DE1960554C3 - Herstellung von Dünnschicht-Schaltungen - Google Patents

Description

bis 0,1 mm breit, dann muß die zweite Maske sehr genau mit den vorher erfolgten Leitern und Anschluß-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen stellen übereinstimmen. Dieses ist äußerst schwierig, •iner Dünnschicht-Schaltung durch selektives, auf-55 wenn überhaupt, durchzuführen; und es tritt eine •inanderfolgendes Ätzen einer beschichteten Unter- Fehlausrichtung auf, die zur Entfernung wesentlicher lage, die eine Mehrzahl Schichten gleicher Ausdeh- Teile der vorher erzeugten Leiter und Anschlußstellen nung trägt, darunter zumindest 2Wei Schichten, die führt

bei der Herstellung der Schaltung zusammenwirken Diese Fehlausrichtüng kann entsprechend der Und wobei die beschichtete Unterlage zur Erzeugung So zweiten Methode vermieden werden, indem man die des gewünschten Schaltungsmusters zumindest einmal Dünnschicht-Oberfläche als erstes in der Konfiguration maskiert und geätzt wird. der ganzen Dünnschicht-Schakung maskiert und das

Eine typische Dünnschicht-Schaltung kann eine ungeschützte leitende Material und Widerstands-Vielzahl untereinander verbundener Dünnschicht- material abätzt, Dieses liefert die Dünnschicht-Schal-Komponenten, wie Widerstände und Kondensatoren, 65 lung, bestehend aus Leitern, Widerständen und An* aufweisen, die aus Übereinanderliegenden Schichten schlußstellen, wobei aber noch die Widerstände vom aus leitendem Material, Widerstandsmaterial und/oder leitenden Material bedeckt, also kurzgeschlossen sind, nichtleitendem Material auf einer einzigen Unterlage Folglich wird in einem zweiten Sehritt das die Wider«

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itände noch bedeckende leitende Material entfernt Fig.3 his 6 Ansichten zur Darstellung einiger (lurch: (1) voltständiges Maskieren der Leiter und Verfahrensschritte entsprechend dem erßndußgsge-Anscnlußstellen ohne Röcksicht auf Größe und Form, mäßen Verfahren zur selektiven Ätzung der Unterlage während die Widerstandsgebiete unmaskiert bleiben, nach F i g, 2, um gleichfalls die Scltaltung nach und (2) Absätzen des übei den Widerständen liegenden 5 F i g. 1 zu erhalten.

leitenden Materials. Während diese Methode das In den Zeichnungen sind die Dicken dar einzelnen Problem einer Fehlausricbtung weitgehend umgeht. Schichten der besseren Klarheit halber stark verist sie Anlaß zu einem anderen, gleichermaßen ernsten großen gezeichnet.

Problem. Wäbreno des ersten Ätzschrittes ätzen sich Zu Erläuterungszwecken sei das erfindungsgemäße die Ätzmittel ihren Weg nicht nur senkrecht nach w Verfahren nachstehend an Hand der Erzeugung einer unten durch die Schichten hindurch, sondern lösen einfachen, in F i g. 1 dargestellten DOnnschichtauch Material in seitlicher Richtung, also parallel zur Schaltung 20 beschrieben, die eine Unterlage 21 aufUnterlage, auf. Dieses führt zu Hinterschneidungen, weist, ferner einen mäanderförraigen Widerstand 22, so daß die DOnnschicht-Schaltung in der Nähe der ein Paar Leiter 23-23 und schließlich ein Paar Anschluß-Unterlage viel schmäler als an ihrer maskierten Ober- »5 stellen 24-24. Es sei jedoch bemerkt, daß diese Schalfläche ist. Dieser Effekt ist besonders in denjenigen tung nur der einfachen Erläuterung halber gewählt Fällen akut, in welches die leitende Schicht um ein worden ist und daß wesentlich kompliziertere Schal-Mehrfaches dicker als die Widerstandsschicht ist, wie tungen mit entsprechend komplizierteren Widßrstandsdieses üblicherweise der Fall ist. Die Tatsache, daß die netzwerken. Kondensatoren und Induktivitäten glei-Leiter- und Anschlußteile der Schaltung am Fuße ao chermaßen nach diesem Verfahren hergestel't werden schmäler als an der Spitze sind, ist für die meisten können.

