DE1154575B - Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit klein dimensionierten Kontaktelektroden - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit klein dimensionierten KontaktelektrodenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
N13348 Vmc/21g
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 19. SEPTEMBER 1963
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, die einen
halbleitenden Körper enthalten, z. B. Transistoren, Phototransistoren und Kristalldioden, die klein
dimensionierte Kontaktelektroden auf dem Halbleiterkörper aufweisen und bei denen auf einem oder
mehreren Bereichen der Oberfläche des Halbleiterkörpers Material für die Kontaktelektroden genau
auf den gewünschten Stellen angebracht wird. Solche klein dimensionierten Kontaktelektroden sind insbesondere
erwünscht, wenn an solche Bauelemente die Anforderung gestellt wird, bei sehr hohen Frequenzen
gute Leistung zu sichern. Die Erfindung bezweckt, unter anderem die Möglichkeit zu schaffen, auf einem
oder mehreren Bereichen der Oberfläche des Halbleiterkörpers Material für die Kontaktelektroden genau
an den gewünschten Stellen anzubringen.
Die gestellten Anforderungen werden bei einem solchen Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen
gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß wenigstens die obigen Bereiche mit einer lichtempfindlichen
Emulsion bedeckt werden, daß diese Emulsion der Einwirkung eines projezierten Lichtbildes der gewünschten
Form der Kontaktelektroden ausgesetzt wird und daß dann nach einer oder durch eine geeignete
Nachbehandlung der belichteten Emulsion das Material der Kontaktelektroden nur auf den
durch das Lichtbild belichteten oder unbelichteten Stellen auf dem Halbleiterkörper angebracht wird.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird eine lichtempfindliche Emulsion
benutzt, die einen Stoff enthält, der durch Belichtung wenigstens ein Metall abscheidet, das entweder
selbst als Kontaktmaterial dienen oder durch Kontaktmaterial ersetzt werden kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird eine lösliche lichtempfindliche Emulsion benutzt, die durch
Belichtung unlöslich wird. Die Anwendung solcher Emulsionen ist an sich bekannt, z. B. bei dem Herstellen
von gedruckten Schaltungen nach den sögenannten Photoätzverfahren. Dabei wird auf einer isolierenden
Platte eine Metallschicht angebracht, diese Metallschicht mit der Emulsion bedeckt, ein Negativ
der Schaltung aufgelegt und die Emulsion durch dieses Negativ örtlich belichtet; danach werden die unbeleuchteten
Teile der Emulsion gelöst, und das Metall wird, insoweit es nicht durch die unlöslich gemachte
Emulsion bedeckt ist, abgeätzt. Es war aber nicht bekannt, daß sich das sogenannte Photoätzverfahren
auch zur Herstellung klein dimensionierter Kontaktelektroden auf Halbleiterkörpern bei dem Herstellen
von Halbleiterbauelementen, wie Transistoren, eignet.
Verfahren zum Herstellen
von Halbleiterbauelementen mit klein
dimensionierten Kontaktelektroden
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 28. Februar 1956 (Nr. 204955)
Niederlande vom 28. Februar 1956 (Nr. 204955)
GiIMs Oudemans, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
Das Photoätzverfahren wurde nur zum Ätzen von Gruben und Löchern in Halbleiterkörpern vorgeschlagen.
Man kann nach einer weiteren Ausführung die letzterwähnte lichtempfindliche Emulsion auf der
Oberfläche des Halbleiterkörpers mit Ausnahme der Kontaktstellen bestrahlen und zur Bildung einer
Maske für das Anbringen des Kontaktmaterials die Emulsion von diesen Kontaktstellen durch Lösen entfernen.
Zur Herstellung von Flächengleichrichtern ist es zwar bekannt, eine durchlöcherte Trennschicht und
in den Löchern das Metall der Gegenelektrode anzubringen, damit an der Stelle einer flächenhaften Gegenelektrode
eine in eine Vielzahl von Punktkontakten aufgeteilte Gegenelektrode erhalten wird. Die
Durchlöcherung der Trennschicht kann gemäß dem obenerwähnten Photoätzverfahren hergestellt werden.
