DE2163434C3

DE2163434C3 - Verfahren zur Herstellung und Prüfung von Dünnfilmschaltungen

Info

Publication number: DE2163434C3
Application number: DE19712163434
Authority: DE
Inventors: Burton Abram Berkeley Heights NJ. Unger (V.St.A.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-12-21
Filing date: 1971-12-21
Publication date: 1976-04-22

Description

nie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ■ es aus einer Mehrzahl von einzelnen Stromwegen h"tehenden _Dünnfi!mschaltungsmusters auf einer iso-Kerenden Unterlage, auf welcher die Stromwege oder eiter sich auf einer größeren Anzahl von Stellen in Form von Überführungsbrücken kreuzen und die darunter verlaufenden Unterführungsleiter isoliert überbrücken und zur Prüfung der Schaltungsmuster auf Kurzschlüsse besonders an den Kreuzungsstellen der

Mit der aus der Verwendung von Dünnfilmleitern auf isolierenden Unterlagen resultierenden Möglichkeit, die Schaltungen zu verkleinern, hat sich auch der Trend :t, möglichst viele Schaltungswege auf einer ■t unterzubringen. Damit nahm auch die An- * Kreuzungsstellen der Leiter erheblich zu, und "selten werden 100 oder sogar 1000 Kreuzungssteuen auf einer Unterlage vorgesehen. Bt. einer derartigen Verdichtung der Stromwege bildet die Aufbringung der Leiter auf den Kreuzungsstellen ein echtes Problem, weil hier nur zu leicht zu Kurzschlüssen führende Kontakte zwischen den Leiterpaaren entstehen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, luftisolierte Kreuzungen vorzusehen, um das Auftreten von Kurzschlüssen zu verhindern. Ein solches Verfahren ist in der US-PS 34 61524 = DT-PS 16 90 509 beschrieben. Nach diesem Verfahren ist es zwar möglich, die Fehler- : bei der Herstellung von Dünnfilmschaltungen zu eine Prüfspannung an jedem Leiterpaar von kombinierten Stromwegen angelegt und das Vorhandensein von Kurzschlüssen an den Kreuzungsstellen festgestellt werden, wobei die Überprüfung gegenüber bekannten Verfahren an einer eheblich reduzierten Anzahl von Prüfungspunkten ausgeführt werden kann. Wenn das Muster frei von Kurzschlüssen ist, werden die entfernbaren und nur für Prüfungszwecke zeitweilig leitenden Muster entfernt und die Dünnfilmschaltung für die Benutzung freigegeben. Werden Kurzschlüsse in einem oder mehreren Leiterpaaren aber nicht in allen festgestellt, so kann eine individuelle Überprüfung und Ausbesserung der Fehler zweckmäßig sein. Eine totale Aussortierung als Ausschluß dürfte von wirtschaftlichen Faktoren abhängen. Für die Beseitigung von Kurzschlüssen können beispielsweise das gesamte Schaltungsmuster oder ausgewählte fehlerhafte Bereiche mittels chemischer Substanzen nach oben abgebogen und Kurzschlußursachen beseitigt werden. Eine solche Substanz ist beispielsweise ein wäßriger Brei aus Bikarbonat und Essigsäure, der unter die Brücken eingeführt wird. Nach der Fehlerbeseitigung kann die Schaltung erneut, wie zuvor beschrieben, geprüft wer-

Obwohl bei der Leiteraustragung Kurzschlüsse hautpsächlich an den Kreuzungsstellen auftreten, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch fur die Prüfung der einzelnen Stromwege bzw. Leiterpaaren. BH dieser Überprüfung kann eine kleinere Anzahl von

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Herstellung von Dünnfilmschaltungsmustern so vorgesehen werden.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß auf die Unterlage eine zusammengesetzte Schicht, die in der Konfiguration dem Schaltungsmuster entspricht, und entfernbare, nur für die zeitweilige den vorieunaii mn ucm nn._Ui.i^...-_e-·· -—--films hergestellt, der die Dünnfilmschaltung bildet. Die Entfernung des zeitweilig leitenden Musters wird vorteilhaft durch Abätzung nach der Uberpüfung ausge-

