DE1589076B2 - Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen - Google Patents

Description

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Wie aus dem Flußdiagramm nach Fig. 1 zu er- mit Hilfe eines Ätzmittels aus einer Mischung von

kennen ist, geht das Verfahren nach der Erfindung Salzsäure und Salpetersäure durchgeführt. Ein bevon einem Siliciumhalbleiterkörper aus, in welchem sonders vorteilhaftes Ätzmittel besteht aus der Mimehrere Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit unter schung von 5 Teilen Salzsäure (mit einer Konzentra-

Ausbildung von dazwischenliegenden PN-Übergän- 5 tion von 37%) und einem Teil Salpetersäure (mit gen erzeugt wurden. Dies kann in bekannter Weise einer 70%igen Konzentration), die bei einer Tempe-

durch Oxidmaskierung und Festkörperdiffusion er- ratur von etwa 70° C angewandt wird. Die Entfer-

folgen. nung der Platinschicht kann mit bloßem Äuge über-

In Fig. 2 ist nur der Ausschnitt eines Halbleiter- wacht werden, welche etwa I¹AMinuten nach dem körpers mit drei Zonen dargestellt. In einem Körper io Eintauschen des Halbleiterkörpers.einsetzt Die Entaus N-leitendem Silicium, welcher letztlich die KoI- fernung der Plätinschicht kann ferner durch die Verlektorzone 20 eines Transistors bildet, werden durch änderung der Farbe der unmaskierten Bereiche beobnacheinander erfolgende Diffusionsvorgänge eine achtet werden. Wegen der Stärke der angegebenen P-leitende Basiszone 21 und eine N-leitende Emitter- Metalle von etwa 1500 A ist der Vorgang gewöhnlich zone 22 erzeugt. 15 nach etwa 2¹It Minuten abgeschlossen. Die so erziel-

Zwischen diesen drei Zonen liegen die PN-Über- ten Halbleiterscheiben werden dann aus. dem Ätzgänge 23 und 24. Auf der Oberseite des Halbleiter- mittelbad herausgenommen und nach Entfernung der körpers, welcher von den Grenzen der PN-Übergänge Fotomaske 28 gewässert und getrocknet (Fig. 5). 23 und 24 geschnitten wird und deshalb eine planare Die anschließende Weiterbehandlung der Halbleiter-Anordnung bildet, befindet sich eine Silicium-Oxid- 20 scheibe kann, wie vorstehend bereits erwähnt ist, schicht 25, in der Fenster für die Herstellung von nach zwei verschiedenen Wegen erfolgen.
Elektroden für die Zonen 20, 21 und 22 ausgebildet Nach, dem ersten. AusführungsbeispieL das in sind. Eine Draufsicht auf die als Maske dienende Block V von Fig. 1 angegeben und in Fig. 6 dar-Oxidschicht 25 zeigt F i g. 9. Die zentrale Ringöffnung gestellt ist, wird eine Goldschicht 29 in einer Stärke 94 umgrenzt den Emitterelektrodenbereich, während 25 von etwa 2000 A auf der gesamten Oberfläche der die C-förmige Aussparung 95 den Basiselektroden- Halbleiterscheibe, d. h; sowohl auf die Platinschicht bereich und die sichelförmige Aussparung 96 den 27 als auch auf die frei liegende Titanschicht 26 nie-Bereich der Kollektorelektrode definiert. Die recht- dergeschlagen. Die Goldschicht 29 besitzt auf Platin eckförmigen Aussparungen 97, die sich an das zen- ein anderes- Haftungsvermögen als. auf Titan. Sie trale Muster von beiden Seiten her anschließen, er- 30 kann daher, wie in Block VI von Fig. 1 angegeben geben die Elektrbdenbereiche, die für die elektrischen . ist, durch Absprühen mit Wasser bei etwa 14 kg/cm² Verbindungen der Kollektor-, Emitter- und Basis- leicht von der Oberfläche der Titanschicht 26 entfernt zonen bei der Galvanisierung vorgesehen sind. Die werden (Fig. 7). Nötigenfalls kann die Stärke der Draufsicht auf F i g. 9 entspricht daher auch der in Goldschicht durch wiederholtes Niederschlagen um F ig.-2 im Querschnitt gezeigten Struktur. 35 jeweils 2000A vergrößert werden. Die tragfähigen

