DE2208461A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

PHB.32129 Va/MK Dipl.-Ing. ERICH E. V/ALTHER 2208461

miL'-r: S. V. ^!i.Li.V JLCC LAWPEmFABRIEKEÄ

Anmeldung vom· jy ~ ι C₁ "V η

"Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung".

Die Erfindung bezieht aich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper mit praktisch rechteckigen einander gegenüber liegenden Hauptoberflächen, wobei mindestens zwei Gebiete verschiedener Leüfähigkeitetypen sich an der einen Hauptoberfläche erstrecken und durch zwei Elektroden kontaktiert sind, die sich auf der erwähnten einen Hauptoberfläche zu beiden Seiten einer Linie erstrecken, die die erwähnte rechteckige Oberfläche in zwei Teile unterteilt. Die Erfindung bezieht sich ins-

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besondere, aber nicht ausschliesslich, auf ein Verfahren zur Herstellung eines gesteuerten bilateralen Halbleiterschaltungselements und auf eine durch Anwendung dieses Verfahrens hergestellte Halbleiteranordnung.

Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen ist es üblich, gleichzeitig eine Anzahl von Schaltungselementen in demselben scheibenförmigen Halbleiterkörper in Form einer Platte mit einer grossen Oberfläche herzustellen, indem auf der einen Oberfläche Bearbeitungen, wie Oxydation, Aetzung, Diffusion und Kontaktierung auf einer Anzahl aneinander grenzenden rechteckiger Teile der Oberflache durchgeführt werden und danach der Körper längs orthogonaler Grenzlinien der rechteckigen Oberflächenteile unterteilt wird, so dass eine Anzahl einzelner Schaltungselemente erhalten werden. DiesesTerfahren wird am häufigsten bei der Herstellung rom. transistoren und integrierten Schaltungen verwendet« Elektrodenverbindungen an der einen Hauptoberfläche mit Gebieten verschiedener Leitfähigkeitstypen werden üblicherweise durch gesonderte Teile einer gewöhnlich verwendeten Metallschicht hergestellt, welche Metallschicht nach dem Anbringen der Gebiete durch Diffusion und nach dem Anbringen von Oeffnungen in einer isolierenden Oberflächenschicht, durch die Teile dieser Gebiete frei gelegt werden, niedergeschlagen worden 1st. Das Anbringen der

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Oeffnungen in der Isolierschicht und der erwähnten Teile der gewöhnlich verwendeten Metallschicht wird z.B. durch photolithographische Aetzverfahren durchgeführt. Für eine Scheibe mit einer Vielzahl von Schaltungselementen erfordert dies kritische Maskierungs- und Ausrichtschritte.

Halbleiteranordnungen, die für "full-wave"-Leistungssteuerung eines Wechselstroms geeignet sind, sind bekannt und enthalten meistens einen Halbleiterkörper mit fünf aufeinander folgenden Gebieten abwechselnder Leitfähigkeitstypen, die sich zwischen einander gegenüber liegenden Hauptoberflächen des Körpers erstrecken und dazwiechen drei pn-Uebergänge bilden. Diese Anordnungen enthalten üblicherweise zwei Hauptetromelektroden, von denen sich eine an jeder Hauptoberfläche befindet, und eine einzige Torelektrode an einer der Hauptoberflächen; sie sind unter der Bezeichnung ^wTriacs^w bekannt. Die Anordnungen sind bilateral und können einen leitenden Zustand in beiden Richtungen aufweisen, wenn eine Wechselstromquelle über den Hauptstromelektroden angeordnet ist. Sie können in entweder dem ersten oder dem dritten Quadranten in den leitenden Zustand gebracht werden, indem an die Torelektrode ein geeignetes Potential angelegt wird. Bei dem am häufigsten vorkommenden Aufbau eines ^?lTriac"-Elements kann in dem ersten und in

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dem dritten Quadranten mit einer Spannung geschaltet werden, die entweder positiv oder negativ in bezug auf die Spannung an der benachbarten Hauptstromelektrode an derselben Hauptoberfläche ist. In bezug auf die Form des Halbleiterkörpers gibt es grundsätzlich zwei Bauarten eines ⁿTriac"-Elements. Bei einer dieser Bauarten ist der Körper im allgemeinen rechteckig und erstrecken eich die äusseren Gebiete parallel zu den Rändern dee Körpers, gleich wie die beiden Elektroden an der einen Hauptoberfläche des Körpere. Bei der anderen Bauart weist der Körper die Form einer Scheibe mit einer verhältnismäseig komplexen Anordnung der äusseren Gebiete und deren gegenseitiger Ueberlappung auf einander gegenüber liegenden Seiten der Scheibe, auf, wobei die forelek-... trode in der Mitte der einen Seite der Scheibe angebracht ist und eine der Hauptetromelektroden ale ein die mittlere Torelektrode umgebender Ring angeordnet ist* Bei der Herstellung dieser Anordnungen ist es aus wirtschaftlichen Gründen wünschenswert, Bearbeitungen, wie Oxydation, Diffusion und Kontaktierung zur Bildung einer Anzahl von "Triac"-Elementen, auf derselben Scheibe durchzuführen und anechliessend die Scheibe zu unterteilen, Als Ausgangsmaterial kann ein Körper in Form einer Platte verwendet werden, wobei die Unterteilung der Platte in Scheiben durch ein UItraschallvorfahren erfolgt. Diese

