NL8900367A - Werkwijze voor het vervaardigen van ingekapselde geleiders. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het vervaardigen van < ingekapselde geleiders.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het vervaardigen van metallische geleiders, en meer in het bijzonder op een werkwijze voor het neerslaan van ingekapselde geleidende banen op een substraat.

Bij het vervaardigen van elektrische componenten zoals weerstanden, condensatoren en dergelijke, is het vaak noodzakelijk een elektrische verbinding tot stand te brengen met of tussen êên of meer aan het oppervlak van de component blootliggende klemmen, waarbij de klemmen in elektrische verbinding staan met functionele elementen van de in het lichaam van de inrichting begraven component. Bij wijze van voorbeeld, en zonder beperking, kan een condensator een keramische monoliet met een aantal begraven elektroden omvatten. De elektroden kunnen ruimtelijk gescheiden lippen omvatten die zich uitstrekken tot een oppervlak van de monoliet. Met een structuur zoals beschreven kan de capaciteit van de inrichting worden ingesteld door het elektrisch verbindingen van alle of minder dan alle van de lippen, teneinde een gewenste waarde te bereiken.

Vaak is het voor een gegeven elektrische component noodzakelijk om een veelvoud van dergelijke geleidende banen op een gegeven oppervlak van de component te vormen, . bijvoorbeeld om respectieve geleidende banen te vormen die de elektroden met tegengestelde polariteit van een condensator verbinden, of om discrete condensatoren binnen een enkele monoliet te vormen.

Het vormen van geleidende banen op het oppervlak van elektronische componenten wordt gecompliceerd door het feit dat het vaak noodzakelijk is dat de geleidende banen uit een reeks op elkaar geplaatste lagen bestaan. Bij wijze van voorbeeld is het vanwege factoren zoals migratie en chemische interactie noodzakelijk eerst een metallische laag aan te brengen die compatibel is met het materiaal van de lippen. Een dergelijk materiaal zal misschien niet een ideale geleider verschaffen, of het kan duur zijn, en bijgevolg is het nodig dat het in beperkte hoeveelheden wordt gebruikt. Teneinde de baan geschikt geleidend te maken, kan het naderhand nodig zijn een tweede, goed geleidend metaal aan te brengen dat niet nadelig zal reageren met de eerste aangebrachte laag maar dat niet in direct contact gebracht kon worden met de lippen. Daarna, teneinde de goed geleidende tussenlaag te beschermen tegen verschijnselen zoals oxydatie, kan het gewenst zijn om de tussenlaag te bedekken met een verdere laag die compatibel is met de andere lagen en bestand tegen oxydatie.

Het vormen van metallische geleidende banen door metaal-neerslagstappen zoals elektrolytisch bekleden, sputteren, en ion-neerslag, is welbekend. Tot dusverre maakte het vormen van geleidende banen met over elkaar geplaatste lagen, het gebruik noodzakelijk van meerdere maskers die in volgorde moesten worden aangebracht in overeenstemming met de breedte van de gewenste geleidende baan. Als het bijvoorbeeld gewenst is om een geleider aan te brengen die bestaat uit een aluminiumlaag die is ingekap-seld tussen bovenste en onderste passiverende wolfram-lagen, was de tot dusverre toegepaste procedure de elektronische component te maskeren met een eerste breed masker en een wolframlaag aan te brengen, het eerste masker te verwijderen en een smaller masker in overeenstemming met de neergeslagen wolframlaag te positioneren, een smallere band van aluminium binnen de opening van het tweede aangebrachte masker aan te brengen, het tweede masker te verwijderen en de inrichting opnieuw te maskeren met een derde masker met een grotere breedte dan het voor het aanbrengen van aluminium gebruikte masker, en het neerslaan van de bedekkende wolframlaag door het derde en bredere masker.

Zoals voor deskundigen duidelijk zal zijn, betekenen de stappen van het maskeren en opnieuw maskeren belangrijke problemen wat betreft nauwkeurigheid in masker-positie, in het bijzonder als bedacht wordt dat de grootste afmetingen van de elektronische componenten slechts fracties van een centimeter kunnen zijn.

Onderstaande octrooischriften hebben betrekking op metaal-neerslagmethoden van verschillende aard, maar verschaffen geen van alle een oplossing voor de bovengenoemde problemen: A) US-A-4.536.942 heeft betrekking op het vormen van een T-vormige elektrode door opeenvolgende gehoekte en loodrechte metaal-neerslagstappen.

