DE1166935B - Verfahren zum Erzeugen von Masken auf Halbleiterkoerpern - Google Patents

Verfahren zum Erzeugen von Masken auf Halbleiterkoerpern

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DE1166935B DEJ19167A DEJ0019167A DE1166935B DE 1166935 B DE1166935 B DE 1166935B DE J19167 A DEJ19167 A DE J19167A DE J0019167 A DEJ0019167 A DE J0019167A DE 1166935 B DE1166935 B DE 1166935B
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Raymond Harry Hutchins
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: H Ol 1
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer: 1 166 935
Aktenzeichen: J 19167 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 17. Dezember 1960
Auslegetag: 2. April 1964
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von Masken für das Aufbringen von Fremdstoffen auf Teile der Oberfläche des Halbleiterkörpers von Halbleiterbauelementen.
Um eine große Anzahl von Halbleiterbauelementen sehr kleiner Abmessungen mit gleichmäßigen Eigenschaften herzustellen, ist es vorteilhaft, diese möglichst bis zu dem fertigen Produkt gleichzeitig zu behandeln. Dies kann beispielsweise durch die Diffusionstechnik geschehen, bei der viele Halbleiterbauelemente auf einem Plättchen aus Halbleitermaterial gleichzeitig erzeugt werden, die dann in einem späteren Verfahrensschritt voneinander getrennt werden. Für andere Anwendungen ist es gleichfalls wünschenswert, vollständige Schaltelemente, Schaltungen oder Matrizen auf einem einzigen Stück aus Halbleitermaterial herzustellen.
In allen diesen Fällen kann das Verfahren Schritte, enthalten, bei denen geeignete Störstoffe auf bestimmte Gebiete des Halbleiterkörpers niedergeschlagen werden, worauf dieser dann erhitzt wird, um die Störstoffe einzudiffundieren, und schließlich in einem weiteren Verfahrensschritt Kontaktelektroden an verschiedenen Stellen durch Niederschlagen geeigneter Substanzen erzeugt werden. Das Niederschlagen kann durch Aufdampfen z. B. aus der Dampfphase, Plattieren usw. geschehen.
Während des Niederschiagens können Metallmasken verwendet werden, welche die Abmessungen der zu bedampfenden Gebiete bestimmen. Jede Maske muß sehr genau hergestellt sein, so daß die bedampften Gebiete in der oberen linken Ecke des PlättcKens aus Halbleitermaterial genau dieselben Abmessungen haben wie jene in der unteren rechten Ecke. Außerdem werden bei zwei oder mehreren Niederschlagsprozessen Substanzen auf verschiedenen Serien von Gebieten nacheinander aufgebracht, so daß für jeden Prozeß eine gesonderte Metallmaske erforderlich ist. Es ist dabei wichtig, daß die später bedampfte Serie von Zonen in genau definierter Lage zu den zuerst bedampften Zonen ist, mit anderen Worten, daß die Masken, wenn sie in vorbestimmter Lage relativ zueinander angeordnet werden, ganz bestimmte gleich große Gebiete frei lassen.
Als Maske für einen oder mehrere Niederschlagsprozesse kann auch eine Oxydschicht an der Oberfläche des Halbleitermaterials verwendet werden. Diese Schicht hat Löcher oder unbedeckte Teile an den Gebieten der Halbleiteroberfläche, auf denen eine Substanz niedergeschlagen werden soll. Eine solche Oxydschicht als Maske bei einem Niederschlagsprozeß kann nach dem Bedampfungsprozeß Verfahren zum Erzeugen von Masken
auf Halbleiterkörpern
Anmelder:
International Standard Electric Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart W, Rotebühlstr. 70
Als Erfinder benannt:
Cyril Francis Drake,
Raymond Harry Hutchins, London
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 24. Dezember 1959 (43 887)
entfernt werden, wonach eine andere Oxydmaske erzeugt wird, bei der die frei bleibenden Stellen eine andere Lage oder Größe haben. Es kann aber auch eine Metallmaske für den folgenden Verfahrensschritt verwendet werden. In jedem Falle ist es jedoch erforderlich, daß die verschiedenen freien Stellen der Masken genau in der erforderlichen relativen Lage zueinander angeordnet sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt weder die Nachteile von auf mechanischem Wege hergestellten Masken, wie z. B. die Ungenauigkeit in deren Abmessungen noch die Nachteile der auf der Halbleiteroberfläche selbst aufgebrachten Oxydschichten und ermöglicht das Herstellen einer beliebigen Anzahl von Halbleiterbauelementen mit der gleichen gegenseitigen Anordnung von gegebenenfalls auch in verschiedenen Verfahrensstufen zu beschichtenden Oberflächenteilen mit bestimmten Abmessungen.
