegenüber HF empfindlichen Mate- die normalen Ätzmittel für Tantal kaum angegriffen rialien besteht. Eine elektrochemische Entfernung wird. Nach Aufbringen von etwas mehr Tantal als des Metalls oder der Metallverbindung in einer benötigt und nach Überschichten desselben mit Alumethanolischen Aluminiumchloridlösung verhindert ao minium wird durch selektives Ätzen das Aluminium den Angriff der Unterlage, aber das Hinterschneiden aus denjenigen Gebieten entfeint, weiche das gekinn sehr stark werden. Nach vervollständigter wfnschte Tantalmuster enthalten; dieses wird dann Mustererzeugung muß der restliche Photolack ent- auf ein mäßiges Potential, z. B. 25 Volt, unter Verfemt werden. Wegen seiner Beständigkeit gegenüber wendung eines verträglichen Elektrolyten anodisiert, einem Lösungsmittelangriff, die im vorausgegangenen as und das Aluminium wird mit einem milden Ätzmittel Verfahren vorteilhaft war, wird die Entfernung des entfeint. Sodann wird ein Fluorid-Ätzmittel benutzt, restlichen Photolacks zu einem Problem. Häufig ist und das Oxid auf demjen^:gen Gebiet, das das gelanges Eintauchen in ein geeignetes Lösungsmittel, wünschte Tantalmuster enthält, wirkt als eine Maske, unterstützt durch mechanisches Abreiben, notwendig. die einen Angriff auf diesem Gebiet verhindert.

Die Verwendung einer Metalloxidschicht, die auf 30 Weiter ist ein Verfahren zum Erzeugen gedruckter der Unterlage-Oberfläche vor allen übrigen Vor- Schaltungen auf einer Oberfläche bekannt, bei dem gängcn erzeugt wird, diente zur Minimalisierung ein Frittematerial auf einer Oberfläche, beispielsweise eines Angriffes der Unterlage durch das Ätzmittel. einer emaillierten Oberfiäche, aufgebracht wird, wor-Entsprechcnd dieser »Oxid-UnterschichU-Methode auf das Ganze erhitzt, sodann ein Metall auf die wird die Unterlage mit 100 bis 500 Angstrom Metall 35 Oberfläche und die Maske, beispielsweise durch Aufbeschichtet, das dann in Luft bei 500 bis 600^cC sprühen, niedergeschlagen und schließlich die Maske 1 Stunde lang bis zur vollständigen Oxydation oxy- nebst darüberliegenden Schichtteilcn, beispielsweise dicrt wird. Alternativ sind reaktiv aufgestäubte oder durch Bürsten, entfernt wird. Hierbei enthält das vollständig anodisicrte Schichten benutzt worden. Frittematerial anorganische Substanz, eine sehr kleine Dieses oxidbeschichtete Material wird dann als die 4° Menge organischer Materialien und eine große Menge Unterlage für direktes Photoätzen benutzt. Wasser.

Eine weitere Methode zum Erzeugen von Mustern Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe ist das »Äbweisungsmabkieren«. Nach dieser Methode zugrunde, ein neues, verbessertes, relativ einfach, wird eine Schicht eines leicht ätzbaren Metalls, z. B. durchzuführendes Verfahren zum Herstellen von Kupfer oder Aluminium, zuerst auf die Unterlage 45 gemusterten dünnen Schichten aus Metall oder aufgebracht, und in dieses wird eine öffnung erzeugt Metallverbindungen auf einer Unterlage durch Vadurch Entfernen des dem gewünschten Muster ent- kuumaufdampfen oder Kathodenzerstäuben anzusprechenden Materials durch Photoätzen. Ein Metall, geben. Hierbei soll insbesondere eine aufbringbare, wie Tantal, wird auf die ganze Oberfläche aufgestäubt. leicht entfernbare Maske verfügbar gemacht werden, Die beschichtete Unterlage wird dann in ein Ätzmittel 50 die während des Aufdampf- oder Zerstäubungsvorfür das erste Metall eingetaucht Dieses Metall löst gangs in festem Kontakt mit der Unterlage aufsich auf und setzt das darüberliegende Tantal frei, gebracht werden kann und die η ich ihrer Entfernung es bleibt also Tantal nur dort zurück, wo es erfor- zu einem haftenden Metallmuster führt,
derlich ist. Ausgehend von einem Verfahren der eingangs

