DE1927305A1

DE1927305A1 - Elektronischer Mikrobaustein mit einem eine erste und eine zweite Gruppe elektrischer Leiter aufweisenden Substrat

Info

Publication number: DE1927305A1
Application number: DE19691927305
Authority: DE
Inventors: Nathanson Harvey C; Davis Jun John R
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-05-31
Filing date: 1969-05-29
Publication date: 1970-08-27
Also published as: DE1927305B2; GB1265375A; FR2009775A1; US3539705A

Description

DIPL.-INQ. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt

4 Düsseldorf-eHer 1 Am-e4reuesen-kf©i*2--§3

Schadowplatz 9 Düsseldorf, 28. Mai 1969

WE 39,913 6930

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pennsylvania, V.St.A.

Elektronischer Hikrobaustein mit einem eine erste und eine zweite Gruppe elektrischer Leiter aufweisenden Substrat

■Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Mikrobausteine wie integrierte Schaltkreise und insbesondere elektronische Mikrobausteine mit wenigstens zwei zugehörigen Gruppen elektrischer Leiter.

Der Aufbau elektronischer Mikrobausteine wie integrierter Schaltkreise wird in zunehmendem Maße komplizierter und verwickelter. Es gibt eine Reihe von Fällen, in denen ein fakultatives permanentes Umschalten in integrierten Schaltkreisen nach der Verbundfertigung wünschenswert wäre. Der Begriff "Schalter" bezieht sich in diesem Sinne auf zwei metallische Leiterteile, die durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind, d.h., zunächst offenen Kontakten ähneln, die selektiv, jedoch bleibend geschlossen werden können, um eine elektrische Verbindung herzustellen.

In einigen Fällen soll es mög.lich sein, gleichzeitig eine große Anzahl identischer fertiger Schaltungen herzustellen. Mit den bisher bekannten Verfahren ist es nicht wirtschaftlich, kleine Stückzahlen geringfügig voneinander abweichender Schaltungen vorzusehen. In allen Fällen, in denen jede integrierte Schaltung anders sein muß, erweist sich der Einsatz der herkömmlichen Verfahrenstechnik

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Telefon CO2113 212 632

Telegramme Cuetopnt

als praktisch nicht durchführbar.

Bisher ist von verschiedenen Möglichkeiten Gebrauch gemacht worden, um den Verlauf oder Aufbau von im Verbund bzw. in einem größeren Schub hergestellten Erzeugnissen zu modifizieren. Beispielsweise können örtlich Überbrückungsdrähte angeschlossen werden, um zwischen zwei auf dem Substrat befindlichen, voneinander getrennten leitenden Schichten eine leitende Verbindung zu bilden. Dieser Weg ist jedoch langsam und kostspielig, außerdem insofern schwierig, als die Gold-Verbindungskugel im Verhältnis zu den Leitungen ausgerichtet, dann die Verbindung hergestellt und schließlich der Draht abgetrennt werden muß. Die dabei resultierende Verbindung ist groß, wobei ein typischer Wert ein Durchmesser von 0,075 m, oder mehr ist, die dann außer dem Draht eine weitere parasitäre Kapazität an der Verbindungsstelle hervorruft und den Raum für die Querdrahtverbindungen in der Nachbarschaft der Verbindungsstelle auf mehr als etwa 0,1 mm beschränkt. Es sind auch schon Vorschläge dahingehend gemacht worden, zur Modifizierung der Schaltung leitende Bereiche von in einem Schub bzw. im Verbund hergestellten Mikrobausteinen auszubrennen. Dazu muß jedoch durch diese Bereiche ein verhältnismäßig großer Strom geleitet werden, wenn nicht besondere Anschlußklemmen vorgesehen sind, was wieder mit einem zusätzlichen, erheblichen Aufwand verbunden ist. Außerdem ist diese Art von Schalter normalerweise geschlossen und ermöglicht vor Herstellung der Verbindung (bonding) keine Isolationsprüfung.

Kreuzungsstellen (Überführungen) für integrierte Schaltungen sind in komplexen Fällen wichtig und notwendig, in denen leitende Verbindungen zwischen einzelnen Schichten nicht vorgesehen werden können. Gegenwärtig angewandte Lösungen machen allgemein von einer zwischen im Abstand voneinander verlaufenden leitenden Schichten angeordneten Isolierschicht oder von eindiffundierten Unterführungen Gebrauch, wobei jedoch beide Alternativen Nachteile mit sich bringen.

Elektronische Funktionen mit Mikrowelleafrequenzen sind bisher allgemein nicht in integrierte Schaltung©» »it ©i

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Es ist jedoch als erstrebenswert anzusehen, auch Mikrowellensysteme noch stärker mit einzubeziehen, so daß auch die Funktionen von dem integrierten Schaltkreis-Chip unmittelbar zugeordneten verlustarmen Bandleitungen (strip lines), Spulen, Kopplern und abgeglichenen Mischstufen zur Verfügung stehen.