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Technik eignet sich aber am besten für Anordnungen mit einer grossen Oberfläche und einem verhältnismässig hohen Strom, weil die Anzahl plattenförmiger "Triac"-Elemente, die auf derselben Scheibe hergestellt werden kann, beschränkt ist. Für Anordnungen mit einer kleinen Oberfläche und einem verhältnisnassig niedrigen Strom liegt die Wahl der Rechteckform des Halbleiterkörpers auf der Hand, weil die Möglichkeit besteht, eine Vielzahl von ^wTriac"-Elementen auf wirtschaftliche Weise aus ein und derselben Materialecheibe herzustellen. Bei der Herstellung derartiger rechteckiger "Triacⁿ-Elemente auf ein und derselben Scheibe ist das Anbringen der beiden Elektroden auf einer Hauptoberfläche eine Bearbeitung bei der erwünechtenfalls groese Ersparungen erzielt werden könnten, weil das Anbringen von Oeffnungen, z.B. in einer Oxydschicht, und das Anbringen einer anschlieesend aufgedampften Hetailschicht durch photolithographische Aetzverfahren kritische Bearbeitungen aind, die kritische Maskierungsausrichtschritte erfordern. Je nachdem das endgültige Elektrodenmuster verwickelter wird, ist im allgemeinen die Ausrichtung kritischer.

Derartige Erwägungen treffen auch bei anderen Anordnungen mit zwei Elektroden auf einer Hauptoberfläche, z.B. Translatoren und Thyristoren, zu·

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Her-

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stellung einer Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Anzahl von Halbleiterschaltungselementen auf einer Anzahl aneinander grenzender rechteckiger Oberflächenteile an einer Hauptoberfläche eines Halbleiterkörper Gebiete verschiedener Leitfähigkeitstypen gebildet werden, wobei an jeden Oberflächenteil zwei Gebiete verschiedener Leitfähigkeitstypen grenzen, wonach Klektrodenschichten auf dieser Hauptoberfläche dadurch angebracht werden, dass eine Anzahl sich praktisch parellel zueinander erstreckender Metallstreifen gebildet werden, die praktisch parallel zu einem Satz zueinander paralleler Diagonalen der erwähnten rechteckigen Oberflächenteile verlaufen, wobei jeder der erwähnten OberflächenteHe durch zwei nebeneinander liegende Metallstreifen kontaktiert wird, die zu beiden Seiten der parellel zu diesen Metallstreifen verlaufenden Diagonale des erwähnten rechteckigen Oberflächenteiles liegen, und dass nach dem Anbringen der Elektroden-Metallstreifen der Halbleiterkörper mit den angebrachten Elektroden längs der Grenzlinien der erwähnten rechteckigen Oberflächenteile unterteilt wird, bo dass eine Anzahl von Schaltungeelementen erhalten werden, die an je einer rechteckigen Hauptoberfläche zwei praktisch parellele Elektroden aufweisen, die eich zu beiden einer Diagonale der erwähnten Hauptober-

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flflche befinden.

Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens können die Herstellungskosten erheblich herabgesetzt werden, weil das Anbringen der Elektroden auf den rechteckigen Oberflächenteilen, auf denen sich ein Schaltungselement befindet, das die Form zueinander parelleler Metallstreifen aufweist, die sich über den gemeinsamen Halbleiterkörper erstrecken, auf verhältnismässig einfache und billige Weise und vorteilhaft ohne Anwendung eines photolithographischen Aetzverfahrens erfolgen kann, wie nachstehend beschrieben werden wird. Wenn die zueinander praktisch parallelen Metallstreifen parallel zu einer Diagonale angebracht werden, ist dieses Kontaktierunge verfahr en besonders günstig, weil die beiden sich diagonal erstreckenden Elektrodenstreifen eine gröseere Oberfläche haben können als der Fall wäre, wenn sie parallel zu einer der Seiten des rechteckigen Oberflächenteiles angebracht werden müssten. Die grössere Oberfläche ist vorteilhaft bei der Anbringung weiterer Verbindungen init den lietal3streifen, die z.B. dadurch hergestellt, werden, dass an diesen Metallstreifen An-Rchluesleiter durch Wärme-Druck-Binden oder durch ein unmittelbares Lötverfahren befestigt werden. Die diagonalo Kontaktierung wird vorteilhaft angewendet, wenn dio rechteoli/,en OberflSelienieile quadratisch gestaltet

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sind. Die Metallstreifen weisen vorzugsweise alle die gleiche Breite auf. Wenn die rechteckigen Oberflächenteile quadratisch gestaltet sind, können die beiden Elektrodenstreifen auf jedem Schaltungselement die gleiche Oberfläche haben und zu der Diagonale symmetrisch angebracht werden. Dies kann bei der Herstellung bestimmter Formen von ^MTriac^w-Elementen günstig sein, wie nachstehend beschrieben werden wird.