Es werden milde Ätzmittel benötigt, um einen 55 erwähnten Art wird diese Aufgabe erfmdungsgemäD

Angriff auf die Unterlage zu vermeiden. dadurch gelöst, daß ein pastenartiges Glasfritte-

Wenn das Metall, wie Tantal, dünn genug ist, so material mit 80 Gewichtsprozent anorganischer Subdaß es vollständig durchcnodisiert werden kann, stanz und 20 Gewichtsprozent organischer Trägerdann kann statt der Verwendung einer Ätzlösung substanz in einer Zusammensetzung aus 2 Gewichtsnach dem Entwickeln des Photolacks ein Elektrolyt 60 prozent Äthylzellulose, 10 Gewichtsprozent Alpha· und ein Gleichstrompotcntial zur Durchanodisierung Terpineol, 5 Gewichtsprozent Beta-Terpmeol, 1 Gedes gesamten, im offenen Gebiet vorhandenen Metalls wichtsprozent Terpen-Kohlenwasserstoffe und 2 Geverwendet werden. Wenn jedoch die Tantaldicke wichtsprozent andere tertiäre Alkohole, deren Siedenicht sehr gleichförmig ist, tritt das Problem auf, pun\t im Bereich des Alpha-Terpmeois liegt, verdaß nicht umgewandelte TantaJinscln zurückbleiben. 65 wendet wird und daß die dünne Schicht durch Va-

Es wurde auch angeregt, daß Aluminium zur kuumaufdampfen oder Kathodenzerstäubung nieder-

Unterstützung beim Erhalt eines Tantalmusters ver- geschlagen wird,

wendet werden kann. In einem Fall wird Aluminium Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Frittcmateria

enthält also einen wasserfreUm

wodurch Verunreinigungen *™

ausgeschlossen smd ,die J£

würden, wenn das erwähnte «™/^_tri

verwendet würde. Eme Aufbnngung von Tantal

durch Kathodenzerstäubung wurde b^spielsw^e

nicht zur angestrebten Tantal-, sondern zu einer n Vorteilhaft wird das Glasfrittematerial, £,5?eine^aTnartigen Mischung aus glasdi Oxiden und einem geeigneten organischen Bindemittel und Träger in beispielswe.se der- im nachstehenden Beispiel I beschriebenen Zusammen^nac^™ ^H _{ch üblichen} siebdruckverfahren ^ _{dem siebdruckvorgang w}ird die _{u auf eine relativ niedrige T}empe-

rundlichen Unterlagen. _f . · , _{kann dabei}

Das Aufbringen des Glasfrittematenals kann aaoe

irr. siebdruckverfahren erfolgen «Jj^™^ femungdergehartetoGlasfntte

Xylol «der Trichlorathy^n ***
fritte selektiv losen, die

schichten jedoch nicht ™&™<*; _fol_eenden

SS« aSSS näher klütert, geschlagen, wodurch man die in F i g. 2 B dargestellte 6 * _{u w der stei}, _abfallenden

£la_nken 16 der Glasfriitemaske 14 ist die Bcauf-

Flanken 16 ungleich. Dieses führt

sch ^j _hm__{ßig niedergesc}u schilt

^ ^ _{Unterbrcchungsstellen 17 an den} Übergangsstellen zwischen der Glasfrittemaske 14 und dem nieder-

zur

spielhaften Dui^hichtsctaU^^ lage niedergeschlagenen Widerelanden und

Fig.2A ta ^{2C: Je}J^^erfihSAssThHtte

Erläuterung der einzelnen Ver«J™^^^ Herstellung e.ner gemusterten dünnen Schicht Vakuumniederschlag,

