DE2360055A1 - Stuetzleiter-bauteil und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Stuetzleiter-bauteil und verfahren zur herstellung desselben

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DE2360055A1 DE19732360055 DE2360055A DE2360055A1 DE 2360055 A1 DE2360055 A1 DE 2360055A1 DE 19732360055 DE19732360055 DE 19732360055 DE 2360055 A DE2360055 A DE 2360055A DE 2360055 A1 DE2360055 A1 DE 2360055A1
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Description

Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr.-lng. R. König ■ Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte · 4ooo Düsseldorf so ■ Cecilienallee 7S · Telefon 432732
3O0 November 1973 29 002 B
RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza* New York, N.Ye 10020 (V0St4A.)
"Stützleiter-Bauteil und Verfahren zur Herstellung desselben"
Die Erfindung betrifft Stützleiter-Bauteile sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung«, Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit Stützleiter-Dioden für Frequenzen im Mikrowellen-= und Millimeterwellenbereich sowie mit einem Verfahren zur Herstellung solcher Diodeno
Für Hochfrequenzanwendungsfälle geeignete Dioden müssen eine nach Möglichkeit sehr geringe Übergangskapazität habeno Daher werden Dioden für solche Anwendungsfälle vorzugsweise in sehr geringen Durchmessernf Z0B0 2 bis 12 Um9 hergestellt, um eine geringe Übergangskapazität zu erzielen0 Di«e geringen Abmessungen solcher Dioden haben ein Problem hinsichtlich der Handhabe der Diode und hinsichtlich äußerer elektrischer Anschlüsse geschaffen. Eine Lösung dieses Problems sind die sogenannten nStützleiter "-Bauteile β Ein Stützleiter-Bauteil ist ein Halblei terbauteil, bei dem während seiner Herstellung eine Metallschicht auf dem Halbleitermaterial niedergeschlagen wirde Diese Metallschicht bildet eine. Halterung für das Bauteil und gleichzeitig dient sie zur Herstellung der elektrischen Kontakte am BauteilB
Ein bisher bei Stützleiter-Bauteilen auftretendes Pro-» blem lag in der Ausfluchtung der beim Niederschlagen der die Stützleiter bildenden Metallschicht verwende-
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ten Masken. Dieser Ausrichtvorgang war infolge der geringen Abmessungen der verwendeten Bauteile und der Art und Weise, in welcher die Stützleiter-Bauteile hergestellt wurden, schwierig. Der Lösung dieses Problems dient die vorliegende Erfindung.
Erfindungsgemäß wird ein Halbleiter-Bauteil vorgeschlagen, das aus wenigstens einer Schicht aus Halbleitermaterial besteht und eine Ober- und eine Unterseite hat; ein erster langgestreckter Metallkontakt ist auf der Oberseite des Halbleitermaterials angebracht, wobei dieser Metallkontakt zwei Enden aufweist, die jeweils über die Oberfläche des Halbleitermaterials vorstehen; ein zweiter langgestreckter Metallkontakt ist auf der Unterseite des Halbleitermaterials angeordnet, der ebenfalls zwei Enden aufweist, die jeweils über die Unterseite des HaIbleitermaterials hinausragen, wobei der zweite Metallkontakt relativ zum ersten langgestreckten Metallkontakt winkelversetzt ist und den ersten Kontakt überkreuzt und das Halbleitermaterial an der Kreuzungsstelle zwischen den Kontakten liegt.