Nach einer bevorzugten Aueführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Lagen der praktisch zueinander parallelen Metallstreifen an der einen Hauptdberflache mit Hilfe einer Wachsmaskierung festgelegt, die an der einen Hauptoberfläche dadurch erhalten wird, dass V/achs durch Oeffnungen in einer Metallmaske, die auf der einen Hauptoberfläche angebracht ist, hindurchgespritzt wird. Bei einer derartigen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens können die Herstellungskosten wesentlich herabgesetzt werden, weil die Verwendung eines photolithographischen Aetzverfahrens nicht erforderlich ist. Die Technik, bei der Wachs durch eine Metallmaske hindurchgespritzt wird, kann Anwendung finden, weil das Elektrodenmuster in Form einer Anzahl sich parallel zueinander erstreckender Streifen ein besonders einfaches Muster und die erforderliche Metallmaske eine einfache Maske ist, weil sie nur eine Anzahl sich parallel

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erstreckender streifenförmiger Oeffnungen aufzuweisen braucht, die z.B. durch eine verhaltnismässig billige Technik, wie Funkenerosion, angebracht werden können. Ferner braucht, dank der verhaltnismässig einfachen Form des Elektrodenmusters, die Ausrichtung de* Metallmaske nicht besonders kritisch zu sein.

Die genannte bevorzugte Ausftihrungsform, bei der die Lagen der Elektrodenstreifen durch das Spritzen von Wachs festgelegt werden, kann auch das Merkmal aufweisen, dass die Wachsmaske in Form von Streifen auf Teilen einer Isolierschicht angebracht wird, die auf der einen Hauptoberfläche gebildet wird, wobei die verbleibenden Teile der Isolierschicht anschliessend mit Hilfe eines Aetzmittels entfernt werden, das die Wachsmaske praktisch nicht angreift, wonach auf den frei gelegten Teilen der Oberfläche des Halbleiterkörper die Elektroden-Metallstreifen gebildet werden. Die Metallstreifen können durch Aufdampfen einer Metallschicht auf die ganze Oberfläche - einschliepslich der frei gelegten Teile der Oberfläche des Halbleiterkörper und der Wachsmaske - und durch anschliessende Lftsung der Wachsmaske und der darauf liegenden Metallstreifen gebildet werden, ro da.i nur die Slektrodenstreifen \'erbleiben, die mit l<m fro L r<slogteri Teilen der Oberfläche des HalbleiterkMrperε in Berührung pail, liach Aetzung der unmaskierten I:.T)lior;-chicht t»i Ie urrJ nach anschließender Entfernung

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der Wachsmaske können die Elektrodenstreifen auch durch stromlose Ablagerung von Metall auf den frei gelegten Teilen der Oberfläche des Halbleiterkörper gebildet werden.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann auf jedem rechteckigen Oberflächenteil mindestens eine Diffusion zur Bildung von Gebieten verschiedener Leitfähigkeitstypen durchgeführt werden, die an die Oberfläche grenzen, wobei das Diffusionsmuster an der erwähnten Oberfläche zu der Diagonale symmetrisch ist. Diese Symmetrie des Diffusionsmuster ist günstig, wenn die beiden Elektroden des Schaltungselements untereinander verwechselbar sind, z.B. bei bestimmten Formen nachstehend zu beschreibender gesteuerter bilateraler Schaltungselemente, weil die beiden Elektroden dann mit gleichen Oberflächen und auch symmetrisch zu der Diagonale angebracht werden können. Dadurch können die weiteren Herstellungsschritte vereinfacht werden, wodurch die Herstellungskosten erheblich herabgesetzt werden.

Da? Verfahren nach der Erfindung lässt sich vorteilhaft bei der Herstellung eines gesteuerten bilateralen Halbleiterschaltungselements anwenden, an dessen einer rechteckigen Hauptoberfläche sich zwei Elektrodenmetallstreifen befinden, die eine Hauptetrorneiektrode und eine Torelektrode bilden.

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Bei einer Ausftthrungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, bei der ein derartiges gesteuertes bilaterales Schaltungselement gebildet wird, sind die aneinander grenzenden rechteckigen Oberflächenteile an der einen Hauptoberfläche des Körpers quadratisch gestaltet und werden auf jedem Oberflächenteil zwei diffundierte Oberflächenzonen gebildet, die praktisch gleiche Oberflächen haben und zu der Diagonale des Hauptoberflächenteiles symmetrisch angebracht sind, wonach die Elektroäenmetallstreifen derart angebracht werden, dass sie sich praktisch parallel zu den erwähnten Diagonalen der CJberflächenteile erstrecken. Ein derartiges gesteuertes bilaterales Halbleiterschal tmigf: ο lament Ist In der von Aii^el» derin gleichzeitig eingerelob/toii '■:.:. '^.r-o^i ?ateir>;ai"ffi<5l» dung Nr. 5711/71 beschrieben; es leb siöglioL·, ain« der beiden Elektroden an der einen Hauptoberfläche als Torelektrode und die andere Elektrode an der einen Hauptoberfläche als Hauptstromelektrode zn verwenden, wobei die Anordnung praktisch die gleichen Kennlinien für jede der beiden alternativen Schaltungen aufweist» Das Anbringen diagonal orientierter Elektroden durch Am/sn&img der erfindungsgemässen Verfahrens in Form von Teiler« der Metallstreifen führt eine erheblich© Herabse^simg der Herstellungskosten herbei. Wenn die S-'sr^.ifön die gleich« Breite aufweisen und zu den Diagonalen syffii;]ya:rlscii aiigu-

