DE2302194C3

DE2302194C3 - Manufacture of thin-film circuits using photo-etching processes

Info

Publication number: DE2302194C3
Application number: DE19732302194
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl.-Phys. 8031 Eichenau; Sapuranow Michail Dipl.-Chem. 8000 München Penzl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1973-01-17
Publication date: 1977-03-31

Description

35 gen, daß die Zwischen- bzw. Haftschicht bei der an-35 gene that the intermediate or adhesive layer in the other

________ odischen Ätzung an den Grenzflächen zur Edel________ odic etching at the interfaces to the noble

metallstruktur angegriffen wird, obwohl ihr anodisches Auflösungspotential im gewählten Elektrolyten höher ist als das Auflösungspotential der Edelmetall-metal structure is attacked, although its anodic dissolution potential in the chosen electrolyte higher than the dissolution potential of the precious metal

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren 40 schicht. Die anodische Ätzung verläuft dann im zur Herstellung von Dünnfilm-Schaltungen, bei wel- Grenzbereich der beiden Schichten nicht mehr selekchem auf ein Substrat eine dünne Zwischen- bzw. tiv, sondern unkontrolliert, so daß die Edelmetall-Haftschicht und eine obere Edelmetallschicht abge- struktur unterätzt wird.The present invention relates to a method 40 layer. The anodic etching then takes place in the for the production of thin-film circuits in which the boundary area of the two layers is no longer selective on a substrate a thin intermediate or tiv, but uncontrolled, so that the noble metal adhesive layer and an upper noble metal layer is undercut.

schieden und zur Bildung der gewünschten Schaltung Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahrenseparated and to form the desired circuit The object of the invention is in a method

mittels Fotoätzung strukturiert werden, wobei die zu 45 der eingangs genannten Art fehlerhafte Unterätzunbeseitigenden Bereiche der Edelmetallschicht durch gen zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt anodische Ätzung und die zu beseitigenden Bereiche dadurch, daß für die Zwischen- bzw. Haftschicht Tider Zwischen- bzw. Haftschicht durch stromlose tan und für die Edelmetallschicht Gold oder Palla-Ätzung entfernt werden und wobei die Zwischen bzw. dium verwendet wird und daß für die anodische Ät-Haftschicht im gewählten Elektrolyten unlöslich ist. 50 zung ein Elektrolyt gewählt wird, der Gold bzw. PaI-are structured by means of photo-etching, the under-etching which are defective in relation to the type mentioned at the outset cannot be removed Avoid areas of the noble metal layer by gene. This problem is solved anodic etching and the areas to be removed in that tider for the intermediate or adhesive layer Intermediate or adhesive layer through electroless tan and gold or Palla etching for the noble metal layer are removed and the intermediate or medium is used and that for the anodic etching adhesive layer is insoluble in the chosen electrolyte. An electrolyte is selected that contains gold or

Dünnfilm-Schaltungen werden heute mit hoher ladium stromlos nicht angreift und in welchem zwi-Packungsdichte der aktiven und passiven Elemente sehen Gold und Titan bzw. zwischen Palladium und hergestellt. Die gute Leitfähigkeit der Edelmetalle er- Titan nur geringfügige Kontaktpotentialverschiebungibt eine niederohmige Verdrahtung. Werden beson- gen eintreten.Thin-film circuits are not attacked today with a high charge without current and in which two-packing density of the active and passive elements see gold and titanium or between palladium and manufactured. The good conductivity of the noble metals - titanium results in only a slight shift in contact potential a low-resistance wiring. Will enter solemnly.

ders widerstandsarme Verdrahtungen gefordert, wird 55 Gemäß der Erfindung werden für die Zwischeneine galvanische Verstärkung der Edelmetallschicht bzw. Haftschicht und für die Edelmetallschicht also auf 10 μΐη und mehr notwendig. Dies kann durch bestimmte Metallpaarungen ausgewählt, die einen ganzflächige Verstärkung der Edelmetallschicht oder relativ großen Potentialunterschied aufweisen und durch alleinige Verstärkung der Verdrahtungsstruk- für die Elektrolyten gefunden werden können, in türen geschehen. Im ersten Fall müssen die Edel- 60 welchen dieser Potentialunterschied auch an den metallschicht und die Verstärkungsschicht, im zwei- Grenzflächen bestehenbleibt, da nur geringfügige ten Fall nur die Edelmetallschicht geätzt werden. Kontaktpotentialverschiebungen eintreten. Somit wird55 According to the invention, for the intermediate one galvanic reinforcement of the noble metal layer or adhesive layer and therefore for the noble metal layer to 10 μΐη and more necessary. This can be selected by certain metal pairings that one have full-surface reinforcement of the noble metal layer or a relatively large potential difference and by just reinforcing the wiring structure for the electrolytes can be found in doors happen. In the first case, the noble 60 must also connect this potential difference to the metal layer and the reinforcement layer, in the two-boundary surfaces remain, as only slight In the th case, only the precious metal layer is etched. Contact potential shifts occur. Thus becomes