F i g. 3A bis 3D je
Erläuterung der

einer gemusterten dünn .^ niederschlag entsprechend einer zweiten form «te «finAjngje^^e^nms^

Es sei bemerkt, ^daLde™™ Vergrößerungen die Figuien krane maßstabg^h^verejo^nnj

darstellen und insbesondere in der Vertikalen vergrößert sind

In F . g I ist ein Te einer
schaltung 10 ^^^
gemäßen Verfahren
Schaltung

^{lage 1}Ii t \
_eine Mehrzahl

Dünnschichtleiter ^

erzeugt worden smd
die Widerstände au

^Wi trist" und
schneben ist "?^d

_a5

_hicht_

kann. Die

"auf welcher 12-12 und «

Muster

3 242 006 beaus einem drei- - Chrom-Legierung §_{arüberliegende}n Tantalnitridschicht 15-15. die auf _Fritte*_matcriai _während des Zerstäubevorgangs niedergeschlagen worden ist. Dieses wird bewerk_sten_igf durch Behandeln der niedergeschlagenen ^B^ ^ _ejnem ^^^^ _{Lösungsrnitte}, _{für die} gehärtete Fritte, das aber das niedergeschlagene Metall ^d auch die Unterlage nicht angreift. Vorzugswe.se geschieht dieses durch Eintauchen des Ganzen in ein

|_{ührbad des} Lösungsmittels. Bevorzugte Lösungs- ^ ^ ^ ^ _{nachstchenden Beispie)s} ,

^ ^ _{Trjchloräthyl Vo gs eise wird}

das Bad mit Ultraschall gerührt, um die Entfernung Frittematerialien zu unterstützen. Die UnterS;_echungsstellen 17 und die dünnen Flecken längs _{den Flanken} 16 ermöglichen einen Zugang für das Lösungsmittel zum Glasfrittematerial. D.e Entfernung der Glasfrittemaske 14 bed.ngt gleichfalls die Ent_{f des darüb}erliegenden Metallfilms 15. wo-

durch im gewünschten Muster erzeugte Widerstände 12 auf der Unterlage zurückbleiben (F i g. 2C).

Nachdem das gewünschte Widerstandsmuster erzeugt ^^ ^^ _{dje Tantalwiderstande anodis}icrt; _{weilere Metalle} werden zur Vervollständigung der internen Zwischenverbindungen und zur Besch.chtung derjenigen Gebiete niedergeschkgen die schließ-Hch als Kontakte benutzt werden. Außerdem werden

Art.kelbeschneben »Tantalum hum mmn ^ Proceedings of the IEEb, Ba. ^ >νγ. ι ζ.

1964, S 1450 bis 1462 _des erfindungs-

Bei emer ersten Ausfuhnangsform des em g,

gemäßen ^™^!¹^ ^„ί^ΤβηΙβΙ-Verfahren zur Herstellung emer gemusterten ^

nitridschicht. vomjjj««_eTl ^P _a™ndf umTn Ta₂N, auf ^der, ^U^^r'^af%"j"f ^ dieses in P ^idC?cⁿdaS^ritSt DieS S zugehst Serk-

Vn^Ot SuSS^ Sengen chiesauflSsbaten stelhgt durch selektives Auionng

Glasfnttematenata ^™J^^£^K*^} ^

14 Manufacture«, The Western Electric Engineer, Bd.VlI, Nr. 2, April 1963, beschrieben.

Im allgemeinen liegt die Dicke des Glasfrittcmaterials zwischen 0,0013 und 0,0076 cm. Diese Dicke kann mit der Dicke der Unterlage verglichen werden, die normalerweise zwischen 0,064 und 0,114 cm Hegt, während die Dicke der Schicht, die im Vakuum niedergeschlagen wird, 300 bis 30 000 Angström, typischcnveise 500 bis 20 000 Angström, beträgt. Die Frittcmischung kann bestehen aus verschiedenen Kombinationen glasurbildendcr, anorganischer Oxidpartikeln, zusammen mit einem organischen Bindemittel, wie Äthylzcllulose, und einem

