NO120943B

NO120943B -

Info

Publication number: NO120943B
Application number: NO159099A
Authority: NO
Inventors: R Wilson
Original assignee: Motorola Inc
Priority date: 1964-08-26
Filing date: 1965-07-26
Publication date: 1970-12-28
Also published as: US3345210A; GB1038609A; USB392136I5; DE1540175B2; CH432628A; DE1540175A1; NL6510206A

Description

Tynnfilm-motstand og fremgangsmåte for fremstilling

av denne.

Denne oppfinnelse angår generelt elektriske motstander

og er særlig rettet mot en tynnfilm-motstand og en fremgangsmåte for fremstilling av denne.

Med den økende bruk av mikrokrets-teknikken, er det funnet nye anvendelser av tynnfilm-kretselementer. Konvensjonelle tynnfilm-kretser fremstilles ved å avsette eller påføre tynnfilm-motstander og

-kondensatorer på en passiv bærer, f.eks. glass eller keramikk, og deretter sammenkobling av fullstendige, pre-fabrikerte aktive komponenter med tynnfilm-elementene. Monolittiske integrerte kretser har aktive komponenter, og av og til også passive komponenter, som er laget i et halv-ledende krystall-element, og det finnes vanligvis et passiverende oksydlag på halvlederens overflate. Tynnfilm-kompon-

enter kan avsettes på utsiden av det passiverende lag og kan for-bindes med de aktive komponenter under dette lag. Den resulter-

ende konstruksjon er kjent som de såkalte kompatible integrerte .: kretser. Konvensjonelle tynnfilm-kretser og kompatible integrerte kretser kommer begge innenfor den mer omfattende klasse innretninger som er betegnet som integrerte kretsenheter (engelsk: integral circuit packages).

Ett av de forhold som må tas i betraktning under fremstilling av tynnfilm-elementer for integrerte kretsenheter, er den høytemperaturpåkjenning som opptrer etter at elementene er full-ført. Halvlederelementer blir ofte sammenføyet med bunnen eller underdelen i enheten ved temperaturer over 400°C. Flate enheter blir av og til forseglet ved temperaturer mellom 400° og 500°C. Fullstendige enheter blir undertiden utprøvet ved temperaturer opp til 500°C for undersøkelse av påliteligheten. Slike temperaturer kan bevirke store endringer i ubeskyttede tynnfilm-komponenter. F.eks. oksyderer nikkel i en nikkel/krom-motstand hurtig nok til at disse temperaturer bevirker en betydelig endring i motstandsverdi;en. Motstander fremstilt av nitridblandinger reagerer med nitrogen i den omgivende atmosfære ved høye temperaturer, og avstedkommer en til-svarende endring.

Disse effekter kan reduseres ved å belegge motstandsfilmen med et passiveringsmiddel, så som et oksydlag . Passiveringslaget virker som forsegling for de omgivende gasser, og under høytemperatur-eldingsforsøk har det vist seg at slike passiverte komponenter er mer stabile enn upassiverte komponenter. Imidlertid har det vært vanskelig å lage god ohmsk kontakt med en passivert motstandsfilm for integrerte kretser.

Hvis det blir etset hull gjennom passiveringslaget for å tillate metallisering av den underliggende film gjennom hullene, er det en stor mulighet for at filmen vil bli etset bort ved det av-dekkede område. Det er også en mulighet for at etsningen ikke vil gå fullstendig gjennom passiveringslaget, og således vil etterlate noe:_joksydmateriale som dekker det område hvor kontakt skal dannes med motstanden. Kontakt-metallet som deretter avsettes i hullene, kan ikke legere seg gjennom det gjenværende oksyd når det oppvarmes for å avstedkomme forbindelse eller vedheftning, og i dette tilfelle blir det ikke oppnådd god kontakt med motstanden. Selv om metallet trenger gjennom oksydet i tilstrekkelig grad til å danne en elektrisk tilfredsstillende kontakt, vil det ikke hefte godt til motstanden.