Ideal sind Ätzmittel, die streng selektiv wirken, unter Vermeidung von Unterätzungen eine streng also nur die gewünschte Schicht abtragen und alle selektive anodische Ätzung der Edelmetallschicht erübrigen Schichten nicht angreifen. 65 möglicht. Zusätzlich darf der ausgewählte ElektrolytEtchants are ideal that have a strictly selective effect, while avoiding undercuts, a strict one so only remove the desired layer and all selective anodic etching of the noble metal layer is unnecessary Do not attack layers. 65 possible. In addition, the selected electrolyte is allowed

Die Kontaktpotentiale an den Grenzflächen der die Edelmetallschicht stromlos nicht angreifen. Hier-Schichten heben jedoch die selektive Wirkung der durch kann die anodische Ätzung über die angelegte Ätzmittel teilweise auf, so daß sich im Bereich der Spannung leicht kontrolliert und gesteuert werden,The contact potentials at the interfaces that do not attack the noble metal layer without current. Here layers however, the selective effect of the anodic etching over the applied can raise Etchant partially on, so that the area of tension can be easily checked and controlled,

was insbesondere für einen geringen seitlichen Ätzangriff wichtig istwhat in particular for a slight lateral etching attack important is

Für besonders widerstandst';me Verdrahtungen wird die gewünschte Struktur der Gold- bzw. Palladiumschicht vor der anodischen Ätzung galvanisch verstärkt. Bei der nachfolgenden anodischen Ätzung werden dann die galvanisch abgeschiedenen Strukturen durch den an sich bekannten Effekt des Elektropolierens geglättet.For particularly resistant wiring becomes the desired structure of the gold or palladium layer galvanically reinforced before the anodic etching. During the subsequent anodic etching the electrodeposited structures are then created by the known effect of electropolishing smoothed.

Außer niederohmigen Verdrahtungen können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch Widerstandsnetzwerke und Halbleiter-Schaltungen hergestellt werden. Hierzu werden unterhalb der Titanschicht eine oder mehrere zur Erzeugung von aktiven oder passiven Bauelementen geeignete Schichten auf isolierenden oder halbleitenden Substraten aufgedampft, aufgestäubt oder chemisch abgeschieden.In addition to low-resistance wiring, resistor networks can also be used with the aid of the method according to the invention and semiconductor circuits are manufactured. This is done below the titanium layer one or more layers suitable for producing active or passive components insulating or semiconducting substrates vapor-deposited, sputtered or chemically deposited.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Figuren beschrieben:In the following, exemplary embodiments of the invention are illustrated in comparison with the prior art of the figures:

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-Schicht 2 und eine Au-Schicht3 aufgedampft., Fig. 1. Die Au-Schicht wird mit Fotolack4 abgedeckt, durch eine Maske belichtet, entwickelt, Fig. 2; die freien Strukturen der Au-Schicb* werden stromlos geätzt, Fig. 3. Der Fotolack wird entschichtet, wobei auf der Ni-Cr-Schicht nur die Au-Kontakte, 3 in F i g. 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 F i g. 5 verbleiben. Der Abstand u in F i g. 5 entspricht der herbeigeführten Unterätzung pro Kante.The construction of a prior art thin film circuit is shown in FIGS. 1-5. A Ni-Cr layer 2 and an Au layer 3 are vapor-deposited on a substrate 1 in a vacuum., FIG. 1. The Au layer is covered with photoresist 4, exposed through a mask, developed, FIG. 2; the free structures of the Au layers are etched without current, FIG. 3. The photoresist is decoated, with only the Au contacts on the Ni-Cr layer, 3 in FIG. 4, remain. According to a second photographic technique, a resistor structure is imaged on the Ni-Cr layer with the aid of a new mask and the uncovered areas of this layer are etched away, with only the resistors 2 in FIG. 5 remain. The distance u in FIG. 5 corresponds to the undercut caused per edge.

