DE2303621A1

DE2303621A1 - Verfahren zur herstellung von mikroverdrahtungen in dickfilmtechnik mittels fotolithografie

Info

Publication number: DE2303621A1
Application number: DE19732303621
Authority: DE
Inventors: Horst Hofmann; Artur Weitze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-01-25
Filing date: 1973-01-25
Publication date: 1974-08-01

Description

Verfahren zur Herstellung von Mikroverdrahtungen in Dickfilmtechnik mittels Fotolithografie.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ?ikro verdrahtungen in Dickfilmtechnik mittels Fotolithografie, wobei Fotolack mit strukturerzeugenden Stoffen, im allgemeinen Metallverbindungen, gemischt wird und diese Mischung dann auf ein Substrat aufgetragen und nach der Trocknung mit strukturieten I.iarsken abgedeckt, belichtet, entwickelt und dann gesintert wird.
Solche Verfahren sind bekannt und beschrieben, z.B. deutsche Auslegeschrift 2 003 983 oder R.H. Minetti, J. Demchik "Thin Selective Glacing", Boston Meeting of the Electronics Division of the American Ceramic Society, Sept. 15, 1969. Die verwende ten Mischungen sind Suspensionen bzw. Dispersionen der strukturerzeugenden Stoffe in Fotolack. Die Partikelgrößen liegen im Mikrometerbereich; damit ist unmittelbar klar, daß bei der Belichtung dieser "Puder"-Lackmischung hochfeine Strukturen nicht erzeugt werden können; das Auflösungsvermögen entspricht dem Wert, der mit Sieudruck- oder anderen mechanischen Druckverfahren erreicht wird.
Für die Herstellung von Leiterbahnen für gedruckte Schaltungen nach dem Aufbauverfahren ist ein verwandtes Verfahren in der OS 2 156 104 beschrieben: MetaLlsaLze werden in Fotolack gelöst. Diese lösung wird auf das isolierende Substrat aufgetragen, getrocknet, durch strukturierte Masken belichtet und entwickelt. Die Metallsalze in der auf diese Weise strukturierten Fotolack-Metallsalz-Schicht wirken als Katalysator und Plattierungskern bei der stromlosen Metallabscheidung in einen autokatalytischen Bade.
Die Erfindung macht sich zur Aufgabe, die bisher in der Dickfilmtechnik erreichte Strukturauflösung wesentlich zu erhöhen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Fotolack verwandt wird, der die strukturerzeugenden Stoffe allein oder zusammen mit Wasser oder anderen geeigneten Lösungsmitteln in physikalischer oder chemischer Lösung enthält.
Durch diese Verwendung echter Lösungen wird eine Strukturauflösung erreicht, die nur durch die Abbildungsleistung der BeLichtungsapparatur und eventuelle Spiegelungen an Grenzflächen begrenzt wird; Effekte also, die in diesem Zusammenhang vernachlässigt werden dürfen.
Vorzugsweise wird eine wäßrige Metallsalzlösung, insbesondere Lithium-PoLJrmolybdat, mit einem handelsüblichen wasserlöslichen Fotolack zur Lösung gebracht. Durch das Mischungsverhältnis lassen sich die verschiedenen elektrischen Eigenschaften der erzeugten Strukturen einstellen. Das Verfahren ist nicht auf elektrisch leitende Strukturen beschränkt; dielektrische und halbleitende Schichten lassen sich ebenso herstellen.
Zunächst wird die Fotolack-EIetallsalz-Lösung auf das Substrat gebracht. Nach dem Trocknen wird durch eine Strukturmaske hindurch belichtet. Durch Entwicklung der Schicht werden die unbelichteten Stellen entfernt, die belichteten Stellen werden bei Temperaturen bis 130000 in Spaltgas oder Schutzgasatmosphäre gesintert; der Wasserdampfpartialdruck kann variiert werden.
Es laufen folgende Reaktionen ab: 1) Thermische Zersetzung und Entfernung der verbliebenen Fotolackbestandteile, 2) Reduktion des Metallsalzes zu reinem Metall, 3) Ausbildung der Haftfestigkeit des Metalles auf dem Substrat durch Festkörperreaktionen. Beispielsweise entsteht bei Anwendung von Molybdån-Lithium-Verbindungen und Substraten aus Aluminiumoxid-Keramik an der Grenzfläche Lithium-Aluminat.
Durch die Zugabe geringer Mengen Lithium-Eluorid zur Ausgangs-Metallsalzlösung können selbst hochreine Aluminiumoxid-Keramik oder andere hochschmelzende Oxydkeramiken, z.B. Berylliumoxid-Keramik, als Substrat benutzt werden.
Auf diese Weise lassen sich Strukturen hoher Auflösung und hoher Haftfestigkeit, wie bisher nicht möglich, erzeugen. Danach können mit bekannten Verfahren diese Strukturen mit beliebigen Materialien galvanisch verstärkt, getränkt oder überzogen werden.
Daneben hat die Erfindung weitere Vorteile: Da die Strukturen aus refraktären Metallen bestehen, können sie noch mit ungebrannten Schichten aus Silikat- oder Oxydkeramik abgedeckt bzw. in diese Stoffe eingebettet und ein- oder mehrmalig bei Temperaturen von z.B. 16000C und geeigneter Atmosphäre gebrannt werden.
Die Verbindung Metall-Keramik ist vakuumdicht.
Die Strukturen können noch plattiert werden, z.B. mit Nickel, und sind dann für Hartlötungen geeignet.
Ausfuhrungsbeispiel: Zu 100 ml einer wäßrigen Lösung von 32 g Lithium-Polymolybdat entsprechend 2 ei20.3 MoO3 wird 80 mg Lithiumfluorid zugegeben.
38 ml dieser Lösung werden mit 62 ml Fotolack vermischt, wobei der wasserlösliche Lack nach bekannten Rezepten für Fotolacke hergestellt sein kann.
Nach dem Tauchen oder Aufsprühen u.s.w. des Gemisches auf das Substrat wird die getrocknete Schicht durch die gewünschte Maske hindurch mit U.V.-Strahlung ca. 20 Minuten belichtet und unter fließendem Wasser entwickelt. Das Substrat wird nun in schwach oxydierender Spaltgas- oder Schutzgas-Atmosphäre, deren Taupunkt bei +45°C liegt, auf 13000C gebracht und 20 bis 30 Minuten bei deser Temperatur belassen. Beim Abkühlen wird bei 1000°C auf trockenes Gas, dessen Taupunkt bei -40°C liegt, umgeschaltet und nochmals bei 80000 für 10 Minuten ein Haltepunkt eingelegt. Danach läßt man bis Zimmertemperatur abkühlen.
10 Patentansprüche