Das Verfahren zum Herstellen von Masken wird erfindungsgemäß so durchgeführt, daß zunächst eine Zeichnung mit farbigen Flächen auf fotografischem Wege auf einem Farbfilm abgebildet wird, bei der die bei einer Verfahrensstufe des Beschichrungsprozesses des Halbleiterkörpers zu beschichtenden Teile als Flächen gleicher Farbe und die Teile verschiedener Verfahrensstufen als Flächen verschiedener Farbe erscheinen und die farbigen Flächen die gleiche relative Lage zueinander haben wie die entsprechenden zu beschichtenden Teile der Oberfläche des Halbleiterkörpers, daß Farbauszüge entsprechend den einzelnen Farben auf Schwarzweißfilm hergestellt wer-
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den, auf dem die Flächen einer Farbe als schwarze Flächen erscheinen und deren Form auf fotografischem Wege auf Metallplättchen übertragen wird, die als Masken für die Beschichtung des Halbleiterkörpers verwendet werden.
Ein Beispiel für das Verfahren gemäß der Erfindung soll an Hand der Figuren näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt mehrere Verfahrensstufen zum Herstellen von zwei Masken gemäß der Erfindung und
tet, der in einem Winkel von 45° hinter dem Film angeordnet ist, um eine gleichmäßige Ausleuchtung zu erhalten und wird zweimal auf feinkörnige panchromatische Platten oder Filme aufgenommen, um Farb-5 auszüge herzustellen. Hierzu kann entweder farbiges Licht von einer Wellenlänge verwendet werden, welches je einer der benutzten Farben entspricht, oder man verwendet Farbfilter, welche nur Licht je einer der verwendeten Farben hindurchlassen. Beispiels-
Fig. 2 zeigt eine Verfahrensstufe einer Abwandlung io weise wird zunächst eine Aufnahme auf die panchrodes Verfahrens zum Herstellen von zwei Masken ge- matische Platte durch ein Filter aufgenommen, das maß der Erfindung. nur rotes Licht durchläßt, so daß eine Platte 4 erhal-
Das in F i g. 1 dargestellte Verfahren eignet sich ten wird, wie sie in F i g. Ib dargestellt ist. Diese hat für das Herstellen von Masken zur Herstellung einer eine Anzahl von schwarzen Zonen 5, welche den Anzahl vollkommen gleicher Halbleiterbauelemente i5 roten Zonen3 von Fig. la entsprechen, auf der die aus einem Plättchen aus Halbleitermaterial, wobei blauen Zonen 2 jedoch nicht wiedergegeben sind. Andie Ausschnitte der einen Maske beispielsweise die schließend wird ein Filter verwendet, das nur blaues Ausdehnung der Emittergebiete und die Ausschnitte Licht durchläßt, wobei eine zweite Platte 6 erhalten der anderen Maske beispielsweise die Ausdehnung wird, die in F i g. Ic dargestellt ist. Diese hat schwarze bestimmter ohmscher Kontaktelektroden des Bauele- 2o Zonen, welche den blauen Zonen2 von Fig. la entmentes bestimmen. sprechen, auf der aber die roten Zonen 3 nicht wieder-
Die erste Stufe des Verfahrens besteht darin, eine gegeben sind.
