DE1954967B2 - Halbleiterbauelement zum Schalten und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Halbleiterbauelement zum Schalten und Verfahren zu dessen Herstellung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement zum Schalten mit einer Elektrodenschicht aus elekt.isch leitfähigem, hitzebeständigcm Material, einer elektrisch isolierenden Schicht auf dieser Elektrodenschicht, die mit mindestens einer bis zur Eiektrodenschicht reichenden kleinen Durchbrechung versehen ist, einem die Durchbrechung minde^iens teilweise ausfüllenden und dort mit der Elektrodenschicht in Kontakt stehenden Halbleiterfilm aus im wesentlichen amorphem Halbleitermaterial, das zwischen einem Leiterzustand guter elektrischer Leitfähigkeit und einem Sperrzustand schlechter elektrischer Leitfähigkeit umschaltbar ist, und mit einer zweiten Elektrodenschicht aus elektrisch ieitfähigem, hitzebeständigem Material, die ebenfalls mit dem Halbleiterfiim in Kontakt steht.
Ein derartiges Halbleiterbauelement ist bereits bekannt (belgische Patentschrift 681 938). Dabei dient als elektrisch isolierende Schicht eine Siliciumoxydschicht, die auf einem Träger aus Molybdän angeordnet ist, der als die eine Elektrodenschicht verwendet wird. Innerhalb der Siliciumoxydschicht sind Durchbrechungen vorhanden, die mit Halbleitermaterial aus beispielsweise 90% Tellur und 10%Germanium gefüllt und am dem Träger abgewandten Ende mit Molybdän als zweite Elektrodenschicht kontaktiert sind. Der Nachteil dieses Halbleiterbauelements besteht vor allem darin, daß insbesondere mit zunehmender Gebrauchsdauer Alterungserscheinungen auftreten, die zu einer Änderung <ler Schwellenspannung führen, bei deren Erreichen das Halbleiterbauelement aus dem Sperrzustand augenblicklich in den Leiterzustand umschaltbar ist. Diese Alterungserscheinungen sind ein Grund dafür, daß lolche Halbleiterbauelemente insbesondere dann muht Ohne weiteres benutii weiden können, wenn sie mit anderen elektrischen Bauelementen zu einer Gesamtichaiturig vereint sind, deren Werte aufeinander abgeitimmt sein müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Halbleiterbauelemente dahingehend zu verbessern, daß »ie ihre Charakteristiken auch nach längerer Gebrauchsdüuer in praktisch gleicher Weise beibehalten.
Die Erfindung besteht darin, daß bei dem Halbleiterbauclement der eingangs genannten Art mindestens eine der Elektrodenschichten aus im wesentlichen amorphem hitzebeständigem Material besteht.
Dieses amorphe Material soll den amorphen Zustand des Halbleiterfilms im BetricbdcsHaltleiterbauelcments nicht in Richtung zu einem kristallinen Zustand ändern. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich im übrigen, die Schichtdicke des Halblciierfilnis gering zu halten, zweckmäßigerweise zwischen I und 15 [im; dabei hat sich cmc Dicke des '-'alblcilerfilms von etwa !,ζ μηι für besonders vorteilhaft erwiesen, wenn ein Strom vor 5 niA durch den Halbleiterfilm geleiu-t wird, eier einei Durchmesser von etwa 10 μΐη aufweist. Für größen Ströme haben sich größere Durchmesser bis zu etwj 40 μπι des Halhleiterfilms als vorteilhaft erwiesen Dadurch, daß man Molybdän bzw. mit Molybdän ver gleichbare Materialien, wie Tantal, Niob, Wolfrarr oder auch Molybdäncarbid, Vanadiumsulfid u dg', im amorphen Zustand für mindestens eine, Vorzugs·
ίο weise jedoch beide Elektrodenschichten verwendet werden Alterungseffekte, die durch das Eindiffundierer von Atomen der metallischen Nachbarschicht in der Halbleiterfilm, der sich im wesentlichen im amorpher Zustand befindet, vermieden. Auch wird durch da;
J5 amorphe, hitzebeständige Elektrodenmaterial ein entsprechendes Kristallisieren des benachbarten amorphen Halbleitermaterials an den Kontaktstellen verhindert. Insofern ist es auch zweckmäßig, wenn dei Querschnitt der Durchbrechung der Kontaktfläche zwischen dem Halbleiterfilm und mindestens einer Elektrodenschicht entspricht
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Elektrodenschicht an ihrer dem Halbleiterfilm abgewandten Seite mit einer elektrisch gut leitfähigen Verstärkungsschicht aus insbesondere Aluminium verstärkt. Das amorphe Molybdän stellt dann eine Abdämmung des Aluminiums gegenüber dem Halbleiterfilm dar, so daß zwar die gute elektrische Leitfähigkeit des Aluminiums ausgenutzt, nicht jedoch dessen nachteilige Eigenschaften in Kauf genommen werden müssen.
