DE2509912A1

DE2509912A1 - Elektronische duennfilmschaltung

Info

Publication number: DE2509912A1
Application number: DE19752509912
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Krueger; Klaus Ing Grad Kuettner; Fedor Dipl Chem Modic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-03-07
Filing date: 1975-03-07
Publication date: 1976-09-16
Also published as: JPS51110668A; US4075416A; DE2509912B2; IT1056918B; FR2303386A2; FR2303386B2; DE2509912C3; GB1531327A

Description

R.? Z 9 Z
30.1.1975 Pb/Sm

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmuster-HIIfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart Elektronische Dünnfilmsehaltung

Die Erfindung betrifft eine elektronische Dünnfilmschaltung mit einer aus einem Isoliermaterial bestehenden Substratplatte j mit einer die Substratplatte in Form eines ersten und eines zweiten Musters teilweise bedeckenden Ventilmetallschicht j wobei diese beiden Muster an mindestens einer Stelle zusammenhängen und einen ersten und einen zweiten Bereich der Venti!metallschicht bilden, von denen der erste Bereich Schaltelemente der Dünnfilmschaltung und der zweite Bereich

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Anschlußkontakte und Verbindungsleitungen definiert, und mit einer Metallisierung auf dem zweiten Bereich der Ventilmetallschicht , wobei die Metallisierung eine auf den zweiten Bereich der Ventilmetallschicht aufgebrachte erste Kupferschicht , eine auf die erste Kupferschicht aufgebrachte Zwischenschicht aus Diffusionssperrenmetall und eine auf die Zwischenschicht aufgebrachte zweite Kupferschicht enthält und wobei auf die Metallisierung eine Weichlotschicht aufgebracht ist.

Aus der DT-OS 2 155 029 ist bereits eine elektronische Dünnfilmschaltung dieser Art mit einer dreischichtigen Metallisierung bekannt, bei der die Weichlotschicht unmittelbar auf die obere, zweite Kupferschicht aufgebracht ist. Diese elektronische Dünnfilmschaltung hat aber den Nachteil, daß die zweite Kupferschicht sich dann nicht mit ausreichender Sicherheit mit dem Weichlot belegen läßt, wenn das Weichlot in einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre ohne Verwendung eines Flußmittels aufgebracht wird, da geringe Oxidreste auf dieser zweiten Kupferschicht den Prozeß stören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der elektronischen Dünnfilmschaltungen der eingangs genannten Art zu beseitigen.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Metallisierung ein fünfschichtiges System ist, wobei auf die zweite Kupferschicht eine Nickelschicht und auf diese Nickelschicht eine Goldschicht aufgebracht ist.

Die auf die zweite Kupferschicht aufgebrachte Nickelschicht verhindert dabei eine Auflösung der zweiten Kupferschicht in der Weichlotschicht beim Aufbringen des flüssigen Lotes, während die Goldschicht die Benetzbarkeit der Metallisierung mit dem flüssigen Lot und damit die Haftfestigkeit der•Weichlotschicht erheblich verbessert.

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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine ein Widerstandsnetzwerk enthaltende elektronische Dünnfilmschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 2a

bis 2k die in Herstellung begriffene elektronische Dünnfilmschaltung nach Fig. 1 bei den verschiedenen erfindungsgemäß auszuführenden Verfahrensschritten.

Gemäß Fig. 1 ist auf ein aus einem isolierenden Substrat bestehendes Trägerplättchen 1 eine die Grundgeometrie des Schaltungsnetzwerkes enthaltende Schicht 2 aus Ventilmetall von 1000 S Dicke aufgebracht. Unter Ventilmetall versteht man ein Metall, das ein einen Gleichstrom sperrendes Oxid bildet. Vorzugsweise ist als Ventilmetall Tantal vorgesehen. Statt dessen können aber auch die Metalle Niob, Aluminium, Zirkonium und Hafnium verwendet werden. Die Ventilmetallschicht 2 trägt an denjenigen Oberflächenbereichen, die das Widerstandsnetzwerk bilden, eine Oxidschicht J>, die dadurch hergestellt ist₃ daß die Ventilmetallschicht 2 an diesen Stellen teilweise anodisch oxydiert ist. Die Ventilmetallschicht 2 trägt an denjenigen Oberflächenbereichen, die nicht zum Widerstandsnetzwerk gehören, eine aus fünf Schichten 4, 5₃ 6, 10, 11 bestehende Metallisierung. Die erste Schicht 4 und die dritte Schicht 6 dieser Metallisierung sind jeweils Kupferschichten von 2000 Ä Dicke. Die zwischen diesen beiden Kupferschichten und 6 verlaufende Zwischenschicht 5 besteht aus einem als Diffusionssperre wirkenden Metall, beispielsweise aus Eisen, Nickel oder Kobalt. Die Dicke dieser Schicht 5 beträgt 4000 a.

