DE2548258A1 - Verfahren zur herstellung mehrlagiger mikroverdrahtungen - Google Patents
Verfahren zur herstellung mehrlagiger mikroverdrahtungenInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESEILSCHAPT
Berlin und München
Berlin und München
Unser Zeichen VPA
75 P 7 1 9 9 BRD
Verfahren zur Herstellung mehrlagiger Mikroverdrahtungen
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung mehrlagiger
Mikroverdrahtungen, bei welchem auf ein Keramiksubstrat abwechselnd leitende Schichten und dielektrische Schichten aufgebracht
werden, wobei die leitenden Schichten mit Hilfe des Photoätzverfahrens strukturiert und an Durchkontaktierungsstellen
durch Öffnungen in den dielektrischen Schichten elektrisch leitend miteinander verbunden werden.
Bei mehrlagigen Mikroverdrahtungen für schnelle Rechenanlagen können als Folge der Abhängigkeit des Wellenwiderstandes von
der Leiterbahnbreite, der Dicke und der relativen Dielektrizitätskonstanten der dielektrischen Schichten Strukturen der leitenden
Schichten mit Leiterbahnbreiten unter 100 /um gefordert
werden. Die daraus resultierenden Schichtdicken der dielektrischen Schichten können dann ca. 20/um bis 150/um und mehr erreichen.
Mit konventioneller Dickschichttechnik können selbst bei sehr fortgeschrittener Drucktechnik weder Leiterbahnen mit einer
Breite von beispielsweise 50/um gedruckt, noch Durchkontakierungen
in 150/um dicke dielektrische Schichten eingebracht werden.
Mittels Siebdruck hergestellte Öffnungen für Durchkontaktierungen sind minimal bis 250 /um χ 250/um möglich, wobei
die Schichtdicke der dielektrischen Schichten auf maximal 45/um begrenzt ist.
Aus dem Aufsatz "Photoprintable Materials and Processing
Equipment for Thick-Film Microcircuitry" in "Solid State Technology",
May 1974, Seiten 33 bis 37 ist ein Verfahren zur.Her-
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KIk 17 The / 16.10.1975
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stellung mehrlagiger Mikroverdrahtungen "bekannt, bei welchem
sowohl die leitenden Schichten als auch die dielektrischen Schichten aus photopolymerisierbaren Massen mittels Photolithographic
strukturiert werden. Hierbei können Leiterbahnbreiten von ca. 50/um und Öffnungen in den dielektrischen Schichten von
ca. 125/um Durchmesser realisiert werden. Die Dicken der dielektrischen
Schichten sind jedoch auf höchstens 25/um bis 30 /um begrenzt, da das Auflösungsvermögen der photopolymersisierbaren
Massen mit zunehmender Schichtdicke stark abnimmt.
Ferner ist aus einer Veröffentlichung von Barry Hass, Willard W. McLeod und Rudolf S. Ihun mit dem Titel "A Method for the
Rapid and Economical Generation of Hybrid LSI Circuits" 24 Electronic Components Conference, 13. bis 15. Mai 1974» Seiten
172 bis 176 ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt,
bei welchem sowohl die leitenden Schichten als auch die dielektrischen Schichten mit Hilfe des Photoätzverfahrens strukturiert
werden. Hierbei können Leiterbahnbreiten von 50 /um ohne Schwierigkeiten realisiert werden. Die Herstellung von Durchkontakt
ieröffnungen mit 150/um Durchmesser in z.B. 150/um dicke
dielektrische Schichten ist Jedoch auch bei diesem bekannten Verfahren nicht möglich, da ein einseitiges Ätzen bei derartigen
Schichtdicken zwangsläufig zu starken Unterätzungen führt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das Verfahren
der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß auch Durchkontaktieröffnungen von 150/um Durchmesser in ca. 150/um dicke dielektrische
Schichten eingebracht werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Herstellung
der Durchkontaktierungen mit Hilfe eines EnergieStrahls
Sacklöcher gebohrt werden, welche die leitenden Schichten zumindest anbohren und daß die Sacklöcher mit einer sinterbaren,
elektrisch leitenden Masse gefüllt werden.