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steht, die ein Metall enthält, daß als erstes leitendes Material des Schahungsmusters über einer Metall-Bindeschicht angeordnet ist, die dazu dient, die Adhäsion der ersten leitenden Schicht an dem darunterliegenden Material zu fördern, daß die erste leitende Schicht von den entfernbaren, zeitweilig stromführenden Mustern abgeätzt und die Metall-Bindeschicht an diesen Stellen belassen und als zeitweilig stromführendes Muster verwendet wird, daß aus dem ersten leitenden Material a>. den Kreuzungsstellen der Stromwege Überführungsbrücken gebildet werden, daß an jedes miteinander verbundene an die Überführungsbrücken und Unterführungsleitungen angeschlossene Leitungspaar zur Feststellung von Kurzschlüssen an den Kreuzungsstellen eine Prüfspannung angelegt wird, und daß die enifernbaren, zeitweilig leitenden Muster von der Unterlage abgeätzt und die einzelnen leitenden Stromwege voneinander getrennt werden.

Bei der Herstellung eines Dünnfilmschaltungsmu- «ters nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ^Hand ^d"

Überkreuzungsstellen

einer Dünnfilmschaltung nacn aufeinanderfolgenden Schritten in der Herstellung und Überprüfung einer solchen Schaltung gemäß Erfindung,

F i g. 8 eine Draufsicht auf ein Muster einer Dünnfilmschaltung in dem Zustand der Produktion, wenn es die zeitweiligen Verbindungen enthält und für die Überprüfung bereit ist und

F i g. 9 eine Draufsicht auf die Schaltung nach F i g. 8, nachdem die zeitweiligen Verbindungen entfernt worden sind.

Das Verfahren gemäß Erfindung wird rein beispielsweise an Hand der Herstellung und Überprüfung von Dünnfilmschaltungen beschrieben, die in erster Linie aus einem Muster von niedergeschlagenen Goldleitern sowie aus Dünnfilmwiderständen und mit luftisolierten Überkreuzungsstellen bestehen. Die beschichteten Unterlagen, die sie in den aufeinanderfolgenden Schritten erhalten werden, sind in den F i g. 1 bis 7 für einen kleinen Anteil einer solchen Schaltung mit einem einzelnen Überkreuzungspunkt dargestellt.

Als erster Schritt in der Herstellung einer solchen Schaltung wird eine geeignete isolierende Unterlage

II, beispielsweise eine Platte aus Tonerde-Keramik oder aus Glas mit einer Schicht eines elektrischen Widerstandsmaterial 12, beispielsweise Tantalnitrid beschichtet, beispielsweise durch kathodisches Aufsprühen von Tantal in reaktiver, d. h. stickstoffenthaltender i Atmosphäre gemäß bekanntem Verfahren (US-PS 32 42 006 = DT-OS 14 90 927).

An den Stellen, an welchen die Dünnfilmwiderstände angeschlossen werden sollen, werden Anschlüsse 13 niedergeschlagen, beispielsweise durch über eine Maske erfolgende Bedampfung von aufeinanderfolgenden Schichten aus Titan und Paladium und gegebenenfalls eine Endschicht aus Gold. Obwohl diese Anschlüsse aus der gleichen Zusammensetzung bestehen können, wie die später aufgebrachte leitende Schaltung, ist es wünsehenswert, daß sie an den Widerstandsanschlüssen in diesem frühen Stadium des Prozesses angebracht werden, da die nachfolgende Ätzung des Widerstandsfilms die Möglichkeiten einer Oberflächenänderung der Widerstandsschicht mit sich bringt, welche den Aufbau eines rauschfreien elektrischen Kontaktes zwischen der Schicht und den Anschlüssen stören könnte. Die erhaltene beschichtete Unterlage ist in Fig. 1 dargestellt.

Unter Verwendung einer Fotowiderstandsmaske in bekannter Weise und durch bekanntes Ätzen (z. B. mit einer wäßrigen Mischung aus Wasserstofffluor- und Salpetersäure) werden danach Fenster 14 in die Widerstandsschicht 12 geätzt, indem die isolierende Unterlage in diesen Bereichen belichtet wird, worauf die zeitweiligen Verbindungsmuster niederzuschlagen sind, wie in F i g. 2 gezeigt.

