DE2044255A1 - Thin film resistor network prodn - using cermet on insulated substrate followed by nickel-chromium and gold - Google Patents

Thin film resistor network prodn - using cermet on insulated substrate followed by nickel-chromium and gold

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DE2044255A1
DE2044255A1 DE19702044255 DE2044255A DE2044255A1 DE 2044255 A1 DE2044255 A1 DE 2044255A1 DE 19702044255 DE19702044255 DE 19702044255 DE 2044255 A DE2044255 A DE 2044255A DE 2044255 A1 DE2044255 A1 DE 2044255A1
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C17/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)

Description

  • Verfahren zum Herstellen von Dünnschichtwiderstandsnetzwerken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Dünnschichtwiderstandsne tzwerken mit zwei verschiedenen Flächenwiderstandswerten.
  • Es ist bekannt, daß mit Hilfe dünner Cermetschichten Schichtwiderstände mit hohem F'lächenwiderstand hergestellt werden können. Cermet ist ein Gemisch aus Metalloxiden z.B. Siliziummonoxid mit geeigneten Metallen wie Chrom, Eisen, Mangan, Kobalt, Titan, Aluminium usw..Mit Cermetschichten auf der Grundlage von Chrom lassen sich Flächenwiderstände von etwa 200 Ohm bis 2000 Ohm einwandfrei herstellen.
  • Bei der Verwendung von Chrom-Nickel lassen sich stabile Widerstands schichten mit einem Flächenwiderstand zwischen 30 und 300 Ohm herstellen. Außerdem haften dünne Goldschichten, die zum Beispiel'für Leiterbahnen verwendet werden, auf Chrom-Nickel-Schichten besonders gut.
  • Zum Herstellen der Netzwerkkonfiguration gibt es zwei Möglichkeiten. Einmal ist es möglich, die Schichten durch geeignete Masken auf die Unterlage aufzudampfen. Nachteilig ist hierbei die zunehmende Verengung der Maskenöffnungen durch das aufgedampfte Material und die Notwendigkeit, beim Aufdampfen mehrerer Schichten übereinander die Masken genau zueinander zu positionieren. Die zweite Möglichkeit besteht darin, zunächst die Schichten ganzflächig aufzudampfen und nachträglich die gewünschte Konfiguration mit Hilfe eines Photoätzprozesses auszuätzen. Hierbei ist vorteilhaft, daß die wesentlichen und eine hohe Genauigkeit erforderden Herstellungschritte nicht im Vakuum durchgeführt werden müssen.
  • Bei der Herstellung von DUnnschichtnetzwerken mit Tantal als Schichtmaterial ist es bekannt, auf das Substrat zunächst eine hochohmige und darüber eine niederohmige Tantalschicht aufzustäuben. Die hochohmige Schicht wird benötigt zur Herstellung von Widerständen, während die niederohmige Schicht für Leiterbahnen und Kondensatoren verwendet wird. Zur Herstellung von Kondensatoren wird ein Teil der niederohmigen Tantalschicht in nichtleitendes Oxid überführt, das als Dielektrikum mit hoher Dielektrizitätskonstante dient. Bei der Herstellung von Widerständen wird die niederohmige Tantalschicht vollständig in nichtleitendes Oxid überführt, so daß der Strom nur noch durch das hochohmige Material fliessen kann.
  • Es ist auch schon bekannt, Schichten mehrerer verschiedener, übereinanderliegender Metalle durch selektiv wirkende Ätzmittel zu bearbeiten.
