DE1927305C3 - Elektronischer Mikrobaustein und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

)ie vorliegende Erfindung betrifft einen clektroni-LMi Mikrobaustein mit einem eine erste und eine :ite Gruppe elektrischer Leiter aufweisenden Subt, bei dem die zweite Gruppe elektrischer Leiter idestcns ein Leiterelement aufweist, das lediglich ch einen Luftspalt getrennt frei über einem Leiter

bereich der ersten Gruppe verläuft.

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 möglich sein, gleichzeitig

eine große Anzahl identisch 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

ao anders sein muß. erweist sich der Einsatz der herkömmlichen Verfahrenstechnik 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 abge-

trennt werden muß. Die dabei resultierende Verbindung ist groß, wobei ein typischer Wert einen Durchmesser von 0,075 mm 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 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 Mikrofrequenzen sind bisher allgemein nicht in integrierte Schaltungen

θ₅ mit eingebaut worden.

Es ist jedoch a!s erstrebenswert anzusehen, auch Mikrowellensystcme noch stärker mit einzubeziehen, so daß auch die Funktionen von dem integrierten

Schaltkreis-Chip unmittelbar /ugcnu'metcn veihisiarmen Bandleitungcn, Spulen, Kupplern uiul ahgci;lichenen Mischstufen zur Verfügung stehen.

In der britischen Patentschrift 1 125X97 sind Anordnungen sowie zur Herstellung solcher Anordnungen geeignete Verfahren beschrieben, die sich auf im Abstand voneinander angeordnete Metallkörper von integrierten Schaltungen wie »uwa freitragende Schwinger in Transistoren mit Resonanzelektrode (resonant gate transistors = RGT) sowie für leitende Kreuzungsstellen beziehen.

Es ist weiterhin beispielsweise aus der Zeitschrift »The Be'! System Technical Journal«, Band 47 (1968), Nr. 2 (Febr.), Seiten 269 bis 271 bekanntgeworden, bei integrierten Schaltungen Leitergruppen in verschiedenea Ebenen zu führen, wobei Leiter einer Gruppe über Leiter einer anderen Gruppe derart geführt sind, daß die Leiter verschiedener Gruppen lurch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Dabei handelt es sich jedoch stets um feste Leiterverbintfungen, d. h., nach der Herstellung ei"es integrierten Schaltkreises ist die wahlweise Herstellung anderer Leiterverbindungen nicht mehr möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Mikrobaustein mit mehreren Leitergruppen zu schaffen, bei dem auch nach seiner Herstellung noch wahlfrei bestimmte elektrische Verbindungen zwischen den Leitergruppen hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Mikrobaustein der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite Gruppe elektrischer Leiter 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, Kreuzungsitellen (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 Schaltungsaufbau nicht größer als 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 Größenordnung von 10 ³ pF oder weniger liegt. Die Leitfähigkeit des geöffneten Kreises ist vernachlässigbar und beträgt etwalO¹⁶ 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. Wicntig ist dabei der Gesichtspunkt, daß der Einbau der Schaltanordnung in den Integrierten Schaltblock ein Minimum an zusätzlichen Fabrikationsschritten beding! und andererseits ein Verfahren mit einer hohen Ausbeute darstellt.

In Weiterbildung der Erfindung ist bei einem Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Mikrobausteins der vorgenannten Art vorgesehen, daß auf ein

ίο Substrat zunächst eine erste zusammenhängende Metallschicht aufgebracht wird, daß auf die erste Metallschicht in einem ersten vorgegebenen Raster eine zweite Metallschicht aufgebracht wird, daß auf einen Teil dieser ersten Metallschicht und einen Teil der zweiten Metallschicht eine dritte Metallschicht in einem zweiten vorgegebenen Raster aufgebracht wird, daß auf den freigebliebenen Teil der zweiten Metallschicht und die dritte Metallschicht eine vierte Metallschicht in einem vorgegebenen dritten Raster aufge-

bracht wird und daß die dritte Metallschicht und Sie unter ihr liegenden Teile der ersten Metallschicht entfernt werden.

Dabei können Luftspalte mit typischen Werten von 1 um bis zu etwa 25 oder mehr μΐη Breite hergestellt werden. Trockene Luft als Dielektrikum stellt bei gemäßigten Spannungen in der Praxis einen perfekten Isolator dar. Beispielsweise tritt für einen 5 /im 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 erhöh'i werden.