Dabei ist z. B. eine genaue Bemessung und ein genauer gegenseitiger Abstand zwischen den Kontakten
nicht erforderlich.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung, bei der eine durch Belichten unlöslich werdende
Emulsion verwendet wird, enthält die lichtempfindliche Emulsion das Kontaktmaterial in feinverteiltem
Zustand und wird die Emulsion an den Kontaktstellen unlöslich gemacht. Dabei wird ein weiterer
Vorteil erhalten. Weil bei Halbleiterbauelementen, die
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sich für die Verwendung bei hohen Frequenzen eignen, Kontaktelektroden mit im Verhältnis zu der
Oberfläche des Halbleiterkörpers kleinen Abmessungen erwünscht sind, brauchen in diesem Fall nur entsprechend
enge Lichtbündel die Emulsion zu treffen, wobei die Gesamtenergie der auffallenden Strahlung
und demzufolge die neben die Kontaktstellen fallende Streustrahlung gering ist. Damit reicht diese Streustrahlung
nicht aus, um die nicht durch direkte Strahlung getroffenen Teile der Emulsionsschicht unlöslich
zu machen. Bei dieser Weiterbildung wird das Kontaktmaterial in der zurückgebliebenen, unlöslichen
Emulsion vorzugsweise durch Erhitzung mit dem Halbleiterkörper vereinigt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung wird ein größeres Bild der
Kontakte verkleinert auf den Halbleiterkörper projiziert, wodurch die Elektroden sehr genau dimensioniert
und an sehr genau vorbestimmte Stellen angebracht werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei dem Herstellen jedes Elektrodensystems mehrfach durchgeführt
werden. Es kann z. B. erwünscht sein, die Elektroden jede für sich und nicht alle gleichzeitig
anzubringen. In einem solchen Falle kann jede Elektrode für sich durch ein photographisches Verfahren
angebracht werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert, die durch schematische
Figuren veranschaulicht sind.
Fig. 1, 3 und 5 bis 13 zeigen Transistoren in verschiedenen
Herstellungsstufen;
Fig. 2 und 4 zeigen schematisch zwei Einrichtungen für diese Herstellung.
I.
Auf der einen seitlichen Oberfläche der Germaniumscheibe 1 des η-Typs (s. Fig. 1) wird ein Nickeldraht
2 mittels Zinn 3 festgelötet. Auf diese Weise wird eine ohmsche Kontaktelektrode gebildet. Darauf
wird die Platte auf allen Oberflächenseiten von einer lichtempfindlichen Schicht 4 umgeben. Die Zusammensetzung
dieser Schicht, die für die Erfindung keine grundsätzliche Bedeutung hat, wird weiter unten
erörtert. Nach dem Trocknen der Schicht wird sie in einer optischen Einrichtung (s. Fig. 2) durch zwei
Lichtquellen 5, zwei Diapositive 6 und zwei Linsen 7 belichtet. Diese Linsen bilden ein stark verkleinertes
Bild der Diapositive auf der Schicht 4. Jedes der Diapositive hat einen schwarzen Fleck 8 in der Mitte,
dessen Größe und Form an die Abmessungen der herzustellenden Elektroden angepaßt werden sollen.
Nach der Belichtung ist die Schicht 4 ganz unlöslich geworden mit Ausnahme von zwei einander gegenüberliegenden
unbelichteten Teilen 9, die darauf weggewaschen werden, so daß Öffnungen 10 entstehen
(s. Fig. 3). Darauf wird das Gebilde an den Draht 2 in einem galvanischen Bad 11 (s. Fig. 4) aufgehängt,
und mittels einer Elektrode 12 wird ein Strom durch dieses Bad geführt. Die Zusammensetzung des Bades
ist so gewählt, daß sich in den Öffnungen 10 das gewünschte Elektrodenmaterial ablagert. Im vorliegenden
Falle kann eine Lösung von Indiumsulphat verwendet werden. Diese elektrolytische Anbringungsmethode für das Elektrodenmaterial hat jedoch keine
prinzipielle Bedeutung. Das Material kann auch aufgedampft oder durch Kathodenzerstäubung bzw.
durch Aufspritzen angebracht werden, kurz durch jedes Verfahren, das sich zum Füllen einer sehr kleinen
Öffnung 10 eignet, ohne die Schicht 4 zu beschädigen.
