DE2010701C3 - Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauteilen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauteilen

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DE2010701C3
DE2010701C3 DE19702010701 DE2010701A DE2010701C3 DE 2010701 C3 DE2010701 C3 DE 2010701C3 DE 19702010701 DE19702010701 DE 19702010701 DE 2010701 A DE2010701 A DE 2010701A DE 2010701 C3 DE2010701 C3 DE 2010701C3
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Pieter Johannes Wilhelmus; Werdt Reinier de; Eindhoven Jochems (Niederlande)
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauteilen mit einem mit Metallschichten versehenen Substrat, bei dem eine aus einem weniger edlen Metall bestehende auf dem Substrat aufgebrachte Schicht, die in einer Kontaktfläche von einer aus einem edlcen Metall bestehenden Schicht bedeckt ist, unter Verwendung einer ätzbeständigen
Schicht geätzt wird.
Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 33 88 048 bekannt.
Außer zum Herstellen von Halbleiterbauelementen kann ein solches Verfahren z. B. auch zum Herstellen einer Verdrahtung auf einer isolierten Unterlage, z. B. einer gedruckten Schaltung oder einer Unterlage mit Stromleitern zum Anbringen eines Halbleiterbauelements oder eines Dünnfilm-Schaltungseiements dienen.
ίο Um gute Kontakte, z. B. für Halbleiterbauelemente, herzustellen, ist es oft nicht möglich, mit nur einer Metallschicht auszukommen, da die einem guten Kontakt zu stellenden Bedingungen nicht von einem einzigen Metall erfüllt werden können. Bei dem hier
beschriebenen Verfahren kann z. B. die Schicht des weniger edlen Metalles für eine gute Haftung auf dem Substrat und für einen niedrigen Kontaktwiderstand mit dem Substrat und die Schicht des edleren Metalles für eine gute Stromleitung und für die Verbindung mit A nschlußJeiiern sorgen.
Bei dem bekannten Verfahren wird bei der Ätzbehandlung als ätzbeständige Schicht eine Photolackschicht verwendet und das gewünschte Muster von Öffnungen durch Belichtung durch eine Photomaske
und durch Entwicklung der Photolackschicht in dieser Schicht angebracht.
Beim Ätzen der Schicht des edleren Metalles tritt Unterätzung dieser Schicht unter der Photolackschicht auf. Unterälzung ist eine an sich bekannte Erscheinung,
die beim Bestimmen der Abmessungen der Öffnungen in der Maske und bei der Wahl der Dauer der Ätzung berücksichtigt werden kann.
Beim Ätzen der Schicht des weniger edlen Metalles, entweder in einem die beulen Metallschichten gleichzeitig ätzenden Ätzbad oder in einem für die Schicht des weniger edlen Metalles spezifischen Ätzbad tritt ebenfalls Unterrtzung auf.
Es hat sich nun gezeigt, daß die Unterätzung der Schicht des weniger edlen Metalles sich besonders schnell und somit schwer kontrollierbar vollzieht, wodurch das Verfahren, insbesondere wenn es zum Ätzen eines feinen Leitungs- und Kontaktmusters auf einem Halbleiterkörper verwendet wird, sich weniger gut oder gar nicht eignet Mutmaßlich ist die schnelle Atzung der Schicht des weniger edlen Metalles auf die Tatsache zurückzuführen, daß diese Schicht im Ätzbad örtlich ein galvanisches Element mit der Schicht des edleren Metalles bildet, wodurch die Schicht des weniger edlen Metalles sich als Anode schnell löst.
Die schnelle Ätzung der Schicht des weniger edlen Metalles könnte z. B. dadurch verhütet werden, daß zunächst auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers die Schicht des weniger edlen Metalles angebracht und diese durch eine Photoätzbehandlung mit dem erwünschten Muster versehen wird. Darauf kann auf der von der Photolackschicht befreiten Schicht des weniger edlen Metalles die Schicht edleren Metalles angebracht werden, die auch durch eine Photoätzbehandlung mit dem erwünschten Muster versehen werden kann, wobei
do die Schicht edleren Metalles olt mit einer für diese Schicht spezifischen Ätzflüssigkeit geätzt werden muß. Dieses Verfahren ist jedoch kompliziert, da zweimal eine Maske ausgerichtet werden muß. Außerdem bringt eine zweite Ausrichtstufe eine Ungenauigkeit mit sich,
fi5 die das Herstellen eines feinen Leitungs- und Kontaktmusters erschwert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebene schnelle Lösung der Schicht
des weniger edlen Metalles im Ätzbad zu verhüten. Sie geht von der Erkenntnis aus, daß eine wesentliche Verbesserung erzielt wird, wenn verhütet wird, daß die Schicht de» weniger edlen Metalles und die Schicht edleren Metalles im Ätzbad ein galvanisches Element bilden können.
