DE1122635B - Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung von Kontaktierungen auf Halbleiterkoerpern - Google Patents

Verfahren zur galvanoplastischen Herstellung von Kontaktierungen auf Halbleiterkoerpern

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DE1122635B
DE1122635B DET17293A DET0017293A DE1122635B DE 1122635 B DE1122635 B DE 1122635B DE T17293 A DET17293 A DE T17293A DE T0017293 A DET0017293 A DE T0017293A DE 1122635 B DE1122635 B DE 1122635B
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Friedrich Wilhelm Dehmelt
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Telefunken Patentverwertungs GmbH
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    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/288Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition
    • H01L21/2885Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition using an external electrical current, i.e. electro-deposition

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Description

  • 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.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zurgalvanoplastischenHerstellung von Kontaktierungen auf Halbleiterkörpern für Halbleiteranordnungen, insbesondere Transistoren oder Dioden, wobei örtliche Stellen der Oberfläche des Halbleiterkörpers geätzt und anschließend galvanisiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Photoresistlack überzogenes, geätztes Halbleiterplättchen an den das Kontaktmaterial aufzubringenden Stellen freigelegt, diese 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.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterplättchen aus Germanium und als galvanisches Bad eine 5 o/oige Indium-Sulfat-Lösung mit Flußsäure verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 823 470; deutsche Auslegeschrift Nr. 1052 575; Referat über die französische Patentschrift Nr. 835 988 im Chemischen Zentralblatt, 1939/I, S.4116.
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Cited By (3)

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DE1297758B (de) * 1964-10-12 1969-06-19 Matsushita Electronics Corp Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen
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DE1639306B1 (de) * 1963-05-30 1971-10-07 Licentia Gmbh Verfahren zum herstellen eines gemeinsamen kontaktes an min destens zwei benachbarten zonen entgegengesetzten leitungs typs eines steuerbaren halbleiterbauelements sowie danach hergestelltes halbleiterbauelement

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