In der britischen Patentschrift 1 125 897 sind Anordnungen sowie zur Herstellung solcher Anordnungen geeignete Verfahren beschrieben, die sich auf im Abstand voneinander angeordnete Metallkörper von integrierten Schaltungen wie etwa freitragende Schwinger in Transistoren mit Resonanzelektrode (resonant gate transistors « RGT) sowie für leitende Kreuzungsstellen beziehen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist eine erhebliche Verfeinerung der damit beschriebenen Verfahrensweise sowie die Schaffung verschiedener wichtiger neuer Ausführungsformen integrierter Schaltkreise mit im Abstand voneinander angeordneten und als Schalter einsetzbaren Leiterbereichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein elektronischer Mikrobaustein mit einem eine erste und eine zweite Gruppe elektrischer Leiter aufweisenden Substrat erfindungsgemäö dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe der Leiter mindestens ein Leiterelement, das lediglich durch einen Luftspalt getrennt frei über einen Leiterbereich der ersten Gruppe verlauft, sowie wenigstens eine vorspringende, einen weiteren Leiterbereich der ersten Gruppe Überlappende Zunge besitzt, die auf den weiteren Leiterbereich abgebogen und mit diesem permanent vereinigt ist.

Der Metall-Luftspalt-Metall-Leiteraufbau des elektronischen Mikrobausteins nach der vorliegenden Erfindung eignet sich in besonderer Weise für die nachträgliche Herstellung von Schaltern, Kreuzungsstellen (Überführungen) sowie von Mikrowellen-Übertragungsleitungen, Kopplern oder anderen Elementen. Zu den wesentlichen Merkmalen der für die selektive Verbindung oder Schaltung von sonst offenen Leitern eingesetzten Anordnung gehört, daß der

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Schaltungsaufbau nicht größer als etwa 0,025 mm zu sein braucht, je nach der Breite des dadurch hergestellten Verbindungsweges, wenn die Verwendung im Zusammenhang mit in herkömmlicher Weise im Verbund bzw. in Schubform hergestellten integrierten Schaltkreisen erfolgt. Dadurch ist sichergestellt, daß die durch den erfindungsgemäßen Aufbau erzielten Vorteile nicht etwa auf Kosten einer wesentlich vergrößerten Schaltfläche gehen. Der Widerstand des Schalters ist in dessen offenem Widerstand gegenüber dem inneren Schaltungswiderstand bei allen interessierenden Frequenzen äußerst hoch. Für einen für hohe Frequenzen ausgelegten integrierten Schaltkreis bedeutet dies für den offenen Zustand eine sehr kleine Kapazität zwischen den Elektroden, die beispielsweise in der

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Größenordnung von 10 pF oder weniger liegt. Die Leitfähigkeit des geöffneten Kreises ist vernachlässigbar und beträgt etwa 10 S oder weniger. Im geschlossenen Zustand ist der Widerstand des Schalters im Verhältnis zu allen wichtigen Widerstandswerten eines integrierten Schaltkreises klein. Für einige Anwendungsfälle erfordert dies einen Widerstand in der Größenordnung von einigen Milliohm. Wichtig ist dabei der Gesichtspunkt, daß der Einbau der Schaltanordnung in den integrierten Schaltblock ein Minimum an zusätzlichen Fabrikationsschritten bedingt und andererseits ein Verfahren mit einer hohen Ausbeute darstellt.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Metall-Luftspalt-Metallanordnungen entsprechend der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß (a) eine Metallschicht auf das Substrat aufgebracht und dann entsprechend dem gewünschten Verlauf der ersten Leitergruppe konturiert wird, (b) eine Metallschicht gewünschter Flächenverteilung gebildet wird, die als Abstandsschicht dient, (c) etwa durch Metallablagerung die gewünschte zweite Gruppe elektrischer Leiter gebildet und (d) die als Abstandsschicht dienende Metallschicht beispielsweise durch Ätzung entfernt wird, so daß die Leiter der ersten und der zweiten Gruppe mit einem genau definierten, gleichförmigen kleinen Luftspalt zwischen sich zurückbleiben. Erfindungsgemäß können Luftspalte mit typischen Werten von 1 ja bis zu etwa 25 oder mehr Ai Breite hergestellt werden. Trockene Luft als Dielektrikum stellt

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bei gemäßigten Spannungen in der Praxis einen perfekten Isolator dar. Beispielsweise tritt für einen 5/i weiten Spalt, in dem sich Luft mit atmosphärischem Druck befindet, Leitung bei einer Spaltspannung von etwa 400 V ein, was weit über dem Arbeitsbereich der meisten integrierten Schaltkreise liegt. Bei niedrigerem Luftdruck kann die Überschlagsspannung noch stark erhöht werden.

