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Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitersorriabtung mit einem
Aluminiumoxydphosphoroxydglas enthaltenden Passivierfilm auf der Oberfläche eine.
Halbleitergrundkörpers, insbesondere ein Verfahren zur ßtabilisierung der elelrtrischen
Eigenschaften der Halbleitervorrichtung durch Erzeugung eines dicken Passivierfilms.
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Es ist bekannt, die Oberfläche eines Halbleitergrundkörpers eineo
Planar-Transistors mit einem Siliziumoxydfilm zu bedecken, um die Oberfläche gegen
die äußere Atmosphäre zu schützen. Der Siliziumoxydfilm bewirkt indessen die Ausbildung
einer Kanalschicht oder einer Leitfähigkeitsumkehrschicht in der Oberfläche eines
Halbleitergrundkörpers. Daher verschlechtern sich die elektrischen Eigenschaften,
wie
z.B. der Streustrom und die Duchbruchsspannung.
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Ale Gegenmaßnahme gegenüber den vorstehend genannten Nachteilen @rzeugt
man eine Phosphorglasschicht auf der Oberfläche des Silisiumoxydfil@@. @s wurde
gefunden, daß die Existenz der Phosphorglasschicht zu gutem Brgebnissen fübrt, und
daher wird die Phosphorbehandlung bei den gegemwärtigen Plamar-Transistoren üblicherweise
vorgenommen.
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Ein solcher Transistor zeigt indessen einen Verfall während der Verwendung,
da das Phosphorglas sehr hygroskopisch ist. Durch die Phosphorbehandlung allein
läßt sich also ein zufriedenstellender Schutz nicht erreichen.
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Im Verlaufe verschiedener Arbeiten wurde von den Erfindern ein Verfahren
entwickelt, einen guten Passivierfilm su erzeugen, indem Dan eine Reaktion zwischen
Aluminium und der Pboephorglasoberiläabe ablaufen läßt, um eine Glas schicht mit
Aluminiumoxydgehalt zu schaffen.
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Das nach diesen Verfahren erhaltene Glas ist nur wenig hygroskopisch,
während es sich auf das vorher erzeugte Phosphorglas nioht nachteilig auswirkt.
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Um die Erfindung leichter verständlich zu machen, soll dieses Verfahren
unter Bezugnahme auf die Zeichnung ebenfalls erläutert werden. M3ch dem gegenwärtigen
Verfahren wird der die Oberfläche eines Halbleitergrundkörpere bedeckende Passivierfilm
nacheinander aus einem Siliziumoxydfilm, einer Phosphorglasschicht und einer Aluminiumoxydglatechiobt
erzeugt. Die Struktur des Passivierfilme ist nicht klar.
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Wenn man diesen Passivierfilm mit einem Ätzmittel ätzt, ist zu beobachten,
daß
der Film @icht mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit geätzt wird, da verschiedene
Bestandteile über seine Wanddicke verteilt ;rind. Die Ätzgeschwindigkeit der Schicht,
von welcher anzunehmen ist, daß sie hauptsächlich Phosphoroxyd enthält, ist äußerst
groß, wen ein üblichen Ätzmittel, wie z.B. eine Mischung von Fluorwasserstoffsäure
und Ammoniumfluorid verwendet wird. Wenn der Passivierfilm unter Verwendung des
Ätsmittels bis zur Nalbleiteroberfläche perforiert wird, um Elektroden anzubringen,
beobachtet .aa ein übermäßiges Xtsen oder Seitenätzen in der Phosphorglasschicht.
Infolge dieses übermäßigen Ätzens kann ma@ die Perforation nicht gleichmäßig herstellen,
und daher läßt sich die Arbringung der Elektroden nicht zufriedenstellend vornehmen.
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Bin anderer luhteil bei der Herstellung der Perforation ist der,
daß eile gewisse Art von Restsubstanz an der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers
entsteht, die von der Art des Ätzmittels und der Dicke der Aluminiumoxydglasschicht
abhängt und die Anbringung der Elektroden sowie die Oberflächenstabilisierung beeinträchtigt.
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Nach Untersuchungen der Erfinder werden die vorstehend genannten
Nachteile durch die Bildung der äußeren Schicht, d.h. Aluminiumoxydglas, und insbesondere
ihre Dicke hervorgerufen. Dementsprechend treten die beiden Nachteile in stärkerem
Maße auf, wenn die Aluminiumoxydglasschicht dicker wird.