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ausgewählten Träger oder Lösungsmittel, um eine dem Entfernen der Frittemaske es möglich, ist, auf-

pastenartige Mischung zu erhalten, die dünn genug einand^rfolgende Schichten weiterer Metalle, z. B.

ist, um im gewünschten Muster aufgetragen werden Kupfer und Palladium, nach Vakuumniederschlags-

zu können, aber dick genug, um formhaltig zu sein. methoden niederzuschlagen. Somit kann das erfin-

Es wird angenommen, daß die bei vergleichsweise 5 dungsgemäße Verfahren auch zur Herstellung von

niedriger Temperatur stattfindende Aushärtung (z. B. Kontaktkissen, wie die obenerwähnten, verwendet

100⁰C) den Hauptteil des Trägers austreibt und eine werden.

gehärtete Masse zurückläßt, die die Maske bildet Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren

und aus den Oxidpartikeln besteht, die in einer Matrix an Hand von Beispielen beschrieben, die jedoch nur

des Bindemittels plus möglicher restlicher Zersetzungs- io im erläuternden, nicht aber im beschränkenden Sinne

produkte des Trägers suspendiert sind. Normaler- aufzufassen sind,

weise wird das Glasfrittematerial nach seinem Auftrag Beispiel 1 gehärtet oder eingestellt durch Erwärmen des Fritte-

materials auf eine Temperatur zwischen 100 und Die Glasfritte wurde durch ein 200-Maschen-200 C. Niedrigere Temperaturen können verwendet 15 Seidensieb hindurch auf eine Keramikunterlage gewerden, vorausgesetzt, daß das Frittematerial während druckt, um ein gewünschtes Widerstandsmuster zu des Vakuumniederschlags ausreichend eingestellt wird. erhalten, und dann durch Erhitzen des FriUernaterials Höhere Temperaturen können gleichfalls verwendet auf 100"C gehärtet. Die Glasfritte war eine Mischung werden, sind aber im allgemeinen nicht notwendig. aus 32 Gewichtsprozent Siliciumdioxid, 14 Gewichts-Das Lösungsmittel, z. B. Xylol oder Trichlorethylen, ao prozent Bariumoxid, 20 Gewichtsprozent Bleioxid, löst das Bindemittel auf, und ein Umrühren unter- 2 Gewichtsprozent Aluminiumoxid, 5 Gewichtsprozent stützt durch Einwirkung auf die schwache Bindung Kalziumoxid, 5 Gewichtsprozent Boroxid, 1 Gewichtszwischen der Unterlage und der gehärteten Fritte, prozent Kaliumoxid, 1 Gewichtsprozent Natriumdaß diese weggeschwemmt wird. oxid, 2 Gewichtsprozent Äthylzellulose, 10 Gewichts-

Bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungs- 35 prozent Alpha-Terpineol, 5 Gewichtsprozent Betagemäßen Verfahrens (Fig. 3A bis 3D) wird das Terpineol, 1 Gewichtsprozent Terpen-Kohlenwasser-Verfahren zur Herstellung eines Leiterschichtrr.usters stoffe und 2 Gewichtsprozent andere tertiäre Aiko 13, wie dieses in F i g. 3D dargestellt ist, benutzt. hole, deren Siedepunkt im Bereich des Alpha-Ter-Nach dieser Ausführungsform wird anfänglich ein pineols liegt.