Das Elektrodenmaterial 13 (Fig. 5) kann gegebenenfalls
durch Erhitzung auf hohe Temperatur in eine Legierungselektrode umgewandelt und die
Schicht 4 selbst verbrannt werden. Die Elektroden können jedoch auch ohne Entfernung der Schicht 4
angebracht und gegebenenfalls durch elektrische Formierung (Fig. 6) verbessert werden.
II.
Eine Platte 20 aus Germanium des η-Typs (Fig. 7)
wird ganz von einer Schicht 21 aus einer lichtempfindlichen Bromsilber enthaltenden Emulsion umgeben.
Die Trägersubstanz der Schicht 21 kann aus Gelatine oder aus einem der anderen bei der photographischen
Technik verwendeten und geeigneten Material bestehen. Mittels einer optischen Einrichtung
nach Fig. 2 werden zwei kleine, einander gegenüberliegende Teile 22 der Schicht 21 belichtet. Die
Diapositive 6 müssen also ganz schwarz sein, mit Ausnahme einer Öffnung in der Mitte. Das entstandene,
latente Bild wird dann auf an sich bekannte Weise entwickelt, so daß an den Stellen 22 metallisches
Silber ausgeschieden wird. Das metallische Silber kann dann durch ein anderes Metall, z. B.
durch Gold durch Behandlung mit einer Gold enthaltenden Lösung ersetzt werden. Darauf werden die
Silberverbindungen mittels eines Fixierbades gelöst. Auf der halbleitenden Platte 20 befindet sich dann
die Gelatineschicht 21 mit etwas Gold an den Stellen 22. Durch Erhitzung wird die Gelatineschicht verbrannt,
und das Gold erteilt durch seme Akzeptorwirkung dem Germanium örtlich den p-Leitfähigkeitstyp,
was in Fig. 8 schematisch angegeben ist.
Mit Rücksicht auf die Tatsache, daß bei diesem Verfahren nur eine verhältnismäßig kleine Menge
Metall angebracht werden kann, eignet es sich mehr zum Herstellen von Diffusionselektroden als von
Legierungselektroden.
III.
Auf einer Platte Germanium 30 des p-Typs
(s. Fig. 9) wird eine Schicht aus einer lichtempfindlichen Emulsion 31, die 5 Gewichtsprozent Zinn und
Va Gewichtsprozent Antimon in feiner Dispersion enthält, angebracht. Mittels einer optischen Einrichtung,
ähnlich wie nach Fig. 2, wird ein kleiner Teil 32 der Schicht 31 belichtet. Das Diapositiv 6 muß also
ganz schwarz sein mit Ausnahme einer Öffnung in der Mitte. Das entstandene latente Bild wird dann auf
an sich bekannte Weise entwickelt, und der Rest der Schicht wird weggewaschen. Darauf wird das Gebilde
erhitzt, so daß die verbleibende Emulsion verbrennt oder verdampft und Zinn und Antimon mit dem Germanium
zusammenschmelzen und eine Elektrode 33 des η-Typs bilden (Fig. 10).
Die in Fig. 10 dargestellte Elektrode 33 kann z. B.
Die in Fig. 10 dargestellte Elektrode 33 kann z. B.
weiter abgearbeitet oder verstärkt werden, indem der Körper 30 wieder mit einer lichtempfindlichen Schicht
34 überzogen wird (Fig. 11), welche durch Belichtung ganz unlöslich gemacht wird, mit Ausnahme
eines oberhalb der Elektrode 33 liegenden Teiles 35, der weggewaschen wird, so daß eine Öffnung 36 entsteht
(s. Fig. 12). Auf der Schicht 34 wird nun eine Schicht aus Metall 37 angebracht, z. B. durch Aufdampfen,
Aufstäuben oder Aufspritzen, in der Weise,
daß diese Schicht bis zur Elektrode 33 hineindringt. An der Schicht 37 kann ein Stromzuführungsdraht 38
festgelötet^werden (Fig. 13).