Eine Elektrodenschicht kann natürlich auch auf einem Träger angeordnet sein, was sich insbesondere dann empfiehlt, wenn integrierte Schaltungen hergestellt werden. Hierbei empfiehlt es sich, als Träger einen Elektrodenbereich einer integrierten Schaltung zu verwenden. Da sich beispielsweise Molybdän und ähnliche Materialien nur schlecht mit Silicium verbinden lassen, die bevorzugt als halbleitende Träger Verwendung finden, empfiehlt es sich nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung, die Elektrodenschicht aus amorphem Molybdän od. dgl. Material über Aluminium mit der Siliciumschicht zu verbinden. Hierbei wird dafür gesorgt, daß die die Elektrodenschicht berührende Seite des Aluminiums oxydiert wird, so daß Mch eine sehr dünne Aluminiumo/.ydschicht bildet.
Außerdem ist es zweckmäßig, Randbereiche der unterhalb der Isolierschicht angeordneten Elektrodenschicht durch eine dielektrische Trennschicht von der Isolierschicht oder der anderen Elektrodenschicht zu trennen.
Gute stromleitende und auch mechanische Verbindungseigenschaften rgeben sich dann, wenn mindestens eine dtr Elektrodenschichten bis in die Durchbrechung in der Isolierschicht hineinreicht.
Falls der Träger aus einem Halbleiterkörper mit einem von diesem durch einen pn-übergang getrennten Ücreich besteht, sollte eine Elektrodenschicht mit diesem Bereich elektrisch verbunden sein. Falls der Träger
β ο ein Halbleiterkörper einer integrierten Schaltung ist, die eine Isolierschicht bedeckt, welche mindestens ein Loch aufweist, empfiehlt es sich, die Elektrodenschicht gegebenenfalls mittels elektrisch leitfähiger Schichten durch das Loch hindurch mit Bereichen des Halbleiterkörpers elektrisch zu verbinden. Dabei sollte das Loch mit der Durchbrechung fluchten. Es kann jedoch auch (Mn Loch im Abstand von der Durchbrechung seitlich versel/t anceordnet sein.
Kin Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements besteht darin, (laß die unterhalb der Isolierschicht angeordnete FJektrodenschicht durch Auftragen des hitzebeständigen Materials in dessen amorphem Zustand auf einem Träger gebildet wird. Dieser sollte beim Auftragen unterhalb der Raumtemperatur bleiben.
Der mit der einen Elektrodcnschicht und mil der durchbrochenen Isolierschicht versehene Träger sollte im Vakuum mit Ionen beschossen werden. Dabei empfiehlt es sich, den loncnbeschuß in einer evakuierten Kathodenzerstäubungskammer vorzunehmen, in der anschließend auch der Halbleiterfilm und die andere Elektrodenschicht im Vakuum aufgebracht werden.
An Hand der Zeichnung sind im folgenden bevorzugte Ausführungsbeispicle der Erfindung näher erläutert. Darin zeigt
Fig. I eine ausschnittsweise Aufsicht auf ein Halbleiterbauelement.
Pig. 2 einen Schnitt durch das Halbleiterbauelement nach Fig. I entlang der Linie Ii-Il,
Fig. 3A bis 3 J eine Reihe von Arbeitsschritten für die Herstellung eines schaltbaren Halbleiterbauelements ähnlich dem von Fig. 2,
Fig. 4 ein Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 3J.
Fig. 5 eine Aufsicht auf eine andere Ausbildungsform,
Fig 6 ein Schnitt durch das Halbleiterbauelement von Fig. 5 entlang der Linie Vl-Vl,
Fig. 7 eine auseinandergebogene Darstellung der Einzelschichten des Halbleiterbauelements von Fig. 5.
Fig. 8 ein Schnitt durch einen eine integrierte Schaltung bildenden Träger mit einem darauf aufgebrachten Halbleiterbauelement,
Fig. 9 eine Aufsicht auf den Träger gemäß Fig. S,
Fig. IO eine Aufsicht auf eine andere Ausbildungsform mit einem eine integrierte Schaltung bildenden Träger,
Fig. Il eine Seitenansicht im Schnitt entlang der Linie XI-XI von Fig. 10 und
Fig. 12 bis 14 drei Arbeitsschritte bei einem Verfahren zur Herstellung eines beliebigen der Halbleiter bauelemente gemäß Fig. 1, 2 und 5 bis II.
