DE3312725A1

DE3312725A1 - Bond- und loetbare duennschichtleiterbahnen mit durchkontaktierungen

Info

Publication number: DE3312725A1
Application number: DE19833312725
Authority: DE
Inventors: Virinder Dr.-Ing. 8017 Ebersberg Grewal; Werner 8025 Unterhaching Reindl; Thomas 8900 Augsburg Wagner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-04-08
Filing date: 1983-04-08
Publication date: 1984-10-11

Description

Bond- und lötbare Dünnschichtleiterbahnen mit Durchkon-
taktierunqen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von partiell bond- und lötbaren Dünnschichtleiterbahnen mit Durchkontaktierungen, die zusammen mit Bauelementen auf einem als Träger dienenden, elektrisch nicht leitenden Substrat in der Form einer integrierten Schicht bzw.
Hybridschaltung aufgebracht sind, wobei nach dem Aufbringen im Vakuum eine Haft- bzw. Widerstandsschicht, eine Leitschicht aus Kupfer und eine Schutzschicht aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierung vorliegen. Ein derartiges Schichtaufbau ist bereits durch die DE-OS 31 07 943 als Verfahren zur Herstellung von lötbaren und temperfähigen edelmetallfreien Dünnschichtleiterbahnen bekannt.
Bond- und lötbare Dünnschichtleiterbahnen mit Durchkontaktierungen werden nach bislang bekannten Verfahren durch Aufdampfen bzw. Aufstäuben von TiPdCu bzw. TiCu und Galvanisieren mit CuNiAu (GB-PS 1 527 108, DE-OS 2 108 730) oder CuAu (DE-AS 25 22 944) hergestellt.
Die nach der zitierten Patentliteratur hergestellten Dünnschichtleiterbahnen haben relativ dicke galvanisch abgeschiedene Kupferschichten, die bei höheren Temperungen () 300°C) zu erheblicher Oxidation an den Flanken führen.
Deshalb sind diese Schichtkombinationen für Anwendungen dieser Art nicht gut geeignet.
In den genannten drei Verfahren ist die selektive Ätzbarkeit zwischen einer der aufgedampften Schichten und den galvanisch abgeschiedenen Schichten (Kupfer auf Kupfer bzw. Gold auf Gold) nicht gewährleistet.
Die zitierten Verfahren haben außerdem den Nachteil, daß das gesamte Leiterbahnsystem mit dicken galvanischen Schichten verstärkt werden muß um einen niederen Widerstand zu erreichen. Dies führt aber zu einem erhöhten Edelmetallverbrauch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs definierte Verfahren zur Herstellung von partiell bond-und lötbaren Dünnschichtleiterbahnen mit Durchkontaktierungen zu entwickeln, das folgende Anforderungen erfüllen soll: - Einfache und kostengünstige Herstellung - Temperfähigkeit (200° - 400°C) - Bondbarkeit durch Thermokompression oder Thermosonic mit Golddrähtchen - Zuverlässige Durchkontaktierungen - Lösbarkeit - Korrosionsbeständigkeit - Niederer Widerstand.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nach dem Entfernen der Schutzschicht eine gut galvanisierbare Oberfläche freigelegt und anschließend galvanisiert wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht die zu galvanisierende Oberfläche vorzugsweise aus einer dünnen Kupfer/Aluminium-Bronze-Schicht. Dadurch wird eine Kupferdiffusion in die darüberliegende Goldschicht bzw. Nickel-Goldschicht stark herabgesetzt. Deshalb kann auch nach Temperbehandlungen (200°C bis 400°C) gut mit Golddrähtchen gebondet werden.
Erfindungsgemäß entsteht die Kupfer/Aluminium-Bronze- Schicht durch Wärmebehandlung in Luft bei 2000 bis 30000.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die galvanische Schicht aus vorzugsweise Gold bzw.
Nickel/Gold. Diese Schichten sind sehr gut bondbar.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Schaltungen bei 2000 bis 40000 20 Stunden bis 0,5 Stunden getempert. Der Schichtaufbau nach der Erfindung hält diesen Temperaturbeanspruchungen stand.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die im Vakuum abgeschiedene Leitschicht aus Kupfer und die darüber liegende Schutzschicht aus Aluminium ausgezeichnet selektiv gegenüber den galvanisch abgeschiedenen Schichten aus Gold und Nickel/Gold ätzbar sind. Da nur an den Durchkontaktierungen, Bond- und Lötstellen galvanisiert wird, ist der Edelmetallverbrauch auf ein Minimum reduziert.
