DE2302194A1

DE2302194A1 - Herstellung von duennfilm-schaltungen mittels fotoaetzverfahren

Info

Publication number: DE2302194A1
Application number: DE19732302194
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl Phys Penzl; Michail Dipl Chem Sapuranow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-01-17
Filing date: 1973-01-17
Publication date: 1974-07-25
Also published as: DE2302194B2; FR2214224A1; FR2214224B1

Description

SIEMENS AEDIENGESEILSCHAPI München, Π.JA!!. 1973

Berlin und München V/ittelsbacherpl. 2

73/7005

Herstellung von Dünnfilm-Sehaltungen mittels Fotoätzverfahren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dünnfilin-Schaltungen, insbesondere niederhohaügen Verdrahtungen, Widerstandsnetzwerken und Halbleiter-Schaltungen, mittels Potoätzung, wobei auf ein Substrat dünne Metallschichten abgeschieden und strukturiert werden, indem sie jeweils mit einer Potolackschicht überzogen werden, die dann mittels strukturierter Masken abgedeckt und belichtet wird, so daß sich die unbelichteten Lackregionen bei oder nach der Entwicklung herauslösen, wobei die danach freiliegenden Teile der unter dem Lack liegenden Schicht durch anodische oder stromlose Ätzung aufgelöst werden, und wobei die oberste die "Verdrahtungsschicht" ist, die aus einem Edelmetall besteht.

Derartige Schaltungen werden heute mit hoher Packungsdichte der aktiven und passiven Elemente hergestellt. Die gute Leitfähigkeit der Edelmetalle ergibt eine niederchmige Verdrahtung. Werden besonders widerstandsarme Verdrahtungen gefordert, wird eine galvanische Verstärkung der Edelmetallschicht auf 10/um und mehr notwendig. Dies kann durch ganzflächige Verstärkung oder durch alleinige Verstärkung der Verdrahtungsstrukturen geschehen. Im ersten Pail müssen die Verdrahtungs- und die Verstärkungsschicht, im »weiten Pail nur die Verdrahtungssehicht geätzt werden.

Ideal sind Ätzmittel, die streng selektiv wirken, also nur die gewünschte Schicht abtragen und alle übrigen Schichten nicht angreifen.

Die Kontaktpotentiale an den Grenzflächen der Schichten heben jedoch die selektive Wirkung der Ätzmittel teilweise auf, so daß sich im Bereich der Grenzflächen die Ätzraten oftmals sehr stark verändern. Das bringt folgende Nachteile: Bestimmte Schichtkombinationen, die an sich wegen ihrer mikroelektroni-

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sehen Eigenschaften interessant wären, können nicht verwendet werden, denn es treten Unterätzungen auf, die die elektrischen ₅und mechanischen Eigenschaften unkontrollierbar und der Berechnung unzugänglich verändern, so daß z.B. passive Bauelemente, deren elektrische Werte sehr von geometrischen Parametern abhängen, z.B. Widerstände, Kondensatoren, oftmals beträchtliche Abweichungen vom Sollwert aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese fehlerhaften Unterätzungen zu vermeiden. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß unterhalb der oberen Edelmetallschicht eine Zwischen- oder Haftschicht mit folgenden Eigenschaften gelegt wird:

a) Ihr anodisches Auflösungspotential im gewählten Elektrolyten ist höher als das Auflösungspotential der Edelmetallschicht,

b) zwischen ihr und der Edelraetallschicht tritt nur eine geringfügige Kontaktpotentialverschiebung ein.

Das Abätzen der oberen Edelmetallschicht erfolgt anodisch, dabei wird die Zwischen- oder Haftschicht auch nach vollständiger Auflösung der freien Flächen der oberen Schicht vom Elektrolyten nicht angegriffen. Es entstehen also keine Unterätzungen.

Das Abätzen der Zwischen- oder Haftschicht erfolgt vorzugsweise stromlos mit einem Ätzmittel, das das Material der oberen Verdrahtungsschicht nicht angreift. Das Material der Zwischenoder Haftschicht wurde so ausgewählt, daß zwischen der oberen und der Haftschicht nur geringfügige Kontaktpotentialverschiebungen auftreten; also es entstehen wieder keine Unterätzungen.

Die Erfindung berücksichtigt also .die elektrochemischen Potentiale.

