DE1489162C3 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit wenigstens einem Feldeffekttransistor, der in einer Halbleiterschicht auf einem Träger gebildet wird und wenigstens zwei Elektroden, eine Source- und eine Drainelektrode, aufweist, die auf der Halbleiterschicht in einem Abstand voneinander liegen und ein erstes Flächenmuster bilden sowie wenigstens eine Gateelektrode aufweist, die mit einem zwischen der Source- und der Drainelektrode liegenden Teil der Halbleiterschicht verbunden ist und ein zweites Flächenmuster bildet unter Anwendung photographischer Verfahren bei der Flächenmusterherstellung.
Feldeffekttransistoren der genannten Art, die einzeln oder in größerer Anzahl, gegebenenfalls in Kombination mit anderen Schaltungselementen, in und auf einer Halbleiterschicht auf einem Träger zu einer Halbleiteranordnung aufgebaut werden, sind unter anderem aus »Proceedings Institution of Radio Engineers« 50 (Juni 1962), S. 1162 bis 1169 bekannt. In der üblichsten Ausbildung werden auf einem Isolierträger, z.B. aus einem keramischen Material oder Glas, nebeneinander und in sehr geringem Abstand die Source- und Drainelektroden in Form leitender Streifen, z. B. aus Gold, unter Verwendung einer Maske aufgedampft, die aus einem Drahtgitter besteht, mit dem der Absland der Source- und Drainelektrode genau eingestellt werden kann. Auf den mit diesem ersten Flächenmuster bedeckten Träger wird dann eine dünne Halbleiterschicht, ζ. B. aus Kadmiumsulfid, aufgebracht und anschließend wird, vor-
zugsweise durch eine dünne Isolierschicht vom Halbleiter getrennt, das Flächenmuster der Gateelektrode derart aufgedampft, daß die Gateelektrode mit einer zwischen Source und Drain liegenden Teil der Halbleiterschicht verbunden ist. Die Wirkungsweise dieses Transistors, der unter anderem unter der englischen Bezeichnung »Thin Film Transistor« (TFT) bekannt ist, beruht auf dem bekannten Effekt, daß mit Hilfe der Gateelektrode die Impedanz der Halbleiterder Herstellung von Elektroden für Halbleiterbauelemente zum Aufbringen eines Flächenmusters ein photographisches Verfahren, nämlich ein sogenanntes Photoreservierungsverfahren, anzuwenden (siehe z.B. »Solid State Physics in Electronics and Telecommunications«, 1960, Vol. 2, S. 987 bis 993). .
Unter einem photographischen Verfahren wird hier ein Verfahren verstanden, bei dem eine photochemisch empfindliche Schicht bei Bestrahlung durch
schicht im Stromweg zwischen der Source-und Drain- io einen photochemischen Vorgang derart beeinflußt
elektrode beeinflußt werden kann. In den bereits erwähnten Veröffentlichungen wurden auch andere Ausführungsformen vorgeschlagen, bei denen die Gateelektrode auf der Trägerseite und die Source- und Drainelektroden auf der gegenüberliegenden Seite der Halbleiterschicht liegen oder bei denen die Sourceelektrode, die Gateelektrode und die Drainelektrode in dieser Reihenfolge nebeneinander auf derselben Seite der Halbleiterschicht liegen.
wird, daß ihre Löslichkeit stellenweise bleibend geändert wird, oder bei dem ein photochemisches Reaktionsprodukt gebildet wird,' das unmittelbar oder mittels einer oder mehrerer sekundärer chemischer Reaktionen in ein elektrisch leitendes Metallbild umgesetzt werden kann. .
Es ist eine große Zahl verschiedener photographischer Verfahren bekannt, die für das Verfahren nach der Erfindung in Frage kommen. Naturgemäß können
Für eine gute Wirkung dieses Transistors werden 20 nicht alle diese Verfahren hier im einzelnen besprobesonders kleine Abmessungen des Flächenmusters chen werden; es werden daher nur die wichtigsten
aufgeführt
der Source- und Drainelektroden angestrebt, z. B. ein Elektrodenabstand von 5 μτη; weiter muß die Gateelektrode in einem getrennten Vorgang derart angebracht werden, daß sie mit dem zwischen der Source- und Drainelektrode liegenden Teil der Halbleiterschicht verbunden ist. Dabei ist es für einen Hochfrequenzbetrieb außerdem erwünscht, Störkapazitäten zwischen der Gateelektrode und der Sourceelektrode und zwischen der Gateelektrode und der Drainelektrode, welche durch sich überdeckende Teile dieser Elektroden bestehen, weitestgehend zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, nach dem Halbleiteranordnungen mit einem oder mehreren Transistoren, welche den oben gestellten hohen Anforderungen in hohem Maße entsprechen, in einfacher und reproduzierbarer Weise herstellbar sind.
und kurz beschrieben. Darüber hinaus wird zur Erläuterung der Erfindung bei den Ausführungsbeispielen näher auf einige Verfahren eingegangen. In bezug auf die Einzelheiten der anderen Verfahren wird auf die Fachliteratur auf diesem Gebiet verwiesen.
