SE467811B - Saett att aastadkomma oeverlagrade eller inkapslade metalliska ledningsbanor - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 skikt. som är kompatibelt med materialet i de nakna anslut- ningarna. Ett dylikt material kanske ej utgör en ideal ledare, eller kan vara dyrbart, så att man vill använda det i begrän- sade kvantiteter. För att göra banan lämpligt ledande kan det därför vara nödvändigt att pålägga en andra. kraftigt ledande f metall, som ej reagerar skadligt med det första pålagda skik- tet, men som ej kan tillåtas ge direkt kontakt med anslutning- s arna. För att sedan avskärma det kraftigt ledande mellanskik- tet från effekter såsom oxidation kan man vilja övertäcka mellanskiktet med ännu ett skikt, som är kompatibelt med de andra skikten och motståndskraftigt mot oxidation.

Bildande av metalliska ledningsbanor genom sådana metallpå- läggningssteg som elektroplätering, sputtring och jonpâlägg- ning är välkänd. Hittills har bildningen av ledningsbanor med på varandra lagda skikt utnyttjat användning av flera masker. vilka måste i tur och ordning påläggas i enlighet med bredden av önskad ledningsbana. Om man exempelvis vill pålägga en le- dare, bestående av ett aluminiumskikt, inkapslat mellan övre och undre passiverande volframskikt, har den hittills använda processen varit att avmaska den elektroniska komponenten med en första bred mask, pålägga ett volframskikt, ta bort den första masken och inplacera en smalare mask mittför det pälag- da volframskiktet, pålägga en smalare remsa av aluminium inom hålet i den andra pålagda masken, ta bort den andra masken och ånyo avmaska anordningen med en tredje mask med större bredd än den mask som använts för att pålägga aluminium samt pålägga det täckande volframskiktet genom den tredje. bredare masken.

Som fackmannen förstår, innefattar steg med maskning och åter- maskning stora noggrannhetsproblem, när det gäller maskplace- ringen, särskilt med hänsyn till att de elektroniska komponen- terna i sin största dimension kan vara bara bråkdelar av en tum. g Patent som hänför sig till metallpåläggningsmetoder av olika slag, men vilka ej ger någon lösning för det ovannämnda prob- lemet innefattar q/ 10 15 20 25 30 35 ß 11678110' A) US-A-4 536 942. Detta patent hänför sig till bildning av en' T-formad elektrod genom på varandra följande vinklade och vin- kelråta metallpåläggningssteg.

B) US-A-4 580 331 utlär vinkelförångning av pâlagd fotoresist för att uppnå önskad mönstringseffekt.

C) US-A-4 024 041 beskriver användning av en mask, som på undersidan har ett termiskt stabilt elastiskt membran för att hindra spridning av metall, pålagd genom ett hål i masken.

D) US-A-4 171 234 beskriver en metod för att bilda en kristall med önskad epitaxiell kristalltillväxtfaktor genom användning av molekylstrålar. som är vinkelorienterade i förhållande till målkristallen.

E) US-A-4 330 932 beskriver en process för att bilda en halv- ledaranordning, som innefattar påläggning av en tunn film på ett substrat genom en första mask, implantering av den pålagda _filmen med ett dopningsmedel, därefter inplacering av en andra mask över de noterade filmerna. samt påläggning av en elekt- risk kontakt genom den andra masken.

F) US-A-4 410 401 beskriver ett materialpåläggningssteg, där pålâggningsanordningen innefattar en slutare. försedd med en föremålsförmörkande del, och vilken anordning är anpassad för att eliminera kontaminerande ämnen genom att uppsamla dessa i en fälla. bildad på slutarens föremålsförmörkande parti.