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Auf die obere Kupferschicht 6 ist eine Nickelschicht 10 und auf diese Nickelschicht eine Goldschicht 11 aufgebracht. Die Nickelschicht 10 hat eine Dicke von 5000 8, die Goldschicht 11 eine Dicke von 1000 S. Die aus den Schichten 4, 5, 6, 10 und bestehende fünfschichtige Metallisierung ist an allen denjenigen Stellen auf die Ventilmetallschicht 2 aufgebracht, die für Leiterbahnen und für Anschlußkontakte vorgesehen sind. Auf die aus den Schichten 4, 5, 6, 10 und 11 bestehende Metallisierung ist eine aus Blei/Zinn-Eutektikum bestehende Lotschicht 7 aufgebracht. Die Lotschicht 7 bildet zusammen mit den Schichten 4, 5 und 6, 10 und 11 und mit den jeweils darunterliegenden Teilen der Ventilmetallschicht 2 sowohl die Leiterbahnen als auch die lötfähigen Anschlußkontakte, die zur äußeren Kontaktierung der elektronischen Dünnfilmschaltung und/oder zum Anbringen weiterer Bauelemente dienen. Beim Anbringen weiterer Bauelemente an die Dünnfilmschaltung spricht man allgemein von Dünnschichthybriden. Die nicht mit den Schichten 4, 5, 6, 10, 11 und 7 behafteten, jedoch mit der Oxidschicht 3 behafteten Teile der Ventilmetallschicht 2 bilden das Widerstandsnetzwerk der Dünnfilmschaltung beziehungsweise des Dünnschichthybrides.

Die Figuren 2a bis 2k zeigen die Dünnfilmschaltung nach Fig. 1 bei den verschiedenen erfindungsgemäß auszuführenden Verfahrensschritten. Auf das Trägerplättchen 1 wird zuerst eine durchgehende Ventilmetallschicht 2 durch Kathodenzerstäubung aufgebracht. Auf diese Schicht 2 werden die Metallschichten 4, 5 und 6 hintereinander durch Kathodenzerstäubung ebenfalls als durchgehende Schichten aufgebracht. Auf das so beschichtete Trägerplättchen wird dann gemäß Fig. 2a in bekannter Weise eine Photolackmaske 8 aufgebracht, die die für die Herstellung der· Dünnfilmschaltung benötigten Bereiche des Schichtsystemes 2, 4, 5, 6 abdeckt.

