DE1246127B - Verfahren zum Aufbringen von metallischen Elektroden auf Bereichen der Oberflaeche eines pn-UEbergaenge enthaltenden Halbleiterkoerpers - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Hüll

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1 246 127

Aktenzeichen: R 35674 VIII c/21;

Anmeldetag: 15. Juli 1963

Auslegetag: 3. August 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von metallischen Elektroden auf Bereichen der Oberfläche eines zonenverschiedenen Leitfähigkeitstyps mit dazwischenliegenden, an die Oberfläche tretenden pn-Übergängen enthaltenden Halbleiterkörpers, bei dem die Oberfläche zuerst mit einer Oxydschicht und dann mit einer photoempfindlichen Ätzschutzschicht überzogen wird, die letztere zumindest in den Bereichen, die sich über den an die Oberfläche tretenden pn-Übergängen befinden, be- ίο lichtet wird, die nichtbelichteten Bereiche der Ätzschutzschicht über den zonenverschiedenen Leitfähigkeitstyps herausgelöst werden und die dadurch freigelegten Bereiche der Oxydschicht weggeätzt werden.

Das Aufbringen von metallischen Elektroden auf gewünschten Oberflächenbereichen eines Halbleiterkörpers bereitet in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten, da die zu metallisierenden Oberflächenbereiche häufig sehr klein sind. Abmessungen in der Größen-Ordnung von 0,1 mm und darunter sind keine Seltenheit. Bei der Herstellung von sogenannten Planartransistoren muß beispielsweise auf diejenigen Bereiche eines scheibenförmigen Halbleiterkörpers, an denen pn-Übergänge an die Oberfläche treten,· eine gewöhnlich aus Siliciumoxyd bestehende Oxydschicht aufgebracht werden, während die übrigen Oberflächenbereiche der Scheibe mit Metallschichten versehen werden müssen. Es ist nicht möglich, die Metallschichten zuerst auf der bloßen Scheibe niederzuschlagen, da dabei die Gefahr besteht, daß die vorher gebildeten Sperrschichten kurzgeschlossen werden. Es ist daher erforderlich, daß der Rand der Übergänge zuerst durch die Siliciumoxyd-Schutzschicht abgedeckt wird. Man hat hierzu bisher die ganze Oberfläche der Scheibe mit Siliciumoxyd überzogen. Anschließend wurde die Siliciumoxydschicht in üblicher Weise unter Verwendung von lichtempfindlichen Ätzschutzschichten und geeigneten Abdeckmasken an bestimmten Stellen entfernt und die entsprechenden Bereiche der Halbleiterscheibe freigelegt. Die verbliebenen Teile der Ätzschutzschicht wurden dann entfernt und die freigelegten Bereiche der Scheibe und gleichzeitig auch die verbliebenen Teile der Siliciumoxydschicht wurden mit einer Metallschicht versehen. Da die Metallschicht zusammenhängend ist, sind die freigelegten Bereiche der Scheibe elektrisch kurzgeschlossen, so daß also der Emitteranschluß und der Basisanschluß der Anordnung miteinander verbunden sind. Man mußte daher auf die Metallschicht eine zweite lichtempfindliche Ätzschutzschicht aufbringen und diese Schicht mit einer Verfahren zum Aufbringen von metallischen
Elektroden auf Bereichen der Oberfläche eines
pn-Übergänge enthaltenden Halbleiterkörpers

Anmelder:

Radio Corporation of America,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:
Cameron Larkin Davis, Far Hills, N. J.;
Charles George Hettich,
Flemington, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 31. Juli 1962 (213 695)

zweiten Maske belichten, die das photographische Negativ der ersten Maske ist. Die nichtbelichteten Teile der zweiten Ätzschutzschicht werden dann weggelöst, wobei diejenigen Teile der Metallschicht freigelegt werden, die sich auf der Siliciumoxydschicht befinden. Diese freigelegten Teile der Metallschicht werden dann abgeätzt. Schließlich wird der Rest der zweiten Ätzschutzschicht entfernt und das Ergebnis ist eine Scheibe, deren eine Häuptfläche teilweise mit einer Schutzschicht aus Silicramoxyd und teilweise mit getrennten Metallschichten bedeckt ist, die einen Emitteranschluß und einen Basisanschluß bilden.