Bei Durchführung der Erfindung können, wie aus vorstehendem ersichtlich ist, oft die aus der Flachdrucktechnik
bekannten, sogenannten Kerbbilder benutzt werden; diese Bilder werden aus den lichtempfindlichen
Schichten entstehen, die durch Belichtung unlöslich werden und deren nicht belichtete Teile
weggewaschen werden können. Solche Schichten können z. B. aus Gelatine bestehen, die durch Zusatz
eines Bichromats, z. B. Kaliumbichromats oder Ammoniumbichromats, lichtempfindlich gemacht ist.
Sehr gut verwendbar sind auch Schichten aus photochemisch härtbarem, nicht in Wasser löslichem Polyvinyl-butyral.
Übliche Stabilisierungsmittel sind Chromate, Bichromate, z. B. von Calcium oder Ammonium,
und lichtempfindliche Diazo- oder Diazoniumverbindungen, wie z. B. 4-Amino-l-(N-methyl-Γ,
2', 3', 4'-tetrahydro-6'-nyphtylamin-benzol). Die nicht belichteten Teile können mittels Äthanol weggewaschen
werden. Schichten aus diesen Verbindungen haben den Vorteil, daß sie höheren Temperaturen
Widerstand leisten können als die Gelatineschichten und, so weit sie dauernd in den Elektrodensystemen
vorhanden bleiben, weniger empfindlich gegen Feuchtigkeit sind.
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, z. B. Transistoren, Phototransistoren
und Kristalldioden, die klein dimensionierte Kontaktelektroden auf dem Halbleiterkörper
aufweisen und bei denen auf einem oder mehreren Bereichen der Oberfläche des Halbleiterkörpers
Material für die Kontaktelektroden genau auf den gewünschten Stellen angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die
obigen Bereiche mit einer lichtempfindlichen Emulsion bedeckt werden, daß diese Emulsion
der Einwirkung eines projizierten Lichtbildes der gewünschten Form der Kontaktelektroden ausgesetzt
wird und daß dann nach einer oder durch eine geeignete Nachbehandlung der belichteten
Emulsion das Material der Kontaktelektroden nur auf den durch das Lichtbild belichteten oder unbelichteten
Stellen auf dem Halbleiterkörper angebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine lichtempfindliche Emulsion
benutzt wird, die einen Stoff enthält, der durch Belichtung wenigstens ein Metall abscheidet, das
entweder selbst als Kontaktmaterial dienen oder durch Kontaktmaterial ersetzt werden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine lösliche lichtempfindliche
Emulsion benutzt wird, die durch Belichtung unlöslich wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Emulsion
auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers mit Ausnahme der Kontaktstellen bestrahlt wird und zur
Bildung einer Maske für das Anbringen des Kontaktmaterials die Emulsion von diesen Kontaktstellen
durch Lösen entfernt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine lichtempfindliche Emulsion
benutzt wird, die das Kontaktmaterial in feinverteiltem Zustand enthält, und daß die Emulsion an
den Kontaktstellen unlöslich gemacht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmaterial in der zurückgebliebenen,
unlöslichen Emulsion durch Erhitzung mit dem Halbleiterkörper vereinigt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein größeres Bild der Kontakte verkleinert auf den Halbleiterkörper projiziert wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 823 470;
deutsche Patentanmeldung S 24702 VIIIc/21g
(bekanntgemacht am 9.10.1952);
Deutsche Patentschrift Nr. 823 470;
deutsche Patentanmeldung S 24702 VIIIc/21g
(bekanntgemacht am 9.10.1952);
österreichische Patentschrift Nr. 173 754;
USA.-Patentschrift Nr. 2 662 957;
Elektronische Rdsch., 1955, Nr. 11, S. 389 bis 392.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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