DE2509912C3

DE2509912C3 - Elektronische Dünnfilmschaltung

Info

Publication number: DE2509912C3
Application number: DE2509912A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr. 7250 Leonberg Krueger; Klaus Ing.(Grad.) 7000 Stuttgart Kuettner; Fedor Dipl.-Chem. 7000 Stuttgart Modic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-03-07
Filing date: 1975-03-07
Publication date: 1979-11-29
Also published as: IT1056918B; DE2509912A1; FR2303386B2; FR2303386A2; JPS51110668A; US4075416A; GB1531327A; DE2509912B2

Description

Aluminium, Zirkonium und Hafnium verwendet werden. Die Ventilmetallschicht 2 trägt an denjenigen Oberfläehenbereichen, die das Widerstandsnetzwerk bilden, eine Oxidschicht 3, die dadurch hergestellt ist, daß die Ventilmetallschicht 2 an diesen Stellen teilweise anodisch oxydiert ist. Die Ventilmetallschicht 2 trägt an denjenigen Oberflächenbereichen, die nicht zum Widerstandsnetzwerk gehören, eine aus fünf Schichten 4,5,6, 10, 11 bestehende Metallisierung, Die erste Schicht 4 und die dritte Schicht 6 dieser Metallisierung sind ι ο jeweils Kupferschichten von 2000 Λ Dicke, Die zweisen diesen beiden Kupferschichten 4 und 6 verlaufende Zwischenschicht 5 besteht aus einem als Diffusionssperre wirkenden Metall, beispielsweise aus Eisen, Nickel oder Kobalt Die Dicke dieser Schicht5 beträgt4000 A.

Auf die obere Kupferschicht 6 ist eine Nickelschicht 10 und auf diese Nickelschicht eine Goldschicht U aufgebracht Die Nickelschicht 10 hat eine Dicke von 5000 A, die Goldschicht 11 eine Dicke von 1000 A. Die aus den Schichten 4, 5, 6, 10 und 11 bestehende fünfschichtige Metallisierung ist an allen denjenigen Stellen auf die Ventilmelallschicht 2 aufgebracht, die für Leiterbahnen und für Anschlußkontakte vorgesehen sind. Auf die aus den Schichten 4, 5, 6, 10 und 11 bestehende Metallisierung ist eine aus Blei/Zinn-Eutektikum bestehende Lotschicht 7 aufgebracht Die Lotschicht 7 bildet zusammen mit den Schichten 4,5 und 6, 10 und U und mit den jeweils darunterliegenden Teilen der Ventilmetallschicht 2 sowohl die Leiterbahnen als auch die lötfähigen Anschlußkontakts, die zur m äußeren Kontaktierung der elektronischen Dünnfilmschaltung und/oder zum Anbringen weiterer Bauelemente dienen. Beim Anbringen weiterer Bauelemente an die Dünnfilmschaltung spricht man allgemein von Dünnschichthybriden. Die nicht mit den Schichten 4,5, J5 6,10,11 und 7 behafteten, jedoch mit der Oxidschicht 3 behafteten Teile der Ventilmetallschicht 2 bilden das Widerstandsnetzwerk der Dünnfilmschaltung beziehungsweise des Dünnschichthybrides.

Die F i g. 2a bis 2k zeigen die Dünnfilmschaltung nach F i g. 1 bei Jen verschiedenen erfindungsgemäß auszuführenden Verfahrensschrittea Auf das Trägerplättchen 1 wird zuerst eine durchgehende Ventilmetallschicht 2 durch Kathodenzerstäubung aufgebracht Auf diese Schicht 2 werden die Metallschichten 4, 5 und 6 ■»■> hintereinander durch Kathodenzerstäubung ebenfalls als durchgehende Schichten aufgebracht Auf das so beschichtete Trägerplättchen wird dann gemäß F i g. 2a in bekannter Weise eine Photolackmaske 8 aufgebracht, die die für die Herstellung der Dünnfilmschaltung M benötigten Bereiche des Schichtsystems 2, 4, 5, 6 abdeckt.