Danach werden aufeinanderfolgende Meta'lschichten über die Fenster 14 und über die Bereiche aufgebracht, die die Muster von vier dauernden einzelnen leitenden Wegen 15,15A 16,16/4 darstellen, einschließlieh von den Filmwiderständen, aber keinen Überkreuzungsbrücken, wie es sich aus F i g. 3 und 4 ergibt. Die erste dieser Schichten ist ein Metall, z. B. Titan, welches die Adhäsion der später niedergeschlagenen Schichten mit dem darunterliegenden Material, ob nun Wider-Standsschicht oder isolierende Unterlage, verbessert. Gold ist das bevorzugte Material zur Niederschlagung als erstes leitendes Material des Musters; es kann direkt über die die Adhäsion verbessernde Schicht niedergeschlagen werden, aber wenn Titan verwendet wird, wird vorzugsweise eine Zwischenschicht aus Platin oder Paladium niedergeschlagen, um unerwünschte Diffusion zwischen dem Titan und dem Gold zu verringern. Der Niederschlag kann durch das bekannte Verfahren der Bedampfung durch eine Maske bis auf gewünschte Dicke erfolgen. Die Widerstandsschicht 12 wird dann von den Rächen weggeätzt, die nicht von den aufeinanderfolgenden Metalischichten bedeckt ist, und zwar durch ein bekanntes Ätzbad, z. B. eine wäßrige Lösung von Wasserstofffluor- und Salpetersäure, welches die Widerstandsschicht, aber nicht die anderen Metalle angreift Die isolierende Unterlage wird so in diesen Flächen frei. Die F i g. 3 stellt die beschichtete Unterlage zu diesem Zeitpunkt dar.

Danach werden die Dünnfilmwiderstände 18 freigelegt, indem alle Metallschichten über der Widerstandsschicht im Bereich der Widerstände weggeätzt werden, wonach das in F i g. 4 gezeigte Ergebnis erhalten wird. Bekannte Fotoätzverfahren und Ätzbäder können verwendet werden, z. B. eine wäßrige Lösung von Kaliumiodid und Jod für die Gold- und Palladiumschichten, und eine wäßrige Lösung von Salpeter und Wasserstofffluorsäure für das Titan. Die Widerstände können auf einen Wert getrimmt und anodische Oxydation stabilisiert sowie verstärkt werden, wie z. B. in US-PS 31 59 556 beschrieben.

An den Flächen zur Darstellung der zeitweiligen Verbindungsmuster werden dann die Metallschichten über der die Adhäsion verbessernden Schicht entfernt, und zwar gemäß bekannten Fotoätzverfahren und bekannten Fotoätzbädern, wie zuvor angedeutet, so daß die Flächen 17 aus die Adhäsion verbesserndem Metall als einziges Medium der zeitweiligen Verbindung übrig bleibt, wie in F i g. 5 dargestellt.

Die Überkreuzungsbrücken 19 werden danach hergestellt, und zwar isoliert von den Unterführungsleitern 16, und verbinden die jeweiligen Teile der leitenden Wege 15, 15/4 miteinander, wie aus F i g. 6 hervorgeht. Diese Überführungsbrücken können gemäß bekanntem Verfahren hergestellt werden, indem beispielsweise eine Zwischenschicht aus Kupfer direkt auf den Bereich des Unterführungsleiters 16 und die Unterlage U aufgebracht wird, welche sich zwischen den Spalten in den Wegen 15 und 15-4 erstrecken, ferner durch Niederschlagung einer Schicht aus Gold, welche die Brücke darstellt, über die aus Kupfer bestehende Abstandsschicht und in Kontakt mit den jeweils leitenden Bereichen von 15 und 154, woraufhin die Kupferabstandsschicht weggeätzt wird und eine durch Luft isolierte Brücke aus Gold zurückbleibt.

Es verbleibt somit ein vollständiges Muster einer Vielzahl von einzelnen leitenden Wegen einschließlich Überkreuzungen aber auch eine zusätzliche Anzahl von zeitweiligen Verbindungen 17, welche so angeordnet sind, daß eine kleinere Anzahl von kombinierten leitenden Wegen geschaffen wird, von denen keine eine Überführungsbrücke und eine Unterführungsleiter an der gleichen Überkreuzungsstelle enthält.

