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Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Halbleiteranordnungen
Halbleiteranordnung, wie Gleichrichter, Transistoren, Photodioden, Vierschichtanordnungen u. dgl. bestehen meistens aus einem Halbleiterkörper aus vorwiegend einkristallinem Halbleitermaterial, wie Germanium, Silizium oder einer intermetallischen Verbindung der III. und V. bzw. der II. und VI. Gruppe des periodischen Systems, auf dem Elektroden aufgebracht sind. Im Laufe des Herstellungsverfahrens derartiger Halbleiteranordnungen werden für gewöhnlich mehrere Ätzungen vorgenommen. Insbesonders die äusseren pn-Grenzen, d. h. die Stellen, an denen die durch Diffusion oder Legierung erzeugten pn- Übergänge an die Oberfläche treten, müssen einer Ätzung unterworfen werden, damit eine möglichst hohe Sperrspannung erzielt wird.
Nach dem Grundmaterial, das zur Herstellung der Halbleiteranordnungen verwendet wird, z. B. Germanium, Silizium oder einer intermetallischen Verbindung von Elementen der III. und V. bzw. der II. und VI. Gruppe des periodischen Systems, richtet sich die Ätzflüssigkeit, die angewendet wird. Für Silizium hat sich beispielsweise eine Mischung aus 40% figer Flusssäure und rauchender Salpetersäure im Verhältnis 1 : 1 bewährt. Auch eine Mischung aus 40% iger Flusssäure, rauchender Salpetersäure und Eisessig im Verhältnis 1 : 1 : 1 ist als Ätzflüssigkeit bekanntgeworden. Derartige Ätzflüssigkeiten werden für ge-
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den, auch alkalische, z. B. heisse Kaliauge.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Halbleiteranordnungen mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und ein oder mehreren pn-Übergängen, bei dem durch Ätzung eine gestörte Kristallschicht an der Oberflache des Halbleiterkörpers abgetragen und danach eine aus Oxyden des Halbleitermaterials gebildete Schicht erzeugt wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche nach dem Ätzvorgang den über einer aus Salpetersäure und Flusssäure bestehenden Behand- lungsflüssigkeit entstehenden Dämpfen bis zur Bildung von Farben dünner Schichten ausgesetzt wird.
Zweckmässigerweise wird die Oberfläche den Dämpfen bis zur Bildung eines Blaubelages ausgesetzt.
Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass es beim Ätzen von Halbleiteranordnungen nicht nur darauf ankommt, dass eine gestörte Kristallschicht an der Oberfläche abgetragen wird, sondern dass es gleichfalls von ausschlaggebender Bedeutung für die Sperreigenschaften eines an die Oberfläche tretenden pn-Überganges ist, in welcher Weise der Ätzvorgang abgebrochen wird. Es stellte sich heraus, dass bei einer abrupten Beendigung des Ätzvorganges mit einer CP-Atzlösung die durch die Atzung erhöhte Sperrspannung des pn-Überganges nicht stabil war.
Es zeigte sich, dass eine Nachbehandlung mit den Dämpfen der CP- Ätzlösung unmittelbar nach dem Ätzen zu einer Stabilisierung der erreichten Eigenschaften führte. Fs wurde weiter beobachtet, dass sich unter der Einwirkung dieser Dämpfe ein Belag, der die Farben dünner Schichten zeigt, auf der Halbleiteroberfläche bildete. Wie sich nun herausstellte, tritt die Stabilisierung der durch das Ätzen erreichten Eigenschaften der Halbleiteranordnungen sicher dann ein, wenn sich diese Farben dünner Schichten auf der Halbleiteroberfläche gebildet haben.
Durch weitere Versuche wurde festgestellt, dass die Verbesserung der Sperreigenschaften durch eine Ätzung weitgehend unabhängig von der verwendeten Ätzlösung ist. Es spielt also keine Rolle, ob eine CP- Ätzlösung oder eine alkalische Ätzlösung verwendet wird. Wichtig ist lediglich, dass die durch den Diffu-
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sions- bzw. Legierungsvorgang gestörten bzw. verunreinigten Oberflächenschichten abgetragen werden.
Bei der erfindungsgemäss nachfolgenden Nachbehandlung kommt es dagegen entscheidend darauf an, dass die Dämpfe verwendet werden, die über einer aus Salpetersäure und Flusssäure bestehenden Behandlungs- flüssigkeit entstehen. Die Dämpfe von Kalilauge sind in dieser Hinsicht unwirksam.
Es kann zweckmässig sein, eine weitere Stabilisierung durch Temperung vorzunehmen, wodurch die erzielten guten Sperrelgenschaften, auch bei höheren Temperaturen, die gegebenenfalls während des Zu- sammenbaus der Halbleiteranordnung mit Gehäuseteilen oder auch im Betrieb auftreten können, bestän- dig bleiben. Zu diesem Zweck wird die Halbleiteranordnung nach der Bildung von Farben dünner Schich- ten bei etwa 200-3000 C etwa 24 Stunden lang getempert ; dann wird erneut eine kurze Ätzung der Stel- len, an denen der pn-Übergang zutage tritt, vorgenommen und anschliessend erneut die Oberfläche mit einem Belag, der die Farben dünner Schichten zeigt, versehen.
An Hand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es sei als einfaches
Beispiel die Ätzung eines Gleichrichters geschildert. Der Gleichrichter kann beispielsweise auf folgende
Weise hergestellt werden : Eine hochohmig p-leitende Siliziumscheibe von z. B. 12 mm Durchmesser und 250/l Stärke wird auf eine Goldfolie aufgelegt, die den gleichen Durchmesser aufweist und z. B. eine
Stärke von 50 li hat. Die Goldfolie enthält einen geringen Prozentsatz, z. B. 0, 3% Bor und wirkt somit p- dotierend, wenn sie in den Halbleiterkörper einlegiert wird. Auf die Oberfläche der Siliziumscheibe wird eine Amimonenthaltende Goldfolie (zirka 0, 50/0 Sb) von z. B. 8 mmDurchmesser und ebenfalls 50 u Stärke aufgelegt.