Es sind dies alle diejenigen Bereiche, die zu Widerstandsbahnen, zu Leiterbahnen oder zu Anschlußkontakten führen sollen, das heißt, diejenigen Bereiche, ^r> > die die Grundgeometrie der Dünnfilmschaltung ausmachen. Von der Maske 8 freigelassen werden also diejenigen Bereiche, an denen die Oberfläche des Trägerplättchens 1 wieder freigelegt v/erden soll. Das mit den Schichten 2, 4, 5 und 6 und mit der wi Photolackmaske 8 behaftete Trägerplättchen I wird dann in eine Mischung von Flußsäure, Salpetersäure und Wasser eingetaucht und dabei gemäß Fig.2b die Grundgeometrie des Schaltungsnetzwerkes ausgeätzt. Dann wird das so behandelte, mit der Grundgeometrie <>5 des Schaltungsnetzwerkes behaftete Trägerplättchen in Aceton eingetaucht und dabei gemäß Fig.2c die Photolackmaske 8 abgelöst. Anschließend werden diejenigen Teile des Schichtsystemes 2, 4, 5,6, die zq Leiterbahnen oder zu A-nschluBkontakten führen sollen, gemäß Fig,2d mit einer im Siebdnickverfahren aufgebrachten Formgebiungsmaske 9 abgedeckt. Nicht abgedeckt werden also »He Stellen, die zu Widerständen führen sollen. Hierauf wird das mit dem Schichtsystem 2, 4, 5, 6 und mit der Formgebungsmaske 9 behaftete Trägerplättchen 1 in eine wäßrige Salpetersäurelösung eingetaucht und dabei die Schichten 4,5,6 an den nicht mit der Formgebungsmaske 9 abgedeckten Stellen selektiv weggeätzt Stehen bleibt also an diesen Stellen gemäß F i g, 2e die von dem Ätzmittel nicht angreifbare Ventilmetallschicht 2. Nun wird das mit der Siebdruckmaske 9 behaftete, an den freiliegenden Stellen selektiv geätzte System 1, 2, 4, 5, 6 auf eine Temperatur von 130⁰C erwärmt Dadurch wird erreicht, daß der die Siebdruckmaske 9 bildende Piceinlack zum Fließen kommt und sich über die Ätzkanten hinweg bis auf die Oberseite des Trägerplättchens beziehungsweise auf die Ventilmetallschicht absenkt F i g. 2f zeigt das Trägerplättchen 1 mit dem Schichtsysteir. ?., 4, 5. 6 und der Siebdruckmaske 9 nach der Erwärmung auf 130⁰C. Die Absenkung ist hier deutlich zu erkennen. Um den ohmschen Widerstand des aus den freigeätzten Teilen der Ventilmetallschicht bestehenden Widerstandsnetzwerkes auf einen bestimmten vorgeschriebenen Wert einzustellen, wird nun gemäß Fig.2g dieses Widerstandsnetzwerk an seiner Oberseite durch anodische Oxidation teilweise in eine Oxidschicht 3 umgewandelt Hierbei bietet die Siebdruckmaske 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 aufgrund eines Fehlers in der Siebdruckmaske eine Leiterbahn oder ein Anschlußkontakt an irgendeiner Stelle freiliegen, so bilden sich, wenn der Elektrolyt mit den Materialien in Kontakt kommt, den Kurzschluß ausheilende Oxide:

CU++ + 2OH--CuO + H₂O Fe++ + 2 OH--» FeO + H₂O.

Im Anschluß an die anodische Oxidation wird die Siebdruckmaske 9 durch Eintauchen des Systemes 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 wird nun in eine als Hauptbestandteil Nickelchlorid und Natriumhypophosphit enthaltende wäßrige Lösung eingetaucht. Dabei wird auf der oberen Kupferschicht 6 stromlos eine Nickelschicht 10 abgeschieden (F i g. 2i), während die Ventilmetalloxidschicht 3 frei von Nickel bleibt. Auf die Nickelschicht 10 wird anschließend eine dünne Goldschicht 11 aufgebracht. Die Abscheidung des Goldes erfolgt in einer Sudgoldlösung bei einer Temperatur zwischen 60 und 95° C. Ein Teil des unedlen Nickels geht dabei in Lösung, während sich das Gold äquivalent abscheidet (F i g. 2k). Das so hergestellte, in Fig.2k dargestellte System 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 11 wirrt nun in einer redigierenden Schutzgasatmosphäre ohne Verwendung eines Flußmittels in flüssiges, aus Blei/ Zinn-Eutektikum bestehendes Weichlot eingetaucht. Das flüssige Lot benetzt die aus Ventilmetall bestehenden, mit der Oxidschicht 3 behafteten Widerstandsbahnen 2 nicht. Die Oberseite der Metallisierung 4,5,6, 10, 11 wird dagegen \o.n dem flüssigen Lot unter Bildung einer Lotschicht 7 benetzt, so daß das in F i g. I dargestellte Gebilde entsteht, das die fertige Dünnfilm·