Tantalnitridniederschlag auf die Unterlage 11 durch 30 Ein Veeco-CGlocken-JZerstäubesystem diente zum Zerstäuben niedergeschlagen, um die in Fig. 3 A Niederschlagen von etwa 1000 Angstrom Tantaldargestellte Schicht 12 zu erhalten. Diese kann ent- nitrid auf die mit der Glasfritte beschichtete Unterweder eine gemusterte Schicht sein, die mit einer lage unter den folgenden Bedingungen: Glasfrittemaske entsprechend der ersten Ausführung*- Unterlage-Vorheiztemperatur 500⁰C form des Verfahrens niedergeschlagen worden ist, 35 Spannung 6200 V

oder eine Flächenschicht sein, die entsprechend den Strom 300 mA

üblichen Methoden aufgestäubt worden ist und später Glockendr uck"'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 25 Mikrometer

formgebend geätzt werden soll, um das gewünschte Vorleitungsdruck 100 Mikrometer

Widerstandsmuster zu erzeugen. Der letzte Fall ist Zerstäubezeit 4 Minuten

der einfacheren Erläuterung halber dargestellt. 40 Kathoden-Unterlage-Abstand 8.9 cm

Ist einmal die anfängliche Tantalnitridsch.cht nieder- Kathoden-Durchmesser 35.6 cm

geschlagen worden, so lauft das Verfahren zum

Erzeugen des Schichtmusters 13 (Fig. 3D) weit- Die Glasfritte. die bei 1000'C sintert, brach nicht gehend identisch mit dem Verfahren, wie dieses in durch oder gaste nicht aus, während sie sich innerVerbindung mit den Fig. 2A bis 2C beschrieben 45 halb des Hochvakuumsystems befand. Nach Beendiworden ist. Im einzelnen wird ein auflösbares Glas- gung des Zerstäubern wurden das Glasfrittematerial frittematerial auf uen Tantalnitridfilm 12 selektiv und das dieses bedeckende unerwünschte Tantalnitriti aufgebracht, um die in F i g. 3 B dargestellte Glas- innerhalb 10 Sekunden entfernt durch Verbringen frittemaske 14 zu erhalten. Auf die Wannhärtung der beschichteten Unterlage in ein mit Ultraschal! des Frittematerials folgend, werden 500 Angstrom 50 gerührtes Xylolbad.

einer 80-20-Nickel-Chrom-Legienrag auf die mit Die gleiche Zerstäubungsmethode wurde dann zur Tantalnitrid beschichtete Unterlage im Vakuum Beschichtung einer identischen Unterlage verwendet, niedergeschlagen. Die resultierende Oberfläche ist die als Kontrollprobe diente. Diese Kontrollprobe in Fig. 3C dargestellt. Der letzte Schritt besteht in wurde unter Verwendung der direkten Photoätzder Entfernung der Glasfrittemaske 14 mit einem 55 methode zum Erhalt eines Widerstandsmusters verLösungsmittel, um eine Nickel-Chrom-Schicht 13 zu arbeitet, das dem nach der Glasfrittemethode erhalerhalten, die das in F i g. 3D dargestellte Muster hat. tenen Widerstandsmuster entsprach.

Es versteht sich, daß nach dem Niederschlagen Die unter Verwendung der Glasfritte- und Photo-

der Nickel-Chrom-Legierung (Fig. 3C) und vor ätzmethode erhaltenen Ergebnisse sind die folgenden:

Methode	Flächenwiderstand (Ohm/Quadrat)	Temperaturkoeffizient des Widerstands (ppm/°C)	Spezifischer Widerstand des massiven Materials (Mikroohmzentimcter)
Glasfritte Photoätzen	48 52	-38 -45	420 442

Beispiel 11

Die Glasfritte mit der Zusammensetzung wie nach Beispiel 1 wurde auf eine keramische Unterlage unter Verwendung eines 200-Maschen-Seidensiebs zum Erhalt einer Maske des gewünschten Negativmusters aufgebracht und dann durch Erhitzen des Frittematerials auf 100⁰C gehärtet.

