WO1991015031A1 - Verfahren zum herstellen von streifenleitern, insbesondere für elektronische hybrid-schaltungen im hochfrequenzbereich - Google Patents

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    • H05K3/064—Photoresists

Definitions

  • The. invention relates to a method for producing strip conductors, in particular for electronic hybrid circuits in the high-frequency range, a base metallization being applied to a substrate and the strip conductors being produced on the base metallization.
  • Electronic hybrid circuits for the high-frequency range essentially consist of so-called strip conductors, the high-frequency properties of which are predefined by calculation.
  • the mechanical dimensions such as the length, width and height, and here above all the cross-sectional shape of the strip conductor represented by width and height, have a significant influence on these properties.
  • the length, width and height should be able to be produced precisely and reproducibly.
  • the cross-section should have the shape of a rectangle or a square, ie the flanks of the stripline should be vertical and straight. So far, two methods are known for producing such strip conductors. This is
  • a strip conductor material is applied to a substrate material, for example an Al-O, ceramic or special circuit board material, the thickness of which corresponds to the later height of the strip conductor.
  • a substrate material for example an Al-O, ceramic or special circuit board material, the thickness of which corresponds to the later height of the strip conductor.
  • An etching mask is then applied using a photoresist.
  • the corresponding circuit structure is then etched out wet-chemically, with the etching mask being underestimated in many cases. This does not guarantee the dimensional accuracy and, above all, the shape of the stripline.
  • a corresponding substrate is first coated with a basic metallization.
  • This basic metallization can be a Ta / Ni thin-film system, for example.
  • a galvanomask is built up on the base metallization, which consists of columns and windows.
  • the strip conductors are built up by deposition in the windows, which may consist of layers of different metals.
  • the galvanomask is then removed and the base metallization is etched through. During this etching, however, the flanks of the strip conductors are also attacked, so that their cross-section is damaged again. This etching of the flanks of the strip conductors is greater, the more complex the system is, and the greater the thickness of the deposit, the more precious metals shift the electrochemical potentials.
  • the object of the present invention is to produce strip conductors in accordance with a predetermined dimensional accuracy and conformity to shape.
  • the present invention has the advantage that the strip conductor is enveloped by a resist before the base metallization is etched away, so that there is no attack on the flanks of the strip conductor, since these are protected by the resist.
  • the resist is merely undermined, the base metallization being removed as far as the flanks of the stripline. The desired and predetermined cross section of the strip conductor is thus retained.
  • the resist is exposed via a photoresist, the resist then being developed. This already creates windows between the strip conductors, so that the etchant can remove the base metallization from all sides under the resist.
  • plasma etching is known from IC production. A high level of accuracy and a good edge definition are achieved by the plasma etching.
  • plasma etching is a relatively complex process (vacuum process), but this also seems justified from the economic point of view in view of the large quantities (element / area).
  • wet-chemical Etch a less expensive process. It is applicable to all single or multiple systems whose base metallization can be etched in the acidic or weakly alkaline range.
  • the invention also encompasses an electrical hybrid circuit with strip conductors which are produced by the method just described.
  • the strip conductors are built up on a substrate or a base metallization and are encased by a resist.
  • An undermount is formed between the resist and the substrate with removal of the base metallization up to the flanks of the stripline.
  • FIG. 1 shows a cross section through a strip line for a hybrid circuit, in particular for the high-frequency range, produced by the known subtractive method
  • strip conductors S by the so-called subtractive method is known.
  • a strip conductor material 2 is applied to a substrate 1.
  • a substrate For example, an Al-O, - ceramic or a special circuit board material is used as the substrate, while a metal, e.g. B. copper, can be used.
  • the thickness of the layer of strip conductor material, ie the thickness of the metal layer, corresponds to the later height of the strip conductor 2.
  • the strip conductor material 2 can also be applied to the substrate material on both sides.
  • a photo lacquer corresponding to the circuit structure is then applied to the strip conductor material 2.