schaltung darstellt. Die Lotschicht 7 kann statt durch Tauchen auch im Schwallverfahren aufgebracht werden. Das so hergestellte, in F i g. 1 dargestellte System 1,2, 3, 4, 5, 6, 10, 11, 7 bildet eine elektronische Dünnfilmschaltung mit einem Widerstandsnetzwerk, das aus Ventilmetall besteht, und mit Leiterbahnen und Anschlußkontakten, die aus einer Schicht aus Ventilmetall, aus einer darauf aufgebrachten fünfschichtigen Metallisierung und aus einer auf die fünfschichtige Metallisierung aufgebrachten Blei/Zinn-Weichlotschicht bestehen. Das System enthält zwei als Diffusionssperre wirkende Schichten, nämlich die zwischen den beiden Kupferschichten liegende Zwischenschicht 5, die aus Eisen, Nickel oder Kobalt besteht, und die unter der Goldschicht liegende Nickelschicht 10. Beide Diffusionssperrenschichten 5 und 10 haben die Eigenschaft, ein Überdiffundieren von Metall aus einer der beiden jeweils angrenzenden Schichten in die andere der beiden angrenzenden

Schichten zu verhindern.

Durch das Aufbringen der Lotschicht 7 wird die elektrische Leitfähigkeit der Leiterbahnen erheblich erhöht.

Wenn ein Abgleich des Widerstandswertes der au; Ventilmetall bestehenden Widerstandsschicht 2 nicht notwendig ist, kann auf die Bildung der Schicht 1 verzichtet werden, so daß der Verfahrensschritt dei anodischen Oxidation der Ventilmetallschicht 2 entfällt.

ίο Als Widerstandsschicht kann anstelle der Ventilme tallschicht 2 eine Ventilmetallnitridschicht, beispielswei se eine Schicht aus Tantalnitrid, oder eine Ventilmetall oxidnitridschicht, beispielsweise eine Schicht aus Tantal oxinitrid, verwendet werden. Derartige Schichter können in derselben Weise Schaltelemente einei elektronischen Dünnfilmschaltung bilden und lassen siel in derselben Weise anodisch oxidieren wie Ventilmetall schichten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, 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 Ventilmiitallschicht bilden, von denen der erste Bereich Schaltelemente der Dünnfilmschaltung und der zweite Bereich Anschlußkontakte und Verbindungsleitungen definiert, mit einer Schicht aus Ventflmetalloxid auf dem ersten Bereich der Ventilmetallschicht, wobei dieser erste Bereich der Ventflmetallschicht eine Dicke besitzt, die lelativ zur Dicke: des zweiten Bereichs der Ventilmetallschicht durch die Anwesenheit der Ventflmetalloxidschicht reduziert ist, und mit einer Metallisierung auf dem zweiten Bereich der Ventilmetallschicht, wobei die Metallisierung eine auf den zweiten Bereich der Ventilmetallschicht aufgebrachte erste Kupferschicht, eine auf die erste Kupferschicht aufgebrachte Zwischenschicht aus Diffusionssperrenmetall und eine auf die Zwischenschicht aufgebrachte zweite Kupferschicht enthält und wobei auf die Metallisierung eine Blei-Zinn-Weichlotschicht aufgebracht ist, nach Patent 21 55 029.8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung ein fOnfschichliges System (4, 5, 6, 10, 11) ist, wobei auf die zweite Kupferschicht (6) eine Nickelschicht (10) und auf diese Nickeischicht (10) eine Goldschicht (U) aufgebracht ist
2. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Dünnfilmschaltung nach Anspruch 1, bei welchem auf die Substratplatte zuerst eine durchgehende Ventilmetallschicht und darauf durch Kathodenzerstäubung die erste Kupferschicht, die Zwischenschicht und die zweite Kupferschicht ebenfalls als durchgehende Schichten aufgebracht werden, bei welchem dann aus der Ventilmetallschicht und aus dem darauffolgenden Dreischiichtsystem mit Hilfe eines photolithographischen Prozesses die aus dein ersten und dem zweiten Bereich bestehende Grundgeometrie der elektronischen Dünnfilmschaltung ausgeätzt wird, bei welchem anschließend der zweite Bereich mit einer Formgebungsmaske abgedeckt und dann die beiden Kupferschichten und die Zwischenschicht innerhalb des ersten Bereichs mit Hilfe eines selektiven Ätzmittels entfernt werden, bei welchem dann die so innerhalb des ersten Bereichs freigelegte Ventilmetallschicht in diesem Bereich zur Erzeugung der Ventilmetalloxidschicht teilweise anodisch oxidiert wird, bei welchem dann die Formgebungsmaske abgelöst wird und! bei welchem auf das innerhalb des zweiten Bereichs vorgesehene Muster der Metallisierung die Blei-Zinn-Weichlotschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß, bevor die Blei-Zinn-Weichlotschicht (7) auf die Metallisierung (4, 5, 6, 10, 11) aufgebracht wird, auf dem innerhalb des zweiten Bereichs nach dem Ablösen der Formgebungsmtiske (9) verbleibenden Muster des Dreischichtsystenis (4, 5, 6) die Nickelschicht (10) und auf dieser die Goldschicht (11) stromlos abgeschieden wird, um die fünfschichtige Metallisierung (4, 5, 6, 10, II) als Grundlage für die Blei-Zinn-Weichlotschicht (7) zu bilden.