Bestimmte dieser Metall-LuftspaU-Metall-Leiteranordnungen können permanent geschlossen werden, beispielsweise mittels einer von außen angreifenden Verbindungsbacke, 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 ursprüngliche η 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 richtiger. 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 Verwen-

dung eines Verbindungskopfes mit einer Mehrzahl von Backen⁷ 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 Abta-

stung des Schaltkreises vor dem 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 an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Metall-Luftspalt-Metall-Leiteranordnung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 längs der Linie IHI,

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

Fig. 4 einen Teilschnitt durch F ig. 3 längs der Linie IV-IV,

Fig. 5 perspektivisch eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines elektronischen Mikrobausteins nach der Erfindung, und

Fi g. 6 bis 9 Teilschnitte, die die aufeinanderfolgenden Herstellungsphasen eines elektronischen Mikrobausteins 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 diese lediglich zur allgemeinen Veranschaulichung. Die Oberfläche 11 des Substrats 10 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 Fi g. 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 ein Leiterstück 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 :inem 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 das Leiterstück 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 Abstandsschicht sowie eine zweite Leiterschicht ausgebildet werden und anschließend die Abstandsschicht wieder beseitigt wird. Sodann ist das eine vorspringende Leiterstück 33 mit dem Leiterstück 26 durch Druckverbindung 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 Leitcrstücke geschlossen, beide Leiterstücke geöffnet oder aber das Leiterstück 33 geöffnet und dafür das Leiterstück 34 geschlossen, d. h. mit dem Leiterstück 26 verbunden sein.

Es wurde gefunden, daß ein Saphirkeil mit einem Radius von 0,025 mm bei einer Kraft von 7 ρ eine ausreichende Kaltverbindung zwischen angrenzenden Teilen mit einem im wesentlichen Null betragenden Widerstand erzeugen kann. Der Überlappungsbereich der mit einem Luftspalt verlaufenden Metallstücke beträgt nur etwa 0,00016 mm², 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 Auf baus 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 Leitungsanordnungenerhalten werden. Im Bedarfsfall können die Überführungen aufgetrennt werden, so daß jeweils zwei Metall-Luftspalt-Metallschalter erhalten werden, die unabhängig voneinander permanent geschlossen werden können.

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 μΐη 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 und einem Abstand von etwa 5 μΐη 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 Bandlcitungsanordnur.gen, 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 Substrats 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 73« der ersten Gruppe und ein Leiterabschnitt 71a der zweiten Gruppe bilden einen geschlossenen Schalter mit Metall-Luftspalt-Metall-Aufbau im Sinne der vorliegenden Erfindung.

Unter den vielen weiteren Anwendungsmöglichkeiten, die für im Abstand 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 od. 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 werden 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 Phasendes Herstellungsprozesses. Fig. 6 zeigt ein Substrat 80, etwa eine integrierte Schaltung aus Silizium, nach Abschluß aller notwendigen Arbeitsgänge für die Gestaltungdes 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 A 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 Schicht 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 Trichlorethylen 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 können verschiedenc bekannte Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann der Auftrag durch Aufsprühen erfolgen, wenngleich von der Vakuumverdampfung sowie anderen Möglichkeiter, ebenso Gebrauch gemacht werden kann. Dem Aufsprühen wird im Hinblick auf eine etwas bessere Haftung der Vorzug gegeben. Das Substrat wird dazu in die Sprühanordnung gebracht, die dann bis auf weniger als lO^Torr abgepumpt wird. Flüssiger Stickstoff wird zum Abfangen verwendet. Die Kammer wird dann mit Argon wieder auf einen Druck von etwa 10 μτη 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 einen ersten Chrombereich von etwa 400 A Stärke aufweisen, an den sich ein zweiter Bereich aus Gold von etwa 1000 Ä 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, üiti den Träger nacheinanderfolgend mit den Metallschichten gewünschter Stärke zu versehen. Für die Bildungder Schicht 82 kommen unterschiedliche Metalle in Frage, die dabei entsprechend verschiedenen Verfahren aufgebracht werden kann. Beispielsweise kann an Stelle von Chrom Titan oder Zirkon verwendet werden. Vor dem einen der beiden Metalle Titan oder Zirkon kann (zur Erzielungeines besseren ohmschen Kontaktes) Aluminium angeordnet sein, wöbe: auf das Zirkon im Hinblick auf die begrenzte Plattierbarkeit (platability) von Aluminium Wert gelegl 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 er sten Metallschicht in dem fertigen Gebilde bleibei sollen, etwa im Fensterbereich, sowie dort, wo siel über der Oxydschicht ein Leiter erstrecken soll. Durcl Metallablagerung, vorzugsweise durch Plattierunj oder Elektroplattierung, wird durch die Durchbre chungen in der ersten Maske Metall auf der freiliegen den Chrom-/Goldschicht niedergeschlagen. Den Plattieren wird dabei der Vorzug gegeben, weil es se lektiv erfolgen und die erforderliche Dicke rasch un< leicht hergestellt werden kann. Dieses Metall wird in Hinblick auf ein leichtes Aufbringen sowie ander« Anforderungen gewählt, wie sie sich aus der folgendei Erläuterung ergeben. Die Dicke dieser Schicht is nicht besonders kritisch und beträgt für Gold etw;