Auf die Oberfläche der Oxidschicht 25 wird eine Leiter jedoch, die eine Stärke von etwa 12μΐη be-

erste, zusammenhängende Schicht 26 aus Titan nie- sitzen, können in vorteilhafter Weise durch einen ge-

dergeschlagen. Vor diesem Verfahrensschritt kann trennten Maskierungs- und Niederschlagsprozeß, wie

ferner eine dünne Platinschicht auf dem Siliciumhalb- dies bei dem eingangs erwähnten älteren Verfahren

leiterkörper niedergeschlagen und gesintert werden, 40 ebenfalls vorgesehen ist, hergestellt werden. Der Ver-

um die Bildung einer elektrisch gut leitenden Verbin- fahrensschritt der Maskenerzeugung ist bei dem erfin-

dung zu fördern. dungsgemäßen Verfahren jedoch weniger aufwendig

Im Anschluß an die Bildung der Titanschicht 26 bezüglich der hier gestellten Präzisionsanforderungen, wird eine zweite Metallschicht 27 aus Platin auf der Schließlich wird die frei liegende Titanschicht 26, wie Titanoberfläche niedergeschlagen (s. Block II in 45 es in Fig. 8 gezeigt und in Block VII von Fig. 1 an-Fig. 1). Der nächste Schritt besteht, wie es in BlockΙΠ gegeben ist, weggeätzt, wofür ein Ätzmittel der fol- und im übrigen auch in Fig. 4 dargestellt ist, darin, genden Zusammensetzung verwendet wird:
eine aus einer lichtempfindlichen Lackschicht bestehende Fotomaske 28 auf der Oberfläche der Pia- ^{69 cmS} Schwefelsäure
tinschicht 27 aufzubringen. Die Fotomaske 28 ent- 50 30 cm» Wasser und
spricht der Form der endgültigen Anordnung der 1 ^cmS Flußsäure.
Elektroden und der tragenden Leiter.

Wie aus der Draufsicht gemäß Fig. 10 zu erken- Die Elektroden- und Leitermuster gemäß Fig. 8 nen ist, wird die Fotomaske 28 entsprechend Fig. 4 entsprechen in der Draufsicht der Darstellung nach geformt. Der Bereich 104 entspricht daher der Emit- 55 Fig. 10, wobei die Bereiche 104, 105 und 106 nunterelektrode und dem zugehörigen tragfähigen Leiter. mehr Metallschichten aus Gold, Platin und Titan Der Bereich 105 stellt die Basiselektrode und dessen darstellen. Schließlich wird zur Entfernung des Halbtragende Leiter dar. Entsprechend ist der Bereich 106 leitermaterials zwischen den einzelnen Bauelementen der Kollektorelektrode und dem zugehörigen Leiter und unterhalb der Bereiche der tragfähigen Leiter zugeordnet. Die Bereiche 104, 105 und 106 stellen 60 eine Maskenätzung durchgeführt. Speziell in Fig. 10 entwickelte Abschnitte der lichtempfindlichen Lack- ist gezeigt, daß der fertige Transistor aus dem mit der schicht der Fotomaske 28 dar, während die restliche, gestrichelten Linie 110 angedeuteten HalbleiterkörinFig. 10 erkennbare Oberfläche von der frei liegen- per und aus den Leiterteilen der Bereiche 104, 105 den Platinschicht 27 (F i g. 4) gebildet wird. und 106 besteht.

Der nächste Verfahrensschritt betrifft, wie aus 65 Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfin-

Block IV der Fig. 1 hervorgeht und in Fig. 5 dar- dungsgemäßen Verfahrens werden die unmaskierten

gestellt ist, die Entfernung der unmaskierten Bereiche Abschnitte der Titanschicht 26 nach der Entfernung

der Platinschicht 27. Dieser Verfahrensschritt wird der unmaskierten Abschnitte der Platinschicht 27

(BlockIV in Fig. 1) mit Hilfe des Ätzmittels weggeätzt (Block VA in Fig. 1), das vorstehend bereits in Zusammenhang mit dem Verfahrensschritt VII des ersten Ausführungsbeispiels angegeben ist. Das Aussehen der Halbleiteranordnung nach diesem Verfahrensabschnitt ist im Schnitt in Fi g. 11 und in Draufsicht in Fi g. 10 dargestellt.

Das Halbleiterbauelement wird dann in ein Galvanisierungsbad mit einer Goldlösung als Elektrolyt eingetaucht (BlockVIa in Fig. 1), wodurch eine elektrisch leitende Verbindung von der N-leitenden Kollektorzone 20 über die Elektroden der rechteckförmigen Bereiche 97 sowohl zu der Emitterzone 22 als auch zu der Basiszone 21 hergestellt wird. Bei dieser Galvanisierung erfolgt lediglich ein selektiver, gleichförmiger Niederschlag von Gold auf dem bereits vorhandenen Platin-Titan-Muster der ■ gewünschten Stärke, die durch die Festigkeit der tragenden Leiter bestimmt wird. Abschließend wird wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel· das überschüssige Halbleitermaterial jenseits der gestrichelten Linie 110 (F i g. 10) weggeätzt, wodurch gleichzeitig die elektrisch leitenden Verbindungen" zwischen der Emitter-, Basis- und Kollektorzone entfernt werden.

