DE2948253B1 - Elektronische Duennschichtschaltung - Google Patents
Elektronische DuennschichtschaltungInfo
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Description
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer elektronischen Dünnschichtschaltung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es sind bereits elektronische Dünnschichtschaltungen dieser Art bekannt, bei denen die Metalloxidschicht
aus Zinndioxid oder aus Indiumoxid besteht. Solche Dünnschichtschaltungen werden zum Aufbau
bestimmter elektronischer Bauelemente, wie z. B. Flüssigkristall-, Gasentladungs- und Elektrolumineszenzanzeigeelemente,
verwendet. Bei diesen Dünnschichtschaltungen besitzt die Metalloxidschicht einige
Eigenschaften, die sich beim Aufbau und Betrieb solcher Anzeigeelemente nachteilig auswirken:
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1. In den Steckkontakten zur Einspeisung der Betriebsspannungen, die innerhalb des zweiten
Musters vorgesehen sein können, entstehen hohe Übergangswiderstände.
bo 2. Vor allem dann, wenn ein komplexer Aufbau zu
einer engen Leitungsführung zwingt, entstehen in den Verbindungsleitungen zwischen Kontakt und
Bildelement, also innerhalb des zweiten Musters, zu hohe Widerstände.
fe5 3. Da die Oberfläche der Metalloxidschicht innerhalb
beider Muster weder bond- noch lötfähig ist, können Halbleiterelemente, z. B. Steuerbausteine,
nicht in das Anzeigeelement integriert werden.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Dünnschichtschaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bringt
demgegenüber eine Verringerung des Übergangswiderstandes an Kontakten, eine Verbesserung der Leitfähigkeit
in den Zuleitungen und die Erzeugung einer bond- und lötfähigen Oberfläche im Bereich der Anschlußkontakte.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Dünnschich.schaltung
sind in der Zeichnung dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 die
potentiodynamisch aufgenommene U/I-Kennlinie einer InzCh-Schicht mit einem Flächenwiderstand von ca.
20 ΩΜΖ) in 2 η H2SO4, F i g. 2a bis 2d eine in Herstellung
begriffene elektronische Dünnschichtschaltung gemäß der Erfindung im Schnitt, F i g. 3 ein erstes Anwendungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen elektronischen DUnnschichtschaltung, F i g. 4 ein zweites Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektronischen Dünnschichtschaltung,
F i g. 5 ein drittes Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektronischen Dünnschichtschaltung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Es wurde festgestellt, daß eine gute Haftfestigkeit, von galvanisch abgeschiedenen Metallschichten (z. B.
Au, Ni und In) dann erreicht werden kann, wenn die ln2Oj- bzw. SnO2-Schicht vorher elektrochemisch
partiell reduziert wird. Als Elektrolyt sind z. B. verdünnte Schwefelsäure oder auch Pufferlösungen gut
geeignet. F i g. 1 zeigt die potentiodynamisch aufgenommene U/I-Kennlinie einer In2O3-Schicht mit einem
Flächenwiderstand von ca. 20 ΩΛϋ in 2 η H2SO4. Daraus
ist ersichtlich, daß bei einem Potential von etwa -60OmV, gemessen gegen eine 3,5 η Kalomelelektrode,
die Reduktion des In2O3 beginnt (siehe Teil 1 der
Kennlinie). Beim Rücklauf wird das gebildete Indium wieder oxidiert (siehe Teil 2 der Kennlinie). Der Strom
geht auf sehr kleine Werte zurück, wenn das In vollständig reoxidiert ist (siehe Teil 3 der Kennlinie).
Bei der erfindungsgemäßen Ausnützung dieses Effekts wird die Reduktionsreaktion angewendet, die
den Teil 1 der Kennlinie ausmacht, um einen Teil der Indiumoxidschicht in Indium zu verwandeln. Durch die
partielle Reduktion der In2O3-Schicht wird einerseits die
Oberfläche aufgerauht, und andererseits bildet die erzeugte dünne Indiumschicht eine haftfeste Grundlage
für die folgende galvanische Metallabscheidung. Gute Haftfestigkeit von Gold-, Nickel- und Indiumschichten
kann erreicht werden, wenn die ca. 150 nm dicken InaCh-Schichten etwa zur Hälfte elektrochemisch
reduziert werden.
Die Anwendung des beschriebenen galvanischen Verfahrens zur Herstellung einer elektronischen Dünnschichtschaltung
mit Strukturen aus Gold und In2O3 auf
Glas ist schematisch in F i g. 2 dargestellt. Das mit einer
In2O3-Schicht 4 ganzflächig beschichtete Glassubstrat 5
wird dabei zuerst mit einer Schicht 6 aus einem positiv arbeitenden Photolack belegt. Durch Belichten mit einer
UV-Lichtquelle und anschließendes Entwickeln werden diejenigen Stellen Af2, die mit Gold verstärkt werden
sollen, freigelegt. In diesen Bereichen M2 wird dann das
In2O3 der Schicht 4 partiell elektrochemisch reduziert,
und zwar mit einer kathodischen Stromdichte von 0,5 bis 5 mA/cm2. Dabei bildet sich die Schicht 8 (F i g. 2b).