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Allgemein wird der die Halblsiteroberfläche gegenüber der Außenatmosphäre
schützende Passivierfilm wunschgemäß dick ausgebildet. Um daher die Stabilisierung
und Verläßlichkeit des Halbleiterelements zu
fördern, sollte man
das Problem, nach diesem Verfahren die Dicke des Passivierfilms zu erhöhen und gleichzeitig
diese und andere Schwierigkeiten zu meistern, unbedingt lösen.
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Der Brfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Berstellung einer Halbleitervorrichtung mit hohen Stabilitätsgrad und @@@er Verläßlichkeit
zu schaffen. Dabei soll ein neuen Verfahren zur @@rstellung einer halbleitervorrichtung
angegeben werden, nach dem ein relativ dicker Passivierfilm auf der Oberfläche eines
halbleitergrundkörpers herzustellen ist. Außerdem soll die Erfindung eine Möglichkeit
schaffen, eine ausgezeichnete Ätzarbeitsweise zu bieten, nach der der relativ dicke
Passivierfilm, der die Halbleiteroberfläche bedeckt, genau und mit vermindertem
Übermaßätzen perforiert werden kann.
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Das Wesen der Erfindung besteht vor allem darin, die Aluminiumglasschicht
in zwei Schritten herzustellen.
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Im einselnen ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer
Halbleitervorrichtung durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: a) Erzeugung
es Sliziumoxydfilms auf der Oberfläche eines Halbeitergrundkörpers; b) Binbringen
von Phosphor in den Oxydfilm; c) Erzeugung einer verhältnismäßig dünnen Schicht
aus hauptsächlioh Aluminiumoxyd auf der Oberfläche des mit Phosphor angereicherten
Siliziumoxydfilms; d) selektive Entfernung dieser Aluminiumoxyde enthaltenden Schicht
und
des Silisluaoxydfilzns durch ein Fluorwasserstoffsäure als Hauptbestandteil enthaltendes
Ätzmittel und dadurch Freilegung eines Teils der Oberfläche des Grundkdrpers; und
e) Erzeugung einer verhältnismäßig dicken wasserdichten Isolierachicht auf der Oberfläche
des freigelegten Halbleitergrundkörpers und auf der Oberfläche der verhältnismäßg
dUnnen Schicht.
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Der Passivierfilm gemäß der Erfindung bedeutet nicht eine besomdere
Glasschicht, sondern allgemein einen rilm, der die Oberfläche des Grundkörpers in
einem zusammenhängenden Körper bedeckt.
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Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der in der
Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:
vig. 1 bis 4 Längsschnitte einer Halbleiterwaffel zur Erläuterung des bekannten
Verfahrens zur Erzeugung eines Passiverfilms auf Halbleitervorrichtungen; Sig. 5a
bia 5f und Fig. 6a bis 6g Längsschnitte einer Halbleiterwaffel in den aufeinanderfolgenden
Verfahrensschritten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in zwei Ausführungsbeispielen.
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In den Fig. 1 bis 4 ist das Verfahren zur Erzeugung eines Passivierfilmes
in der Reihenfolge der Verfabrenaschritte veransohaulicht.
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Man erkennt einen Halbleitergrundkörper 1 aus Silizium usw., einen
auf der Oberfläche des halbleitergrundkörpers erzeugten Siliziumoxydfilm 2, eine
hauptsächlich aus Phosphoroxyd Gebildete Phosphorglasschicht 3 auf der Oberfläche
des Oxyd films 2 und eine auf der Oberfläohe der
Phosphoroxydschicht
erzeugte (hauptsächlich aus Aluminiumoxyd bestehende) Aluminiumoxydglasschicht 4a,
Es ist anzunehmen, daß die Aluminiumoxydphosphoroxydglaszone, die hauptsächlich
Phosphoroxydglas und Aluminiumoxydglas enthält, sich von der Grenzfläche 4b zwischen
der Phosphorglae- und der Aluminiumoxydglasschicht ausbreitet. Um die feuchtigkeitsdichten
Eigenschaften zu verbessern, ist es wesentlich, die Aluminiumoxydglasschicht (oder
Phosphoroxydaluminiumoxydglasschicht) so dick wie möglich zu machen.
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Obwohl die Grenzen in den Figuren aus Erläuterungegründen mit ger@den
Linien markiert sind, findet man in Wirklichkeit keine klare Grenze. Jede Zone ist
eine Mischung oder Verbindung. Man kann annehmen, daß der Oxydfilm 2 und die Phosphorglasschicht
3, 6000 Å bzw.
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1000 Å dick sind, während die Gesamtdicke der Aluminiumoxydschicht
4a und der Aluminiumoxydpho@phoroxydglasschicht 4b 2000 R ist.