Dieses komplizierte und zeitraubende Verfahren erfordert also ein zweimaliges Aufbringen von Ätzschutzschichten und zwei verschiedene Masken, es ist also teuer. Außerdem muß sich die zur Belichtung der zweiten Ätzschutzschicht verwendete Maske genau mit den Bereichen decken,, die bei der ersten Maskierung behandelt worden waren. Infolge dieser hohen Genauigkeitsanforderungen ist der Ausschuß in der Praxis ziemlich groß.

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ts ist ferner bekannt, zur Herstellung einer p-Zone in einem η-leitenden Halbleiterkörper auf dessen ebene Oberfläche unmittelbar eine photoempfindliche Ätzschutzschicht aufzubringen und diese dann so zu belichten und zu entwickeln, daß in der Ätzschutzschicht am Ort der zu bildenden p-Zone ein rechteckiges Fenster entsteht. Auf die innerhalb dieses Fensters freiliegende Oberfläche des Halbleiterkörpers und die das Fenster umgebenden Bereiche der Ätzschutzschicht wird dann im Vakuum Aluminium aufgedampft, und anschließend wird die Ätzschutzschicht und das auf ihr befindliche Aluminium mit einem organischen Lösungsmittel (Methylenchlorid) entfernt, so daß nur der direkt auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgedampfte Teil der Aluminiumschicht verbleibt. Dieser Teil der Aluminiumschicht wird dann durch Erhitzen in die Halbleiteroberfläche einlegiert.

Das letztgenannte Verfahren läßt sich nicht gut auf die Herstellung von Elektroden auf Bereichen der Oberfläche eines Halbleiterkörpers übertragen, da wegen der sehr geringen Abmessungen solcher Elektroden und der Tatsache, daß die die Elektroden bildenden Bereiche der Metallschicht und die Unterseite der Ätzschutzschicht in der gleichen Ebene liegen, die Gefahr besteht, daß die die Elektroden bildenden Bereiche mit entfernt oder zumindest beschädigt werden. Dieses Problem wird noch gravierender, wenn die Entfernung der Ätzschutzschicht wenigstens zum Teil mechanisch, z. B. durch Abwischen, bewirkt werden soll, um diesen Verfahrensschritt zu beschleunigen und ein sauberes und vollständiges Entfernen zu gewährleisten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden.

Die Erfindung, die diese Aufgabe löst, bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen von metallischen Elektroden auf Bereichen der Oberfläche eines zonenverschiedenen Leitfähigkeitstyps mit dazwischenliegenden, an die Oberfläche tretenden pn-Übergängen enthaltenden Halbleiterkörpers, bei dem die Oberfläche zuerst mit einer Oxydschicht und dann mit einer photoempfindlichen Ätzschutzschicht überzogen wird, die letztere zumindest in den Bereichen, die sich über den an die Oberfläche tretenden pn-Übergängen befinden, belichtet wird, die nichtbelichteten Bereiche der Ätzschutzschicht über den zonenverschiedenen Leitfähigkeitstyps herausgelöst werden und die dadurch freigelegten Bereiche der Oxydschicht weggeätzt werden, und die Erfindung besteht darin, daß auf der so behandelten Oberfläche eine zusammenhängende Metallschicht niedergeschlagen wird und daß dann die verbliebenen Teile der Ätzschutzschicht zusammen mit den auf ihr befindlichen Teilen der Metallschicht unter Belassung der auf den freigelegten Bereichen der Zonen niedergeschlagenen Teile der Metallschicht entfernt werden.

