DE2549861C3 - Verfahren zur Anbringung von lokalisierten Kontakten auf einer Dünnschichtschaltung - Google Patents
Verfahren zur Anbringung von lokalisierten Kontakten auf einer DünnschichtschaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur
Anbringung von ohmschen Kontakten auf dünnen Metallschichten oder Schichten aus Metallverbindungen,
ζ. B. Nitriden. Die Anbringung von ohmschen Kontakten auf Dünnfilmen (deren maximale Dicke
einige zig Mikron beträgt) erfolgt in der Regel durch eine lokalisierte Abscheidung von Metall oder einer
Metallegierung, ζ. B. Gold, oder Legierungen von Nickel und Chrom. Bekannt sind Verfahren, die mit
einer verhältnismäßig großen Anzahl von Zwischenschichten zwischen der Dünnschicht und dem Metall des
Kontakts, z. B. mit Zwischenschichten aus Titan und Palladium, arbeiten. Eine einfachere Lösung des
Problems der Anbringung von ohmschen Kontakten auf Tantalnitriddünnschichten wird in der französischen
Patentschrift 21 12 667 beschrieben, wo zunächst das Substrat gereinigt wird, dann die die Schaltung
bildenden Schichten abgeschieden werden, anschließend eine Haftschicht aus reinem Tantal aufgebracht
wird und dann die Kontaktzonen auf der Haftschicht und anschließend die Leiterbahnen der Schaltung in
dem Substrat geätzt werden.
Die Kontaktzonen werden üblicherweise elektrolytisch durch Gold verdickt. Aufgabe der Erfindung ist die
Verbesserung der Haftverbindung des Goldes des Kontakts mit dem darunter befindlichen Material der
Haftschicht, insbesondere bei erhöhter Temperatur. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Haftschicht
eine 5-10% Platin enthaltende Platin-Gold-Legierung mittels Katodenzerstäubung aufgebracht wird und die
Kontaktzonen nach dem Ätzen der Leiterbahnen
elektrolytisch mit Gold verdickt werden.
Die Erfindung eignet sich besonders für Schaltungen mit Tantalnitrid-Dünnschichten, Die Erfindung ermöglicht
auch eine Herabsetzung der zur Anbringung eines s Außenanschlusses durch Thermokompression erforderlichen
Goldmenge des Kontakts um einen Faktor von über 2.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke der Haftschicht zwischen 0,1 und 0,2 Mikron.
ίο Zweckmäßig erfolgt die Abscheidung t??r die
Schaltungen bildenden Schichten durch nacheinander erfolgende Katodenzerstäubung in dem gleichen Gehäuse
wie es zur Zerstäubung der Pt-Au-Legierung dient, wobei dieses zwei Auffangelektroden, die eine für
die Schaltung, die andere für die Haftschicht, enthält Solche Ausrüstungen sind im Handel zu haben.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die später elektrolytisch
aufgebrachte Goldschicht um etwa 50% gegenüber der Dicke von Goldschichten, wie sie zur Erzielung
analoger Resultate bei nach bekannten Methoden aufgebrachten Haftschichten erforderlich sind, dünner
sein kann. So hat man tatsächlich gefunden, daß eine 0,5 Mikron dicke Goldschicht bei der technischen Herstellung
die Anbringung von Außenanschlüssen durch Thermokompression mit guter Ausbeute ermöglichte,
während im Fall von anderen Haftschichten allgemein eine 5 Mikron dick?. Schicht verwende* werden muß.
Auch ist die Dicke der Haftschicht geringer als bei Anwendung der bekannten Methoden. Diese Eigenschaft
ermöglicht es, die Dauer der Inanspruchnahme der Katodenzerstäubungsvorrichtung gering zu halten
oder die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, was einen wesentlichen Vorteil des erfindungsgemäßen
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, welche beispielsweise Ausführungsformen erläutert, näher
beschrieben. In der Zeichnung zeigen
welcher gemäß der Erfindung Kontakte angebracht wurden,
F i g. 4 ein Blockdiagramm der verschiedenen Verfahrensstufen und
Fig.5 eine andere Ausführungsform einer zur Abscheidung der Haftschicht verwendeten Auffangelektrode.
Fig.5 eine andere Ausführungsform einer zur Abscheidung der Haftschicht verwendeten Auffangelektrode.