B) US-A-4.580.331 leert hoek-verdamping van een aangebrachte foto-beschermingslaag om een gewenst patroon-effect te bereiken.

C) US-A-4.G24.041 beschrijft het gebruik van een masker met een thermisch stabiel elastisch membraan op zijn onder-oppervlak teneinde het verspreiden van door een ope-ning in het masker neergeslagen metaal te voorkomen.

D) US-A-4.171.234 beschrijft een werkwijze voor het vormen van een kristal met een gewenste epitaxiale kristal-groeifactor door gebruikmaking van molecuul-bundels die een hoek-oriëntatie bezitten ten opzichte van het doel-kristal.

E) US-A-4.330.932 beschrijft een werkwijze voor het vormen van een half-geleiderinrichting, omvattende het neerslaan van een dunne laag op een substraat door het eerste masker, het in de neergeslagen laag implanteren van een dotering, het daarna positioneren van een tweede masker over de gedoteerde lagen en het neerslaan van een elektrisch contact door het tweede masker.

F) US-A-4.410.401 beschrijft een materiaal-neerslag-stap waarbij de neerslaginrichting een sluiter omvat met een object-bedekkend gedeelte, waarbij de inrichting geschikt is om verontreinigingen te verwijderen door deze te verzamelen in een op het object-bedekkende gedeelte van de sluiter gevormde val.

G) US-A-4.060.427 beschrijft een methode voor het vormen van een geïntegreerde keten door een combinatie van ion-implantatie en diffusiestappen. Het proces omvat het neerslaan van eerste en tweede masker-vormende lagen op het substraat, het snijden van een smalle opening in het oppervlak dat het bovenste masker vormt, het vormen van een bredere opening in het oppervlak dat het onderste masker vormt teneinde een onder-snede te definiëren, het vormen van een eerste ion-implantatiegebied door het masker, en het daarna door diffusie vormen van een bredere laag die zich uitstrekt tot de begrenzingen van het ondergesneden gedeelte.

De onderhavige uitvinding kan worden samengevat als zijnde gericht op een werkwijze voor het aanbrengen van wederzijds inkapselende geleidende metallische banen.

Volgens de werkwijze van de uitvinding wordt een masker verschaft dat gekenmerkt is doordat het oppervlak van het masker in de nabijheid van het substraat breder is dan andere,, op afstand van het substraat gelegen gedeelte van het masker. Een eerste baan wordt neergeslagen door een vacuüm-neerslagstap hetgeen resulteert in het vormen van een baan waarvan de breedte correspondeert met de smalste afmeting van het masker. Daarna wordt een verdere metallische laag neergeslagen door een sputter-stap. Het sputter-proces resulteert in het vormen van een metallische laag die in breedte correspondeert met de breedste afmeting van het masker vanwege de tendens van door sputteren neergeslagen materialen om uit te spreiden. Op deze manier kunnen metallische lagen van verschillende breedten worden neergeslagen door een enkel masker dat niet bewogen hoeft te worden tot de neerslag voltooid is.

Het is aldus een doel van de uitvinding een werkwijze te verschaffen voor het vormen van geleidende banen met verschillende breedten door een enkel masker dat niet vervangen hoeft te worden tijdens de voor het vormen van de banen gebruikte neerslagstappen.

Fig. 1 toont een bovenaanzicht dat schematisch een elektronische inrichting weergeeft van het type waarbij de werkwijze van de onderhavige uitvinding nuttig kan worden toegepast.

De fig. 2 t/m 5 tonen schematische aanzichten die de progressieve stadia weergeven van het toepassen van de werkwijze samen met een substraat en een masker volgens de uitvinding.

Onder verwijzing naar de tekening is in fig. 1 een .typische elektronische inrichting getoond, bij wijze van illustratie een condensator 10. De condensator, die van het multi-laag keramisch type kan zijn, omvat een aantal elektroden van tegengestelde polariteit. Teneinde de condensator toe te passen in een elektrische keten, is het noodzakelijk elektrische verbindingen op de condensatoren te vormen die verschillende van de begraven elektroden van gelijke polariteit verbinden, waarbij de uiteinden geschikt zijn om in de keten gesoldeerd of op andere wijze bevestigd te worden.

