DE2948253C2 - Elektronische Dünnschichtschaltung - Google Patents
Elektronische DünnschichtschaltungInfo
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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:
1. In den Steckkontakten zur Einspeisung der
Betriebsspannungen, die innerhalb des zweiten Musters vorgesehen sein können, entstehen hohe
Übergangswiderstände.
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.
3. Da die Oberfläche der Metalloxidschicht innerhalb
beider Muster weder bond- noch lötfähig ist, können llalbleitcrelemente. 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 Dünnschichtschaltung sind in der Zeichnung dargestellt und
in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 die potentiodynamisch aufgenommene U/I-Kennlinie einer
ln2O3-Schicht mit einem Flächenwiderstand von ca.
20 n\D in 2 η H2SO4, F i g. 2a bis 2d eine in Herstellung
begriffene elektronische Dünnschichtschaltung gemäß der Erfindung im Schnitt, Fig. 3 ein erstes Anwendungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen elektronischen Dünnschichtschaltung, F i g. 4 ein zweites Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektronischen Dünnschichtschaltung,
F i g. 5 ein drittes Anwendup.jsbeispiel 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
In2O3- 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-SdIiClU mit einem
Rächenwiderstand von ca. 20 Ω/Ο in 2 η H2SO4. Daraus
ist ersichtlich, daß bei einem Potential von etwa — 600 mV, gemessen gegen eine 3,5 η Kalomelelektrode,
die Reduktion des In2Oj beginnt (siehe Teil 1 der
Kennlinie). Beim Rücklauf wird das gebildete Indium wieder oxid: ?rt (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 I^Oj-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
ln2O3-Schichten etwa zur Hälfte elektrochemisch
reduziert werden.
Die Anwendung des beschriebenen galvanischen Verfahrens zur Herstellung einer elektronischen Dünnschichtschaltung
mit Strukturen aus Gold und InA auf Glas ist schematisch in F i g. 2 dargestellt. Das mit einer
ln2Oj-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 M2, die mit Gold verstärkt werden
sollen, freigelegt. In diesen Bereichen M2 wird dann das
In2Oj der Schicht 4 partiell elektrochemisch reduziert,
und zwar mit einer kathodischen Stromdichte von 0,5 bis 5 mA/cm2. Dabei bil hi sich die Schicht 8 (F i g. 2b).
Die Bihandlungszeit beträgt in einem Elektrolyten, der 50 g/l (NHi)2SO4 und 50 g/l Di-Ammoniumhydrogencitrat
enthält, 30 bis 240 Sekunden. Der näch.ne Verfahrensschritt ist die galvanische Abscheidung dtr
aus Gold bestehenden metallischen Verstärkungsschicht 9 (F i g. 2c), wobei reines Gold (ca. 1 bis 3 μπι) aus
einem citratgepufferten Bad abgeschieden wird. Durch eine Zweitbelichtung und Entwicklung wird nun die
Photolackschicht 6 von allen Bereichen entfernt, die 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 In2O3-Schicht 4 mit HCl bei ca. 6O0C
geätzt (Fig.2d). Das so auf der In2O3-Schicht 4 im
Bereich des zweiten Musters M2 aufgebaute Schichtsystem
8, 9, ist für die Anv/endung der Ultraschall-Bondtechnik gut geeignet.
Weitere geeignete Elektrolyte für die Reduktion der ln2O3-Schicht 4 sind z. B. 2 η Schwefelsäure und O,5°/oige
Citronensäurelösung.
Anhand folgender Anwendungs^ispiele soll das Herstellungsverfahren und einige Einsatzmöglichkeiten
erfindungsgemäßer Dünnschichtschaltuiigen beschrieben
werden.
In diesem Beispiel (vgl. F i g. 3) dient die Vergoldung 11 nur der Verringerung des Kontaktwiderstandes in
den Zuleitungen 12a bis \2g zu 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 (NH4J2SO4. 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.
IITi Unterschied zu Beispiel 1 sollen hier nicht nur die
Kontaktflächen, sondern auch die Zuleitungen 12a bis 12g· (Fig.4) vergoldet werden. Ein weiterer Unterschied
besteht im Reduktionsbad, das hier aus 50 g/l (NH4)2SO4 und 50 g/1 Di-Ammoniumhydrogencitrat
besteht. Da dieses Bad ähnliche Komponenten enthält wie das Vergoldungsbad, kann die Zwischenwässerung
entfallen. Vergoldung und weitere Verarbeitung dor elektronischen Dünnscnichtschaltung erfolgen gleich
wie hl 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 Bonr'draht 15 aus
Gold stellt eine leitende Verbindung zwischen LED-Chip 14 und vergoldeter Zuleitung 9 her. Um den
LED-Chip 14 und den Ponddraht 15 zu schützen, werden beide mit einem Tropfen 16 aus Silikonharz
abgedeckt. Bei der vorgesehenen Anbringung der
weitere Komponenten, wie /.. B. Glühlampen, in die
Anordnung eingelötet werden.
Die erfindungsgemäße elektronische Dünnschicht
schaltung 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 /u 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 Halbleiter bauelemente wie integrierte Schaltungen auf das
Glassubstrat aufgesetzt und kontaktiert werden.
F.inc Kombination all dieser Beispiele führ! 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 Dünnschichtschaltung mit einer aus einem Isoliermaterial bestehenden Substratplatte
(5) und mit einer die Substratplatte (5) teilweise bedeckenden elektrisch leitfähigen Metalloxidschicht
(4), die ein erstes (Mt) und ein zweites (M2) Muster bildet, wobei diese beiden Muster (Mu M2) an
mindestens einer Stelle zusammenhängen und das erste Muster (Mt) Schaltungselemente der elektronischen
Dünnschichtschaltung und das zweite Muster (Mt) Leiterbahnen und/oder Anschlußkontakte
definiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidschicht (4) im Bereich des zweiten
Musters (Mi) eine Schicht (£) aus demjenigen Metall
crägt, aus dem das Metalloxid der Metalloxidschicht (4) gebildet ist.
2. Elektronische Dünnschichtschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die
Schicht (S) °ine 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
(M1) reduziert ist.
4. Elektronische Dünnschichtschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schicht (8) eine im Bei iich de-, zweiten Musters (M2)
auf die Metalloxidschicht (4) aufgewachsene, vor- 3s
zugsweise auf ihr galvanisch at geschiedene 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 bo Substratplatte (5) zuerst die Metalloxidschicht (4) als
durchgehende Schicht aufgebracht wird, daß dann die Metalloxidschicht (4) mit einer Photolackschicht
(6) gan/flächig belegt wird, daß dann die Photolack-"tchicht
(6) durch Belichten ufrd Entwickeln im M Bereich des zweiten Musters (Mi) entfernt wird, daß
dann die Metalloxidschicht (4) im Bereich des /weiten Musters (Mi) 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 (Mt) verbliebenen Teile der Pi.otolackschicht
(6) entfernt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (8) durch partielle
Reduktion des Matalloxids der Metalloxidschicht (4) in einem (NH4J2SO4 und Di-Ammoniumhvdrogencitrat
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)2 enthält.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abätzen der
Metalloxidschicht (4) im Bereich außerhalb des ersten (M,) und des zweiten (M1) Musters Salzsäure
verwendet wird.
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