DE1145458B - Verfahren zur Herstellung von metallischen Aufdampf- und Legierungsmasken fuer Halbleiteranordnungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

J18298VIb/48b

ANMELDETAG: 18. JUNI 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFTs 14. MÄRZ 1963

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Transistoren, die für hohe Frequenzen geeignet sein sollen, ist es notwendig, die einzelnen Schichten unterschiedlicher Leitfähigkeit besonders dünn und die pn-Übergänge mit großer Genauigkeit herzustellen. Es sind zu diesem Zwecke besondere Herstellungsmethoden entwickelt worden, die Halbleiteranordnungen mit einer Struktur, beispielsweise sogenannte Mesa-Transistoren, ergeben und bei denen Legierungsprozesse, Aufdampfprozesse und Diffusionsprozesse angewendet werden. Um die Legierungsübergänge oder die Aufdampf schichten in genau, gewünschter Größe und an der gewünschten Stelle dies Halbleiterkörpers auch bei der Massenherstellung anbringen zu können, bedient man sich häufig sogenannter Legierungs- und Aufdampfmasken.

Die einfachste bekannte Methode zur Herstellung derartiger Masken, die gewöhnlich eine rasterartige Struktur aufweisen, besteht darin, daß man in eine Metallfolie Löcher in gewünschter Anordnung stanzt. Das Verfahren bereitet aber Schwierigkeiten, da die Abmessungen dieser für Hochfrequenzzwecke benötigten Bauelemente sehr klein sind. So Hegen beispielsweise die Löcher, die zur Herstellung einer Maske in ein Metallblech von etwa 50 μ Dicke eingestanzt werden sollen, bei einer Größe von 25-100 μ. Die Herstellung von Stempeln und Matrizen für Löcher derartiger Größe ist aber kaum zu bewältigen. Man hat sich bereits dadurch zu helfen versucht, daß man gleichzeitig in zwei Bleche mit größeren Stempeln größere Löcher, etwa in einer Abmessung von 300-300 μ eingestanzt hat. Wenn man dann die beiden Bleche übereinanderlegt und diagonal gegeneinander verschiebt, kann man resultierende Löcher der gewünschten kleineren Öffnung erhalten.

Es ist ferner bekannt, in dünnen Metailfolien Löcher mit HiHe von Elektronenstrahlen zu erzeugen. Dieses Verfahren ist selbstverständlich sehr aufwendig. Der den soeben geschilderten Verfahren gemeinsame Nachteil besteht aber vor allem darin, daß das Maskenmaterial mechanisch oder thermisch beeinflußt wird. Es treten dadurch Verspannungen auf, durch die sich die Masken aufwölben. Bei der Bearbeitung des Halbleitermaterials liegen die Masken infolgedessen nicht fest auf dessen Oberfläche auf, so daß beispielsweise beim Aufdämpfen relativ große Halbschattenbezirke entstehen und somit die Genauigkeit der Abmessung der aufzudampfenden Schicht darunter leidet.

Es ist ferner bekannt, Masken durch eine Ätzbehandlung herzustellen. Dazu wird vorzugsweise das sogenannte photolithographische Verfahren benutzt, Verfahren zur Herstellung von metallischen Auf dampf- und Legierungsmasken

für Halbleiteranordnungen

Anmelder:

INTERMETALL,

Gesellschaft für Metallurgie

und Elektronik m.b.H.,
Freiburg (Breisgau), Hans-Bunte-Str. 19

Dipl-Phys. Dr. Reinhard Dahlberg,

Freiburg (Breisgau),
ist als Erfinder genannt worden

das im wesentlichen darin besteht, die Folie, aus der die Maske hergestellt werden soll, mit einem lichtempfindlichen Lack zu überziehen und unter Zwischenschalten einer mit dem gewünschten Muster versehenen Vorlage zu belichten. An den Stellen, an dfenen der lichtempfindliche Lack belichtet worden ist, wird er gegenüber einem speziellen Lösungsmittel beständig, während sich die nichtbelichteten Stellen des Lackes auflösen und anschließend an diesen Stellen Löcher in die FoKe geätzt werden können.