Die Kupferleiterbahnen werden während den#Temperaturprozessen durch die Aluminium-Schutzschicht gegen Oxidation geschützt.
Es ist weiterhin ein Vorteil der Erfindung, daß dieses Verfahren natürlich auch bei Spezialanwendungen, zum Beispiel Mikrowellenschaltungen, eingesetzt werden kann, die zusätzlich zu den Bond- und Lötkontakten auch galvanisch verstärkte Leiterbahnen erfordern.
Die Erfindung wird anhand einer Figur erläutert, die einen Ausschnitt einer Dünnschichtleiterbahn im Schnitt zeigt. Nach dem Ausführungsbeispiel wird nur partiell galvanisiert.
In dieser Darstellung ist ein Substrat mit 1, eine-Haft-bzw. Widerstandsschicht mit 2, eine Leitschicht aus Kupfer mit 3, eine Kupfer/Aluminium-Bronze-Schicht mit 4, eine Schutzschicht aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierung mit 5, eine Gold- bzw. Nickel/Gold-Schicht an Durchkontaktierungen mit 6, eine Bondstelle mit 7 und eine Lötstelle mit 8 bezeichnet.
Ein typischer Verfahrensablauf zur Herstellung von partiell bond- und lötbaren Dünnschichtleiterbahnen mit Durchkontaktierungen nach der Erfindung geht zum Beispiel folgendermaßen vor sich: Auf einem Substrat 1 aus Isoliermaterial, wie zum Beispiel Keramik oder Glas, werden im Vakuum eine Haft- bzw.
Widerstandsschicht 2, eine Leitschicht aus Kupfer 3 und eine Schutzschicht aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierung 5 aufgebracht. Danach wird eine Kupfer/Aluminium-Bronze-Schicht 4 durch Wärmebehandlung in Luft bei 2000 bis 3000C erzeugt. Darauf folgt ein erster Fotoprozeß für die Galvanisierung von Durchkontaktierungen 6 für die Bond- 7 bzw. Lötstellen 8. Nach einem selektiven Entfernen der nicht in eine Kupfer/Aluminium-Bronze-Schicht übergegangenen Aluminiumschicht wird durch anschließendes Galvanisieren auf der Kupfer/Aluminium-Bronze-Schicht durch Abscheiden einer Gold bzw. Nickel/Gold-Schicht an Durchkon taktierungen 6, Bond- 7 und Lötstellen 8 die Durchkontaktierung erzeugt. Daran schließt sich ein zweiter Fotoprozeß an, der entfallen kann, wenn keine partielle bond-und lötbare Leiterbahnen erforderlich sind. Anschließend wird die Leiterbahnschicht aus Aluminium und Kupfer und die eventuell darunterliegende Haftschicht geätzt. Danach folgt ein dritter Fotoprozeß, um die Struktur der Widerstände zu ätzen. Abschließend werden die freigelegten Widerstände einer Stabilisierungstemperung (250° bis 400°C) unterworfen. Zum Schluß folgt das Hybridieren (Bonden, Löten), und zwar speziell auf den Anwendungsfall zugeschnitten.
Wenn keine partielle bond- und lötbare Leiterbahnstellen erforderlich sind, kann das Leiterbahnnetz auch ganzflächig galvanisch verstärkt werden Dadurch sind nur noch zwei Fotoschritte erforderlich.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von partiell bond- und lötbaren Dünnschichtleiterbahnen mit Durchkontaktierungen, die zusammen mit Bauelementen auf einem als Träger dienenden elektrisch nicht leitenden Substrat in der Form einer integrierten Schicht- bzw. Hybridschaltung aufgebracht sind, wobei nach dem Aufbringen im Vakuum eine Haft- bzw. Widerstandsschicht, eine Leitschicht aus Kupfer und eine Schutzschicht aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierung vorliegen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß nach dem Entfernen der Schutzschicht eine gut galvanisierbare Oberfläche (4) freigelegt und anschließend galvanisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die zu galvanisierende Oberfläche (4) vorzugsweise aus einer dünnen Kupfer/Aluminium-Bronze-Schicht besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kupfer-Aluminium-Bronze-Schicht (4) durch Wärmebehandlung in Luft bei 2000C bis 3000C entsteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die galvanische Schicht (6-8) aus gut bondbarem Material besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die galvanische Schicht (6 - 8) vorzugsweise aus Gold bzw. Nickel/Gold besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltungen bei 2000 bis 40000 20 Stunden bis 0,5 Stunden getempert werden.