-
Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung von Kontaktierungen auf
Halbleiterkörpern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktierungen
auf Halbleiterkörpern für Halbleiteranordnungen, insbesondere Transistoren oder
Dioden auf galvanoplastischem Wege.
-
Die Herstellung von Halbleitersystemen des Legierungstyps, insbesondere
solcher für hohe Frequenzen, ist bekanntlich mit Schwierigkeiten verbunden. So läßt
es sich in der Praxis z. B. nur schwer realisieren, die Emitter- und Kollektorelektroden
in genau vorgegebener Größe auf das Halbleitermaterial aufzulegieren. Dies rührt
daher, daß die Legierungspillen das Bestreben haben, entweder seitlich auszulaufen
oder sich zusammenzuziehen. Diese unangenehmen Erscheinungen führen dazu, daß die
Größe der auflegierten Legierungspillen von der ursprünglich vorgegebenen Größe
bzw. Form der Legierungskugeln abweicht, so daß auch die mit der Größe der Legierungspillen
unmittelbar zusammenhängenden Emitter- und Kollektor-Sperrschichtkapazitäten von
den angestrebten Kapazitätswerten abweichen.
-
Weitere Schwierigkeiten treten bei der genauen Zentrierung der Legierungspillen
auf; die einander gegenüberliegenden Legierungspillen sollen nämlich möglichst genau
zueinander koaxial zentriert sein, da bereits eine geringe Exzentrizität die Laufzeit
der Ladungsträger von der Emitter- zur Kollektorelektrode erhöht und somit die Frequenzgrenze
herabsetzt. Da einige Ladungsträger bei nicht koaxialer Ausrichtung der Legierungspillen
auch seitlich in die Basiszone und ,somit nicht zum Kollektor diffundieren, wird
bei auftretender Exzentrizität auch der Stromverstärkungsfaktor geringer.
-
Bei den bekannten Legierungsverfahren sucht man diese Schwierigkeiten
durch die Verwendung von Legierungsformen zu umgehen. Diese Legierungsformen bestehen
aus Kohle oder bestimmten Steinsorten, je nachdem, welche Transistorqualitäten angestrebt
werden. Die Verwendung von Legierungsformen führt aber auch dann zu Schwierigkeiten,
wenn die Halbleiteroberfläche oder die Auflegefläche der Legierungsform auf das
Halbleitermaterial nicht vollkommen plan geschliffen sind. Passen nämlich die Legierungsform
und Halbleiteroberfläche nicht genau aufeinander, so kann das Legierungsmaterial,
z. B. Indium oder Blei-Indium, zwischen Halbleiteroberfläche und Unterkante der
Steinform seitlich auslaufen, da es infolge von Kapillarwirkung in den zwischen
Halbleiterkörper und Steinform auftretenden Spalt hineingezogen wird.
-
Läuft das Legierungsmaterial beim Legierungsprozeß seitlich aus, so
wird die Legierungsfläche größer und damit bei vorgegebenem Legierungsmaterial die
Legierungspille flacher. Dies hat zur Folge, daß bei vorgegebener Legierungstemperatur
auch die Legierungstiefe und damit der Abstand zwischen Emitter- und Kollektor geringer
wird als ursprünglich vorgesehen; der Legierungsprozeß kann nicht mehr genau gesteuert
werden, die Basisschichtdicke und somit auch die a- und ß-Werte des Transistors
streuen.
-
Nach einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Kontaktierungen
auf Halbleiterkörpern wird die Oberfläche eines Halbleiterkörpers chemisch bis zu
einer genau definierten Dicke abgetragen und anschließend die Halbleiteroberfläche
chemisch oder elektrolytisch metallisiert. Man erhält nach diesem Verfahren wohl
Halbleiteranordnungen, die eine genau definierte Dicke, z. B. Basisschichtdicke,
aufweisen, jedoch sind die behandelten Teile der Halbleiteroberfläche nicht exakt
begrenzt, weswegen mehrere nach diesem Verfahren hergestellte Halbleiteranordnungen
in ihren elektrischen Eigenschaften voneinander abweichen werden.
