DE2849971B2 - Verfahren zur Herstellung von Hybrid-Schaltkreisen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hybrid-Schaltkreisen mittels Abscheidung von Metallschichten auf einen siliciumhaltigen Substrat unter' Verwendung einer die Haftfestigkeit zwischen den Metallschichten und dem Substrat verbessernden Metalloxidschicht

Es sind verschiedene Verfahren zur Aufbringung metallischer Schichten auf Substraten mit einem hohen Kieselerde-Gehalt, wie beispielsweise geschmolzene Kieselerde, Glas oder 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 20 nm 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 metallische Schicht auf siliziumhaltigen Substraten vorzusehen, welche die Grundlage für metallische Leiter oder metallische Anschlußflecken bildet Mittels eines Ätzprozesses werden unerwünschte Bereiche der metallisierten Schicht entfernt, wobei lediglich die Leiter und die Anschlußflecken 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 siHziumhaltigen 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

Aus der DE-AS 12 42 282 ist bekannt, daß die Haftfähigkeit einer Metallschicht auf einer glasähnlichen Schicht durch eine zwischen der glasähnlichen Schicht und der Metallschicht vorgesehenen Metalloxidschicht verbessert wird. Es handelt sich dabei jedoch nur um eine Schichtfolge Glas, Metalloxid, Metall, ohne daß nach der Abscheidung der Metallschicht noch ein galvanischer Abscheidungsprozeß in Betracht gezogen würde. Bei einem galvanischen Abschmdungsprozeß einer Metallschicht auf einer bereits vorhandenen Metallschicht besteht das Problem darin, ein Abschälen der Gesamt-Metallschichtfolge zu vermeiden.

Weiterhin ist aus der DE-OS 21 55 056 für Dünn-Schichtschaltungen eine Schichtfolge Glassubstrat, Metalloxid, insbesondere Oxid eines hochschmelzenden Metalls nämlich Tantal, erste Metallschicht, wie Tantalnitrid, zweite Metallschicht wie Tantal und dritte Metallschicht wie Gold, bekannt. Hierbei dient die Metalloxidschicht aber lediglich zum Schutz des Glassubstrats gegen die später zum Angriff der verschiedenen darüber befindlichen Metallschichten verwendeten Reagentien. Insbesondere erfolgt bei der Herstellung der Metallschichten, insbesondere der äußeren Goldschicht keine galvanische Abscheidung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung von Hybrid-Schaltkreisen mit durch galvanische Abscheidung hergestellten Metallschichten, wie dicken Metalleitern und Metallanschlußflecken, auf bereits vorhandenen Metallschichten ein Abschälen der Metallschichtfolge von einem siliciumhaltigen Substrat zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem Substrat eine Schicht aus hochschmelzendem Metalloxid abgeschieden wird, daß auf diese Schicht eine Ventilmetallschicht aus der Gruppe Chrom, Titan und Tantal mit einer Dicke vo.i etwa 20 bis 100 nm in Vakuum abgeschieden wird, daß auf dieser Schicht ein weiteres Metall mit einer Dicke von 100 bis 1000 nm in Vakuum abgeschieden wird und daß auf dem im Vakuum abgeschiedenen Metall eine Schicht aus Metall galvanisch abgeschieden wird.

Ausgestaltungen des vorstehend definierten Verfahrens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hybrid-Schaltkreises; und

F i g. 2 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren

hergestellten Hybrid-Schaltkreises.

Bei der in F i g. 1 im Querschnitt dargestellten Ausführungsform eines Hybrid-Schaltkreises 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 Deispielsweise Chrom, Titan oder Tantal mit einer Dicke von etwa 20 bis 100 nm 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 100 bis 1000 nm verbunden. Die Schichten 14 und 16 aus Ventilmetall bzw. aus leitendem Metall werden auch in bekannten Hvbrid-Schaltkreisen verwendet und können auf verschiedene Art durch bekannte konventionelle Verfahren im Vakuum abgeschieden werden. Schließlich ist eine Schicht 18 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 10.000 nm 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 Angriff von chemischen Ätzmitteln am siliziumhaltigen Substrat. Es hat sich gezeigt, daß ein hochschmelzender Metalloxidfilm mit einer Dicke von etwa 200 nm eine ausreichend 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 Zirkondioxyd 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-Herstellungsverfahren. 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 Ätzprozeß 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 Dicke von etwa 20 nm und eine im Vakuum abgeschiedene Goldschicht eine Dicke von etwa 100 nm 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 Rasiermaske bei der galvanischen Abscheidung ermöglicht eine hochgenaue Steuerung der Abmessungstoleranzen der durch galvanische Abscheidung herzustellenden Leiter.

F i g. 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 F i g. 1 durch einen Film 20 aus Widerstandsmaterial, wie beispielsweise Chrom-Nickel ersetzt.

Durch die vorstehend erläuterten Herstellungsverfahren können beispielsweise thermische Druckknöpfe 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Hyprid-Schaltkreisen mittels Abscheidung von Metallschichten auf einen siliciumhaltigen Substrat unter Verwendung einer die Haftfestigkeit zwischen den Metallschichten und dem Substrat verbessernden Metalloxidschicht, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (10) eine Schicht (12) aus hochschmelzendem Metalloxid abgeschieden wird, daß auf diese Schicht (12) eine Ventilmetallschicht (14) aus der Gruppe Chrom, Titan und Tantal mit einer Dicke von etwa 20 bis 100 nm in Vakuum abgeschieden wird, dali auf dieser Schicht (14) ein weiteres Metall (16) mit einer Dicke von 100 bis 1000 nm in Vakuum abgeschieden wird und daß auf dem im Vakuum abgeschiedenen Metall (16) eine Schicht aus Metall galvanisch abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als hochschmelzendes Metalloxid Zirkonoxid abgeschieden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkonoxidschicht (12) mit einer Dicke von 200 nm abgeschieden wird.