DE2155029B2 - Elektronische Dünnfilmschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Dünnfilmschaltung mit einer aus einem Isoliermaterial bestehenden Substratplatte, mit einer die Substratplatte in Form eines ersten und eines zweiten Musters teilweise bedeckenden Ventilmetallschicht, wobei diese beiden Muster an mindestens einer Stelle zusammenhängen und einen ersten und einen zweiten Bereich der Ventilmetallschicht bilden, von denen der erste Bereich Schallelemente der Dünnfilmschaltung und der zweite Bereich Anschlußkontakte und Verbindungsleilungen definiert, mit einer Schicht aus Ventilmetalloxid auf dem ersten Bereich der Ventilmetallschicht, wobei dieser erste Bereich der Ventilmetallschicht eine Dicke besitzt, die relativ zur Dicke des zweiten Bereiches der Ventilmetallschicht durch die Anwesenheit der Ventilmetalloxidschicht reduziert ist, und mit einer dreischichtigen Metallisierung auf dem zweiten Bereich der Vertilmetallschicht.

Bei derartigen Dünnfilmschaltungen wird die Ventilmetal'oxidschicht durch anodische Oxidation der Ventilmetallschicht gebildet.

Aus der deutschen Patentschrift 12 46 072, der deutschen Patentschrift 1615 010 und der deutschen Auslegeschrift 19 60 554 sind bereits elektronische Dünnfilmschaltungen dieser Art bekannt, bei denen die auf den zweiten Bereich der Ventilmetallschicht aufgebrachte Metallisierung ein ein- oder mehrschichtiges System ist, bei welchem mindestens die oberste Schicht aus einem Edelmetall, beispielsweise aus Gold oder Palladium, besteht.

Diese elektronischen Dünnfilmschaltungen haben verschiedene Nachteile. Will man elektrische Anschlüsse durch Löten anbringen, dann löst sich das Edelmetall mindestens teilweise in dem Lot auf und ■bewirkt eine Versprödung durch Erhöhung des Schmelzpunktes gegenüber dem reinen Lot, was zu höheren Löttemperaturen und zu größerer mechanischer Empfindlichkeit des gesamten Systems führt. Ein zweiter Nachteil dieser bekannten elektronischen Dünnfilmschaltungen liegt darin, daß die Edelmetalle Gold und Palladium sich störend auswirken, wenn die anodischc Oxidation der Vcntilmetallschicht nach dem Aufbringen der Metallisierung ausgeführt werden soll. Da Edelmetalle keine den Kurzschluß zwischen ihnen und dem Elektrolyten ausheilenden Oxide bilden, leiten s'c den überwiegenden Teil des Anodisierungsstromcs seillich in die Metallisierung ab. Die anodische Oxidation der Venlilmelallschicht wird dadurch empfindlich gestört oder geschieht überhaupt

3 , 4

nicht, wenn nicht übermäßig große Anodisierungs- oder zum Anbringen weiterer Bauelemente dienen ströme gezogen werden. Aus der britischen Patent- können. Beim Anbringen weiterer Bauelemente an die schrift 12 24 953 ist bereits die Verwendung einer Dünnschichtbaugruppe spricht man allgemein von Schutzschicht aus Eisen, Nickel oder Kobalt bekannt, Dünnschichthybriden. Die nicht mit den Schichten um die Diffusion einer leitfähigen Schicht in eine 5 4, 5, 6 und 7 behafteten", oxydierten Teile der Ventil-Widerstandsschicht zn verhindern. metallschicht 2 bilden da? Widerstandsne.tzwerk der

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Dünnschichtbaugruppe bzw. des Dünnschichi-

elektronischen Dünnfilmschifftung der eingangs ge- hybrids,

nannten Art diese Nachteile zu beseitigen. , " ^v Die Fin ? * hii 2 h zeigen die Dünnschichtbau-