-
Um bestimmte Stellen auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers zu
ätzen, ist es bekannt, z. B. mittels eines photographischen Verfahrens die Halbleiteroberfläche
mit Ausnahme dieser Stellen mit einem ätzbeständigen Überzug zu versehen, die ganze
Halbleiteranordnung einer Atzbehandlung zu unterwerfen und anschließend den ätzbeständigen
überzug wieder zu entfernen.
-
Halbleiteranordnungen, insbesondere Transistoren und Dioden, mit exaktem,
genau regulierbarem Aufbau und damit mit genau vorher bestimmbaren elektrischen
Eigenschaften lassen sich erfindungsgemäß dadurch herstellen, daß ein mit Photoresistlack
überzogenes,
geätztes Halbleiterplättchen an den das Kontaktmaterial
aufzubringenden Stellen freigelegt, dieses Stellen in einem galvanischen Bad durch
anodische Schaltung zunächst bis zu einer gewünschten Tiefe geätzt, anschließend
durch kathodische Schaltung in demselben Bad Metall abgeschieden und nach Entfernung
des Photoresistlackes das abgeschiedene Metall durch Erhitzen in das Halbleitermaterial
einlegiert wird.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet natürlich die Möglichkeit, eine
Vielzahl von Halbleitersystemen gleichzeitig herzustellen. Zu diesem Zweck verwendet
man ein Halbleiterplättchen, welches beispielsweise der Größe von 50 oder 100 Transistoreinheiten
entspricht. Dementprechend wird natürlich nicht nur eine Emitterätzgrube hergestellt
und mit Legierungsmaterial angereichert, sondern 50 bzw. 100 Atzgruben; Analoges
gilt für die Herstellung der Kollektorelektroden. Die Aufteilung des Halbleiterplättchens
in die einzelnen Halbleitersysteme kann z. B. durch Sägen oder Rastern erfolgen.
-
Das Freilegen der Legierungsflächen von Potoresistlack sowie das Ablösen
des anfänglich noch verbleibenden Photoresistlackes vor dem Legierungsprozeß geschieht
vorzugsweise durch einen photochemischen Prozeß.
-
Während mit bisher bekannten Legierungsverfahren die pn-Grenzschichten
nur bis auf eine Genauigkeit von etwa 100 R hergestellt werden konnten, lassen sich
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Genauigkeiten bis zu 5 [, erzielen. Dies liegt
zunächst einmal daran, daß durch das Photoresist- und Ätzverfahren die vorgegebenen
Legierungsflächen und Atzgrubentiefen mit großer Genauigkeit eingehalten werden
können. Durch Wahl der Stromstärke und der Zeit lassen sich aber auch die Niederschlagsmengen
an Legierungsmaterial genau kontrollieren. Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
auch noch eine genaue Zentrierung der Legierungspillen möglich ist, ergeben sich
außer konstanten Kapazitätswerten für Emitter und Kollektor auch gute Stromverteilungs-
und Stromverstärkungsfaktoren.
-
Die Dicke der wirksamen Basisschicht, die durch die Atzgruben- und
Legierungstiefe mitbestimmt wird, richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck.
Bei Hochfrequenztransistoren wird man die Schichten dünn, bei Leistungstransistoren
etwas stärker machen.
