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Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit mehreren, verschieden geformten Elektroden, bei denen das Elektrodenmetall durch eine Maske hindurch auf den Halbleiterkörper aufgedampft wird.
Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, insbesondere von Mesa-Transistoren, besteht die Aufgabe, geometrischsehr kleine (d. h. mit Abmessungen in der Grössenordnung von einigen jedoch in Grö- sse, Form, Dicke und Lage sehr genau definierte metallische Flecken bzw. Fleckenpaare aus verschiedennen Metallen auf die Oberfläche des Halbleiterkristalls aufzudämpfen, die im Falle eines Mesa-Transi- stors durcheinen Diffusionsprozess vorpräpariert ist. Um dieses Verfahren wirtschaftlich zu gestalten, wird eine grosse Anzahl von z. B. 1000 bis 2000 Fleckenpaaren. also von Elektrodenpaaren, gleichzeitig auf eine Halbleiterscheibe aufgedampft und diese nachträglich in eine entsprechende Anzahl Transistorsysteme zerteilt.
Dabei wird im allgemeinen so vorgegangen, dass eine Maske oder Schablone mit einer entsprechenden Anzahl von Löchern in der Form und Grösse der Aufdampfflecken in kurzem Abstand von der Halbleiterscheibe, also z. B. einer Germanium- oder Siliziumscheibe, gehalten wird. In grösserem Abstand von der Halbleiteroberfläche und seitlich versetzt befinden sich zwei Verdampfungsöfen für die beiden aufzudampfenden Metalle. Durch den schrägen Einfall der Dampfstrahlen entstehen dann auf der Halbleiterscheibe in geringem Abstand voneinander die beiden Aufdampfflecken. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die Flecken nicht ganz scharf werden und Halbschatten bekommen.
Gemäss einem andern Verfahren liegt die Maske mit den Löchern eng auf der Halbleiterscheibe auf.
Nachdem eine erste Bedampfung mit dem einen Metall vorgenommen worden ist, wird die Maske auf der Scheibe um den gewünschten Abstand der Flecken verschoben und dann der zweite Metallfleck neben dem ersten aufgedampft. Damitwird man frei von Lage, Form und Grösse der Verdampfungsquellen und erhält geometrisch sehr präzise und auch lagemässig genau angeordnete Fleckenpaare. Vorbedingung ist dabei allerdings, dass die Verschiebung der Maske mit ausserordentlicher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erfolgt.
Beim Mesa-Transistor beträgt z. B. der Abstand der beiden Flecken nur etwa 10/l und darf, um gleichmässige elektrische Werte des Transistors zu gewährleisten, nur um einige Prozent dieses Wertes schwanken. Man begnügte sich daher damit, nur zwei rechteckige, meistens streifenförmige Flecken als Elektroden nebeneinander aufzudampfen, obwohl es in der Halbleitertechnik oft günstig wäre, auch anders geformte Elektroden sehr kleiner Abmessungen aufzudampfen. So ist es z. B. für die Funktion eines Transistors sehr vorteilhaft, wenn eine der beiden aufgedampften Elektroden, z. B. der Emitter, eine zweite Elektrode, z. B. die Basiselektrode in möglichst kleinem Abstand vollständig umschliesst, so dass beispielsweise eine konzentrische Anordnung als Kreis und Kreisring entsteht.
Auf diese Weise kann vor allem die Emitterergiebigkeit erhöht werden.
Durch die Erfindung soll ein Weg aufgezeigt werden, der es ermöglicht, Elektrodenkonfigurationen herzustellen, bei denen eine Elektrode von der andern Elektrode in einem möglichst kleinen Abstand möglichst ganz umschlossen wird.
Um dies zu erreichen, wird gemäss der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Maske verwendet wird, bei der wenigstens zwei, bezüglich ihrer geometrischen Form verschiedenartige Löcher
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nebeneinander in einem Abstand, der grösser als der gewünschte Elektrodenabstand ist, angeordnet sind, dass nach Aufdampfen des einen Elektrodenmetalls die Maske einen sich aus dem Abstand der verschiedenartigen Löcher und dem gewünschten Elektrodenabstand ergebenden Differenzbetrag verschoben und dann ein weiteres Elektrodenmetall aufgedampft wird und dass der bei einem Aufdampfvorgang durch die Löcher der einen Form gebildete Aufdampffleck den beim andern Aufdampfvorgang durch die Löcher der andern Form gebildeten Aufdampffleck mit gleichbleibendem Abstand wenigstens teilweise umschliesst.
