DE2849971A1 - Hybrid-schaltkreis und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Hybrid-schaltkreis und verfahren zu seiner herstellung

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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincjce
Di.pl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
Or. -In?.?1. T.j.skg
DXIIIH
8 MÜNCHEN 86, DEN \ J POSTFACH 860 820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22
Tektronix, Inc.,
14150 S.W. Karl Braun Drive, Beayerton, Oregon 97077, V.St.A.
Hybrid-Schaltkreis und Verfahren zu seiner Herstellung
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Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybrid-Schaltkreis mit einem siliziumhaltigen Substrat, mit einer im Vakuum abgeschiedenen Metallschicht und mit 'einer galvanisch abgeschiedenen Metallschicht sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Hybrid-Schaltkreises.
Es sind verschiedene Verfahren zur Aufbringung einer metallisierten Schicht auf Substraten mit einem hohen Kieselerde-Gehalt, wie beispielsweise geschmolzene Kieselerde, Glasoder Quarz bekannt geworden. Bei einem gebräuchlichen Verfahren erfolgt dies durch Abscheidung im Vakuum,, wobei zwar eine zufriedenstellend mit dem Substrat verbundene metallische Schicht entsteht. Ein derartiges Verfahren ist jedoch zeitaufwendig und teuer. Zur Abscheidung von leitenden Metallen, wie beispielsweise Gold oder auch Kupfer im Vakuum ist es bekannt geworden, zunächst eine dünne Ventilmetallschicht, wie beispielsweise Chrom, Tantal, Titan oder Chrom-Nickel im Vakuum abzuscheiden, welche mit der Oberfläche des siliziumhaltigen Substrats unter Bildung einer zuverlässigen Bindung reagiert. Die Schicht aus Ventilmetall muß lediglich eine Dicke in der Größenordnung von 200 Ä besitzen. Danach wird ebenfalls in einer evakuierten Umgebung das Gold oder ein anderes leitendes Material mit der gewünschten Dicke abgeschieden.
Bei der Herstellung von Hybrid-Schaltkreisen wurde das vorstehend erläuterte Verfahren dazu verwendet, eine metallisierte Schicht auf siliziumhaltigen Substraten vorzusehen, welche die Grundlage für metallische Leiter oder metallische Anschlußflecken bildet. Mittels eines Atzprozesses werden unerwünschte Bereiche der metallisierten Schicht entfernt, wobei lediglich die Leiter und die Anschlußflecken
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übrigbleiben. Der Ätzprozeß ist jedoch insbesondere bei Mikro-Schaltkreisen, bei denen genaue Toleranzen eingehalten werden, müssen, schwierig zu steuern. Darüber hinaus ist bei Verwendung eines Edelmetalls, wie beispielsweise Gold für die metallisierte Schicht ein zusätzlicher Prozeß zur Rückgewinnung des entfernten Metalls aus dem Ätzmittel erforderlich.
Theoretische Erkenntnisse haben es seit langem als- wünschenswert erscheinen lassen, auf einem siliziümhaltigen Substrat eine dünne Metallschicht im Vakuum abzuscheiden und die. Metallschicht sodann durch galvanische Abscheidung auf die gewünschte Dicke zu bringen. Ein derartiges Verfahren ist nicht nur wesentlich einfacher und billiger sondern erlaubt auch die Einhaltung von extrem genauen Toleranzen der Leiter und der Anschlußflecken. Bei der Durchführung .dieses Verfahrens ergibt sich jedoch während des galvanischen Abscheidungsprozesses ein- Adhäsionsverlust zwischen dem im Vakuum abgeschiedenen Metall und dem Substrat.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, einen Hybrid-Schaltkreis sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung mit einem siliziümhaltigen Substrat und mit durch galvanische Abscheidung hergestellten dicken Metalleitern und Metallanschlußflecken anzugeben, wobei ein Adhäsionsverlust zwischen der Metallschicht und dem Substrat während des galvanischen Abscheidungsprozesses vermieden wird.
Der Hybrid-Schaltkreis sowie das Verfahren zu seiner Herstellung soll dabei insbesondere einfach und unaufwendig sein. " *
.Insbesondere sollen dabei auch die Toleranzen der physikalischen Abmessungen genau eingehalten werden können.
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Speziell soll es sich dabei um hochauflösende Mikrowellen-Hybrid-Schaltkreise sowie deren Herstellung mit galvanisch abgeschiedenen Goldleitern handeln.