  • Ein großer Nachteil aller bisher bekannt gewordenen Widerstandsnetzwerke in Dünnschichttechnik besteht darin, daß sämtliche Widerstände aus einer einheitlichen Schicht mit naturgemäß einheitlichem Flächenwiderstand hergestellt werden müssen, d.h. der Widerstandswert kann praktisch nur durch Länge und Breite der Widerstandsbahn eingestellt werden. Länge und Breite der Widerstandsbahn können aber nicht beliebig variiert werden, so daß ein gewisser Wertebereich für die herzustellenden Widerstände nicht überschritten werden kann. Extrem hoch- oder niederohmige Widerstände müssen daher nachträglich eingesetzt werden, wodurch die Herstellungskosten wesentlich erhöht werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Dünnschichtwiderstandsnetzwerken mit zwei verschiedenen Flächenwiderstandswerten anzugeben.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß auf einem nichtleitenden Substrat zunächst ganzflächig Schichten aus Cermet, Chrom-Nickel und Gold nacheinander aufgebracht werden, daß auf die oberste Schicht ein lichtempfindlicher, ätzresistenter Positivlack aufgetragen und mit dem für Widerstände und Leiterbahnen gemeinsamen negativen Leiterbild belichtet wird, daß die belichteten Teile der Photolackschicht entfernt werden, worauf mit Hilfe geeigneter Ätzmittel die freiliegenden Teile aller Schichten weggeätzt werden, daß dann die stehengebliebene Photolackschicht mit den Konfigurationen der hochohmigen Widerstände nachbelichtet wird, worauf mit Hilfe selektiver Ätzmittel die über der Cermetschicht liegenden Schichten entfernt werden, daß dann die stehengebliebene Photolackschicht mit den Konfigurationen der niederohmigen Widerstände nachbelichtet wird, worauf mit Hilfe eines selektiven Ätzmittels die über der Chrom-Nickel-Schicht liegende Schicht entfernt wird, und daß zum Schluß die auf den Leiterbahnen und Kontaktflächen stehengebliebene Photolackschicht vollständig entfernt wird.
  • Damit ergeben sich die Vorteile, daß aus der hochohmigen Cermetschicht hochohmige Widerstände hergestellt werden können, ohne daß deren Abmessungen unangenehm groß gewählt werden müssen, daß aus der niederohmigen Chrom-Nickel-Schicht niederohmigere Widerstände hergestellt werden können, wobei die darunterliegende hochohmige Cermetschicht die Stromverteilung nicht stört, daß die Chrom-Nickel-Schicht gleichzeitig als Haftschicht für die Goldleiterbahnen und Anschlußflächen dient und daß durch die Verwendung eines Positivlackes das zeitraubende Entfernen und Neuauftragen der Ätzmaske fällt.
  • Vorteilhaft wird das Substrat, das im allgemeinen aus einem Glas oder Keramikplättchen besteht, vor dem Aufbringen der Metallschichten in einer Wasserstoffentladung abgeglimmt.
  • Hierdurch wird eine besonders saubere Oberfläche erreicht.
  • Vorzugsweise werden die Substrate während des Aufbringens der Metallschichten auf ca. 3000 C erhitzt. Hierdurch wird die Alterungsbestätigkeit und Haftfestigkeit der Schichten wesentlich erhöht.
  • Vorzugsweise wird ein aus Chrom und Siliziummonoxid zusammen gesetztes Cermet aufgedampft. Cermetschichten mit Chrom besitzen einen niedrigen Temperaturkoeffizienten, eine gute Langzeitstabilität, und eine gute Haftung zu der gebrachten Chrom-Nickel-Schi cht.
  • Als selektiv wirkende Ätzmittei werden eine Jod-Kaliumäodid-Lösung für Gold, ein Gemisch al1s Cersulfat und Salpetersäure für Chrom-Nickel und ein Gemisch aus Salzsäure und Fluß säure für Cermet verwendet.
  • Vorzugsweise werden die Schaltkreise zwischen den einzelnen Ätzschritten vor dem Nachbelichteten der Photolackschicht gründlich gespült und getrocknet. Hierdurch wird der in der Miniaturtechnik allgemein bekannt-ii Forderung nach größtmöglicher Sauberkeit und Genauigkeit ausreichend Rechnung getragen.
  • Nach Beendigung der Ätzschritte und Entfernen des Photolacks werden die Schaltkreise vorteilhaft zur Stabilisierung der Widerstände bei 350°-400° C zwei Stunden lang getempert. Bei diesem Temperungsvorgang wird gleichzeitig durch Diffusion die Haftung der Goldschícllt wesentlich verbessert. Soll durch eine nachfolgende Tauchverzinnung die Leitfähigkeit der Goldschicht erhöht werden, ist dieser Tempervorgang Voraussetzung für ein Nicht-Ablegieren der Goldschicht.