Die Länge des erhaltenen Widerstandes 2 in F i g. 5 ist um den Betrag 2 u gegenüber der Soll-Länge vergrößert, der erhaltene Widerstand ist größer als der vorausberechnete.The length of the resistor 2 obtained in FIG. 5 is increased by the amount 2 u compared to the nominal length, the resistance obtained is greater than the one calculated in advance.

example 1

In Fig. ό—11 wird diese Schaltung gemäß der Erfindung hergestellt. Die ersten zwei Behandlungsschritte entsprechen den in Fig. 1—2 geschilderten, nur eine 0,2 μΐη dicke Ti-Zwischenschicht 5 wird im gleichen Vakuum zusätzlich aufgedampft. Das Abtragen der freien Flächen der Au-Schicht erfolgt anodisch in einem neutralen Elektrolyten, der 12 g/l KAu(CN)₂ enthält, wobei die Unterätzung vermieden wird, F i g. 8. Anschließend wird die Ti-Zwischenschicht mit einer 8°/oigen wässerigen HF-Lösung stromlos abgeätzt, F i g. 9, wobei die Au-Struktur als Ätzresist dient. Weder die Ni-Cr- noch die Au-Schicht werden von der Ti-Ätze angegriffen. Das Kontaktpotential Ti/Ni-Cr bewirkt keine meßbare Unterätzung der Ti-Schicht. Anschließend erfolgt die Fotoätztechnik für Ni/Cr, F i g. 10. Der Widerstand 2 weist keine Veränderung der vorausberechneten Länge auf, Fig. 11.In Figs. Ό-11 this circuit is made in accordance with the invention. The first two treatment steps correspond to those described in FIGS. 1-2, only a 0.2 μm thick Ti intermediate layer 5 is additionally vapor-deposited in the same vacuum. The free areas of the Au layer are removed anodically in a neutral electrolyte containing 12 g / l KAu (CN) ₂ , avoiding undercutting, FIG. 8. The Ti intermediate layer is then electrolessly etched away with an 8% aqueous HF solution, FIG. 9, the Au structure serving as an etch resist. Neither the Ni-Cr nor the Au layer are attacked by the Ti etch. The contact potential Ti / Ni-Cr does not cause any measurable undercutting of the Ti layer. This is followed by the photo-etching technique for Ni / Cr, F i g. 10. The resistor 2 has no change in the pre-calculated length, FIG. 11.

Die herkömmliche Technik zur Herstellung einer Dünnfilm-Mikrowellenschaltung wird in Fig. 12—17 gezeigt. Auf einem Keramiksubstrat, 1 in Fig. 12, werden in einem Vakuum 0,1 μΐη Cr 2 und anschließend 0,5 μΐη Au 3 aufgedampft Eine 12,5 μΐη dicke Ristonfolie3 wird auf die Au-Schicht aufgebracht, durch die Strukturmaske belichtet und entwickelt,The conventional technique for fabricating a thin film microwave circuit is shown in Figs. 12-17 shown. On a ceramic substrate, 1 in Fig. 12, are in a vacuum 0.1 μΐη Cr 2 and then 0.5 μΐη Au 3 vapor-deposited A 12.5 μΐη thick Riston foil3 is applied to the Au layer, exposed through the structure mask and developed,

ίο Fig. 13. Die freie Oberfläche wird in einem sauren galvanischen Au-Bad auf 10 μΐη verstärkt, 3 α in F i g. 14. Nach Entschichtung der Ristonfolie, in Fig. 15, wird die Au-Kontaktierschicht3 stromlos abgeätzt, Fig. 16. Anschließend wird die Cr-Schicht stromlos geätzt, Fig. 17. Die Unterätzung der Au-Ankontaktierschichi 3 ist unvermeidlich, die Haftfestigkeit der galvanischen Schicht ist beeinträchtigt, die Oberfläche der Au-Schicht wird aufgerauht und von einer Oxydhaut bedeckt.ίο Fig. 13. The free surface is in an acidic galvanic Au bath reinforced to 10 μΐη, 3 α in F i g. 14. After stripping the Riston foil, in FIG. 15, the Au contacting layer 3 is de-energized Etched off, Fig. 16. Then the Cr layer is electrolessly etched, Fig. 17. The undercut of the Au contact layer 3 is inevitable, the adhesive strength of the electroplating layer is impaired, the surface of the Au layer is roughened and covered by an oxide skin.

Be i s ρ i e 1 ?.Be i s ρ i e 1?.