  • the non-coated surfaces of the strip conductor material 2 are etched out wet-chemically by means of a resist or metal resist.
  • the etching medium also flows under the etching mask 3 formed by the photoresist and undercuts this etching mask 3 in irregular structures. The dimensional accuracy and, above all, the conformity of the shape of the conductor layer formed from the strip conductor material 2 is thus no longer guaranteed.
  • a base metallization 4 preferably on both sides, is applied to the substrate 1.
  • This basic metallization can, depending on the overall system.
  • B. consist of a thin film system TaNi with a layer thickness of 0.25 ⁇ m. Chemically deposited copper with a thickness of 1-3 ⁇ m can also be selected as the basic metallization 4.
  • a galvanomask 5 is produced by photo-lithography.
  • the suitable photoresists and their processing are known.
  • the galvanomask essentially consists of columns 6 and windows 7.
  • one or more electrically conductive metals for example copper / gold, copper / nickel / gold, are deposited in the windows 7 of the galvanomask 5 to build up circuit elements.
  • three conductor layers 8, 9 and 10 are shown.
  • the total layer thickness of all conductor layers 8, 9 and 10, base metallization and reinforcement together correspond to the height of the desired strip conductor 12. Their dimensional accuracy and dimensional accuracy are predetermined by the accuracy of the galvanomask 5 with the columns 6 and window 7.
  • the galvanomask 5 is removed, as shown in FIG.
  • the base metallization 4 can now be etched through for the final production of the circuit elements.
  • there is an etching of the conductor flank which is greater the more complex the system is and / or contains noble metals which shift the electrochemical voltage potentials and the higher the stripline.
  • a resist 11 (positive or negative) is applied to the base metallization 4 and the conductor layers 8, 9 and 10 after covering the galvanomask 5 according to FIG. 5. It is important to ensure that the resist does not contain any air pockets and that it fits snugly on the conductor flanks.
  • the base metallization is selectively etched through, the base of the resist 11 being etched out, but the resist otherwise remaining as flank protection for the stripline 12.
  • the etching process is to be carried out in such a way that the base metallization 4 is also etched out under the resist 11 serving as edge protection up to the strip conductor, which leads to an undercutting 13.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Streifenleitern, insbesondere für elektronische Hybrid-Schaltungen im Hochfrequenzbereich, soll auf einem Substrat (1) eine Grundmetallisierung (4) aufgebracht und auf der Grundmetallisierung die Streifenleiter (12) erzeugt werden. Dabei werden die Streifenleiter von einem Resist (11) umhüllt und dann die Grundmetallisierung unter dem Resist unter Ausbildung einer Unterhöhlung (13) bis zum Streifenleiter entfernt, insbesondere weggeätzt.

Description

Verfahren zum Herstellen von Streifenleitern, insbeson¬ dere für elektronische Hybrid-Schaltungen im Hoch¬ frequenzbereich
Stand der Technik
Die. Erfindung, betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Streifenleitern, insbesondere für elektronische Hybrid-Schaltungen im Hochfrequenzbereich, wobei auf ein Substrat eine Grundmetallisierung aufgebracht wird und auf der Grundmetallisierung die Streifen¬ leiter erzeugt werden.
Elektronische Hybrid-Schaltungen für den Hochfrequenz¬ bereich bestehen in wesentlichen Teilen aus sogenannten Streifenleitern, deren Hochfrequenzeigenschaften rechnerisch vorgegeben sind. Einen maßgeblichen Ein¬ fluß auf diese Eigenschaften haben neben der elektri¬ schen Leitfähigkeit des Leitmaterials vor allem die mechanischen Abmessungen, wie die Länge, Breite und Höhe und hier vor allem die von Breite und Höhe dar¬ gestellte Querschnittsform des Streifenleiters. Die Länge, Breite und Höhe sollten genau und reproduzierbar hergestellt werden können. Der Querschnitt sollte die Form eines Rechteckes oder eines Quadrates haben, d.h. daß die Flanken des Streifenleiters senkrecht und gerade sein sollten. Zur Herstellung von derartigen Streifenleitern sind bislang zwei Verfahren bekannt. Hierbei handelt es sich um
- das Subtraktivverfahren und um - das Se i-Additiv-Verfahren.