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bracht eind, ist die Orientation des Schaltungeelements, nach Unterteilung des Halbleiterkörper, nicht kritisch. Ferner ist eine der beiden streifenförmigen Elektroden zur Kontaktierung als Torelektrode verfügbar, während erwünschtenfalls das Element mit praktisch gleichen Klemmen für die Torelektrode und die angrenzende Hauptstromelektrode kontaktiert und in einer Umhüllung angebracht werden kann.

Die erwähnten diffundierten Zonen an der einen Hauptoberfläche können als eine Anzahl ununterbrochener diffundierter streifenförmiger Zonen gebildet werden, die eich zueinander parallel über die Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers in parallelen Reihen erstrecken, wobei die Mittellinien der ununterbrochenen streifenförmigen Zonen praktisch Grenzlinien der rechteckigen Oberflächenteile entsprechen. Durch diese Form der diffundierten Zonen wird die zur Durchführung der Diffusion erfordeliche Maskierung vereinfacht, weil die Technik, bei der Wachs durch eine mit Oeffnungen versehene Metallmaske hindurchgespritzt wird, zur Festlegung der Lage eines aus Wachs bestehenden Maskierungsmusters auf einer Isolierschicht auf der einen Hauptoberfläche verwendet werden kann, wobei die nicht maskierten Oberflächen der Isolierschicht entfernt werden, wonach Diffusion in die auf diese Weise frei gelegten Teile der Halbleiteroberfläche stattfindet. Dadurch, dass die diffundierten Zonen als streifenförmige

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sich in Reihen erstreckende Gebiete ausgebildet sind, kann die mit Oeffnungen versehene Metallmaske auf verhaltnismässig einfache Weise, z.B. durch Funkenerosion, mit einer Anzahl ununterbrochener in Reihen angeordneter Oeffnungen gebildet werden. Eine Metallmaske, die zur Festlegung der Lage eines für die Diffusion notwendigen Maskierungsmusters verwendet wird, kann etwas verwickelter als die Maske sein, die zur Festlegung der Lage des Maskierungsmusters für das Anbringen der Elektroden ver-. wendet wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Figuren 1 und 2 das Diffusionsmuster und die El3ktrodenschichten auf den einander gegenüber liegenden oberen bzw. unteren Hauptoberflächen eines Halbleiterkörpers eines gesteuerten bilateralen Halbleiterschaltungselements, das durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellt ist;

Figuren 3 und 4 senkrechte Schnitte durch den Halbleiterkörper längs der Linien III-III bzw. IV-IV der Fig. 1 sowie der Fig. 2;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil der Oberseite einer Siliciumscheibe, in der sich eine Anzahl von Schaltungselementen nach den Figuren 1 bis 4 befinden, wobei die Scheibe in einer Herstellungsstufe des erfindungsgemässen Verfahrens nach dem Anbringen der Elektroden-

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metallstreifen und vor der Unterteilung der Scheibe zur Bildung der einzelnen Elemente dargestellt ist;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine bei dem Verfahren nach der Erfindung verwendete Maske, und

Pig. 7 im Detail eine Draufsicht auf einen Teil der Maske nach Pig. 6.

Zunächst wird das gesteuerte bilaterale Halbleiterschaltungselement an Hand der Figuren 1 bis 4 beschrieben, wonach an Hand der Figuren 5 bis 7 die Herstellung dieses Elements durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben wird.

Die Anordnung nach den Figuren 1 bis 4 ist eine neue Bauart eines "Triac"-Elements, die bei einer effektiven Stromstärke von 8 A (R.M.S) oder weniger verwendbar ist; sie enthält einen scheibenförmigen Halbleiterkörper aus Silicium mit Abmessungen von 2,5 mm χ 2,5 mm und nit einer Dicke von 230 /um. Der Körper besitzt eine innere η-leitende Zone 21 (Figuren 3 und 4) mit einer Dicke von 110 «m und diffundierte erste und zweite äussere p-leitende Zonen 22 bzw. 23 mit je einer Dicke von 60/um, die sich auf der Unter- bzw. Oberseite des Siliciumkörpers erstrecken und pn-Uebergänge J^ bzw. J„ mit der inneren η-leitenden Zone 21 bilden. Eine erste diffundierte η-leitende Zone 24 mit einer Dicke von 15/um bildet einen pn-Uebergang J, mit der ersten p-leitenden Zone 22 und

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erstreckt sich auf der Unterseite des Körpers. Zweite und dritte diffundierte η-leitende Zonen 25 und 26 bilden pn-Uebergänge J. bzw, J,- mit der zweiten p-leitenden Zone 23; sie befinden sich beide auf der Oberseite des Körpers.

