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Dokumentenidentifikation DE4235919A1 28.04.1994
Titel Verfahren zur Herstellung von Dünnfilm-Schichtschaltungen
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Jäger, Andreas, 8017 Ebersberg, DE
DE-Anmeldedatum 23.10.1992
DE-Aktenzeichen 4235919
Offenlegungstag 28.04.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.1994
IPC-Hauptklasse H01L 21/90
IPC-Nebenklasse H01L 23/532   H01L 27/01   H05K 3/16   
Zusammenfassung Bei der Herstellung von Dünnfilm-Schichtschaltungen nach dem Stande der Technik werden zunächst vergleichsweise dünne Titan und Kupferschichten großflächig aufgebracht, auf der die eigentlichen Leiterbahnen mit einer dicken Kupferschicht und einer abschließenden Goldschicht aufgebaut werden. Bei der anschließenden Abätzung der dünnen Kupferschicht an den nicht gewünschten Stellen kann es zur Unterätzung der Leiterbahnflanken kommen, da diese nicht mit einer schützenden Goldschicht bedeckt sind und somit Korrosion möglich ist. Erfindungsgemäß wird deshalb nach dem Aufbringen der vergleichsweise dicken galvanischen Kupferschicht die gesamte Kupferoberfläche geätzt und damit die freiliegenden Teile der dünnen Kupferschicht vollständig entfernt. Beim anschließenden Überzug der Leiterbahnen mit der Goldschicht wird die gesamte Kupferoberfläche vergoldet und damit geschützt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dünnfilm- Schichtschaltungen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Verfahren der vorerwähnten Art ist aus der DE-A1- 34 38 028 und der DE-A1-25 22 944 bekannt. Bei den bekannten Verfahren wird, ggf. nach der Erzeugung von Widerstandsstrukturen eine vergleichsweise sehr dünne Titanschicht und darauf eine etwas dickere erste Kupferschicht in einem Vakuumprozeß großflächig aufgebracht. Die Kupferschicht wird im Bereich späterer Leiterbahnen galvanisch verstärkt und darauf eine Goldschicht galvanisch aufgebracht. Die Goldschicht dient dabei einerseits als Kontaktierungshilfe beim Bonden und Löten und andererseits als Korrosionsschutz für die Kupferschicht. Abschließend wird zunächst die frei liegende Kupferoberflache und dann die freiliegende Titanschicht weggeätzt. Beim Ätzen der freiliegenden, also nicht durch die Goldschicht geschützten Kupferoberfläche ergibt sich eine seitliche Unterätzung der Goldschicht und damit der Leiterbahnflanken, so daß diese nicht gegen Korrosion geschützt sind, kann auch die Verbindungsstelle zwischen Leiterbahnflanken und Widerstandsstrukturen geschwächt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, das eingangs erwähnte Verfahren zur Herstellung von Dünnfilm- Schichtschaltungen so weiter zu entwickeln, daß die Flanken der vorgesehenen Leiterbahnen durch eine Goldschicht geschützt sind und damit der Korrosionsschutz und die Maßhaltigkeit der Leiterbahnen gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art gelöst, daß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale weitergebildet ist. Von besonderem Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren ist der geringe Aufwand, der das beim Stand der Technik Erforderliche nicht überschreitet.

Als besonders zweckmäßig hinsichtlich Auftragsgeschwindigkeit und Materialverlust hat sich eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend dem Patentanspruch 2 ergeben.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Dabei zeigt

Fig. 1 eine erste nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schichtschaltung,

Fig. 2 eine zweite, zusätzlich eine Widerstandsstruktur enthaltende Dünnfilm- Schichtschaltung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

In der Fig. 1 ist mit S das Keramiksubstrat bezeichnet, daß aus gesinterten Aluminiumoxid besteht und in das zunächst ggf. notwendige Durchbohrungen eingebracht werden. Anschließend wird bei der Herstellung von Dünnfilm- Schichtschaltungen ohne Widerstandsstrukturen die für den Aufbau der Schichtschaltungen vorgesehene Oberflächenseite insgesamt mit einer dünnen, vorzugsweise etwa 0,07 µm dicken Titanschicht Ti durch Sputtern überzogen, auf die ebenfalls durch Sputtern eine etwa 0,5 µm dicke erste Kupferschicht Cu1 aufgebracht wird. Anschließend erfolgt ein Fotolackprozeß, bei dem auf der ersten Kupferschicht Cu1 eine Fotolackschicht durch Walzen, Belichten und Entwickeln so aufgebracht wird, daß an denjenigen Stellen die erste Kupferschicht Cu1 freiliegt, an denen Leiterbahnen sowie Kontaktflecken für Chipkondensatoren und ähnliches vorgesehen sind. Die freiliegenden Stellen werden anschließend mit einer zweiten vergleichsweisen dicken Kupferschicht Cu2 galvanisch überzogen, so daß die Gesamtdicke der Kupferschichten bei etwa 6,5 µm liegt. Beim Stande der Technik erfolgt anschließend eine galvanische Vergoldung und daraufhin das Abätzen der freiliegenden Kupferoberfläche.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird nach der galvanischen Abscheidung der zweiten Kupferschicht Cu2 der Fotolack vollständig entfernt und anschließend die gesamte Kupferoberfläche so weit abgeätzt, daß die freiliegenden Teile der ersten Kupferschicht Cu1 vollständig entfernt sind, während die zweite, dickere Kupferschicht Cu2 nur unwesentlich abgetragen wird. Erst dann wird die Golddeckschicht Au für die Leiterbahnen galvanisch aufgebracht, wobei die freiliegende Titanschicht Ti kein Gold aufnimmt. Abschließend wird die Titanschicht an den freiliegenden Stellen abgeätzt.

