DE1154575B - Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit klein dimensionierten Kontaktelektroden - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

N13348 Vmc/21g

ANMELDETAG: 23. F E B RUAR 1957

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)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 28. Februar 1956 (Nr. 204955)

GiIMs Oudemans, Eindhoven (Niederlande),
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.

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)

PATENTANSPRÜCHE:

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);

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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