Beim Subtraktivverfahren werden auf ein Substrat¬ material, beispielsweise auf eine Al-O,-Keramik oder spezielles Leiterplattenmaterial, ein Streifenleiter¬ material aufgebracht, wobei dessen Dicke der späteren Höhe des Streifenleiters entspricht. Danach erfolgt ein Aufbringen einer Ätzmaske mittels eines Fotolackes. Die entsprechende Schaltungsstruktur wird danach naß-chemisch herausgeätzt, wobei es in vielen Fällen zu einem Ünterätzen der Ätzmaske kommt. Hierdurch ist die Maßgenauigkeit und vor allem die Formgerechtig¬ keit der Streifenleiter nicht gewährleistet.
Beim Semi-Additiv-Verfahren wird zuerst ein entspre¬ chendes Substrat mit einer Grundmetallisierung belegt. Diese Grundmetallisierung kann beispielsweise ein Ta/Ni-Dünnschicht-System sein. Auf der Grundmetalli¬ sierung wird eine Galvanomaske aufgebaut, welche aus Säulen und Fenstern besteht. In den Fenstern erfolgt durch Abscheidung der Aufbau der Streifen¬ leiter, wobei dieser aus Schichten unterschiedlicher Metalle bestehen kann. Danach wird die Galvanomaske entfernt und die Grundmetallisierung durchgeätzt. Bei diesem Ätzen erfolgt jedoch auch ein Angriff auf die Flanken der Streifenleiter, so daß wieder deren Querschnitt beschädigt wird. Dieses Anätzen der Flanken der Streifenleiter ist um so größer, je vielschichtiger das System ist, Edelmetalle die elektrochemischen Spannungspotentiale verschieben, je größer die Dicke der Abscheidung ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Streifen¬ leiter entsprechend einer vorgegebenen Maßgenauigkeit und Formgerechtigkeit herzustellen.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, daß der Streifenleiter vor dem Wegätzen der Grundmetallisie¬ rung von einem Resist umhüllt wird, so daß es nicht zu einem Angriff auf die Flanken des Streifenleiters kommt, da diese von dem Resist geschützt sind. Es findet lediglich eine ünterhöhlung des Resists statt, wobei hier die Grundmetallisierung bis an die Flanken des Streifenleiters entfernt wird. Damit bleibt der gewünschte und vorgegebene Querschnitt des Streifen¬ leiters erhalten.
Vorzugsweise erfolgt nach dem Umhüllen der Streifen¬ leiter durch das Resist ein Belichten des Resists über eine Fotovσrlage, wobei anschließend das Resist entwickelt wird. Hierdurch entstehen bereits Fenster zwischen den Streifenleitern, so daß das Ätzmittel die Grundmetallisierung von allen Seiten her unter dem Resist entfernen kann.
Aus der IC-Fertigung ist das sogenannte Plasma-Ätzen bekannt. Durch das Plasma-Ätzen wird eine hohe Genauig¬ keit und eine gute Kantendefinition erreicht. Aller¬ dings ist das Plasma-Ätzen ein relativ aufwendiges Verfahren (Vakuumprozeß), jedoch erscheint dies bei den hohen Stückzahlen (Element / Fläche) auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten gerechtfertigt. Bei geringeren Stückzahlen, bei denenein ungünstigeres Verhältnis von Elemente zu Fläche, wie z.B. bei Hoch- frequenz-Hybriden, besteht, ist das naß-chemische Ätzen ein kostengünstigeres Verfahren. Es ist anwendbar auf alle Einfach- oder Mehrfachsysteme, deren Grund¬ metallisierung im sauren oder schwach-alkalischen Bereich ätzbar ist.
