DE2333449A1

DE2333449A1 - Verfahren zur herstellung eines halbleitermoduls

Info

Publication number: DE2333449A1
Application number: DE19732333449
Authority: DE
Inventors: Stephen G Konsowski; Frank A Lindberg; Seymour J Ponemone; Maurice B Shamash
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1972-07-07
Filing date: 1973-06-30
Publication date: 1974-01-24
Also published as: FR2192377B1; FR2192377A1; JPS4957361A; US3823467A

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 ■ Schadowplatz 9

- Düsseldorf, 29. Juli 1973

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa. , V. St. A.

Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermodu'ls

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleitenaoduln, insbesondere mit Integrierten Schaltkreisen. Zu den verschiedenen Arten von Integrierten Schaltkreisen gehören auch die sogenannten Standard-, Beam-Lead sowie Flip-Chip-Typen. Diese verschiedenen Typen Integrierter Schaltkreise, ihre Vorzüge und Nachteile sov/ie die riit ihrer Verwendung verbundenen Probleme sind in einem Aufsatz von Lawrence Curran, veröffentlicht in "Electronics" vom 25.11.1968 sowie vom 26.12.1968 unter dem Titel "In Search of A Lasting Bond" sowie in "Electronics" vom 3.3.1969 (U.S. Reports) unter dem Titel "Big Push For Beam-Lead ICs Sparks Demand For Special Bonders" beschrieben worden.

Entsprechend dem Stand der Technik werden Integrierte Schaltkreise auf einem Substrat festgelegt, das mit einer gedruckten Schaltung versehen ist, und dann mit dieser gedruckten Schaltung verbunden. Typischerweise werden die Anschlüsse der Integrierten Schaltkreise einerseits und die Anschlüsse des Substrats andererseits über sogenannte "Fliegender Drahf-Verbindungen miteinander vereinigt. Ein typischerweise aus Gold bestehender und von einem Kapillarröhrchen getragener feiner Draht wird an seinem

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Telefon (0211) 32O8 58

Telegramme Custopat

Ende kugelig ausgebildet und dann mit diesem kugelig ausgebildeten Ende an den Integrierten Schaltkreis angeschlossen. Von dera kugelig ausgebildeten Ende wird der Draht dann zu einenf Substrat-Anschluß bewegt. "Fliegender Draht"-Verbindungen sind etwas unzuverlässig/ so daß man in dem Bestreben, diese Art von Verbindungen zu vermeiden, die schon erwähnten Integrierten Schaltkreise vom"Beam-Lead"- bzw. "Flip-Chip"-Typ entwickelt hat. Diese werden mit ihrer nach unten zu dem Substrat ge-· richteten aktiven Fläche mit dem Substrat verbunden. Die Integrierten Schaltkreise vom Beam-Lead- bzw. Flip-Chip-Typ haben den Nachteil, daß ihre aktiven Flächen nicht wirksam gekühlt werden.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, die vorstehend erwähnten Wachteile der Ausführungen nach dem Stand der Technik zu beseitigen und einen Ilalbleitermodul mit Integrierten Schaltkreisen zu schaffen, bei dem die "Fliegender Draht"-Verbindungen entfallen und die Integrierten Schaltkreise, unabhängig davon, ob sie nun dem Standar" , dem Beam-Lead- oder dem Flip-Chip-Typ angehören, mit ihrer Rückseite nach unten gerichtet sind und eine wirksame Kühlung erfahren.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit mindestens einem Integrierten Schaltkreis und einer mindestens eine Öffnung aufweisenden dielektrischen Schicht, über die auf mindestens einer Seite ein elektrischer Leiter über die mindestens eine öffnung verläuft, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter auf der einen Seite der Schicht mit Fotoresistmaterial beschichtet, das Fotoresistmaterial entsprechend einem gewünschten Muster belichtet wird, so daß ein bestimmtes Muster durch das belichtete Fotoresistmaterial maskierter Leiterstreifen erzeugt und.der elektrische Leiter auf der erwähnten einen Seite im übrigen freigelegt wird, hierauf der übrige Bereich des Leiters

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geätzt, der in der öffnung befindliche Teil der Seite des Leiters dagegen maskiert wird, wobei diese Seite der mit dem Fotoresistmaterial beschichteten Seite gegenüberliegt, sodann die maskierende Fotoresistschicht unter Freilegung der Leiterstreifen des Musters entfernt wird, so daß bestimmte der letztgenannten Streifen auslegerarmartig über die Öffnung verlaufen, anschließend der Integrierte Schaltkreis in die öffnung gebracht wird und schließlich die bestimmten Streife'n mit dem Integrierten Schaltkreis verbunden werden.