Da sich die die Elektroden bildenden Teile der Metallschicht bei dem Verfahren gemäß der Erfindung in Vertiefungen befinden, die durch Ausätzen der Oxydschicht gebildet worden waren, besteht keine Gefahr, daß die Elektrodenschichten unbeabsichtigt mit entfernt oder beschädigt werden. Man erhält sehr genau begrenzte Elektroden, die sich außerdem infolge ihrer wannenartigen Form auch sehr gut kontaktieren lassen.

Zum Entfernen der Ätzschutzschicht mit den darauf befindlichen Teilen der Metallschicht wird der Halbleiterkörper vorzugsweise mit einem organischen Lösungsmittel behandelt, das die Ätzschutzschicht erweicht, und die erweichte Ätzschutzschicht wird dann durch Abwischen entfernt. Dieses Verfahren zeichnet sich durch besonders geringen Zeitbedarf aus und gewährleistet außerdem eine sichere Entfernung der Ätzschutzschicht und aller unerwünschten Teile der Metallschicht.

ίο Die Erfindung soll nun an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden, in der die F i g. 1 a bis 1 e Querschnittsansichten einer Halbleiteranordnung in verschiedenen Fertigungsstufen zeigen.

Die Fig. la zeigt eine Scheibe 10 aus einem etwa 0,15 mm dicken, η-leitenden Siliciumkristall mit gegenüberliegenden Hauptflächen 11,12. Die Scheibe 10 enthält mehrere p-leitende Zonen 13, die an die Oberfläche 11 angrenzen und durch Eindiffundieren

ao eines geeigneten Akzeptors, z. B. Bor, gebildet wurden. Zwischen den einzelnen p-leitenden Zonen 13 und der η-leitenden Masse der Scheibe befindet sich jeweils ein pn-Ubergang 14. Innerhalb der p-leitenden Zonen 13 befindet sich ein η-leitender Mittelbereich 15, der durch Eindiffusion eines geeigneten Donators, wie z. B. Arsen oder Phosphor, hergestellt wurde. Zwischen den η-leitenden Mittelbereichen 15 und den umgebenden p-leitenden Zonen 13 befinden sich pn-Ubergänge 16. Diffusionsverfahren zur Herstellung der Zonen 13,15 in der Halbleiterscheibe 10 sind bekannt und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

Auf der Oberseite 11 der Scheibe 10 befindet sich eine z. B. durch Aufdampfen hergestellte Siliciumoxydschicht 17. Da die Scheibe 10 bei dem beschriebenen Beispiel aus Silicium besteht, kann man die Siliciumoxydschicht 17 auch durch thermische Oxydation der Scheibe bilden. Die Scheibe 10 wird hierfür beispielsweise etwa 30 Minuten bei etwa 1100° C in Wasserdampf erhitzt; wobei sich eine etwa 4000 Angström dicke Siliciumoxydschicht bildet.

Auf die Siliciumoxydschicht 17 wird eine licht- oder strahlungsempfindliche Ätzschutzschicht 18 aufgebracht. Die Ätzschutzschicht 18 kann aus bichromatisierten Proteinen oder handelüblichen Photolacken bestehen, wie z. B. lichtempfindlichen, filmbildenden Polyestern aus 2-Propenyliden-Malonverbindungen und zweiwertigen Glykolen, die zwei bis zwölf Kohlenstoffatome enthalten. Solche lichtempfindlichen Ätzschutzschichten sind bekannt (siehe z.B. USA.-Patentschrift 2 956 878).

Auf die Ätzschutzschicht 18 wird eine Maske 19, 20 aufgelegt. Bei diesem Beispiel besteht die Maske 19, 20 aus einer Glasplatte 19, deren eine Seite das gewünschte Muster in Form von schwarzen Flächen 20 trägt. Die Maske wird so auf die Scheibe gelegt, daß sich das Muster mit den durch Diffusion hergestellten Bereichen 13,15 deckt. Die Maske ist in bekannter Weise so bemessen, daß die Teile der Siliciumoxydschicht über den an der Oberfläche der Halbleiterscheibe befindlichen Rändern der pn-Übergänge 14,16 erhalten bleiben, wie beispielsweise in Fig. Ic dargestellt ist.