Beim Herstellungsverfahren nach dem Stande der Technik würde der schraffierte Teil der Schichtschaltung, der durch die Ätzgrenze AEGr vom übrigen Teil der Schichtschaltung getrennt ist, weggeätzt werden. Eine nach dem bekannten Stand der Technik hergestellte Schichtschaltung hätte dann eine erste Goldflanke Auf1 und eine erste Kupferflanke Cuf1, die ungeschützt freiliegen würde. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schichtschaltungen weisen dem gegenüber keine Ätzgrenze auf, so daß sich eine zweite Goldflanke Auf2 ergibt, die bis zur Titanschicht Ti und damit praktisch bis zum Substrat S reicht und die Kupferschicht mit der zweiten Kupferflanke Cuf2 völlig abdeckt.

In der Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Widerstandsstrukturen enthaltenden Dünnfilm- Schichtschaltung dargestellt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Die Herstellung der Widerstandsstrukturen erfolgt dabei durch zusätzliche Verfahrensschritte, die den in Zusammenhang mit der Herstellung der Schichtschaltung in Fig. 1 erläuterten Verfahrensschritten vorgeschaltet sind. Für die Widerstandsstrukturen der in Fig. 2 dargestellten Schichtschaltung ist eine Nickelchromschicht NiCr vorgesehen, die zunächst ganz flächig auf das gereinigte und gebohrte Substrat S aufgebracht wird. Mittels eines ersten Fotolackprozesses wird auf der Nickelchrom-Oberfläche durch Walzen, Belichten und Entwickeln eine Fotolackschicht an den Stellen aufgebracht, an denen Widerstandsstrukturen entstehen sollen. Anschließend erfolgt das Abätzen der restlichen Nickelchromschicht sowie das Entfernen des Lacks auf der Nickelchromschicht.

Der weitere Herstellungsprozeß entspricht dem für die Schichtschaltung der Fig. 1, es wird also ebenfalls ganzflächig eine Titanschicht Ti sowie eine erste Kupferschicht Cu1 in einem zweiten Vakuumprozeß durch Sputtern aufgebracht und anschließend in einem zweiten Fotolackprozeß die Oberfläche der ersten Kupferschicht Cu1 an den Stellen freigelegt, an denen die beiterbahnen durch galvanisches Aufbringen der zweiten Kupferschicht Cu2 entstehen sollen. Anschließend erfolgt wiederum die vollständige Entfernung des Fotolacks und das Abätzen der gesamten Kupferoberfläche soweit, daß die vergleichsweise dünne erste Kupferschicht Cu1 an den freiliegenden Stellen vollständig entfernt ist. Abschließend erfolgt auch hier das galvanische Aufbringen der Goldschicht Au und das Abätzen der freiliegenden Stellen der Titanschicht Ti, so daß auch die Nickelchrom-Oberfläche freiliegt. In der Fig. 2 ist eine zweite Ätzgrenze AEGr2 eingezeichnet, die ebenfalls ein schraffiertes Gebiet der Leiterbahnen vom Rest der Leiterbahnen abtrennt. Diese zweite Ätzgrenze würde sich beim Herstellungsverfahren nach dein Stande der Technik durch Unterätzung der Goldschicht Au ergeben, da diese sich nur bis zur dritten Goldflanke Auf3 erstrecken würde, so daß bei nach dem Stand der Technik hergestellten Schichtschaltungen das schraffierte Gebiet fehlen würde. Es ist erkennbar, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur der Korrosionsschutz der Leiterbahnen sondern auch die Kontaktierung der Nickelchromschicht zuverlässig gesichert ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung von Dünnfilm-Schichtschaltungen, bei dem auf ein gereinigtes und gegebenenfalls mit Löchern versehenes Substrat auf wenigstens eine Oberflächenseite in einem ersten Vakuumprozeß eine Nickelchromschicht aufgebracht und durch einen ersten Fotolack- und Ätzprozeß die gewünschten Widerstandsstrukturen erzeugt werden, daß danach auf die gesamte, mit den Widerstandsstrukturen versehene Oberfläche und bei Schichtschaltungen ohne Widerstandsstrukturen direkt auf das gereinigte und gebohrte Substrat in einem zweitem Vakuumprozeß jeweils ganzflächig eine Titanschicht und darauf eine erste Kupferschicht abgeschieden werden, daß anschließend in einem zweiten Fotolackprozeß die erste Kupferschicht an denjenigen Stellen mit einer Fotolackschicht bedeckt wird, die nicht verstärkt werden sollen und die freiliegenden Stellen der ersten Kupferschicht insbesondere galvanisch mit einer vergleichsweise dicken zweiten Kupferschicht verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Entfernung der Fotolackschicht die gesamte Kupferoberfläche (Cu1, Cu2) in einem zweiten Ätzprozeß soweit abgeätzt wird, daß die frei liegenden Teile der ersten, vergleichsweise dünnen Kupferschicht (Cu1) vollständig entfernt sind, daß danach die verbliebene Kupferoberfläche insbesondere galvanisch vergoldet (Au) wird und daß abschließend mit einem nur die Titanschicht (Ti) angreifenden Ätzmittel diese an den freiliegenden Stellen weggeätzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim ersten und beim zweiten Vakuumprozeß die Auftragung der Schichten durch Sputtern erfolgt.






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