Bestimmte dieser Metall-Luftspalt-Metallschaltanordnungen können permanent geschlossen werden, beispielsweise mittels einer von außen angreifenden Verbindungsbacke (bonding wedge), die an vorragenden Zungen angreift und diese auf davon überlappte Bereiche der ersten Gruppe angehörender Leiter niederdrückt, so daß der Widerstand des so geschlossenen Schalters so klein oder sogar geringer als der des ursprünglichen Leiters ist. Weder zusätzlicher Draht noch eine kritische Ausrichtung von Draht und Leiter sind erforderlich. Alle zur Herstellung der Verbindung erforderlichen Komponenten sind jeweils an der richtigen Stelle unmittelbar in den Chip eingebaut. Soweit die leitenden Schichten eine Goldlage enthalten, kann die Verbindung kalt vorgenommen werden, indem der Umstand ausgewertet wird, daß Gold unter Druck leicht in Gold fließt. Da kein gesondertes Verbindungsmaterial an der Verbindungsstelle eingesetzt zu werden braucht, ist nur eine kleine Verbindungsbacke oder -spitze notwendig, um den Druck für die Kontaktbildung zu erzeugen. Das ermöglicht die Verwendung eines Verbindungskopfes mit einer Mehrzahl von Backen oder Spitzen, wobei jede Backe oder Spitze sich in einer entsprechenden Lage befindet, in der dann ein Druck von 5 bis 7 g mit Hilfe einer Reihe zugeordneter geeigneter Wandler in Übereinstimmung mit einer programmierten Steuerung ausgeübt werden kann. Statt dessen kann auch eine Anzahl feststehender Prüfköpfe, die selbst mittels Photoresisttechnik auf einem Substrat hergestellt worden sind, vorgesehen sein, um einen bestimmten Block durch Preßverbindung unmittelbar in eine der möglichen Verbindungsformen zu bringen.

Wenn die Spitzen für die Herstellung der Verbindungen selbst leitend sind, so können sie zur Abtastung des Schaltkreises vor dem

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Schließen der Schalter eingesetzt werden. Das bringt den Vorteil mit sich, daß das Abtasten bzw. Prüfen der Schaltung erfolgen
kann, solange noch verhältnismäßig wenige Verbindungen bestehen, so daß dadurch die Auswertung der Ergebnisse erleichtert wird.
Weitere Möglichkeiten kommen für die Herstellung der Verbindungen in Frage wie etwa die selektive Anwendung eines programmierten
Elektronenstrahls.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 längs der Linie II-II;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 einen Teilschnitt durch Fig. 3 längs der Linie IV-IV;

Fig. 5 perspektivisch eine Draufsicht auf einen Ausschnitt, der integraler Teil eines Bausteines nach der Erfindung sein kann, wie er etwa in Fig. 1 und 2 gezeigt ist; und

Fig. 6 Teilschnitte, die die aufeinanderfolgenden Herstel-

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lungsphasen eines Bausteins nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.

Mit den Fig. 1 und 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wiedergegeben, das ein Substrat 10 mit
einer darauf ausgebildeten leitenden Schaltanordnung aufweist,
Das Substrat 10 dieses Ausführungsbeispiels ist ein integrierter Halbleiterschaltkreis, bei dem den verschiedenen aus der Zeichnung ersichtlichen Bereichen 12 in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung keine besondere Bedeutung zukommt; vielmehr dienen

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diese lediglich zur allgemeinen Veranschaulichung. Die Oberfläche 11 des Substrats IO ist durch eine Isolierschicht 14, die etwa aus Siliziumdioxid oder aufeinanderfolgenden Lagen von Siliziumdioxid und Siliziumnitrit aufgebaut ist, geschützt, mit Ausnahme der Bezirke, in denen das Halbleitermaterial zugänglich sein soll. In Fig. 1 ist diese Schutzschicht aus Gründen einer größeren Klarheit fortgelassen worden.

Die schraffierten Teile der Fig. 1 bestehen aus leitendem Material, das sich in unmittelbarem Kontakt mit dem Halbleiterwerkstoff befindet. Es handelt sich dabei um Kontakte 21, 22, 23 und 24 mit einer links angeordneten η-Zone, einer rechts befindlichen p-Zone, einer η-Zone an der Oberseite bzw. einer p-Zone an der Unterseite der Fig. 1. Die ersten beiden Kontakte 21 und 22 stehen unmittelbar über eine Brücke 26 miteinander in Verbindung, die sich in Übereinstimmung mit herkömmlichen Herstellungsverfahren über die Isolierschicht 14 erstreckt. Mit dem unteren Kontakt 24 ist ein Leiterstück 34 vereinigt, das sich mit einem Abstand von der Brücke 26 erstreckt, während ein ähnliches Leiterstück 33 von dem oberen Kontakt 23 ausgeht, das jedoch mit der Brücke 26 in leitender Berührung steht.