Gemäß Fig. I und 2 weist ein Halbleiterbauelement 10 eine Durchbrechung 12 in der Isolierschicht 14 auf. die sich auf der Kontaktfläche 16 der Elcktrodenschicht 20 befindet. In die Durchbrechung 12 reicht ein aktiver Halbieiterfilm 18 und füllt mindestens den Bodenteil derselben aus. Er steht in elektrisch leitender Berührung mit der Kontaktfläche 16 in einem Bereich, der durch den Querschnitt der Durchbrechung 12 begrenzt ist Die Kontaktfläche 16 ist die äußere Fläche der Elektrodenschicht 20, die vorteilhafterweise aus schwer schmelzendem, elektrisch leitfähigem amorphem Material, beispielsweise Molybdän, Tantel, Niob, Wolfram, Molybdäncarbid, Vanadiumsulfid oder aus anderen ähnlichen schwer schmelzenden Metallen oder deren Carbiden, Sulfiden oder Oxyden in amorpher Form hergestellt ist und auf eine Fläche 21 eines Trägers 23 aufgetragen ist, der in manchen Fällen eine Isolierschicht oder ein Isolierkörper aus z. B. Glas oder in anderen Fällen eine elektrisch leitfähige Schicht oder ein elektrisch leitfähiger Körper, beispielsweise die Elektrode einer integrierten Schaltung, sein kann, die eine Diode oder einen Transistor in einem Siliziumplättchen od. dgl. enthält Das Halbleiterbauelement 10 hat ferner eine obere Elcktrodcnschicht 22, die im vorteilhafteste! I all ebenfalls aus schwer schmelzendem, elektrisch leitfähigem amorphem Material, wie amorphem Molyb dan. besteht. Sie ist über dem Halbieiterfilm 18 auf getragen und erstreckt sich im allgemeinen über einer Teil der Isolierschicht 14 und des Halbleiterfilms 18 Obwohl die Elektrodcnschicht 22 den Halbleiterfilm If überdeckt, ist der nutzbare oder aktive Teil des Halb leitcrniatcrials der Teil innerhalb der Durchbrechuiif
in 12. Obwohl die Dicke des Halbleiterfilms 18 fiii Schwellenschaltvorrichtungtn und speichernde Schaltvorrichtungen, wie sie in der USA.-Patentschrift 3 271 591 beschrieben sind, in weiten Grenzen variieren kann, empfiehlt sich bei der vorliegenden Erfindung.
■ 5 je nach dem gewünschten Wert der Schwellenspannung, eine Dicke zwischen etwa I und 15 μιη. In jedem Fall ist der stromlcitendc Pfad durch das aktive Halbleitermaterial auf einen begrenzten Bereich beschränkt, der durch die Durchbrechung 12 bestimmt ist. so daß eine gleichmäßigere Strom-Spannungs-Kcnnlinie für jede aufeinanderfolgende Tätigkeit des Halbleiterbauelements 10 geschaffen wird. Dieser begrenzte Bereich gestattet auch einen kleinen Leckstrompfad, wenn sich das Halbleiterbauelement 10 im Zustand hohen Widerstandes befindet.
Gemäß f-'ig. 3A wird zunächst eine Elektrodenschicht 24 eines schwer schmelzenden, amorphen Materials, vorzugsweise amorphes Molybdän, durch Spritzen. Kathodenzerstäubung oder Aufdampfen crzeugt, die sich zur Gänze über einen Träger 23 aus isolierendem Material, wie Glas od. dgl. erstreckt. Materialien, wie Molybdän, werden im allgemeinen nur in dünnen Schichten in der Größenordnung von etwa 25 ,um aufgebracht. Die Elektrodenschicht 24 wird dann geätzt, so daß ein oder mehrere begrenzte Bereiche dieses Materials zurückbleiben, die die untere Elektrodenschicht 20' einer oder mehrerer Halbleiterbauelemente 10' 'Fig. 3B) bilden. Der Vorteil dieses Vorgehens besteht darin, daß auf einem einzigen Träger 23 nach Beheben eine oder mehrere Halbleiterbauelemente 10' gebildet werden können. Der Auftrag der Elektrodenschicht 24 wird aus noch zu erläuternden Gründen unter solchen Bedingungen durchgeführt werden, daß sie sich in einem im wesentlichen amorphem Zustand befindet. Dies wird z. B. dadurch erreicht, daß die Temperatur des Trägers auf Raumtemperatur oder auf noch niedrigerer Temperatur gehalten wird.
Das Atzen kann unter Verwendung einer berührungsfreien Maske erfolgen, die über der Isolierschicht 14 angeordnet wird, oder noch vorteilhafter durch die Anbringung eines nicht dargestellten lichtempfindlichen Schutzmaterials, von dem gewählte Bereiche durch ein Filmnegativ mit dem gewünschten Muster von zu ätzenden Bereichen einer Lichtstrahlung ausgesetzt werden, so daß die Bereiche, die die gewünschte Maske bilden sollen, gegenüber in der Technik bekannten Chemikalien immun gemacht werden, die die nicht belichteten Flächen des Schutzmaterials ver-
-° färben oder fortätzen. Anschließend werden die ausgewählten, nicht belichteten Bereiche dieses Schutzmaterials mittels solcher Chemikalien beseitigt. Dann ■wird ein weiteres Atzmittei an dem Träger zum Angriff gebracht, der nur das schwer schmelzende, elektrodenbildende Material, nicht aber das fixierte lichtempfindliche Schutzmaterial beseitigt, das dann mittels eines anderen chemischen Mittels beseitigt wird. Wenn im folgenden vom »selektiven« Wegätzen eines Über-
.5
zuges die Rede ist. so soll damit zum Ausdruck kommen, daß dieser Arbeitsgang in der soeben umrisscnen Verfahrensweise durchgeführt wird.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3A bis 3.1 wird eine Schicht eines Isoliermaterials 25. vorzugsweise AluminHmoxyd od. dg!., vorzugsweise über den ganzen Träger 23 (Fig. 3C) aufgebracht und dann zur Bildung einer dielektrischen, als Verstärkungskante dienenden Trennschicht 26 (Fig. 3 D) geätzt, so daß die Kantenbercichc 20<; und 206 der Elektrodenschicht SO vollständig verdeckt werden. In manchen Fallen tann die dielektrische Trennschicht 26 übcr.lussig lein und dann kann der zu ihrer Bildung erforderliche Verfahrensschritt des in Fig. 3Λ bis 3.1 veranschaulichten Verfahrens entfallen. Dies trifft zu. wenn die Dicke des isolierenden Materials an sich ausreicht, um die Kantenbercichc 20ö und 20/; der Elcktrodenschicht 20 zu verdecken und ein Durchschlagen der Spannung *w,schen den Elcklrodenschicht^n 20,22zu verhindern. Wenn die Trennschicht 26 gebildet ist, wird cmc «weite Isolierschicht 28 über den gan/cn Träger ZJ (Fig. 3E) aufgetragen. Sie besteht vorzugsweise ebenfalls aus Aluminiumoxyd und wird zur Bildung einer isolierenden »Insel« geätzt, in der eine Durchbrechung 12gebildet ist, die hier im wesentlichen im Mittelpunkt dieser insclförmigen Isolierschicht 14' liegt.