Die durch die Maske 19, 20 abgedeckte Ätzschutzschicht 18 wird nun belichtet, z. B. etwa 3 bis 5 Minuten mit ultraviolettem Licht, wie in der Fig. la durch die nach unten weisenden Pfeile angedeutet ist. Die belichteten Bereiche der Ätzschtitzschicht 18

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polymerisieren unter dem Einfluß der Strahlung. Organische Lösungsmittel, die die Ursprüngliche unpoiymefisierte Ätzschutzschicht leicht lösen, greifen die polymerisierten Bereiche praktisch nicht an.

Die Maske 19, 20 wird nun entfernt und die Ätzschutzschicht wird nun mit einem organischen Lösungsmittel behandelt, z. B. flüssigen Kohlenwasserstoffen und/oder Alkoholen, die diejenigen Teile der Schicht 18 lösen, die bei der Maskierung abgedeckt waren und daher nicht durch Lichteinwirkung polymerisiert wurden. Zum Lösen der Ätzschutzschicht kann man sich auch handelsüblicher Mischungen bedienen, die als Photoresist-Entwickler erhältlich sind. Wie die F i g. 1 b zeigt, bleiben die belichteten und polymerisierten Bereiche 18' der Ätz.schutzschicht auf der Siliconoxydschicht 17 erhalten, da sie praktisch unlöslich in dem verwendeten Lösungsmittel sind. Diese verbliebenen Bereiche 18' werden nun etwa 8 Minuten auf etwa 145° C erhitzt und dadurch gehärtet, so daß sie einer Säurebehandlung widerstehen.

Die Scheibe 10 wird nun in eine Ätzlösung getaucht, die Siliciumdioxyd löst. Diese Ätzlösung kann beispielsweise aus 72 ml konzentrierter Flußsäure, 300 g Ammoniumfluorid und 300 ml Wasser bestehen. Die Ätzdauer hängt von der Dicke der Siliciumoxydschicht 17 ab, typische Werte sind etwa 7 bis 10 Minuten. Durch das Ätzen werden diejenigen Teile der Siliciumdioxydschicht 17 entfernt, die nicht durch die verbliebenen Bereiche 18' der Ätzschutzschicht geschützt sind. Nach dem Ätzen entsprechen also die zurückgebliebenen Teile 17' der ursprünglichen Siliciumoxydschicht 17 in Form und Größe den verbliebenen Bereichen 18' der Ätzschutzschicht, wie in der Fig. Ic dargestellt ist.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren läßt man die stehengebliebenen Bereiche 18' der Ätzschutzschicht auf der Scheibe und schlägt auf der gesamten Oberfläche der Anordnung einschließlich der freiliegenden Teile der Siliciumscheibe 10 und der verbliebenen Teile 18' der Ätzschutzschicht eine dünne Metallschicht31 nieder, wie in der Fig. Id dargestellt ist. Die Metallschicht 31 kann aus reinen Metallen, wie Aluminium und dergleichen, bestehen oder auch aus Legierungen. Bei diesem Beispiel bestand die Metallschicht 31 aus Aluminium und wurde in einer Dicke von etwa 2000 Angström durch Aufdampfen hergestellt.