Zu Beginn der Herstellung werden die ohmschen Kontakte 21, 22, 23 und 24 sowie die leitende Brücke 26 auf dem Substrat 10 durch Metallisierung und Aufzeichnung der Leiteranordnung in herkömmlicher Weise ausgebildet, während die mit den ohmschen Kontakten verbundenen, mit einem Luftspalt verlaufenden Leiterstücke 33 und 34 dadurch erhalten werden, daß zuerst eine Absbndsschicht sowie eine zweite Leiterschicht ausgebildet werden und anschließend die Abstandsschicht wieder beseitigt wird. Sodann ist das eine vorspringende Leiterstück 33 mit der Brücke 26 durch Druckverbindung (compression bonding) verbunden worden, um so den zugehörigen Stromkreis permanent zu schließen. Naturgemäß können, je nach der geplanten Verwendung des aus der Fertigung kommenden integrierten Schaltkreises, auch beide Leiterstücke geschlossen, beide Leiterstücke geöffnet oder aber das Leiterstück 33 geöffnet und dafür das Leiterstück 34 geschlossen, d.h., mit der Brücke 26 verbunden

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Es wurde gefunden, daß ein Saphirkeil (sapphire wedge) mit einem Radius von 0,025 mm (0,001 Inch) bei einem Druck von 7 g eine ausreichende Kaltverbindung zwischen angrenzenden Teilen mit einen im wesentlichen Null betragenden Widerstand erzeugen kann. Der Überlappungsbereich der mit einem Luftspalt verlaufenden Metallstücke beträgt nur etwa 0,00016 mm (0,25 Square Mils), so daß die Durchführungskapazität eines offenen Schalters minimiert wird. Solche Schalter wurden mit einer Vielzahl von durch entsprechende Luftspalte getrennten, über einem gemeinsamen Leitungsstrang liegenden Kontaktelementen ausgebildet, wobei jede Kombination dieser Elemente mit dem Leitungsstrang verbunden wurde. Die Schließung der Schalter kann auch mit Hilfe eines Elektronenstrahles oder durch elektrostatische Anziehung erfolgen.

Der Aufbau der Fig. 3 ist ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung sowohl für Schalter entsprechend Fig. 1 als auch für Leitungsüberführungen. Eine besondere Anwendungsmöglichkeit des Aufbaus der Fig. 3 besteht in seinem Einsatz als Umpoleinrichtung. In jedem dieser Zweige 41, 42, 43, 44 liegt jeweils ein Schalter 51, 52, 53 bzw. 54. Jeder Schalter ist einpolig ausgebildet, wie die eine Hälfte des Aufbaus der Fig. 1 bzw. 2. Wenn die Schalter 51 und 52 geschlossen sind, so wird die Ausgangspolarität (etwa an den Kontakten 53 und 54) gegenüber der Polarität bei Schließung nur der unteren beiden Schalter 53 und 54 umgekehrt. Für einen Aufbau dieser Art sind zwei Überführungen 61 und 62 notwendig, von denen die eine im Schnitt in Fig. 4 wiedergegeben ist, wobei der unmittelbar an das Substrat 45 angrenzende Zweig 42 unter Einhaltung eines Luftspalts 64 von einem Leitungsbereich 63 gekreuzt wird. Wie ersichtlich, können durch die Wahl verschiedener Stellen für Schalter mit jeder Zahl von Kontaktelementen sowie von Überführungen recht verwickelte Leitungsanordnungen erhalten werden. Im Bedarfsfall können die Überführungen aufgetrennt werden, so daß jeweils zwei Metall-Luftspalt-Metallschalter erhalten werden, die unabhängig voneinander permanent geschlossen werden können.

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Fig. 5 veranschaulicht einen besonderen Anwendungsfall, wie er sich für Mikrowellenanordnungen eignet, wobei sich oberhalb eines ersten, auf einem Substrat 70 befindlichen Leiters 71 über eine verhältnismäßig große Länge ein zweiter Leiter 72 mit Abstand von dem ersten Leiter 71 erstreckt. Der obere Leiter kann eine Hauptleitung sein, die einen gleichbleibenden Abstand von 5 μ von dem unteren Leiter 71 hat. Durch entsprechende Wahl des Abstandes zwischen den beiden Leitern 71 und 72 sowie deren Breite kann das Leiterpaar als Bandleitung für die Fortpflanzung von Hochfrequenzenergie dienen. Beispielsweise besitzen zwei Stränge mit einer Breite von 0,038 mm (0,0015 Inch) und einem Abstand von etwa 5 /x einen Wellenwiderstand von 50 Ohm. Solche Bandleitungen rufen sehr niedrige Verluste hervor, da das Dielektrikum nur eine kleine Verlustleistung bedingt und beide Leiter metallisch sind. Das steht im Gegensatz zu anderen Bandleitungsanordnungen (strip line structures) , bei denen der untere Leiter, der normalerweise aus Silizium besteht, einen verhältnismäßig hohen Widerstand aufweisen kann. Von dem oberen zweiten Leiter 72 aus vorragende Zungen 73 sind mit der Oberfläche des Substrates 70 in einer der Schließung des Schalters der Fig. 1 entsprechenden Weise verbunden, um der Anordnung eine ausreichende Steifigkeit zu verleihen. Das ermöglicht die Verwendung von Bandleitungen beliebiger Länge. Solche mit geringem, gleichförmigem Abstand voneinander verlaufende Leiter machen eine Reihe von Mikrowellenanwendungen möglich, wie sie in der Mikrowellentechnik bekannt sind und hier nicht ins einzelne gehend erläutert zu werden brauchen. Eine Zunge 73a der ersten Gruppe und ein Leiterabschnitt 71a der zweiten Gruppe bilden einen geschlossenen Schalter mit Metall-Luftspalt-Metall-Aufbau im Sinne der vorliegenden Erfindung.