Von der Erfindung wird auch eine elektrische Hybrid- Schaltung mit Streifenleitern umfaßt, die nach dem eben beschriebenen Verfahren hergestellt sind. Hierbei sind die Streifenleiter auf einem Substrat bzw. einer Grundmetallisierung aufgebaut und von einem Resist eingehüllt. Zwischen Resist und Substrat ist unter Entfernung der Grundmetallisierung bis an die Flanken der Streifenleiter hin eine Unterhöhlung ausgebildet.
Zeichnung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Er¬ findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Figur 1 einen Querschnitt durch einen Streifenleiter für eine Hybrid-Schaltung insbesondere für den Hoch¬ frequenzbereich, hergestellt nach dem bekannten Sub- traktivverfahren;
Figur 2 bis 5 Querschnitte durch einen Streifenleiter entsprechend Figur 1 in verschiedenen Herstellungs¬ stufen, wobei die Herstellung nach dem bekannten Semi-Additiv-Verfahren erfolgt;
Figur 6 bis 8 Querschnitte durch einen Streifenleiter für elektronisch Hybrid-Schaltungen in verschiedenen erfindungsgemäßen Herstellungsstufen. Die Herstellung von Streifenleitern S nach dem soge¬ nannten Subtraktivverfahren ist bekannt. Hierzu wird auf ein Substrat 1 ein Streifenleitermaterial 2 aufge¬ bracht. Als Substrat wird beispielsweise ein Al-O,- Keramik oder ein spezielles Leiterplattenmaterial verwendet, während als Streifenleitermaterial ein Metall, z. B. Kupfer, Anwendung finden kann. Die Dicke der Schicht des Streifenleitermaterials, d.h. die Dicke der Metallschicht, entspricht der späteren Höhe des Streifenleiters 2. Das Aufbringen von Streifen¬ leitermaterial 2 kann auch beidseits auf dem Substrat¬ material erfolgen.
Auf das Streifenleitermaterial 2 wird dann ein Foto- lack entsprechend der Schaltungsstruktur aufgebracht. Die nicht beschichteten Flächen des Streifenleiter¬ materials 2 werden mittels eines Lack- oder Metal1- resists naß-chemisch herausgeätzt. Dabei unterfließt in der Regel das Ätzmedium auch die vom Fotolack gebildete Ätzmaske 3 und unterätzt diese Ätzmaske 3 in unregelmäßigen Strukturen. Damit ist die Ma߬ genauigkeit und vor allem die Formgerechtigkeit der aus dem Streifenleitermaterial 2 gebildeten Leiter- schicht nicht mehr gewährleistet.
In einem anderen bekannten Verfahren, dem sogenannten Semi-Additiv-Verfahren, wird auf das Substrat 1 eine Grundmetallisierung 4, vorzugsweise beidseitig, aufge¬ bracht. Diese Grundmetallisierung kann je nach Gesamt- System z. B. aus einem Dünnschicht-System TaNi mit einer Schichtdicke von 0,25μm bestehen. Als Grund¬ metallisierung 4 kann auch chemisch abgeschiedenes Kupfer mit einer Dicke von l-3μm gewählt werden.
Auf der Grundmetallisierung 4 wird zur Herstellung einer Schaltungsgeometrie eine Galvanomaske 5 foto¬ lithographisch erzeugt. Die dazu geeigneten Fotolacke sowie deren Verarbeitung sind bekannt. Die Galvanomaske besteht im wesentlichen aus Säulen 6 und Fenster 7. Entsprechend Figur 4 werden in die Fenster 7 der Galvanomaske 5 zum Aufbau von Schaltungselementen ein oder mehrere elektrisch leitende Metalle, z.B. Kupfer / Gold, Kupfer / Nickel / Gold, abgeschieden. Gemäß Figur 4 werden drei Leiterschichten 8 , 9 und 10 dargestellt. Die Gesamtschichtdicke aller Leiter¬ schichten 8, 9 und 10, Grundmetallisierung und Ver¬ stärkung entsprechen zusammen der Höhe der gewünschten Streifenleiter 12. Deren Maßgenauigkeit und Formgerech¬ tigkeit sind durch die Genauigkeit der Galvanomaske 5 mit den Säulen 6 und Fenster 7 vorgegeben.