Hauptzeichnung 1 herzustellen, die in Fig. la dar- Die beiden Platten 4 und 6 haben die gleiche Größe
gestellt ist, und aus einer Anzahl von farbigen Zonen wie das fertige Plättchen aus Halbleitermaterial und auf schwarzem Hintergrund besteht. Die farbigen 25 werden zu Masken in der Weise weiterverarbeitet, Zonen bestehen aus zwei Serien von Gruppen. Alle daß jeder Farbauszug auf Schwarzweißfilm auf ein Zonen derselben Serie haben die gleiche Farbe. Jede mit einem lichtempfindlichen Lack überzogenes Me-Gruppe der ersten Serie besteht nur aus einer Zone tallplättchen mit ultraviolettem Licht kopiert wird, und wird dargestellt durch die blauen Gebiete 2 in die nicht belichteten Teile des Lackes weggelöst und Fig. la. Jede Gruppe der zweiten Serie besteht aus 30 die frei gelegten Teile der Metallplättchen weggeätzt drei Zonen und bildet die roten Gebiete 3 in F i g. la. werden.
Es sind nur zwei Gruppen jeder Serie in der oberen Beispielsweise wird die Oberfläche eines Molyb-
linken Ecke von Fig. la dargestellt und eine Gruppe dänplättchens von 0,025 mm Dicke mit einem lichtjeder Serie in der unteren rechten Ecke. In der empfindlichen Lack oder Kunstharz bedeckt, an die Praxis ist jedoch die ganze Hauptzeichnung mit sol- 35 erste fotografische Platte 4 angelegt und mit ultrachen Gruppen bedeckt. violettem Licht belichtet. Das Licht kann alle Teile Die Hauptzeichnung 1 ist eine Abbildung in ver- der Platte mit Ausnahme der schwarzen Zonen 5 auf größertem Maßstab von der Anordnung, die für die der Platte 4 durchdringen und gelangt auf die darun-Halbleiterplättchen am Ende des Verfahrens erfor- terliegende Lackschicht, wodurch deren Widerstand derlich ist. Jedes blaue Gebiet 2 entspricht dem Emit- 40 gegen die Einwirkung eines Entwicklers erhöht wird, tergebiet einer der Bauelemente und entspricht den Die Platte 4 wird dann entfernt, die nicht belichteten ausgeschnittenen Teilen in einer Maske. Die roten Teile des Lackes werden mittels eines Entwicklers abGebiete 3 entsprechen ohmschen Kontakten, der gewaschen und schließlich werden die Teile des Momittlere von jeder Gruppe entspricht dem Emitter- Iybdänplättchens, die nicht mit Lack bedeckt sind, kontakt und die äußeren beiden entsprechen zwei 45 weggeätzt. Auf diese Weise wird ein Molybdänplätt-Kontakten an dem Halbleitermaterial und somit den chen erhalten, das öffnungen aufweist, welche den ausgeschnittenen Gebieten der anderen Maske. Die schwarzen Zonen 5 von Fig. Ib und somit den roten relativen Größen und Abstände der verschiedenen Zonen3 von Fig. la entsprechen. Gebiete sind genau die gleichen, wie sie für die ent- in gleicher Weise wird ein zweites Molybdänplättsprechenden Teile des fertigen Halbleiterkörpers be- 50 chen hergestellt, wobei als Negativ die zweite fotonötigt werden. grafische Platte6 von Fig. Ic verwendet wird. In Beim zweiten Verfahrensschritt wird die Haupt- diesem Falle werden die Teile des Molybdänplättchens zeichnung 1 auf einen Farbfilm aufgenommen, der in weggeätzt, welche den schwarzen Zonen 7 von der Zeichnung nicht dargestellt ist. Zu diesem Ver- Fig. Ic entsprechen, wobei gleichzeitig die Gebiete 8, fahrensschritt wird ein Umkehrfarbfilm verwendet, so 55 die innerhalb dieser ausgeätzten Teile liegen, herausdaß die Farben dieses Filmes denen der Hauptzeich- fallen.