Unter Verwendung der Vakuumaufdampfmethode wurden 500 Angstrom »Nichrom« (eine Nickel-Chrom-Legierung) auf die mit der Glasfritte beschichtete Unterlage aufgedampft, gefolgt von einem Aufdampfen von 10 000 Angstrom Kupfer und 4000 Angstrom Palladium. Das Glasfrittematerial, zusammen mit dem dieses bedeckenden, unerwünschten Metall, wurde dann von der Unterlage in einem mit Ultraschall umgerührten Xyloibad entfernt.

Das unter Verwendung der Glasfrittemethode erhaltene Muster zeigte gutes Haftungsvermögen, wenn es einem Klebebandtest unterworfen wurde.

Beim Aufdampfen von Metallen auf Glas- oder glasierte Keramikunterlagen mit hierauf aufgebrachter Glasfrittemaske ist es wünschenswert, die Unterlage in der Vakuumkammer auf eine Temperatur von 200 bis 250⁰C vorzuheizen, um gutes Haftungsvermögen und Liniendefinition sicherzustellen. Dieses ist nicht wesentlich bei unglasierten Keramikunterlagen.

Be i sp i e 1 III

Eine Glasfritte mit der Zusammensetzung wie nach Beispiel I wurde auf eine Glasunterlage selektiv aufgebracht und dann 5 Minuten lang bei 100⁰C getrocknet.

Es wurde dann eine Tantalschicht erzeugt durch Aufstäuben der Schicht über die ganze Glasfrittemaske auf der Unterlage in einer Argon-Stickstoff-Atmosphäre unter den nachstehenden Bedingungen:

Unterlage-Vorheiztemperatur 400⁰C

Stromdichte 0,287 mA/cm²

Spannung 3800 V

Glockendruck 20 Mikrometer

Vorleitungsdruck 120 Mikrometer

Zerstäubungszeit 9 Minuten

Kathode-Unterlage-Abstand 6,4 cm

ίο Die beschichtete Unterlage wurde dann mit Xylol behandelt, um die Glasfritte sowie das unerwünschte, darüber] iegende Metall zu entfernen.

Die nachstehende Tabelle vergleicht die unter Verwendung der Glasfrittemethode erhaltenen Ergebnisse mit denen, wie sie unter identischen Bedingungen zur Herstellung einer Kontrollprobe nach der direkten Photoätzmethode erhalten wurden.

Methode	Flächenwiderstand (Ohm/Quadrat)	Temperaturkoeffizient des Widerstands (ppm/°C)	Spezifischer Widerstand des massiven Materials (Mikroohmzentimeter)	Haftung (Klebebandtest)
Photoätzen Glasfritte	24 25,5	-68 -89	560 568	Gut Gut

Beispiel IV

Eine Glasfritte mit der Zusammensetzung wie nach Beispiel I und einer ^viskosität von 180 00OcP wurde durch ein 325-Maschen-Seidensieb (44-Mikrometer-Sieb) hindurch auf neun getrennte Keramikunterlagen selektiv aufgebracht. Nach dem Siebdruckvorgang wurden diese Unterlagen 2 Minuten lang bei 100⁰C getrocknet

Diese neun Unterlagen wurden in eine Aufdampfapparatur zusammen mit sechs identischen Unterlagen verbracht, auf denen eine mechanische Maske montiert war. Aufeinanderfolgende Nichrom-, Kupfer- und Palladiumschichten wurden auf die fünfzehn Unterlagen aufgedampft Die neun mit Glasfritte beschichteten Unterlagen wurden dann in einem Ultraschallbad aus Trichlorethylen gereinigt, das die Glasfritte und das unerwünschte, darüberliegende Metall entfernte. Die mechanischen Masken wurden von den restlichen sechs Unterlagen entfernt Es wurden keinerlei Fehler bei allen Unterlagen auf den Klebebandtest hin festgestellt

Ähnliche Resultate wurden beim Aufstäuben von Palladiumkontaktgebieten auf die Tantalnitrid-Wider-Standsschichten oder direkt auf die Keramikunterlagen erhalten.