Die Erfindung, wie sie bisher beschrieben wurde, läßt sich weiter auch zur Bildung zusätzlicher, im Abstand von einem ersten Leiter verlaufender Leiter einsetzen, wenn noch verwickeitere Aufbauten für Schalter, Kreuzungsstellen (Überführungen) und Mikrowellen-Bauelemente erhaben werden sollen.

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Unter den vielen weiteren Anwendungsmöglichkeiten, die für im Ab-. stand voneinander verlaufende Leiter entsprechend der vorliegenden Erfindung in Frage kommen, sind besonders noch der Fall zu erwähnen, wo oberhalb eines Teils einer integrierten Schaltung eine elektrostatische Abschirmung erfolgen soll, sowie ferner der Fall, einen verhältnismäßig massiven Leiter, bei dem keine große Halbleiteroberfläche notwendig ist, als Sammelleitung o. dgl. einzusetzen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und der Vielseitigkeit, mit der davon Gebrauch gemacht werden kann, so daß eine möglichst große Zahl unterschiedlicher Leiter mit verschiedenen Schaltern, Kreuzungsstellen, unter rechtwinkliger Abbiegung oder praktisch jeder anderen geometrischen Gestalt gebildet warden kann, werden nachstehend noch bevorzugte Verfahren für die Durchführung der vorliegenden Erfindung beschrieben, mit denen der unmittelbare Zusammenhang mit der heutigen Technologie bei der Herstellung integrierter Schaltkreise gegeben wird. Die Fig. 6 bis 9 zeigen einzelne Phasen des Herstellungsprozesses. Fig. 6 zeigt ein Substrat 80, etwa eine integrierte Schaltung aus Silizium, nach Abschluß aller nowendigen Arbeitsgänge für die Gestaltung des inneren Aufbaus und nach Ausbildung der abschließenden Isolierschicht 81 an der Oberfläche des Substrats, die jedoch an den Stellen Öffnungen aufweist, an denen ein Kontakt mit dem Halbleitermaterial hergestellt werden muß. Die etwa aus Siliziumdioxid bestehende Isolierschicht kann aus etwa 10000 8 starkem,thermisch aufgebrachtem Oxid oder einem anderen geeigneten Isolierstoff bestehen. Zur Herstellung der Fenster in der Oxidschicht dienen herkömmliche Photoresist-Maskierungs- und Ätzverfahren.

Für alle Phasen des Herstellungsprozesses ist es wichtig, daß die Flächen, auf die dann eine weitere Schfcht aufgebracht wird, eine große Reinheit besitzen. Die Reinigung kann entsprechend verschiedenen bekannten Verfahren vorgenommen werden. Zur Vorbereitung der oxydierten Fläche für das anschließende Aufbringen der weiteren Schicht kann das oxydierte Substrat beispielsweise in

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Trichloräthylen etwa 5 min lang gekocht, zwei- oder dreimal in Azeton gespült, dreimal in Methanol getaucht, bei etwa 100° C für etwa 25 bis 35 min in rauchende Salpetersäure gebracht, etwa 5 min lang in fließendem deionisiertem Wasser gespült, in Methanol gespült und schließlich in heißer Luft getrocknet werden.

Nach der Reinigung der Oberfläche der Schicht 81 wird so bald wie möglich eine erste Metallschicht 82 über die ganze Fläche gebracht. Dafür kö^nnen verschiedene bekannte Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann der Auftrag durch Aufsprühen (sputtering) erfolgen, wenngleich von der Vakuumverdampfung sowie anderen Möglichkeiten ebenso Gebrauch gemacht werden kann. Dem Aufsprühen wird im Hinblick auf eine etwas bessere Haftung der Vorzug gegeben Das Substrat wird dazu in die Sprüjtianordnung gebracht, die dann

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bis auf weniger als 10~ Torr abgepumpt wird. Flüssiger Stickstoff wird zum Abfangen (trapping) verwendet. Die Kammer wird dann mit Argon wieder auf einen Druck von etwa 10/u aufgefüllt. Die erste Metallschicht 82 wird insbesondere im Hinblick auf die Haftung an dem Substrat, in diesem Fall die Oxid- oder Isolierschicht 81, aufgebracht, ferner wegen ihrer Fähigkeit, einen ohmschen Kontakt mit dem freiliegenden Halbleiter einzugehen, außerdem wegen der Möglichkeit, anschließend eine Metallschicht etwa durch Plattieren (plating) darauf aufzubringen.