In de in fig. 1 getoonde uitvoeringsvorm omvatten de elektroden van de condensator zich naar boven uitstrekkende lippen 11 die blootliggen op het bovenste oppervlak 12 van de condensator. Teneinde de condensator een nuttige elektronische inrichting te maken, moeten derhalve geleidende materialen over de lippen worden aangebracht.

Bij wijze van illustratie en zonder hiertoe beperkt te zijn, is het vaak noodzakelijk of gewenst dat de geleidende materialen bestaan uit meerdere lagen en in het bijzonder lagen die binnen andere lagen zijn ingekapseld.

Bij wijze van voorbeeld kunnen sommige metallische materialen, hoewel zij uitstekende geleidende eigenschappen verschaffen, niet op geschikte wijze aan het oppervlak van het keramiek hechten, en derhalve is het gebruik van dergelijke metalen als de initiële of'lip-rakende laag niet aan te raden. Weer andere metalen kunnen op geschikte wijze aan het keramiek hechten, maar bieden een onredelijk hoge weerstand. Extra factoren die in beschouwing moeten worden genomen bij het bepalen van de samenstelling van de gelei- dende banen, omvatten de neiging van bepaalde metalen om te reageren met het metaal waaruit de lippen bestaan, met als resultaat dat na verloop van tijd de verbinding tussen de geleider en de lip kan verslechteren. Nog een andere overweging is het feit dat bepaalde goed geleidende metalen, als zij zijn blootgesteld aan de omgeving, kunnen oxyderen, hetgeen de mogelijkheid verhindert om een effectieve uitwendige elektrische verbinding naar de metalen te verschaffen. Uit het voorgaande zal het duidelijk zijn dat het vanwege een aantal redenen bijzonder gewenst is om een nauwkeurig aanbrengen van over elkaar geplaatste geleidende banen met verschillende breedten mogelijk te maken zonder de noodzaak van herhaald te maskeren.

Onder verwijzing naar de fig. 2 t/m 5, is in fig. 2 een gedeeltelijke doorsnede van de condensator van fig. 1 getoond. Bij wijze van illustratie heeft een lip 11 een bovenste oppervlak 13 dat bloot ligt aan de bovenzijde 12 van de condensator. Teneinde de vorming van geleidende banen tot stand te brengen die de reeks lippen 11 met elkaar verbinden, is volgens de uitvinding een masker-orgaan 14 aangebracht dat bij voorkeur is vervaardigd van metaal. Het maskerorgaan 14 is boven de condensator 10 aangebracht, zodanig dat het over de boven-oppervlakken 13 van de door een geleidende baan te verbinden lippen ligt. .

Een kenmerkende eigenschap van het masker 14 bestaat uit de configuratie van de opening 15 waardoor metaal voor het vormen van de geleidende banen moet worden neergeslagen. Meer in het bijzonder omvat het masker een breed ingangs-gebied 16, een smal taillegebied gedefinieerd door tegenover. elkaar gelegen mesranden 17, en een breed basisgebied 18 bij het nabij de condensator gelegen oppervlak.

Zoals eerder opgemerkt, is de werkwijze van de onderhavige uitvinding gebaseerd op het gebruik van alternatieve neerslagprocessen hetgeen inherent resulteert in verschillende neerslagpatronen. Meer in het bijzonder wordt vertrouwd op het feit dat een op zich bekende sputtering- neerslagprocedure, die wordt uitgevoerd onder een druk van -2 -3 ongeveer 10 tot 10 torr, wordt gekenmerkt door het neerslaan van atomen via verstrooide wegen. In tegenstelling daarmee resulteert een vacuüm-neerslagproces, dat typisch wordt uitgevoerd in een meer geëvacueerde atmosfeer met -4 een druk in de orde van ongeveer 10 torr of minder, in een beweging van de atomaire deeltjes met een lange gemiddelde weg en dus in hoofdzaak vrij van verstrooiing.

Onder verwijzing naar fig. 3 wordt de gemaskeerde condensator onderworpen aan een initiële sputter-stap die resulteert in het neerslaan van metallische ionen, bij wijze van illustratie wolframatomen, langs een verscheidenheid van door de pijlen 19 gerepresenteerde hoek-wegen.

De in fig. 3 geïllustreerde neerslag-stap resulteert in het in overeenstemming met de lippen 11 op het oppervlak 12 vormen van een metallische laag 20 die in hoofdzaak het geheel van het brede basisgebied 18 vult. De configuratie van het masker, die breder is aan zijn onderste en bovenste oppervlakken maar smal in het middengebied tussen de mesranden 17, resulteert aldus in het vormen van de relatief brede metaalband 20 die bij benadering dezelfde breedte heeft als het basisgebied 18.