nungl entsprechen, also die blauen Gebiete den Durch diese Verfahrensschritte wird ein Molybdänblauen Zonen 2 in F i g. 1 und die roten Gebiete den plättchen erhalten, das Öffnungen hat, welche der roten Zonen3 entsprechen. Diese zweite Aufnahme Umrandung der blauen Zonen2 von Fig. la entunterscheidet sich von der ersten dadurch, daß sie 60 sprechen. Das andere Plättchen hat ausgeschnittene verkleinert ist und daß der schwarze Untergrund der Teile, welche den roten Zonen3 von Fig. la ent-Hauptzeichnung 1 auf dem Film durchscheinend ist. sprechen. Diese Plättchen werden als Masken beim Es liegt ferner im Sinne der Erfindung, die Haupt- Aufdampfen der Störstoffe verwendet. Die beiden fozeichnung mehrmals auf den gleichen Farbfilm auf- tografischen Platten4 und 6 von Fig. Ib und Ic zunehmen und bei jeder Belichtung in eine andere 65 haben genau die gleiche Größe und ihre schwarzen Lage zu bringen. Zonen S und 7 liegen, wie bei den fertigen Halbleiter-
Dieser Film wird nun zwischen zwei Glasplatten vorrichtungen, genau übereinander, wenn die beiden geklemmt und mittels eines weißen Kartons beleuch- Molybdänplättchen aufeinandergelegt werden.
Eine Abwandlung des Verfahrens besteht in der Benutzung einer einfacheren Hauptzeichnung, die in Fig. 2 mit 9 bezeichnet ist. Diese Hauptzeichnung wird dazu verwendet, zwei identische Masken wie oben herzustellen, obwohl sie nur eine Gruppe von farbigen Zonen jeder Serie enthält, anstatt einer kompletten Serie, wie bei der Hauptzeichnung 1 nach Fig. la. Eine Gruppe besteht aus einer blauen Zone 10 und die andere aus den drei roten Zonen 11, welche jeweils gegenüber den herzustellenden Zonen auf dem Halbleiterplättchen hundertfach vergrößert sind.
Die Hauptzeichnung 9 wird auf einen Hauptfarbfilm fotografiert und dabei ihre Größe gleichzeitig um den Faktor 20 verringert. Der Hauptfilm wird dann nacheinander in die Fenster eines durchscheinenden Rahmens gesetzt. Der relative Abstand der Fenster ist der gleiche wie der Abstand der Gruppen in den beiden Masken. Da der Hauptfilm durch jedes Fenster auf denselben Farbfilm aufgenommen wird, erhält man einen Film, wie er an Hand von F ig. 1 beschrieben wurde. Dieser zweite Farbfilm dient dann zur Herstellung der beiden Masken in der gleichen Weise, wie dies oben beschrieben wurde.
Bei einer weiteren Abwandlung des Verfahrens wird die gleiche Hauptzeichnung 9 von F i g. 2 verwendet, aber sie wird dann mehrfach auf getrennte Farbfilme fotografiert, so daß man eine Anzahl von Filmen erhält, die der Anzahl von Gruppen in einer Serie entspricht. Die getrennten Füme werden dann nebeneinander zwischen zwei Glasplatten gelegt, so daß ihr relativer Abstand derselbe ist, wie er bei den ausgeschnittenen Teilen der beiden Masken erforderlich ist, und wird wieder auf einen Farbfilm aufgenommen, so daß man einen Film erhält, wie er an Hand von F i g. 1 beschrieben wurde. Die Herstellung der Masken von diesem Film ist die gleiche wie oben.