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Es sind dies alle diejenigen Bereiche, die zu Widerstandsbahnen, zu Leiterbahnen oder zu Anschlußkontakten führen sollen, das heißt diejenigen Bereiche, die die Grundgeometrie der Dünnfilmschaltung ausmachen. Von der Maske 8 freigelassen werden also diejenigen Bereiche, an denen die Oberfläche des Trägerplättchens 1 wieder freigelegt werden soll. Das mit den Schichten 2, 4, 5 und 6 und mit der Photolackmaske 8 behaftete Trägerplättchen 1 wird dann in eine Mischung von Flußsäure, Salpetersäure und Wasser eingetaucht und dabei gemäß Fig. 2b die Grundgeometrie des Schaltungsnetzwerkes ausgeätzt. Dann wird das so behandelte, mit der Grundgeometrie des Schaltungsnetzwerkes behaftete Trägerplättchen in Aceton eingetaucht und dabei gemäß Fig. 2c die Photolackmaske 8 abgelöst. Anschließend werden diejenigen Teile des Schichtsystemes 2, 4, 5, 6, die zu Leiterbahnen oder zu Anschlußkontakten führen sollen, gemäß Fig. 2d mit einer im Siebdruckverfahren aufgebrachten Formgebungsmaske 9 abgedeckt. Nicht abgedeckt werden also alle Stellen, die zu Widerständen führen sollen. Hierauf wird das mit dem Schichtsystem 2, 4, 5, 6 und mit der Formgebungsmaske 9 behaftete Trägerplättchen 1 in eine wässrige Salpetersäurelösung eingetaucht und dabei die Schichten 4, 5, 6 an den nicht mit der Formgebungsmaske 9 abgedeckten Stellen selektiv weggeätzt. Stehen bleibt also an diesen Stellen gemäß Fig. 2e die von dem Ätzmittel nicht angreifbare Ventilmetallschicht 2. Nun wird das mit der Siebdruckmaske 9 behaftete, an den freiliegenden Stellen selektiv geätzte System 1, 2, 4, 5, 6 auf eine Temperatur von 130⁰C erwärmt. Dadurch wird erreicht, daß der die Siebdruckmaske bildende Piceinlack zum Fließen kommt und sich über die Ätzkanten hinweg bis auf die Oberseite des Trägerplättchens beziehungsweise auf die Ventilmetallschicht absenkt. Fig. 2f zeigt das Trägerplättchen 1 mit dem Schichtsystem 2, 4, 5,

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und der Siebdruckmaske 9 nach der Erwärmung auf 13O°C. Die Absenkung ist hier deutlich zu erkennen. Um den ohmschen Widerstand des aus den freigeätzten Teilen der Ventilrnetallschicht bestehenden Widerstandsnetzwerkes auf einen bestimmten vorgeschriebenen Wert einzustellen, wird nun gemäß Fig. 2g dieses Widerstandsnetzwerk an seiner Oberseite durch anodische Oxidation teilweise in eine Oxidschicht 3 umgewandelt. Hierbei bietet die Siebdruckmaske 9, die sich über die Ätzkanten der Metallisierung 4, 5₃ 6 hinweg und an den völlig freigelegten Stellen des Trägerplättchens auch über die Ätzkante der Ventilmetallschicht 2 hinweg erstreckt, einen ausgezeichneten Schutz der Leiterbahnen und der Anschlußkontakte gegenüber einem Angriff des Elektrolyten. Sollte trotzdem aufgrund eines Fehlers in der Siebdruckmaske eine Leiterbahn oder ein Anschlußkontakt an irgendeiner Stelle freiliegen, so bilden sich, wenn der Elektrolyt mit den Materialien in Kontakt kommt, den Kurzschluß ausheilende Oxide:

Cu⁺⁺ + 2 0H~ t*~ CuO .+ H₂O

Fe⁺⁺ +· 2 0H~ ^ FeO + H₂O.

Im Anschluß an die anodische Oxidation wird die Siebdruckmaske 9 durch Eintauchen des Systemes 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9 in Trichloräthylen entfernt. Das verbleibende, in Fig. 2h dargestellte System 1, 2, 3, 4, 5₃ 6 wird nun in eine als Hauptbestandteil Nickelchlorid und Natriumhypophosphit enthaltende wässrige Lösung eingetaucht. Dabei wird auf der oberen Kupferschicht 6 stromlos eine Nickelschicht 10 abgeschieden (Fig. 2i), während die Ventilmetalloxidschicht 3 frei von Nickel bleibt. Auf die Nickelschicht 10 wird anschließend eine dünne Goldschicht 11 aufgebracht. Die Abscheidung des Goldes erfolgt in einer Sudgoldlösung bei einer Temperatur zwischen 60 und 95 C. Ein Teil des unedlen