Na het neerslaan van de metaallaag 20 wordt de gemaskeerde condensator onderworpen aan een damp-neerslag-stap waarbij metallische deeltjes, bij wijze van illustratie aluminium, in de richting van pijlen 21 worden neergeslagen. Vanwege de in hoofdzaak lineaire en niet-ver-strooide neerslag-wegen die inherent zijn in de damp-neer-slagstap, zullen alleen die deeltjes door het masker passeren welke samenvallen met het gebied tussen de mesranden 17, waarbij deze deeltjes een smallere metaalband 22 vormen over de eerste neergeslagen metallische laag 20. Zoals blijkt uit fig. 4 bedekt de laag 22 alleen een centraal gedeelte van de eerste neergeslagen laag 20.

In fig. 4 worden het masker en het substraat opnieuw onderworpen aan een sputter-stap waardoor atomaire deeltjes in de richting van de pijlen 23 worden neergeslagen. Vanwege de verstrooide neerslag-richting, wordt deeltjesvormig materiaal neergeslagen in een bredere baan dan de tussen de mesranden 17 gedefinieerde opening, met als resultaat dat er een bedekkende laag 23 wordt gevormd, bij wijze van illustratie een laag van wolfram, over de laag 22 evenals over de niet door de laag 22 bedekte gedeelten van de laag 20. Aldus zal het duidelijk zijn dat er een tussen de bovenste laag 23 en de onderste laag 20 aangebrachte, ingekapsel-de laag 22 is gevormd, die was neergeslagen door de sputter-stap.

Hoewel de werkwijze volgens de uitvinding effectief kan worden uitgevoerd onder gebruikmaking van een verscheidenheid van masker-grootten, lijkt het gewenst sommige illustratieve waarden te verschaffen om de thans best be-bekende wijze om de uitvinding uit te voeren te demonstreren. Bevredigende resultaten zijn bereikt met een masker-dikte tussen 75 en 200 micrometer. De patroonbreedte moet tussen ongeveer 0,75 en ongeveer 1,5 maal de masker-dikte zijn. Gebleken is dat het gebruik van een te dik masker moet worden afgeraden aangezien het effectieve verschil tussen de twee metallisatie-processen onder dergelijke omstandigheden vermindert. In een illustratieve procedure die effectief is uitgevoerd, is een masker toegepast met een dikte van 100 micrometer, waarbij de patroon-opening op het smalste punt tussen de mesranden 17 ook 100 micrometer was en bij de breedste openingen (boven en onder) ongeveer 125 micrometer. Onder gebruikmaking van een dergelijk masker werden gesputterde wolframbanden gevormd met een breedte van ongeveer 125 micrometer, met op de onderste wolframband gecentreerd een door middel van een vacuüm-neerslagproces neergeslagen aluminiumband met een breedte van 105 micrometer.

Ook is empirisch vastgesteld dat de mesranden 17 niet exact in het midden van de dikte van het masker gelokaliseerd hoeven te zijn. Gebleken is dat de mesranden het meest effectief functioneren als zij zijn aangebracht binnen het gebied van 25% tot 50% onder de bovenste rand van het masker.

Hoewel het onderhavige proces is geïllustreerd in samenhang met het vormen van het bedekken van uiteinden en het elektrisch verbinden van bloot liggende lippen die zich uitstrekken van begraven elektroden binnen een keramisch substraat, zal eenvoudig worden ingezien dat een dergelijk gebruik van het proces op generlei wijze beschouwd moet worden op een beperkende manier. Het proces kan met nut worden toegepast in elk van een veelheid van situaties waarbij het gewenst is opeenvolgende metaallagen met verschillende breedten neer te slaan zonder de noodzaak van herhaald maskeren. Het elimineren van de stap van herhaald maskeren is van bijzonder belang bij de vervaardiging van kleine nauwkeurige elektronische onderdelen.