In Fig. 18—23 wir die Herstellung einer Dünnfilm-Mikrowellenschaltung nach dem Verfahren ge-In Figs. 18-23 we show the manufacture of a thin film microwave circuit according to the procedure

»5 maß der Erfindung dargestellt: Auf einem Keramikträger 1 werden im Vakuum 0,2 μπι Ti 5 a und 0,5 Lim Au 3 aufgedampft, Fig. 18. Anschließend wird eine 12,5 μπι dicke Ristonfolie 4 aufgebracht, belichtet und entwickelt, Fig. 19. Die freie Oberfläche wird im Bad wie bei der herkömmlichen Technik auf 10 μπι galvanisch verstärkt, 3 a in Fig. 20. Nach Entschichten der Ristonfolie, in Fig. 21, wird die Au-Ankontaktierschicht 3 anodisch in einem alkalischen KCN-Bad abgetragen, Fig. 22. Im Nebeneffekt wird die galvanische Struktur dabei elektropoliert. Anschließend wird die Ti-Schicht 5 α in der Ätze nach Beispiel 1 abgetragen, F i g. 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-Obeifläche auch durch Ultraschall- und Thermokompressionsverbindungsverfahren gewährleistet. »5 shows the invention: on a ceramic support 1 are 0.2 μπι Ti 5 a and 0.5 Lim in a vacuum Au 3 vapor-deposited, FIG. 18. A 12.5 μm thick Riston film 4 is then applied and exposed and developed, Fig. 19. The free surface becomes in the bathroom as in conventional technology to 10 μπι galvanically reinforced, 3 a in Fig. 20. After Stripping the Riston foil, in Fig. 21, the Au contact layer 3 is anodic in an alkaline KCN bath removed, Fig. 22. As a side effect, the galvanic structure is electropolished. The Ti layer 5 α is then removed in the etch according to Example 1, FIG. 23. The received Circuit has excellent electrical properties in the GHz range, an undercut it cannot be determined, a reliable connection technology to other assemblies is due to the pure Au surface also guaranteed by ultrasonic and thermocompression bonding processes.

Example 3

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilm-Schaltung 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 n-HNO₃-Lösung, weiche 6 g/l FeCl₃ enthält, anodisch abtragen. Die weitere Behandlung entspricht dem Beispiel 1. Auch in diesem Fall ist eine meßbare Unterätzung der Pd-Leiter- und Kontaktstrukturen nicht feststellbar.The method according to the invention for producing a thin-film circuit of Example 1 is modified in that Pd is used instead of Au as the conductive metal layer. Ni-Cr, Ti and Pd are vapor-deposited onto a glass substrate in the same vacuum, a photoresist mask is placed on the Pd layer, and the areas not covered by the photoresist are dissolved in a 0.1 n-HNO ₃ solution, soft 6 g / l Contains FeCl ₃ , remove anodically. The further treatment corresponds to Example 1. In this case, too, measurable undercutting of the Pd conductor and contact structures cannot be determined.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Burring off interfaces are often very difficult. The bjW has the following disadvantages: Certain layer combinations, which due to their micro-

1. A method for producing thin-film electronic properties would be of interest, in which circuits are not used on a substrate, because an under-thin intermediate or adhesive layer and an upper etching occur, which deposit the electrical and mechanical noble metal layer and to form egg ₅ properties uncontrollable and change the calculation of the desired circuit by means of photo etching inaccessible so that z. B passive building structures are structured, whereby the elements to be removed, the electrical values of which depend very much on the geome areas of the noble metal layer due to anodic io-tric parameters, ζ. Β Resistances, etching and the areas of the capacitors to be removed, often considerable deviations between ^ J.fesr. ila ^ techichV exhibit by currentless from the setpoint.

Etching can be removed and 'whereby the intermediate case is known from DT-OS 2164 490

or adhesive layer in the selected electrolyte and method of the type mentioned above is the upper one is soluble, characterized in that 15 precious metal layer is structured by anodic etching for the intermediate or adhesive layer titanium riert, the intermediate or adhesive layer for the and gold or Palla power supply is required for the noble metal layer. So that the Stromdium is used and that for the anodic feeding during the anodic etching is not Etching an electrolyte is chosen, the gold is interrupted, the intermediate or Haftbzw. Palladium does not attack electrolessly and is insoluble in ao layer in the selected electrolyte. at which between gold and titanium or between the choice of metals must therefore be the electro-palladium and titanium only minor contact chemical potentials are taken into account in such a way that Potential shifts occur. that the anodic dissolution potential of the intermediate

2. The method according to claim 1, characterized ge or adhesive layer in the selected electrolyte higher indicates that the desired structure is 25, ah the anodic dissolution potential of the noble gold or palladium layer in front of the anodic metal layer. The etching required for anodic etching is galvanically reinforced. the potential difference between the noble

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the metal and the metal of the intermediate or adhesive that can layer below the titanium layer, however, in a layer structure of the one or more to generate active metals depending on the electrolyte chosen layers suitable for passive components by means of so-called contact potential shifts insulating or semiconducting substrates can be turned, canceled or even reversed. In Vaporized, dusted or chemically deposited - as a rule, these have an effect on the formation of local divisions will. elements based contact potential shift