DE2948253C2 - Elektronische Dünnschichtschaltung - Google Patents

Elektronische Dünnschichtschaltung

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DE2948253C2 DE19792948253 DE2948253A DE2948253C2 DE 2948253 C2 DE2948253 C2 DE 2948253C2 DE 19792948253 DE19792948253 DE 19792948253 DE 2948253 A DE2948253 A DE 2948253A DE 2948253 C2 DE2948253 C2 DE 2948253C2
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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.
Beispiel 1
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.
Beispiel 2
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.
Beispiel 3
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)

Patentansprüche:
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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