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Die Erfindung betrifft eine Halterung für Aufdampfmasken bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen durch Aufdampfen von Stoffen im Vakuum durch Öffnungen einer Metallfolienmaske hindurch auf ein Halbleiterplättchen, das von einer beheizbaren Eispannplatte getragen ist, wobei die Maske mit dem Halbleiterplättchen direkt in Berührung steht und die Maske und das Halbleiterplättchen relativ zueinander verstellbar angeordnet sind und zum Verstellen einer Mikrometerschraube vorgesehen ist.
Die Maske ist eine 15 bis 25 1. dicke, durchbrochene, im allgemeinen längliche Metallfolie. Im Laufe der Verwendung wird die Maske zwischen dem Halbleiterplättchen und der Verdampfungsquelle so angeordnet, dass sie die Oberfläche des Halbleiterplättchens gegen den Dampfstrahl, mit Ausnahme der in der Maske befindlichen Löcher abdeckt. Die mittels dieser Technologie auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens erzeugten Metallschichten sind ein Abbild des durch die Maskenlöcher bestimmten Musters.
Beim traditionellen Verfahren wird zur Sicherstellung der faltenfreien und ebenflächigen Anordnung der Maske eine Gitter- oder Rippenplatte angewandt, die verhältnismässig dick ist (etwa 500 JU) und die Maske entweder mittelbar (Distanzstück zwischen Maske und Halbleiterplättchen) oder unmittelbar (Kontaktverfahren) in Anlage an die Oberfläche des Kristalls drückt. Diese beiden Varianten des traditionellen Verfahrens sind bekannt ; in der angewandten Halbleiter-Technologie sind sie häufig zur Abbildung von zwei kongruenten, voneinander in gegebenem Abstand befindlichen Figuren notwendig. Dabei ist die Herstellung einer Rippenplatte einfacher. Bei ihrer Anwendung ist nur die mechanische Befestigung wesentlich, aber nicht die Lenkung der Dampfstrahlen.
In dieser Hinsicht ist die Verwendung einer Gitterplatte ungünstiger, da hiedurch auch ein Abschirmungseffekt auftritt.
Wenn die Maske mittels eines Distanzstückes von der Oberfläche des Halbleiterplättchens in Abstand gehalten ist, können die Dampfstrahlen schräg durch die Maskenlöcher auf das Halbleiterplättchen gerichtet werden ; dieses Verfahren wird auch als Querdampfverfahren bezeichnet. Beim Aufdampfen von zwei an verschiedenen Stellen befindlichen Verdampfungsquellen erscheinen die sich auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens abbildenden Schichten in einem bestimmten Abstand voneinander. Ein Verfahren dieser Art ist aus der deutschen Auslegeschrift 1192749 bekannt, wobei ein ringförmiges Muster auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers erzielt werden soll.
Zu diesem Zweck werden der Halbleiterkörper und die in vorbestimmten Abstand von diesem angeordnete, zwischen zwei Ringen eingespannte Maske zusammen um eine Achse in Drehung versetzt, die im wesentlichen senkrecht zu der Halbleiteroberfläche orientiert ist. Insbesondere soll das Material auf der Halbleiteroberfläche aus zwei Verdampfungsquellen niedergeschlagen werden, die im wesentlichen dieselben Abstände von der Maske, jedoch unterschiedliche radiale Abstände von der Drehachse haben. Wenn dabei die eine der beiden Verdampfungsquellen in der Drehachse angeordnet wird, weist das auf der Halbleiterfläche erzeugte Muster einen Punkt und einen konzentrischen Ring für jedes Loch in der Maske auf. Bei diesem Querdampfverfahren ist der Abstand zwischen dem Halbleiterplättchen und der Maske wesentlich, der etwa 50 1. betragen kann.
Da die Verdampfungsquellen nicht punktförmig sein können, zeigen die Kanten der sich abbildenden Strukturen ein verwischtes, unscharfes Bild. Diese Erscheinung wird
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Emitter-Basis-Durchbruchspannung (UEBO) und kann eventuell auch einen Emitter-Basis-Schluss verursachen, vermindert wesentlich dem Stromverstärkungsfaktor (h21e) in Emitterschaltung und wegen der grösseren Emitterfläche wird die Transitfrequenz (fT) niedriger sein. Der"Hofeffekt"wird später noch an Hand der Zeichnungen (Fig. 5) näher erläutert werden.