G) US-A-4 060 427 beskriver en metod för att bilda en integre- rad krets genom en kombination av jonimplantations- och diffu- síonssteg. Processen innefattar påläggning av första och andra maskbildande skikt på substratet, uppskärning av ett smalt hål i den övre maskbildande ytan, bildning av ett bredare hål i den undre maskbildande ytan för att definiera en underskär- ning, bildning av en första jonimplantationsarea genom masken, och därefter bildning genom diffusion av ett bredare skikt, som sträcker sig till gränserna för det underskurna partiet. 467 811 4 10 15 20 25 30 35 Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning kan summeras såsom inriktad på ett sätt för att pâlägga ömsesidigt inkapslande ledande metall- banor. I enlighet med sättet enligt uppfinningen åstadkommes en mask, och den kännetecknas av att den mot substratet när- maste ytan av masken är bredare än andra partier av masken. som ligger på avstånd från substratet. En första ledningsbana pålägges genom ett vakuumpåläggningssteg, vilket resulterar i bildning av en bana. vars bredd svarar mot maskens smalaste dimension. Därefter pâlägges ett ytterligare metallskikt genom ett sputtríngssteg. Sputtríngsprocessen medför bildning av ett metallskikt, som till bredden svarar mot den bredaste dimen- sionen av masken, p g a tendensen för sputterpålagda material att sprida sig. På detta sätt kan metallskikt av skilda bredder påläggas genom en enda mask. som inte behöver flyttas förrän påläggningen fullbordats.

Det är följaktligen ett syfte enligt uppfinningen att åstad- komma ett sätt för att bilda ledande banor av olika bredder genom en enda mask, som ej behöver utbytas under de pålägg- ningssteg som användes för att bilda banorna.

Kort fígurbeskrivning Fig. 1 visar en planvy, schematisk avbildande en elektronisk anordning av den typ. där sättet enligt föreliggande upp- finning med förmån kan användas.

Fig. 2 - 5 är schematiska teckningar. som visar de succesiva stegen vid sättets tillämpning i samband med ett substrat och en mask i enlighet med uppfinningen.

Detaljerad ritningsbeskrivning yI fig. 1 visas en typisk elektronisk anordning, som för exemp- lets skull kan vara en kondensator 10. Kondensatorn, som kan vara av flerskiktad keramisk typ. innefattar ett flertal elek- 10 15 20 25 30 35 5.. i 467 811 troder med motsatta polariteter. För att använda kondensatorn i en elektrisk krets är det nödvändigt att bilda elektriska anslutningar på kondensatorerna, vilka sammankopplar olika av de begravda elektroderna av lika polaritet. vilka anslutningar skall kunna inlödas i eller på annat sätt inkopplas till kretsen. vid det i fig. 1 visade utföringsexemplet innefattar kondensa- torn uppåtsträckta anslutningar ll, nakna på den översta ytan 12 av kondensatorn. För att sålunda göra kondensatorn till en användbar elektronisk anordning måste ledande material på- läggas över anslutningarna.

Såsom belysande exempel och utan begränsning kan nämnas att det ofta är nödvändigt eller önskvärt att de ledande materia- len skall bestå av multipla skikt och närmare bestämt skikt, inkapslade inom andra skikt. Exempelvis kan inte vissa metall- material, ehuru de har utomordentliga ledningsegenskaper. fäs- tas tillräckligt väl vid ytan på den keramiska anordningen, varför användningen av dylika metaller som initial- eller anslutningsingripande skikt är kontraindikerad. Dock kan andra metaller på godtagbart sätt fästa mot det keramiska donet men ger oförnuftigt högt motstånd. Ytterligare faktorer som måste beaktas vid bestämmande av sammansättningen för lednings- banorna innefattar tendensen för vissa metaller att reagera med den metall, av vilken anslutningarna är gjorda, så att med tidens lopp förbindelsen mellan ledare och anslutning kan för- sämras. Ännu ett ytterligare övervägande gäller att vissa mycket väl ledande metaller, om de utsättes för vanliga omgiv- ningsförhållanden kan oxideras. vilket försämrar möjligheten att ge effektiv yttre elektrisk anslutning till metallerna. Av det föregående inses att av en mängd skäl det är mycket önsk- värt att möjliggöra noggrann påläggning av på varandra lagda ledande banor av olika bredd utan nödvändighet av succesiv maskning och ommaskning.

I fig. 2 - 5 visas i fig. 2 ett partiellt tvärsnitt genom kon- densatorn i fig. 1. Det framgår att en anslutning 11 har en översta yta 13 naken på kondensatorns 12 översida. För att ut- 4-67 811 i ß 10 15 20 25 30 35 föra bildning av ledande banor för att ansluta serien av an- slutningar 11 anordnas i enlighet med uppfinningen ett mask- organ 14, företrädesvis av metall. Maskorganet 14 lägges över kondensatorn 10, så att överytorna 13 till anslutningarna blir täckta så att de kan anslutas genom en ledningsbana eller buss.