Das gesamte Aggregat wird in Pulver einer mit den Bestandteilen des Aggregats nicht reagierenden Substanz eingebettet und zusammengepresst, worauf das Ganze auf eine oberhalb der eutektischen Temperatur von Gold und Silizium liegende Temperatur erwärmt wird, wodurch die Goldfolien mit ihren Dotierungssubstanzen in die Siliziumoberfläche einlegiert werden.
Ein auf diese Weise hergestelltes Legierungselement zeigt folgenden Aufbau : Auf dem unverändert gebliebenen Material des Grundkörpers liegt auf beiden Seiten je eine Rekristallisationsschicht, die mit den jeweils in der Goldfolie enthaltenen Dotierungsstoffen dotiert ist. Auf diesen Rekristallisationszonen liegt jeweils eine Schicht aus einem Gold-Silizium-Eutektikum, das weiterhin noch Reste des Dotierungs- stoffes enthält. Der pn-Übergang bildet die Grenze zwischen der durch Antimon n-dotierten Rekristallisa- tionszone und dem unverändertgebliebenenp-leitenden Grundmaterialdes Halbleiterkörpers. Er tritt kreisförmig in der Nähe der Begrenzung des aufliegenden Gold-Silizium-Eutektikums an die Halbleiterobarfläche.
Durch einen nachfolgenden Ätzvorgang wird er von anhaftenden Verunreinigungen befreit, und es werden die gestörten Oberflächenschichten abgetragen.
Dies kann z. B. auf einer sogenannten Ätzschleuder durchgeführt werden, auf welcher der rotationssymmetrische Halbleiterkörper um seine Symmetrieachse in Drehung versetzt wird, wobei ein Strahl der Ätzflüssigkeit auf den zutage tretenden pn-Übergang gerichtet wird. Durch die Fliehkraft wird die Ätzflüssigkeit vom Rand der Halbleiterscheibe wieder abgeschleudert. Durch einen Wasserstrahl können die Reste der Ätzflüssigkeit dann abgespült werden.
Unmittelbar nach diesem Ätzvorgang folgt nun die Stabilisierung der durch die Ätzung erreichten guten Sperrwerte mit Hilfe der beschriebenen Dämpfe. Diese können z. B. in folgender Weise auf die Oberfläche der Siliziumscheibe geleitet werden : Eine nur zu einem geringen Teil mit der beschriebenen Be- handlungsflüssigkeitgefüllte Kunststoffspritzflasclie, z. B. aus Polyäthylen, wird mit der Öffnung über den zu behandelnden Halbleiterkörper geführt und hiebei zwar nicht die Flüssigkeit, aber ein Teil der in der Spritzflasche befindlichen Dämpfe, die sich oberhalb der aus Flusssäure und Salzsäure bestehenden Behandlungsflüssigkeitgebildet haben, auf die Halbleiteroberfläche geblasen. Schon nach einigen Sekunden Behandlungsdauer bildet sich ein Belag, der die Farben dünner Schichten zeigt, worauf die Behandlung abgebrochen werden kann.
Eine weitere Stabilisierung kann durch eine künstliche Alterung vorgenommen werden, wobei die Halbleiteranordnung etwa 24 Stunden lang bei etwa 200 - 3000 C getempert wird. Es kann an Luft wie auch im Vakuum getempert werden. Anschliessend wird die Halbleiteranordnung zumindest an den Stellen der Oberfläche, an denen der pn-Übergang zutage tritt, erneut kurzzeitig geätzt und hiebei der Belag von Farben dünner Schichten beseitigt. Darauf wird durch Behandlung mit den beschriebenen Dämpfen erneut ein solcher Belag aufgebracht. Die Sperrwerte sind danach endgültig stabilisiert.
Eine sichere Deutung der hiebei auftretenden Phänomene konnte noch nicht gefunden werden. Es hat aber den Anschein, dass der zuerst aufgebrachte Belag von Farben dünner Schichten bei der Temperung als Getter für im Halbleitermaterial befindliche Stofte dient, welche dann mit diesem Belag durch die zweite Ätzung entfernt werden. Weitere Atome oder Moleküle dieser schädlichen Stoffe, die anscheinend nur an der Oberfläche schädlich sind, können sich nach der Temperung nur noch in so grosser Entfer-
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nung von der Oberfläche im Halbleitermaterial befinden, dass sie im normalen Betrieb der Halbleiteranordnung nicht mehr bis zur Oberfläche vordringen. Das Verhalten einer so behandelten Halbleiteranordnung ist also in jeder Hinsicht stabil.
Abschliessend kann noch ein Lack, beispielsweise ein Silikonlack, auf die Oberfläche der Halbleiteranordnung aufgebracht werden, der vor mechanischen Beschädigungen, Luft-und Wasserzutritt u. dgl. schützt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Halbleiteranordnungen mit einem im wesentlichen ein- kristallinen Halbleiterkörper und einem oder mehreren pn-Übergängen, bei dem durch Ätzung eine gestprte Kristallschicht an der Oberfläche des Halbleiterkörpers abgetragen und danach eine aus Oxyden des Halbleitermaterials bestehende Schicht erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche nach dem Ätzvorgang den über einer aus Salpetersäure und Flusssäure bestehenden Behandlungsflüssigkeit entstehenden Dämpfen bis zur Bildung von Farben dünner Schichten ausgesetzt wird.