Bei der Herstellung von mit einer Oxidschicht versehenen integrierten Schaltungen aus Silizium kann die erste Metallschicht geeigneterweise e,inen ersten Chrombereich von etwa 400 8 Stärke aufweisen, an den sich ein zweiter Bereich aus Gold von etwa 1000 X Stärke anschließt. Für die rein gehaltenen Sprühelektroden werden die gewünschten Strom- und Spannungswerte entsprechend dem speziellen Aufbau sowie entsprechend der Zeit eingestellt, die notwendig ist, um den Träger nacheinanderfolgend mit den Metallschichten gewünschter Stärke zu versehen. Für die Bildung der Schicht 82 kommen unterschiedliche Metalle in Frage, die dabei entsprechend verschiedenen Verfahren aufgebracht werden kann. Beispielsweise kann anstelle von Chrom Titan oder Zirkon verwendet werden. Vor

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dem einen der beiden Metalle Titan oder Zirkon kann (zur Erzielung eines besseren ο hinsehen Kontaktes) Aluminium angeordnet sein, wobei auf das Zirkon im Hinblick auf die begrenzte Plattierbarkeit (platability) von Aluminium Wert gelegt wird.

Die erste Metallschicht 82 wird dann in Übereinstimmung mit der herkömmlichen Photoresist-Technik durch eine Maske (nicht dargestellt) mit entsprechender Konturierung abgedeckt. Diese erste Maske ist dort durchbrochen, wo jeweils Bestandteile der ersten Metallschicht in dem fertigen Gebilde bleiben sollen, etwa im Fensterbereich, sowie dort, wo sich über der Oxydschicht ein Leiter erstrecken soll. Durch Metallablagerung, vorzugsweise durch Plattierung oder Elektroplattierung, wird durch die Durchbrechungen in der ersten Maske Metall auf der freiliegenden Chrora-/Goldschicht niedergeschlagen. Dem Plattieren wird dabei der Vorzug gegeben, weil es selektiv erfolgen und die erforderliche Dicke rasch und leicht hergestellt werden kann. Dieses Metall wird im Hinblick auf ein leichtes Aufbringen sowie andere Anforderungen gewählt, wie sie sich aus/folgenden Erläuterung ergeben. Die Dicke dieser Schicht ist nicht besonders kritisch und beträgt für Gold etwa 1 bis 4fi. Nach Durchführung der Plattierung für eine zur Erzielung der gewünschten Dicke ausreichende Zeit wird das Substrat aus dem Plattierbad herausgenommen. Die Maske wird abgezogen, so daß die konturierte Metallschicht 84 zurückbleibt; die Oberflächen werden dann sorgfältig gereinigt.

Hierauf wird eine zweite Maske (nicht dargestellt) aufgebracht, was wiederum mit Hilfe der Photoresist-Technik erfolgen kann. In diesem Fall weist die Maske überall dort Durchbrechungen auf, wo zwischen einem Leiter und dem Substrat bzw. einem Leiter sowie einem auf dem Substrat befindlichen Leiter ein Luftspalt vorhanden sein soll..

Fig. 7 gibt die Verhältnisse wieder, nachdem durch die zweite Maske eine dritte Metallschicht 86 aufgebracht worden ist, die als Distanz- oder Abstandsschicht für die Einstellung eines genauen

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Abstandes zwischen aufeinanderfolgend aufgebrachten leitenden Schichten dient. Diese Metallschicht kann durch Plattierung oder auf andere Weise aufgebracht werden und muß so beschaffen sein, daß sie sich ohne Beeinträchtigung der nacheinanderfolgend aufgebrachten leitenden Schichten entfernen läßt. Daher ist es zweckmäßig, insbesondere, wenn eine leitende Schicht aus einem Edelmetall wie Gold Verwendung findet, ein Metall einzusetzen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die beispielsweise Nickel, Kupfer, Silber, Kadmium, Zinn, Blei sowie andere plattierbare und selektiv entfernbare Metalle, Legierungen davon (beispielsweise durch Co-Plattierung gebildet) sowie Verbindungen wie etwa Metalloxide enthält, die sich durch Sprühen oder Verdampfen aufbringen und genau mit Stärken von weniger als 1 /a bilden lassen. Bei der Herstellung der Abstandsschicht spielt die Einhaltung der gewünschten Stärke eine große Rolle. Die Stärke dieser Schicht wird entsprehend dem Abstand des gewünschten Luftspaltes gewählt. Lediglich beispielshalber möge dieser Abstand 6 xx betragen. Solche Abmessungen lassen sich mehr oder weniger unmittelbar mit Abweichungen von etwa 1 u einhalten. Nach der Plattierung mit Nickel wird die zweite Photoresist-Maske abgezogen.