Bei der visuellen Inspektion ergab sich jedoch, daß die Liniendefinition bei den mit der Glasfritte beschichteten Unterlagen gegenüber der Liniendcfinition bei den Unterlagen weit überlegen war, die mit mechanischen Masken abgedeckt waren. Dieses rührt von dem Umstand her, daß mechanische Masken nicht über der ganzen Unterlage in innigem Kontakt gehalten werden können. Zusätzlich war die Ausrichtung für die Unterlagen, bei welchen Glasfrittemasken verwendet wurden, besser, weil diese Masken durch Fixieren kontrolliert wurden und nicht von menschlichen Fehlern abhingen, wie diese beim Anordnen mechanischer Masken auftreten.

Entsprechend der Erfindung wird daher das Niederschlagen gemusterter Metalldünnschichten auf eine Unterlage bewerkstelligt unter Verwendung einer anordbaren Glasfrittemaske. Eine oder mehrere Metallschichten können auf diese Weise zum Erhalt wohldefinierter, haftender Muster aufgebracht werden. Die Verwendung anordbarer Glasfrittemasken ist nicht nur schneller als Photoätzmethoden für die Erzeugung von Dünnschichtmustern, sondern ist auch viel billiger.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Bedürfnis nach einer Miniatwisierung von. Erzeug- Patentansprüche: nissen und Systemen. Dieses ist das Resultat der Forderung nach erhöhter Zuverlässigkeit und Wariungsfreiheit, gekoppelt mit verringerten Kosisn,

1. Verfahren zum Herstellen gemusterter dünner 5 verringerter Größe und verringertem Gewicht Es Schichten aus Metall oder Metallverbindungen gibt eine Reihe Wege zur Miniaturisierung. Ein durch selektives Aufbringen eines pastenartigen ' erster Weg ist die fortschreitende Miniaturisierung Glasfrittematerials auf eine Oberfläche zum Erhalt üblicher, diskreter Komponenten. Ein zweiter Weg des Negativs eines gewünschten Musters, Erwärmen ist die Verwendung von Halbleitermaterial, zusammen des Glasfrittematerials auf zur Aushärtung aus- io mit Epitaxie- und Diffusionsverfahren, um sowohl reichende Temperatur, Niederschlagen einer dün- aktive als auch passive Bauelemente zu erzeugen, nen Schicht aus Metall oder Metallverbindungen Ein dritter Weg ist die Herstellung von DCnnschichtauf die Oberfläche und die gehärtete Glasfritte Bauelementen, wobei auf eine isolierende Unterlage und Entfernen der letzteren zusammen mit den niedergeschlagene dünne Materialschichten zur Erzeudarüberh'egenden Teilen der Schicht, dadurch 15 gung von Schaltungskomponenten und zugeordneten gekennzeichnet, daß ein pastenartiges Zwischen verbindungen verwendet werden.
Glasfrittematerial mit 80 Gewichtsprozent anorga- Dünnschichtschaltungen, die einen höheren volunischer Substanz und 20 Gewichtsprozent orga- metrischen Wirkungsgrad oder eine höhere Packungsnischer Trägersubstanz in einer Zusammensetzung dichte als übliche Schaltungen oder gedruckte Schalaus 2 Gewichtsprozent Äthylzellulose, 10 Ge- ao tungen mit üblichen Schaltungskomponenten haben, wichtsprozent Alpha-Terpineol, 5 Gewichtsprozent weisen im allgemeinen en filmartiges Leiternetzwerk Beta-Terpineol, 1 Gewichtsprozent Terpen-Koh- und eine Vielzahl passiver elektrischer Komponenten lenwasserstoffe und 2 Gewichtsprozent endere in Schichtform, wie Widerstände und Kondensatoren, tertiäre Alkohole, deren Siedepunkt im Bereich auf, die in situ auf einer gemeinsamen Unterlage des Alpha-Terpineols liegt, verwendet wird und 25 erzeugt werden. Diese dünnen Schichten, die in der daß die dünne Schicht durch Vakuumaufdampfen Größenordnung 300 bis 30 000 Angström dick sind, oder Kathodenzerstäubung niedergeschlagen wird. werden nach Vakuumniederschlagsmethoden her-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- gestellt. Der Ausdruck »Vakuumniederschlag« soll zeichnet, daß das Glasfrittematerial durch Erwär- hier Aufdampfen, Zerstäuben sowie andere äquimen auf eine Temperatur zwischen 100 und 200⁰C 30 valente »Kondensationsi-Methoden umfassen,
gehärtet wird. Bei einer Tantal Dünnschichtschaltung werden bei-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch spielsweise Kondensatoren und Widerstände in einem gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel zur Ent- einzigen Tantalmuster erzeugt. Dieses vereinfacht fernung der gehärteten Glasfritte Xylol oder Tri- die Materialien und Verfahrensschritte und begünstigt chloräthylen verwendet wird. 35 die Miniaturisierung und Zuverlässigkeit. Normaler-