Bei der traditionellen Variante des Kontaktverfahrens wird kein Distanzstück angewandt. Die Maske liegt direkt auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens auf. Das Aufliegen und das Zusammendrücken der beiden Oberflächen wird durch Anwendung der bereits erwähnten Rippen- oder Gitterplatte als Andrückplatte sichergestellt. Bei diesem Verfahren wird zur Erzielung eines vorbestimmten Abstandes zwischen den sich im Lauf des Aufdampfens niederschlagenden Schichten die Maske um eine bestimmte geringe Distanz verschoben.
Durch die im Laufe des Verfahrens auftretende Wärmedehnung wird die angedrückte, jedoch nicht straffe Maskenfolie zwischen den Lücken der Andrückplatte wellig und sogar Teile der Andrückplatte selbst können sich verformen. Demzufolge ist das Aneinanderliegen der Maske und des Halbleiterplättchens nicht zufriedenstellend.
Bei dieser Aufdampfmethode wird somit der sogenannte"Hofeffekt"nicht beseitigt.
Bei Ausbildung der Maskenandrückplatte als Rippenplatte wird das Verhältnis zwischen Breite und Länge der Rippen durch Festigkeitsrücksichten bestimmt. Somit ist wegen der in der Praxis herstellbaren Rippenabmessungen die Grösse eines Halbleiterbauelementes begrenzt und es kann nicht die gesamte Oberfläche des Halbleiterplättchens ausgenutzt werden.
Bei den traditionellen Maskenandrücksystemen sind das Anpassen der Maskenandrückplatte an die Maske und die Handhabung der Maske schwerfällig und die Maske ist äusserst leicht verletzbar, weshalb bei der Anwendung derselben in der Massenproduktion erhebliche Schwierigkeiten verursacht werden.
Die Erfindung zielt darauf ab, die vorerwähnten Fehler und Nachteile der traditionellen Verfahren und Einrichtungen, deren gemeinsames Kennzeichen die Anwendung von gerippten Maskenandrückplatten ist, zu vermeiden. Die Erfindung besteht darin, dass bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art die
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Metallfolienmaske von einer Maskenspannvorrichtung gehalten ist, die in an sich bekannter Weise zwei Druckringe enthält, zwischen denen der Randbereich der Maske eingeklemmt ist, und die einen konzentrisch innerhalb eines der Druckringe axial verschiebbar angeordneten Spannring aufweist, der mittels Blattfedern gegen eine Seite der Maske gedrückt ist,
dass die Maske an das Halbleiterplättchen elastisch angedrückt ist und dass die Maskenspannvorrichtung mit Hilfe der Mikrometerschraube an einer mit einem der Druckringe zusammenwirkenden Führung verschiebbar ist. Durch die erfindungsgemässe Konstruktion wird sichergestellt, dass die Metallfolienmaske unabhängig von Wärmedehnungen und andern Einflüssen stets glatt gespannt gehalten wird und am Halbleiterplättchen anliegt, wobei infolge der Spannung der Maske die Verlagerung der Maskenlöcher genau dem mit der Mikrometerschraube eingestellten Verschiebeweg entspricht.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch veranschaulicht und es wird ein Nachteil bekannter Verfahren erläutert. Es zeigen : Fig, l eine erfmdungsgemässe Einrichtung in Seitenansicht, teilweise im Schnitt ; Fig. 2 eine Draufsicht auf diese Einrichtung ; die Fig. 3 und 4 einen nach bekannten Verfahren hergestellten Mesatransistor in Seitenansicht und Draufsicht und Fig. 5 das Prinzip der Herstellung einer aufgedampften Schicht bei einem solchen Mesatransistor.
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wird eine MetaIlfbÜenmaske-l-gelegt, deren Randbereich zwischen Druckringen-2 und 3-eingeklemmt ist. Innerhalb des Druckringes-3-ist ein Spannring --4-- axial verschiebbar angeordnet, der mittels Blattfedern --5-- gegen die Oberseite der Maske--l--gedrückt ist.
Die Teile--2, 3,4 und 5-der Maskenspannvorrichtung werden durch Schraubfedern--6--gegen die Einspannplatte--9--gedrückt, wodurch, bezogen auf die Darstellung in Fig. l, die Maske-l-von oben her an die Oberseite des Halbleiterplättchens--11--angedrückt wird.
Zur Erzielung des gleichmässigen koplanaren Anliegens der Maske an der Oberfläche des Halbleiterplättchens-11-sind den kleinsten Abstand zwischen den Druckringen-2, 3-und dem die Einspannplatte--9--tragenden Bauteil begrenzende Einstellelemente --7--, z. B. Schrauben, vorgesehen.
