DE3034175C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung chemisch ab­ scheidbarer, elektrisch leitfähiger Schichten.

Derartige galvanisch oder chemisch stromlos abgeschiedene Schich­ ten sind entweder Metallschichten oder Metallegierungsschichten und werden in vielen technischen Bereichen angewandt.

Mit Hilfe der galvanischen und/oder der sogenannten stromlosen (chemischen) Metallabscheidung werden verschieden zusammengesetzte Schichten auf einer Reihe von Trägermaterialien, Halbzeugen, Bau­ teilen und Fertigprodukten abgeschieden um z. B. vor Korrosion zu schützen, die Verschleißfestigkeit zu steigern, das Aussehen zu verbessern, bestimmte Verbindungstechniken (Löten, Schweißen, Bon­ den) zu ermöglichen oder elektronische Bauelemente zur Erfüllung bestimmter Aufgaben zu verwirklichen. Bei all diesen Anwendungen hängen die gewünschten Eigenschaften mehr oder weniger stark von der erreichten Dicke der abgeschiedenen Schicht ab bzw. stellen sich erst ab oder bei einer bestimmten Schichtdicke ein. Zumin­ dest aus wirtschaftlichen Gründen wird daher immer eine den Anforderungen gerade genügende Schichtdicke angestrebt. Der Unter­ schied zwischen unbedingt erforderlicher und wirtschaftlich gün­ stigster also geringster Schichtdicke wird umso kleiner je zu­ verlässiger und genauer sich bei einem Beschichtungsverfahren die Schichtdicke einstellen läßt.

Die Herstellung einer bestimmten Schichtdicke ist möglich, entwe­ der bei der erstmaligen Abscheidung der Schicht, beispielsweise durch Messen einer Abscheidungszeit, oder durch weitere Verfahren wie beispielsweise Nachbeschichtung bzw. Abtragung der Schicht.

Die Erfindung betrifft insbesondere elektrisch leitende Schichten, die zur Herstellung elektronischer Bauteile und/oder Baugruppen benötigt werden. An derartige Schichten, beispielsweise bei so­ genannten bekannten Dünnschicht-Schaltungen, werden besonders hohe Anforderungen bezüglich ihrer Eigenschaften gestellt. So bewirkt beispielsweise eine geringe Änderung der Schichtdicke eine derar­ tige Änderung eines elektrischen Widerstandes, daß eine an sich genau arbeitende Baugruppe unbrauchbar wird.

Bei der galvanischen und chemisch stromlosen Metallisierung wird die gewünschte Schichtdicke in der Regel auf der Basis von Eich­ kurven über die Abscheidungszeit eingestellt. Das macht aber die peinlich genaue Einhaltung aller übrigen Verfahrensbedingungen er­ forderlich, die zum Teil einen erheblichen Einfluß auf die Abschei­ dungsraten haben, wie z. B. Konzentration der Elektrolytkomponenten, Bewegung, Temperatur und pH-Wert des Elektrolyten, Stromdichte und Oberflächenbeschaffenheit der Substrate. Eine Nachbeschichtung ist - wenn überhaupt möglich - schwierig, da sie oft mit einer unge­ wünschten Änderung der Schichteigenschaften verbunden ist. Ähnliche Einschränkungen gelten für eine Änderung zu dicker Schichten z. B. durch mechanische, chemische oder elektrochemische Abtragungsver­ fahren. Besonders schwierig gestalten sich Schichtdickenänderungen bei elektronischen Schichtbauelementen, deren elektrische Eigen­ schaften sich bereits bei kleinen Schichtdickenschwankungen sehr stark ändern. Darüber hinaus können - je nach Material und Herstel­ lungsverfahren - Passivschichten mit vorteilhaften z. B. korrosions­ schützenden Eigenschaften entstehen, die bei einer erforderlichen Schichtdickenänderung zerstört werden. Ein geläufiges Beispiel für ein elektronisches Schichtbauelement ist ein Dünnschichtwiderstand. Wird bei einer derartigen Widerstandsschicht die Schichtdicke le­ diglich um 1% verringert, so erhöht sich dadurch der elektrische Widerstandswert annähernd um ebenfalls 1%. Wird der Dünnschicht­ widerstand durch chemisch stromlose Abscheidung einer Nickel-Phos­ phorschicht hergestellt, bildet sich je nach Spül- und Trocknungs­ bedingungen eine sogenannte Passivschicht, die eine sehr geringe Alterung dieser Dünnschichtwiderstände gewährleistet. Bei einem nachträglichen Trimmvorgang z. B. durch mechanische oder naßchemi­ sche Abtragung wird diese Passivschicht zerstört und damit die Alte­ rungsbeständigkeit der Widerstände verschlechtert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren an­ zugeben, bei dem bereits bei der erstmaligen Abscheidung einer Schicht eine derartige Schichtdicke erreicht wird, daß Verfahren zur Änderung der Schichtdicke überflüssig werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausbildungen des Verfahrens sowie eine Verwendung der abgeschiedenen Schicht sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß lediglich die Stoffmenge abgeschieden wird, die für den jeweiligen Anwendungs­ zweck benötigt wird. So wird beispielsweise bei einer als Korro­ sionsschutz wirkenden Goldschicht eine unnötig dicke Schicht ver­ hindert, so daß erhebliche Materialeinsparungen möglich sind.

Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß beispielsweise bei der Her­ stellung elektronischer Dünnschichtschaltungen während des Abschei­ dens der erforderlichen Schichten die elektrischen Eigenschaften, z. B. Widerstand, Induktivität, Kapazität, der entstehenden Bauele­ mente, z. B. Schichtwiderstände, gemessen werden, so daß die Abschei­ dung einer Schicht dann abgebrochen wird, wenn das entstandene Bau­ element, z. B. ein Schichtwiderstand, die gewünschte Eigenschaft, z. B. einen bestimmten Widerstandswert, erreicht hat. Bei derart her­ gestellten Dünnschichtschaltungen wird der Platzbedarf einzelner Bau­ elemente erheblich vermindert, da abgleichbare, im allgemeinen großflächige, geometrische Strukturen einzelner Bauelemente nahezu überflüssig werden. Bei derartigen Dünnschichtschaltungen ist daher eine hohe Packungsdichte elektronischer Bauelemente möglich, so daß raumsparende elektronische Baugruppen bzw. Geräte ermöglicht werden. Ein dritter Vorteil besteht darin, daß das erfindungsgemäße Verfah­ ren die Herstellung von Dünnschichtschaltungen mit eng tolerierten elektronischen Bauelementen ermöglicht. Derartige Schaltungen benö­ tigen im allgemeinen keinen Abgleichvorgang, um eine gewünschte elektrische Eigenschaft, beispielsweise eine bestimmte Übertragungs­ funktion, einzustellen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein elektronisches Bauelement zur Erläuterung des Verfahrens,

Fig. 2 eine Meßkurve zur Bestimmung der Dicke einer abgeschiedenen Schicht.

Zur erfindungsgemäßen Herstellung des in Fig. 1 beispielhaft dar­ gestellten einzelnen elektronischen Bauelements 1, einem aus einer Nickel-Phosphor-Schicht von 100 nm Dicke bestehenden Schichtwider­ stand, werden zunächst auf einem Substrat 2, z. B. Aluminiumoxid­ keramik mit 99,5% Al₂O₃, nach bekannten Subtraktiv- oder Semi­ additivverfahren Stromleitungen 3 aus Kupfer aufgebracht. Anschlie­ ßend wird mit Hilfe bekannter Fotolack-Maskierungstechnik ein schraffiert dargestellter Bereich derart abgedeckt, z. B. zusätz­ lich noch mit einer Galvanoresistfolie, daß lediglich die Bereiche des Bauelementes 1 sowie der Kontaktflächen 4 der Stromleitungen 3 unbedeckt bleiben. In anschließenden Verfahrensschritten wird das Substrat 2, mit Hilfe der beschriebenen Maskierungstechnik, ledig­ lich im Bereich des Bauelementes 1 bekeimt, z. B. nach einem bekann­ ten Zinnchlorid/Palladiumchlorid-Verfahren, und an den Kontakt­ flächen 4 beispielsweise Zuleitungen 5 befestigt die zu einem nicht dargestelltem Meßgerät führen. Das derart vorbehandelte Substrat 2 wird nun bis zu der Linie 6 in ein chemisch stromlos arbeitendes Nickel-Phosphor-Bad eingetaucht, so daß im Bereich des Bauelementes 1 eine Abscheidung einer Nickel-Phosphorschicht beginnt, die den ge­ wünschten Schichtwiderstand erzeugt. Mit Hilfe des Meßgerätes, in diesem Falle beispielsweise ein Widerstandsmeßgerät werden die elek­ trischen Eigenschaften des Bauelementes 1 überwacht, während dessen Herstellungsvorganges, der bei Erreichen eines gewünschten Meßwer­ tes abgebrochen wird. In weiteren an sich bekannten Verfahrens­ schritten wird der derart hergestellte Schichtwiderstand von Resten des Abscheidungsbades gereinigt, getrocknet, eventuell getempert und derart bearbeitet, daß er beispielsweise in elektronische Bau­ gruppen einsetzbar wird.