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weise werden mit dem ursprünglichen Muster ebendadurch gekennzeichnet, daß das Glasfrittematerial falls rudimentäre Zwischenverbindungen erzeugt, auf auf die Oberfläche in einer Dicke zwischen 0,013 weiche Gold oder andere bessere Leiter später nieder- und 0,076 mm aufgebracht wird. geschlagen werden können. Die Widerstandswerte

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 40 der Widerstände sind durch Dicke und Geometrie dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des der niedergeschlagenen Schicht bestimmt. Obgleich Glasfrittematerials auf die Oberfläche im Sieb- genaue Werte nach zahlreichen Methoden erreicht druckverfahren vorgenommen wird. werden kennen, ist eine der praktikabelsten Methoden

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die elektrochemische Anodisierung. Eine Anodisiedadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch nicht- 45 rung reduziert den Querschnitt des Metalls und leitende und thermisch leitende Oberfläche ver- erhöht dadurch den Widerstand. Durch geeignete wendet wird. ÜberwachungsmaPnahmen erhält man die genauen

Widerstendswerte. Bei der Herstellung von Kondensatoren wird die anfänglich niedergeschlagene Schicht

50 als der eine Kondensatorbelag benutzt. Das Dielek-

trikum kann dann durch gesteuerte Oberflächenoxydation des Metalls oder durch gesondertes Niederschlagen eines Oxidfilms erzeugt werden. Da der Kapazitätswert umgekehrt proportional zur Dicke 55 des Dielektrikums ist, wird die Oxiddicke sorgfältig

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen kontrolliert, um die erforderliche Kapazitätstoleranz musterter dünner Schichten aus Metall oder Metall- zu erhalten. Das dritte Element, der Gegenbelag, rbindungen durch selektives Aufbringen eines wird durch Niederschlagen eines Metalls auf die istenartigen Glasfrittematerials auf eine Oberfläche Oberseite des Oxids erhalten. Der Kondensator ist m Erhalt des Negativs eines gewünschten Musters, 60 dann, außer dem Anbringen von Zuleitungen, fertig, •wärmen des Glasfrittematerials auf zur Aushärtung Tantal ist ein besonders brauchbares Metall für

isreichende Temperatur, Niederschlagen einer dün- Dünnschichtschaltungen. Es ist stabil und hat einen η Schicht aus Metall oder Metallverbindungen mittelhohen spezifischen Widerstand, der sich sowohl if die Oberfläche und die gehärtete Glasfritte und zur Herstellung von Widerständen als auch von ltfernen der letzteren zusammen mit den darüber- 65 Kondensatoren eignet. Zusätzlich hat das während genden Teilen der Schicht. der Anodisierung erzeugte Tantaloxid eine hohe Di-

Die zunehmende Kompliziertheit moderner elek- elektrizitätskonstante und eine hohe dielektrische anischer Systeme führte zu einem äußerst starken Durchschlagsfestigkeit. Tantal kann daher leicht bei