praktischen Anwendungsfälle nicht, weiter schädlich. In der nachstehenden Beschreibung wird zunächst Jedoch ist der Umstand schädlich.daßderWiderstands- die Präparierung einer beschichteten Unterlage, aus teil schmaler ist als die Maske, mit der er erzeugt wird, der die Schaltung 20 hergestellt werfen kann, erläutert weil die inkorrekten physikalischen Abmessungen 35 werden, gefolgt von einer Beschreibung der bekannten automatisch zu einem inkorrekten Widerstandswert selektiven Älzmethoden zum Erhalt dieser Schaltung, führen. Der korrekte End-Widerstandswert des Wider- schließlich, wie die Probleme der bekannten Methoden Standes hängt unter anderem von den korrekten Aus- durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden gangsdimensionen ab, die diejenigen der Maske sind. werden können.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, 30 „ _ . . , , ,, . ,, ,_ . „_e

ein neues, verbessertes Verfahren zu schien, mit Prapanerung der beschichteten Unterlage

welchem erstens Dünnschicht-Schaltungen ohne die In F i g. 2 ist eine beschichtete Unterlage 26 dar-

Notwendigkeit einer genauen Ausrichtung der Masken gestellt, aus der die Dünnschicht-Schaltung 20 herhergestcllt und zweitens Dünnschicht-Schaltungskom- gestellt werden kann. Die beschichtete Unterlage 26 ponenten, wie Widerstände, hinterschneidungsfre.ange- 35 weist die eigentliche Unterlage 21 auf, auf der überfertigt werden können. einanderliegende Dünnschichten 27 und 28 aus einem Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Widerstandsmaterial bzw. einem leitenden Material löst, daß eine Maske mit zumindest einem Fenster auf in je gleicher Ausdehnung aufgebaut sind. die obere der Schichten der Unterlage derart aufge- Die Unterlage 21 ist aus einem Material aufgebaut, bracht wird, daß dadurch ein Gebiet, innerhalb decsen 40 das elektrisch nichtleitend und thermisch leitend ist. die Schaltung in der unteren der Schichten zu erzeugen Geeignete Unterlagematerialien sind Glas, erschmolist, umrissen wird, daß dann die so maskierte Unterlage zenes Siliciumoxyd, glasierte oder unglasierte Keramik, einem Ätzmittel für die obere Schicht zur Entfernung Quarz und Saphir.

des durch das Fenster freigelegten Teils ausgesetzt Die Widerstandsschichl 27 ist vorteilhaft aus einem

wi/d, um in diesem Gebiet die untere Schicht freizu- 45 filmbildenden Material aufgebaut, beispielsweise aus legen, daß anschließend, nach Entfernung der ersten Tantal oder dessen Verbindungen, um eine Einstell-Maske, eine weitere, das Schaltungsmuster definierende möglichkeitdes resultierenden Widerstands 22 (F 1 g. 1) Maske auf die obere Schicht und auf die freigelegten im Wege einer Anodisierung zu haben. Die Anodi-Teile der unteren Schicht aufgebracht und die so sierung reduziert den Querschnitt des Widerstands 22 maskierte Unterlage zur Entfernung der freigelegten £o und erhöht dadurch dessen Widerstandswert. Vorzugs-Teile der beiden Schichten einer Ätzbehandlung unter- weise ist das filmbildende Material entsprechend den worfen wird Lehren der USA.-Patentschrif13 242 006 Tantalmtnd,

Da mit der ersten Maske keine Leiter erzeugt worden das sich zum Erhalt sehr stabiler Widerstände als sind, erfordert die zweite Maske keine unpraktikabel brauchbar erwiesen hat. Die Dicke der Widerstandsgenaue Ausrichtung gegenüber der ersten. Da sich des 55 ^schicht liegt Jm allgemeinen im Bereich von 1000 bis weiteren kein leitendes Material über dem Wider- ²⁰⁰° Angström.

standsmaterial befindet, wenn das ganze zum zweiten D« leitende Schicht 28, aus der die Leiter 23-23