Für ein Verfahren nach der Erfindung eignen sich insbesondere die sogenannten Photoreservierüngs-Verfahren. Bei diesen wird eine photochemisch empfindliche Schicht verwendet, die als Maske zum selektiven Aufbringen einer Metallschicht oder zum selektiven Beibehalten einer bereits aufgebrachten Metallschicht während eines Ätzvorganges dienen kann. Man macht dabei Unterschiede zwischen einer positiv lichthärtenden Schichtsubstanz, die an den bestrahlten Stellen selektiv löslich wird, und einer negativ lichthärtenden, die an den bestrahlten Stellen selektiv unlöslich wird. Die beiden Verfahren eignen
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 40 sich für das Verfahren nach der Erfindung und wer-
löst, daß zunächst eines der beiden Flächenmuster aufgebracht und danach mit einer optischen Abbildung des bereits gebildeten Flächenmusters und mit einem photographischen Verfahren das andere Flächenmuster derart gestaltet wird, daß, in einer Riehtung senkrecht zur Halbleiterschicht gesehen, sich die beiden Flächenmuster zu einer Fläche ergänzen und sich nicht überdecken.
Dadurch, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung das bereits erwähnte eine Flächenmuster an der für das andere Flächenmuster gewünschten Stelle in der Halbleitervorrichtung optisch abgebildet wird und aus dieser optischen Abbildung nach einem photographischen Verfahren das andere Flächenmuster den bei den Ausführungsbeispielen näher besprochen. Bei den Photoreservierungsverfahren ist die lichthärtende Schichtsubstanz nicht nur als Maske verwendbar, sondern auch dazu, das Elektrodenmaterial direkt aufzubringen; hierzu wird das Elektrodenmaterial vorher in die lichthärtende Substanz in feinverteiltem Zustand eingebracht. Nach Entfernung der löslichen Teile des Musters werden die unlöslichen Teile, z. B. durch Erwärmung, mit dem Träger oder dem Halbleiterkörper zu einer leitenden Verbindung vereinigt.
Außer diesem Verfahren sind auch andere photochemische Verfahren bekannt, bei denen ein photochemisches Reaktionsprodukt unmittelbar oder mit
hergestellt wird, ist die gewünschte Anbringung der 55 telbar mittels sekundärer chemischer Reaktionen ein
Flächenmuster zueinander sowie die Erzielung einer praktisch komplementären Form in dem Teil der Halbleiterschicht, in dem die Flächenmuster zur Bildung eines Transistors unmittelbar nebeneinander liegen, auf besonders einfache und gut reproduzierbare Weise möglich. Dies ist besonders in Hinsicht auf die für den wirksamen Teil eines solchen Transistors gewünschten geringen Abmessungen vorteilhaft. Das zuerst aufzubringende Flächenmuster kann auf leitendes Muster liefern kann. In diesem Zusammenhang sei z. B. auf das bekannte photographische Verfahren verwiesen, bei dem eine photoempfindliche, Bromsilber enthaltende Emulsion verwendet wird.
Das nach der Belichtung entstandene latente Bild wird in an sich bekannter Weise entwickelt, wobei an den belichteten Stellen Silber niedergeschlagen wird. Das metallische Silber kann gewünschtenfalls durch ein anderes Metall, z. B. nach Behandlung mit einer
jede dazu geeignete Weise, z. B. durch Aufdampfen 65 Chlor-Gold enthaltenden Lösung durch Gold ersetzt mit Hilfe einer Maske, oder gewünschtenfalls auch werden, worauf die löslichen Verbindungen mittels
eines Fixierbades gelöst werden. An den übrigbleU benden Stellen befindet sich das Silber bzw. das Er-
auf photographischem Wege aufgebracht werden. Es wird bemerkt, daß es an sich bekannt war, bei
satzmetall in einem Träger z.B. aus Gelatine. Durch eine Wärmebehandlung kann das Metall mit der Unterlage, z.B. zu einer Diffusionselektrode, vereinigt werden, die gewünschtenfalls nachher zu einer stärkeren Schicht verstärkt werden kann. Außerdem sind mehrere weitere photochemische Verfahren bekannt, bei denen photoempfindliche Verbindungen verwendet werden, deren durch Belichtung entstandenes Lichtreaktionsprodukt aus einer löslichen Quecksil-
Halbleiterschicht verwenden, welche die für das photochemische Verfahren gewünschten Strahlungswellenlängen nicht durchläßt.