Beim nächsten Arbeitsschritt wird der so vornchandcltc Tifger 23 mit einem 1 Inlblciterf. m 27 aus aktivem Halbleitermaterial (Fig. Mi) b-· hichict so daß die Durchbrechung 12 gefüllt oder te.l .u:,,e c.· ul wird, und dann selektiv geätzt (Fig. 311). -.nd.-.IA oberhalb des die Durchbrechung 12 enthaltenden Ic.ks jeder Isolierschicht-Insel 14' ein Meiner Auftrag . u. aktivem Halbleitermateria! zurückbleibt, um, ^n Halbleiterfilm 18 bildet, von dem TnIe 18,; ,ich ^'J die Seitenwände der Durchbrechung 12 Hinaus ,,-strecken. Fig. 4 zeigt deutlich den sich -n d.o I '.·' brechung hinein erstreckenden llalhlc.terfilm «. gutem elektrischen Kontakt mit der Kont;.-^'; ■"■ ^ ■ Die Teile 18α greifen an der Oberseite d nach außen. . · ι
Nach Auftrag des aktiven I lalr-leitcr-^^,.. ·-< Ätzen desselben wird eine ob,- Elektrode.- ■ .iiü... ζ > (Fig. 31), vorzugsweise aus im .u-entlicnen ....,^,■■> ■ Molybdän oder einem anderen ähnlichen lei,·..I.-=-■ ■' sch·.·.er schmelze iiden amorphen Matemi '-^;;-indem zuerst über den ganzen vorbehandeln , u-_ 23 ein kitfähiges, im wesentlichen anwrru··,-> ■■· · fchmelzendes Material aufgebracht wird, das orz >gs Weise vom gleichen schwer schmelzenden Matenaltyp fet, der auch die untere Elektrodenschicht 20 bi der Anschließend wird die obere Elektrodensch.cht ZV lelektiv geätzt, so daß eine obere Elektrode 22 der gewünschten Gestalt an der Oberseite jech.J»oher Schicht-Inse! 14' zurückbleibt (Fig. 3J^ D-■ versch.e denen obengenannten Arbeitsschntte des „uftragens können unter Anwendung bekannter Verfahrensweisen insbesondere des Aufdampfens. Aufspr.tzens oder Kathodenzerstäubens erfolgen. ,-.«cnt-
Da-, aktive Halbleitermaterial sollte ein,in. ^escnt liehen ungeordnetes und allgemein amorphes Ma ena sein, wie es in der USA.-Patentschn t 3 2,1 591 J nannt ist. Schwer schmelzende Materialien, wie dän, für die Kontaktelektroden sind bei den raturen, bei denen die Schaltvorrichtungen c werden, verhältnismäßig inert und haben daher^ keine Neigung, in die benachbarten Halbleitermaterialien zu wandern mit denen sie in Berührung stehen Obwohl
»s
.1" VO
i 1" diese aktiven Halbleitermaterialien durch direkte Berührung mit elektrodenbildenden Materialien von makrokristalliner Natur leicht schädlich beeinflußt werden, hat dies bei der Erfindung keine Bedeutung, da die Elektrodenschichten 20, 22 aus einem amorphen hitzefesten Material hergestellt sind.