Die Uebergänge J^ und J2 erstrecken sich völlig über den Halbleiterkörper und enden an Seitenflächen· Der Uebergang J, endet teilweise an den Seitenflächen und teilweise an der Unterfläche des Körpers (siehe die gestrichelte Linie J^ in Fig. 2). Die Uebergänge J 4 und Jjenden teilweise an den Seitenflächen und teilweise an der oberen Fläche(siehe die gestrichelten Linien J und J,- in Fig. 1).

In den Figuren 1 und 2 sind die Ecken des quadratischen Siliciumkörpers mit den Buchstaben A, B, C und D bezeichnet. Die Figuren 1 und 2 zeigen beide eine Draufsicht. Wenn Fig. 1 längs der angrenzenden Diagonalen GD der Figuren 1 und 2 verschoben werden würde, bis sie der Fig. 2 überlagert wäre, würde sich eine Draufsicht auf den Gesamtkörper ergeben.

Auf der Unterseite des Körpers befindet sich eine in Fig. 2 schraffiert dargestellte Fietallschichtelektrode 27, die sich völlig über die Siliciumoberfläche auf der Unterseite erstreckt und aus einer Nickelschicht mit einer Dicke zwischen 2 und ⁷,um und einer darauf angebrachten

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Goldschicht mit einer Dicke von weniger als 1 yum besteht. Die Elektrode 27 bildet auf diese Weise auf der Unterseite dee SUiciumkörpers einen gemeinsamen ohmschen Kontakt mit der ersten p-leitenden Zone 22 und mit der ersten diffundierten η-leitenden Zone 24, wobei die Elektrode 27 den Uebergang J, an der Stelle, an der er sich an der Oberfläche befindet, kurzschliesst und eine erste Hauptstromelektrode bildet.

Die zweite und dritte diffundierte n-leitende Zone 25 und 26 sind an der Stelle, an der sie sich auf der Oberseite des Körpers erstrecken, zu der Diagonale CD zwischen einander gegenüber liegenden Ecken der Oberfläche symmetrisch angebracht. An der oberen Fläche befinden sich zwei Elektroden 28 und 29 in Form von Metallstreifen, die ebenfalls aus Nickel (2 bis 3/«m) und darauf angebrachtem Gold (< 1 yum)bestehen. Die Streifen weisen eine Breite von 1,0 mm auf. Diese Elektroden erstrecken sich praktisch parallel zu der Diagonale CD. Die Metallelektrode 28 bildet auf der Oberseite des Siliciumkörpers einen gemeinsamen ohmschen Kontakt mit der zweiten p-leitenden Zone 23 und der zweiten diffundierten η-leitenden Zone 25, wobei ein Teil des Uebergangs J. an der Stelle, an der er an der oberen Fläche endet, von der Elektrode 28 kurzgeschlossen wird. Die Metallschichtelektrode 29 bildet auf der Oberseite des Siliciumkörpers einen gemeinsamen ohmschen Kontakt

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mit der zweiten p-leitenden Zone 23 und der dritten diffundierten η-leitenden Zone 26, wobei ein Teil des Uebergangs Jc an der Stelle, an der er an der oberen Fläche endet, von der Elektrode 29 kurzgeschlossen wird. Die Elektroden 28 und 29 bilden zusammen eine zweite Hauptstromelektrode und eine Torelektrode; die alternatieven Schaltungaweisen für diese Elektroden sind beide möglich. Ferner besitzt die Anordnung, dank der besonderen Lagerung der n-leitenden Zonen 25 und 26 jeder Oberfläche in bezug auf die η-leitende Zone 24- und ihrer Symmetrie zu der Diagonale GD, praktisch die gleichen Kennlinien für die beiden alternativen Schaltungsweiaen: Für die beiden alternativen SchaltungBweisen kann die Anordnung in dem ersten und in dem dritten Quadranten mittels positiver oder negativer Spannungen an der Torelektrode 28 oder 29 in bezug auf die Spannung an der Hauptetromelektrode 29 oder 28 von dem nichtleitenden in den leitenden Zustand gebracht werden. Für eine detailliertere Beschreibung der Anordnung und der Konfiguration der verschiedenen sei auf die vorerwähnte britische Patentanmeldung Nr. 5711/71 verwiesen.

Die bedeutendeten Schritte bei der Herstellung eines Schaltungselemente nach den Figuren 1 bis 4- werden nunmehr an Hand der Figuren 5 bis 7 beschrieben. Es wird von einem Siliciumkörper in Form einer Scheibe aus n-leitendem Material mit einem spezifischen Widerstand von 25/J.cm, einem Durchmesser von 35 mm und einer Dicke von

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0,35 mm auegegangen. Durch lappen und Aetzen vor dem ersten Diffusionsschritt wird die Scheibe derart bearbeitet, dass sie auf den beiden Hauptflächen optisch flach wird. Diffusion von Akzeptorverunreinlgunge» in einander gegenüber liegende Hauptoberflächen der Scheibe wird ssur bildung der äueeeren p-leitenäen Zonen 22 und 23 und der Uebergänge J«, und J₂ durchgeführt, welche Usbergängt eioh auf Je einer Tiefe von etwa 60 «m von der betreffenden Oberfläche her befinden.