Bei der Herstellung derartiger Masken besteht die Schwierigkeit darin, geeignete Vorlagen zur Belichtung zu bekommen, da die Abmessungen der Löcher in den Masken sehr klein sein müssen. Man kann die Belichtungsvorlagen herstellen, indem man von einem etwa im Maßstab 1:10- vergrößerten Muster ausgeht, das noch bequem gezeichnet werden kann und dies durch optische Verkleinerung in der gewünschten Größe beispielsweise auf einen Film bringt. Als Nachteil ist dabei zu berücksichtigen, daß es wegen der Verzeichnung der optischen Systeme und des Auf-

lösungsvermögens des Filmes nicht möglich ist, mikroskopisch scharfe Vorlagen zu erhalten, die dem vergrößerten Muster ausreichend ähnlich sind.

Man kann die Schwierigkeit dadurch verringern, daß die vergrößerten Vorlagen schon entsprechend

kleiner mittels Präzisionsinstrumenten hergestellt werden. So kann man beispielsweise mit Hufe einer genauen Fräsmaschine auf einer geschwärzten Metall-

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platte das gewünschte Muster im Maßstab 1:4 edn- fläche der Platte stehengebliebenen Teile 9, die für ritzen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß auch die Herstellung der Maske bzw. der Halbleiteranordihierbei die nachfolgend notwendige optische Verklei- nung gewünschte Größe haben und damit eine geeignerung keine befriedigenden Ergebnisse liefert. Ab- nete Vorlage 10 erhalten wird. Die Darstellung in gesehen davon, daß bei der Herstellung der vergrö- 5 Fig. 2 dient nur zur Erläuterung der Erfindung. Sie ßerten Vorlage mit Hilfe der Fräsmaschine Grate ist nicht maßstabsgetreu. In Wirklichkeit sind die !entstehen, bringt die optische Verkleinerung eben- Rillen wesentlich feiner und ihre auf der Platte unterfalls starke Verzeichnungen und unscharfe Ränder gebrachte Zahl erheblich größer, mit sich. Die Vorlage 10 kann verschiedenartig aufgebaut

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekann- io sein. Zu beachten ist in jedem Falle, daß die Trägerten Verfahren zum Herstellen von Aufdampf- und platte selbst aus sehr hartem Material besteht und die Legierungsmasken sehr feiner Struktur für Halb- darauf aufgebrachte Oberflächenschicht aus weicheleiteranordnungen, indem erfindungsgemäß das ge- rem Material einerseits so gut auf der Trägerplatte wünschte Muster für die Struktur der Masken in Ori- haftet, daß beim Einritzen der Rillen scharfe Ränder ginalgröße in eine oder mehrere auf einer Träger- 15 entstehen und sich die stehengebliebenen Teile bei platt© aus hartem Material aufgebrachte Oberflächen- der weiteren Verarbeitung nicht ablösen, daß sie sich schichten mit Hilfe eines federnd gelagerten Stem- andererseits aber auch an den Stellen,, an denen sie pels geeigneter Formgebung und eines durch Mikro- entfernt werden soll, genügend gut von der Trägermeterschrauben verstellbaren optischen Kreuztisches platte ablösen läßt.

eingekratzt wird und die so behandelte Platte als Vor- 20 Eingehende Untersuchungen haben ergeben, daß lage zur Herstellung der Masken mittels an sich be- sich beispielsweise aus mit Antimon oder Zinn bekannter chemischer, photochemischer oder elektro- dampften Glasplatten gute Vorlagen herstellen lassen, chemischer Vorgänge dient. Es eignen sich auch mit Zinn-Wismut- oder Zima-

Man erhält mit diesem Verfahren eine Rand- Gold-Legierungen bedampfte Glasplatten. :

schärfe von etwa 1 μ und eine Genauigkeit, die nur 25 Nach einer Weiterbildung der Erfindung hat es von der des Kreuztisches abhängt. Man vermeidet sich als vorteilhaft erwiesen, vor dem Aufdampfen eine Verkleinerung der Vorlagen über optische Ab- der Metallschicht die Glasplatte mit einem geeigneten bildungen und dadurch bedingte Fehler. Lackfilm zu überziehen. Dieser soll ein besonders·

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher gutes Gleiten des Stempels auf der Glasplatte bewirerläutert: 30 ken. Der zur Herstellung des Lackfiknes verwendete

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung, die zur Lack muß eine zähe Konsistenz besitzen und licht-Herstellung einer Vorlage nach der Erfindung ver- durchlässig sein.