Nach dem Aufbau der Schichten 8, 9 und 10 wird die Galvanomaske 5 entfernt, wie dies in Figur 5 gezeigt ist. Nun kann die Grundmetallisierung 4 zur endgültigen Herstellung der Schaltungselemente durchgeätzt werden. Dabei tritt jedoch, ebenfalls wie beim Subtraktiv¬ verfahren, ein Anätzen der Leiterbahnflanke auf, das um so größer ist je vielschichtiger das System ist und/oder Edelmetalle enthält, welche die elektro- chemischen Spannungspotentiale verschieben und je höher der Streifenleiter ist.
Um diese Nachteile zu verhindern, wird nach dem Ent¬ fernen der Galvanomaske 5 entsprechend Figur 5 ein Resist 11 (positiv oder negativ) auf die Grundmetalli- sierung 4 und die Leiterschichten 8, 9 und 10 über¬ deckend aufgebracht. Dabei ist darauf zu achten, daß das Resist keine Lufteinschlüsse enthält und gut an den Leiterbahnflanken anliegt.
Über eine entsprechende Eotovorlage wird dann das Resist 11 so belichtet und anschließend entwickelt, daß es die aus den Leiterschichten 8, 9 und 10 bestehen¬ den Streifenleiter 12 vollständig umhüllt. Dies ist in Figur 7 gezeigt. Dabei bilden sich jedoch zwischen zwei von dem Resist 11 umhüllten Streifenleiter 12 wiederum Fenster 13, welche bis auf die Grundmetalli¬ sierung 4 durchgehen.
Nunmehr erfolgt entsprechend Figur 8 ein selektives Durchätzen der Grundmetallisierung, wobei zwar der Sockel des Resists 11 herausgeätzt wird, das Resist aber ansonsten als Flankenschutz für die Streifenleiter 12 stehen bleibt. Der Ätzprozeß ist so zu führen, daß die Grundmetallisierung 4 auch unter dem als Flankenschutz dienenden Resist 11 bis an den Streifen¬ leiter heran herausgeätzt wird, was zu einer Unter¬ höhlung 13 fύnrt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von Streifenleitern, insbesondere für elektronische Hybrid-Schaltungen im Hochfrequenzbereich, wobei auf ein Substrat eine Grundmetallisierung aufgebracht wird und auf der
Grundmetallisierung die Streifenleiter erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleiter von einem Resist umhüllt und dann die Grundmetallisierung unter dem Resist unter Ausbildung einer Unterhöhlung bis zum Streifenleiter entfernt, insbesondere wegge¬ ätzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Umhüllen der Streifenleiter das Resist über eine Fotovorlage belichtet und anschließend entwickelt wird, wobei Fenster zwischen den Streifen¬ leitern entstehen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Umhüllen mittels des
Resists die Streifenleiter durch Abscheiden von Schich¬ ten aus elektrisch leitenden Metallen in Fenstern einer Galvanomaske hergestellt werden.
4. Elektronische Hybrid-Schaltung mit Streifenleitern auf einem Substrat bzw. einer Grundmetallisierung, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifenleiter (12) von einem Resist (11) eingehüllt ist.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Resist (11) und Substrat (1) unter Ent¬ fernung der Grundmetallisierung (4) bis an die Flanken der Streifenleiter (12) eine Unterhöhlung ausgebildet ist.
PCT/DE1991/000172 1990-03-22 1991-02-28 Verfahren zum herstellen von streifenleitern, insbesondere für elektronische hybrid-schaltungen im hochfrequenzbereich WO1991015031A1 (de)

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