Følgelig er det et formål for denne oppfinnelse å skaffe

en tynnfilm-motstand fremstilt ved anvendelse av en fremgangsmåte for passivering og dannelse av kontakt med denne på en mer pålitelig måte enn de ovenfor beskrevne metoder.

Et annet formål for oppfinnelsen er å eliminere usikker-het ved etsning av et hull gjennom et passiveringslag på en tynnfilm-motstand, og derved å tilsikre at etsemiddelet vil fjerne hele passiveringslaget i et område hvor kontakt skal dannes, men ikke fjerne motstanden selv.

Nærmere bestemt angår således oppfinnelsen en tynnfilm-motstand som omfatter et underlagsmateriale som bærer en tynn film av resistivt ledende materiale med et metallisert kontaktområde på sin ene overflate, og de nye og særegne trekk ved tynnfilm-motstanden ifølge oppfinnelsen består i første rekke i at et beskyttende isolasjonsmateriale er anordnet på den nevnte ene overflate og ved at kontaktområdet strekker seg gjennom en åpning i det beskyttende isolasjonsmateriale, hvilket kontaktområde over og under det beskyttende isolasjonsmateriale har en diameter som er større enn diameteren av åpningen.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for fremstilling av slike tynnfilm-motstander hvor et forutbestemt kontakt-

område på en tynn film av resistivt ledende materiale blir metallisert forut for befestigelse av en kontaktleder, og den nye fremgangsmåte er i hovedsakenkarakterisert vedat motstandsfilmen og det metalliserte kontaktområde på denne belegges med et beskytt-

ende isolasjonsmateriale, at det etses fullstendig gjennom endel av belegget til det metalliserte kontaktområde for å danne en åpning og at motstandens kontaktområde metalliseres gjennom åpningen samt at likeledes endel av belegget nær åpningen metalliseres, slik at det blir dannet en kontakt for motstanden som strekker seg ti^overflaten av belegget. Med andre ord skjer det derfor en dobbelt metallisering for fremstilling av kontaktene på slike passiverte tynnfilm-motstander, hvor kontaktområdene blir metallisert før passiveringsoksydet blir avsatt, hvorefter det blir etset hull gjennom oksydet til de først metalliserte områder og endelig en annen metallisering blir utført for å bringe kontaktene opp over passiveringslaget. Det innledende eller foreløpige metalliseringstrinn forbedrer kontaktene fordi metallet blir avsatt på en forholds-vis uforurenset overflate av motstanden. Etsningen kan fortsette inntil noe av metallet på motstanden er fjernet for å tilsikre positiv

åpning av hull gjennom passiveringslaget uten å fjerne motstands-materialet. Således medfører det innledende metalliseringstrinn forbedret pålitelighet under fremstilling av kontakter på passiv-

erte tynnfilm-motstander.

Det henvises nå til tegningene, hvor

fig. 1 er en rekke delvise tverrsnitt som er forstørret

i forhold til naturlig størrelse, og viser forskjellige trinn i den dobbelte metalliseringsmetode for fremstilling av kontakter, og

fig. 2 er et delvis tverrsnitt, også i stor forstørrelse,

hvor det er vist en tynnfilm-motstand på hvilken det er dannet kontakter ved hjelp av fremgangsmåten ifølge fig. 1, hvilken motstand i dette tilfelle er anordnet på oversiden av oksyd-passiveringslaget i en integrert krets.

De fleste motstandsfilmer for integrerte kretser blir for tiden fremstilt av nikkel/krom-legeringer betegnet som "nichrome",

og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal beskrives som anvendt ved fremstilling av nikkel/krom-motstander. Det vil imidlertid være åpenbart at fremgangsmåten kan anvendes i forbindelse med tynnfilm-motstander av andre materialer, idet f.eks. tinnoksyd er et mulig alternativ. Eksempler på eksperimentmaterialer for tynnfilm-motstander er tantalkarbid, borsilicid, tinn-nitrid, molybden-

borid og kromsiliciummonoksyd. Disse materialer og beslektede materialer kan skaffes under betegnelsen "cermet". Den her be-

skrevne fremgangsmåte kan også anvendes ved motstander av disse blandinger.