in Anwendung dieser Erkenntnis wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ganze Schicht aus edlerem Metali und der über die Kontaktfläche überstehende Teil der Schicht aus ι ο wewger edlem Metall wenigstens über ein<_n Streifen längs des Randes der Kontaktfläche mit der ätzbeständigen Schicht bedeckt werden, bevor die Schicht aus weniger edlem Metall geätzt wird.
Es sei bemerkt daß mit einer Schicht, einer Fläche, einem Streifen oder einem Rand auch unterbrochene Teile gemeint sein können.
Der Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß infolge der vollständigen Bedeckung der Schicht edieren Metalles mit der äizbeständigen Sch'cht die Schicht des weniger edlen Metalles und die Schicht edleren Metalles kein Element mehr bilden können, wodurch die Ätzung der Schicht des weniger edlen Metalles besser einstellbar ist.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung wird die Schicht des edleren Metalles geätzt und darauf die ätzbeständige Schicht derart erweicht, daß sie ausweicht und den Rand der Schicht aus edlerem Metall und den an diesem Rand anliegenden Streifen der Schicht des weniger edlen Metalles bedeckt. Dies ergibt den wesentlichen Vorteil, daß es nicht notwendig ist. zweimal eine Photomaske auszurichten. Ein weiterer Vorteil dieser Weiterbildung ist, daß die Schicht des weniger edlen Metalles und die des edleren Metalles unmittelbar nacheinander in einem ein/igen Arbeitsgang angebracht werden können, wodurch verhütet werden kann, daß die oft oxidationsenipfindliche Schicht des weniger edlen Metalles oxidiert wird.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, daß beim Ätzen der Schicht edleren Metalles durch Unterätzung dieser Schicht unter der ätzbeständigen Schicht Teile der ätzbeständigen Schicht über die Schicht edleren Metalles hinragen. Beim Erweichen bedeckt die ätzbeständige Schicht auch die Flanken der Schicht des edleren Metalles. Beim darauffolgenden Ätzen der Schicht des weniger edlen Metalles tritt Unterätzung dieser Metallschicht unter der ausgedehnten ätzbeständigen Schicht auf. Es muß deshalb dafiir gesorgt werden, daß diese Unterätzung sich nicht so weit fortsetzt, daß die Ätzflüssigkeit auch gleichzeitig mit der Schicht edleren Metalles in Berührung kommt, wodurch wiede·· ein galvanisches Element gebildet werden würde, wie dies oben beschrieben ist. Die Erweichung der atzbeständigen Schicht kann auf verschiedene Weise, z.B. durch ss Erhitzung erfolgen.
Vorzugsweise wird die ätzbeständige Schicht durch Behandlung mit einem an sich bekannten Lösungs- oder Quellmittel für die ätzbeständige Schicht erweicht. Für das Material der ätzbeständigen Schicht hat man, z. B. aus organischen Verbindungen, eine große Auswahl. Vorzugsweise wird als ätzbeständige Schicht eine Photolackschicht verwendet.
Übliche Lösungs- oder Quellmittel für positive Photolacke, d. h. Lacke, die durch Belichtung in einem <>? entsprechenden Lösungsmittel besser löslich werden und die als Bindemittel z. B. Phenolformaldehydharze enthalten, sind z. B. Ketone wie Aceton und Methylethylketon und Alkohole wie lsopropanol.
Übliche Lösungs- oder Quellmittel für negative Photolacke, d. h. Lacke, die durch Belichtung in einem entsprechenden Lösungsmittel weniger löslich werd.en und z. B. Kohlenwasserstoffverbindungen enthalten, sind z. B. die Xylene.
Vorzugsweise wird das Lösungs- oder Quellmittel in Dampiform verwendet. Es ist dabei insbesondere möglich, die Erweichung insbesondere bei Verwendung von Lösungsmitteln gut zu beeinflussen.