-
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Fig. 1
bis 5 näher erläutert werden. Ein Germaniumplättchen entsprechend der Größe von
beispielsweise 50 Transistoreinheiten wird, nachdem die Oberfläche geätzt worden
ist, mit einem Photoresistlack 2 (Fig. 2) überzogen. Danach wird dieser Photoresistlack
gehärtet und die Flächen 3, 4, (Fig. 3), auf die später das Legierungsmaterial auftegiert
werden soll, durch einen photochemischen Prozeß freigelegt. Anschließend wird das
Germaniumplättchen in ein Bad aus beispielsweise Indium-Sulfat-Lösung mit 5 % Flußsäuregehalt
gebracht. Wenn sich das Plättchen in diesem Bad befindet, wird es zunächst als Anode
geschaltet. Die Indium-Sulfat-Lösung mit 5111o Flußsäuregehalt wirkt jetzt wie eine
elektrochemische Atze und ätzt an den von Photoresistlack freigelegten Stellen Gruben
3 (Fig. 4) in den Germaniumkörper hinein, deren Ausmaße genau den photochemisch
freigelegten Flächen im Photoresistlack entsprechen. Durch Wahl der Stromstärke
und der Atzzeit lassen sich die in das Germanium eingeätzten Atzgrubentiefen bestimmen.
Sind die gewünschten Tiefen für Emitter- und Kollektorgruben erreicht, dann wird
das Germaniumplättchen umgepolt, d. h., das Germanium wird Kathode. Ist diese Umpolung
durchgeführt, so schlägt sich das Indium 5 (Fig. 5) in feinverteilter Form in den
frisch geätzten Gruben auf der absolut blanken Germaniumoberfläche nieder. Nachdem
der Indiumniederschlag in den Ätzgruben die gewünschte Stärke erreicht hat, wird
der noch verbliebene Photoresistlack von dem Germaniumplättchen abgelöst und die
Germaniumscheibe, die jetzt 50 Emitter- und Kollektorgruben mit Indiumniederschlägen
enthält, wird in einen Legierungsofen geschoben, in dem bei einer geeigneten Legierungstemperatur
das Indium in das Germanium einlegiert wird. Das Legierungsmaterial kann neben Indium
auch noch Gallium enthalten, und natürlich auch andere Legierungszusätze, je nachdem,
welche Beimengungen der Elektrolyt enthält. Nach dem Legieren dieses 50 Transistoreinheiten
enthaltenden Germaniumplättchens werden die Legierungselektroden kontaktiert, oder
zuvor wird zunächst das Germaniumplättchen wiederum durch ein Photoresistverfahren
in die 50 Einzelelemente durch Rastern aufgeteilt. Natürlich kann das Rastern des
Germaniumplättchens auch mit Hilfe einer Säge oder eines Ritzdiamanten vorgenommen
werden. Aus Gründen der Randspannungen ist aber das Rastern des Germaniumplättchens
durch Photoresistverfahren dem Sägen und Diamantritzen vorzuziehen.
-
Im Ausführungsbeispiel wurden 50 Transistoreinheiten gleichzeitig
hergestellt. Das Halbleiterplättchen kann natürlich auch größer gewählt werden,
so daß noch mehr Halbleitereinheiten in einem Verfahrensgang hergestellt werden
können. Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich somit und vor allem auch wegen
der leichten Reproduzierbarkeit und seiner Einfachheit für eine Großfertigung von
Halbleiteranordnungen. Gleichzeitig garantiert dieses Verfahren noch gleichmäßige
Emitter- und Kollektorkapazitäten und infolge der gleichbleibenden Laufwege reproduzierbare
a- und ß-Werte.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man selbstverständlich auch
Drifttransistoren herstellen, die sich besonders für eine Verwendung bei hohen Frequenzen
eignen. In diesem Falle darf entsprechend dem Driftgefälle in der Basis die Emitterätzgrube
nicht so tief wie die Kollektorätzgrube ausgelegt werden, damit der Emitter in dem
in der Basis vorhandenen Driftfeld seine optimale Lage erhält.
-
Desgleichen ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung
von Legierungsdioden anwendbar, wobei der Legierungsprozeß natürlich nur auf einer
Seite des Halbleiterplättchens vorgenommen wird. Bei Legierungsdioden ergeben sich
besondere Vorteile für HF-Typen, da das übliche Legieren von Legierungspillen kleiner
als 100 w technologisch erhebliche Schwierigkeiten bereitet, Das erfindungsgemäße
Verfahren bietet dagegen die Möglichkeit, Dioden mit pn-Obergängen von 20 bis 30
R Flächenausdehnung zu bauen.