Zur Lösung der Aufgabe ist entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung ein Halbleitermodul gekennzeichnet' durch eine dielektrische Schicht, auf der sich ein durch Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen erzeugtes Muster mit Leiterstreifen einer elektrischen Schaltung befindet und die ferner mindestens ein Fenster aufweist, über das sich bestimmte der Leiterstreifen auslegerarmartig erstrecken und in dem mindestens ein Integrierter Schaltkreis mit Anschlüssen angeordnet ist, die jeweils elektrisch in Nähe der Enden der über das Fenster verlaufenden auslegerarmartigen Leiterstreifen angeschlossen sind, ferner durch ein Substrat, auf das ein Muster entsprechend Verfahren für die Herstellung gedruckter Schaltungen aufgebracht worden ist, sowie durch eine Anordnung zur Verbindung des Substrats, so daß die dielektrische Schicht und der Integrierte Schaltkreis abgestützt werden.

In einer ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden früheren USA-Patentanmeldung Ser. No. 262,871 vorn 14.6.1972 wird ein Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Schicht, typischerweise eines dicken Polyiiaidfilms beschrieben, die ein oder mehrere Fenster oder Öffnungen hat, über die ein elektrischer Leiter vergleichsweise großer Stärke (20 - 25 ,u) verläuft. Der Leiter ist integraler Bestandteil einer leitenden Beschichtung, die über eine Seite der dielektrischen Schicht

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verläuft. Ebenso verläuft über die gegenüberliegende Seite der dielektrischen Schicht eine dicke leitende Beschichtung. Im Zusammenhang damit wird die Umwandlung der leitenden Beschichtungen in Leitermuster durch Verfahren, wie sie für die Herstellung gedruckter Schaltungen bekannt sind, erläutert, wobei die Leiterstreifen trägerartige Abschnitte aufweisen, die auslegerarmartig über die öffnung verlaufen. Die Seite, über die die auslegerarmartigen Abschnitte sich erstrecken, wird hier als obere oder äußere Seite der Schicht bezeichnet, während die gegenüberliegende Seite als untere oder innere Seite der Schicht bezeichnet wird. Die im einzelnen in der vorerwähnten Patentanmeldung und hier kurz, jedoch für den vorliegenden Zweck ausreichend beschriebene Seite bzw. Oberfläche erweist sich im Zusammenhang mit der Erläuterung der vorliegenden Erfindung als geeignet.

Vorzugsweise werden entsprechend der Erfindung die Integrierten Schaltkreise in die eine bzw. mehreren Öffnungen gebracht, so daß ihre aktiven Flächen mit der Oberfläche der Schicht fluchten oder gerade unterhalb dieser liegen und ihre Anschlüsse in Kontakt mit den Enden der zugehörigen auslegerarmartigen Abschnitte stehen, so daß die Enden dieser auslegerarmartigen Abschnitte mit den jeweiligen Kontaktanschlüssen der Integrierten Schaltkreise verbunden werden können. Danach werden die Schicht und die zugehörigen Integrierten Schaltkreise in innigem thermischem und mechanischem Kontakt mit einem Substrat, typischerweise einem Isolator wie Aluminiumoxid, festgelegt, wobei das Substrat eine geeignete gedruckte Schaltung trägt. Die Schicht wird so angebracht, daß ihre Unterseite zu dem Substrat hin zeigt und die Integrierten Schaltkreise mit ihrer Rückseite untenO-iegen. Das Substrat ist thermisch in hohem Maße leitend und dient als Kühlkörper. Die leitenden Streifen des Musters auf der Oberseite der Schicht sind rait den leitenden Streifen auf der gegenüberliegenden Seite der Schicht durch

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Locher hindurch verbunden, deren Wandungen mit einer elektrisch leitenden Beschichtung abgekleidet sind. Die leitenden Streifen auf dieser gegenüberliegenden oder unteren Seite dienen teilweise als Verbindungen zwischen Streifen auf der Oberseite und sind teilweise mit Leiterstreifen auf dem Substrat verbunden. Typischerweise enthält das Substrat die Anschlüsse für die Verbindung mit externen Einrichtungen, d. h. die Eingangs- und Ausgangs-Anschlüsse sowie die Anschlüsse für die Energieversorgung des Halbleitermoduls.

In der vorstehenden Anordnung hat die Schicht auf ihrer Unterseite Nasen oder Lappen, die mit entsprechenden Nasen oder Lappen des Substrats durch Diffusion verbunden sind. Die K% hergestellten Integrierten Schaltkreise sind ebenfalls mit Nasen oder Fahnen des Substrats durch Haftverbindung verbunden.

In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung lassen sich folgende Vorteile erzielen:

1. Unzuverlässige "Fliegender Draht"-Verbindungen werden durch grenzflächenfrei angebrachte Zwischenverbindungen, die Bestandteil des homogenen, eimnetallischen Aufbaus sind, eliminiert.

2. Es wird eine wirksame Wärmeableitung von den Integrierten Schaltkreisen erhalten.

3. Es sind beträchtliche Kosteneinsparungen möglich, insbesondere gegenüber "Fliegender Draht"-Verbindungen.

4. Im Betrieb läßt sich leicht eine Reparatur von Moduln vornehmen.

5. Der Film ist, insbesondere, wenn es sich dabei um Polyimid handelt, nachgiebig, und diese Nachgiebigkeit ermöglicht ein genaues Angreifen der auslegerarmartigen Leiterstreifen an den entsprechenden Kissen der Integrierten Schaltkreise oder desSubstrats, mit einem Minimum an zurückbleibender Spannung.