Eine besonders einfache und wirkungsvolle Lösung io gruppe bei den verschiedenen trfindungsgemäß ausdieser Aufgabe ergibt bich, wenn gemäß der Erfindung zuführenden Verfahrensschritten. Auf das Trägerdie Metc'üsierung aus einer auf den zweiten Bereich plättchen 1 wird zuerst eine durchgehende Ventilder Ventilmetallschicht aufgebrachten ersten Kupfer- metallschicht 2 aufgebracht. Auf diese Schicht 2 werschicht, aus einer auf die erste Kupferschicht aufge- den die Metallschichten 4, 5 und 6 hintereinander brachten Zwischenschicht aus Diffusionssperren- 15 durch Kathodenzerstäubung aufgebracht. Auf das so metall und aus einer auf die Zwischenschicht aufge- beschichtete Trägerplättchen wird dann gemäß brachten zweiten Kupferschicht besteht und auf diese F i g. 2 a in bekannter Weise eine Photolackmaske 8 dreischichtige Metallisierung eine Blei-Zinn-Weichlot- aufgebracht, die die für die Herstellung der Dünnschicht aufgebracht ist. Die Zwischenschicht kann Schichtbaugruppe benötigten Bereiche des Schichtdabei aus Eisen oder Nickel oder Kobalt bestehen. 20 systems 2, 4, 5 und 6 abdeckt. Es sind dies alle die-Die Vemilmeiallschicht besteht vorzugsweise aus jenigen Bereiche, die zu Widerstandsbahnen, zu Lei-Tantal. " terbahnen oder zu Anschlußkontakten führen sollen,

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher d.h. diejenigen Bereiche, die die Grundgeometrie

erläutert werden. Es zeigt des Dünnschichtnetzwerks ausmachen. Von der

F i g. 1 einen Teilschnitt durch eine ein Wider- 25 Maske 8 freigelassen werden also diejenigen Bereiche, Standsnetzwerk enthaltende Dünnschichtbaugruppe an denen die Oberfläche des Trägerplättchens 1 wiegemäß der Erfindung, " der freigelegt werden soll. Das mit den Schichten 2,

Fig. 2 a bis 2 h die in Herstellung begriffene Dünn- 4, 5 und 6 und mit der Photolackmaske 8 behaftete

Schichtbaugruppe nach Fig. 1 bei den verschiedenen Trägerplättchen 1 wird dann in eine Mischung von

erfindungsgemäß auszuführenden Verfahrensschritten. 30 Fiüßsäure, Salpetersäure und Wasser eingetaucht