Es kann auch eine Oxydschicht auf der Oberfläche des Halbleitermaterials als Maske an Stelle einer Molybdänmaske oder beider verwendet werden. Wenn der Aufdampfprozeß so ausgeführt ist, daß eine Molybdänmaske und eine Oxydschichtmaske verwendet werden soll, sind zwei weitere fotografische Platten desselben Aufbaues wie die von Fig. Ib und Ic erforderlich, die nach dem gleichen Verfahren, wie oben beschrieben, hergestellt werden. Eine Molybdänmaske wird dann mit Hilfe einer fotografischen Platte 6 hergestellt und der Auf dampf- und Diffusionsprozeß durchgeführt, um die Emitterzonen des Bauelementes, welche den blauen Zonen 2 von Fig. la entsprechen, herzustellen. Dann wird eine Oxydschicht auf der Oberfläche des Halbleitermaterials erzeugt und diese mit einem lichtempfindlichen Lack oder Kunstharz bedeckt. Danach wird die fotografische Platte 4 aufgelegt und mit ultraviolettem Licht belichtet. Die nicht belichteten Teile des Lackes oder Kunstharzes können mit einem geeigneten Entwickler weggelöst werden, und die frei liegenden Teile der Oxydschicht werden mit Flußsäure entfern. Die Oxydschicht hat nun Öffnungen, welche den schwarzen Zonen5 von Fig. Ib entsprechen und wird als Maske beim Aufdampfverfahren verwendet. Am Ende des Aufdampfverfahrens wird das auf das Halbleitermaterial aufgedampfte Material durch geringes Erhitzen in den Halbleiter einlegiert, so daß Kontaktelektroden an dem Bauelement erhalten werden, während das Material, das auf der Oxydschicht niedergeschlagen wurde, mit Hilfe von Flußsäure mit der Oxydschicht entfernt werden kann.
Wenn eine Maske aus einer Oxydschicht benötigt wird, welche ausgeschnittene Gebiete hat, wie sie den blauen Zonen2 von Fig. la entsprechen, kann die fotografische Platte6 von Fig. Ic nicht verwendet werden. Dies kommt daher, daß nach dem Belichten der Oxydschicht mit ultraviolettem Licht und Wegätzen der entsprechenden Teile die inneren Zonen 8 von Fig. Ic nicht entfernt werden, wie im Falle der Molybdänmaske, wo diese Teile herausfallen. So werden nur die Teile entfernt und für den Aufdampfprozeß frei gelegt, welche den schwarzen Zonen 7 von Fig. Ic entsprechen. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird der zentrale Teil jeder Gruppe der drei roten Gebiete3 in Fig. 1 weiß gelassen. Der übrige Prozeß kann in der oben beschriebenen Weise durchgeführt werden, wobei die weißen Zonen sowohl das rote als auch das blaue Licht hindurchlassen, das zur Herstellung der fotografischen Platten 4 und 6 verwendet wird. So sind auch die inneren Teile 8 auf der Platte 6 schwarz. Das übrige Verfahren wird dann in der gleichen Weise wie beschrieben ausgeführt.
Bei dem beschriebenen Beispiel war es nur erforderlich, zwei Masken herzustellen und es werden daher auch nur zwei Farben bei der Hauptzeichnung und bei dem fotografischen Ausgangsfilm benötigt und am Schluß werden nur zwei fotografische Platten erhalten. Wenn jedoch drei oder mehrere Aufdampfverfahren ausgeführt werden sollen, werden drei oder mehr Masken benötigt, wobei eine entsprechende Anzahl von Farben zur Bezeichnung der verschiedenen Zonen der Hauptzeichnung erforderlich sind und eine entsprechende Anzahl von fotografischen Platten benötigt wird.
An Stelle der beiden Farben blau und rot, die in den oben beschriebenen Beispielen verwendet werden, können andere Farben in gleicher Weise benutzt werden. Wenn drei oder mehr Masken verwendet werden, müssen selbstverständlich noch andere Farben benutzt werden.