In einigen Fällen soll vor dem Abziehen der zweiten Photoresist-Maske eine dünne Goldauflage auf die Abstandsschicht aufgebracht werden. Ein solcher Schritt ist dann wünschenswert, wenn es auf eine hohe Genauigkeit ankommt, wie beispielsweise/dem Schwingkörper in einem RGT. Damit soll sichergestellt werden, daß die zum Entfernen der Photoresistschicht dienende Lösung die beispielsweise aus Nickel bestehende dritte Schicht nicht angreift.

Nach dem Abziehen der zweiten Photoresist-Maske und dem Reinigen der Oberflächen wird - wiederum etwa unter Verwendung der Photoresist-Technik - eine dritte Maske (nicht dargestellt) gebildet. Die Durchbrechungen der dritten Maske liegen in allen Bereichen, in denen das Metall in Abstand von dem Substrat, andererseits aber in Kontakt mit den zuvor gebildeten Elementen gehalten werden soll. Fig. 8 veranschaulicht die Verhältnisse nach dem Aufbringen einer weiteren Metallschicht 88, wiederum etwa mit Hilfe eines Plattier-

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verfahrene, durch die Durchbrechungen oder Aussparungen der drit-, ten Maske. Diese weitere Schicht 88 ist 3 bis 4/U stark und besteht aus Gold, das an Bereiche der Metallschicht 84 angrenzt und sich über die als Abstandeschicht dienende dritte Metallschicht 86 erstreckt. Die leitende weitere Schicht 88 kann aus verschiedenen Stoffen bestehen, wobei Gold sich als vorteilhaft erweist und in den meisten Fällen zu bevorzugen ist. Normalerweise kommt es auf gute Leitfähigkeit an, und so können Aluminium (beispielsweise unter Verwendung von Verdampfung und selektiver Entfernung zur Erzielung der gewünschten Konturen), Silber und Kupfer ebenfalls Verwendung*finden. Für RGT-Schwinger mit niedrigem Temperaturkoeffizienten der Frequenz würde sich ein leitfähiger Körper aus Palladium gut eignen. Wo die leitende weitere Schicht 88 keine gute Leitfähigkeit zu besitzen braucht, kann sie aus bekannten Widerstandsmaterialien wie etwa Nickeleisenlegierungen hergestellt sein. Außer die Schicht durch Plattieren u. dgl. aufzubringen besteht eine günstige Möglichkeit auch darin, eine Folie des leitenden Materials als Schicht 88 in innigen Kontakt mit der Fläche zu bringen und dann selektiv einzelne Bereiche zu entfernen, so daß sich die gewünschte Konturierung ergibt. In jedem Fall wird das Material für die Schicht 88 so gewählt, daß die als Abstandsschicht dienende dritte Metallschicht 86 etwa durch chemisches Ätzen entfernt werden kann, ohne die weitere Schicht 88 dabei irgendwie nennenswert zu beeinträchtigen.

Nach dem Aufbringen der Goldschicht 88 entsprechend Fig. 8 erweist es sich teilweise als günstig, einen weiteren Nickelüberzug von etwa 5 u Stärke aufzubringen. Dieser fakultative Schritt kann erfolgen, wo es auf hohe Genauigkeit ankommt wie etwa bei Schwingkörper eines RGT. Der Grund dafür ist in einer Kompensation für die Spannungen zu sehen, die an der bimetalIisehen übergaegs·* stelle zwischen den Schichten 86 und 88 auftreten können.

Sodann wird auch die dritte Maske entfernt und ein Ätzmittel angebracht, das lediglich das Metall der Abstandsschicht, la diesen Fall Nickel, angreift. Als Ätzmittel eignet sich ©ine etwa auf 60° C erhitzte Salpetersäure-Wasserlösung. Um zu verhindern,

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sich Nickel auch an anderen Stellen des Substrats ablagert, wird vorzugsweise nur kurzzeitig geätzt und darauf mit deionisiertem Wasser gespült und diese Folge dann solange wiederholt, bis alles Nickel beseitigt worden ist.

Als nächstes muß dann noch die freiliegende, beispielsweise aus Chrom-Gold bestehende ursprüngliche Schicht 82 entfernt werden. Das erfordert wegen des Unterschieds in der Dicke der zugehörigen vorhandenen Schichten keine gesonderte Maske. Das Gold kann mit Hilfe von Königswasser geätzt werden, das aus einem Teil konzentrierter Schwefelsäure, drei Teilen konzentrierter Salzsäure und vier Teilen deionisiertem und auf 40 C erhitztem Wasser besteht. Der Xtzvorgang wird dabei so lange fortgesetzt, bis die Chromoberfläche erscheint.