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 Schaltelemente der Dünnfilmschaltung und der zweite

ίο 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 Ventilmetallschicht durch die Anwesenheit der Ventilmetalloxidschicht reduziert ist, und mit einer Metallisierung auf dem zweiten Bereich der Ventilmetallschicht, wobei die Metallisierung eine auf den zweiten Bereich der Ventilmetallschicht aufgebrachte erste Kupferschicht, eine auf die erste Kupferschicht aufgebrachte Zwischenschicht aus Diffusionssperrenmetall und eine auf die Zwischenschicht aufgebrachte zweite Kupferschicht enthält und wobei auf die Metallisierung eine Blei-Zinn-Weichlotschicht aufgebracht ist, nach Patent 2155 029.8.

Aus dem Hauptpatent ist bereits eine elektronische Dünnfilmschaltung dieser Art mit einer dreischichtigen Metallisierung bekannt, bei der die Blei-Zinn-Weichlotschicht unmittelbar auf die obere, zweite Kupferschicht aufgebracht ist Diese elektronische Dünnfilmschaltung hat aber den Nachteil, daß die zweite Kupferschicht sich nicht mit ausreichender Sicherheit mit dem Blei-Zinn-Weichlot belegen läßt, wenn das Weichlot in einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre ohne Verwendung eines Flußmittels aufgebracht wird, da geringe Oxidreste auf dieser zweiten Kupferschicht den Prozeß stören. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen bei einer elektronischen Dünnfilmschaltung nach dem Hauptpatent auftretenden Nachteil zu beseitigen.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgitfee dadurch gelöst daß die Metallisierung ein fünfschichtiges System ist, wobei auf die zweite Kupferschicht eine Nickeischicht und auf diese Nickelschicht eine Goldschicht aufgebracht ist

Die auf die zweite Kupferschicht aufgebrachte Nickelschicht verhindert dabei eine Auflösung der zweiten Kupferschicht in der Blei-Zinn-Weichlotschicht beim Aufbringen des flüssigen Lotes, während die Goldschicht die Benetzbarkeit der Metallisierung mit dem flüssigen Lot und damit die Haftfestigkeit der Weichlotschicht erheblich verbessert

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher e.-läutert werden. Es zeigt

Fig.! einen Teilschnitt durch eine ein Widerstandsnetzwerk enthaltende elektronische Dünnfilmschaltung gemäß der Erfindung,

Fig.2a bis 2k die in Herstellung begriffene elektronische Dünnfilmschaltung nach F i g. I bei den verschiedenen erfindungsgemäß auszuführenden Verfahrensschritten.

Gemäß F i g, 1 ist auf ein aus einem isolierenden Substrat bestehendes Trägerplättchen 1 eine die Grundgeometrie des Schaltungsnetzwerkes enthaltende Schicht 2 aus Ventilmetall von 1000 A Dicke

f>5 aufgebracht. Unter Ventilmetall versteht man ein Metall, das ein einen Gleichstrom sperrendes Oxid bildet. Vorzugsweise ist als Ventilmetall Tantal vorgesehen. Statt dessen können aber auch die Metalle Niob,