Sehr vorteilhaft erweist eich, daß die Erfindung den an sich bekannten Effekt des Elektropolieren automatisch mit verwer-

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tet: Dienen galvanisch abgeschiedene Strukturen als Ätzresist, werden bei anodischer Oxydation die Unebenheiten der Oberfläche dadurch geglättet, daß wegen der Feldverzerrung in Elektrolyten diffusionsbegünstigte Zonen entstehen, die für eine schnelle Glättung der Unebenheiten sorgen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Figuren beschrieben:

Der Aufbau einer Dünnfilm-Schaltung nach dem heutigen Stand der Technik ist in Fig.1 - 5 dargestellt. Auf einem Substrat 1 werden in einem Vakuum eine Ni-Cr-Sehicht 2 und eine Au-Schicht 3 aufgedampft, Fig.1 . Die Au-Schicht wird mit Fotolack 4 abgedeckt, durch eine Maske belichtet, entwickelt, Fig. 2; die freien Strukturen der Au-Schicht werden stromlos geätzt, Fig. 3. Der Fotolack wird entschichtet, wobei auf der Ni-Cr-Schicht nur die Au-Kontakte, 3 in Fig. 4» verbleiben. Nach einer zweiten Fototechnik werden mit Hilfe einer neuen Maske eine Widerstandsstruktur auf der Ni-Cr-Schicht abgebildet und die nicht abgedeckten Bereiche dieser Schicht abgeätzt, wobei nur die Widerstände 2 in Fig. 5 verbleiben. Der Abstand u in Fig. 5 entspricht der herbeigeführten Unterätzung pro Eante.

Die Länge des erhaltenen Widerstandes 2 in Fig. 5 ist um den Betrag 2 u gegenüber der Soll-Länge vergrößert, der erhaltene Widerstand ist größer als der vorausberechnete.

Beispiel 1:

In Fig. 6-11 wird diese Schaltung gemäß der Erfindung hergestellt. Die ersten zwei Behandlungsschritte entsprechen den in Fig. 1-2 geschilderten, nur eine 0,2/um dicke Ti-Zwisehenschicht 5 wird im gleichen Vakuum zusätzlich aufgedampft. Das Abtragen der freien Flächen der Au-Schicht erfolgt anodisch

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in einem neutralen Elektrolyten, der 12 g/l KAu(CIT)₂ enthält, wobei die Unterätzung vermieden wird, Pig. 8. Anschließend wird die Ti-Zwischenschicht mit einer 8^igen wässerigen KP-Lösung stromlos abgeätzt, Fig. 9, wobei die Au-Struktur als Ätzresist dient. Weder die ITi-Cr- noch die Au-Schicht werden von der Ti-Ätze angegriffen. Das Kontaktpotential Ti/Hi-Cr bewirkt keine meßbare Unterätzung der Ti-Schicht« Anschließend erfolgt die Fotoätztechnik für Ki/Cr, Fig.10. Der Widerstand 2 weist keine Yeränderung der vorausberechneten Länge auf,Pig.11.

Die herkömmliche Technik zur Herstellung einer Dünnfilm-Mikrowellenschaltung wird in Pig.12-17 gezeigt. Auf einem Keramiksubstrat, 1 in Pig.12, werden in einem Vakuum 0,1/um Cr 2 und anschließend 0,5/Um Au 3 aufgedampft. Eine 12,5 /um dicke Eistonfolie 4 wird auf die Au-Schicht aufgebracht, durch die Strukturmaske belichtet und entwickelt, Pig,13. Die freie Oberfläche wird in einem sauren galvanischen Au-Bad auf 10/um verstärkt,3a in Pig.14. Nach EntSchichtung der Ristonfolie, in Pig. 15 , wird die· Au-Kontaktierschicht 3 stromlos abgeätzt, Pig«16. Anschließend wird die Cr-Schicht stromlos geätzt, Pig.17· Die Unterätzung der Au-Ankontaktierschicht 3 ist unvermeidlich, die Haftfestigkeit der galvanischen Schicht ist beeinträchtigt, die Oberfläche der Au-Schicht wird-aufgerauht und von einer Oxydhaut bedeckt.