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6. Die Wärmeausdehnung des Films, insbesondere, wenn es sich dabei um Polyimid (KAPTON) handelt"sowie der Metallisierung auf dem Film, insbesondere, wenn es sich dabei um Aluminium handelt, sind kompatibel, so daß die Zuverlässigkeit er-' höht und die Wahrscheinlichkeit, daß Verbindungen reißen, verringert wird.

7.-Integrierte Schaltkreise jeden Typs können mit nach unten zeigender Rückseite befestigt werden, so daß eine leichte Überprüfung der Fläche der integrierten Schaltkreise und bei Bedarf die Durchführung von elektrischen FunktionsPrüfungen der Fläche der Integrierten Schaltkreise möglich sind.

8. Die verhältnismäßig hohe Duktilität der aufgebrachten auslegerarmartigen Abschnitte ermöglicht eine beträchtliche Verringerung der Anforderungen an Toleranzgenauigkexten und ein Ausweichen in drei Dimensionen, um den Modul auszurichten bzw., um Zugang zu dem Modul zu erhalten.

9. Zur Zeit können etwa hundert auslegerarmartige Abschnitte auf

einer Schicht aus Polyimid (KAPTON) mit einer Fläche von

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etwa 10 cm vorgesehen werden. Vermutlich können in näherer

Zukunft jedoch mehrere hundert solcher auslegerarmartiger Abschnitte auf einer solchen Lage vorgesehen werden, so daß die vorliegende Erfindung sich dann unmittelbar für LSI-Scheiben-Verbindungszwecke einsetzen läßt. 10. Bei chargenweiser Fertigung im Sinne der vorliegenden Erfindung ergab sich eine größere Gleichförmigkeit für die verschiedenen Moduln, wobei die Kosten je Einheit sich durch ^v Halbautoiuatisierung und hohe Produktivität senken ließen. 11. Da die auslegerarmartigen Abschnitte vorgeformt werden, wird der Einfluß menschlicher Faktoren herabgesetzt und die Zuverlässigkeit erhöht.

Die vorliegende Erfindung hat sich im Bereich der MHz-Frequenzen als erfolgreich erwiesen und kann auch bei niedrigeren Frequenzen eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen

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in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert- In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in stark vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäß hergestellten und ausgestalteten Halbleitermodul;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch

eine geeignete Schicht aus dielektrischem Material, wie das beispielsweise in der vorerwähnten USA-Patentanmeldung beschrieben ist, wobei diese Schicht Fenster und Löcher hat und auf beiden Seiten mit elektrisch leitendem Material verhältnismäßig großer Dicke beschichtet ist, das sich fotografisch behandeln läßt;

Fig. 3 ein Foto der Unterseite einer Schicht dielektrischen Materials, die Bestandteil eines Moduls der Fig. 1 ist und im Rahmen der Erfindung so behandelt wurde, daß darauf ein gedrucktes Schaltung smus ter entsteht;

Fig. 4 ein Foto der Oberseite eines Moduls^, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, der erfindungsgemäß so behandelt wurde, daß ein gedrucktes Schaltungsmuster erzeugt wird, das zu dem ,Muster der Fig. 3 komplementär oder in bezug auf dieses koordiniert ist; .

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäß verwendetes Substrat, das das gedruckte Schaltungsmuster darauf erkennen läßt;

Fig. 6 in vergrößertem Maßstab ein Foto eines Teils der Oberfläche einer Schicht, die durch Bearbeitung des Aufbaus der Fig. 2 entsprechend der Erfindung erhalten wurde und ein Fenster sowie Leiterstreifen erkennen läßt, die sich auslegerarmartig über dem Fens ter strecken;

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Fig. 7 in vergrößertem Maßstab ein Foto eines unter einem schiefen Winkel aufgenommenen Teils eines fertiggestellten Moduls; und

Fig. 8 ein Schaltbild des Grundschaltkreises des Moduls der Fig. 3, 4 bzw. 7.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Modul 11 mit einem Substrat 13 aus einem in hohem Maße thermisch leitenden elektrischen Isolator wie Aluminiumoxid, auf das eine Schicht oder ein Film 15 aus PoIyimid aufgebracht worden ist. Die Schicht 15 weist auf ihrer Oberseite 17 bzw. ihrer Unterseite 19 eine gedruckte Schaltung mit Streifen 21 und 23 aus elektrisch leitendem Material, typischerweise Aluminium, auf. Bestimmte der Streifen 21 auf der Oberseite 17 sind mit den Streifen 23 auf der Unterseite über die leitenden Wandungen 25 von Löchern 26 kleinen Durchmessers verbunden, die zuvor in geeigneter Weise hergestellt wurden. Die Schicht 15 weist ferner Fenster 27 auf, die ebenfalls in geeigneter Weise hergestellt wurden und über die hinweg sich Abschnitte 29 der Streifen 21 ausleger armartig erstrecken.