Mal maskiert wird, werden die Schaltungselementteile ^{und die} Anschlußstellen 24-241 (F ig. 1) erzeugt vver-

der Dtonschkht-Schaltung auch nicht hinterschnitten, den, ist dahingehend ausgewählt, daß sie gutes Haf-

so daß sie entsprechend den Dimensionen der Maske 60 tungsvermögen an der Widerstandsschicht 27 hat,

herausgearbeitet werden können. ferner hohe Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Figu- "nd gute Schweiß- oder Löteigenschaften, um äußere

ren nähar erläutert; es zeigt Zuführungsleiter an die Schaltung 20 nach üblichen

F i |f„ 1 eine Draufsicht auf eine einfache Dünn- Methoden befestigen zu können Vorteilhaft ist zur

schichl Schaltung 65 Erfüllung dieser Forderungen die Schicht 28 aus zwei

F i Jl!. 2 eine Schnittansicht eines Teils einer beschich- oder mehr Materialien aufgebaut. Beispielsweise kann

teten Unterlage, aus der die Dünnschicht-Schaltung die Schicht 28 aufgebaut sein aus erstens einer Dunn-

oach F i g. 1 hergestellt werden kann, und schicht als »Haftungsgrund«, beispielsweise aus Chrom,

Nickel—Chrom (80°/,, Nickel, 20% Chrom) oder Titan, das sehr gutes Haftungsvermögen auf Tantal oder Tantalnitrid hat, und zweitens aus einer Edelmetallschicht, beispielsweise Gold oder Palladium. Wenn äußere Zuführungsleitungen durch Löten zu befestigen sind, kann eine zusammengesetzte Schicht28 aus Nickel—Chrom, Kupfer und Palladium verwendet werden, wie dieses in der USA.-Patentschrift 3 413 711 beschrieben ist. Typischerweise ist die Schicht 28 etwa 10 000 bis IS 000 Angström dick, wobei die Haftungs-¹⁰ grund-Schicht etwa 200 bis 500 Angström dick ist. Obgleich die Schicht 28 nach dem Obigen im allgemeinen aus zwei oder mehr Schichten aufgebaut ist. sei sie hier der Einfachheit halber als einteilige Gesamtheit betrachtet.

Die Schichten 27 und 28 werden auf die Unterlage 21 nach üblichen Vakuumniederschlagsmethoden niedergeschlagen. Dementsprechend wird die Schicht 27 typischerweise durch kathodisches Zerstäuben und wird die Schicht 28 durch Verdampfung niedergeschlagen. Bezüglich weiterer Einzelheiten hierfür sei auf L.Holland, »Vacuum Deposition of Thin Films«, London, Chapman Hall, Ltd., 1963, verwiesen.

Erfindungsgemäßes Verfahren

Die den bekannten Methoden eigenen Nachteile werden erfindungsgemäß vermieden, indem zuerst eine »Roh«-Maske verwendet wird, um ein Entfernen der leitenden Schicht 28. die über dem Widerstandsteil der Schaltung liegt, zu ermöglichen, wonach dann eine einzige Präzisionsmaske zur Erzeugung des gesamten Schaltungsmusters verwendet wird.

Im einzelnen (s. Fig. 3) wird die beschichtete Unterlage 26 zunächst mit einem ätzbeständigen Material nach irgendeiner geeigneten Methode beschichtet, um eine Maske 33 auf der ganzen beschichteten Unterlage, ausgenommen eines »roh« umrissenen Fensters 34, zu erzeugen, das das allgemeine Gebiet, in welchem der Widerstand 1? -» erzeugen ist, freilegt. Ersichtlich können beträchtli '■ Toleranzen sowohl hinsichtlich Größe als auch Li des Fensters 34 in Kauf genommen werden, dAs einzige Erfordernis ist lediglich, daß das Fenster den Mäander-Weg des zu erzeugenden Widerstandes 22 freilegt. Selbstverständlich darf das Fenster 34 nicht so groß sein, daß es auch Teile freilegt, aus denen das Leiter-Anschlußstellen-Muster herzustellen hl.