Die oberen Flächen der unteren Elektrodenschicht 20' und der im Abstand von dieser liegenden oberen i-.icktiodenschicht 22' des Halbleiterbauelements 10' von Fig. 4 liegen für den Anschluß der elektrischen Leitungen an der Oberseite frei
Da die genannten amorphen Materialien, wie Molybdän, keine sehr guten Leiter sind, wenn sie, wie hier beschrieben, in Form dünner Schichten verwendet werden, kann an der Oberseite jeder Fläche der Elektrodenschichten 20, 22 ein elektrisch besser leitfähiges Material, wie Aluminium, aufgetragen werden, wie im Fall·: der abgewandelten und verbesserten Ausführungsform eines Halbleiterbauelements 10" gemäß Fig. 3 bis 7. Dieses hat eine untere Elektrodenschicht 4(1 von länglich rechteckiger Form, die auf einem Träger 23' gebildet ist. Über der Elcktrodenschicht 40 ist eine inselförmige Isolierschicht 42 aus beispielsweise Aluminiumoxyd von rechteckiger Gestalt mit einer ausgeätzten Durchbrechung 43 gebildet. Die Isolierschicht 42 erstreckt sich über einen der Randbereichc 40a der Elektrodenschicht 40 und endet im kurzen Abstand vor dem gegenüberliegenden Ranclbcrcich 40/j. so daß die obere Fläche eines Teiles 40c ».»!!ständig frei liegt. Über der Isolierschicht 42 ist ein kleiner Bereich eines Halbleiterfilms 46 gebildet, der sich in die Durchbrechung 43 hinein erstreckt und mit der durch diese rci liegenden Fläche der Elektrodensrhicht 40 in gutem mechanischem und elektrisch leitendem Kontakt steht.
Wie im Fall des vorher beschriebenen Halbleiterbauelements 10' ist es, wenn die Isolierschicht 42 aus isolierendem Material den Randbercich 40a nicht voll verdeckt, erwünscht, eine dielektrische Verstärkungschicht 44 vorzusehen, die den Randbereich 40a vollständie von der oberen Elektrodenschicht 47 trennt. Anders als bei dem Halbleiterbauelement ä0' wird hier ,!ic Verstärkungsschicht 44 nach der Isolierschicht 42 ;iii"ebracht. Dann werden an der oberen und an der unteren Fläche des Teiles 40c der die untere Elektrodenschicht und an der die obere Elektrodenschicht 47 leitfähige Verstärkungsschichten 48, 49 aus vorzugsweise Aluminium od. dgl. zur Bildung von Anschlüssen oder Klemmen gebildet. Vorzugsweise ist die den Anschluß bildende Verstärkungsschicht 49, die über die obere Elektrodenschicht 47 gelegt ist, eine T-formige Schicht mit einem lappenartigen Teil 49a, der sich über den aktiven Halbleiterfilm 46 erstreckt, und mit einem breiten Balkenteii 49o, der eine breite Fläche zum Anlöten oder Befestigen eines äußeren Leiters auf andere Weise darbietet. Die obere Elektrodenschicht 47 ist ebenfalls eine T-förmige Schicht von gleichen Abmessungen wie die darüberliegende T-förmige Verstärkungsschicht 49. Die Verstärkungsschicht 48 hat eine längliche rechteckige Form und annähernd die gleiche Größe wie der Balkenteii 49b.
Als Beispiel werden folgende Abmessungen für das Halbleiterbauelement 10" angegeben:
65 Größe der speichernden
Halbleiterbauelemente ... 5 bis 50 μτη Breite Größe des von einer Diode eingenommenen Raumes 25 bis 130 μιη Breite
409 518/184
5.
9 10
Größe der von Trnnsisto- erstreckt sich zu dem Transistor 64 durch das Loch 67
rcn eingenommenen zur Berührung mit dem freien p-Bereich 64« des Tran
Fläche 25 · 5 bis 150 · 2(XI μηι sistors 64.
Dicke der Vcrstärkungs- Das Halbleiterbauelement 10"' bietet eine Schwie
schichten I bis 5 μηι 5 rigkeit bei der Herstellung, denn es ist schwierig
Dicke der f lektroden- Aluminium in die Löcher 67/) einzubringen, ohne dal
schichten 0,3 bis I μιτι die Oberfläche dabei oxydiert, was natürlich die clck
Dicke de Isolierschicht. . I bis 2 μΐιι frische Leitfähigkeit an der Berührungsstclle zwischei
Dicke de« speicherfähigen dem Aluminium und der Elektrodenschicht 68' ober
Halbleiierfilms 0.5 bis I μπι »" halb derselben vermindern würde Wenn es also er
wünscht ist, eine elektrisch leiten Ic Verbindung zwi