Darüber hinaus soll insbesondere ein-thermischer Dünnfilmdrucker auf einem siliziumhaltigen Substrat bzw. einem Substrat mit kleiner thermischer Leitfähigkeit unter Verwendung von Dünnfilm-Widerstandselementen und galvanisch abgeschiedenen Leitern sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung angegeben werden.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird bei einem Hybrid-Schaltkreis erfindungsgemäß durch eine zwischen dem.&ubstrat und der aus dem Vakuum abgeschiedenen Schicht vorgesehene Zwischenschicht aus hochschmelzendem Metalloxid gelöst.
•In Weiterbildung der Erfindung ist bei einem Verfahren zur Herstellung eines Hybrid-Schaltkreises der vorstehend definierten Art vorgesehen, daß die Zwischenschicht aus hochschmelzenden Metalloxid auf dem Substrat abgeschieden wird, daß auf der Zwischenschicht aus hochschmelzendem Metalloxid ein Ventilmetall mit einer Dicke von etwa 200 bis 1000 Ä im Vakuum abgeschieden wird, daß auf dem Ventilmetall im Vakuum ein leitendes Me_tall mit einer Dicke von etwa 1000 bis 10.000 A abgeschieden wird und daß auf dem leitenden Metall im Vakuum eine Schicht aus leitendem Metall galvanisch abgeschieden wird. "
Ausgestaltungen sowohl hinsichtlich des Hybrid-Schaltkreises als auch des Verfahrens zu seiner Herstellung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
"Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
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Figur 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Hybrid-Schaltkreises gemäß der Erfindung; und
Figur 2 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Schaltkreises gemäß der Erfindung.
Bei der in Fig. 1 im Querschnitt dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybrid-Scha-ltkreises wird ein siliziumhaltiges Substrat 10 durch ein Material mit hohem Kieselerdegehalt, wie beispielsweise Quarz, geschmolzene Kieselerde oder Glas gebildet. Auf dieses Substrat 10 ist eine dünne dielektrische Zwischenschicht 12 aus einem hochschmelzenden Metalloxid abgeschieden. Mit der Zwischenschicht 12 ist eine im Vakuum abgeschiedene Schicht 14 aus Ventilmetall, wie beispielsweise Chrom, Titan oder Tantal mit einer Dicke von 'etwa 200 bis 1000 Ä verbunden. ,Mit der Schicht aus Ventilmetall ist eine im Vakuum abgeschiedene Schicht 16 aus hochleitendem Material, wie beispielsweise Gold oder Kupfer mit einer Dicke von etwa 1000 bis 10.000 Ä verbunden. Die Schichten 14 und 16 aus Ventilmetall bzw. aus leitendem Metall werden auch in bekannten Hybrid-Schaltkreisen verwendet und können auf verschiedene Art durch bekannte konventionelle Verfahren im Vakuum abgeschieden werden. Schließlich ist eine Schicht aus hochleitendem Metall, wie beispielsweise Gold oder Kupfer mit dem im Vakuum abgeschiedenen Metall verbunden. Diese Schicht 18 wird durch galvanische Abscheidung mit der gewünschten Dicke von beispielsweise 10 Mikron hergestellt.
Die Zwischenschicht 12 verhindert, daß das siliziumhaltige Substrat und das aus 'dem Vakuum abgeschiedene Metall während des galvanischen Abscheidungsprozesses miteinander reagieren. Eine derartige Reaktion würde zu einem Adhäsionsverlust zwischen dem aus dem Vakuum abgeschiedenen Metall und dem Substrat führen. Darüber hinaus verhindert die Zwischenschicht einen
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Angriff von chemischen Ätzmitteln am siliziumhaltigen Substrat. Es hat sich gezeigt, daß ein hochschmelzender Metalloxidfilm mit einer Dicke von etwa 2000 Ä eine aus?· reichend gute Zwischenschicht zur Vermeidung der vorgenannten Reaktionen bildet. Die Zwischenschicht aus hochschmelzendem Metalloxid stellt weiterhin einen isolierenden Film dar, dessen elektrische Eigenschaften Hybrid-Schaltkreise nicht nachteilig beeinflussen. Als hochschmelzendes Metalloxid kann Zirkonoxid verwendet werden, das durch bekannte Verfahren abgeschieden werden kann. Beispielsweise kann Zirkon durch Verdampfen im Vakuum, durch Zerstäuben oder durch chemische Abscheidung aus der Gasphase abgeschieden und sodann oxydiert werden. Zur Bildung von Zirkondioxid" kann jedoch auch Zirkon reaktiv in einer Sauerstoff-Teilatmosphäre verdampft oder zerstäubt werden oder es kann direkt Zirkonoxid verdampft, zerstäubt oder chemisch aus der Gasphase abgeschieden werden. Anstelle von Zirkonoxid zur Bildung der Zwischenschicht können.auch die Oxide anderer hochschmelzender Metalle, wie beispielsweise Tantal, Titan oder Wolfram verwendet werden.