Auf die nachfolgende Ätzbehandlung mit einem Ätzmittel, das nur die Schicht 28 angreift, hin wird die Schicht 28 innerhalb des Fensters 34 entfernt, wodurch die Widerstandsschicht 27 in diesem Gebiet freigelegt wird, wie dieses in der vergrößerten Teilschnittansicht in Fig. 4 dargestellt ist. Die Maske 33 wird dann entfernt, und die beschichtete Unterlage 26 wird erneut mit einem ätzbeständigen Material zur Erzeugung einer Maske 36 beschichtet, die sowohl dem Muster des Widerstandes als auch der Leiter und Anschlußstellen entspricht, wie dieses in F i g. 5 dargestellt ist. Die vergrößerte Schnittansicht entsprechend F i g. 6 zeigt die resultierende Struktur nach einer Ätzbehandlung mit Ätzmitteln, die sowohl die Schicht 27 als auch die Schicht 28 angreifen. Aus Fig. 6 ist ersichtlich daß die Breite des Widerstandes 22 gleich der voller Breite der Maske 36 ist, also jegliche Hinterschneidimf vermieden ist, und obgleich die Leiter 23-23 (von denen nur einer in Fig. 6 dargestellt ist) hinterschnitten sind, ist keinerlei Fehlausrichtung vorhanden, weil vorher nicht zuerst solche Leiter erzeugt worden sind, die eine entsprechende Maskenausrichtung erfordert hätten. Die Hinterschneidung der Leiter 23-23 und der Anschlußstellen 24-24 haben praktisch keine schiidliche Auswirkung, so daß das Problem einer Zerstörung der Soll-Abmessungen des Widerstandes 22 durch Hinterschneiden vermieden worden ist, ohne hierbei nun das Problem einer Fehlausrichtung entstehen zu lassen.

Obgleich die verwendeten Ätzmittel von den im Einzelfall vorgesehenen Bestandteilen der Schichten 27 und 28 abhängen werden, seien in der nachstehenden Tabelle die Ätzmittel für die hier speziell beschriebenen Materialien angeführt:

Filmschicht	Ätzmittel
Tantal oder	Mischung von Flußsäure
Tantalnitrid	und Salpetersäure
Nickel—Chrom	Salzsäure oder eine
(80°/0 Nickel,	Mischung aus Salzsäure
Rest Chrom)	und Kupferchlorid
Gold	Königswasser oder eine
	Mischung von Kalium
	iodid und Jod
Palladium	Königswasser oder eine
	Mischung aus Kalium
	jod id und Jod
Titan	Verdünnte Flußsäure
Kupfer	Salzsäure, Eisen(HI)-chlorid
	oder Salpetersäure

Nach Entfernung der Maske 36 erscheint die Dünnschicht-Schaltung 20, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist. Wie üblich können nun äußere Zuführleiter an den Anschlußstellen 24-24. beispielsweise durch Warmpreßschweißen, befestigt werden. Danach kann der Widerstand 11 auf Soll-Wert trimm anodisiert werden, wie dieses beispielsweise in der USA.-Patentschfifl 3 148129 beschrieben ist, wonach sich dann eine thermische Alterung in Luft zum Erhalt zusätzlicher Stabilität anschließt.

Weitere Einzelheiten bezüglich der Herstellung und Verarbeitung von Dünnschicht-Schaltungen sind ir dem Artikel »Tantalum-Film Technology« vor McLean et al. in Proceeding» of the IEEE, Bd. 52, Nr. 12, Dezember 1964, S. 1450 bis 1462, beschrieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. \ gefertigt sind. Es wurde gefunden, daß eine solche

   ' Patentansprüche: Schaltung am besten hergestellt werden kann durch

   aufeinanderfolgendes Niederschlagen der einzelnen

   t- !.Verfahren zum Herstellen einer Dünnschicht- Schichten in jewefls gleicher Ausdehnung auf die