wendet werden kann; Die auf diesem Wege erhaltenen Vorlagen können

Fig. 2 zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Ver- bequem, beispielsweise durch Kootaktabzüge auf fahren hergestellte Vorlage. 35 dünnschichtige Filme vervielfältigt werden. Die FiIm-

In Fig. 1 sind nur die für die Erfindung wichtigen vorlagen werden direkt auf ein© geeignete Metallfolie, Teile eines optischen Kreuztisches 1 dargestellt, der beispielsweise aus Molybdän, die mit einem lichte in bekannter Weise aus mehreren gegeneinander ver- empfindlichen Lack überzogen ist, aufgelegt. Nach schiebbaren oder verdrehbaren Ebenen besteht. Mit- Belichtung wird die Metallfolie entwickelt, wobei sich tels der Mikrometerschraube 2 kann die Ebene la in 40 die nichtbelichteten Teile der Lackschicht herausder Bildebene von links nach rechts und umgekehrt lösen und ein Positiv der Vorlage entsteht. Diese Mein genügend feinen Schritten verstellt werden. Senk- tallfolie wird anschließend in ein elektrolytisches odier recht dazu ist die Ebene Ib mittels der Mikrometer- chemisches Nickelbad gebracht, in dem sich Nickel schraube 3 in gleicher Weise verstellbar. Die Ebenen vorzugsweise an den von dem Lack freien Stellen ab- Id und Ie können gegeneinander um ihre senkrechte 45 scheidet. Nach einer bestimmten Zeit erhält man eine Achse gedreht werden. Für die Erfindung werden sie zusammenhängende Nickelfolie, die an den Stellen im Prinzip nicht benötigt. Sie können aber zur Er- Löcher enthält, an denen sich auf der Metallfolie höhung der Präzision verwendet werden. Auf der noch Lackreste befinden. Die Nickelfolie kann man. oberen Platte Ic des Kreuztisches ist die zu bearbei- von der Metallfolie lösen; sie stellt dann die Auftende mit einer Schicht versehene Platte 4 angebracht 50 dampf- bzw. Legierungsniaske dar und kann nach und fixiert. Der zum Bearbeiten der Platte verwendete einem bekannten Verfahren zur Herstellung von AufStempel 5 wird in einer federnd gelagerten Halte- dampfflecken für Halbleiteranordnungen, beispielsrung 6 befestigt. Zum Bearbeiten der Platte wird der weise Mesa-Strukturen, verwendet werden. Besonders Stempel 5 auf deren Oberfläche gesenkt. Der Stempel gut ist das Verfahren zur Massenherstellung von· muß so dimensioniert sein, daß er mit seiner Spitze 55 Mesa-Transistoren geeignet.

plan auf der Glasplatte aufliegt und daß die nach dem Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die

Einkratzen noch verbliebenen Teile der Oberflächen- Vorlage auch unter Verwendung einer harten Metallschicht die Größe der gewünschten Löcher in der Legierung, beispielsweise aus verchromtem Stahl oder Aufdampf- bzw. Legierungsmaske haben. Mittels anderen geeigneten Werkzeugstählen als Trägerplatte einer der beiden Mikrometerschrauben 2 und 3 wird 60 hergestellt werden. Eine solche Metallplatte wird mit dann die Platte in einer Richtung bewegt, wodurch einem auf ihr gut haftenden Harz überzogen. Es eigauf ihrer Oberfläche durch den Stempel eine gerade nen sich dafür besonders Harze aus ungesättigten Rille eingekratzt wird. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Polyindieniharz erhält man durch wechselweise Anwendung beider oder Terpeo-Phenol-Harae. Um das Gleiten dies Mikrometerschrauben ein feinmaschiges Netz von 65 Stempels beim Einritzen der Rillen in diese Oberzwei senkrecht zueinander liegenden parallelen RI- flächenschicht zu erleichtern, hat es sich als zwecklenscharen 7 und 8. Durch geeignete Wahl ihres Ab- mäßig erwiesen, eine Zwischenschicht aus einem Standes kann man erreichen, daß die auf der Ober- weicheren Metall, z. B. Nickel, anzubringen.