Die Erfindung eignet sich aber auch besonders zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen, bei denen eines der Flächenmuster auf der Trägerseite und das andere auf der vom Träger abgekehrten Seite der Halbleiterschicht liegt. Dazu wird nach der Erfin
gleichzeitig eine elektrische Isolierung gegen die Source- und Drainelektrode bildet, an der Halbleiterschicht anliegt. Wenn bei der Herstellung einer solchen Konfiguration nach der Erfindung durch den 5 Träger hindurch bestrahlt wird, werden vorzugsweise die beiden Flächenmuster auf die Trägerseite der Halbleiterschicht aufgebracht, wozu zunächst auf dem Träger das Gateelektrodenmuster gebildet und wenigstens der vom Gateelektrodenmuster bedeckte
ber- und/oder Silberverbindung bei Anwesenheit von io Trägerteil mit einer Isolierschicht bedeckt und anFeuchtigkeit metallisches Quecksilber und/oder SiI- schließend ein photographisches Verfahren angewenber in Form eines latenten Metallkeimbildes aus- det wird, um unter Bestrahlung durch den Träger scheidet. Dieses Metallkeimbild wird dann durch hindurch das wenigstens teilweise praktisch kompleeine physikalische Entwicklung mittels einer Lösung mentäre Muster der Source- und Drainelektroaen eines Metallsalzes und eines photographischen Re- 15 aufzubringen, worauf die Halbleiterschicht über dem duktionsmittels zu einem elektrisch leitenden Metall- Source- und Drainelektrodenmuster und der auf dem bild verstärkt. Beispiele solcher photoempfindlichen Gateelektrodenmuster vorhandenen Isolierschicht Verbindungen sind aromatische Diazosulfonate, aro- aufgebracht wird. Diese Ausführungsform der Erfinmatische Diazocyanide, Anthrachinon- und Naphta- dung bietet den Vorteil, daß die Wahl des Halbleiterchinonderivate und mehrere komplexe Metallverbin- 20 materials von der Wahl der photographischen Verdungen. Außer den erwähnten Photoreservierungs- fahren unabhängig ist. Man kann daher z. B. eine verfahren kommen auch die zuletzt beschriebenen
photochemischen Verfahren, welche ohne eine
Maske ein komplementäres leitendes Muster liefern
können, für das Verfahren nach der Erfindung in 25
Frage. '
Nach einer besonders geeigneten Ausführungsform
der Erfindung wird die optische Abbildung des bereits aufgebrachten einen Flächenmusters durch Bestrahlung durch den Träger hindurch gebildet, wobei 30 dung vorzugsweise derart verfahren, daß auf den die Schatteneinwirkung des bereits aufgebrachten Träger zunächst eines der beiden Flächenmuster und Musters ausgenützt wird, und an der Stelle, an der dann die Halbleiterschicht aufgebracht wird, worauf das andere Flächenmuster entstehen soll, wird ein unter Bestrahlung durch den Träger und die Halbphotochemisch empfindliches Material aufgebracht, leiterschicht hindurch und unter Verwendung der das auf die Strahlung, für die der Träger und etwaige 35 Schattenwirkung des bereits aufgebrachten Musters weitere dazwischenliegende Schichten der Halb- mit Hilfe eines photographischen Verfahrens das weleitervorrichtung wenigstens teilweise durchlässig nigstens teilweise komplementäre andere Flächenmusind, photochemisch reagiert. Bei Verwendung eines ster auf die andere Seite der Halbleiterschicht aufge-Trägers aus einem durchsichtigen Material, z. B. aus bracht wird. Bei diesem Verfahren nach der Erfin-Glas, lassen sich die üblichen für sichtbares Licht 40 dung müssen der Halbleiter und die photochemisch empfindlichen photochemischen Materialien verwen- empfindliche Substanz in Beziehung zueinander derden. An Stelle einer Belichtung durch den Träger art gewählt werden, daß die Halbleiterschicht für die hindurch ist es unter gewissen Verhältnissen, wenn photochemische Reaktion erforderlichen Strahlungseine dazu geeignete lichthärtende Substanz verwen- Wellenlängen in hinreichendem Maße durchläßt. Da det wird und das Material des einen Flächenmusters 45 aber bei den Transistoren der hier betroffenen Art und der Unterlage derart gewählt wird, daß ein deut- gerade vorzugsweise Halbleiter mit großem Bandablicher Unterschied in der Reflexions- oder Absorp- stand verwendet werden, braucht diese Anpassung tionsfähigkeit vorhanden ist, möglich, von der ande- keine großen Schwierigkeiten zu bereiten. So kann in ren Seite her durch die photochemische Schicht hin- diesem Zusammenhang vorteilhaft ein aus SnO2 oder durch zu belichten, wie es aus der Reflexphotogra- 5° In2O3 bestehender Halbleiter verwendet werden, da phie bekannt ist, wobei dann der Unterschied in der diese Substanzen die für die üblichsten photochemi-Intensität der vom einen Flächenmuster gegenüber sehen Stoffe erforderlichen Strahlungswellenlängen seiner Umgebung reflektierten Strahlung ausgenützt in hinreichendem Maße durchlassen und andererseits wird. Bei diesem reflexphotographischen Verfahren geeignete Halbleitereigenschaften besitzen. Wird ein ist ein undurchsichtiger Träger verwendbar. Dennoch 55 photochemischer Stoff, z.B. eine lichthärtende ist im allgemeinen die zuerstgenannte Belichtung Schichtsubstanz, mit einer beträchtlichen Empfinddurch den Träger hindurch vorzuziehen, da die Ver- lichkeit im Langwellenteil des sichtbaren Spektrums hältnisse beim reflexphotographischen Verfahren be- verwendet, so können aber auch Halbleiter mit kleisonders kritisch sind. nerem Bandabstand, wie z.B. Kadmiumsulfid, ver-
Die beiden Flächenmuster können auf dieselbe 60 wendet werden. Da zwischen der Gateelektrode und Seite einer Halbleiterschicht, entweder auf die der Halbleiterschicht gewöhnlich eine Isolierschicht Trägerseite oder auf die vom Träger abgekehrte Seite angebracht wird, muß auch diese Schicht für die beaufgebracht werden. In beiden Fällen wird das aus treffende Strahlung durchlässig sein, wenigstens insoder Source- und Drainelektrode bestehende Muster weit, wie sie in strömendem Maße außerhalb des in direkt leitender Verbindung mit der Halbleiter- 65 Schattens des einen Flächenmusters erstreckt. In dieschicht aufgebracht und zwischen der Source- und sem Falle ist z.B. Siliziumoxid (SiO) als Isolierder Drainelektrode das Flächenmuster der Gateelek- schicht verwendbar, trode geformt, das über eine Isolierschicht, die Drei Ausführungsbeispicle der Erfindung sind in
den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 bis3 ein erstes Ausführungsbeispiel, und zwar F i g. 1 einen schematischen Schnitt in einem Stadium der Herstellung, Fig.2 die zugehörige Ansieht, vom Träger aus gesehen und F i g. 3 eine Ansicht in einem späteren Stadium der Herstellung.