  • Es hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, das Aufdampfen der einzelnen Schichten laufend messend zu verfolgen und zu steuern. Hierdurch kann beim Erreichen des gewünschten Flächenwiderstandes der Verdampfungsvorgang unterbrochen werden. Die Folge ist eine erhöhte Genauigkeit.
  • An Hand der Zeichnungen soll das erfindungsgemäße Verfahren schrittweise erläutert werden.
  • Das gut gereinigte Substrat 1, das sowohl aus Glas als auch aus Keramik bestehen kann, wird z.B. auf einem drehbaren Substratteller befestigt une in einer Aufdampfapparatur bei einem Druck von 2.10 2 Tor in Wasserstoff abgeglimmt. Nach Beendigung dieses Reinigungsvorgangs wird die Aufdampfapparatur bis auf ca. 5.10- Torr evakuiert und die Cermetschicht' für die hochohmiuen lfiderstände, bestehend alls z.F. 6OOO Cr und 50% SiO, durch Flashverdamofung auf das auf ca. 300 aufgeheizte Substrat 1 ganzflächig aufgedamtft. Anschliessend an diese Cermetschicht 2 wird eine weitere Metallschicht 3 für niederohmi£e Widerstände, bestehend aus z.B. 50% Nickel und 50% Chrom, ebenfalls ganzflächig aufgedampft. Mit Hilfe eines Testplättchens wird beim Aufdampfen der beiden Widerstandsschichter 2,3 der Flächenwiderstand ständig gemessen und beim Erreichen des Sollwertes die Verdampfung unterbrochen.
  • Über die Chrom-Nickel-Schicht 3 wird nun eine Schicht 4 sehr niedrigen Flächenwiderstandes, z.B. eine ca. 7000 i dicke Goldschicht, für Leiterbahnen und Kontaktflächen aufgedampft.
  • Die zwischen Goldschicht 4 und Cermetschicht 2 gedampfte Chrom-Nickel-Schicht 3 dient sowohl als Widerstandsschicht, als auch als Haftschicht.
  • Das gemäß Figur 1 ganzflächig mit Cermet 2, Chrom-Nickel 3 und Gold 4 bedampfte Substrat 1 wird mit Photolack 5 beschichtet. Wegen der Möglichkeit einer Mehrfachbelichtung kommt ein Positivlack zur Anwendung. Nach Trocknen des Lackes 5 wird in diesem die gesamte Konfiguration des Netzwerkes, d.h.
  • Widerstände und Leiterbahnen gemeinsam, kopiert. Nacheinander werden nun die Goldschicht 4 mit einer Jod-Kaliumjodid-Lösung, die Chrom-Nickel-Schicht 3 mit Cersulfat und Salpetersäure und die Cermetschicht 2 mit einem Gemisch aus Salzsäure und Flußsäure ausgeätzt, so daß sich ein Schaltkreis gemäß Figur 2 ergibt.
  • Nach gründlichem Spülen und Trocknen der Schaltkreise werden nun die über den Widerstandsbereichen hohen Flächenwiderstandes 6 liegenden Photolackflächen nachbelichtet. In zwei Ätzprozessen werden nun das freiliegende Gold 4 mit Jod-Kaliumjodid sowie das darunter liegende Chrom-Nickel 3 mit Cersulfat und Salpetersäure selektiv weggeätzt. Das resultierende Netzwerk ist in Figur 3 dargestellt.
  • Nach gründlichem Spülen und Trocknen der Substrate werden nun in einen dritten Belichtungs- und Entwicklungsvorgang die Photolackflächen über den Widerstandsbereichen niedriger Flächenwiderstandes 7 entfernt und das so freigelegte Gold selektiv weggeätzt. Das resultierende Netzwerk zeigt Figur 4.
  • Zum Schluß wird der restliche Photolack 5 von den Leiterbahnen und Kontaktflächen 8 entfernt (Figur 5) und das Netz-0 werk zur Stabilisierung der Widerstände 6, 7 bei 350 bis 4000 C zwei Stunden lang getempert. Bei diesem Temperunsvorgang wird gleichzeitig durch Diffusion die Haftung der Goldschicht 4 wesentlich verbessert.
  • Zum Schluß sei bemerkt, daß in der Zeichnungen die Größenverhältnisse der Übersichtlichkeit wegen übertrieben dargestellt sind.
  • 10 Patentansprüche 5 Figuren