Mit Hilfe des EnergieStrahls können ohne Schwierigkeiten Sacklöcher
mit einem Durchmesser von 150/um in dielektrische Schich-
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ten mit Schichtdicken von über 200 /um eingebracht v/erden. Überraschenderweise
sind diese Sacklöcher, die bei Mehrlagenaufbauten die leitenden Schichten anbohren oder durchbohren, frei
von Glas oder Keramik. Dadurch ist es möglich, die Sacklöcher mit einer leitenden Masse zu füllen- und das Potential einer
unteren Ebene in einer anderen Ebene weiterzuführen. Gegenüber Durchgangslöchern bringt die Ausbildung der Durchkontaktieröffnungen
als Sacklöcher eine Reihe von Vorteilen mit sich. So braucht die leitende Masse nur von einer Seite her in die
Sacklöcher eingefüllt zu werden, wobei ein Auslaufen der Masse auf der Gegenseite, das die Gefahr von Kurzschlüssen und Vergröberungen
der Strukturen mit sich bringt, sicher ausgeschlossen wird· Außerdem ermöglicht die Begrenzung der Sacklöcher
nach unten hin eine Verbesserung des Püllungsgrades. Nach dem Pullen der Sacklöcher steht die jeweils obenliegende dielektrische
Schicht mit ihrer gesamten Pläche für den Aufbau der nächsten Verdrahtungslage zur Verfugung. Hierdurch ist es möglich,
MikrοVerdrahtungen zur Verbindung von Halbleiterbausteinen
untereinander mit einer sehr hohen Packungsdichte auszuführen.
Vorzugsweise werden die Sacklöcher mit Hilfe eines Laserstrahls
gebohrt. Das Laserstrahlbohren erfordert kein Vakuum, d.h. es ist wesentlich wirtschaftlicher als das Elektronenstrahlbohren.
Je nach Konzeption der Mikroverdrahtungen können die Sacklöcher
auch durch zwei oder mehrere dielektrische Schichten hindurch gebohrt werden. Hierdurch kann bei fluchtenden Durchkontaktierungen
die Anzahl der einzubringenden Bohrungen verringert werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Sacklöcher mit einer feuerfeste Körner
enthaltenden Masse gefüllt. Derartige Massen, die beispielsweise in der DT-OS 2 310 062 beschrieben sind, schrumpfen beim
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Brennen nur geringfügig und gewährleisten somit besonders funktionssichere
Durchkontaktierungen.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Figur 1 bis Figur 4 verschiedene Stadien bei der Herstellung einer mehrlagigen Mikroverdrahtung und
Pigur 5 eine Variante in der Ausbildung der Sacklöcher.
Gemäß Figur 1 wird auf ein Keramiksubstrat 1, das beispielsweise
aus 96 $> AIpQ* besteht, ganzflächig eine ca. 20/um dicke elektrisch
leitende Schicht 2 aufgebracht und unter Anwendung des Photoätzverfahrens strukturiert, so daß Leiterbahnen 21 und
gebildet werden. Zur Herstellung der leitenden Schicht 2 wird beispielsweise eine Gold-Siebdruckpaste (Electro Science Laboratories
of Pensavken, New Jersey paste No. 8810) aufgebracht und bei ungefähr 8500C ca. 45 Minuten gesintert. Die leitende Schicht
2 kann jedoch auch durch Aufdampfen oder Aufstäuben von Gold oder anderen geeigneten Metallen im Vakuum hergestellt werden.
Eine galvanische Verstärkung der Schicht 2 ist ebenfalls möglich.
Auf die so hergestellte erste Verdrahtungslage wird eine beispielsweise
150/um dicke dielektrische Schicht 3 aufgebracht
und gesintert, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Das Aufbringen dieser Schicht 3 kann auf verschiedene Weise geschehen, z.B.
durch Aufsprühen, Aufschlendern oder Aufgießen von geeigneten Dispersionen. Im letzteren Fall wird das Keramiksubstrat 1 in
einer Vorrichtung aufgenommen, wobei die Vorrichtung den Substratrand 'dicht umschließt, so daß die Dispersion nicht auslaufen
kann. Zweckinäßlgerweise wird dabei die Vorrichtung in Vibration
gesetzt. Es ist aber auch möglich, die Schicht 3 im Druckverfahren
oder durch Auflaminieren einer gezogenen Folie herkiu^i^lXen,
Ein geeigneter Werkstoff für die dielektrische Schicht 3 ist beispielsweise ein kristallisierbares Glas (Zusammensetzung
DP-8399, DuPont Company, Wilmington, Delaware),
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das im Siebdruckverfahren aufgebracht und bei einer Temperatur
von 85O0C gesintert wird. Nachdem die Schicht 3 gesintert
ist, werden mit Hilfe eines Laserstrahls Sacklöcher 4 gebohrt, welche die leitende Schicht 2 gerade anbohren und beispielsweise
einen mittleren Durchmesser von 120/um besitzen.