En kännetecknande egenskap hos masken 14 ligger i formen av hålet 15. genom vilket metall för bildning av de ledande ba- norna skall påläggas. Närmare bestämt innefattar masken en bred ingångsarea 16. en smal midjearea avgränsad av motsatta knivseggar 17 - 17 och en bred basarea 18 vid den mot konden- satorn lagda ytan.

Som redan angivits. beror uppfinningen av användning av alter- nerande påläggningsprocesser, vilka i sig medför olika pålägg- ningsmönster. Närmare bestämt utnyttjar man det faktum att en sputtringspåläggningsmetod. i och för sig känd, som utföres under ett tryck av omkring l0'2 till l0"3 TORR. har egen- _ skapen att pålägga atomer i en spridd bana. I kontrast häremot medför en vakuumpâläggningsprocess. som typiskt utföres vid mera evakuerad atmosfär, vid ett tryck av omkring 10'4 TORR eller mindre, i att atompartiklarna rör sig med stor fri medelväglängd, så att de blir väsentligen fria från spridning.

I enlighet med fig. 3 utsättes den maskade kondensatorn till att börja med för ett sputtringssteg, vilket medför påläggning av metalljoner, t ex volframatomer. utefter en mångfald vin- kelriktningar. representerade av pilarna 19. Det i fig. 3 vi- sade påläggningssteget medför bildning på ytan 12, i register med anslutningarna 11, av ett metallskikt 20. vilket väsentli- gen utfyller hela den breda basarean 18. Maskens form, som är bredare vid dess övre och nedre ytor men smalare i mellan- liggande areor mellan kniveggarna 17, medför därför bildning av den relativt breda remsan metall 20. som approximativt sammanfaller i bredd med bredden för baspartiet 18. 10 15 20 25 30 35 7 467 811 Efter påläggningen av metallskiktet 20 utsättes sedan den mas- kade kondensatorn för ett ångpåläggningssteg, där metallpar- tiklar, t ex av aluminium, pålägges i riktningen för pilarna 21. På grund av de väsentligen linjära och ospridda pålägg- ningsbanorna. som naturligen uppträder vid vakuumpåläggnings- steget, kommer endast de partiklar som står i register med arean mellan kníveggarna 17 - 17 att passera genom masken, och dessa partiklar bildar en smalare remsa av metall 22, som ligger ovanpå det första pålagda metallskiktet 20. Som framgår av fig. 4, täcker skiktet 22 bara ett mittparti av det först pålagda skiktet 20.

I fig. 5 utsättes masken och substratet ånyo för ett sputt- ringssteg, varvid atompartiklar pålägges i enlighet med pilar- nas 23' riktning. På grund av de spridda riktningarna för på- läggningen kommer partikelmaterial att påläggas i en bredare bana än bredden på den öppning som definieras mellan knivs- eggarna 17 - 17, med resultat att det bildas ett täckande skikt 23, t ex av volfram, som ligger ovanpå skiktet 22 samt över de partier av skiktet 20 som ej är täckta av skiktet 22.

Man ser alltså att det bildas ett inkapslat skikt 22, anordnat mellan övre och undre skikt 23 respektive 20, vilka pålagts genom sputtringssteg.

Ehuru sättet i enlighet med uppfinningen effektivt kan tilläm- pas med användning av en mångfald maskstorlekar, förmodas önskvärt att visa det för närvarande bästa kända sättet att utöva uppfinningen. Tillfredsställande resultat har uppnåtts med en masktjocklek om mellan 3 och 8 mil (75-200 um).

Mönsterbredden bör ligga inom ett kvotförhållande av från om- kring 0,75 till omkring 1,5 gånger masktjockleken. Det har be- funnits att användning av en alltför tjock mask är kontraindi- kerat, eftersom den effektiva skillnaden mellan de två me- talliseringsprocesserna minskar under dylika omständigheter. vid ett belysande exempel, som faktiskt utförts, utnyttjades en 100 um tjock mask, med mönsteröppningen vid dess smalaste punkt mellan knivseggarna 17 likaså 100 um, och vid de bre- daste öppningarna (överst och underst) omkring 125 um. Med 467 811 .a 10 15 20 25 30 35 användning av en så beskriven mask erhölls sputtrade volfram- remsor med en bredd om approximativt 125 um, med aluminium pålagd genom vakuumpåläggning avgränsande en remsa med bredden 107 um, centrerad på den undre volframremsan.