Die Behandlungszeit beträgt in einem Elektrolyten, der 50 g/l (NH4)2SO4 und 50 g/l Di-Ammpniumhydrpgencir
trat enthält, 30 bis 240 Sekunden Der nächste Verfahrensschritt ist die galvanische Abscheidung, der
aus Gold bestehenden metallischen. Verstärkungsschicht 9 (F i g. 2c), wobei reines Gold (ca. I bis 3 μιη) aus
einem citratgepufferten Bad abgeschieden wird. Durch eine Zweitbelichtung und Entwicklung wird nun die
Photolackschicht 6 von allen Bereichen entfernt, die
ίο keine transparente In2O3-Schicht 4 aufweisen sollen,
also von allen denjenigen Bereichen, die nicht;zum ersten Muster M\ gehören. An den freigelegten Stellen
10 wird hierauf die InÄ'Schicht 4 mit HCI bei ca( 6Q°C
geätzt (Fig.2d). Das so auf der J^Öj-Sehicht 4 im
Bereich des zweiten Musters M2 aufgebaute Schichtsystem
8, 9, ist für die Anwendung der Ultraschall-Bondtechnik gut geeignet.
Weitere geeignete Elektrolyte für die Reduktion der In2O3-Schicht 4 sind z. B. 2 η Schwefelsäure und 0,5%ige
Citronensäurelösung.
Anhand folgender Anwendungsbeispiele soii das Herstellungsverfahren und einige Einsatzmöglichkeiten
erfindungsgemäßer Dünnschichtschaltungen beschrieben werden.
In diesem Beispiel (vgl. F i g. 3) dient die Vergoldung
11 nur der Verringerung des Kontaktwiderstandes in
den Zuleitungen 12a bis i2gzu einer 7-Segment-Anzeige.
Eine mit In2O3 beschichtete Glasplatte wird mit
Photolack abgedeckt, und nach den erwähnten Belichtungs- und Entwicklungsverfahren werden die Bereiche
wieder freigelegt, die vergoldet werden müssen. Dort wird zunächst die 140 nm dicke In2O3-Schicht zur Hälfte
reduziert, indem die Platte in 2 η Schwefelsäure getaucht und 30 s lang kathodisch mit einer Stromdichte
von 2 mA/cm2 beaufschlagt wird. Die Vergoldung erfolgt anschließend nach einer Zwischenspülung in
einem getrennten Bad, das 50 g/l (NH4)2SO4, 50 g/l
Di-Ammoniumhydrogencitrat und 20 g/l K Au(CN)2 enthält. Anschließend werden in einem Photoätzprozeß
die Strukturen der Zuleitungen und der Zeichenelemente herausgeätzt.
Im Unterschied zu Beispiel 1 sollen hier nicht nur die Kontaktflächen, sondern auch die Zuleitungen 12a bis
12^ (Fig.4) vergoldet werden. Ein weiterer Unterschied
besteht im Reduktionsbad, das hier aus 50 g/l (NH4J2SO4 und 50 g/l Di-Ammoniumhydrogencitrat
besteht. Da dieses Bad ähnliche Komponenten enthält wie das Vergoldungsbad, kann die Zwischenwässerung
entfallen. Vergoldung und weitere Verarbeitung der elektronischen Dünnschichtschaltung erfolgen gleich
wie in Beispiel 1.
Die elektronische Dünnschichtschaltung wird ähnlich wie anhand von F i g. 2 beschrieben vorbereitet. Sie
enthält eine vergoldete Zuleitung 9 und eine nicht vergoldete Zuleitung 13 (F i g. 5). Auf das Ende der nicht
vergoldeten Zuleitung 13 wird ein Leuchtdiodenchip 14 mittels Leitkleber aufgeklebt. Ein Bonddraht 15 aus
Gold stellt eine leitende Verbindung zwischen LED-Chip 14 und vergoldeter Zuleitung 9 her. Um den
LED-Chip 14 und den Bonddraht 15, (zu schützen,
werden beide mit einem Tropfen 16 auto Silikonharz abgedeckt. Bei der vorgesehenen Anbringung der
weitere Komponenten, wie z. B. Glühlampen, in die Anordnung eingelötet werden.
Die erfindungsgemäße elektronische Dünnschichtschaltung gestattet auf einfache Weise die Integration
von Halbleiterbauteilen in Anordnungen, die ansonsten nur aus durchsichtigen Widerstandsbahnen gebildete
Strukturen enthalten, wie z. B. Flüssigkristallanzeigeelemente oder Sensorfelder. Außerdem hat die erfindungsgemäße
Dünnschichtschaltung folgende Vorteile:
a) Bei ihrer Herstellung treten keine hohen Temperaturen auf.
b) Die Haftung ist so gut, daß einwandfreie Bond- und Lötverbindungen hergestellt werden können.