Vorzugsweise wird nach dem Ätzen der Schicht des edleren Metalles auf der Oberfläche des Substrats eine Maskierungsschicht niedergeschlagen, worauf die ätzbeständige Schicht erweicht und darauf die Maskierungsschichl entfernt wird. Das Niederschlagen erfolgt z. B. durch Aufdampfen.
Diese Ausführung hat den manchmal erwünschten Vorteil, daß die erweichte, ätzbeständige Schicht nur einen begrenzten Teil der außerhalb der Koniaktfläche liegenden Oberfläche der Schicht des weniger edlen Metalles bedeckt. Diese Oberfläche ist dann nämlich zum größten Teil mit der Maskierungsschicht bedeckt, die nach dem Erweichen der ätzbeständigen Schicht wieder entfernt wird. Diese Maskierungsschicht befindet sich selbstverständlich nicht unter den über die Schicht des edieren Metalles hinausragenden Teilen der ätzbeständigen Schicht. Wenn als ätzbeständige Schicht eine positive Photolackschicht verwendet wird, kann die Maskierungsschicht an der Stelle, wo sie die Schicht des edleren Metalles bedeckt, als Photomaske dienen, wodurch nach dem Erweichen der Photolackschicht, nach Belichtung und nach Lösung des belichteten Teiles der ausgedehnten Photolackschicht in einem entsprechenden Lösungsmittel die Oberfläche der Schicht des weniger edlen Metalles für die Ätzflüssigkeil gut zugänglich ist.
Vorzugsweise wird als Substrat ein Halbleiterkörper verwendet und der Halbleiterkörper mit einer Oxidschicht versehen, in der Fenster vorgesehen werden, worauf auf der Oberfläche der Oxidschicht und des in den Fenstern freigelegten Halbleiterkörpers nacheinander eine Chromschicht und eine Silberschicht niedergeschlagen werden, auf die eine positive, Öffnungen enthaltende Photolackschicht angebracht wird, die nach dem Ätzen der Silberschicht mit Aceton in Dampfform erweicht wird.
Auf diese Weise kann ein Halbleiterbauelement mit einem sehr feinen Kontakt- und Leitungsmuster hergestellt werden, das sich zur Verwendung bei Frequenzen im GHz-Gebiet eignet.
Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
F i g. 1 bis 5 schematische Schnitte durch ein Halbleiterbauelement, das durch eine Au· führung des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt wird in aufeinanderfolgenden Stufen der Herstellung.
Fig.6 bis 8 schematische Schnitte durch ein Halbleiterbauelement, das durch eine andere Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt wird in aufeinanderfolgenden Stufen der Herstellung.
Deutlichkeitshalber sind insbesondere die Abmessungen in der Dickenrichtung der Halbleiterbauelemente in den Figuren stark vergrößert angegeben.
Beispiel 1
Zur Herstellung eines Planartransistors zur Anwendung bei 4GHz wird von einem Substrat 1 aus
IO
Germanium (s. Fig. 1) ausgegangen, das einen Durchmesser von 2 cm, eine Dicke von 200 μηι aufweist und durch Dotierung N-Leitung und einen spezifischen Widerstand von 0,1 bis 0,23 Ohm · cm aufweist. Auf übliche Weise werden mittels Gallium und dann Arsen eine Basiszone 2 bzw. eine Emitterzone 3 in das Substrat 1 eindiffundiert. Der übrige Teil des Substrats 1 ist als Kollektorzone 4 wirksam.
Auf übliche Weise wird das Substrat 1 mit einer Siliziumoxidschicht 5 mit öffnungen 6 und 7 zur Kontaktherstellung an der Emitter- bzw. der Basiszone versehen. Einfachheitshalber wird die Kontaktherstcllung an der Kollektorzone hier nicht beschrieben; diese läßt sich auf bekannte Weise durchführen.