Det har även empiriskt befunnits att knivseggarna 17 ej behöv- er vara placerade exakt i mitten av maskens tjocklek. Kniv- eggarna har idealt befunnits fungera mest effektivt när de är anordnade någonstans inom intervallet 25% till 50% nedåt från maskens översta kant.

Ehuru föreliggande sätt illustrerats i samband med bildning av anslutningar som täcker och elektriskt inkopplar nakna anslut- ningar, som sträcker sig från begravda elektroder i ett kera- mískt substrat, inses lätt att sådan användning av sättet ej skall uppfattas i begränsande mening. Sättet kan lämpligen an- vändas i vilken som helst av en mångfald situationer, där man önskar pålägga succesiva skikt av metall med olika bredd utan nödvändighet att byta mask. Elimineringen av maskbytessteget är av särskild vikt vid tillverkning av elektroniska preci- sionskomponenter med liten storlek.

Genom föreliggande sätt är det möjligt att utan vidare pålägga metaller med ideala egenskaper för bestämda tillämpningar.

Exempelvis kan ett första skikt väljas för dess icke-reaktivi- tet och vidhäftning vid substratet. Ett andra skikt kan väljas på grund av dess höga ledningsförmåga men utan hänsyn till dess förmåga att motstå oxidation, eftersom det andra skiktet lätt kan täckas av ett tredje skikt, som isolerar det andra skiktet. i En mångfald inom tekniken kända apparater kan användas för att utföra ångpåläggnings- och sputtringsstegen. som tydligt fram- går för fackmän på metalliseringsområdet beror den särskilda påläggningsapparatur som väljes i stor utsträckning på storle- ken av det föremål som skall beläggas, den metall som skall påläggas. önskad produktionshastighet, mängden som måste på- läggas och en mängd liknande faktorer. Likaså erbjuder sig för 1,4 9 467 811 fackmannen, som tagit del av föreliggande beskrivning, en mångfald variationer í detaljer i metoden. Följaktligen skall uppfinningen uppfattas brett inom omfånget för patentkraven.

Claims (4)

467 10 15 20 25 30 811 10 Patentkrav

1. Sätt att åstadkomma överlagrade eller inkapslade metal- liska ledningsbanor på ett dielektriskt substrat eller lik-- nande, varvid ett maskorgan anordnas med en övre och en undre yta och ett därigenom anordnat hål, i vilket ingår ett bre-I dare basparti vid den undre ytan och ett avsmalnat halsparti med mindre tvärdimensioner än baspartiet, vilket hål sträcker sig mellan den övre och den undre ytan, maskorganet lägges ' med sin undre yta mot ett substrat, k ä n n e t e c k n a t av att ett metallmönster pålägges genom masken genom ett jonpåläggningssteg för att bilda ett första metallmönster, väsentligen överensstämmande med tvärdimensionen i planet för halspartiet av hålet, samt därefter metall pålägges genom maskens hål genom en sputtringsprocess, för att bilda ett andra metallmönster täckande det första metallmönstret, vilket andra metallmönster sträcker sig i tvärdimension utanför det första metallmönstret och motsvarande väsentligen tvärdimensionen i planet av hâlets basparti, varvid det första metallmönstret är inkapslat under det andra metall- mönstret. S

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n'a t av att det första metallmönstret pålägges över ett tidigare på substra- tet genom masken pålagt metallmönster, vilket tidigare me- tallmönster pålagts genom sputtring, varvid bredden av nämnda förutpâlagda metallmönster approximerar bredden av baspar- tiet. I

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ett basmetallskikt sputtringspålägges på substratet genom masken för att definiera ett metallmönster på substratet, svarande väsentligen mot dimensionen i planet för baspartiet, innan pâläggning av nämnda första och andra metallskikt, varvid bildas-en treskiktsstruktur, där nämnda första metallmönster är inkapslat mellan basskiktet och det andra metallmönstret. f), 467 811' ll

4. Sätt enligt krav 1, ¶k ä n n e t e c k n a t av att dimensionerna för hålet i masken vid den nämnda övre ytan är större än dimensionerna för de nämnda andra partierna av masken.