Auf diese Weise kann z. B. eine Elektrodenanordnung hergestellt werden, bei der eine streifenförmige Elektrode von einer zweiten, etwa U-förmig gestalteten Elektrode umgeben ist. Mit einer Maske, die sowohl streifen- wie U-förmige Löcher nebeneinander enthält, wobei je ein Streifen mit einem U-förmigen Loch abwechselt, kann durch Verschieben der Maske nach einem ersten Aufdampfvorgang, bei dem das eine Elektrodenmetall aufgedampft wurde und einen dem Vorgang folgenden zweiten Aufdampfvorgang mit dem andern Metall eine Elektrodenkonfiguration hergestellt werden, bei der die U-förmige Elektrode die rechteckförmige mit gleichbleibendem Abstand umgibt.
Da bei diesem Verfahren nicht mehr dasselbe rechteckige Loch in der Maske zur Aufdampfung erst des einen und dann, nach Verschiebung der Maske, des andern Elektrodenflecks mit dem jeweils verschiedenen Metall verwendet wird, sondern zwei Arten auf der Maske gleichzeitig vorhandene Löcher benützt werden, entstehen bei jedem Aufdampfvorgang verschiedene Formen von Aufdampfflecken. Die beiden Löcher in der Maske, nämlich das einfache streifenförmige und das U-förmige bzw. die in entsprechender Vielzahl z.
B. 1000-fach vorhandenen Sätze dieser Löcher müssen deshalb einenso grossen Abstand voneinander haben, dass die zur Herstellung der erwünschten Elektrodenkonfiguration nicht benützen, zwangsläufig entstehenden falsche Aufdampfflecken so weit entfernt von der gewünschten Elektrodenkonfiguration entstehen, dass sie die elektrische Funktion des Halbleiterbauelementes nicht stören oder nachträglich leicht entfernt z. B. weggeätzt werden können.
Um den Wunsch nach einer allseitigen Umschliessung der einen Elektrode durch die andere zu erfüllen, wird gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Maske verwendet wird, die drei verschiedenartige Löcher nebeneinander in gleichem Abstand voneinander aufweist, wovon sich die durch Aufdampfen durch die beiden äusseren Löcher gebildeten Aufdampfflecken durch Verschieben der Maske nach links und rechts bzw. nach oben und unten zu einer, den durch das Aufdampfen durch das mittlere Loch gebildeten Aufdampffleck umschliessenden Konfiguration ergänzen.
Auf diese Weise ist die völlige Umschliessung der einen Elektrode durch die andere möglich.
Eine nähere Erläuterung dieser Weiterbildung der Erfindung wird an Hand der Fig. 1 - 3 gegeben. Zur Herstellung einer Halbleiteranordnung wird eine Maske verwendet, die drei Arten von Löchern bzw. drei Sätze von solchen aufweist, u. zw. gemäss dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel eine quadratische Öffnung 1 und rechts und links von dieser zwei rechteckige Winkel 3 und 2. Diese Winkel werden dann nach einem ersten Aufdampfvorgang, bei dem auf der Halbleiteroberfläche Aufdampfflecken 1, 2 und 3 bzw. ein Satz solcher aus dem gleichen Metall bestehender Aufdampfflecken gebildet wird, erst von rechts und dann von links an den ursprünglichen Ort der quadratischen Öffnung 1 so herangeschoben, dass sie sich zu einem quadratischen Streifen um das mittlere Quadrat herum ergänzen.
Statt in waagrechter Richtung können die einzelnen Löcher der Maske sich auch in senkrechter Richtung in ibrer Form unterscheiden und die Elektrodenkonfiguration durch entsprechende senkrechte Verschiebung der Maske hergestellt werden.
Bei einer Rechtsverschiebung in waagrechter Richtung entsteht, wie in Fig. 2 dargestellt, ein Aufdampffleck 4 und weitere Aufdampfflecke 5 und 6, die aus dem dem Aufdampffleck 1 entgegengesetzten Elektrodenmetall bestehen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich am Ort des Aufdampffleckes 5, wie sich durch Vergleich von Fig. 1 und Fig. 2 ergibt, auch der Aufdampffleck 3 befindet, wenn die einzelnen Löcher in der Maske den gleichen Abstand aufweisen. Diese sich überdeckenden Aufdampfflecke stellen keine für eine Transistoranordnung geeignete Elektrodenkonfiguration dar.