Das oben beschriebene Verfahren kann noch in der Weise abgewandelt werden, daß die beiden fotografischen Platten dadurch erhalten werden, daß rotes oder blaues Licht durch den fotografischen Ausgangsfilm geworfen wird, an Stelle daß entsprechende Filter benutzt werden. Wenn Metallmasken verwendet werden, können diese aus einem anderen Metall als Molybdän hergestellt werden und können auch hergestellt werden durch ein umgekehrtes Ätzverfahren, d. h. die Maske wird auf einer Metallplatte erzeugt, die mit einem lichtempfindlichen Material bedeckt ist. Diese wird durch das entsprechende Negativ belichtet, entwickelt und anschließend mit einem geeigneten Metall überzogen, das sich nur auf den Zonen niederschlägt, die frei von dem Lichtempfindlichen Material sind. Die Maske ist der Überzug, der dann von der Metallplatte abgezogen wird. Bei diesem Verfahren müssen selbstverständlich Negative verwendet werden, die durch einen Kontaktabzug des fotografischen Fumes oder der Platte von irgendeinem fotografischen Film der oben beschriebenen Beispiele hergestellt wird.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Erzeugen von Masken für das Aufbringen von Fremdstoffen auf Teile der Oberfläche des Halbleiterkörpers von Halbleiterbauelementen, dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst eine Zeichnung mit farbigen Flächen auf fotografischem Wege auf einem Farbfilm abgebildet wird, bei der die bei einer Verfahrensstufe des Beschichtungsprozesses des Halbleiterkörpers zu beschichtenden Teile als Flächen gleicher Farbe und die Teile verschiedener Verfahrensstufen als Fläche verschiedener Farbe erscheinen und die farbigen Flächen die gleiche relative Lage zueinander haben wie die entsprechenden zu beschichtenden Teile der Oberfläche des Halbleiterkörpers, daß Farbauszüge entsprechend den einzelnen Farben auf Schwarzweißfilm hergestellt werden, auf dem die Flächen einer Farbe als schwarze Flächen erscheinen und deren Form auf fotografischem Wege auf Metallplättchen übertragen wird, die als Masken für die Beschichtung des Halbleiterkörpers verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Farbfilm ein Umkehrfilm verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeichnung mehrmals auf den gleichen Farbfilm aufgenommen und bei jeder Belichtung in eine andere Lage gebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der Farbauszüge Farbfilter verwendet werden, welche nur Licht je einer der verwendeten Farben hindurchlassen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der Farbauszüge farbiges Licht von einer Wellenlänge verwendet wird, welches je einer der verwendeten Farben entspricht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplättchen zu Masken in der Weise weiterverarbeitet werden, daß jeder Farbauszug auf Schwarzweißfilm auf ein mit einem lichtempfindlichen Lack überzogenes Metallplättchen mit ultraviolettem Licht kopiert wird, die nicht belichteten Teile des Lackes weggelöst und die frei gelegten Teile der Metallplättchen weggeätzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Metallplättchen Molybdän verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die frei gelegten Teile der Metallplättchen nicht weggeätzt, sondern mit einer Metallschicht überzogen werden und die von dem Metallplättchen abgezogene Metallschicht als Maske verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Metallplättchen eine Oxydschicht verwendet wird, daß die Oxydschicht mit einem lichtempfindlichen Lack überzogen, durch einen der Farbauszüge mit ultraviolettem Licht belichtet wird, daß die unbelichteten Teile des Lackes weggelöst und die frei gelegten Teile der Oxydschicht mit Flußsäure weggeätzt werden.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 006 492;
französische Patentschriften Nr. 1 185 444,
1209490; »Electronics engineering edition«, 14. 2. 1958,
S. 142 und 144.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 557/362 3.64 © Bundesdruckerei Berlin
DEJ19167A 1959-12-24 1960-12-17 Verfahren zum Erzeugen von Masken auf Halbleiterkoerpern Pending DE1166935B (de)

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