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Verfahren zum Ätzen von Halbleiterelementen
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In der nachfolgenden Beschreibung sind vorzugsweise Ausführungsformen der Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Halbleiterelemente Germaniumplatten. Nachdem die Platten geschnitten, geläppt, poliert und Åauf eine verhältnismässig kleine Grösse, beispielsweise i 0, 198 cm2 bei einer Dicke von 0, 0127 bis 0, 0178 cm, geätzt wurden, werden sie in Gruppen von im wesentlichen gleicher Dicke sortiert.
Eine besondere Gruppe von Platten mit im wesentlichen gleicher Dicke wird hierauf gewogen, um die Menge an"Ätzmittel"-Reagens festzustellen, die zur Verringerung der Dicke auf ein bestimmtes Mass, z. B. auf 0, 0076 l 0, 00025 cm. erforderlich ist. Im vorliegenden Fall besteht das Ätzmittelreagens aus einem Satz von zwei Lösungen, dessen erster oder passiver Teil aus Natriumhydroxyd mit einer Konzentration im Bereich von 0 bis 30go, vorzugsweise 10%, und dessen zweiter oder aktiver Teil aus Wasserstoffperoxyd mit einer Konzentration von annäherungsweise 30% besteht, Es können jedoch auch andere Reagentien. wie beispielsweise solche der CP4-Type. oder Reagentien. wie beispielsweise solche, die ein alkalisches Hydroxyd-. Carbonat-, Borat-oder Pbosphatmedium in Kombination mit einem Oxydationsmittel, wie Wasserstoffperoxyd, enthalten, verwendet werden.
Auch die Salzeeinerschwachen Säu- re. wie beispielsweise Essigsäure. kombiniert mit einem Oxydationsmittel, können zur Anwendung gelangen.
Die erforderliche Menge der aktiven und passiven Teile des Ätzmittels wird nachdem Gesamtgewicht der Platten wie folgt berechnet. Das Volumen der erforderlichen30% igenWasserstoffperoxydlösung in ml ist durch den Ausdruck WX 0. 72. X m gegeben, worin W das Gesamtgewicht (in g) und m die Anzahl von Einheiten zu je 0, 0025 cm, um die die Plattendicke verringert werden soll, darstellen. Der Faktor 0, 72 wurde experimentell erhalten, wobei gefunden wurde, dass zwischen der verwendeten Ätzmittelmenge und dem entfernten Germanium eine lineare Beziehung besteht. Dies bedeutet mit andern Worten, dass unter normalen Raumbedingungen das erforderliche Volumen an Wasserstoffperoxyd gleich etwa O. 72 ml ! g vorhandenes Germanium und pro Dickenverminderung der Platte um 0, 0025 cm beträgt.
Der Faktor 0, 72 ist veränderlich. da er proportio- nal mit der Temperatur des Wasserstoffperoxyds und der Konzentration des Wasserstoffperoxyds und Natriumhydroxyds variiert. Die Menge der erforderlichen 10% igen Natriumhydroxydiösung ist vorzugswei- se dreimal so gross wie die Menge des Wasserstoffperoxyds.
Nach Berechnung der erforderlichen Reagensmenge wird die Natriumhydroxydlösung in einen Behälter gegeben und eine Gruppe von Platten mit im wesentlichen gleicher Dicke eingelegt. Ein temperaturempfindlicher Anzeiger, wie beispielsweise eine Thermistorsonde, wird in den Behälter eingebracht, worauf der Lösung ein kleines Volumen an Wasserstoffperoxyd zugesetzt wird, bis die Temperatur der Lösung auf 60 - 1000C steigt ; die genaue Temperatur hängt von der gewünschten Reaktionsgeschwindigkeit ab. Lösung und Platten werden bewegt, so dass jede Platte ihren Anteil an Ätzmittel erhält und demgemäss die Dicke aller Platten im gleichen Ausmass verringert wird.
Die Sonde zeigt die Temperatur der Lösung an, wobei bei beginnendem Temperaturabfall - der darauf hinweist, dass mehr Wasserstoffperoxyd benötigt wird - Wasserstoffperoxyd in ausreichender Menge zugesetzt wird, um die gewünschte Temperatur aufrechtzuerhalten. Die Wasserstoffperoxydzugabe kann von Hand aus oder mit gebräuchlichen automatischen. Mitteln, die auf den empfindlichen Anzeiger ansprechen, erfolgen. Das Wasserstoffperoxyd kann dem Natriumhydroxyd aber auch fortlaufend zugesetzt werden, jedoch so langsam, dass die Temperatur der Lösung geregelt werden kann. Nachdem die gesamte berechnete Menge Peroxyd zur Lösung gegeben ist, lässt man die Ätzung noch weiterlaufen. Während dieser Zeit fällt die Temperatur auf Raumtemperatur und der Ätzvorgang ist beendet.