Die Schicht 15 ist ferner mit Verbindungs-Öffnungen 31 versehen, auf deren Unterseite die Leiterschicht 33 verläuft. Diese Leiterschicht ist mit dem Substrat 13 über ein eine Verbindung bildendes Metallpolster 34, das typischerweise aus Gold besteht, verbunden.

Der mit Fig. 1 wiedergegebene -Aufbau enthält integrierte Schaltkreise 35. Diese Schaltkreise 35 sind an ihrer Unterseite mit dem Substrat 13 über eine Verbindung bildende Polster 37, die typischerweise aus Gold bestehen, verbunden. Die aktiven Flächen 39 der integrierten Schaltkreise 35 zeigen nach oben oder außen, und die Anschlüsse dieser Fläche (nicht dargestellt) sind elektrisch mit den a.uslegearmartigen Abschnitten 29 in Nähe der« Enden verbunden.

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Die Schicht 15 wird durch fotografische Behandlung einer geeigneten Schicht, wie sie weiter oben definiert wurde, gebildet. Die Schicht wird aus einer Grundschicht 41 aus dielektrischem Material hergestellt, das in seiner Unterseite 19 Öffnungen 125 und in seiner Oberseite 17 Öffnungen 127 hat. Die Grundschicht 41 ist mit einem elektrischen«Leiter 43, typischerweise Aluminium, beschichtet. Der Leiter 43 weist Abschnitte 129 und 131 auf, die sich jeweils auf der Oberseite 17 über die Öffnungen 125 und auf der Unterseite 19 über die Öffnungen 127 erstrecken. Die Schicht 124 ist auf beiden Seiten mit einer Fotoresistschicht 151 beschichtet. Abschnitte 45 und 47 der Fotoresistschicht 151 ragen in die Öffnungen 125 und 127, so daß die Leiter-Abschnitte 129 und 131 während des nachfolgenden Ätzvorgangs maskiert werden.

Die Fotoresistschicht auf den beiden Seiten wird nach Darüberlegen geeigneter Masken belichtet, und der belichtete Teil der Fotoresistschicht wird entwickelt. Dieser Belichtungs- und EntwicklungsVorgang wird nachstehend auch als "Abbildung¹¹ bzw. "Abbilden¹¹ bezeichnet. Nach dem Abbilden des Leiter-Musters sowohl auf der Oberseite 17 als auch der Unterseite 19 der Schicht, einschließlich der Leiterstreifen 21 und 23 (Fig. 2) bleiben die Leiterschicht 33 und die auslegerarmartigen Abschnitte 29 durch die behandelte Fotoresistschicht geschützt, die naöh dem Entwickeln ungelöst bleibt. Der übrige Teil der Leiterschicht 33 wird freigelegt. Die Schicht wird dann sauregeätzt, so daß der freiliegende Teil der Leiterschicht entfernt wird. Hierauf wird der schützende, entwickelte Teil der Fotoresistschicht abgestreift, so daß die Schicht 15 mit ihrem oberen bzw. unteren Leitungsmuster gebildet wird, wie das mit Fig. 6 sowie Fig. 1, 3, 4 gezeigt ist.

Die Masken für die Muster der Fig. 3 und 4 wurden manuell hergestellt, weil der Maßstab nicht ohne weiteres den Einsatz eines automatischen Gerätes wie dem Gerber-Aufzeichner gestattete. Wo jedoch in Verbindung mit der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung für die notwendige Anpassung der Computer-Software gesorgt wird, können die Masken ebenso auch automatisch hergestellt werden.

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Es ist wesentlich/ daß die äußeren Begrenzungskanten desSfasters mit den Streifen 21 und 23 so scharf wie möglich ausfallen. Der Schärfegrad wird dabei teilwel^e^üSer die Schicht 124 gebrachte Fotoresistschicht 151 bestimmt. Aus diesem Grunde wurden Untersuchungen durchgeführt/ um zu einem möglichst wirksamen Fotoresistmaterial zu gelangen. Die Untersuchungen gingen dabei von einer leitenden Beschichtung aus Aluminium aus.

Es wurde kurzzeitig Kodak-Metall-Ätz~Widerstandsmaterial {KMER = Kodak Metal Etch Resist) verwendet/ um die Qualität der Kantenschärfe zu erhöhen und eine bessere Abdeckung der Kanten der aluminisierten Durchgangslöcher zu erzeugen. Das KMER genügte den Anforderungen, jedoch war die Haftung zwischen dem Fotoresistmaterial und dem Aluminium schlechter als bei Kodak-Dünnfilm-Resistmaterial (KTFR). Es wurde gefunden, daß bei Verwendung von KTFR aluminisierte Durchgangslöcher durch manuelles Bestreichen mit Fotoresistmaterial beschichtet werden müssen, nachdem das Muster "abgebildet" und entwickelt worden ist.