Die so hergestellte Platte wird in ein elektrolytisches oder chemisches Nickelbad gelegt, in dem sich auf den von dem Wachs freien Teilen der Platte Nickel abscheidet. Es entsteht dabei eine dünne Nickelfolie, die ein Positiv der Vorlage darstellt, & h., sie besitzt an den Stellen, an denen vorher die Rillen waren, Nickelpfade und an den Stellen, an denen auf der Metallplatte das Harz stehengeblieben war, Löcher. Die Nickelfolie kann leicht abgezogen werden, da Nickel auf Chrom nicht haftet.

Man kann nun eine derange Nickelfolie direkt als Aufdampfmaske verwenden. Da diese Nickelfolien jedoch im allgemeinen sehr dünn und mechanisch leicht zerstörbar sind, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, mit Hilfe der ersten Nickelfolie zunächst wieder wie bei der Glasplatte eine mit lichtempfindlichem Lack versehene Metallfolie, ζ. B. aus Molybdän, zu beuchten und diese in der gleichen Weise wie oben bei der aus einer Glasplatte bestehenden Vorlage zur Herstellung von Masken zu verwenden.

Die nach der Erfindung hergestellten Masken weisen eine Präzision auf, die mit anderen bisher bekannten Verfahren wegen der Fehler durch optische Verzeichnungen und sonstigen Randunschärfen nicht erreicht werden kann und die es ermöglicht, Hochfrequenztransistoren, insbesondere Mesa-Transistoren, nach Diffusions- und Aufdampfverfahren mit außerordentlich geringer Streuung in ihren elektrischen Werten herzustellen.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von metallischen Aufdarnpf- und Legierungsmasken sehr feiner Struktur für Halbleiteranordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß das gewünschte Muster für die Struktur der Masken in Originalgröße in eine oder mehrere auf einer Trägerplatte (4) aus hartem Material aufgebrachte Oberflächenschichten mit Hilfe eines federnd gelagerten Stempels (5) geeigneter Formgebung eingekratzt wird, wobei die Trägerplatte auf einem verstellbaren, aus mehreren Ebenen bestehenden optischen Kreuztisch (1) angeordnet ist und die Spitze des Stempels plan auf der Trägerplatte aufliegt, und daß die so behandelte Trägerplatte als Vorlage (10) zur Herstellung der Masken mittels an sich bekannter chemischer, photochemischer oder elektrochemischer Vorgänge verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerplatte (4) eine Glasplatte verwendet wird und daß Rillen (7, 8) in eine auf die Glasplatte aufgedämpfte metallische Oberflächenschicht aus Antimon, Zinn, einer Zinn-Wismut-Legierung oder einer Zimi-Gold^LLegierung eingekratzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasplatte vor dem Aufdampfen der Metallschicht mit einem Film aus lichtdurchlässigem Lack zäher Konsistenz überzogen wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Rillen versehene Glasplatte als Vorlage zur Belichtung eines dünnschichtigen Films verwendet wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der entwickelte Film auf eine mit einem lichtempfindlichen Lack überzogene Metallfolie, vorzugsweise aus Molybdän, gelegt und belichtet wird.

6. Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Entwickeln der belichteten Metallfolie die nichtbelichteten Teile der Lackschicht herausgelöst werden.

7. Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die entwickelte Metallfolie in einem Nickelbad elektrolytisch oder chemisch mit einer Nickelschicht überzogen wird, wobei sich das Nickel an den von der Lackschicht freien Stellen der Metallfolie niederschlägt und eine zusammenhängende Nickelfolie entsteht, mit Löchern an den Stellen, an denen auf der Metallplatte Wachs vorhanden ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerplatte eine Metallplatte aus hartem Stahl, vorzugsweise verchromtem Stahl oder anderen Werkzeugstählen, verwendet wird, und daß Rillen (7, 8) in eine auf die Stahlplatte aufgebrachte Oberflächenschicht aus einem Harz, vorzugsweise einem Polyinden- oder Terpen-Phenol-Harz, eingekratzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Harzschicht auf die Stahlplatte eine Zwischenschicht aus weichem Metall, vorzugsweise Nickel, aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Ansprüchen 8 und' 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Rillen versehene Metallplatte in einem Nickelbad elektrolytisch oder chemisch mit Nickel überzogen wird, wobei sich das Nickel vorzugsweise in den Rillen abscheidet, so daß eine zusammenhängende Maske aus Nickel entsteht, bei der an den Stellen Löcher entstehen, an denen auf der Metallplatte Harz vorhanden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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