Door de onderhavige werkwijze is het mogelijk op eenvoudige wijze metalen neer te slaan met voor bepaalde toepassingen ideale eigenschappen. Bij wijze van voorbeeld kan een eerste laag worden gekozen vanwege zijn niet-reactiviteit en hecht-eigenschap aan het substraat. Een tweede laag kan worden gekozen vanwege zijn goede geleidbaarheid maar zonder acht te slaan op zijn oxydatie-bestendigheid, aangezien de tweede laag op eenvoudige wijze kan worden bedekt door een derde laag die zal dienen om de tweede laag te isoleren.

Verschillende in de techniek bekende apparaten kunnen worden gebruikt om de damp-neerslag en sputter-stappen tot stand te brengen. Zoals duidelijk zal zijn voor deskundigen op het gebied van het metalliseren, zal het specifieke gekozen neerslagapparaat in hoge mate afhangen van de grootte van het te bedekken object, het metaal dat moet worden neergeslagen, de gewenste produktiesnelheid, de hoeveelheid noodzakelijkerwijze neer te slaan metaal, en een veelvoud van dergelijke factoren. Ook kunnen verschillende variaties in details van de werkwijze worden aangebracht door deskundigen die met de onderhavige aanvrage bekend zijn. Dienovereenkomstig moet de uitvinding breed worden opgevat binnen het kader van de conclusies.

Claims (5)

1. Werkwijze voor het aanbrengen van over elkaar gelegen of ingekapselde metallische geleidende banen op een diëlektrisch substraat of dergelijke, omvattende: een stap van het verschaffen van een maskerorgaan met een bovenoppervlak en een onderoppervlak en een daardoor gevormde opening, welke opening een breed basisgedeelte heeft aan het onderoppervlak, en een tussen het bovenoppervlak en het onderoppervlak gelegen, ingesnoerd nekgedeelte waarvan de transversale afmeting minder is dan het basisgedeelte; het positioneren van het masker tegen een substraat waarbij het onderoppervlak in aanraking is met het substraat; het daarna neerslaan van een metaalpatroon door het masker door middel van een ion-neerslagstap teneinde daardoor een eerste metallisch patroon te vormen dat in hoofdzaak overeenkomt met de transversale afmeting in het vlak van het nekgedeelte van de opening; en het daarna neerslaan van metaal door de opening van het masker door middel van een sputter-procedure teneinde daardoor een tweede metaalpatroon te vormen in bedekkende relatie met het eerste metaalpatroon, waarbij het tweede metaalpatroon zich transversaal uitstrekt buiten het eer- · ste metaalpatroon en in hoofdzaak correspondeert met de afmetingen in het vlak van het basisgedeelte van de opening, waardoor het eerste metaalpatroon is ingekapseld onder het tweede metaalpatroon.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het eerste metaalpatroon wordt aangebracht over een eerder op het substraat door het masker neergeslagen metaalpatroon, welk eerdere metaalpatroon is aangebracht door middel van sputteren, waardoor de breedte van het eerdere metaalpatroon de breedte van het basisgebied benadert.

3. Werkwijzè voor het op een substraat vormen van over elkaar gelegen metalen gebieden van verschillende transversale afmeting, omvattende: de stap van het verschaffen van een masker met een daardoor gevormde opening, welke opening wordt gekenmerkt doordat gedeelten van de opening bij een onderoppervlak van het masker breder zijn dan andere gedeelten van de opening; het positioneren van het onderoppervlak van het masker tegen een substraat; het neerslaan van een eerste metaallaag over het substraat door een damp-neerslagstap door het masker teneinde een metallisch patroon te vormen dat in hoofdzaak correspondeert met de afmetingen in het vlak van genoemde andere gedeelten van de opening; en het neerslaan van een tweede metaallaag over het substraat door het masker zonder het masker van het substraat te verwijderen, door middel van een sputter-stap teneinde een metaalpatroon te vormen dat in hoofdzaak correspondeert met de afmetingen in het vlak van het basisgebied, in bedekkende relatie met de eerste laag.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, gekenmerkt door de stap van het sputter-neerslaan van een basismetaallaag op het substraat door het masker teneinde een metaalpatroon te definiëren op het substraat dat in hoofdzaak correspondeert met de afmeting in het vlak van het basisgebied, voorafgaand aan het neerslaan van de eerste en tweede metaallagen, waardoor een drie-lagenstructuur wordt gevormd waarbij de eerste metaallaag is ingekapseld tussen de basislaag en de tweede metaallaag.

5. -'Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de afmetingen van de opening in het masker bij het bovenoppervlak groter zijn dan de afmetingen van genoemde andere gedeelten van het masker.