Claims (10)

  1. P a t e n t a n s p r u c h e 1. Verfahren zum Herstellen von Dunnschichtwiderstandsnetzwerken mit zwei verschiedenen Flächenwiderstandswerten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf einem nichtleitenden Substrat (1) zunächst ganzflächig Schichten aus Cermet (2), Chrom-Nickel (3) und Gold (4) nacheinander aufgebracht werden, daß auf die oberste Schicht ein lichtempfindlicher, ätzresistenter Positivlack (5) aufgetrage? und mit dem für Widerstände (6,7) und Leiterbahnen (8) gemeinsamen negativen Leiterbild belichtet wird, daß die belichteten Teile der Photolackschicht (5) entfernt werden, worauf mit Hilfe geeigneter Ätzmittel die freiliegenden Teile aller Schichten (2,3,4) weggeätzt werden, daß dann die stehengebliebene Photolackschicht (5) mit den Konfigurationen der hochohmigen Widerstände (6) nachbelichet wird, worauf mit Hilfe selektiver Ätzmittel die über der Cermetschicht (2) liegenden Schichten (3 4) entfernt werden, daß dann die stehengebliebene Photolackschicht (5) mit den Konfigurationen der niederohmigen Widerstände (7) nachbelichtet wird, worauf mit Hilfe eines selektiven Ätzmittels die über der Chrom-Nickel-Schicht (3) liegende Schicht (4) entfernt wird, und daß zum Schluß die auf den Leiterbahnen und Kontakflächen (8) stehengebliebene Photolackschicht (5) vollständig entfernt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Substrat vor dem Aufbringen der Metallschichten in einer Wasserstoffentladung abgeglimmt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Substrate während des Aufbringens der Metallschichten auf ca. 3000 C erhitzt werden.
  4. 4-. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß ein aus Chrom und Siliziummonoxid zusammengesetztes Cermet aufFedampft wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h a e -k e n n z e i c h n e t, daß als selektiv wirkendes Ätzmittel für Gold Jod-Kaliumdodid-Lösung verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß als selektiv wirkendes Ätzmittel für Chrom-Nickel ein Gemisch aus Cersulfat und Salpetersäure verwendet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, da du r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß als selektiv wirkendes Ätzmittel für Cermet ein Gemisch aus Salzsäure und Flußsäure verwendet wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, da du r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die 5chaltkreise zwischen den einzelnen Ätzschritten vor dem Nachbelichten der Pholackschicht gründlich gespült und getrocknet werden.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Schaltkreise nachträglich ca. zwei Stunden lang bei 350°-400° C getempert werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, d a d u r c h g e -k e- n n z e i c h n e t, daß das Aufdampfen der einzelnen Schichten laufend messend verfolgt und gesteuert wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2622042A1 (fr) * 1987-10-16 1989-04-21 Micro Ingenierie 4 Procede pour la fabrication de resistances electriques a partir d'au moins une feuille metallique fixee sur un support isolant
WO2002015273A3 (de) * 2000-08-14 2002-05-10 United Monolithic Semiconduct Verfahren zur herstellung passiver bauelemente auf einem halbleitersubstrat

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DE10039710B4 (de) * 2000-08-14 2017-06-22 United Monolithic Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung passiver Bauelemente auf einem Halbleitersubstrat

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DE2044255C3 (de) 1974-04-18
DE2044255B2 (de) 1973-09-06

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