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Nickels geht dabei in Lösung, während sich das Gold äquivalent abscheidet (Fig. 2k). Das so hergestellte, in Fig. 2k dargestellte System I₃ 2, 3, ^a 5_a 6_a 10, 11 wird nun in einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre ohne Verwendung eines Flußmittels in flüssiges, aus Blei/Zinn-Eutektikum bestehendes Weichlot eingetaucht. Das flüssige Lot benetzt die aus Ventilmetall bestehenden, mit der Oxidschicht 3 behafteten Widerstandsbahnen 2 nicht. Die Oberseite der Metallisierung 4, 5, 6, 10, 11 wird dagegen von dem flüssigen Lot unter Bildung einer Lotschicht 7 benetzt, so daß das in Fig. 1 dargestellte Gebilde entsteht, das die fertige Dünnfilmschaltung darstellt. Die Lotschicht 7 kann statt durch Tauchen auch im Schwallverfahren aufgebracht werden.

Das so hergestellte, in Fig. 1 dargestellte System I₃ 2, 3, ^> 5s 6, 10, H₉ 7 bildet eine elektronische Dünnfilmschaltung mit einem Widerstandsnetzwerk, das aus Ventilmetall besteht, und mit Leiterbahnen und Ansehlußkontakten, die aus einer Schicht aus Ventilmetall, aus einer darauf aufgebrachten fünfschichtigen Metallisierung und aus einer auf die fünfschichtige Metallisierung aufgebrachten Blei/Zinn-Weichlotschicht bestehen. Das System enthält zwei als Diffusionssperre wirkende Schichten, nämlich die zwischen den beiden Kupferschichten liegende Zwischenschicht 5» die aus Eisen, Nickel oder Kobalt besteht, und die unter der Goldschicht liegende Nickelschicht 10. Beide Diffusionssperrenschichten 5 und 10 haben die Eigenschaft, ein überdiffundieren von Metall aus einer der beiden jeweils angrenzenden Schichten in die andere der beiden angrenzenden Schichten zu verhindern.

Durch das Aufbringen der Lotschicht 7 wird die elektrische Leitfähigkeit der Leiterbahnen erheblich erhöht.

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Wenn ein Abgleich des Widerstandswertes der aus Ventilmetall bestehenden Widerstandsschicht 2 nicht notwendig ist, kann auf die Bildung der Schicht 3 verzichtet werden, so daß der Verfahrensschritt der anodischen Oxidation der Ventilmetallschicht 2 entfällt.

Als Widerstandsschieht kann anstelle der Ventilmetallschicht eine Ventilmetallnitridschicht, beispielsweise eine Schicht aus Tantalnitrid, oder eine Ventilmetalloxinitridschicht, beispielsweise eine Schicht aus Tant.aloxinitrid, verwendet werden. Derartige Schichten können in derselben Weise Schaltelemente einer elektronischen Dünnfilmschaltung bilden und lassen sich in derselben Weise anodisch oxidieren wie Ventilmetallschichten.

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Claims

Ansprüche

If Elektronische Dünnfilmschaltung mit einer aus einem Isoliermaterial bestehenden Substratplatte, mit einer die Substratplatte in Form eines ersten und eines zweiten Musters teilweise bedeckenden Ventilmetallschicht, wobei diese beiden Muster an mindestens einer Stelle zusammenhängen und einen ersten und einen zweiten Bereich der Ventilmetallschicht bilden, von denen der erste Bereich Schaltelemente der Dünnfilmschaltung und der zweite Bereich Anschlußkontakte und Verbindungsleitungen definiert, und mit einer Metallisierung auf dem zweiten Bereich der Ventilmetallschicht, wobei die Metallisierung eine auf den zweiten Bereich der Ventilmetallschicht aufgebrachte erste Kupferschicht, eine auf die erste Kupferschicht aufgebrachte Zwischenschicht aus Diffusionssperrenmetall und eine auf die Zwischenschicht aufgebrachte zweite Kupferschicht enthält und wobei auf die Metallisierung eine Weichlotschicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung ein fünfschichtiges System (4, 5, 6, 10, 11) ist, wobei auf die zweite Kupferschicht (6) eine Nickelschicht (10) und auf diese Nickelschicht (10) eine Goldschicht (11) aufgebracht ist.