Sodann wird das Chrom geätzt, wobei ein Ätzmittel Verwendung finden kann, das etwa aus einem Teil einer einen pH-Wert von 8 bis 10 aufweisenden gesättigten Lösung K₃Fe(CN)₆ mit NaOH sowie einem Teil auf etwa 60° C erhitzten, deionisiertes Wassers besteht. Das Ätzen wird unter Beobachtung des Substrats Im ,schwachem reflektierendem weißem Licht fortgesetzt. Dabei laasar? sich Varcb das Chromoxid hervorgerufene Interferenzfarbc:; b^-rhaehten. Dieeie Farben verschwinden, wenn das Chrom entfernt word®:, i?t. liaeh Spülung in deionisiertem Wasser wird das Substrat etwa 30 see lang wieder in die für die Nickelentfernung verwendete Salpetersäure gebracht, erneut gespült und sodann wiederum in das Chromätzmittel gebracht und in diesem etwa 5 see oder so lange gehalten, bis der Interferenzschleier verschwindet. Der Baustein wird dann in deionisiertea Wasser, Azeton sowie Methanol gereinigt und anschließend getrocknet. Der endgültige Aufbau ist aus Fig. 9 ersichtlich. Wenngleich das vorstehend beschriebene Verfahren etwas komplizierter ist, so hat es sich doch als mit größerer Sicherheit reproduzierbar erwiesen, als das bei Verwendung einer Photoresist-Schicht zur Einhaltung des Abstandes entsprechend dem eingangs erwähnten Patent der Fall ist.

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Man erkennt, daß sich jede beliebige Anzahl von Leitern mit einer Vielzahl von Konturierungen gleichzeitig herstellen lassen. Ebenso können weitere im Abstand verlaufende Leiter vorgesehen werden, etwa indem nach Erreichen des mit Fig. 8 gezeigten Zustandes eine weitere Maske für die Begrenzung einer einem zweiten Zustand entsprechenden Abstandsschicht aufgebracht, die dem zweiten Zustand entsprechende Abstandsschicht plattiert,. sodann eine weitere Schicht für die Begrenzung der leitenden Schicht entsprechend dem dritten Zustand aufgebracht wird etc., worauf das Ätzen zur Entfernung der Abstandsschichten und der ursprünglichen Chrom-/Goldschicht wieder in der oben beschriebenen Weise vorgenommen werden kann.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Elektronischer Mikrobaustein mit einem eine erste und eine zweite Gruppe elektrischer Leiter aufweisenden Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe elektrischer Leiter mindestens ein Leiterelement, das lediglich durch einen Luftspalt getrennt frei über einem Leiterbereich der zweiten Gruppe verläuft, sowie wenigstens eine vorspringende, einen weiteren Leiterbereich der ersten Gruppe überlappende Zunge besitzt, die auf den weiteren Leiterbereich abgebogen und mit diesem permanent vereinigt ist.

2. Mikrobaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterelement der zweiten Gruppe über einem Leit erelement der ersten Gruppe in einem Längenbereich verläuft, dessen Länge um mindestens eine Größenordnung höher als die Breite des dazwischen befindlichen Luftspaltes ist.

3. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Mikrobausteins nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine durchgehende erste Metallschicht auf ein Substrat (80) aufgebracht, die erste Gruppe elektrischer Leiter mittels dieser ersten durchgehenden Metallschicht (82) gebildet, sodann eine zweite Metallschicht (84) über ausgewählte Bereiche der ersten Metallschicht (82) und der ersten Gruppe angehörende Leiter gebracht, hierauf die zweite Gruppe elektrischer Leiter ausgebildet und schließlich die zweite Metallschicht (84) sowie nicht durch die erste und zweite Gruppe gedeckte Teile der ersten Metallschicht (82) entfernt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (80) einen Halbleiterkörper einer integrierten Schaltung sowie eine auf den Halbleiterkörper aufgebrachte dielektrische Schicht mit wenigstens einer Durchbrechung aufweist und daß die erste durchgehende Metallschicht auf die dielektrische Schicht aufgebracht wird, sich dabei aber durch die mindestens eine

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Öffnung hindurch erstreckt und dabei in elektrischem Kontakt mit dem Halbleiterkörper gebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste durchgehende Metallschicht (82) eine zusammengesetzte Schicht mit einem Film aus Cr, Al, Ti oder Zr und einer diesem Film überlagerten Goldschicht ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metallage aus einem von der zweiten Gruppe elektrischer Leiter abweichenden Metall bzw. einer davon abweichenden Legierung besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metallschicht aus Ni, Cu, Ag, Cd, Sn, Pb oder einer Legierung aus einem oder mehreren der letztgenannten Metalle besteht.

KN/gb 3

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