Theoretisch dient das Wasserstoffperoxyd als Oxydationsmittel und bildet nach seinem Zusatz zur Natriumhydroxydlösung auf der Oberfläche des Germaniums ein Oxyd. Das Natriumhydroxyd entfernt das Oxyd und ermöglicht wieder einen weiteren Angriff durch das Peroxyd. Das Gesamtergebnis ist daher eine Verminderung der Dicke derPlatten. Es ist von erheblicher Bedeutung, dass der aktive Teil, das Wasserstoffperoxyd-Oxydationsmittel, mit niedriger Geschwindigkeit entweder periodisch oder fortlaufend zugesetzt wird, so dass die Temperatur der Lösung und die Reaktionsgeschwindigkeit bis zur Erreichung des chemischen Gleichgewichts geregelt werden.
Es wurde gefunden, dass bei Zusatz der gesamten berechneten Menge an Oxydationsmittel auf einmal und ohne Kühlung von aussen, die Temperatur des Gemisches infolge der freigemachten Reaktionswärme sehr rasch ansteigt, wodurch die Geschwindigkeit der Ätzreaktion ansteigt. Der plötzliche Temperaturan-
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stieg bewirkt auch ein heftiges Stossen der Ätzlösung, wodurch die Lösung ausser Kontrolle gerät und Germanium sowie Ätzmittel aus dem Behälter ausgeworfen werden. Dies stört sowohl die berechneten Ätzmittelmengen als auch das massenweise Ätzen der Platten.
Es wurde gefunden, dass die Anwendung eines äusseren Kühlmediums, wie beispielsweise Wasser, zur Regelung der Reaktionsgeschwindigkeit und der Temperatur der Lösung unerwünscht ist, da die von der Reaktion herrührende Wärmeentwicklung die Temperatur des Germaniumätzmittels so rasch erhöht, dass das endgültige chemische Gleichgewicht in kürzerer Zeit als erwünscht erreicht wird. Im Hinblick auf die ausserordentlich grossen Wärmeverluste, die heftige Reaktion und die hohe Temperatur, die sich bei Zusatz des gesamten Oxydationsmittels auf einmal und ohne geeignete Kühlmittel ergeben, ist die lineare Beziehung zwischen dem Gewicht oder Volumen des. verwendeten Ätzmittels und dem Gewicht des entfernten Germaniums für einen massenweisen Ätzvorgang nicht erzielbar.
Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung wird ein anderes Ätzreagens, wie beispielsweise eines der CP4-Type, verwendet, dessen Zusammensetzung zwischen 5 Teilen Salpetersäure, 5 Teilen Fluor wasserstoffsäure sowie 10 Teilen Essigsäure und 5 Teilen Salpetersäure, 100 Teilen Fluorwasserstoffsäure sowie 100 Teilen Essigsäure liegt, wobei die Menge von der Anzahl und Grösse der zu ätzenden Platten abhängt, so dass sich die lineare Beziehung zwischen Menge der verwendeten Säure und Menge des von der Plattenoberfläche zu entfernenden Germaniums ergibt.
Bei dieser Ausführungsform ist die Salpetersäure der aktive Teil, der alsOxydationsmittel dient, und wird periodisch oder fortlaufend mit niedriger Ge-
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Es sind zwar einige geeignete Ätzlösungen an Hand von Beispielen angeführt worden, jedoch können zur Durchführung der vorliegenden Erfindung auch andere ätzende Reagentien herangezogen werden, wel- che Bestandteile enthalten, die theoretisch auf der Platte eine Oxydschicht bilden und hierauf diese
Schicht wieder entfernen, wobei der wesentliche Schritt in der periodischen oder langsam fortlaufenden
Zugabe des Oxydationsmittels zur Lösung besteht, um die Temperatur der Lösung und die Reaktionsgeschwindigkeit bis zur Erreichung des chemischen Gleichgewichts zu regeln, so dass die lineare Beziehung zwischen dem Gewicht oder Volumen des Ätzmittels und dem Gewicht des entfernten Germaniums besteht.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch auf andere Halbleitermaterialien, die von dem in den obigen Ausführungsbeispielen angegebenen Germanium verschieden sind, anwendbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Ätzen von Halbleiterelementen, dadurch gekennzeichnet, dass man dabei eine Ätzlösung mit einem aktiven und einem passiven Teil verwendet, die Elemente in den passiven Teil des Ätzmittels eintaucht und darin bewegt, worauf man allmählich den aktiven Teil des Ätzmittels mit solcher Geschwindigkeit zusetzt, dass die Temperatur der Lösung innerhalb vorgeschriebener Grenzen bleibt und die von jedem Element abgetragene Materialdicke im wesentlichen die gleiche ist.