Leuchtdiode 14 besteht weiterhin die Möglichkeit, diese durch die Glasplatte 5 hindurch zu betrachten, also
entgegengesetzt zur üblichen Betrachtungsweise. Dazu muß das Licht durch einen reflektierenden Belag 17, der
auf die Abdeckung 16 aufgebracht wird (versilbern, weiß lackieren, mit Al bedampfen), zurückgeworfen werden.
Anstelle von Leuchtdioden können auch Halbleiterbauelemente wie integrierte Schaltungen auf das
Glassubstrat aufgesetzt und kontaktiert werden.
Eine Kombination all dieser Beispiele führt schließlich zu einem Anzeigeelement, das auf einer gemeinsamen
Glasplatte eine Flüssigkristallanzeige, eine oder mehrere Leuchtdioden und die dazugehörigen Steuerschaltungen
enthält. Da die Goldschicht auch lötfähig ist, können
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (15)
1. Elektronische DünnschichtschalUing mit einer
aus einem Isoliermaterial bestehenden Substratplatte (5) und mit einer die Substratplatte (5) teilweise
bedeckenden elektrisch leitfähigen Metalloxidschicht (4), die ein erstes (M\) und ein zweites (M2)
Muster bildet, wobei diese beiden Muster (M), M2) an
mindestens einer Stelle zusammenhängen und das «.. ste Muster (M)) Schaltungselemente der elektronischen
Dünnschichtschaltung und das zweite Muster (M2) Leiterbahnen und/oder Anschlußkontakte
definiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidschicht (4) im Bereich des zweiten
Musters (M2) eine Schicht (8) aus demjenigen Metall
trägt, aus dem das Metalloxid der Metalloxidschicht (4) gebildet ist.
2. Elektronische Dünnschichtschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die
Schicht (8) eine metallische Verstärkungsschicht (9) aufgebracht ist.
3. Elektronische Dünnschichtschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schicht (8) durch Reduktion des Metalloxids der Metalloxidschicht (4) an deren Oberfläche im
Bereich des zweiten Musters (M2) gebildet ist, so daß
die Metalloxidschicht (4) in diesem Bereich eine Dicke besitzt, die gegenüber der Dicke der
Metalloxidschicht (4) im Bereich des ersten Musters (M\) reduziert ist.
4. Elektronische Dünnschichtschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schicht (8) eine im Bereich des zweiten Musters (M2)
auf die Metalloxidschicht (4) aufgewachsene, vorzugsweise auf ihr galvanisch abgeschiedene Schicht
ist.
5. Elektronische Dünnschichtschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metalloxidschicht (4) aus Zinndioxid und die Schicht (8) aus Zinn besteht.
6. Elektronische Dünnschichtschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metalloxidschicht (4) aus Indiumoxid und die Schicht (8) aus Indium besteht.
7. Elektronische Dünnschichtschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die metallische Verstärkungsschicht (9) aus Gold besteht.
8. Elektronische Dünnschichtschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verstärkungsschicht verstärkungsschicht (9) aus Nickel besteht.
9. Elektronische Dünnschichtschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die metallische Verstärkungsschicht (9) aus Indium besteht.
10. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Dünnschichtschaltung nach den Ansprüchen 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Substratplatte (5) zuerst die Metalloxidschicht (4) als
durchgehende Schicht aufgebracht wird, daß dann die Metalloxidschicht (4) mit einer Photolackschicht
(6) ganzflächig belegt wird, daß dann die Photolackschicht (6) durch Belichten und Entwickeln im
Bereich des zweiten Musters (M2) entfernt wird, daß
dann die Metanoxidschicht (4) im Bereich des zweiten Musters (M2) unter Bildung der Schicht (8)
partiell elektrochemisch reduziert wird, daß dann dann auf der Schicht (8) die metallische Verstärkungsschicht
(9) galvanisch abgeschieden wird, daß dann die Photolackschicht (6) durch eine Zweitbelichtung
und Entwicklung von allen denjenigen Bereichen entfernt wird, die nicht zum ersten Muster
(M\) gehören, daß dann die Metalloxidschicht (4) an den so freigelegten Stellen durch Ätzen entfernt
wird und daß schließlich die im Bereich des ersten Musters (M)) verbliebenen Teile der Photolackschicht
(6) entfernt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (8) durch partielle
Reduktion des Matalloxids der Metalloxidschicht (4) in einem (NH4^SO4 und Di-Ammoniumhydrogencitrat
enthaltenden Elektrolyten gebildet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (8) durch partielle
Reduktion des Metalloxids der Metalloxidschicht (4) in verdünnter Schwefelsäure gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht 8 durch partielle
Reduktion des Metalloxids der Metalloxidschicht (4) in Citronensäure gebildet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13 zur Herstellung einer elektronischen Dünnschichtschaltung
nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der metallischen Verstärkungsschicht (9) in einem Bad erfolgt, das (NH4J2SO4,
Di-Ammoniumhydrogencitrat und KAu(CN^ enthält.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abätzen der
Metalloxidschicht (4) im Bereich außerhalb des ersten (M1) und des zweiten (M1) Musters Salzsäure
verwendet wird.
Priority Applications (4)
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ID=6087280
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