Die Masken wurden auf hochauflösenden Glasplatten oder M¥I»ÄR-Material hergestellt, um Maßgenauigkeit zu erhalten und für eine genaue Übereinstimmung zwischen der Vorder- und der Rückseite des PoIyimidfilm zu sorgen. In Verbindung mit dem negativen KTFR-Material wurden alle Ätzmasken als Negative der Muster ausgebildet, mit MiB-nahme der Durchgangsloch-Platten.

Hinsichtlich dieses ersten Leiter-Musters zeigte sich/ daß es ver-

das H-uster
hältnisraüßig schwierig war,/in der dicken Aluminiumablagerung zu reproduzieren, da Linien bzw. Streifen an einigen Stellen in anfänglichen Versuchen etwa 50 Mikron bis in das Innere der Durchgangslöcher-Polster 51 gelangten. Daher wurde das Ausgangsmuster so justiert, daß an allen Stellen auf beiden Seiten eine gleichförmige Leiterbreite (0,1 mm) erhalten wurde.

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Der Ätzvorgang ist auch von erheblichem Einfluß auf die Begrenzung und Dicke des Musters. Bei der Suche nach einem geeigneten Ätzmittel für die Verwirklichung der Erfindung wurde eine erhebliche Vielzahl Säurelösungen untersucht, und für jede Lösung wurde das erhaltene Muster visuell hinsichtlich seiner Liniengenauigkeit und des OjuerscbnLfcs der Linien oder Streifen des Musters überprüft. Der Ätzfaktor, d. h. das Verhältnis von Eindringtiefe des Ätzmittels zu seitlichem Eindringen wurde ebenfalls für jede der Lösungen bestimmt. Ein zu niedriges Verhältnis würde zu einer Unterschnddung "der geschützten Streifen oder Leitungen führen.

,Typischerweise besteht der Leiter 43 auf dem Film aus Aluminium. .Für diesen Leiter ist das Ätzmittel ein Gemisch aus Phosphorsäure, Essigsäure und Salpetersäure. Eine Lösung, die sich als weitgehend zufriedenstellend erwies, war

375	ml	(VoIumenteile)	H₃PO₄
75	ml		CH₃COOH
15	ml		HNO₃

bei 60° C. Um optimal scharfe Leiterkanten und einen ausreichenden Querschnitt für die Streifen 21 und 23 zu erhalten, wurde jeder Bestandteil der Lösung verändert und dann das Ergebnis untersucht, um die Auswirkungen der einzelnen Komponenten zu ermitteln.

Ein wesentlicher Faktor bei der Ätzung von aufgedampftem Aluminium besteht darin, daß die Ätzbarkeit des Aluminiums stark von der Geschwindigkeit abhängt, mit der das Metall aufgebracht wurde. Geschwindigkeiten/mehr als 2.500 S/min führten zu einem Aluminium, das sich sehr langsam und ungleichmäßig ätzen ließ, selbst mit Hilfe starker Aluminiumätzmittel wie HCl. Häufig erscheint es, daß das freigelegte Aluminium während des Ätzvorgangs passiviert wird, während das Unterschneiden des mit Resistmaterial beschichteten Aluminiums anhielt. Nachdem einmal die geeignete Geschwindigkeit von 2.OOO 8 bestimmt worden war, wurde die Arbeit fortgesetzt, um das beste Ätzmittel für die Ätzung von 0,1 mm-Leitern in 0,025

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mm. starkem Aluminiumfilm zu fincten.

Die erste untersuchte Veränderliche war das Verhältnis von Essigsäure zu Phosphorsäure. Durch Erhöhung der Essigsäurekonzentration wird der Kt ζ faktor (Abnahme der Unterscheidung) auf ein Maximum von 1,5 bei 3 : 2 H₃PO₄ zu CH₃COOH erhöht* So verliert ein in einem Ö,o25 mm dicken Äiuminiumfilm geätzter O,1 mm breiter Leiterstreifen auf beiden Seiten 17,5 /U, so daß sich auf der Oberseite des Aluminiums ein 65 ,\i breiter Streifen und an der Untersexte des Aluminiums ein 100 ,u breiter Streifen ergibt. Eine weitere Verdünnung mit Essigsäure führte zu einer Herabsetzung des Ätzfaktors. Phosphorsäure führte zu einem Ätzfaktor von 1,2 mit einer viel schnelleren Ätzzeit, jedoch war die Kantenschärfe schlecht»

Hinsichtlich Salpetersäure wurde davon ausgegangen, daß dadurch der chemische Widerstand des Fotoresistmaterxals und damit die Qualität der Kantenschärfe herabgesetzt würde. Versuche, die Salpetersäure auszuschalten, schlugen fehl, weil es notwendig ist zu verhindern, daß ein schwarzer, nicht ätzbarer Rückstand während des Ätzvorgangs gebildet wird. Daher wurde die Salpetersäuremenge auf 8 ml verringert, was zu einer viel besseren Kantenschärfe führte. . ,

Während der Ätzung wird die Schicht 124 nach der Belichtung und der Entwicklung sowohl der Oberseite 17 als auch der Unterseite 19 in einem Ätzbad behandelt. Es wurde eine Untersuchung durchgeführt, um die optimalen Ätzbedingungen zu bestimmen.