F i g. 4 bis 6 zeigen im Schnitt schematisch drei aufeinanderfolgende Stadien eines anderen Ausführungsbeispiels.
F i g. 7 und 8 zeigen schematisch im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel in aufeinanderfolgenden Stadien der Herstellung.
Deutlichkeitshalber sind in den Figuren gewisse Abmessungen, insbesondere die Schichtstärke, übertrieben vergrößert gezeichnet.
An Hand der F i g. 1 bis 3 wird zuerst ein besonders geeignetes Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung erläutert, bei dem ein Photoreservierungsverfahren mit einer negativ lichthärtenden Substanz angewendet wird.
Auf eine als Träger wirksame, ebene Glasplatte 1 (siehe die F i g. 1 ■ und 2) wird zunächst das aus der Sourceelektrode 2 und der Drainelektrode 3 bestehende Muster aufgebracht, z.B. durch Aufdampfen über eine Maske, die eine dem gewünschten Flächenmuster 2 und 3 entsprechende Öffnung aufweist. F i g. 2 zeigt durch den Träger hindurch eine Ansicht des Flächenmusters, das z. B. aus einer Silberschicht einer Dicke von etwa 300 A besteht, während F i g. 1 einen Schnitt längs der Linie I-I der F i g. 2 darstellt. Die Breite des Spaltes 4 zwischen der Source- und Drainelektrode 2, 3 beträgt z. B. etwa 10 μΐη, und die beiden Elektrodenschichten 2 und 3 in der Nähe des Spaltes haben eine Breite von etwa lmm, die in einem Abstand Vom Spalt4 allmählich größer, z.B. bis zu 5 mm wird. Die Form und Abmessungen dieses Flächenmusters 2, 3 sind im übrigen für die Erfindung nicht wesentlich, sondern lediglich ein Beispiel. So kann z. B. die Verbreitung auch weggelassen werden.
Das Flächenmuster 2, 3 und der übrige Teil des' Trägers 1 werden anschließend, z. B. durch Aufdampfen, mit einer Halbleiterschicht 5.bedeckt, die z.B. aus SnO2 besteht, das iV-leitend ist und einen spezifischen Widerstand von z. B. etwa 1 Ωαη hat. Die Dicke der Halbleiterschicht, die bei Transistoren dieser Art im allgemeinen besonders dünn gewählt wird, beträgt z. B. etwa 0,1 μΐη. Auf die Halbleiterschicht 5 wird eine dünne elektrisch isolierende Schicht6, z.B. aus Siliziumoxid, aufgedampft, z.B. in der Dicke von 500 A . Diese Isolierschicht kann sich, wie in Fig. 1 dargestellt, über die ganze Halbleiterschicht 5 und gewünschtenfalls auch über nur einen Teil erstrecken, der nachher vom Gateelektrodenmuster eingenommen wird. Auf die Isolierschicht 6 wird eine dünne Metallschicht7, z.B. aus Gold, mit einer Dicke von z.B. 200A aufgedampft, woraus nachher das Gateelektrodenmuster gebildet wird. Fig.2 zeigt, daß die Schicht7 z.B. ein zwisehen den gestrichelten Linien 7' liegender geradliniger Streifen ist. Das Anbringen des Streifens 7 ist sehr einfach. Es braucht nur dafür gesorgt zu werden, daß er, in einer Richtung senkrecht zum Träger gesehen, den in der Nähe des Spaltes liegenden, wirksamen Teil des Flächenmusters 2, 3 überdeckt, so daß die für das Gateelektrodenmuster gewünschte Oberfläche daraus hergestellt werden kann.
Auf die Schicht 7 und gewünschtenfalls auch auf die danebenliegende Oberfläche der Gateisolierschicht 6 wird dann eine photoempfindliche Emulsion 8 aufgebracht, die aus einer negativ lichthärtenden Substanz besteht, die selektiv empfindlich für Strahlung ist, welche der Träger 1, der Halbleiter S, die Isolierschicht 6 und die Metallschicht 7, welche dazu hinreichend dünn gewählt ist, in hinreichendem Maß durchlassen, während das Flächenmuster 2, 3 die betreffende Strahlung abgeschwächt durchläßt oder abfängt, um nachher durch Schattenwirkung eine optische Abbildung in der lichthärtenden Schicht 8 zu bewirken.