An Stelle der zuletzt erwähnten gleichförmigen Galvanisierung kann ein unterschiedlicher Goldniederschlag dadurch erfolgen, daß die Platin-Titan-Muster mit schmalen Schlitzen an. den Stellen versehen werden, wo eine unterschiedliche Goldschichtstärke'gewünscht wird. Insbesondere^; sind über den Emitter- und Basis-Elektronenbereichen Telativ dünne Goldschichten erwünscht," was durch Schlitze 136 und 137 (Fig. 13) bewirkt werden kann/"Während des Galvanisierens' (BlockVIA in. Fig. 1) schlägt sich das Gold zunächst nur an den außenliegenden Bereichen der Emitter- und Basisleiter nieder, da die inneren Bereiche elektrisch nicht verbunden sind. Dies trifft jedoch für Halbleiteranordnungen mit kurzgeschlossenen PN-Übergängen nicht zu, die einen gleichmäßigen Niederschlag an sämtlichen Stellen, d. h. auch an beiden Seiten der Schlitze erhalten. Dadurch können bereits mit bloßem Auge Halbleiterbauelemente mit kurzgeschlossenen, d. h. fehlerhaften PN-Übergängen erkannt werden. Bei fehlerfreien Bauelementen werden die Schlitze im Verlauf des Galvanisierungsvorganges durch den Goldniederschlag überbrückt, so daß dann auch die Emitter- und Basiselektrodenbereiche galvanisiert werden.

Die fertige Halbleiteranordnung hat etwa das in F i g. 14 gezeigte Aussehen, wobei die schattierten Bereiche 146 und 147 Unterschiede der Goldschichtstärke zwischen den dünn plattierten Emitter- und Basiselektrodenbereichen 144 und 145 und den tragfähigen Leitern 148 und 149 andeuten sollen.

Bei Bedarf kann eine Vielzahl schmaler Schlitze vorgesehen werden, um zu verhindern, daß die erwähnte Überbrückung in einer kürzeren als der gewünschten Zeit erfolgt oder daß Fehler bei der Überbrückung wegen der ungenauen Grenze des darunterliegenden Elektroden- und Leitermusters auftreten. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, entspricht der Unterschied in der Goldschichtstärke im wesentlichen der Schlitzbreite. .

Aus dem vorstehenden ist erkennbar, daß nach der Fotomaskierung (BlockIII der Fig. 1) zur Festlegung des Elektroden- und Leitermusters keine weiteren Maskierungsschritte mehr notwendig sind, wodurch das gesamte Herstellungsverfahren wesentlich vereinfacht wird. Darüber hinaus bietet die unter Verwendung der Fotomaske durchgeführte Ätzung der Platinschicht eine hohe Auflösungsgenauigkeit, die bei den nachfolgenden Verfahrensschritten erhalten bleibt. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleitervorrichtungen weisen deshalb gleichmäßige und scharf begrenzte Elektroden und tragende Leitungen auf.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

ι 2 bequeme Konstruktionselemente sowohl zur Hand-Patentansprüche: habung der Bauelemente als auch für eine einfache elektrische Verbindung dieser Bauelemente mit äuße-

1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiter- ren Anschlüssen an dem Gehäuse, in dem die Halbanordnungen mit tragfähigen elektrischen Lei- 5 leiteranordnung untergebracht ist. Im Falle von HaIbtern, bei dem auf den mit einer Siliciumoxid- leiteranordnungen in integrierter Schaltkreistechnik schicht, die Kontaktöffnungen aufweist, bedeck- dienen die tragfähigen Leiter zur Stützung der Bauten Halbleiterkörper nacheinander Schichten aus elementestruktur und ermöglichen so die Entfernung Titan, Platin und Gold aufgebracht werden, da- von Material zwischen einzelnen Bauelementen oder durch gekennzeichnet, daß zunächst io zwischen benachbarten Gruppen von Bauelementen, nach dem Aufbringen der Titanschicht (26) und wodurch eine vollständige gegenseitige Isolation dieder Platinschicht (27) auf der Platinschicht eine ser Bauelemente bzw. Bauelementegruppen erzielt Maske (28) hergestellt wird, die dem gewünsch- wird. ■

ten Leitungsmuster entspricht, daß weiterhin die Die älteren Verfahren weisen jedoch eine Reihe

nicht maskierte Platinschicht durch Ätzen ent- 15 von Unzulänglichkeiten auf. Insbesondere ist eine

fernt wird und daß anschließend die Ätzmaske verhältnismäßig große Anzahl von Maskierungsschrit-