Die Verwendung eines hochschmelzenden Metalloxides für die Zwischenschicht 12 ermöglicht die Herstellung von Hybrid-Schaltkreisen auf Substraten mit hohem Kieselerdegehalt unter Ausnutzung von standardisierten Dünnfilm-HersteHungsverfahren. Beispielsweise kann auf die im Vakuum abgeschiedenen Metalle eine Leiter und Anschlußflecken definierende Rastermaske aufgelegt werden, wobei die Leiter und die Anschlußflecken . durch galvanische Abscheidung auf die gewünschte Dicke gebracht werden. Danach wird die Rastermaske entfernt und es werden zwischen den Leitern vorhandene unerwünschte, im . Vakuum abgeschiedene dünne Metallschichten durch einen Ätz-.prozeß entfernt. Der Aufwand für einen derartigen Prozeß kann dadurch minimal gehalten werden, daß' die im Vakuum abgeschiedenen Metallschichten 14 und 16 so dünn als praktisch möglich gehalten werden. Beispielsweise kann eine Chromschicht eine
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Dicke von etwa 200 A und eine im Vakuum abgeschiedene Goldschicht eine Dicke von etwa 1000 Ä besitzen. Weiterhin kann die Rastermaske auch vor der Abscheidung im Vakuum direkt auf die Zwischenschicht aufgelegt werden, wobei dann der Ätzschritt vollständig entfallen kann. Die Verwendung einer Rastermaske bei der galvanischen Abscheidung ermöglicht eine hochgenaue Steuerung der Abmessungstoleranzen der durch galvanische Abscheidung herzustellenden Leiter.
Figur 2 zeigt eine ähnliche Ausführungsform mit einer dielektrischen Zwischenschicht aus einem hochschmelzenden.. Metalloxid der oben beschriebenen Art. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch die Schicht 14 gemäß Fig. 1 durch einen Film 20 aus Widerstandsmaterial, wie beispielsweise Chrom-Nickel ersetzt.
Durch die vorstehend erläuterten Herstellungsverfahren können beispielsweise thermische Druckköpfe oder Mikrowellen-Hybrid-Schaltkreise hergestellt werden.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß erfindungsgemäß zwischen einem siliziumhaltigen Substrat und einer im Vakuum abgeschiedenen Metallschicht eine dünne Zwischenschicht vorgesehen ist, wobei die gewünschte Dicke der Metallschicht nachfolgend durch galvanische Abscheidung realisiert wird. Zur Gewährleistung eines einfachen und billigen Herstellungsverfahren für Hybrid-Schaltkreise können konventionelle Dünnfilm-Verfahrenstechniken zur Anwendung kommen.
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Claims (6)

  1. 284997
    Patentansprüche
    Hybrid-Schaltkreis mit einem siliziumhaltigen Substrat, mit einer im Vakuum abgeschiedenen Metallschicht und mit einer galvanisch abgeschiedenen Metallschicht, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Substrat (10) und der im Vakuum abgeschiedenen Schicht (16) vorgesehene Zwischenschicht (12) aus hochschmelzendem Metalloxid.
  2. 2. Hybrid-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hochschmelzende Metalloxid Zirkonoxid ist. ·
  3. 3. Hybrid-Schaltkreis nach Anspruch 1 und/oder 2,- dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (12) eine Dicke von etwa 2000 Ä besitzt.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung eines Hybrid-Schaltkreises nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (12) aus hochschmelzendem Metalloxid auf dem Substrat (10) abgeschieden wird, daß auf der Zwischenschicht (12) aus hochschmelzendem Metalloxid ein Ventilmetall mit einer Dicke von etwa 2000 bis 1000 Ä abgeschieden wird, daß auf dem Ventilmetall im Vakuum ein leitendes Metall mit- einer Dicke von etwa 1000 bis 10.000 A abgeschieden wird und daß auf dem im Vakuum abgeschiedenen leitenden Metall ein leitendes Metall galvanisch abgeschieden wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, daß als hochschmelzendes Metalloxid Zirkonoxid abgeschieden wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (12) aus Zirkonoxid in einer Dicke von etwa 2000. Ä abgeschieden wird.
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    ORIGINAL INSPECTED
DE2849971A 1977-11-18 1978-11-17 Verfahren zur Herstellung von Hybrid-Schaltkreisen Withdrawn DE2849971B2 (de)

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