Gemäß Fig. 1 ist auf ein aus einem isolierenden und dabei gemäß Fig. 2 b die Grundgeometrie des Substrat bestehendes Trägerplättchen 1 eine die Schaltungsnetzwerks ausgeätzt. Dann wird das so Grundgeometrie des Schaltungsnetzwerks enthaltende behandelte, mit der Grundgeometrie des Schaltungs-Schicht 2 aus Ventilmetall von 1000 A Dicke aufge- netzwerke behaftete Trägerplättchen in Aceton eingebracht. Unter Ventilmetall versteht man ein Metall, 35 taucht und dabei gemäß Fig. 2c die Photolackdas ein einen Gleichstrom sperrenden Oxid bildet. maske 8 abgelöst. Anschließend werden diejenigen Vorzugsweise ist als Ventilmetall Tantal vorgesehen. Teiie des Schichtsystems 2, 4, 5, 6, die zu Leiterbah-Statt dessen können aber auch die Metalle Niob, Alu- nen oder zu Anschlußkontakten führen sollen, gemäß minium, Zirkonium und Hafnium verwendet werden. Fi g. 2d mit einer im Siebdnickverfahren aufgebrach-Die Ventilmetallschicht 2 trägt an denjenigen Ober- 40 ten Formgebungsmaske 9 abgedeckt. Nicht abgedeckt flächenbereichen, die das Widerstandsnetzwerk bil- werden also alle Stellen, die zu Widerständen führen den, eine Oxidschicht 3, die dadurch hergestellt ist, sollen. Hierauf wird das mit dem Schichtsystem 2, daß die Vcntilmetallschicht 2 an diesen Stellen teil- 4. 5, 6 und mit der Formgebungsmaske 9 behaftete weise anodisch oxydiert ist. Die Ventilmetallschicht 2 Trägerplättchen 1 in eine wäßrige Salpetersäureträgt an denjenigen Oberflächenbereichen, die nicht 45 lösung eingetaucht und dabei die aus den Schichten zum Widerstandsnetzwerk gehören, eine aus drei 4, 5, 6 bestehende Metallisierung an den nicht mit der Schichten 4, 5, 6 bestehende Metallisierung. Die Formgebungsmaske 9 abgedeckten Stellen selektiv unterste Schicht 4 und die oberste Schicht 6 dieser weggeätzt. Stehen bleibt also an diesen Stellen gemäß Metallisierung sind jeweils Kupferschichten von Fig. 2e die von dem Ätzmittel nicht angreifbare 2000 A Dicke. Die zwischen diesen beiden Kupfer- 5° Ventilmetallschicht 2. Nun wird das mit der Siebschichten 4 und 6 verlaufende Zwischenschicht 5 druckmaske 9 behaftete, an den frei liegenden Stellen besteht aus einem als Diffusionsspene wirkenden selektiv geätzte System 1, 2, 4, 5, 6 auf eine Tempe-Metall, beispielsweise aus Eisen, Nickel oder Kobalt. ratur von 130⁰C erwärmt. Dadurch wird erreicht, Die Dicke dieser Schicht 5 beträgt 4000A. Die aus daß der die Siebdruckmaske 9 bildende Piceinlack den Schichten 4, 5, 6 bestehende Metallisierung ist an 55 zum Fließen kommt und sich über die Ätzkanten allen denjenigen Stellen auf die Ven;ilmetallsciiicht 2 hinweg bis auf die Oberseite des Trägerplättchens aufgebracht, die für Leiterbahnen und für Anschluß- bzw. auf die Ventilmetallschicht absenkt. Fig. 2f kontakte vorgesehen sind. Auf die aus den Schichten zeigt das Trägerplättchen 1 mit dem Schichtsystem 2, 4, 5, 6 bestehende Metallisierung ist eine aus Blei- 4, 5, 6 und der Siebdruckmaske 9 nach der Erwär-Zinn-Eutektikum bestehende Lotschicht 7 aufge- ⁶° mung auf 130° C. Die Absenkung ist hier deutlich zu bracht. Hierbei wirkt die Zwischenschicht 5 als erkennen. Um den ohmschen Widerstand des aus den Diffusionssperrc gegen zu schnelles Eindiffundiercn freigeätzten Teilen der Ventilmetallschicht bestehender unteren Ku^ferschicht 4 in die Lotschicht 7. Die den Widerstandsnetzwerks auf einen bestimmten vor-Lotschicht 7 bildet zusammen mit den Schichten 4. 5 geschriebenen Wert einzustellen, wird nun gemäß und 6 und mit den jeweils darunterliegenden Teilen ⁶5 Fig. 2 g dieses Widerstandsnetzwerk an seiner Oberder Ventilmetallschicht 2 sowohl die Leiterbahnen als seite durch anodische Oxidation teilweise in eine auch die lötfähi :en Anschlußkontakie. die zur äuße- Oxidschicht..* umgewandelt. Hierbei bietet die Siebren Kontaktierung der Dünnschichtbaugruppe und/ druckmaske 9, die sich über die Ätzkanten der

Metallisierung 4, 5, 6 hinweg und an den völlig freigelegten Stellen des Trägerplättchens auch über die Ätzkante der Ventilmetallschicht 2 hinweg erstreckt, einen ausgezeichneten Schutz der Leiterbahnen und der Anschlußkontakte gegenüber einem Angriff des Elektrolyten. Sollte trotzdem auf Grund eines Fehlers in der Siebdruckmaske eine Leiterbahn oder ein Anschlußkontakt an irgendeiner Stelle frei liegen, so bilden sich, wenn der Elektrolyt mit den Materialien in Kontakt kommt, den Kurzschluß ausheilende Oxide:

Cu++ + 2OH- -> CuO + H₂O
Fe++ + 2OH- -> FeO + H₂O

Im Anschluß an die anodische Oxidation wird die Siebdruckmaske 9 durch Eintauchen des Systems 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9 in Trichloräthylen entfernt. Das verbleibende, in F i g. 2h dargestellte System 1, 2, 3, 4, 5, 6 bildet eine Dünnschichtbaugruppe mit einem Widerstandsnetzwerk, das aus Ventilmetall besteht, und mit Leiterbahnen und Anschlußkontakten, die aus Ventilmetall und aus einer darauf aufgebrachten dreischichtigen Metallisierung bestehen, wobei diese Metallisierung aus einem Kupfer-Eisen-Kupfer-System oder aus einem Kupfer-Nickel-Kupfer-System oder aus einem Kupfer-Kobalt-Kupfcr-System gebildet wird. Das in F i g. 2 h dargestellte System 1, 2, 3, 4, 5, 6 wird nun in flüssiges, aus Blei-Zinn-Eutektikum bestehendes Lot eingetaucht. Das flüssige Lot benetzt die aus Ventilmetall bestehenden, mit der Oxidschicht 3 behafteten Wiiderstandsbahnen 2 nicht. Die Oberseite der