Die oben beschriebenen Halbleiterbauelemente 10' sehen der unteren Elektrode eines durch Auftrag ge und 10" werden auf einen Träger wie Glas aufgetragen bildeten Halbleiterbauelements und einem Träger odei und sind so ausgebildet, daß sie von obenher anschließ- einem anderen darunter befindlichen elektrischen Eic· bar sind. 15 ment herzustellen, ist die verbesserte Konstruktion de; Für einen Anwendungsfall sind die Halbleilcrbau- Halbleiterbauelements 10« gemäß Fig. 10 uiu! Il elemente 10"' gemäß Fig. 8, 9 auf einem als Träger 62 vorzuziehen Hier wird eine Flcktrodcnschicht 74 au.·· dienenden dotierten SίIί/ίiimplättchen od. dgl. aufge- amorphem Molybdän od. dgl. über der Isolierschicht bracht und stehen mit diesem in elektrisch leitender 66 an der einen Seite einer länglichen Öffnung 67// in Verbindung. Am Träger 62 ist unmittelbar unter dessen 20 der Schicht gebildet. Fine inselförmigc, rechteckig ausoberer Fläche ein Hereich 63 gebildet, der sich in einem gebildete Isolierschicht 76 mit einer Durchbrechung Abstand von einem Transistor 64 befindet und gegen- 76c; wird dann über der Flcktrodenschicht 74 gebildet, über diesem isoliert ist. Das in der Zeichnung darge- so daß sie kurz vor der Kante 74« endet und deren stellte Siliziumplättchen ist ein Körper vom p-Leit- obere Fläche 74Λ frei läßt. Auf diese Isolierschicht 76 fühigkeitstv ρ. während der Bereich 63 ein η ι -dotierter r, wird nun ein Halblciterfilm 77 in Deckung mit der Bereich ist. Der halbleitende Träger 62 ist. obwohl er Durchbrechung 76« aufgetragen, so daß diese gefüllt für den Zweck der Transistorwirkung des halbieiten- wird (wobei angenommen ist, daß die relative Dicke den Transistors 64 als leitfähig angesehen werden kann, des llalhleitcrfilnis 77 und der darübcrlicgenden Flckim wesentlichen ein Nichtleiter in bezug auf den be- trodcnschiclit 78 so gewählt sind, daß keine frciei, nachbilden n-f- dotierten Bereich 63. Auf dem Träger 30 Kanten geschaffen werden, die die Konstruktion mii 62 befindet sich eine oxydische Isolierschicht 66, aus teilweise gefüllter Durchbrechung gemäß Fig. X mul 9 der Löcher 67« und 67ό ausgeätzt sind, so daß der erforderlich machen) und eine elektrisch gut leitende obere p-doticrte Bereich 64« des Transistors 64 bzw. Verbindung mit dem Teil der durch die Durchbrechung der η f dotierte Bereich 63 freigelegt ist. Innerhalb des 76« freigelegten Elektrodenschicht 74 hergestellt wird. Loches 67Λ wird eine elektrisch leitende Sch ich! 68 aus 35 Die da rauf aufzubringenden elektrisch leitenden Schich-Aluminium od. dgl. aufgetragen, die eine gute Ver- ten 79, 80 aus z. B. Aluminium werden dann derart bindung mit dem unteren η · dotierten Bereich 63 ein- aufgebracht, daß sie sich mit den freien oberen Flächen geht. Das Halbleiterbauelement 10"' wird dann über der unteren bzw. oberen Elektrodenschicht 74 bzw. 78 der dünnen Isolierschicht 66 und dem mit Aluminium in Berührung befinden, wobei die Schicht 80 sich in gefüllten Loch 67/> in diesem gebildet. 40 die längliche Öffnung 67Λ' hinein erstreckt und mit Die untere Elekti jdenschicht 68' besteht aus einem dem η i- Bereich 63' im Träger 62 elektrisch leitend amorphen schwer schmelzenden Material, beispiels- in Berührung steht. Die elektrisch leitende Schicht 80 weise Molybdän, auf. die über der elektrisch leitenden bildet also einen Körper aus leitendem Matcrul 80c, Schicht ()8 liegt und sich über diese hinaus über die der den freien Zwischenraum zwischen der Elektmden-Isolierschicht 66 erstreckt. Über die Elektroden- 45 schicht 74 und dem n-f-Bereich 63' überbrückt. Bei schicht 68' wird eine inselförmige Isolierschicht 69 dieser verbesserten Ausbildung hat ein Oxydieren der angebracht, die eine Durchbrechung 69« aufweist, die oberen Fläche der Überbrückungs- oder Verstärkungsnur teilweise mit einer dünnen Schicht eines aktiven schicht 80 aus leitendem Material keinen nachteiligen Halbleiterfilms 70 gefüllt ist, der seinerseits als dünne Einfluß auf das so gebildete Halbleiterbauelement. Schicht um die Durchbrechung 69« herum und in 50 denn es ist keine stromleitende Trennfläche an der dieser aufgetragen ist. Durch die teilweise Füllung der Oberseite der Verstärkungsschicht 80 vorhanden. Obporenartigen Durchbrechung 69a wird jegliche Ver- wohl im Zusammenhang mit Fig. 8 bis 11 von Bereibindung zwischen dem HalWetterfilm 70 innerhalb der chen vom Typ η bzw. ρ die Rede war, können diese Pore mit dem kreisringförmigen Teil 70a außerhalb Bereiche natürlich von entgegengesetztem Leitfähigder