Beispiele geeigneter negativ lichthärtender Substanzen, die mit dem zugehörigen Entwickler zum Lösen unbelichteter nichtgehärteter Teile der Substanz im Handel erhältlich sind, sind unter anderem Kodak Photoresist (KPR), Kodak Photo Etching Resist (KPER) und Kodak Metal Etching Resist (KMER), welche besonders im Kurzwellenteil des sichtbaren Spektrums empfindlich sind. Ein weiteres Beispiel einer solchen Substanz ist Polyvinylbutyral, welches als übliche Sensibilisierungsmittel Chromate, Bichromate, z.B. von Calcium oder Ammonium, und lichtempfindliche Diazo- oder Diazoniumverbindungen enthalten kann. Als Entwickler zum Auswaschen der unbelichteten Teile kann im Falle von Polyvinylbutyral z. B. Ethanol verwendet werden.
Nach dem Anbringen der lichthärtenden Schicht 8 wird durch den Träger hindurch mittels eines in der Figur schematisch dargestellten Lichtbündels 9 belichtet, welches wenigstens teilweise durch die aufeinanderfolgenden Schichten 1, 5, 6 und 7 bis in die lichthärtende Schichte eindringt. An der Stelle des Flächenmusters 42, 34 wird das Licht 9 völlig oder wenigstens größtenteils abgefangen, so daß durch Schattenwirkung des Flächenmusters 2, 3 in der lichthärtenden Schichte eine optische Abbildung entsteht. In Fig.2 ist dazu das Flächenmuster 2, 3 schattiert dargestellt. Die lichthärtende Schichte wird dann durch eine photochemische Reaktion mit dem Licht an den belichteten Stellen 10 selektiv unlöslich.
,...■ Nach Entfernung der lichthärtenden Substanz an den nicht belichteten Stellen der Schicht 6 mit Hilfe eines zugehörigen Lösungsmittels bleibt daher auf der Metallschicht 7 und dem danebenliegenden Teil der Isolierschicht 6 ein Muster 10 aus der lichthärtenden Substanz zurück, das eine zu dem Flächenmuster 2, 3 komplementäre Form besitzt. Dieses komplementäre Muster 10 wird während einer Ätzbehandlung als Maske verwendet, so daß die außerhalb des Musters 10 liegenden Teile der Metallschicht 8 weggeätzt werden. Es bleibt daher auf der Isolierschicht 6 ein als Gateelektrode verwendbares leitendes Muster mit einer zur Source- und Drainelektrode praktisch komplementären Form zurück, wie aus der in F i g. 3 durch gestrichelte Linien 11 dargestellten endgültigen Begrenzung der Schicht 7 ersichtlich ist. Der verbleibende Teil der lichthärtenden Substanz kann, wenn dies für die weitere Bearbeitung und die Funktion der Vorrichtung nicht störend ist, zurückbleiben oder sonst auf übliche Weise entfernt werden.
Es ist einleuchtend, daß noch zahlreiche Änderungen des vorstehend beschriebenen Verfahrens möglich sind. So kann man z. B. dasselbe Verfahren mit einer negativ lichthärtenden Substanz durchführen,
509 635/20
wenn zunächst das Gateelektrodenmuster mit der zugehörigen Isolierschicht auf einen Träger aufgebracht und anschließend auf ähnliche photographische Weise nach der Erfindung das Source- und Drainelektrodenmuster auf die andere Seite der Halbleiterschicht aufgebracht wird. In F i g. 1 ist das Lichtbündel als praktisch paralleles und senkrecht zum Träger einfallendes Lichtbündel schematisch dargestellt. Obwohl vorzugsweise angewendet, ist ein solches Lichtbündel in den meisten Fällen nicht notwendig, da infolge der üblichen geringen Dicken der aufeinanderfolgenden Schichten auch bei nicht senkrecht einfallendem oder nicht parallelem Licht eine gute Schattenwirkung entsteht, daß die gewünschte komplementäre Form ohne praktische Überdeckung der Flächenmuster erreicht wird.
An Hand der F i g. 4 bis 6 wird im folgenden ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung erläutert, bei dem eine positiv lichthärtende Substanz verwendet wird.
Auf eine als Träger dienende ebene Glasplatte 20 wird zunächst das z. B. aus einer Aluminiumschicht mit einer Dicke von etwa 600 A bestehende Gateelektrodenmuster 21 aufgebracht, z. B. durch Aufdampfen mit Hilfe einer Maske. Fig.4 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Gateelektrode, welche z. B. die in Fig.3 durch gestrichelte Linien 11 als Begrenzung dargestellte Form, oder, mit anderen Worten, die komplementäre Form und Abmessungen des Source- und Drainelektrodenmusters des zuerst beschriebenen Beispiels hat. Das Gateelektrodenmuster 21 wird mit einer Isolierschicht bedeckt, indem z. B. der ganze Träger 21 mit einer Siliziumoxidhaut bedeckt wird, oder, wie in F i g. 4 dargestellt, die zunächst aufgebrachte Aluminiumschicht anodisch oxidiert wird, so daß eine Oberflächenschicht 22 dieser Schicht mit einer Dicke von z. B. 200 A in Aluminium umgesetzt wird.