Durch Anwendung einei in der Halblelterteohnik üblichen Verfahrene wird die Scheibe auf allen Oberflächen mit einer Oxydschicht versehen. Dann werden auf den Oxydschichten Maskierungsschichten auf einander gegenüber liegenden Selten der Scheibe angebracht« wobei d-ie Maekierungeschichten das Muster aufweisen, das zum Erhalten der äueseren diffundierten η-leitenden Zonen 24» 25 und 26 erwünscht ist, die an einer Anzahl Stellen der Scheibe dadurch erzeugt werden, dasβ Phosphor in die frei gelegten Siliciumteile hineindiffundiert wird, di· durch örtlich· Entfernung der Oxydachichten in den Oeffnun«en in der Maekierungiechlcht gebildet werden. Die Maakierungfschiohten können durch Anwendung eines Photoretervierungeroitt«!« gebildet werden. Eine bevorzugte Aueführungiform benutat jedoch die Technik, bei der Wache djurch oeffnungen in metallenen auf den Oberflächen angebrachten Maskenplatten hindurohgespritit wird. Die Bildung dea Maskierungsmuettre an der oberen

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Fläche wird nachstehend im Detail beschrieben. Die Maskierung und die anschliessende Phosphordiffusion werden derart durchgeführt, dass auf jedem einer Anzahl aneinander grenzender quadratischer Teile der Scheibe die n-leitenden Zonen 24, 25 und 26 erzeugt werden. Die Uebergangstiefen der η-leitenden Zonen 24, 25 und 26 sind in jedem eilzelnen Fall etwa 15 «m, während die Phosphoroberflächenkonzentration etwa 10 Atome/_cm^ beträgt.

Dank der während des Phosphordiffusionsschrittes auftretenden Oxydation bedecken Oxydschichten an der oberen und unteren Fläche diese Oberflächen der Scheibe. Ein weiteres Maskierungsmuster wird danach an der oberen Fläche auf folgende Weise angebracht. Die Scheibe v/ird zusammen mit einer Metallmaske 41, wie in Fig. 6 dargestellt ist, in einem Halter auf der Oxydschicht auf der oberen Fläche angeordnet. Diese Maske besteht aus einer Metallplatte mit einer Anzahl von Oeffnungen und ist aus Streifen 42 aufgebaut, die durch Funkenerosion erhalten werden. Fig. 7 zeigt im Detail einen Teil der Maske, wobei die verbleibenden Metallteile zwischen den Oeffnungen 42 durch eine schraffierte Linie angedeutet sind. Die orthogonalen gestrichelten linien 44 und 45 in Fig. 7 definieren eine Anzahl aneinander grenzender quadratischer Teile mit Abmessungen von 2,5 mm χ 2,5 mm, deren Flächeninhalt dem der quadratischen Oberflächenteile an den Stellen der Scheibe entspricht, an denen die Phosphordiffusion zur

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Bildung der η-leitenden Zonen 24, 25 und 26 stattgefunden hat. Die Metallmaske 41 wird in dem Halter in bezug auf die Scheibe derart ausgerichtet, dass die quadratischen Teile auf der Maske praktisch den erwähnten Stellen auf der Scheibe entsprechen. Die Oeffnungen 42 erstrecken sich parallel zu Diagonalen der quadratischen Teile, während sich für den quadratischen Teil ABCD, der in Fig. 7 dargestellt ist, auf der der Diagonale CD gegenüber liegenden Seite zwei Streifen 46 der Metallmaske erstrecken. Die Streifen 46, die je eine Breite von 1 mm aufweisen, sind zu der Diagonale CD symmetrisch angebracht und entsprechen in bezug auf Flächeninhalt und Lage den anschliessend anzubringenden Elektrodenschichten. Ein Maskierungsmuster aus Wachs wird dadurch auf der Oberfläche der Oxydschicht angebracht, dass Wache auf die Maske 41 aufgespritzt wird. Nach Entfernung der Maske besteht das Muster aus einer Anzahl diagonaler Wacheβ trelfen, die in bezug auf ihre Lage den Oeffnungen 42 entsprechen. Die unmaekierten Stellen der Oxydschicht an der oberen Fliehe werden dann durch letzen mit Fluorwasserstoffsäure entfernt. Zu gleicher Zeit wird die auf der gegenüberliegenden unteren Fläche liegende Oxydschicht mittels Fluorwasserstoffsäure entfernt. Anschlieesend wird die Wachsmaske auf der Oberseite entfernt. Danach werden Elektrodenechichten auf den streifenfBrmigen frei gelegten Siliciumoberflächenteilen an der durch Oxyd maskierten oberen Fläche und an der vollständigen frei