Gemäß Figur 3 werden anschließend die Sacklöcher 4 mit einer elektrisch leitenden Masse 5 gefüllt, welche nach dem Füllen
gesintert wird. Die Masse 5, die mit Hilfe einer Rakel in die Sacklöcher 4 gefüllt werden kann, besteht beispielsweise aus
einer Mischung mit
75 Gew.-$ der für die Schicht 2 verv/endeten Gold-Siebdruckpaste,
20 Gew.-^ A^O-z-Körnern mit einer Korngröße von ca. 5/um und
5 Gew.-^ Pinienöl.
Das Sintern dieser Mischung dauert etwa 30 Minuten bei einer Temperatur von 8500C. Nach dem Sintern wird auf die dielektrische
Schicht 3 eine elektrisch leitende Schicht 6 aufgebracht und unter Anwendung des Photoätzverfahrens strukturiert,
so daß Leiterbahnen 61, 62 und 63 gebildet werden. Das Aufbringen der leitenden Schicht 6 wird hierbei in gleicher Weise
vorgenommen wie das Aufbringen der leitenden Schicht 2.
Auf die so hergestellte zweite Verdrahtungslage wird gemäß
Figur 4 eine dielektrische Schicht 7 aufgebracht und gesintert. Das Aufbringen der dielektrischen Schicht 7 wird hierbei wieder
in gleicher Weise vorgenommen wie das Aufbringen der dielektrischen Schicht 3. Nachdem die Schicht 7 gesintert ists
werden mit Hilfe eines Laserstrahls Sacklöcher 8 und 9 gebohrt, welche die leitenden Schichten 6 bzw. 2 gerade anbohren und
mit der bereits erwähnten leitenden Masse 5 gefüllt werdenο
Haeli dem Sintern der leitenden Masse 5 wird eina weitere leitende Schicht 10 aufgebracht und zur Bildung dar dritten Ve~>drahtungslage
strukturiert. Die Herstellung v/eiterer yerdral·.-=·
tungslagen erfolgt in entsprechender Weise, wobei die oberste
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Verdrahtungslage und/oder eine auf der Unterseite des Keramiksubstrats
1 gebildete Verdrahtung Anschlußflächen zum Anlöten von Halbleiterbausteinen umfassen. Gegebenenfalls können die
Anschlußflächen für die Halbleiterbausteine auf der Unterseite des Keramiksubstrats 1 über geeignete Durchkontaktierungen mit
der leitenden Schicht 2 verbunden werden.
Figur 5 zeigt eine Variante der Durchkontaktierungen mit Sacklöchern
40, welche die leitende Schicht 2 durchbohren und erst im Keramiksubstrat 1 enden. Hierdurch werden innerhalb der
Sacklöcher 40 Zylindermantelflächen 20 der leitenden Schicht 2 freigelegt, welche beim Einfüllen einer leitenden Masse kontaktiert
werden.
4 Patentansprüche
5 Figuren
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Claims (4)
- -PatentansprücheVerfahren zur Herstellung mehrlagiger Mikroverdrahtungen, "bei welchem auf ein Keramiksubstrat abwechselnd leitende Schichten und dielektrische Schichten aufgebracht werden, wobei die leitenden Schichten mit Hilfe des Photoätzverfahrens strukturiert und an Durchkontaktierungsstellen durch Öffnungen in den dielektrischen Schichten elektrisch leitend miteinander verbunden werden, dadurch g e k e η η zeichnet , daß zur Herstellung der Durchkontaktierungen mit Hilfe eines EnergieStrahls Sacklöcher (4,8,9, 50) gebohrt werden, welche die leitenden Schichten (2,6) zumindest anbohren und daß die Sacklöcher (4,8,9,50) mit einer sinterbaren, elektrisch leitenden Masse (5) gefüllt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeieh net , daß die Sacklöcher (4,8,9,50) mit Hilfe eines Laserstrahls gebohrt werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Sacklöcher (9) durch zwei oder mehrere dielektrische Schichten (3, 7) hindurch gebohrt werden.
- 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Sacklöcher (4,8,9, 50) mit einer feuerfeste Körner enthaltenden Masse (5) gefüllt werden.VPA 75E7135709818/0480
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