Außerdem wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauteils angegeben, welches sich dadurch auszeichnet, daß auf einem geeignet dotierten Stück Halbleitermaterial mit zwei Seiten auf der ersten Seite ein erster Satz von langgestreckten Metallkontakten niedergeschlagen wird; daß dann auf der zweiten Seite des Halbleitermaterial-Stücks ein zweiter Satz von langgestreckten Metallkontakten derart niedergeschlagen wird, daß der zweite Kontaktsatz quer zum ersten Kontaktsatz verläuft, und daß das Halbleitermaterial schließlich einer Ätzbehandlung unterzogen wird, durch die das gesamte nicht jeweils zwischen dem ersten und zweiten Kontaktsatz liegende Halbleitermaterial entfernt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert s und zwar zeigern
Figo 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stützleiter-Diode; " ■
1a eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in Fig. dargestellten Diode;
eine Sehnittansicht durch ein Halbleiterscheibe chen mit eindotierten Halbleiterschichteng
Fig. ff eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 gezeigten, dotierten Halbleiter-Scheibchens im Anschluß an das Niederschlagen und die Bildung von Metallkontakten;
Figo 4 eine Schnittansicht des in FIg0 2 gezeigten dotierten Halbleiter-Scheibchens, im Anschluß an das Niederschlagen und Aufbringen von Me.tallkontakten, einer Schutzschicht und einer der Handhabe dienenden Schicht%
Fig.. .J? eine Schnittansicht des in Fig. 4 teilweise behandelten Materials nach der Entfernung des P+-ieitenden .Substratteils des Halbleiters;
Fig. 6 eine Schnittansicht des in Fig. 5 gezeigten Materials im Anschluß an das Niederschlagen von metallischen Kontaktschichten und vor der Belichtung und Entwicklung des Photoresist-Materials;
Fig. 7 eine Schnittansieht des in Fig. 6 gezeigten Materials vor dem Entfernen der metallischen Schutzschicht • » und der der Handhabe dienenden Schicht; und
eine perspektivische Ansicht des fertiggestellten Scheibchens vor dessen Trennung in Einzelbauteile.
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23600bb
In Fig. 1 ist eine Stützleiter-Diode 10 gezeigt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Die' Diode 10 weist ein Halbleiterbauelement 12 und im wesentlichen rechtwinklig zueinander verlaufend angeordnete, langgestreckte Metallkontakte 14 und 16 auf, die jeweils auf einer Seite des Halbleiter-Bauelements 12 angeordnet und elektrisch leitend an ihm angeschlossen sind. Die langgestreckten Metallkontakte 14 und können gleichförmige Breite haben, jedoch sind sie in bevorzugter Ausführungsform als im wesentlichen "querschleifenförmig" dargestellt, um einen Aufbau zu schaffen, der für Halterungszwecke an den Enden relativ dick ist, in der Mitte dagegen relativ dünn ist, so daß die Herstellung des Bauelements 12 mit sehr kleinem Durchmesser erfolgt. Der Mittelteil der Fig. 1 ist in Fig. 1a in vergrößertem Maßstab dargestellt, um die relative Anordnung von Halbleiterbauelement 12 und den Kontakten und 16 genauer zu zeigen.
In Fig. 2 ist ein Scheibchen 11 aus Halbleitermaterial dargestellt, das aus einer N+-leitenden Schicht 18 einer Dicke von etwa 0,8 ßm, einer P+-leitenden Schicht 22 mit einer Dicke von etwa 75 M m und einer zwischen der N+-leitenden Schicht 18 und der P+-leitenden Schicht angeordneten N-leitenden Schicht 20 einer Dicke von etwa 0,2 Um besteht. Das in Fig. 2 gezeigte Scheibchen 11 wird zum Aufbau der Diode 10 gemäß Fig. 1 verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Diode 10 ist der verwendete Halbleiter eine III-V-Verbindung von Galliumarsenid (GaAs), jedoch können auch andere Halbleitermaterialien, wie II-VI-Verbindungen, Silizium oder Germanium im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Die in Fig. 1 gezeigte Diode 10 ist eine Schottky-Sperrschichtdiode, jedoch ist die Erfindung nicht auf die Herstellung solcher Dioden beschränkt, sondern kann durch geeignete Dotierung des Scheibchens 11 auch für