Eine Änderung der Temperatur der Ätzlösung führte zu einer Änderung der Ätzfaktoren. Die optimale Temperatur beträgt 85° C, wobei niedrigere Temperaturen zu einer stärkeren Unterschneidung der mit Widerstandsmaterial beschichteten Abbildung führen. Höhere Temperaturen führten zu unregelmäßigen und genarbten Leitern.

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Zu Beginn der Untersuchung wurde die Ätzlösung mit einem Magnetrührer umgewälzt. Querschnitte geätzter Proben zeigten, daß eine Seite jeder mit Widerstandsmaterial beschichteten Abbildung 1,5 mal so schnell wie die andere Seite geätzt wurde. Die Ätzung wurde dann ohne Umrühren durchgeführt, jedoch nahm die Unterschneidung wegen der langsameren Ätzung zu. Die Ätzung fiel auch ungleichmäßiger aus, weil EU-Gasblasen, die sich während des Ätzens bildeten, zwischen einigen Teilen des geätzten Musters eingeschlossen wurden, so daß dieser Bereich langsamer als der übrige Teil¹ des Musters geätzt wurde. Die Ätzlösung wird bei Durchführung der vorliegenden Erfindung mittels eines magnetischen Rührers umgewälzt, aber die zu ätzende Schicht wird alle 30 see um 180° gedreht, um eine ungleichmäßige Ätzung zu verhindern.

Nach einer Anpassung der obigen Ergebnisse wurde der folgende Prozeß eingesetzt, um das Aluminium zu ätzen:

a. Aufbringen der Widerstandsschicht

(1) Das Widerstandsmaterial war gefiltertes 60-%iges Kodak-Dünnfilm-Widerstandsmaterial (KTFR) in einem Verdünnungsmittel, und bei der Beschichtung lief der Rührer mit 4.000 Upm um.

(2) 10-minütige Lufttrocknung der Schicht.

(3) Austrocknung der Schicht bei 120° für 15 Minuten.

b. Belichtung

(1) Das Fotoresistmaterial wurde unter den Masken 2 Minuten lang der Einwirkung einer 600 W-Quarzjodlampe ausgesetzt, bei einem typischen Abstand von ca. 30 cm.

c. Entwicklung

(1) 2 Minuten lang stillstehende Entwicklung in Stoddard-Lösungsmittel.

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(2) 10 Sekunden lang Spülen in Xylol.

(3) Spülen mit Wasser.

(4) Ausbacken bei 120° C für 30 Minuten.

d. Ätzen

(1) Ätzlösung.

(a) 300 ml H₃PO₄

(b) 200 ml CH₃COOH

(c) 10 ml HNO₃

(2) Temperatur der Lösung 95° C bei umwälzung mit Magnetrührer, Verschwenkung des Teils um 180° alle 30 Sekunden.

(3) Ätzgeschwindigkeit 0,075 mm/min.

Das Substrat 13 (Fig. 5) ist typischerweise aus einem Isolator wie Aluminiumoxid aufgebaut. Die Polster 34 und 37 werden auf der Oberfläche dieses Substrats durch gedruckte-Schaltungs-Verfahren erzeugt. Die Oberfläche wird zunächst mit gesintertem Molybdänmangan beschichtet, und diese Beschichtung wird mit Nickel plattiert, das seinerseits wieder mit Gold plattiert wird. Die Goldplattierung wird mit einem Fotoresistmaterial bedeckt, das "abgebildet* wird, um die Polster 34 und 37 zu bilden. Die Polster 34 sind etwa T-förmig. Die Polster 33 der Schicht 15 sind mit den Schaftbereichen 61 dieser T-förmigen Polster verbunden, während die Köpfe 63 für den externen Anschluß an die Energieversorgung, Eingänge bzw. Ausgänge dienen.

Die Verbindung der auslegerarmartigen Abschnitte 29 mit den Anschlüssen der integrierten Schaltkreise erfolgte durch ültraschallschweißung. Dabei wurde die Verbindung bei Raumtemperatur hergestellt. Wegen der hohen erforderlichen Ultraschallenergie reichte eine Vakuumhalterung der chip-förmigen integrierten Schalt kreise 35 im Verhältnis zur Arbeitsfläche nicht aus, so daß ein thermoplastisches Bindemittel verwendet wurde, um die integrierten Schaltkreise 35 an den Werkstückhalter (nicht gezeigt) fest-

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zulegen. Die Verwirklichung der Verbindungen ist mit Fig. 7 wiedergegeben. Die Abschnitte 29 enthalten Högen 65 zur Spannungsreduzierung.