So sind in dem Schaltungsausschnitt nach F i g. 6 vier einzelne leitende Wege 15, 15,4, 16 und 16/4 durch die Verbindungen 17 miteinander im Sinne zweier Wege 15 bis 15/4 und 16 bis 16/4 verbunden. Eine einzige Testspannung zwischen den beiden kombinierten Wegen zeigt jeden Kurzschluß zwischen den beiden Überführungsbrücken und Unterführungsleitern an.

F i g. 8 zeigt ein vollständiges, aber relativ einfaches Muster einer gemäß Beschreibung erzeugten Schaltung, außer daß das Muster keine Dünnfilmwiderstände enthält, so daß die in den F i g. 1, 2 und 5 dargestellten Schritte entfallen können. Die Schaltung nach F i g. 8 enthält 44 Überführungsbrücken und 88 Unterführungswege und stellt eine Anordnung dar, die 132 Prüfvorgänge beim gewöhnlichen einzelnen Testen der Überkreuzungsstellen erforderlich machen würde. Mit Hilfe der zeitweiligen Verbindungen kann die Überprüfung aller Überkreuzungsstellen gegenüber Kurzschlüssen mit Probenahmen an sechs Punkten durchgeführt werden, wodurch die Überprüfung in weniger als einer Minute möglich ist, während sonst ungefähr 30 Minuten für das individuelle Testen von Hand benötigt werden würden.

Die Prüfung wird dadurch ausgeführt, daß eine Test, spannung an jedes Paar der kombinierten leitenden Wege angelegt wird und daß ein Stromfluß zwischen diesen nachgewiesen wird, der einen Kurzschluß angibt. Zur Erleichterung der Überprüfung können zeitweilige Anzeigelappen 20 an einigen passenden Stellen entlang jedem kombinierten Weg angebracht werden, um anzuzeigen, wo die Prüfspannung angelegt werden soll. Diese Lappen können gleichzeitig und durch das gleiche Verfahren wie die zeitweiligen Verbindungen

aufgebracht und gegebenenfalls entfernt werden.

Nachdem die Prüfung durchgeführt ist, können die zeitweiligen Verbindungen 17 in bekannter Weise entfernt werden, z. B. durch Ätzen mit einem Ätzbad, welches das die Haftung verbessernde Metall angreift, aber nicht die Unterlage oder andere frei liegende Metalle, oder indem in bekannter Weise maskiei t und geätzt wird. Die fertige Schaltung ist in F i g. 7 und 9 gezeigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

409 617/397

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines aus einer Mehrzahl von einzelnen Leiterwegen bestehenden Dünnfilmschaltungsmusters auf einer isolierenden Unterlage, auf welcher die Leitungswege sich auf einer größeren Anzahl von Stellen in Form von Überführungsbrücken kreuzen und die darunter verlaufenden Unterführungsleiter isoliert überbrükken und zur Prüfung der Schaltungsmuster auf Kurzschlüsse, besonders an den Kreuzungsstellen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Unterlage (Jl) eine zusammengesetzte Schicht, die in der Konfiguration dem Schaltungsmuster entspricht, und entfernbare, nur für eine zeitweilige Stromführung bestimmte leitende Muster (17) aufgebracht werden, welche die einzelnen leitenden Stromwege in einer kleineren Anzahl von kombinierten Stromwegen und in jedem Fall solche Leitungswege (15-15/4,16-16/4) miteinander verbinden, die mit einer einzelnen Überführungsbrücke bzw. Unterführungsleitung auf einem gemeinsamen Kreuzungspunkt verbunden sind, daß die zusammengesetzte Schicht aus einer ersten leitenden Schicht besteht, die ein Metall enthält, das als erstes leitendes Material des Schaltungsmusters über einer Metall-Bindeschicht angeordnet ist, die dazu dient, die Adhäsion der ersten leitenden Schicht an dem darunterliegenden Material zu fördern, daß die erste leitende Schicht von den entfernbaren, zeitweilig stromführenden Musters abgeätzt und die Metall-Bindeschicht an diesen Stellen belassen und für Prüfungszwecke als zeitweilig stromführendes Muster verwendet wird, daß aus dem ersten leitenden Material an den Kreuzungsstellen der Stromwege Überführungsbrücken gebildet werden, daß an jedes miteinander verbundene und an die Überführungsbrücken und Unterführungsleiter angeschlossene Leitungspaar zur Feststellung von Kurzschlüssen an den Kreuzungsstellen eine Prüfspannung angelegt wird, und daß die entfernbaren zeitweilig leitenden Muster von der Unterlage abgeätzt und die einzelnen leitenden Stromwege voneinander getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall-Bindeschicht aus Titan besteht und daß das erste leitende Material Gold ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, mit mindestens einigen mit Dünnschichtfilmwiderständen bestückten Leitungswegen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Niederschlagung einer Widerstandsschicht aus Tafltalnitrid auf einer Unterlage;
Abätzung des Tantalnitrid-Niederschlags an den Stellen, auf die nachfolgend die entfernbare, zeitweilig leitenden Flächen niedergeschlagen werden, die kein Bestandteil des Musters sind, sondern nur die einzelnen leitenden Wege in einer kleineren Mehrzahl von kombinierten Wegen verbinden;