609 653 10

ίο

1 bis 4 μιη. 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 Abstandes ^wischen 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 μ.τι bilden lassen. Bei der Herstellung der Abstandsschicht spielt die Einhaltung der gewünschten Stärke eine große Rolle. Die Stärke dieser Schicht wird entsprechend dem Abstand des gewünschten Luftspaltes gewählt. Lediglich beispielshalber möge dieser Abstand 6 μιη betragen. Solche Abmessungen lassen sich mehr oder weniger unmittelbar mit Abweichungen von etwa 1 /im 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 bei dem Schwingkörper in einem RGT. Damit sol! 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 im Abstand von dem Substrat, andererseits aber in Kontakt mit den zuvor gebildeten Elementen gehalten werden soll. Fig. 8 veranscLaulicht die Verhältnisse nach dem Aufbringen einer weiteren Metallschicht 88, wiederum etwa mit Hilfe eines Plattierverfahrens, durch die Durchbrechungen oder Aussparungen der dritten Maske. Diese weitere Schicht 88 ist 3 bis 4 μπι stark und besteht aus Gold, das an Bereiche der Metallschicht 84 angrenzt und sich über die als Abstandsschicht 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 Ver-Wendung 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 ίο 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 nennenswwert zu beeinträchtigen.
Nach dem Aufbringen der Goldschicht 88 entsprechend Fig. 8 erweist es sich teilweise als günstig, einen weiteren Nickelüberzug von etwa 5 μπι Stärke aufzubringen. Dieser fakultative Schritt kann erfolgen, wo es auf hohe Genauigkeit ankommt wie etwa bei dem Schwingkörper eines RGT. Der Grund dafür ist in einer Kompensation für die Spannungen zu sehen, die an der bimetallischen Übergangsstelle 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, in diesem Fall Nickel, angreift. Als Ätzmittel eignet sich eine etwa auf 60° C erhitzte Salpetersäure-Wasserlösung. Um zu verhindern, daß sich Nickel auch an anderen Stellen des Substrats ablagert. wird vorzugsweise nur kurzzeitig geätzt und darauf mit deionisiertem Wasser gespült und diese Folge dann so lange 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 weger 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, dre Teilen konzentrierter Salzsäure und vier Teilen deionisiertem und auf 40° C erhitztem Wasser besteht Der Atzvorgang wird dabei so lange fortgesetzt, bis die Chromoberfläche erscheint.
Sodann wird das Chrom geätzt, wobei ein Ätzmitte Verwendung finden kann, das etwa aus einem Tei einer einen pH-Wert von 8 bis 10 aufweisenden gesät tigten Lösung K₃Fe(CN)₆ mit NaOH sowie einem Tei auf etwa 60° C erhitzten, deionisierten Wassers be steht. Das Atzen wird unter Beobachtung des Sub strats in schwachem reflektierendem weißem Lieh fortgesetzt. Dabei lassen sich durch das Chromoxii hervorgerufene Interferenzfarben beobachten. Dies« Farben verschwinden, wenn das Chrom entfernt wor den ist. Nach Spülung in deionisiertem Wasser wir« das Substrat etwa 30 see lang wieder in die für dii Nickelentfernung verwendete Salpetersäure gebracht erneui gespült und sodann wiederum in das Chrom

ätzmittel gebracht und in diesem etwa 5 see oder so lange gehalten, bis der Interferenzschleier verschwindet. Der Baustein wird dann in deionisiertem Wasser, Azeton sowie Methanol gereinigt und anschließend getrocknet. Der endgültige Aufbau ist aus Fig. 9 er-

sichtlich. Wenngleich das vorstehend beschriebene Verfahren etwas komplizierter ist, so hat es sich doch als mit größerer Sicherheit reproduzierbar erwiesen, als das bei dem Verfahren nach der britischen Patentschrift 1 125 897 der Fall ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Mikrobaustein mit einem eine erste und eine zweite Gruppe elektrischer Leiter aufweisenden Substrat, bei dem die zweite Gruppe elektrischer Leiter mindestens ein Leiterelement aufweist, das lediglich durch einen Luftspalt getrennt frei über einem Leiterbereich der ersten Gruppe verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe elektrischer Leiter wenigstens eine vorspringende, einen weiteren Letterbereich (26) der ersten Gruppe überlappende Zunge (33) besitzt, die auf den weiteren Leiterbereich abgebogen und mit diesem permanent vereinigt ist.

2. Mikrobaustein nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Lehrelement der zweiten Gruppe über einem Leiterelement 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 auf ein Substrat (80) zunächst eine erste zusammenhängende Metallschicht (82) aufgebracht wird, daß auf die erste Metallschicht (82) in einem ersten vorgegebenen Raster eine zweite Metallschicht (84) aufgebracht wird, daß auf einen Teil dieser ersten Metallschicht (82) und einen Teil der zweiten Metallschicht (84) eine dritte Metallschicht (86) in einem zweiten vorgegebenen Raster aufgebracht wird, daß auf den freigebliebenen Teil der zweiten Metallschicht (84) und die dritte Metallschicht (86) eine vierte Metallschicht (88) in einem vorgegebenen dritten Raster aufgebracht wird und daß die dritte Metallschicht (86) und die unter ihr liegenden Teile der ersten Metallschicht (82) entfernt weiden.

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

5. Verfahren nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Metalischicht (86) aus einem von der zweiten Gruppe elektrischer Leiter abweichenden Metall bzw. einer davon abweichenden Legierung besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Metallschicht (84) aus Ni, Cu, Ag, Cd, Sn, Pb oder einer Legierung aus einem oder mehreren der letztgenannten Metalle besteht.