Um die Polster 33 an den Polstern 34 und die integrierten Schaltkreise im Verhältnis zu den Polstern 37 festzulegen, wurden thermische Druckverhindungen hergestellt. Das Substrat wurde dazu auf etwa 2OO° C erhitzt, und es wurde dann auf die Schicht 15 und das Substrat 13 ein Druck ausgeübt, um die Verbindungen herzustellen. Ungleiche Wärmedehnungen zwischen der Schicht, insbesondere, wenn es sich dabei um Polyimid handelt, und dem Aluminiumoxid reichen nicht aus, um die dabei erhaltenen Verbindungen aufzureißen.

Wie mit Fig. 3 gezeigt, befinden sich zwischen den leitenden Streifen 23 weitere Streifen 23a, die an die Kontaktflächen 71 angeschlossen und über die Kontaktflächen 71 zu den Polstern 34 (Fig. 5) geführt Sind. Diese Streifen 23a «ind über die Köpfe 63 der Polster 34 an äußere Einrichtungen angesch.1 rsian· Weitere Streifen 23b sind über die leitenden Wandungen 25 (Fig. 1) der Locher 26 mit Leitern auf der Oberseite 21 der Schicht 15 verbunden. Diese Anordnung der Streifen 2 3b verhindert, daß es zu Kurzschlüssen infolge Kreuzung der Leiter 23 kommt. Typisch hierfür ist der Leiter 23b der Fig* 3, der sich zwischen den.Punkten 51a und 51b der Fig. 4 erstreckt und dabei eine Kreuzuncjmit Leitern 21 d (Fig. 4) vermeidet.

Die kräftige Ausbildung der durch die dicke Aluminiumbeschichtung 43 gebildeten Leiter 21 und 23 ist mit Fig. 7 gezeigt. Der integrierte Schaltkreis 35 hat eine elektrisch leitende Begrenzung 81» Um einen Kontakt mit dieser Begrenzung 81 zu vermeiden, weist der auslegerarmartige Abschnitt 29 eine Ausbiegung 83 auf.

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Der mit Fig. 3, 4 und 7 wiedergegebene Modul stellt einen Äbtastverstärker dar, dessen Grundschaltung mit Fig. 8 wiedergegeben ist. Die Verstärker N7524B sind Signetics-Verstärker_f während der Inverter MC54OOL ein Motorola-Verstärker ist. Jeder Verstärker A1-, A2 und A3 und sein zugeordneter Inverter LDl, LD2 bzw. LD3 bildet die Hälfte eines integrierten Schaltkreises oder Chips. Der Modul weist, wie in Fig. 4 gezeigt, fünf solche integrierte Schaltkreise avf. Der mit Fig. 8 gezeigte Teil der Schaltung ist auf der rechten Seite des Moduls längs der unterbrochenen Linie angeordnet. Die Eingangsanschlüsse von dem Generator und der Takt-, der Ausgangssowie der Schwellwert-Anschluß sind die Leitungen 63 des Substrats 13.

Bei der Herstellung des Moduls wurden die Signetics-Komponente W7524B und die Motorola-Komponente MC54OOL in ein Layout eingefügt, das sowohl im Hinblick auf ein Minimum an Verbindungsleituntgen und Durchgangs löchern als auch einer gleichförmigen Wärmeableitung zwecks Vermeidung heißer Stellen ausgestaltet wurde. Das endgültige Layout ergibt einen günstig aufgebauten Schaltkreis. Obwohl 14 Kontaktflächen auf allen Abtastverstärker-Chips mit Ausnahme -von einem solchen Chip miteinander verbunden sind, ist das sich ergebende Verbindungsmuster nicht übermäßig dicht gedrängt. Das hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Wahrscheinlichkeit verringert wird, daß es zu "Nebensprech"-Störerscheinungen kommen kann. Die integrierten Schaltkreise sind auch so ausgerichtet worden, daß die empfindlichen Eingangs- und Ausgangs-Leitungen von anderen Anschlüssen isoliert wurden. Frühere Erfahrungen in Verbindung mit Layouts dieser Art haben gezeigt, daß das elektrische LeÜungsverhalten sich mit abnehmender Verbindungskomplexität verbessert.

Patentansprüche:

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Claims

P atentan Sprüche :

Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit mindestens einem integrierten Schaltkreis und einer mindestens eine öffnung aufweisenden dielektrischen Schicht, über die auf mindestens einer Seite ein elektrischer Leiter über die mindestens eine öffnung hinwegläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter auf der einen Seite der Schicht mit Fotoresistmaterial beschichtet, das Fotoresistmaterial entsprechend einem gewünschten Muster "abgebildet" wird, so daß ein bestimmtes Muster durch das "abgebildete" Fotoresistmaterial maskierter Leiterstreifen erzeugt und der elektrische Leiter auf der erwähnten einen Seite im übrigen freigelegt wird, hierauf der übrige Bereich des Leiters geätzt, der in der öffnung befindliche Teil der Seite des Leiters dagegen maskiert wird, wobei diese Seite der mit dem Fotoresistmaterial beschichteten Seite gegenüberliegt, sodann die maskierende Fotoresistschicht unter Freilegung der Leiterstreifen des Musters entfernt wird, so daß bestimmte der letztgenannten Streifen auslegerarmartig Über die öffnung verlaufen, anschließend der integrierte Schaltkreis in die öffnung gebracht wird und schließlich die bestimmten Streifen mit dem integrierten Schaltkreis verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter sich über beide Seiten der Schicht erstreckt und das Fotoresistmaterial auf beiden Seiten über den Leiter gebracht und "abgebilfet" wird, um Muster zusammenwirkender Leiterstreifen auf beiden durch "abgebildetes" Fotoresistmaterial maskierten Seiten zu erzeugen, wobei der übrige Teil des Leiters auf beiden Seiten freigelegt wird, und daß der freigelegte Leiter geätzt und danach das markierende Fotoresistmaterial unter Frei-, legung der Lederstreifen auf beiden Seiten entfernt wird» wobei die Lederstreifen auf einer Seite aus leger armartig über die öffnung verlaufen,und daß anschließend der integrierte