Trinn A på fig. 1 viser en nikkel/krom-motstand 10 som er avsatt i form av en tynn film på en passiv bærer eller et underlag 11. Den passive bærer kan være glass, glasert keramikk eller uglasert keramikk. En aktiv bærer anvendes for kompatible integrerte kretser slik det senere skal beskrives i forbindelse med fig. 2. Tynnfilmer av nikkel/krom som er egnet for motstander kan avsettes ved hjelp av vakuumpådampning. Det utgangsmateriale som skal fordampes, fore-ligger i form av pellets inneholdende 75 - 80% nikkel og 20 - 25%

krom. Sammensetningen og dimensjonene av filmen bestemmer motstands-verdien. Filmtykkelser i området fra 250 - 1000 Ångstrøm er typiske.

I trinn B på fig. 1, er det avsatt en pute eller skive 12

av metall på et område av motstanden hvor det skal dannes en kontakt. Aluminium er sannsynligvis det mest tilfredsstillende kontaktmetall

for nikkel/krom-motstander på grunn av at en slik kontakt oppviser ohmske egenskaper og hefter tilfredsstillende til motstanden. Alu-

minium er kompatibelt eller kan brukes i forbindelse med de kon-

takt- og forbindelseskrav som blir stilt ved andre passive og aktive komponenter, slik at det kan brukes et fullstendig system basert på aluminium hvis det er ønskelig. Aluminiumskiven kan avsettes ved hjelp av vakuumpådampning gjennom en åpning i en maske.

Deretter blir et passiveringslag 13 dannet på den øvre

flate av konstruksjonen som vist ved C. Laget 13 kan være et enkelt oksyd, så som siliciumdioksyd eller aluminiumoksyd, eller et blandet oksyd, så som Al20.j.Si02 eller A^O^.B^^. Passi-

veringslag av disse og andre materialer kan avsettes ved hjelp av vakuumpådampning, påsprøyting eller gasspletteringsteknikk.

I trinn D på fig. 1 er det etset en åpning 14 gjennom passiveringslaget 13 ned til aluminiumsputen eller -skiven 12.

Åpningen kan lages ved hjelp av den velkjente maskerte etseteknikk,

under anvendelse av et fotoresistent materiale.

Det fotoresistente materiale kan påføres ved påbørsting, dypping, sprøyting, spinning eller en annen belegningsteknikk for å danne en film som dekker passiveringslaget 13. Denne film blir eksponert med ultrafiolett lys gjennom et negativt fotografisk mønster, og blir fremkalt for å fjerne det ueksponerte fotoresistente materi-

ale fra området 14, hvor hullet skal lages. Egnede fremkallere er methylethylketon, triklorethylen og "Kodak Photoresist" fremkaller.

Konstruksjonen blir så behandlet med en etseoppløsning som

kan være fluss-syre, en vandig oppløsning av ammoniumbifluorid, eller en blanding av ammoniumfluorid og fluss-syre. Disse etsemidler angriper oksyd-passiveringslaget 13, men fjerner ikke det fotoresistente materiale. Etsningen tillates å fortsette helt gjennom oksydet.

De ovenfor nevnte etsemidler angriper også aluminiumskiven 12, men

denne virkning er synlig og tjener i virkeligheten til å indikere når i ) etsningen bør avsluttes. Ved hjelp av denne indikasjon er det mulig å tilsikre at hullet 14 blir etset fullstendig gjennom laget 13, slik at det ikke blir noe gjenværende oksyd under kontaktmetallet som deretter blir anbragt.