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die Herstellung anderer Diodenarten und Halbleiterbauteile verwendet werden0 Die P+~leitende Schicht 22 wird in der fertigen Diode 10 nicht verwendet, ist jedoch zur Bildung einer "Handhabeschicht" erforderliche Außerdem gibt sie dem Scheibchen 11 während der Herstellung der Diode genügend Halt. -
Im folgenden wird im wesentlichen auf Fige 3 Bezug genommene Ein Satz von Kontakten 14 ist auf der N+-leitenden Schicht 18 niedergeschlagen und formmäßig begrenzt„ Das Niederschlagen der Kontakte 14 erfolgt dadurchj, daß zunächst eine Haftungsschicht 21, beispielsweise aus Titan auf der N+-leitenden Schicht 18 niedergeschlagen wirdo Dann wird auf der Haftungsschicht 21 eine Schicht 19 aus einem leitenden Metall- beispielsweise Gold oder Silber^ niedergeschlagene In der bevorzugten Ausführungsform wird Titan als Haftungsschicht 21 und Gold als leitende Schicht 19 verwendete Die Goldschicht 19 kann entweder durch Aufdampfen von Gold auf die Titanschicht 21 in einer Vakuumkammer oder durch elektrisches Aufplattieren der Goldschicht 19 auf der Titanschicht 21 niedergeschlagen werdene Nach dem Aufbringen der Goldschicht 19 werdän die Kontakte 14 auf der Goldschicht gebildet^ wobei Photoresistmaterial und übliche photolithographische Verfahren angewandt werden*, Der Bereich der Metallschichten 19 und 21 s der nicht durch den Photoresist geschützt istj wird dann abgeätzt und der auf den Kontakten 14 befindliche Photoresist danach mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernto
Die Kontakte 14 müssen dann geschützt werden,, und es muß eine neue "Handhabeschicht" geschaffen werden,? um die Herstellung des unteren Teils der Diode 10 zu ermöglichen«, Wie in Fige 4 gezeigt ists wird auf der N+- leitenden Schicht 18 eine Aluminium-Schutzschicht 24
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aufgebracht, welche die N+-leitende Schicht 18 .und die Kontakte 14 abdeckte Die Dicke der Aluminiumschicht 24 ist nicht wesentlich, da die Schicht 24 nur zur Isolierung und zum Schutz der N"'"-leitenden Schicht und der Kontakte 14 dient. Das Aufbringen der Aluminium-Schutzschicht 24 kann durch Vakuumaufdampfung von Aluminium erfolgen. Dann wird eine relativ dicke Kupferschicht 26, die als neue "Handhabeschicht" während der Herstellung der Diode 10 dienen kann, auf der Aluminiumschicht 24 niedergeschlagen. Das Aufbringen der Kupferschicht 26 kann mit jedem bekannten Verfahren, beispielsweise durch Vakuumauf damp fung erfolgen.
Nach dem Aufbringen der Kupferschicht 26 ist die P^-leitende Schicht 22 nicht mehr erforderlich und muß entfernt werden, um die Unterseite des Scheibchens 11 zu bearbeiten. Auf der P+-leitenden Schicht 22 wird ein Kontakt 28 aufgebracht. Durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Kontakt 28 und der Kupferschicht 26 wird die P+-leitende Schicht 22 elektrolytisch abgeätzt, bis die N-leitende Schicht 20 in der in Fig. 5 gezeigten Weise freiliegte Dieses Verfahren, das zusätzlich das Eintauchen des Scheibchens 11 in eine Natriumperoxydlösung erfordert, ist im Artikel "Electrolytic Removal of P Type GaAs Substrates From Thin N Type Semiconductor Layers", von C, Nuese und J,J. Gannon im JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY, Band 117, Seiten 1094 bis 1097, 1970 beschriebene Ein Mesa 30 aus P+-leitendem Material mit dem Kontakt 28 an seinem Ende bleibt nach dem elektrolytischen Ä.tzvorgang stehen.