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2. Dünnfilmschaltung nach Anspruch 1, dadur.cn gekennzeichnet, daß auf den ersten Bereich der Ventilmetallschicht (2) "eine Schicht (3) aus Ventilmetalloxid aufgebracht ist, wobei dieser erste Bereich der Ventilmetallschicht (2) eine Dicke besitzt, die relativ zur Dicke des zweiten Bereiches der Ventilmetallschicht (2) durch die Anwesenheit der Ventilmetalloxidschicht (3) reduziert ist.
3. Dünnfilmschaltung nach Anspruch 1 oder.2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (5) aus Eisen besteht.
4. Dünnfilmschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (5) aus Nickel besteht.
5· Dünnfilmschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (5) aus Kobalt besteht.
6. Dünnfilmschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmetallschicht (2) aus Tantal besteht.
7. Dünnfilmschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichlotschicht (7) aus Blei-Zinn-Weichlot besteht.

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8. Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Substratplatte (1) durch'Kathodenzerstäubung zuerst eine durchgehende Ventilmetallschicht (2) und darauf die erste Kupferschieht (4)_a die Zwischenschicht (5) und die zweite Kupferschicht (6) ebenfalls als durchgehende Schichten aufgebracht werden_a daß dann aus der Ventilmetallschicht (2) und aus dem darauffolgenden Dreischichtsystem (4, 5, 6) mit Hilfe eines photolithographischen Prozesses die aus dem ersten und dem zweiten Bereich bestehende Grundgeometrie der Dünnfilmschaltung ausgeätzt wird, daß anschließend der zweite Bereich mit einer Formgebungsmaske (9) abgedeckt und dann die beiden Kupferschichten (4, 6) und die Zwischenschicht (5) innerhalb des ersten Bereiches mit Hilfe eines selektiven Ätzmittels entfernt werden, daß dann die Formgebungsmaske (9) abgelöst wird, daß auf dem innerhalb des zweiten Bereiches verbliebenen Muster des Dreischichtsystemes (4, 5, 6) die Nickelschicht (10) und darauf die Goldschicht (11) stromlos abgeschieden wird und daß schließlich auf das innerhalb des zweiten Bereiches so gebildete Muster der fünfschichtigen Metallisierung (4, 5, 6, 10, 11) die Weichlotschicht (7) durch Eintauchen des gesamten Systemes in flüssiges Weichlot oder im Schwallverfahren in reduzierender Schutzgasatmosphäre aufgebracht wird.

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9· Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Substratplatte (1) durch .Kathodenzerstäubung zuerst eine durchgehende Ventilmetallschicht (2) und darauf die erste Kupferschicht (4), die Zwischenschicht (5) und die zweite Kupferschicht (6) ebenfalls als durchgehende Schichten aufgebracht werden, daß dann aus der Ventilmetallschicht (2) und aus dem darauffolgenden Dreischichtsystem (4, 5» 6) mit Hilfe eines photolithographischen Prozesses die aus dem ersten und dem zweiten Bereich bestehende Grundgeometrie der Dünnfilmschaltung ausgeätzt wird, daß anschließend der zweite Bereich mit einer Formgebungsmaske (9) abgedeckt und dann die beiden Kupferschichten (4, 6) und die Zwischenschicht (5) innerhalb des ersten Bereiches mit Hilfe eines selektiven Ätzmittels entfernt werden, daß dann die so innerhalb des ersten Bereiches freigelegte Ventilmetallschicht (2) in diesem Bereich zur Erzeugung der Ventilmetalloxidschicht (3) teilweise anodisch oxidiert wird, daß dann die Formgebungsmaske (9) abgelöst wird, daß auf dem innerhalb des zweiten Bereiches verbliebenen Muster des Dreischichtsystemes (4, 5, 6) die Nickelschicht (10) imd darauf die Goldschicht (11) stromlos abgeschieden wird und daß schließlich auf das innerhalb des zweiten Bereiches so gebildete Muster der fünfschichtigen Metallisierung (4, 5, 6, 10, 11) die Weichlotschicht (7) durch

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Eintauchen des gesamten Systemes in flüssiges Weichlot oder im Schwallverfahren in reduzierender Schutzgasatmosphäre aufgebracht wird.

So. 4.

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