(28) abgelöst wird. " ten erforderlich, was die Durchführung des Verfah-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- rens aufwendig macht. Ferner ist die Abtragung des kennzeichnet, daß nach Entfernung der Ätzmaske Halbleitermaterials unter den niedergeschlagenen Me-(28) die nicht von der Platinschicht (27) bedeck- 20 tallschichten schwierig und zeitraubend.

ten Teile der Titanschicht (26) entfernt werden Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber

und daß danach die zurückgebliebene Platin- in der Schaffung eines Verfahrens der eingangs er-

schicht mit einer Goldschicht (29) plattiert wird. wähnten Art, bei dem die Anzahl der Maskierungs-

3. Verfahren nach Anspruch 1,_: dadurch ge- schritte im Vergleich zu den älteren Verfahren erhebkennzeichnet, daß nach Entfernung der Ätzmaske 25 Hch verringert ist und eine Abtragung von Halbleiter-(28) auf die gesamte Oberfläche eine Goldschicht material durch Kathodenzerstäubung vermieden wird, niedergeschlagen wird, daß dann die sich auf der Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Titanschicht (26) befindliche.Goldschicht durch Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Absprühen unter Druck entfernt wird und daß Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und schließlich die nicht durch Gold maskierte Titan- 30 Ausgestaltungen des Verfahrens nach Patentanschicht durch Ätzen entfernt wird. sprach 1 sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 ge-

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet.

kennzeichnet, daß die Platinschicht durch ein Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nur zu

salzsäure- und salpetersäurehaltiges Ätzmittel ent- Beginn ein einziger Fotomaskierungsschritt erforder-

ferntwird. 35 lieh, so daß spätere Maskenjustierungen entfallen

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- können. Weiterhin ist eine Abtragung des unter den kennzeichnet, daß das Absprühen der nicht auf tragfähigen elektrischen Leitern liegenden Halbleiterder Titanschicht haftenden- Goldschichtbereiche materials durch Ätzen möglich, was gegenüber der mit Wasser unter einem Druck von etwa 14 kg/cm² bei den erwähnten älteren Verfahren erforderlichen durchgeführt wird. 40 Kathodenzerstäubung eine weitere Verfahrensverein-

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- fachung darstellt Die hergestellten Leitermuster" sind kennzeichnet, "daß zur Herstellung" elektrischer sehr scharf umgrenzt und können nach einer vorteil-Verbindungen in.dem trägfähigen Leitermuster haften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Veraus Platin und Titan Schlitze oder Spalte vorge- fahrens mit variierender Stärke ausgebildet werden, sehen werden, so daß sich eine unterschiedliche 45 womit eine erhebliche Einsparung des teuren Leiter-Stärke der Goldplattierung über dem Leiter- werkstoffs verbünden ist.

muster ergibt. Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelheiten

und Vorteilen an Hand der Zeichnungen näher er-

läutert. Es zeigt

50 Fig. 1 ein Flußdiagramm für die verschiedenen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der Fig. 2 bis 8 Schnitte durch einen Abschnitt eines im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeich- Halbleiterbauelementes zur Veranschaulichung der neten Art. einzelnen Verfahrensschritte nach einem ersten Aus-Halbleiteranordnungen mit tragfähigen elektrischen 55 führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Leitern sind bereits in den älteren Patenten 12 82 196 Fig. 9 und 10 Draufsichten auf einen Abschnitt und 12 66 406 vorgeschlagen worden. Diese Patente eines Halbleiterbauelementes nach verschiedenen geben ganz allgemein die Herstellung von Schichten Verfahrensschritten des an Hand Fig. 2 bis 8.vermit mehreren Metallen an ausgewählten Oberflächen- anschaulichten Verfahrens,

bereichen der Halbleiterbauelemente an, um Elek- 60 Fig. 11 und 12 Schnitte durch einen Abschnitt troden und verhältnismäßig dicke Metallstreifen her- eines Halbleiterbauelementes zur Veranschaulichung zustellen, welche tragfähige elektrische Leiter er- einzelner Verfahrensschritte nach einem zweiten Ausgeben. Diese tragfähigen elektrischen Leiter werden führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gebildet, daß durch Kathodenzerstäubung und

das Halbleitermaterial unter den in Dickfilmtechnik 65 Fig. 13 und 14 Draufsichten auf Abschnitte eines

niedergeschlagenen Metallschichten entfernt wird. Im nach dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfin-

Falle einzelner Bauelemente, wie beispielsweise Tran- dungsgemäßen Verfahrens hergestellten Halbleiter-

sistoren und Dioden ergeben diese tragfähigen Leiter bauelementes.