Pore verhindert. Wenn daher die obere Elektroden- 55 keitstyp sein wie die dargestellten und beschriebenen, schicht 71 aus vorzugsweise amorphem Molybdän, Die Verfahren zur Herstellung der Halbleiterbauüber dem aktiven Halbleitermaterial als verhältnis- elemente 10, 10', 10" und 10"' laut obiger Beschreimäßig dünne Schicht aufgetragen wird und die Kanten bung liefern in befriedigender und wirksamer Weise 7OA des Halbleitermaterials nicht bedeckt, hat eine Schaltvorrichtungen mit den gewünschten elektrischen mögliche Wanderung von Aluminium in die frei 6° Eigenschaften. Es sollten jedoch keine Verunreinigungen liegenden Kanten des kreisringförmigen Teiles 70a, an die kritischen Trennflächen zwischen den Elektrokeinen schädlichen Einfluß auf den Teil des aktiven den und das aktive Halbleitermaterial gelangen. Zu Halbleitermaterials innerhalb der Durchbrechung 69a. aiesem Zweck können die Halbleiterbauelemente des Auf jeden Fall isoliert das Elektrodenmaterial, das den hier dargestellten und beschriebenen Typs in der in liktiven Teil des Halbleitermaterial innerhalb der Pore Ss Fig. 12, 13 und 14 beschriebenen Weise hergestellt bedeckt, diesen Teil des Halbleitermaterials vollständig werden. Hier werden eine untere Elektrodenschicht 90 Wn einer darüberliegenden Schicht 72 aus Aluminium. aus amorphem Molybdän od. dgl. und eine Isolier-Diese darüberliegende elektrisch leitende Schicht 72 schicht 92 mit einer Durchbrechung 93 am Träger 91
gebildet. (Wenn der Träger 91 mehrere durch Auftrag gebildete Schaltvorrichtungen aufweisen soll, wird die gewünschte Anordnung von Klcktrodenschichten 90 und Isolierschichten 92 am Träger 91 gebildet.)
Der so gebildete Träger wird dann in ein Vakuumsystem, vorzugsweise in eine Kathodenzcrstäubuinr-,-kammcr eingebracht, in der er zur Kathode in einen R.F-.-Kathodenzerstäubungspmzcß wird, in welchem die frei liegenden Oberflächen des Trägers 91 einem lonenbeschuü ausgesetzt werden, so daß mögliche verunreinigte Oberflächen des Trägers 91. der unteren r.lcktrodenschicht 90 und der Isolierschicht 92 bcsciligi herden. Ohne die Vakuumdichtung zu brechen, werden dann aufeinanderfolgend ein I lalblciterfilin 94 und tine Klektrodenschicht 95 über die gesamte Trägeroberfläche aufgedampft oder durch Kathodenzerstäubung: aufgebracht, so daß die Durchbrechung 93 sämtlicher Halbleiterbauelemente, an denen das aktive Halbleitermaterial Anteil haben soll, gefüllt oder teilweise gefüllt herden und das aktive Halbleitermaterial mit lilektroilenmatetial bedeckt wird. Die kritischen Trennfliichen zwischen den Halbleiter- und Filektrodcnmaterialien werden voltständig von der Umgebung isoliert, und nun kann der Träger 91 aus der Behandhineskammcr herausgenommen werden. Nan wird eine lichtempfindliche Schutzmasse über die gesamte I lache der clektrodenbildendcn Schicht aufgetragen, und durch geeignete fototechnische Verfahrensweisen werfen präzise ausgewählte Bereiche, beispielsweise der Bereich 96« der Schicht 96, belichtet, so daß die F'otoschutzmasse fixiert wird, und diejenigen Bereiche der lotor.chutz.massc, die über den Teilen der halbleiter- und clektrodenbildendcn Schichten liegen, sollen das betreffende Halbleiterbauelement bilden. Die nicht belichteten Bereiche der Fotoschutzmassc werden dann beseitigt, und der Träger 91 bleibt mit dem in Tig. IO
ίο gezeigten Aufbau zurück.
Dann folgt ein selektives Ätzen unter Verwendung geeigneter Chemikalien od. dgl., die vorzugsweise zunächst nur auf das Elektrodenmaterial und erst dann .iiif das Halbleitermaterial einwirken (Fig. 13. 14). und diejenigen Teile, die nicht von der Sehutzmassc bcdtckt sind, werden entfernt.
Dementsprechend sind die Halbleiterbauelemente.
die oben an Hand einiger Alisführungsformen he-. hrieben wurden, sowie die Verfahren zur Herstellung
2f solcher Halbleiterbauelemente laut obiger Beschieibung in gleicher Weise von Nutzen, wenn ein cin/diu Bauelement oder mehrere getrennte Bauelemente im; Trägern aufgebaut werden sollen, die von diesen >■·.·- !rennt werden können oder auf einem solchen 'Iraker
■>\ 'envendet werden sollen, um eine vollständige π U' griertc elektronische Schaltung, wie eine Ma'..'■ od. dgl. zu bilden.