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Halbleiterplättchen--11--parallelDruckring--2--durchsetzenden Führung--13--dient einer Mikrometerschraube--8--.
Die Einspannplatte--9--ist mit Heizwendeln--10--versehen, deren Enden an Steckerstifte - -12-- angeschlossen sind, welche auch zur mechanischen Befestigung der gesamten Einrichtung dienen. Die nicht dargestellte Verdampfungsquelle müsste sich in Fig. 1 etwa koaxial oberhalb der Ringe--2, 3 und 4-befinden.
Bei Anwendung der erfindungsgemässen Einrichtung zeigte sich, dass das Aufliegen der Metallfolienmaske auf dem Halbleiterplättchen besser war als bei den bekannten Einrichtungen und dass die gesetzte Aufgabe durch die neue Einrichtung vollständig gelöst wurde.
Die Erklärung hiefür ist, dass die durch die mechanische Vorspannung erzeugte elastische Dehnung der Metallfolienmaske grösser war als die durch die vom erhitzten Halbleiterplättchen auf die Maske übertragene Wärme bedingte Wärmedehnung gewesen wäre. Im Laufe der Erwärmung der Maske verringerte sich zwar die in ihr zufolge der aufgebrachten Vorspannung erzeugte Spannung, doch blieben ihre Abmessungen unverändert. Die Metallfolienmaske blieb bei der Erwärmung auch ebenflächig und ihre im Laufe der Experimente gemessene Dehnung war geringer als der zulässige Werte von 0,1 /mm.
Im Dauerbetrieb der erfindungsgemässen Einrichtung zeigte sich eine wesentliche Besserung in den elektrischen Parametern der erzeugten Halbleiterbauteile. Zufolge des tadellosen Aufliegens der Metallfolienmaske sind die Konturen der aufgedampften Schichten scharf und zeigen keinen"Hofeffekt". Die Abmessungen der aufgedampften Schichten sind untereinander gleichwertig und stimmen mit den Abmessungen der öffnungen der Metallfolienmaske überein, während die verwischten Kanten der mittels der traditionellen Verfahren erzeugten Schichten eine unkontrollierbare Grössenzunahme ergaben.
Als konkretes Beispiel der Erfindung ergaben im Falle eines Germanium-Hochfrequenztransistors die scharfkantigen Emitter von nicht vergrösserter Abmessung eine Verbesserung der folgenden Parameter :
Die Emitter-Basis-Durchspannung (UEBO) und die Stromverstärkungsfaktor in Emitterschaltung (h21e) zeigten eine wesentliche Verbesserung, da an der Emitterkante der zur Emitter-Basis-Diode parallel liegende ohmsche Widerstand verschwand.
Im Parameter der Transitfrequenz (fT) zeigte sich eine wesentliche Verbesserung, da diese hauptsächlich die Funktion der Grösse des Emitters ist und diese im Verhältnis zur Grösse der Maskenlöcher nicht zunahm.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist produktiver als die zur Durchführung des traditionellen Verfahrens dienenden Einrichtungen, da ein vollständiges Halbleiterplättchen ausgenutzt werden kann und die Möglichkeit zur Verminderung der Grösse eines Halbleiterbauelementes besteht, was durch die bei den traditionellen Verfahren angewandten gerippten Maskenandrückplatte nicht möglich war. Die erfindungsgemässe Einrichtung ermöglicht eine einfache Handhabung und Reinigung der Masken ; da die Handhabung der Metallfolienmasken in einem steifen Rahmen erfolgt, wurde die mechanische Verletzbarkeit der Metallfolienmasken geringer und ihre Lebensdauer länger.
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Der "Hof effekt" wird an Hand des Beispieles eines in Fig. 3 in Seitenansicht und in Fig. 4 in Draufsicht dargestellten Mesatransistors erläutert. Im einzelnen bedeuten dabei--11--ein Halbleiterplättchen--16-- eine aufgedampfte Schicht gleichmässiger Stärk und-17--die infolge des"Hofeffektes"verlaufende Kante der aufgedampften Schicht. Fig. 5 zeigt die Entstehung des"Hofeffektes" ; zwischen der in der Figur dargestellten Metallfblienmaske-l-und dem Halbleiterplättchen-11-ist ein Abstand --15-- vorhanden. Der von den verschiedenen Enden bzw.
Rändern der Verdampfungsquelle--14--ausgehende verdampfte Stoff macht die Kanten der sich abbildenden Struktur unbestimmt und somit entstehen die gleichmässige aufgedampfte
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