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gelegten unteren Fläche durch stromlose Ablagerung zunächst von Nickel (2 bis 3 /um) und dann von Gold ( O ,um) angebracht. Auf diese Weise werden auf der oberen Fläche eine Anzahl sich parallel erstreckender Ketallschichtelektrodenstreifen gebildet und bildet sich auf der unteren Fläche eine ununterbrochene Elektrodenschicht.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Oberseite eines Teiles des Siliciumkörpers nach der Bildung der Ifetallschichtelektrodenstreifen. In der Mitte der Figur ist eine Anordnung mit einer quadratischen Oberfläche mit Diagonalen A-B und C-D (siehe Figuren 1 und 2) und mit durch schraffierte Linien angedeuteten Elektroden 28 und 29 dargestellt. Die waagerechten Linien 44 und die senkrechten Linien 45 geben die Stellen an, an denen die für die Unterteilung erfordelichen Sägeschnitte angebracht werden sollen. Aus der Figur ist ersichtlich, dass die Elektroden 28 und 29 in der mittleren Anordnung einen Teil ununterbrochener Streifen bilden, die sich parallel zu der Diagonale C-D erstrecken. Der Streifen, aus dem die Elektrode 28 der mittleren Anordnung gebildet wird, bildet auch die Elektrode 29 in der sofort unter der mittleren Anordnung liegenden Anordnung und die Elektrode 28 in der sofort rechts von der letzteren Anordnung liegenden Anordnung. Der Streifen, aus dem die Elektrode 29 der mittleren Anordnung gebildet wird, bildet auch die Elektrode 28 der sofort oberhalb der mittleren Anordnung liegenden Anordnung

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und die Elektrode 28 der sofort rechts von der mittleren Anordnung liegenden Anordnung. Pig. 5 zeigt die Form des Diffusionsmusters der η-leitenden Zonen 25 und 26 über angrenzenden Teilen der Scheibe. Die IJ&ergänge J. und J₅ enden beide an den beiden Seiten A-C und B-D. Bei einem derartigen Abschluss der Uebergänge ist die Kontinuität der η-leitenden Zonen 25 und 26 in senkrechter Richtung aneinander grenzender Stellen gesichert, so dass die äusseren p-leitenden Zonen 23 in waagerechter Richtung aneinander grenzender Stellen ununterbrochen sind. Diese p-leitenden Zonen 23 erstrecken sich also in streifenförmigen Reihen auf der Scheibe, gleich wie die n-leitenden Zonen 25 und 26. Dies führt zu einer gewissen Vereinfachung der Maskierung, die bei der Bildung der n-leitenden Zonen 25 und 26 durch Diffusion von Phosphor in frei gelegte Oberflftchenteile der Scheibe erforderlich ist, wobei eine selektive Aetzung der Oxydschicht auf der Oberseite durchgeführt wird. Die verwendete Metallmaske besteht aus einer A_nzahl streifenförmiger Oeffnungen* deren Umfang und Lage der p-leitenden zu verbleibenden Zone 23 entsprechen. Die Oeffnungen, durch die Wachs hindurchgespritzt worden ist, erstrecken sich in Reihen parallel zu den Linien 44, während infolge der Kontinuität der p-leitenden Zone 23 die Oeffnungen in der Maske in jeder Reihe ununterbrochen sind. Dadurch kann die Metallmaske auf verhältnismäesig billige Weise durch Funkenerosion gebildet werden.

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Nach der Bildung der Elektrodenschichten wird die Scheibe der Linien 44 und 45 durch Sägen unterteilt. Dann wird jedes erhaltene Schaltungselement A-B, C-D einer Aetzbehandlung unterworfen, um eine etwaige Beschädigung der Seitenflächen, die durch Sägen aufgetreten sein kann, zu "beseitigen. Schliesslich wird jedes Schaltungs element auf einer geeigneten Grundplatte montiert und durch ein in der Halbleitertechnik übliches Verfahren werden die Elektrodenanschlüsse hergestellt.

Das Verfahren nach der Erfindung lässt sich auch bei der Herstellung anderer Anordnungen mit zwei an einer Hauptoberfläche liegenden Elektroden, z.B. Transistoren und Thyristoren, anwenden. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen Beispiele und im Rahmen der Erfindung sind viele AbwndLungen möglich; insbesondere können andere Geometrien der Halbleiterzonen und können für den Halbleiterkörper, die Metallstreifen und die Isolierenden und maskierenden Schichten statt der in den Beispielen genannten Materialien andere Materialien verwendet werden. Auch können alle Leitfähigkeitstypen gleichzeitig durch die entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen ersetzt werden, wenn, die angelegten Vorspannung umgekehrt werden.