Anschließend wird eine Halbleiterschicht 23 gleicher Zusammensetzung und gleicher Dicke wie im vorherigen Beispiel aufgebracht. Über dieser Halbleiterschicht 23 wird schließlich eine photoempfindliche Emulsion 24 aufgebracht, die aus einer positiv lichthärtenden Substanz besteht. Eine solche positive lichthärtende Substanz ist mit den zugehörigen Lösungsmitteln, z.B. unter der Bezeichnung »Kalle Kopierlack P« (positiv), RE 2327-50 von der Kalle Aktiengesellschaft, Wiesbaden im Handel erhältlich.
Durch Belichtung, vorzugsweise mittels eines praktisch parallelen Lichtbündels 29, das praktisch senkrecht auf die Halbleiterschicht 23 und den Träger 20 einfällt, wird infolge der Schattenwirkung der Gateelektrode 21, 22 in der positiv lichthärtenden Schicht 24 eine optische Abbildung erzeugt, wobei die belichteten Stellen der Substanz selektiv löslich werden und der im Schatten liegende Teil 30 unlöslich bleibt. Mittels des zugehörigen Lösungsmittels werden sodann die belichteten Teile der Schicht 24 entfernt, so daß ein der Form der Gateelektrode entsprechendes Muster 30 aus der lichthärtenden Substanz zurückbleibt (s. F i g. 5).
Auf die Halbleiterschicht 23 und das Muster 30 aus der lichthärtenden Substanz wird sodann eine Metallschicht 31, z. B. aus Zink, Silber, Gold, Antimon oder deren Gemischen, mit einer Dicke von z. B. 250 A in Form eines Streifens aufgedampft, der die Gateelektrode 21 kreuzt.
Die Schicht 30 aus der lichthärtenden Substanz wird anschließend zusammen mit dem daraufliegenden Teil der Metallschicht 31 entfernt, was z. B. nach Belichtung durch die Metallschicht 31 hindurch mit Hilfe eines zugehörigen Lösungsmittels erfolgen kann. Die Metallschicht 31 wird dazu vorzugsweise nicht zu stark gewählt, so daß die Belichtung und das Lösungsmittel in die Schicht 30 eindringen können. Nach Entfernung des Musters 30 bleibt daher von der Metallschicht 31 das negative Bild der Gateelektrode 21, 22 zurück, es sind so eine Source- und Drainelektrode 31 α und 31 b entstanden (s. F i g. 6), die zusammen an der Kreuzung ein Flächenmuster aufweisen, das zu dem der zuerst angebrachten Gateelektrode 21, 22 praktisch komplementär ist.
Bei dem an Hand der Fig.4 bis6 beschriebenen Beispiel wurde zunächst das Gateelektrodenmuster und dann auf photographischem Wege das andere Muster geformt; es ist im Falle einer positiv lichthärtenden Substanz aber auch auf ähnliche Weise möglieh, die Reihenfolge umzukehren und zunächst auf den Träger das Source- und Drainelektrodenmuster und dann die Halbleiterschicht und die Isolierschicht der Gateelektrode aufzubringen, worauf in ähnlicher Weise nach der Erfindung auf der Isolierschicht das Gateelektrodenmuster gebildet wird.
Bei den vorhergehenden zwei Beispielen wurden die beiden Flächenmuster auf gegenüberliegenden Seiten der Halbleiterschicht aufgebracht; daher mußte bei Bestrahlung von der Trägerseite her auch der Halbleiter derart gewählt werden, daß er die erforderliche Strahlung durchläßt. Es sind aber auch lichthärtende Substanzen im Handel, z. B. der Kodak Ortho Resist (KOR), die bis in den grünen Teil des sichtbaren Spektrums empfindlich sind, so daß das
■35 Verfahren auch bei Halbleitermaterialien mit einem kleineren Bandabstand, z.B. Kadmiumsulfid oder Zinkkadmiumsulfid, angewendet werden kann.
An Hand der F i g. 7 und 8 wird schließlich kurz ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, bei dem die Halbleiterschicht erst nach Anwendung des photographischen Verfahrens aufgebracht wird und daher im Prinzip beliebige Halbleitermaterialien verwendbar sind.
Dabei wird nach der Erfindung auf den Glasträger 40 zunächst das Gateelektrodenmuster 41 und dann eine z. B. aus Siliziumoxid bestehende Isolierschicht 42 aufgebracht. Die Dicke der Gateelektrodenschicht 41 beträgt z. B. 500 A und die Dicke der Isolierschicht 42 gleichfalls etwa 500A. Auf die Isolierschicht 42 wird dann durch Anwendung der Erfindung auf photographischem Wege das komplementäre Source- und Drainelektrodenmuster 13 unter Bestrahlung mit einem Lichtbündel 44 aufgebracht, welches durch den Träger 40 und die Isolierschicht 42 hindurch und unter Bildung eines Schattens des Musters 41 bis zur vom Träger abgekehrten Seite der Isolierschicht 42 durchdringen und dort unter Anwendung einer photochemischen Reaktion das komplementäre Muster 43 der Source- und Drainelektroden liefern kann. Zur Erzielung des komplementären Musters 43 auf der Isolierschicht 42 läßt sich z.B. dasselbe Photoreservierungsverfahren mit einer negativ lichthärtenden Substanz, wie es an Hand der Fig. 1, 2 und3 zum Aufbringen der Gateelektrode 11 auf die Isolierschicht 6 beschrieben wurde, oder das Photoreservierungsverfahren mit einer positiv lichthärtenden Substanz, wie es an Hand der Fig.4 und 6 beschrieben wurde, oder aber eines der ande-
ren im Vorstehenden bereits erwähnten photographischen Verfahren verwenden.