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Schaltkreis in die Öffnung eingesetzt wird und die bestimmten Streifen mit dem integrierten Schaltkreis verbunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Polyimid und der leiter aus Kupfer oder Aluminium besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht eine Mehrzahl Öffnungen aufweist, der Leiter über bestimmte dieser Öffnungen verläuft, die Teile der Leiter, die über die letztgenannten bestimmten Öffnungen verlaufen, nach der "Abbildungs"- und Folge-Behandlung unter Bildung von Leiterstreifen über den letztgenannten Öffnungen bleiben, wobei diese Teile der Leiter dazu dienen, die Schicht an einem Substrat festzulegen.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die auslegerarmartigen Leiterstreifen mit dem integrierten Schaltkreis durch Ultraschallschweißung verbunden werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter Aluminium ist und zur Erzielung

scharfer Begrenzungskanten der Leiterstreifen als Ätzmittel eine Lösung aus Phosphorsäure, Essigsäure und Salpetersäure verwendet wird, wobei die Säurekomponenten in der Lösung in Anteilen enthalten sind, so daß die Menge an Phosphorsäure ausreicht, um den Ätzfaktor ohne Beeinträchtigung der Streifenkantenschärfe zu maximieren, während die Menge an Essigsäure ausreicht, um den Ätzfaktor zu verbessern und eine Unterschneidung des die Streifen maskierenden Fotoresistmaterials zu verhindern und die Menge an Salpetersäure gerade ausreicht, um die Bildung eines schwarzen Rückstandes zu unterdrücken.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung vorwiegend Phosphorsäure ist, jedoch wirksame Mengen an Essigsäure und Salpetersäure enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung im wesentlichen 300 Volumenanteile Phosphorsäure, 200 Volumenanteile Essigsäure und 10 Volumenanteile Salpetersäure enthält und die Ätzung bei 95° C durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter eine vergleichsweise große Dicke aufweist und mindestens einer der Leiterstreifen ausgebogen wird, um seine Berührung mit einem weiteren Leiter zu verhindern.
10. Halbleitermodul, gekennzeichnet durch eine Schicht aus dielektrischem Material, auf die in einem Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen ein Muster itiit elektrischen Leiterstreifen aufgebracht worden ist und die mindestens ein Fenster aufweist, wobei bestimmte der Leiterstreifen auslegerarmartig über das Fenster verlaufen, mindestens einen in dem Fenster angeordneten integrierten Schaltkreis mit Anschlüssen, die jeweils in Nähe der Enden der auslegerarmartigen Leiterstreifen, die über das. Fenster verlaufen, elektrisch angeschlossen sind, ein Substrat mit einem durch ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen erzeugten Muster sowie durch eine Anordnung zur Verbindung des Substrats unter Abstützung in bezug auf die Schicht und den integrierten Schaltkreis.
11. Halbleitermodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster auf der Schicht mehrere Metallpolster oder Kontaktflächen aufweist, über die die Schicht im Verhältnis zu dem Substrat festgelegt ist.

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12. Halbleitermodul nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Schaltkreis mit seiner Rückseite auf dem Modul abgestützt ist.
13. Halbleitermodul nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch geken¹— zeichnet, daß die Schicht elektrische Leiterstreifen sowohl auf der dem Substrat abgewandten als auch auf der dem Substrat zugewandten Seite aufweist und auch das Substrat mit elektrischen Leiterstreifen versehen ist und die elektrischen Leiterstreifen auf der dem Substrat zugewandten Seite mit den elektrischen Leiterstreifen des Substrats elektrisch verbunden sind.
14. Halbleitermodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiterstreifen auf dem Substrat Eingangs-, Ausgangs- sowie Energieversorgungs-Anschlüsse aufweisen.
15. Halbleitermodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 14, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material Polyimid mit einer Stärke von etwa 0,125 mm ist und die Leiter aus auf die Schicht aufgebrachtem Aluminium bestehen und eine Stärke von etwa 20 - 25 /u haben, wobei diese Stärke es gestattet, jeden Leiterstreifen so auszubiegen, daß ein Kontakt mit weiteren Leitern vermieden wird.

KN/sm 3

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