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Es zeigt sich, daß, wenn die Glasschichten zu dick ausgebildet werden,
die folgenden ungünstigen Effekte auftreten. Da der Passivierfilm über seine Wanddicke
aus verschiedenen Materialien besteht, ist die Ätzgeschwindigkeit jedes Teils unterschiedlich.
Insbesondere wird die Phosphorglaszone rasch geätzt, so daß in diesem Teil in weitem
Umfange ein Seitenätzen auftritt, wie Fig. 4 zeigt. Eine Rinnenzone 5 bildet aioh
in der Phosphorglasschicht aufgrund der hohen Ätzgeschwindigkeit, die mehrere Male
so groß wie die von Aluminiumoxydglas und Aluminiumoxydphosphoroxydglas ist. Daher
ist es schwierig, die Rinnenzone 5 zu reinigen und dort durch Aufdampfung eine Elektrode
mit vor gesohriebener Gestalt wirksam zu erzeugen Es ißt hier zu bemerken,
daß
das Seitenätzen oder Übermaßätzen der Phosphorglasschicht von der Dicke der Aluminiumoxydphosphorglasschicht
oder Aluminiumoxydglasschicht abhängt. Wenn man einen pyrolytischen Siliziumdioxydfilm
von 300 Å, 6000 Å und 8000 2 Dicke auf dem Siliziumgrundkörper erzeugt und die Oberfläche
des Films mit Phosphor dotiert, so daß sieh Phosphorglas bildet, ist die Dicke der
Aluminiumoxydglasschicht, die das merkliche Seitenätzen ergibt, 5000 X, bzw. 2000
Å und 2000 Å.
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Ein weiteres Problem ist, daß, wenn die Dicke des vorgenannten Glases
einen bestimmten Bereich überschreitet, gewöhnlich eine unbekannte Substanz auf
der durch die Photoätzbehandlung freien Oberfläche auftritt. Diese niedergeschlagene
Substanz läßt sich kaum während der Ätzbehandlung zur Beseitigung des Photowideratandsmaterials
entfernen und bleibt auf der durch die Löcher freigelegten Halbleiteroberfläche.
Man beobachtet dabei, daß die Menge der Rückstandssubstanz pro Flächeneinheit von
der Dicke der Aluminiumoxydglasschicht abhängt. Wenn die Aluminiumoxydglasschicht
2500 Å, 1500 Å, 1000 Å und 500 Å dick ist, ist die Dichte der Rückstandssubstanz
mit größeren Abmessungen als 1 µ 15 x 105/cm2, 5,1 x 105/cm2, 0,45 x 105/cm2 bzw.
0/cm2.
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Die Ätzlösung im vorbeschriebenen Verfahren ist eine Mischlösung
von Fluorwasserstoffsäure (HF + NH4P). Wenn die Ätzlösung nur aus Fluorwasserstoffsäure
(HF) besteht, beobachtet man keine Rückstandssubstanz. Doch ist in diesem Pall die
gegenseitige Haftung zwischen der Photowiderstandsmaske und dem Passivierfilm schwach,
so daß die Maske sich leicht abschält. Daher besteht das Ätzmittel vorzugsweise
aus
der oben erwähnten Mischlösung. Das Vorkommen der Rückatandaßubotans auf der lial
bleiteroberfläohe führt zu schlechtem Kontakt zwischen der Elektrode und dem Grundkörper.
Nach Versuchen der Erfinder wird diese Tendenz, wenn die Aluminiumoxydglasschicht
dicker als 3000 2 gemacht wird, noch stärker, was dazu anregt, daß die Aluminiumoxydglasschicht
nicht zu dick ausgebildet werden sollte.
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Es folgt nun eine Erläuterung der Ausführungsbeispiele der EZ-findung
anhand der Fig. 5a bis 5* sowie 6a bis 6g. Die Fig. 5a bis 5f zeigen ein Verfahren
zur Erzeugung eines Pasoivierfilms auf der OBerfläche eines Halbleitergrundkörpers.