ίο Metallisierung 4, 5, 6 wird dagegen von dem flüssigen Lot unter Bildung einer Lotschicht 7 benetzt, so daß das in F i g. 1 dargestellte Gebilde entsteht, das die fertige Dünnschichtbaugruppe darstellt. Der Vorteil der aus den Schichten 4, 5, 6 bestehenden Metallisie-

X5 rung besteht dabei in der Eigenschaft der aus Eisen, Nickel oder Kobalt bestehenden Schicht 5, als Diffusionssperre gegen zu schnelles Eindiffundieren dei unteren Kupferschicht 4 in das Lötmaterial 7 zu wirken.

ic Durch das Aufbringen der Lotschicfci 7 wird die elektrische Leitfähigkeit der Leiterbahnen erheblict erhöht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

21 029 Patentansprüche:

1. Elektronische Dünnfilmschaltung mit einer aus einem Isoliermaterial bestehenden Substratplatte, mit einer die Substratplatte in Form eines ersten und eines zweiten Musters teilweise bedekkenden Ventilmetallschicht, wobei diese beiden Muster an mindestens einer Stelle zusammenhängen umd einen ersten und einen zweiten Bereich der Ventilmetallschicht bilden, von denen der erste Bereich Schaltelemente der Dünnfilmschaltung und der zweite Bereich Anschlußkontakte und Verbindungsleitungen definiert, mit einer Schicht aus Ventilmetalloxid auf dem ersten Bereich der Ventilmetallschicht, wobei dieser erste Bereich der Ventilmetallschicht eine Dicke besitzt, die relativ zur Dicke des zweiten Bereichs der Ventilmetaüschicht durch die Anwesenheit der Venlilmetalloxidschicht reduziert ist, und mit einer dreischichtigen Metallisierung auf dem zweiten Bereich der Ventilmetaüschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung (4, 5, 6) aus einer auf den zweiten Bereich der Ventilmetallschicht (2) aufgebrachten ersten Kupferschicht (4), aus einer auf die erste Kupferschicht

(4) aufgebrachten Zwischenschicht (5) aus Diffusionssperrenmetall und aus einer auf die Zwischenschicht (5) aufgebrachten zweiten Kupferschicht (6) besteht und daß auf diese dreischichtige Metallisierung (4, 5, 6) eine Blei-Zinn-Weichlotschicht (7) aufgebracht ist.

2. Dünnfilmschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht

(5) aus Eisen besteht.

3. Dünnfilmschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (5) aus Nickel besteht.

4. Dünnfilmschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht 4a (5) aus Kobalt besteht.

5. Dünnfilmschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmetallschicht (2) aus Tantal besteht.

6. Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Substratplatte

(1) zuerst eine durchgehende Ventilmetallschicht

(2) und darauf durch Kathodenzerstäubung die erste Kupferschicht (4), die Zwischenschicht (5) und die zweite Kupferschicht (6) ebenfalls als durchgehende Schichten aufgebracht werden, daß dann aus der Ventilmetallschicht (2) und aus der darauffolgenden dreischichtigen Metallisierung (4, 5, 6) mit Hilfe eines photolithograpischen Prozesses die aus dem ersten und dem zweiten Bereich bestehende Grundgeometrie der Dünnfilmschaltung ausgeätzt wird, da3 anschließend der zweite Bereich mit einer Formgebungsmaske (9) abgedeckt und dann die beiden Kupferschichten (4, 6) und die Zwischenschicht (5) innerhalb des ersten Bereichs mit Hilfe eines selektiven Ätzmittels entfernt werden, daß dann die so innerhalb des ersten Bereichs freigelegte Vcntilmetallschicht (2) in diesem Bereich zur Erzeugung der Ventilmetalloxidschicht (3) teilweise anodisch oxidiert wird, daß dann die Form.eebunRsmaske (9) abgelöst wird und daß schließlich auf das innerhalb des zweiten Bereichs verbliebene Muster der dreischichtigen Metallisierung (4, 5, 6) die Blei-Zinn-Weichlotschicht (7) durch Eintauchen des gesamten Systems in flüssiges Blei-Zinn-Weichloi aufgebracht wird.

7 Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebungsmaske (9) irr Siebdruckverfahren hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Formgebungsmaske (9) behaftete System vor der teilweisen anodischer Oxidation des freigelegten ersten Musters dei Ventilmetallschicht (2) auf eine Temperatur von 130° C erwärmt wird.