In F i g. 1 ist das in der Regel aus Glas oder Aluminiumoxid bestehende Substrat mit 1 bezeichnet,
auf welchem die Dünnschicht der Schaltung abgeschieden werden soll. Als Beispiel für die Erfindung sei
angenommen, daß auf einem auf einem Glassubstrat befindlichen Tantalnitridwiderstand Kontakte gebildet
werden sollen. Man bringt in bekannter Weise auf dem Substrat eine Tantaloxidschicht 2 an, die im wesentli-
SS chen dazu bestimmt ist, das Substrat gegen die später
bei der Ätzung bestimmter oberer Schichten verwendeten Reagenzien zu schützen. Die Tantalpentoxidschicht
kann durch reaktive Katodenzerstäubung einer Auffangelektrode in einem Gehäuse erzeugt werden, in
welchem ein partieller Sauerstoffdruck herrscht, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Bekanntlich ist diese
Schutzschicht dann unnötig, wenn das Substrat aus Aluminiumoxid besteht Anschließend wird die Tantalnitridschicht
3, welche den Widerstand bilden soll, abgeschieden. Diese Schicht erhält man beispielsweise
durch Katodenzerstäubung der gleichen Tantalelektrode in Stickstoffatmosphäre. Die Dicke der Schichten 2
und 3 beträgt etwa 0,1 Mikron. Gemäß der Erfindung
wird dann die Haft-Unterschichl 4 durch Zerstäubung,
vorzugsweise in dem gleichen Gehäuse, einer beispielsweise aus einer Gold-Platin-Legierung mit 5 bis 10%
Platin bestehenden Auffangelektrode abgeschieden.
Diese Auffangelektrode kann die Stellung einer zweiten Elektrode in einem Zerstäubungsgehäuse
einnehmen, in welchem die erste Elektrode die Tantalelektrode ist, die zur Herstellung der Schichten 2
und 3 gedient hat In Fig.5 ist eine andere Ausführungsform der Elektrode dargestellt. ι ο
Die Schichten 2, 3 und 4 bilden sämtliche zur Herstellung der Widerstandsschaltung und der Markierung
der Kontakte erforderlichen Schichten. Die späteren Verfahrensstufen erfordern nicht mehr die
Einbringung des Substrats in ein Vakuumgehäuse. Diese >s späteren Stufen bestehen im wesentlichen in Ätzungen
einmal der Gold-Platin-Schicht zur Bildung der Kontakte, und zum andern der Tantalnitridschicht zur
Bildung der Widerstandsbahn. Die erneute Aufbringung von Gold auf die Kontakte erfolgt durch elektrolytische
Abscheidung.
In Fig.2 ist schematisch die Ätzung der Schicht 4
dargestellt, die aus einer Folge von dem Fachmann bekannten Verfahrensstufen besteht. Man scheidet auf
der gesamten Oberfläche eine lichtempfindliche Schicht 5 ab, die später durch eine photographische Maske so
bestrahlt wird, daß nach dem Waschen nur die über den Kontaktzonen befindlichen Teile der Schicht 5 verbleiben.
Die Schicht 4 wird dann mit einem geeigneten Reagens angegriffen, welches die Schicht in den nach 3"
Beseitigung der lichtempfindlichen Schicht freigelegten Bereichen auflöst. In der Praxis besteht das verwendete
Reagens aus einem an sich bekannten Gemisch aus jod und Kaliumjodid. Nach dem Ätzen erhält man die in
Fig.3 dargestellte Struktur, bestehend aus dem Substrat 1, der Schutzschicht 2 aus Tantaloxid, der
Tantalnitridschicht 3 und den lokalisierten Kontakten 4| bzw. 42. Dann wird die Widerstandsbahn durch Angriff
der Schicht 3 nach einem an sich bekannten Verfahren geätzt, beispielsweise nach der in der französischen
Patentschrift 21 12 667 beschriebenen Methode. Die erneute Goldauffüllung der Kontakte 4i und 42 erfolgt in
einem Bad aus Kaliumgoldzyanid, wie dies derzeit üblich ist. Die Schaltungsbereiche, die kein Gold
aufnehmen sollen, werden wie während des Ätzens der Schicht 4 durch eine lichtempfindliche Maske geschützt.
Diese wird später in bekannter Weise mit einem Lösungsmittel entfernt Wenn die Verbindungen mit
den Schaltungen oder den äußeren Elementen durch Thermokompression erfolgen, hat sich eine Golddicke
von 0,5 μπι als am geeignesten erwiesen. Die erfindungsgemäß
hergestellten Kontakte arbeiten auch im Fall der äußeren Verbindung durch Zinnlötung äußerst zuverlässig.