Auf der Oxidschicht 5 und auf den Emitter- und Basiszonen in den Öffnungen 6 und 7 wird in üblicher Weise eine Schicht 8 eines weniger edlen Metalles aus Chrom und auf dieser Schicht 8 eine Schicht 9 eines edleren Metalles aus Silber durch Aufdampfen angebracht. Die Schichten 8 und 9 werden unmittelbar nacheinander angebracht, ohne daß das Vakuum in der Aufdampfungsapparatur unterbrochen wird. Das Ver fahren nach der Erfindung ermöglicht es. die Schichten 8 und 9 unmittelbar nacheinander anzubringen, so daß eine Oxidation der Chromschicht vermieden wird. Die Chromschicht 8 hat einen Flächenwiderstand von 700 0hm und die Silberschicht 9 einen Flächenwiderstand von 0,14 bis 0,11 Ohm. Beide Werte werden in üblicher Weise in der Aufdampfungsapparatur wahrend des Aufdampfens gemessen, indem diese Schichten auf eine Glasprüfplatte aufgedampft und der Flächenwiderstand bestimmt wird. Die Dicke der Chromschicht 8 liegt in der Größenordnung von 0,1 u,m oder weniger.
Die Silberschicht 9 wird darauf mit einer ätzbeständigen Schicht 10 aus einem positiven Photolack versehen. Die Schicht 10 wird während bestimmter Zeit bei verhältnismäßig niedriger Temperatur, d.h. WC, gebacken. Auf dieser Photolackschicht 10 wird eine nicht in der Zeichnung dargestellte Photomaske mit dem erwünschten Muster von Stromleitern und Kontakten angebracht, dann belichtet und darauf wird der belichtete Teil der Photolackschicht 10 in einem dem Photolack angemessenen Lösungsmittel gelöst, u/oHnrrh die Photolackschicht 10 unterbrochen wird (siehe F i g. 2).
Darauf wird die Silberschicht 9 in üblicher Weise geätzt, indem das Substrat während 10 bis 15 Sekunden in ein Bad getaucht wird, das aus 25 Volumenprozent 65%iger HNOj, 50 Volumenprozent 98%iger Essigsäure und 25 Volumenprozent H2O bei 15CC besteht. Durch die Ätzung wird die Silberschicht 9 unterbrochen.
Die Photolackschicht 10 wird darauf erweicht, indem sie in einem Raum einem Luftstrom ausgesetzt wird, der durch eine Waschflasche mit Aceton bei Zimmertemperatur geführt ist.
Durch diese Behandlung nimmt die Photolackschicht ffO die schemalisch in Fig.3 dargestellte Form an. Darauf wird während bestimmter Zeit bei 1400C erwärmt, um das Aceton aus der Photolackschicht verdampfen zu lassen.
Nach dem Ätzen der Silberschicht 9 können auf der
20 Chromschicht 8 noch Silberflecken vorhanden sein. Diese lösen sich sehr schnell in einem Bad mit 15 g Fe(NOj)1 pro 100 ml H2O bei 200C.
Darauf wird die Chromschicht 8 in einem Bad geätzt, das 80 Volumenprozent etwa 40%iger HCI und 20 Volumenprozent H2O bei 30"C enthält.
Es ist nicht gut möglich, eine genaue Ätzdaucr anzugeben. Es verstreicht eine gewisse Zeit, bevor die Lösung der Chromschicht 8 anfängt; dieser Beginn wird durch eine Gasentwicklung markiert.
Die Ätzung wird fortgesetzt bis zu dem Augenblick, in dem die Gasentwicklung aufhört. Dann hat man die Beschaffenheit nach Fig.4 erzielt. Anschließend wird die Phololackschicht 10 entfernt (siehe F i g. 5) und nach dem Sintern der Metallschichten 8 und 9 mit dem Substrat 1 bei hoher Temperatur wird der Transistor in üblicher Weise mit Anschlußleitern und ggf. mit einer Hülle versehen.
Beispiel Il
Zur Herstellung eines anderen Planartransistors ist der Vorgang ärmlich dem nach Beispiel 1 bis einschließlich zum Ätzen der Silberschicht 69. Darauf wird auf der Chromschicht 68 mittels der Photolackschicht 70 als Maske in üblicher Weise eine Maskierungsschicht 71 aus Aluminium durch Aufdampfen angebracht (siehe Fig. 6). Diese Maskierungsschicht 71 befindet sich nicht unterhalb von den über die Silberschicht 69 hinausragenden Teilen der Photolackschicht 70.
Fig. 6 zeigt ein Substrat 61, eine Basiszone 62, eine Emitterzone 63, eine Kollektorzone 64, eine Siliziumoxidschicht 65, eine Emitierkontaktöffnung 66 und Basiskontaklöffnungen 67 in dieser SiO2-Schicht 65.