Aus dem bisher beschriebenen Verfahren geht hervor, daß die Ge­ nauigkeit des hergestellten Schichtwiderstands lediglich von der Meßgenauigkeit des verwendeten Meßgerätes abhängt. Werden als Meßgerät beispielsweise Indukti­ vitäts- oder Kapazitätsmesser verwendet, so ist auch die Herstellung von Bau­ elementen mit den entsprechenden elektrischen Eigenschaften mög­ lich.

Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Vielzahl derartiger Bauelemente gleichzeitig an verschiedenen Meßstellen zu messen, beispielsweise in einem Multiplexbetrieb, wodurch die Herstellung eines Substrates ermöglicht wird, auf dem eine Vielzahl derartiger Bauelemente, beispielsweise Schichtwiderstände, Schichtkondensatoren, vorhan­ den sind. Eine mögliche Beeinflussung des Abscheidungsvorganges durch das Meßgerät, z. B. ein dem Bauelement zugeführter Strom, wird dadurch verhindert, daß beispielsweise kurze Meßzeiten von einer Sekunde gewählt werden, die im Abstand von einer Minute wie­ derholt werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sind während eines Ab­ scheidevorganges einer Schicht auch deren nichtelektrische Eigen­ schaften bestimmbar, wie beispielsweise die Dicke der Schicht. Der­ artige Eigenschaften sind wichtig beispielsweise bei dem eingangs erwähnten Korrosionsschutz. Wird bei einem gemäß Fig. 1 dargestell­ ten Bauelement 1, einem Schichtwiderstand, während des Abscheidens in kurzen Zeitabständen der elektrische Widerstand gemessen, so ist die Dicke d der abgeschiedenen Schicht bestimmbar, beispiels­ weise anhand der in Fig. 2 dargestellten Meßkurve 21, die einem bestimmten Abscheidungsbad zugeordnet ist.

In Fig. 2 ist auf der Abzisse der Kehrwert S = 1/d der Dicke d auf­ getragen während die Ordinate den elektrischen Widerstand R einer abgeschiedenen Einheitsfläche zeigt. Der Zusammenhang zwischen dem Widerstand R und dem Kehrwert S wird durch die Meßkurve 21 dargestellt, die durch entsprechende Vorversuche ermittelbar ist.

Ein gemäß Fig. 1 dargestelltes Bauelement ist daher z. B. zur Be­ stimmung der Dicke einer Korrosionsschutzschicht geeignet, unab­ hängig von dem zu beschichtenden Gegenstand bzw. Substrat sowie dem gewählten Abscheidungsverfahren, denn ein gemäß Fig. 1 dar­ gestelltes Bauelement ist beispielsweise mit einem metallischen Körper kontaktierbar, der galvanisch beschichtet wird. Ein durch den verwendeten Elektrolyten auftretender Parallelwiderstand wird beispielsweise rechnerisch berücksichtigt.

Werden mehrere übereinanderliegende Schichten abgeschieden, so ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung beschriebener Eigen­ schaften geeignet, die der gesamten Schicht bzw. den einzelnen Schichten zugeordnet werden.

Das beschriebene Verfahren ist ebenfalls auf eine oder mehrere Meßstellen anwendbar, die auf der abzuscheidenden Schicht gebil­ det werden. Beispielsweise wird auf einem mit einer Korrosions­ schutzschicht zu überziehenden Gegenstand mit Hilfe eines bekann­ ten Maskierungsverfahrens mindestens eine geometrische Form ausge­ bildet, auf die das beschriebene Verfahren anwendbar ist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung chemisch abscheidbarer, elektrisch leitfähiger Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Abscheidevorganges einer Schicht mindestens eine ihrer elektrischen Eigenschaften gemessen wird und daß der Abscheidevorgang beendet wird, wenn ein vorbestimmbarer, einstellbarer Wert mindestens einer der elektrischen Eigenschaften erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische Eigenschaft der elektrische Widerstand oder die elektrische Leitfähigkeit, die Induktivität, die Kapazität oder der komplexe Widerstand der Schicht gewählt werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei übereinanderliegende Schich­ ten abgeschieden werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine elektrische Eigenschaft an mindestens einer Meßstelle gemessen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der abgeschiedenen Schicht als Meßstelle ausgebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus gemessenen elektrischen Eigenschaften mechanische und/oder geometrische Eigenschaften der Schicht bestimmt werden.

7. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsanordnung, deren elek­ tronische Bauelemente vorherbestimmbare, einstellbare Eigenschaf­ ten besitzen.