   ' ν Schaltung durch selektives, aufeinanderfolgendes δ Unterlage, gefolgt von einer selektiven und aufem-Ätzen einer beschichteten Unterlage, die eine anderfolgenden Atzbehandlung der Schichten, um Mehrzahl Schichten gleicher Ausdehnung tragt, deren jeweils gewünschte Konfigurationen zu erhalten, darunter zumindest zwei Schichten, die bei der Diese Methode beseitigt nicht nur die Notwendigkeit Heistellung der Schaltung zusammenwirken und einer mechanischen Maskierung während des Niederwobei die beschichtete Unterlage zur Erzeugung w schlagend sondern auch, wenn die Niederschläge m des gewünschten Schaltungerausters zumindest einer einzigen Vakuumanlage durchgeführt werden, einmal maskiert und geätzt wird, dadurchge- die Möglichkeit einer Verunreinigung zwischen aufkennzeichnet, daß emc Maske (33) mit zu- einanderfolgenden Niederschlägen und führt darüber mindest einem Fenster (34) auf die obere der hinaus zu Zeit- und Kosteneinspaningen bei der Her-Schichten (28) der Unterlage (26) derart aufge- ijs stellung. . bracht wird, daß dadurch ein Gebiet, innerhalb Typischerweise wird zur Erzeugung eroer Dunndessen die Schaltung in der unteren der Schichten scbicht-Scbaltung, bei der eine Vielzahl miteinander zu erzeugen ist, umrissen wird, daß dann die so verbundener Widerstände vorzusehen and, ?ine Schicht maskierte Unterlage (26) einem Ätzmittel für die eines Widerstandsmaterials zuerst auf die Oberfläche obere Schicht (28) zur Entfernung des durch das " der Unterlage niedergeschlagen, sodann eine Schicht Fenster freigelegten Teils ausgesetzt wird, um in aus einem leitenden Material auf die Widerstandsdiesem Gebiet die untere Schicht (27) freizulegen, schicht. Anschließend wird dann die eine von zwei daß anschließend, nach Entfernung der ersten Methoden üblicherweise benutzt, um die Schichten Maske (33), eine weitere, das Schaltungsmuster aufeinanderfolgend und selektiv zum Erhalt der ge-(22) definierende Maske (36) auf die obere Schicht »5 wünschten Schaltung zu ätzen.
   (28) und auf die freigelegten Teile der unteren Nach der erster- Methode wird die leitende Schicht Schicht (27) aufgebracht und die so maskierte mit einem ätzbeständigen Material maskiert, und zwar Unterlage (26) zur Entfernung der freigelegten ^{in der} gewünschten Konfiguration der Leiter- und Teile der beiden Schichten (27, 28) einer Ätz- Anschlußstellenanordnung. Das leitende Material behandlung unterworfen wird. 30 wird dann an allen Stellen, die nicht von dem ätzbe-
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ständigen Material geschützt sind, abgeätzt, um die zeichnet, daß für die rbere Schicht ein leitendes Leiter- und Anschlußstellen zu erzeugen. Mit diesem Material und für die untere Schicht ein Wider- Ätzvorgang wird g'eichfalls das Widerstandsmaterial Standsmaterial verwendet wird. an denjenigen Stellen freigelegt, wo die Widerstände
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 35 zu erzeugen sind. Nach Entfernung der ersten Maske gekennzeichnet, daß fur die untere Schicht Tantal wird eine zweite ätzbeständige Maske in der Konfi- oder eine Verbindung, desselben verwendet wird. guration der vollständigen Schaltung auf der Unterlage
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch erzeugt. Die Leiter-Anscrilußstdlen-Teile der zweiten gekennzeichnet, daß für die obere Schicht eine auf Maske werden so gut wie möglich mit den Leitern und der unteren Schicht aufliegende Titanschicht, 40 Anschlußstellen, die im ersten Schritt erzeugt worden gefolgt von einer darüberliegenden Goldschicht, sind, ausgerichtet, um diese Elemente zu schützen, verwendet wird. während das Widerstandsmaterial zur Erzeugung des
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch Widerstandsteils der Dünnschicht-Schaltung geätzt gekennzeichnet, daß für die obere Schicht eine auf wird.

   der unteren Schicht aufliegende Schicht aus einer 45 Ein Problem bei dieser Methode ist die Notwendig-Nickel-Chrom-Legierung, gefolgt von .liner dar- keit einer genauen Ausrichtung zwischen diesen beiden überliegenden Kupferschicht und einer über letzte- Masken. Wie erwähnt, werden dieLeiter- und Anrer liegenden Palladiumschicht, verwendet wird. schlußstellen während des zweiten Ätzschrittes durch

   Ausrichten der zweiten Maske mit den vorher erfolgten

   50 Leitern und Anschlußstellen geschützt. Wenn daher

   ______ die Leiterbreiten sehr klein sind, was bedeutet 0,05