Etter etsetrinnet blir det fotofølsomme eller fotoresist-

ente materiale fjernet ved å mykne dette ved hjelp av en av de oven/-

for nevnte fremkallere og deretter vasking.

Et annet metalliseringstrinn blir så utført for å bringe kontakten opp gjennom hullet 14 og over toppen av passiveringslaget,

som vist ved 15 i trinn E på fig. 1. Metalliseringen kan utføres ved vakuumpådampning og anvendelse av en annen fotoresistent film for i.

å bestemme metalliseringsmønsteret. I det sistnevnte trinn kan den maskeringsprosess som er beskrevet ovenfor anvendes.

Fordelene med den dobbelte metalliseringsmetode er

åpenbare ut fra den foregående beskrivelse. Da aluminiumskiven 12 avsettes direkte på en uforurenset overflate av motstanden 10,

blir det tilsikret god mekanisk og elektrisk kontakt med motstanden.

Ved etsning inntil etsemiddelet angriper skiven 12 vil det ikke

finnes noe avsatt oksyd der hvor den annen metallisering skjer.

Om ønskelig kan et metall anbringes over aluminiumskiven

12 før passiveringslaget 13 dannes for å avstedkomme en bedre in-

dikasjon av at hullet er ført gjennom oksydet. Det annet metall kan være et som reagerer på synlig måte med de ovenfor nevnte etse-

midler. Eksempler på egnede metaller er titan, nikkel, tinn og sink. Eventuelt kan et etsningsmotstandsyktig metall så som sølv, an-

bringes over aluminiumsskiven for å stoppe eller forsinke etse-

virkningen før denne når aluminiumsskiven.

Fig. 2 viser et eksempel på en tynnfilm-motstand og en

kompatibel integrert krets bare for å illustrere at den dobbelte metalliseringsmetode kan anvendes for fremstilling av motstander på en aktiv bærer. Tynnfilm-motstanden 21 er anbragt på toppen av et siliciumoksydlag 22 som dekker overgangssjiktene 23, 24 og 25 i en transistor i et halvleder-krystallelement 26. Motstanden er for-

bundet med basisområdet på transistoren ved hjelp av metallet 27

som er avsatt på metallet ved 28 og bringer motstandens kontakt 29

ut over passiveringslaget 30 for motstanden. Fremgangsmåten for fremstilling av kontakter til motstanden 21 er nøyaktig som beskrevet tidligere.

Claims

1. Tynnfilm-motstand omfattende et underlagsmateriale som bærer en tynn film av resistivt ledende materiale (1) med et metallisert kontaktområde (12,15) på sin ene overflate, karakterisert ved at det er anordnet et beskyttende isolasjonsmateriale (13) på den nevnte ene overflate og at kontaktområdet (12,15) strekker seg gjennom en åpning (14) i det beskyttende isolasjonsmateriale (13), hvilket kontaktområde (12,15) over og under det beskyttende isolasjonsmateriale (13) har en diameter som er større enn diameteren av åpningen (14). 2. Fremgangsmåte for fremstilling av tynnfilm-motstand ifølge

krav 1, karakterisert ved at motstandsfilmen og det metalliserte kontaktområde på denne belegges med et beskyttende isolasjonsmateriale, at det etses fullstendig gjennom en del av belegget til det metalliserte kontaktområde for å danne en åpning og at motstandens kontaktområde metalliseres gjennom åpningen samt at likeledes en del av belegget nær åpningen metalliseres slik at det blir dannet en kontakt for motstanden som strekker seg til overflaten av belegget.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved avsetning av aluminium på kontaktområdet på en filmmotstand av en nikkel/krom-legering.

4. Fremgangsmåte ifølge kravene 2 og 3, karakterisert ved belegning av film-motstanden og aluminiumbelegget eller aluminium-avsetningen med et siliciumdioksyd eller et aluminiumoksyd eller et annet blandet oksyd, f.eks. Al2 °3* B2 °3*