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Claims (13)

1. Patentansprüche:

   Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper mit praktisch rechteckigen einander gegenüber liegenden Hauptoberflächen, wobei mindestens zwei Gebiete verschiedener Leitfähigkeitstypen sich an der einen Hauptoberfläche erstrecken und durch zwei Elektroden kontaktiert sind, die sich auf der erwähnten einen Hauptoberfläche zu beiden Seiten einer Linie erstrecken, die die erwähnte rechteckige Oberfläche in zwei Teile unterteilt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Anzahl von Halbleiterschaltungeelementen auf einer Anzahl grenzender rechteckiger Oberflächenteile an einer Hauptoberflä_che eines Halbleiterkörpers Gebiete verschiedener Leitfähigkeitetypen gebildet werden, wobei an jeden Oberflächenteil zwei Gebiete verschiedener Leitfähigkeitstypen grenzen, wonach Elektrodenschichten auf dieser Hauptoberfläche dadurch angebracht werden, dass eine Anzahl sich praktisch parallel zueinander erstreckender Metallstreifen gebildet werden, die praktisch parallel zu einem Satz zueinander paralleler Diagonalen der erwähnten rechteckigen Oberflächenteile verlaufen, wobei jeder der erwähnten Oberflächenteile durch zwei nebeneinander liegende Metallstreifen kontaktiert wird, die zu beiden Seiten der parallel zu diesen Metallstreifen verlaufenden Diagonale des erwähnten rechteckigen Oberflächenteiles liegen, und dass nach dem Anbringen der Elektroden-

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   Metallstreifen der Halbleiterkörper mit den angebrachten Elektroden längs der Grenzlinien der erwähnten rechteckigen Oberflächenteile unterteilt wird, so dass eine Anzahl von Schaltungselementen erhalten werden, die an je einer rechteckigen Hauptoberfläche zwei praktisch parallele Elektroden aufweisen, die sich zu beiden Seiten einer Diagonale der erwähnten Hauptoberfläche befinden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rechteckigen Oberflächenteile quadratisch gestaltet sind.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstreifen alle praktisch die gleiche Breite aufweisen.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die praktisch zueinander parallel verlaufenden Metallstreifen mit Hilfe einer Maske erhalten werden, die dadurch auf einer Hauptoberfläche angebracht wird, dass Wachs durch Oeffnungen in einer auf der Hauptoberfläche angebrachten Metallmaske hindurchgespritzt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsmaske in Form von Streifen auf Teilen einer Isolierschicht angebracht wird, die auf der einen Hauptoberfläche angebracht ist, wobei die verbleibenden Teile der Isolierschicht anschliessend mit Hilfe eines

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   Aetzmlttels, das die Wachsmaske praktisch nicht angreift, weggeätzt werden, wonach auf den freigelegten Teilen der Halbleiteroberfläche eine Metallschicht angebracht wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstreifen durch stromlose Ablagerung von Metall auf den freigelegten Teilen der Oberfläche des Halbleiterkörpers gebildet werden.
7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem rechteckigen Oberflächenteil mindestens eine Diffusion zur Bildung der Gebiete verschiedener Leitfähigkeitstypen durchgeführt wird, welche Gebiete an die Oberfläche grenzen, wobei das Diffusionsmuster auf der erwähnten Oberfläche zu der Diagonale symmetrisch ist.
8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche

   1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein gesteuertes bilaterales Halbleiterschaltungselement hergestellt wird, wobei die erwähnten auf einer rechteckigen Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers angebrachten Metallstreifen eine Hauptstromelektrode und eine Torelektrode bilden.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinander grenzenden rechteckigen Oberflächenteile quadratisch sind, und dass auf jedem Oberflächenteil zwei diffundierte Überflächenzonen mit praktisch gleichem Flächeninhalt gebildet werden, die zu einer Diagonale des Oberflächenteiles symmetrisch angebracht sind, wonach die

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   Elektrodeninetallstrejfen praktisch parallel zu den erwähnten Diagonalen der Oberflächenteile angebracht werden.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten diffundierten Oberflächenzonen an der einen Haupt ober fläche als eine Anzahl U2"/ at erbrochener zueinander paralleler diffundierter streifenförmiger Gebiete ausgebildet werden, die sich an der Oberfläche des Halbleiterkörpers in parallelen Reihen erstrecken, wobei die Mittellinien der ununterbrochenen streifenförmigen Zonen praktisch den Grenzlinien der rechteckigen Oberflächenteile entsprechen.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ununterbrochenen diffundierten streifenförmigen Gebiete mit Hilfe einer Maske erhalten werden, die an der einen Hauptoberfläche dadurch angebracht wird, dass Wachs durch Oeffnungen in einer auf der einen Hauptoberfläche angebrachten Metallmaske hindurchgespritzt wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsmaske in Form einer Anzahl zueinander paralleler streifenfbrmiger Gebiete angebracht wird, die sich über die Oberfläche einer Isolierschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers in parallelen Reihen erstrecken, wobei die verbleibenden Teile der Isolierschicht anechliessend mit Hilfe eines Aetzmittels, das die Wachsmaske

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    praktisch nicht angreift, entfernt werden, wonach die Diffusion in die frei gelegten Teile der Halbleiteroberfläche durchgeführt wird.
13. 13. Halbleiteranordnung, die durch Anwendung eines Verfahrene nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.

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    Leersei-te