Aus den Figo 6 und 7 geht hervor, daß. ein Muster von Kontakten 16 auf der N-Ieitenden Schicht 20 niedergeschlagen und gebildet ist. Diese Kontakte 16 bestehen aus der Titan- und Goldschicht 15 bzw» 17, wobei die
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Titanschicht 15 als Häftlings schicht für die N-leitende Galliumarsenidschicht 20 dient und eine Schottky-Sperrschicht an der Schicht 20 "bildet.. Die Goldschicht 17 dient zur Herstellung von gutem elektrischen Kontakt an der Diode 10e Die Anbringung der Kontakte 16 kann dadurch erfolgen, daß zunächst eine Titanschicht 15.auf der N-leitenden Schicht 20 niedergeschlagen wird«, Dieses Niederschlagen kann durch Vakuumaufdampf ung von Titan erfolgeno Dann wird die Goldschicht 17 auf der Titan» schicht 15 aufgebracht j, wobei dies entweder durch Vakuumauf dampf ung oder durch Elektroplattieren erfolgt0 Sin Teil der N-, N+-, Titan- und der Goldschicht 2O9 18, 15 und 17 wird dann von einem Snde des Scheibchens 11 entfernt s um einen Teil der Kontakte- 14 freizulegen, die in der Aluminium-Schutzschicht 24 eingebettet sind. Dann wird eine lichtempfindliche Schicht 25 aus Photoresistmaterial auf der Goldschicht 17 aufgebrachte -Auf die lichtempfindliche Schicht 25 wird dann eine Maske 23 aufgesetzt und rechtwinklig über den freigelegten Kontakten 14 ausgerichtet. Dies erfolgt durch Beobachtung eines freigelegten Kontaks 14 durch die Maske 23 entlang einer Linie 27« Hierdurch wird sichergestellt,, daß die Kontakte 16 genau ausgerichtet und im wesentlichen rechtwinklig zu den nicht freiliegenden Kontakten 14 stehen, die zuvor auf der N+-leitenden Schicht 18 niedergeschla gen wurden, und daß diese Kontakte 16 die zuvor niedergeschlagenen Kontakte 14 kreuzen« Der Photoresist 25 wird dann durch die Maske 23 belichtet. Unter Anwendung üblicher photolxthographischer Verfahren werden dann die belichteten Zonen der lichtempfindlichen Schicht 25 entfernt, wobei ein mit Photoresist 25 beschichteter Kontaktsatz 16 verbleibt, worauf der Photoresist •dann in einem geeigneten Lösungsmittel entfernt wird.
Sobald der untere Satz von Kontakten 16 aufgebracht ist, ist für die Herstellung der Diode 10 eine «Handhabe- ,
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schicht" nicht mehr erforderlich. Die vorher aufgebrachte dicke Kupferschicht 26 wird daher entfernt. Dies kann in einer beliebigen, Kupfer ätzenden, Aluminium jedoch nicht angreifenden Lösung, beispielsweise in- einer Lösung aus Aluminiumpersulfid und Quecksilbersulfid erfolgen. Diese Ätzbehandlung wird so lange fortgesetzt, bis die gesamte Kupferschicht 26 entfernt ist.