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Schritt (a): Ein Siliziumoxydfilm 12 von etwa 3000 bis 8000 it Dicke
wird auf der Oberfläche eines Siliziumhalbleitergrundkörpers 11 durch thermische
Oxydation oder pyrolytisohe Reaktion erzeugt. Anschließend wird Phosphor in die
Oberfläche des Oxydfilms unter der Oxydationsatmosphäre bei etwa 950°C eingebracht,
wodurch sich eine verglaste Oberflächenschicht 13 von 1000 bis 2000 Å Dicke bildet,
die Phospheroxyd, wie z.B. Phosphorpentoxyd enthält. Dann wird entweder durch Aufdampfen
von Aluminium und seine Erhitzung in oxydierender Atmosphäre oder durch thermische
Zersetzung einer organischen Aluminiumverbindung in oxydierender Atmosphäre (chemisches
Dampfniederschlagsverfahren) sine Aluminiumoxydglasschicht 14 auf der verglasten
Oberflächenschicht 13 niedergeschlagen. So bildet sich ein Passivierfilm auf dem
Grundkörper. Dabei reagiert die Aluminiumoxydschicht mit der darunter befindlichen
Phosphoroxydschicht und bildet eine Glasschicht 14 von 500 bia 2500 2 Dicke, die
Aluminiumoxyd und Phosphoroxyd
enthält. Während des Niederschlagens
der Aluminiumoxydschicht können gleichzeitig Phosphoroxyd und Siliziumoxyd niedergeschlagen
werden, um den Passivierfilm durch mehrere Komponenten komplizierter zu machen.
Wenn ein Passivierfilm auf einem eine aktive Zone, z.B.
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einem PH-Übergang enthaltenden Grundkörper aufgebracht werden soll,
ist es unter dem Gesichtspunkt der Stabilisierung besser, Phosphoroxyd und Siliziumoxyd
in die Oberflächenschichtkomponenten des Passivierfilns einzuführen. Auf der Oberfläche
des Passivierfilms wird ein Photowiderstandsmaterial 16a unter Anwendung der bekannten
Photowiderstandsbehandlung selektiv aufgebracht (Fig. 5a).
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Schritt (h): Der Grundkörper 11 wird in eine Ätzlösung, z.B.
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Mischl@sung von Fluornasserstoffsäure und Ammoniumfluorid getaucht,
wodurch der Teil des Passivierfilms entfernt wird, der nicht mit dem Photowiderstandsfilm
maskiert ist, und so wird eine freigelegte Oberfläche 17 gebildet (Fig. 5b).
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Schritt (c): Der Grundkörper 11 wird in ein organisches Lösungsmittel,
z.B. Trichloräthylen eingetaucht und darin gereinigt, um die pbotoempfindliche Maske
16a zu entfernen (Fig. 5c).
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Schritt (d): Eine zweite Glasschicht 18, die Phosphoroxyd und Aluminiumoxyd
oder außerdem Siliziumoxyd (P2O5 + Al2O3 oder P2O5 + Al2O3 + SiO2) enthält, wird
auf der freigelegten Oberfläche 17 sowie dort, wo sich die Glasoberfläche auf dem
Grundkörper befindet, niedergeschlagen. Dis Summe der Dicke der ersten dünnen Aluminfumoxydglasschicht
und der zweiten Glasschicht beträgt vorzugsweise weniger als
10.000
2, wenn der Siliziumoxydfilm 3000 2 dick ist, und weniger als 4000 #, wenn er 6000
bis 8000 2 dick ist Der Grund dafür ist die Vermeidung von Rissen im Passivierfilm,
welche auftreten, wenn eine geeignete Einstellung zwischen den Glasschichten und
dem Oxydfilm oder Siliziumgrundkörper nicht eingehalten wird. Um die zweite Glasschicht
mit einer beliebigen Dicke zu erzeugen, ist es gut, eine ähnliche Methode wie bei
der Bildung der ersten Glasschicht anzuwenden, und vorteilhafter wird die chemische
Dampfniederschlagsmethode benutzt, wonach die zweite Glaßschiohtt die die vorerwähnten
Bestandteile enthält, auf der ersten Glas schicht in einem einzigen Schritt erzeugt
werden kann. Ea ist nattirlich schwierig, klare Grenzen zwischen den einzelnen Bestandteilen
in den Passivierfilm festzustellen, dessen Dicke durch die zweite Glasschicht mit
den mehreren Komponenten gesteigert wird( Fig. 5d ).
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Im folgendem soll ein konkretes Beispiel der chemischen Damptniederschlagsmethode,
die zur Erzeugung der eraten und der zweiten Glasschicht geeignet ist, kurz beschrieben
werden. Es ist durch die Anwendung dieser Methode möglich, Aluminiumoxyd oder andere
Stoffe, die damit gemischt oder chemisch verbunden werden sollen, bis zu einer beliebigen
Die niederzuschlagen.