Auf gleiche Weise wie im Beispiel I wird die Photolackschicht 70 mit Acetondampf erweicht, so daß der in Fig. 7 dargestellte Zustand entsteht. Bei der darauffolgenden Belichtung dient die Maskierungsschicht 71 an der Stelle, wo sie die Silberschicht 69 bedeckt, als Photomaske, wodurch nach dem Lösen des belichteten Teiles der ausgedehnten Photolackschicht 70 in dem entsprechenden Lösungsmittel und nach dem Entfernen der Aluminiumschicht 71 die Oberfläche der Chromschicht 68 für die Ätzfliissigkeit gut zugänglich ist (siehe Fig.8). Die Zugänglichkeit wird bei dieser Ausführungsform des Verfahrens dadurch begünstigt, daß die Photolackschicht 70 steile Flanken aufweist.
Die Ätzung der Chromschicht 68 und die weiteren Bearbeitungen erfolgen in gleicher Weise wie im Beispiel I.
Zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung kann als Substrat ? B. ein anderes Halbleitermaterial wie Silizium oder ein isolierendes Material gewähli werden. Die schnelle Ätzung ist auch bei änderet Kombinationen von weniger edlen und edlerei Metallen als Cr und Ag festgesteit worden, z. B. bei der Kombinationen Cr, Au und Ti, Au. Als ätzbeständig« Schichten können außer Photolackschichten' ζ. Β Schichten aus bestimmten Wachsarten und thermopla stischen Materialien benutzt werden.
35
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

20 10 Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauteilen mit einem mit Metallschichten versehenen Substrat, bei dem eine aus einem weniger edlen Metall bestehende auf dem Substrat aufgebrachte Schicht, die in einer Kontaktfläche von einer aus einem edleren Metall bestehenden Schicht bedeckt ist, unter Verwendung einer ätzbeständigen Schicht geätzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ganze Schicht (9) aus edleren! Metall und der über die Kontaktfläche überstehende Teil der Schicht (8) aus weniger edlem Metall wenigstens über einen Streifen längs des Randes der Kontaktfläche mit der ätzbeständigen Schicht (10) bedeckt werden, bevor die Schicht (8) aus weniger edlem Metall geätzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (9) aus edlerem Metall geätzt und darauf die ätzbesländige Schicht (10) derart erweicht wird, daß sie ausweicht und den Rand der Schicht aus edlerem Metall und den an diesem Rand anliegenden Streifen der Schicht (8) des weniger edlen Metalls bedeckt.
3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die ätzbeständige Schicht (10) durch Behandlung mit einem l.ösungs- oder Quellmittel erweicht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungs- oder Quellmittel in Dampfform verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß nach dein Ätzen der Schicht (9) des edleren Metalls auf der metallbeschichteten Seite des Substrats eine Maskierungsschicht (71) niedergeschlagen wird, worauf die ätzbeständige Schicht (70) erweicht und dann die Maskierungsschich! entfernt wird (Fig.6-8).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d.idurch gekennzeichnet, daß als ätzbeständige Schicht (70) eine Phctolackschicht verwendet wird.
7. Verfahren nach Ansprüchen 4 und 6 oder 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Halbleiterkörper (4) verwendet wird, der mit einer Oxidschicht (5) versehen wird, in der Fenster (6, 7) angebracht werden, worauf auf der Oberfläche der Oxidschicht und den in den Fenstern aufgedeckten Teilen des Halble-terkörpers (4) nacheinander eine Chromschicht (8) und eine Silberschicht (9) niedergeschlagen werden, auf der eine positive, öffnungen enthaltende Photolackschicht (10) angebracht wird, und daß nach dem Ätzen ds-r Silberschicht (9) die Photolackschicht (10) mit Aceton in Dampfform erweicht wird.
DE19702010701 1969-03-14 1970-03-06 Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauteilen Expired DE2010701C3 (de)

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NL6903930A NL6903930A (de) 1969-03-14 1969-03-14
NL6903930 1969-03-14

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2010701A1 DE2010701A1 (de) 1970-10-01
DE2010701B2 DE2010701B2 (de) 1976-07-29
DE2010701C3 true DE2010701C3 (de) 1977-03-10

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