Tatsächlich bleibt die Auflösung der so gebildeten Kontaklklötze in der Lötmasse sehr gering, was die
Anbringung von Schaltungselementen durch Anschmelzen ermöglicht Der Auftrag von Elementen, z. B.
aktiven Elementen, durch Bildung von Eutektika auf Goldbasis (z. B. das Eutektikum Au-Si) gibt ebenfalls
ausgehend von erfindungsgemäßen Kontaktklötzen gute Resultate.
Die erfindungsgemäß hergestellten Schaltungen besitzen ohmsche Kontakte mit sehr guter elektrischer
und mechanischer Qualität die sich mit der Zeit besonders wenig verändern, und zwar sowohl was die
Haftung als auch den Widerstand des Kontakts anbelangt
Ein durch Thermokompression auf einen erfindungsgemäßen Kontakt aufgelöteter Golddraht mit einem
Durchmesser von 25 Mikron hält einen Zug von 6 g aus.
F i g. 4 veranschaulicht die verschiedenen Stufen der
erfindungsgemäßen Herstellung von Kontakten. Mit 10 ist die Präparierung des Substrats, die im wesentlichen
aus einer Reinigung besteht bezeichnet Stufe 11 entspricht der Abscheidung der Schichten 2, 3, und 4
mittels Katodenzerstäubung in einm Gehäuse mit doppelter Auffangeielctrode. Bei 12 werden die
Kontaktklötze geätzt; 13 bezeichnet die Ätzung der Dünnschichtschaltung und bei 14 werden die Kontaktklötze
elektrolytisch verdickt
F i g. 5 ieigt eine abgewandelte Ausführungsform der
Auffangelektrode, wie sie zur Bildung von erfindungsgemäßen Au-Pt-Haftschichten verwendbar ist Diese
Ausführungsform besteht im wesentlichen aus einem Kupferblock 7, der durch eine mit & bezeichnete
Wasserleitung gekühlt wird. Dieser Block dient im wesentlichen als Heizelement Er trägt eine Platinschicht
9, die wiederum mit einer Goldfolie 10 bedeckt ist, in welche in gleichmäßiger Verteilung auf der
Oberfläche öffnungen gebohrt sind. Das Verhältnis der Gesamtoberfläche der öffnungen gegenüber derjenigen
der Folie ermöglicht eine Regelung des Prozentgehalts an Platin in der Schicht Da Platin einen
niedrigeren Zerstäubungskoeffizient wie Geld besitzt
wird das Gold vorzugsweise vor dem Platin (von der Katode aus gesehen) angeordnet um die Verunreinigung
der aus Gold bestehenden Auffangelektrode durch Platin zu vermeiden. Eine Mindestdicke der Goldfolie 10
von 2 mm ermöglicht eine Kanalisierung der von den Elektronen abgesprengten Platinteilchen und ihre
Ausrichtung auf das Substrat
Die folgenden Versuchsbedingungen führten bei Verwendung einer solchen Auffangelektrode zu guten
Ergebnissen:
Abstand Elektrode-Substanz: 5 cm, Elektrodenspannung 1000 V, Substrattemperatur: 2000C, Druck im
Gehäuse: 2 · ΙΟ-3 Torr Argon, Betriebsdauer: 10
Minuten.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentansprüche:I. Verfahren zur Anbringung von lokalisierten Kontakten auf einer Dünnschichtschaltung, bei dem zunächst das Substrat gereinigt wird, dann die die Schaltung bildenden Schichten abgeschieden werden, anschließend eine Haftschicht aufgebracht wird, dann die Kontaktzonen auf der Haftschicht und schließlich die Leiterbahnen der Schaltung geätzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftschicht eine 5-10% Platin enthaltende Platin-Gold-Legierung mittels Katodenzerstäubung aufgebracht wird und die Kontaktzonen nach dem Ätzen der Leiterbahnen elektrolytisch mit Gold verdickt werden.Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pt-Au-Schicht in einer Dicke zwischen 0,1 und 0,2 Mikrometer aufgebracht wird.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der die Schaltung bildenden Schichten durch nacheinander erfolgende Katodenzerstäubung in dem gleichen Gehäuse erfolgt, wie es zur Zerstäubung der Pt-Au-Legierung dient.4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Katodenzerstäubung der Pt-Au-Lcgicrung verwendete Auffangclckirode aus einem Legierungsblock besteht5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Katodenzerstäubung der Pt-Au-Legierung verwendete Auffangelektrode aus einem Verband von Gold- und Platinfolicn besteht
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