zur Bildung der einzelnen leitenden Wege, mit Ausnahme der Überführungsbrücken, Auftragung nacheinander auf die entfernbares leitenden Flächen und auf die Flächen, welche die ^fi5 einzelnen leitenden Wege mit Ausnahme der Überführungsbrücken bilden, von Titan, Palladium und Gold:

Abätzung des Tantalnitrid-Niederschlags von den Flächen, die nicht mit aufeinanderfolgenden Schichten bedeckt sind;
Abätzung der Gold- und Palladium-Schicht von den entfernbaren, zeitweilig leitenden Flächen und Belassung einer Titanschicht diiekt auf der Unterlage im Bereich dieser Flächen; Abätzung der Gold-, Palladium- und Titanschichten von den Flächen, welche die Dünnfilmwiderstände bilden;

Auftragung einer Kupferabstandsschicht auf die Flächen, welche von den Überführungsbrücken eingenommen werden; Auftragung einer Goldschicht, welche eine Überführungsbrücke bildet, auf die Kupferabstandsschicht;

Abätzung der Kupferabstandsschicht zur Bildung von luftisolierten Überführungsbrücken; Anlegung einer Prüfspannung und Abätzung der Titanschicht auf den entfernbaren, zeitweilig leitenden Flächen, um die einzelnen Wege elektrisch voneinander zu trennen.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus Titan und die einzelnen leitenden Wege aus Gold bestehen, welches auf das Titan niedergeschlagen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens einige der Wege Dünnfilmwiderstände enthalten, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Auf die Unterlage wird eine Widerstandsschicht aus Tantalnitrid niedergeschlagen; Tantalnitrid wird von solchen Flächen abgeätzt, auf welche nachfolgend die zeitweiligen leitenden Flächen aufgebracht werden, die keinen Teil des Musters bilden, sondern lediglich zur Verbindung der einzelnen leitenden Wege im Sinne einer kleineren Anzahl von kombinierten Wegen dienen;

an den zeitweiligen Flächen sowie an den vorgesehenen Leitungsflächen, außer für die Überführungsbrücken werden aufeinanderfolgende Schichten von Titan, Palladium und Gold zur Bestimmung der einzelnen leitenden Wege aufgebracht;

Tantalnitrid wird von den Flächen der Unterlage weggeätzt, die nicht mit den aufeinanderfolgenden Schichten bedeckt sind; die Gold- und Palladiumschichten werden vor den zeitweiligen Flächen weggeätzt, wöbe eine Schicht aus Titan direkt auf der Unterlag« in diesen Bereichen zurückgelassen wird; die Gold-, Palladium- und Titanschichten werden von den Flächen weggeätzt, die die Dünn filmwiderstände bestimmen;
eine Kupferabstandsschicht wird über jeder Bereich niedergeschlagen, der von einer Über führungsbrücke eingenommen werden soll; eine Goldschicht wird über die aus Kupfer be stehende Abstandsschicht aufgebracht unc dient als Überi'ührungsbrücke; die Kupferabstandsschicht wird weggeätzt, un mit Luft isolierte Überführungsbrücken zurück zulassen;

die Prüfspannung wird angelegt; schließlich wird das Titan an den zeitweiliger Flächen weggeätzt, um die einzelnen leitender Wege elekirisch voneinander zu trennen.