Anschließend wird auf das Flächenmuster 43 und den nichtbedeckten Teil der Isolierschicht 42 die Halbleiterschicht 45 aufgebracht (s. F i g. 8), welche z. B. aus Kadmiumsulfid besteht.
Schließlich wird noch bemerkt, daß die Erfindung nicht auf die hier erwähnten Beispiele beschränkt ist, sondern vielmehr im Rahmen der Erfindung für den Fachmann noch viele Änderungen möglich sind. So kann der Fachmann z.B. ein anderes photographisches Verfahren anwenden, bei dem z. B. im Beispiel der Fig. 1 die Metallschicht? weggelassen und die negativ lichthärtende Substanz bei einer Gateelektrode unmittelbar auf die Isolierschicht 6 oder bei einer Source- oder Drainelektrode auf die Halbleiterschicht 3 aufgebracht wird. In die negativ lichthärtende Substanz wird vorher eine Elektrodenmaterialmenge in feinverteiltem Zustand eingebracht. Nach Belichtung und Lösen der nichtbelichteten Teile bleibt dann ein komplementäres Muster aus der lichthärtenden Substanz mit einem Gehalt an Elektrodenmaterial zurück, das gewünschtenfalls danach wärmebehandelt werden kann, damit die lichthärtende Substanz wenigstens teilweise verbrennt oder verdampft und nur das Elektrodenmaterial im gewünschten Muster auf der Unterlage zurückbleibt. An Stelle der Photoreservierungstechniken sind auch die anderen bereits erwähnten photochemischen Verfahren anwendbar, bei denen der photochemische Stoff selbst, gegebenenfalls nach Anwendung sekundärer chemischer Reaktionen, das leitende Muster liefert.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wurde stets durch den Träger hindurch belichtet. Es können aber auch dieselben photographischen Verfahren angewendet werden, welche in der photographischen Drucktechnik zur Herstellung von Reflexkopien verwendet wird, wenigstens insoweit das photoempfindliche Material, z. B. die lichthärtende Substanz, und der Unterschied in Reflexion oder Absorption zwischen dem Elektrodenmaterial des einen Musters und seiner Umgebung geeignet gewählt werden. Bei einem solchen Reflexkopierverfahren wird z.B. im Beispiel der Fig. 1 von der Oberseite durch die photoempfindliche Schicht 10 hindurch belichtet, wobei der Intensitätspegel der einfallenden Strahlung an sich noch ungenügend ist, um zur photochemischen Reaktion zu führen. Dagegen sind die dazukommende Intensität und der Intensitätsunterschied im reflektierten Licht genügend, um eine photochemische Umsetzung mit der gewünschten optischen Abbildung des einen Musters in der photochemischen Schicht herbeizuführen. Eine optische Abbildung kommt dadurch zustande, daß entweder das bereits aufgebrachte Flächenmuster mehr Licht reflek-■ tiert als die Unterlage oder die Unterlage, mehr Licht j reflektiert als das Flächenmuster. In beiden Fällen ; kann z. B. mit Hilfe eines Photoreservierungsverfahrens mit einer positiv oder negativ lichthärtenden j Substanz in Kombination mit einer vorher oder nachher aufzubringenden Metallschicht das komplementäre Flächenmuster gebildet werden. Das reflexphotographische Verfahren kann z.B. auch vorteilhaft sein, wenn die beiden Flächenmuster auf der vom Träger abgekehrten Seite der Halbleiterschicht gebildet werden. Dabei können zunächst das Source- und Drainelektrodenmuster auf die Halbleiterschicht und anschließend die Gateelektrodenisolierschicht aufgebracht werden und dann das Gateelektrodenmuster ohne Belichtung durch die Halbleiterschicht hindurch erzeugt werden.
In den vorhergehenden Beispielen liegen die Source- und Drainelektroden auf derselben Seite der Halbleiterschicht. Es ist aber im Rahmen der Erfindung auch möglich, z. B. zunächst auf einer Seite die Gateelektrode und daneben auf derselben Seite eine der beiden anderen Elektroden durch das Verfahren nach der Erfindung zu bilden, worauf die andere Seite gewünschtenfalls gleichfalls durch Anwendung der Erfindung die übrige Elektrode aufgebracht wird. Im Vorhergehenden wurden beispielsweise und einfachheitshalber die Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit nur einem Transistor erläutert. Es ist aber einleuchtend, daß die Erfindung in ähnlicher.