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Zunächst wird ein Halbleitergrundkörper, dessen Oberfläche mit einem
Siliziumoxydfilm (erforderlichenfalls mit Phosphor dotiert) bedeckt ist, in einem
Ofen vorbereitet. Der Grundkörper wird erhitt uad auf 40000 gehalten. Das Material
für das Aluminiumoxydglas, z.B. Triäthoxyaluminium, wird auf 180°C erhitzt und verdampft.
Der Triäthoxyaluninium
-Denpf wird mit Sauerstoff als Trägergas
in dem Ofen eingefäbrt, um Aluminfumoxyd (Al2O3) auf der Oberfläche des auf 400°C
gehaltenen Halbleitergrundkörpers niederzuschlagen. Gleichzeitig wird ein Phosphor
enthaltendes Gas, z.B. Phosphoroxychlorid (POCl3) mit den Trägergas (Sauerstoff
usw.) von einem Ende des Ofens eingeführt.
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Aluminiumoxyd und Phosphorpentoxyd reagieren und bilden eine Glas-@chicht
(Al2O3+P2O5) auf der Ob@rfläche des Oxydfilms. Wenn gleichzeitig eine thermische
Zersetzung von Monosil@@ vorgenommen wird, kann die Glasschicht auch noch SiO2 enthalten.
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Schritt (e): Eine chemisch beständige photoempfindliche Maske 16b
wird auf die Oberfläche der Glasschicht 18 aufgebracht (Fig. 5e).
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Scbritt (f): Der Grundkörper 11 wird in eine Ätzlösung getaucht,
un einen Teil der Glasschicht 18, der nicht maskiert ist, zu beseitigen. Die photoempfindliche
Maske 16b wird entfernt (Fig. 5f). Elektrodenmetall wird dann an der freigelegten
Oberfläche des Grundkörpers 11 durch Aufdampfung usw. angebracht.
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Die Fig. 6a bis 6f zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,
das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel, welches in den Fig. 5a bis 5f dargestellt
ist, dadurch unterscheidet, daß der Niederschlagungsschritt der zweiten Glasschicht
erst vorgenommen wird, nachdem Elektroden ausgebildet sind. Nur wesentliche Schritte
sollen im folgenden erklärt werden.
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gleiche Teile sind mit Bezugsziffern bezeichnet, die gegenüber denen
in den Fig. 5s bis 5f um 10 erhebt sind.
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Schritt (d): Elektrodenmetall 29, z.B. Aluminium, wird auf die freigelegte
Oberfläche 27 und auf die Aluminiumoxydglasschicht 24 aufgedampft (Fig. 6d).
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Schritt (e): Unnötige Teile werden entfernt, un eine Elektrode gewünschter
Gestalt zu erzeugen (Fig. 6e).
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Schritt (f): Eine neue Aluminiumoxydglasschicht 28 wird auf der Glasschicht
24 und auf der Oberfläche des Elektrodenmetalls 29 niedergeschlagen (Fig. 6f). Das
Niederschlagen kann nach dem gleichen Verfahren vorgenommen werden, das man im vorausgehenden
Ausführungsbeispiel anwandte (Fig. 6f).
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Schritt (g): Eine chemisch beständige photoempfindliche Maske wird
uuf der Oberfläoke der Glasschicht 28 angebracht. Der Grundkörper 21 wird in eine
Åtzlösung getaucht, um einen Tei,l des Glases, wo es nicht maskiert ist, zu entfernen,
wodurch der Aufbau entsprechend Fig. 6g erhalten wird.
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Nach dem Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung, wie es anhand
der beiden Ausführungsbeispiele erläutert wurde, läßt sich, da die erste Glasschicht
verhältnismäßig dünn gemacht wird, während man die zweite Glasschicht relativ dick
und gleichmäßig erflugt, die Photoätzbehandlung zum Perforieren der Elektrodenlöcher
gleichmäßig vornehmen, wodurch das Auftreten von Seitenätzen äußerst klein gemacht
und die Dichte der Rückstandssubstanz reduziert werden. Außerdem kann man die Glasschichtdicke
größer machen, als es im Falle einer ein nen Schicht möglich war, so daß die feuchtigkeitsdichten
Eigenschaften erheblich verbessert werden können,
Obwohl die vorstehende
Beschreibung auf den Fall bezogen war, daß die zweite Glasschicht hauptsächlich
Aluminiumoxyd enthält, muß diese Schicht nicht unbedingt Glas sein, sondern sie
kann auch aus guten Isolierstoffen gebildet werden, die entsprechende wesserdichte
und feuchtigkeitsdichte Eigenschaften haben, wie z.B. Tantaloxyd und Siliziumnitrid.