Claims

Patentanspruche 1 v Verfahren zur Herstellung von Mikroverdrahtungen in Dickfilmtechnik mittels Fotolithografie, wobei Fotolack mit strukturerzeugenden Stoffen, im allgemeinen Metallverbindungen, gemischt wird und diese Mischung dann auf ein Substrat aufgetragen und nach der Trocknung mit strukturierten Masken abgedeckt, belichtet, entwickelt und dann gesintert wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Fotolack verwandt wird, der die strukturerzeugenden Stoffe allein oder zusammen mit Wasser oder anderen geeigneten Lösungsmitteln in physikalischer oder chemischer Lösung enthält.
2. Verfahren nach Mmspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß wasserlösliche Metallsalzverbindungen und wasserlöslicher Fotolack verwendet werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß Keramiksubstrate verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß bei Zugabe geringer Mengen von Lithium-Fluorid zur Metallsalzlösung hochreine, hochschmelzende Oxydkeramiken als Substrat verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g ek e n n z e ich ne t, daß die Belichtung der Schicht aus Botolack-Metallverbindungs-Lösung mit deråenigen Wellenlänge geschieht, für die diese Lösung besonders sensibel ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß die Sinterung in Schutzgas mit variablen taupunktes durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß diese leitenden Bahnen über Festkörperreaktion mit dem åeweiLigen Substrat verbunden werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß die Nikroverdrahtungen zusätzlich plattiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß Nickel zur Plattierung verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß die Mikroverdrahtungen zur vollständigen Einbettung in Keramik mit einer ungebrannten Keramikschicht abgedeckt und gebrannt werden.