Beispiel 2;

In Pig. 18-23 wird die Herstellung einer Dünnfilm-Mkrowellenschaltung nach dem Verfahren gemäß der Erfindung dargestellt: Auf einem Keramikträger 1 werden im Vakuum 0,2/um Ti 5a und 0,5/um Au 3 aufgedampft, Pig-18. Anschließend wird eine 12,5/um dicke Ristonfolie 4 aufgebracht, belichtet und entwickelt, Pig.19. Die freie Oberfläche wird im Bad wie bei der herkömmlichen Technik auf 10/um galvanisch verstärkt, 3a in Pig.2O. Fach Entschichtender Ristonfolie, in Pig.2t, wird die Au-Ankontaktierschicht 3 anodisch in einem alkalischen

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KCIT-Bad abgetragen, Fig. 22. Im Hebeneffekt wird die galvanische Struktur dabei elektropoliert. Anschließend wird die Ti-Schicht5a in der Ätze nach Beispiel 1 abgetragen, Pig.23. Die erhaltene Schaltung weist hervorragende elektrische Eigenschaften im GHz-Bereich auf, eine Unterätzung ist nicht festzustellen, eine zuverlässige Verbindungstechnik zu anderen Baugruppen ist aufgrund der reinen Au-Oberflache auch durch Ultraschall- und Thermokompressionsverbindungsverfahren gewährleistet.

Beispiel 5:

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmschaltung von Beispiel 1 wird modifiziert, indem als leitende Metallschicht Pd statt Au verwendet wird. Ni-Cr, Ti und Pd werden im gleichen Vakuum auf einen Glasträger aufgedampft, eine Fotolackmaske wird auf die Pd-Schicht gelegt, und die vom Fotoresist nicht abgedeckten Bereiche werden in einer 0,1 η HUT(X-Losung, welche 6 g/l FeGl, enthält, anodisch abgetragen. Die weitere Behandlung entspricht dem Beispiel 1. Auch in diesem Fall ist eine meßbare Unterätzung der Pd-Leiter- und Kontaktstrukturen nicht feststellbar.

7 Patentansprüche
4 Figuren

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4Ü9330/09G

Claims

* t

Patentansprüche

.jVerfahren zur Herstellung von Dmin.fiIm-Schaltungen, insbesondere niederohmigen Verdrahtungen, Widerstandsnetzwerken und Halbleiter-Schaltungen, mittels Fotoätzung, v/obei auf ein Substrat dünne Metallschichten abgeschieden und strukturiert werden, indem sie jeweils mit einer Potolackschioht überzogen v/erden, die darm mittels strukturierter Masken abgedeckt und belichtet wird, so daß sich die unbelichteten Lackregionen bei oder nach der Entwicklung herauslösen, wobei die danaßh freiliegenden Teile der unter dem Lack liegenden Schicht durch anodische oder stromlose Ätzung aufgelöst werden, und wobei die oberste . Schicht die "Verdrahtungsschicht" ist, die aus einem Edelmetall besteht, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der oberen Edelraetallschicht eine Zwischen- bzw. Haftschicht mit folgenden Eigenschaften gelegt wird:

a) Ihr anodisches Auflösungspotential iia gewählten Elektrolyten ist hoher als das Auflösungspotential der Edelraetallschicht,

b) zwischen ihr und der Edelmatallschicht tritt nur eine geringfügige IContaktpotentialverschiebung ein.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtragen der nicht mit Ätzresist versehenen Teile der oberen Edelmetallschicht durch anodisches Ätzen geschieht, in einem Elektrolyten, der diese Schicht stromlos nicht angreift.
3. Verf airren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtragen der Zwischen™ oder Haftschicht stromlos in einem, die Edelmetallschicht nicht angreifenden Ätzmedium erfolgt.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 his 3, dadurch g ekennzeichnet, daß die ausgebildeten Leiterstrukturen und Zontakte vor der anodischen Behandlung der Schicht galvanisch verstärkt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4> dadurch g erkenn zeich net, daß die Edelmetallschicht aus Gold, die Zwischen- bzw. Haftschicht aus Titan bestehen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Edelmetallschicht aus Palladium besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g ekennzeichnet, daß unterhalb der Zwischen- oder Haftschicht eine oder mehrere, zur Erzeugung von aktiven oder passiven Bauelementen geeignete, Schichten auf isolierenden oder halbleitenden Trägern aufgedampft, aufgestäubt oder chemisch abgeschieden v/erden.

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