Nach dem Entfernen der Kupferschicht 26 wird die Aluminium-Schutzschicht 24 abgenommen. Das Entfernen der Aluminiumschicht 24 kann in jeder Aluminium angreifenden Lösung geschehen, die Gold, Titan und GaAs nicht angreift. Ein typisches Beispiel ist die im Lichtdruck verwendete Eisenchloridlösung. Nach dem Entfernen der Aluminiumschicht 24 verbleibt ein dünnes Scheibchen 11 mit oberen und unteren Sätzen von Kontakten 14 und 16, wie in Fig0 gezeigt ist. Dieses Scheibchen 11 wird dann in Caro1 scher Säure (Peroxomonoschwefelsäure) geätzt,, Nach Abschluß des Ätzvorgangs erfolgt vorzugsweise eine Spülung durch Zugabe großer Wassermengen, wodurch sichergestellt wird, daß der Ätzprozeß stoppt. Die gemeinsame Zone, in der sich die oberen Kontakte 14 und die unteren Kontakte 16 kreuzen, sind maskiert und durch diese Kontakte 14 und 16 geschützt. Diese Zone wird etwas hinter schnitt en, da das Ätzverfahren die Tendenz zeigt, ebenso weit hinterschneidend zu ätzen, wie in die Tiefe des Scheibchens hineingeätzt wird. Da jedoch die N- und N+-leitenden Schichten 20 und 18 sehr dünn sind, wird diese Zone nicht abgeätzt. Bei der fertigen Diode 10 stellt die zwischen den Kontakten 14 und 16 liegende Zone das Halbleiterbauelement 12 dar. Infolge des Ätzverfahrens und des abschließenden Ätzens in Caro»scher Säure werden von dem Scheibchen 11 Einzeldioden 10 der in Fig. 1 gezeigten Art abgetrennt, welche die fertigen Bauteile darstellen.
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Claims (1)

  1. RCA Corporationj 30 Rockefeller Plazas
    Hew Yorkη NaYo 10020 (T0St0A0)
    Patentansprüche t
    ( 1 J Verfahren zur Herstellung eines Hal"bleiterbauteilsg dadurch. gekennzeichnet s daß auf einem geeignet dotierten Stück Halbleitermaterial mit zwei Seiten auf der ersten Seite ein erster Satz von langgestreckten Metallkontakten niedergeschlagen wirdι daß dann auf der zweiten Seite des Halbleitermaterial** stücks ein zweiter Satz von langgestreckten Metallkon-= takten derart niedergeschlagen wird, daß der zweite Kontaktsatz quer zum ersten Kontaktsatz verläuft? und daß das Halbleitermaterial schließlich einer Itzbehandlung unterworfen wirdg, durch die das gesamte nicht smschen dem ersten und zweiten Kontaktsatz liegende Halbleitermaterial entfernt wirdo
    Verfahren nach Anspruch 1§ da. durch gekennzeichnet '9 daß über dem ersten Satz von langgestreckten Metallkontakten im Anschluß an de=· ren Niederschlagen eine Schutzschicht aufgebracht vri.rd9 und daß die Schutzschicht vor der das gesamte nicht zwischen dem ersten und zweiten Kontaktsatz liegende Halbleitermaterial entfernenden Ätzbehandlung abgeätzt wirdo
    3ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2S dadurch ge= kennzeichnet 9 daß die Schutzschicht als Metallschicht von etwa 'gleicher Dicke wie die Dicke der langgestreckten Metallkontakte aufgebaut ist und aus
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    einem von dem für die langgestreckten Metallkontakte verwendeten verschiedenen Metall hergestellt wird,
    4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis
    3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schutzschicht eine der Handhabe dienende Materialschicht aufgebracht wird, die gegenüber der Schutzschicht relativ dick ist und aus unterschiedlichem Material besteht, und daß die der Handhabe dienende Materialschicht vor dem Entfernen der Schutzschicht entfernt wird.
    5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
    4, dadurch gekennzeichnet , daß als Material für die der Handhabe dienende Schicht Kupfer und als Material für die als Schutzschicht dienende Schicht Aluminium gewählt wird.
    6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
    5, dadurch gekennzeichnet , daß- das Ausrichten des zweiten Satzes von langgestreckten Metallkontakten relativ zum ersten Satz von Metallkontakten dadurch erfolgt, daß ein Teil des Halbleitermaterials abgeätzt wird, so daß ein Teil des in der Schutzschicht eingebetteten ersten Satzes von Metallkontakten freigelegt wird, worauf über die freigelegten Elemente des ersten Satzes von langgestreckten Metallkontakten eine Maske derart ausgerichtet angeordnet wird, daß die Maske über dem nicht freigelegten Teil des ersten Satzes von langgestreckten Metallkontakten ausgerichtet ist«
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