Hier/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims (29)

Patentansprüche:
1. Halbleiterbauelement zum Schalten mit einer Elektrodenschicht aus elektrisch leitfähigem, hitzebeständigem Material, einer elektrisch isolierenden Schicht auf dieser Elektrodenschicht, die mit mindestens einer bis zur Elektrodensciiicht reichenden kleinen Durchbrechung versehen ist, einem die Durchbrechung mindestens teilweise ausfüllenden und dort mit der Elektrodenschicht in Kontakt stehenden Halbleiterfilm aus im wesentlichen amorphem Halbleitermaterial, das zwischen einem LeiterzuEtand guter elektrischer Leitfähigkeit und einem Sperrzustand schlechter elektrischer Leitfähigkeit umschaltbar ist, und mit einer zweiter. Elektrodenschicht aus elektrisch leitfähigem, hitzebeständigem Material, die ebenfalls mit dem Halbleiterfilm in Kontakt steh:, dadurch gekennzeich-20 net, daß mindestens eine der Elektrodenschichte^ (20, 20', 22, 24, 29, 40, 47, 68', 71, 74, 78, 90, 95) aus im wesentlichen amorphem hitzebeständigem Material besteht.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden-chichten (20, 20', 22, 24, 29, 40, 47, 68', 71, 74, 78, 90, 95) aus im wesentlichen amorphem hitzebeständigem Material bestehen.
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als amorphes, hitzebeständiges Material amorphes Molybdän «'".ent.
4. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als amorphes, hitzebeständiges Material amorphes Tantal dient.
5. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als amorphes hitzebeständiges Material amorphes Niob dient.
6. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als amorphes hitzebeständiges Material amorphes Wolfram dient.
7. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als amorphes hitzebeständiges Material amorphe Metalloxyde dienen.
8. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als amorphes hitzebeständiges Material amorphe Metallkarbide dienen.
9. Bauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als amorphe Metallkarbide amorphes Molybdän-Karbid dient.
10. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als amorphes hitzebeständiges Material amorphe Metallsulfide dienen.
1). Bauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als amorphe Metallsulfide amorphes Vanadiumsulfid dient.
12. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Durchbrechung (12, 43, 69a, 76a, •3) der Kontaktfläche (16) zwischen dem Halbfciterfilm (18, 27, 46, 70, 77, 94) und mindestens einer Elektrodenschicht (20, 20', 22, 24, 29, 40, 47, •8', 71, 74, 78. 90, 95) entspricht, und einen Durchmesser von 5 bis 40 μΐη aufweist.
13. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterfilm (18, 27, 46, 70, 77, 94.) zwischen 1 und 15 um dick ist.
14. Bauelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterfilm (18, 27, 46, 70, 77, 94) 1,2 μηι dick ist.
15. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschichten (20, 20', 22, 24, 29, 40, 47, 68', 71', 74, 78, 90, 95) an ihren dem Halbleiterfilm (18, 27, 46, 70, 77, 94) abgewandten Seiten mit einer elektrisch gut leitfähigen Verstärkungsschicht (48, 49, 79, 80) verstärkt sind.
16. Bauelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht (48, 49, 79, 80) aus Aluminium besteht.
17. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrodenschicht (20, 20', 40,68', 74,90) auf einem Träger (23, 62, 91) angeordnet ist.
18. Bauelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein Elektrodenbereich (63, 63') einer integrierten Schaltung ist.
19. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (14', 14, 25, 28, 42, 66, 69, 76, 92) aus Aluminiumoxyd besteht.
20. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Randbereiche (20a, 2ÖJ, 40a) der unterhalb der Isolierschicht (14') angeordneten Elektrodenschicht (20) durch eine dielektrische Trennschicht (26, 44) von der Isolierschicht (14') oder der anderen Elektrodenschicht (47) getrennt sind.
21. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektrodenschichten (71) bis in die Durchbrechung (69a) in der Isolierschicht (69) hineinreicht.
22. Bauelement nach einem der Anspr . ie 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet daß uer Träger (62) aus einem Halbleiterkörper mit einem von diesem durch einen pn-übergang getrennten Bereich besteht, mit dem eine Elektrodenschicht (74) elektrisch verbunden ist.
23. Bauelement nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (62) aus einem Halbleiterkörper einer integrierten Schaltung besteht und mit einer Isolierschicht (66) bedeckt ist, die mindestens ein Loch (67a, 67 2>, 67') aufweist, durch die die Elektrodenschichten (68', 71, 74), gegebenenfalls mittels elektrisch leitfähiger Schichten (68, 72, 80r), mit Bereichen (63, 63', 64a) des Halbleiterkörpers(62) elektrisch verbunden sind.
24. Bauelement nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Loch (676) mit der Durchbrechung (69a) fluchtet.
25. Bauelement nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Loch (67α, 67ό') im Abstand von der Durchbrechung (69a, 76a) seitlich versetzt angeordnet ist.
26. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb der Isolierschicht angeordnete Elektrodenschicht durch Auftragen des hitzebeständigen Materials in dessen amorphem Zustand auf einen Träger gebildet wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch ge: kennzeichnet, daß der Träger beim Auftragen unter Raumtemperatur gehalten wird.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der einen Elektrodenschicht und mit der durchbrochenen Isolierschicht versehene Träger im Vakuum mit ionen beschossen wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenbeschuß in einer evakuierten Kathodenzerstäubungskammer erfolgt, in der anschließend auch der Halbleiterfilm und die andere Elektrridenschicht im Vakuum aufgebracht werden.
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