Bei der Linksverschiebung der Maske in waagrechter Richtung um einen sich aus dem Abstand der Löcher und dem gewünschten Elektrodenabstand ergebenden Differenzbetrag werden die Aufdampfflecken 7,8 und 9 gebildet, die ebenfalls aus einem, dem Aufdampfflecken 1 entgegengesetzten Elektro denmetall bestehen. Die beiden Winkel 4 und 7 überdecken sich teilweise und umschliessen den, eine Elektrode 1 bildenden Aufdampffleck vollständig. Bei Verwendung einer Maske, die eine Vielzahl derartiger Lochkonfigurationen enthält, bildet sich durch die Rechts- und Linksverschiebung anschliessend an die Aufdampfflecke 6 bzw. 9 in einem Abstand, der vom Abstand der Löcher in der Schablone abhängt, eine der den Aufdampfflecken 1, 4 und 7 entsprechende Elektrodenkonfiguration aus.
Die Aufdampfflecken 5,6, 8 und 9 bzw. die an diesen Stellen entstehenden Überlagerungen von Aufdampf-
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flecken weisen dabei einen so grossen Abstand von den die gewünschte Elektrodenkonfiguration bildenden Aufdampfflecken auf, dass sie, z. B. durch einen Ätzvorgang entfernt werden können, ohne dass eine Beschädigung der richtigen Elektrodenkonfiguration erfolgt. Im allgemeinen ist die Entfernung dieser falschen Aufdampfflecken jedoch nicht notwendig, da sie bei entsprechend gewähltem Abstand der Löcher in der Maske soweit von der einen Teil der Halbleiteranordnung bildenden Elektrodenkonfiguration 1, 4,7 entfernt sind, dass sie die elektrischen Eigenschaften-der Anordnung nicht stören.
Derselbe Grundgedanke lässt sich natürlich auch mit andern Formen der Löcher bzw. der Aufdampfflecken durchführen. Zum Beispiel können durch Verwendung einer Maske, die statt eines rechteckförmigen Mittelfeldes ein kreisförmiges Mittelfeld aufweist, und statt der beiden Winkel 2 und 3 Halbkreisbögen, die von rechts und links an das kreisförmige Mittelfeldherangeschoben werden, sich diese Halbkreisbögen um das Mittelfeld herum zu einem Kreisring ergänzen.
In Fig. 4 ist ein Mesa-Transistor dargestellt, der nach dem Verfahren gemäss der Erfindung mit einer konzentrischen Elektrodenkonfiguration 13 und 14 versehen ist. Der z. B. aus Germanium bestehende Halbleiterkörper 10 ist mit einer Kollektorelektrode 12 und einer diffundierten Basisschicht 11 versehen. Auf diese Basisschicht ist nach dem Verfahren gemäss der Erfindung ein kreisförmiges Mittelfeld 14, das von einem Kreisring, der aus zwei Halbkreisbogen a und b gebildet ist, umgeben ist, aufgedampft.
Dabei wurde für den Kreisring 13 ein Metall verwendet, das beim Einlegieren in die Basisschicht 11 den dieser Basisschicht 11 entgegengesetzten Leitungstyp erzeugt, also als Emitterelektrode dient, während für den kreisförmigen Mittelfleck 14 ein Metall verwendet wurde, das den glei- chenLeitungstyp wie den der Basiszone 11 erzeugt, also die Basisschicht sperrfrei kontaktiert und somit als Basiskontakt dient.
Das Verfahren gemäss der Erfindung wurde wegen seiner besonderen Bedeutung für Mesa-Transistoren an Hand der Herstellung eines Mesa-Transistors beschrieben. Es können jedoch auch andere Transistoren bzw. andere Halbleiterbauelemente auf diese Weise mit konzentrischer Elektrodenkonfiguration versehen werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens ergeben sich ausserdem auch bei Festkörperschaltkreisen und in der Mikromodultechnik.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit mehreren, verschieden geformten Elektroden, bei dem das Elektrodenmetall durch eine Maske hindurch auf den Halbleiterkörper aufgedampft
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lich ihrer geometrischen Form verschiedenartige Löcher nebeneinander in einem Abstand, der grösser als der gewünschte Elektrodenabstand ist, angeordnet sind, dass nach Aufdampfen des einen Elektrodenmetalls die Maske um einen sich aus dem Abstand der beiden verschiedenartigen Löcher und dem gewünschten Elektrodenabstand ergebenden Differenzbetrag verschoben und dann ein weiteres Elektrodenmetall aufgedampft wird, wobei die Grösse, die Form und die relative Lage der Löcher in der Maske so gewählt ist,
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bleibendem Abstand wenigstens teilweise umschliesst.