Anschließend wird die Scheibe 10 nun einige Minuten mit einem organischen Lösungsmittel getränkt, das in der Lage ist, die Ätzschutzschicht 18' zu erweichen. Hierfür eignen sich Lösungen zum Entfernen der gehärteten Ätzschutzschicht, z. B. chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid u. dgl. Das Lösungsmittel gelangt offensichtlich unter die dünne Metallschicht 31 und erweicht die verbliebenen Teile 18' der Ätzschutzschicht. Die Scheibe 10 wird dann aus dem Lösungsmittel entnommen und die überzogene Oberfläche wird mit einem Baumwoll- oder Wattetupfer abgewischt. Am besten tränkt man den Tupfer zuerst mit dem verwendeten Lösungsmittel, also hier mit Methylenchlorid. Durch das Abwischen wird der Rest 18' der Ätzschutzschicht zusammen mit denjenigen Teilen der Metallschicht 31, die sich auf der Ätzschutzschicht befinden, entfernt, so daß die Scheibe in dem in der F i g. 1 e dargestellten Zustand zurückbleibt. Die folgenden Fertigungsschritte, nämlich die Scheibe in eine Anzahl von Halbleiterkörperchen zu unterteilen, Anschlüsse an die einzelnen Einheiten anzubringen Und letztere zu kapseln, werden in üblicher Weise ausgeführt und bilden keinen Teil dieser Erfindung.

Bei dem vorliegenden Verfahren wird also riur eine einzige Maske benötigt, während bei den bekannten Verfahren zwei verschiedene Masken, von deneil die eine das genaue photographische Negativ der anderen sein mußte, benötigt wurden. Das Verfahren nach der Erfindung ist also wesentlich billiger.

Ein weiterer wichtiger Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß der Ausschuß wesentlich herabgesetzt wird. Bei den bekannten Verfahren mußten zwei verschiedene Masken verwendet und sehr genau bezüglich der Scheibe eingerichtet werden, so daß die zweite Maske sich genau mit den durch die erste Maske hergestellten Bereichen deckte. Bei dem vorliegenden Verfahren ist kein Einrichten einer zweiten Maske erforderlich, so daß der Ausschuß entsprechend sinkt.

Auch der Materialaufwand pro hergestellte Einheit ist bei dem vorliegenden Verfahren wesentlich geringer als bei den bekannten Verfahren. Bei den bekannten Verfahren mußten zwei getrennte Ätzschutzschichten aufgebracht werden, die dann jeweils entwickelt und später wieder abgelöst werden mußten. Da bei dem vorliegenden Verfahren nur eine Ätzschutzschicht verwendet wird, verringert sich der Materialaufwand praktisch auf die Hälfte. Schließlich ist bei dem vorliegenden Verfahren auch der Anteil an Handarbeit geringer. Auch hier beträgt die Ersparnis mehr als 50 °/o.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen von metallischen Elektroden auf Bereichen der Oberfläche eines zonenverschiedenen Leitfähigkeitstyps, mit dazwischenliegenden, an die Oberfläche tretenden pn-Übergängen enthaltenden Halbleiterkörpers, bei dem die Oberfläche zuerst mit einer Oxydschicht und dann mit einer photoempfindlichen Ätzschutzschicht überzogen wird, die letztere zumindest in den Bereichen, die sich über den an die Oberfläche tretenden pn-Übergängen befinden, belichtet wird, die nichtbelichteten Bereiche der Ätzschutzschicht über den zonenverschiedenen Leitfähigkeitstyps herausgelöst werden und die dadurch freigelegten Bereiche der Oxydschicht weggeätzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der so behandelten Oberfläche eine zusammenhängende Metallschicht (31) niedergeschlagen wird und daß dann die verbliebenen Teile der Ätzschutzschicht (18') zusammen mit den auf ihr befindlichen Teilen der Metallschicht unter Belassung der auf den freigelegten Bereichen der Zonen (13, 15) niedergeschlagenen Teile der Metallschicht entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (10) zum Entfernen der verbliebenen Teile der Ätzschutzschicht (18') mit den darauf befindlichen Teilen der Metallschicht (31) mit einem organischen Lösungsmittel behandelt wird, das die Ätzschutzschicht erweicht, und daß die erweichte Ätzschutzschicht dann durch Abwischen entfernt wird.