Weise anwendbar ist, um gleichzeitig eine große Anzahl von Transistoren auf einem Träger herzustellen, wobei die Transistoren gegenseitig oder mit anderen Schaltungselementen verbunden und auf diese Weise zu einer zusammengesetzten Halbleitervorrichtung vereinigt werden können. Dabei können von einem Transistor zunächst die Source- und Drainelektroden z. B. auf der Trägerseite und gleichzeitig von einem anderen Transistor die Gateelektrode gebildet werden, und anschließend nach der Erfindung auf der
3j anderen Seite der Halbleiterschicht die komplementäre Gateelektrode eines Transistors und die komplementären Source- und Drainelektroden des anderen Transistors hergestellt werden. Die gegenseitigen Verbindungen können z. B. in einem getrennten Vorgang hergestellt werden, was nicht schwer ist, da ihre Abmessungen und gegenseitige Anordnung wesentlich stärker tolerieren können als im wirksamen Teil des Transistors. Das Verfahren nach der Erfindung kann auch nur stellenweise auf einem Träger dadurch abgewendet werden, daß mit Hilfe einer Maske nur stellenweise belichtet oder das photoempfindliche Material nur stellenweise aufgebracht wird. Der Träger braucht nicht aus einem anderen Material als die Halbleiterschicht, sondern kann z.B. auch aus demselben Halbleiter mit einem höheren spezifischen Widerstand bestehen.
Auch die Gestalt des Flächenmusters kann abweichend sein. So kann z. B. die Gateelektrode kammförmig sein, und die Source- und Drainelektroden können in Form mehrerer Streifen abwechselnd zwischen den Zähnen der kammförmigen Gateelektrode liegen. Bei einer weiteren Ausführungsform können die Source- und Drainelektroden konzentrisch aufgebracht werden und die Gateelektrode den Zwischenraum bedecken.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit wenigstens einem Feldeffekttransistor, der in einer Halbleiterschicht auf einem Träger gebildet wird und wenigstens zwei Elektroden, eine Source- und eine Drainelektrode, aufweist, die auf der Halbleiterschicht in einem Abstand voneinander liegen und ein erstes Flächenmuster bilden sowie wenigstens eine Gateelektrode aufweist, die mit einem zwischen der Source- und der Drainelektrode liegenden Teil der Halbleiterschicht verbunden ist und ein zweites Flächenmuster bildet, unter Anwendung photographischer Verfahren bei der Flächenmusterherstellung, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eines der beiden Flächenmuster aufgebracht und danach mit einer optischen Abbildung des bereits gebildeten Flächenmusters und mit einem photographischen Verfahren das andere Flächenmuster derart gestaltet wird, daß, in einer Richtung senkrecht zur Halbleiterschicht gesehen, sich die beiden Flächenmuster zu einer Fläche ergänzen und sich nicht überdecken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Flächenmuster in solcher Gestalt hergestellt wird, daß, in einer Richtung senkrecht zur Halbleiterschicht gesehen, sich die beiden Flächenmuster nur teilweise zu einer geschlossenen Fläche ergänzen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst nur ein Teil eines Flächenmusters aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Abbildung des bereits aufgebrachten Flächenmusters durch Bestrahlung durch den Träger hindurch gebildet wird, wobei die Schattenwirkung des bereits aufgebrachten Musters ausgenutzt wird und an der Stelle, an der das andere Flächenmuster entstehen soll, ein photochemisch empfindliches Material aufgebracht wird, das auf die Strahlung, für die der Träger und etwaige weitere dazwischenliegende Schichten der Halbleitervorrichtung wenigstens teilweise durchlässig sind, photochemisch reagiert.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einem Feldeffekttransistor die beiden Flächenmuster auf der Trägerseite der Halbleiterschicht hergestellt werden, wobei zunächst das Gateelektrodenmuster auf den Träger aufgebracht und wenigstens der vom Gateelektrodenmuster bedeckte Trägerteil mit einer Isolierschicht bedeckt wird und anschließend ein photographisches Verfahren angewendet wird, um unter Bestrahlung durch den Träger hindurch das sich mit dem Gateelektrodenmuster zu einer Fläche ergänzende Flächenmuster der Source- und Drainelektrode aufzubringen, worauf die Halbleiterschicht über dem Source- und Drainmuster und der auf der Gateelektrode vorhandenen Isolierschicht aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterschicht aus !Cadmiumsulfid aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Träger zunächst eines der beiden Flächenmuster und dann die Halbleiterschicht aufgebracht werden, worauf unter Bestrahlung durch den Träger und die Halbleiterschicht hindurch mit Hilfe eines photographischen Verfahrens das sich mit dem einen Flächenmuster zu einer Fläche ergänzende andere Flächenmuster auf die andere Seite der Halbleiterschicht aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1, 4, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterschicht aus SnO2 oder In2O-J aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des anderen, sich mit dem Muster zu einer Fläche ergänzenden Flächenmusters ein Photoreservierungsverfahren angewendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine lichthärtende Substanz verwendet wird, in die eine Elektrodenmaterialmenge in feinverteiltem Zustand eingebracht ist.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein photographisches Verfahren angewendet wird, bei dem ein photochemisches Reaktionsprodukt gebildet wird, das unmittelbar oder mittelbar durch eine oder mehrere sekundäre chemische Reaktionen in ein elektrisch leitendes Metallbild umgesetzt wird.
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