Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Halbleiteranordnungen Halbleiteranordnung, wie Gleichrichter, Transi storen, Fotodioden, Vierschichtanordnungen und dergleichen bestehen meistens aus einem Halbleiter körper aus vorwiegend einkristallinem Halbleiter material, wie Germanium, Silizium oder einer inter- metallischen Verbindung der 11I. und V. bzw. der Il. und VI. Gruppe des Periodischen Systems, auf den Elektroden aufgebracht sind.
Im Laufe des Herstel lungsverfahrens derartiger Halbleiteranordnungen werden für gewöhnlich mehrere Ätzungen vorge nommen. Insbesondere 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, da mit 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 11I. und V. bzw. der II. und VI. Gruppe des Periodischen Systems, rich tet sich die Ätzflüssigkeit, die angewendet wird. Für Silizium hat sich beispielsweise eine Mischung aus 40 % iger Flussäure und rauchender Salpeter säure im Verhältnis 1 : 1 bewährt.
Auch eine Mi schung aus 40 % iger Flussäure, rauchender Salpeter säure und Eisessig im Verhältnis 1:1:1 ist als Ätz- flüssigkeit bekanntgeworden. Derartige Ätzflüssigkei- ten werden für gewöhnlich als CP-Ätzlösungen be zeichnet. Es sind auch verschiedene andere Atz lösungen bekanntgeworden, auch alkalische, z. B. heisse Kalilauge.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflä chenbehandlung von Halbleiteranordnungen mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkör per und ein oder mehreren pn-Übergängen, bei dem durch Ätzung eine gestörte Kristallschicht an der Oberfläche des Halbleiterkörpers abgetragen wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche nach dem Ätzvorgang den über einer aus Salpeter säure und Flussäure bestehenden Behandlungsflüs- sigkeit entstehenden Dämpfen bis zur Bildung von Farben dünner Schichten ausgesetzt wird.
Zweck mässigerweise 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 Atzvor- gang abgebrochen wird. Es stellte sich heraus, dass bei einer abrupten Beendigung des Ätzvorganges mit einer PC-Ätzlösung die durch die Ätzung 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 Eigen schaften führte. Es wurde weiter beobachtet, dass sich unter der Einwirkung dieser Dämpfe ein Belag, der die Farben dünner Schichten zeigt, auf der Halb- leiteroberfläche bildete. Wie sich nun herausstellte, tritt die Stabilisierung der durch das Ätzen erreich ten 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 pielt also keine Rolle, ob eine CP- Ätzlösung oder eine alkalische Ätzlösung verwendet wird. Wichtig ist lediglich, dass die durch den, Dif- fusions- bzw.
Legierungsvorgang gestörten bzw. ver unreinigten Oberflächenschichten abgetragen wer den. Bei der erfindungsgemäss erfolgenden Nach behandlung kommt es dagegen entscheidend darauf an, dass Dämpfe verwendet werden, die über einer aus Salpetersäure und Flussäure bestehenden Be handlungsflüssigkeit entstehen. Die Dämpfe von Kalilauge sind in dieser Hinsicht unwirksam.
Es kann zweckmässig sein, eine weitere Stabili sierung durch Temperung vorzunehmen, wodurch die erzielten guten Sperreigenschaften auch bei hö heren Temperaturen, die gegebenenfalls während des Zusammenbaus der Halbleiteranordnung mit Ge häuseteilen oder auch im Betrieb auftreten können, beständig bleiben. Zu diesem Zweck wird die Halb leiteranordnung nach der Bildung von Farben dün ner Schichten bei etwa 200 bis 3000 C etwa 24 Stun den lang getempert; dann wird erneut eine kurze Atzung der Stellen, an denen der pn-Übergang zu tage tritt, vorgenonmmen und anschliessend erneut die Oberfläche mit einem Belag, der die Farben dün ner Schichten zeigt, versehen.
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Er findung 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-lei- tende Siliziumscheibe von z. B. 12 mm Durchmesser und 250 tt Stärke wird auf eine Goldfolie aufgelegt, die den gleichen Durchmesser aufweist und z. B. eine Stärke von 50 tu hat. Die Goldfolie enthält einen geringen Prozentsatz, z.
B. 0,3 % Bor und wirkt so mit p-dotierend, wenn sie in den Halbleiterkörper einlegiert wird. Auf die Oberfläche der Silizium scheibe wird eine Antimon enthaltende Goldfolie (ca. 0,5 % Sb) von z. B. 8 mm Durchmesser und ebenfalls 50 i, Stärke aufgelegt.
Das gesamte Aggre gat 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 Legierungsele ment zeigt folgenden Aufbau : Auf dem unverän dert gebliebenen Material des Grundkörpers liegt auf beiden Seiten je eine Rekristallisationsschicht, die mit den jeweils in der Goldfolie enthaltenen Dotie- rungsstoffen dotiert ist. Auf diesen Rekristallisations- zonen liegt jeweils eine Schicht aus einem Gold-Sili- zium-Eutektikum, das weiterhin noch Reste des Do- tierungsstoffes enthält.
Der pn-Übergang bildet die Grenze zwischen der durch Antimon n-dotierten Re kristallisationszone und dem unverändert gebliebenen p-leitenden Grundmaterial des Halbleiterkörpers. Er tritt kreisförmig in der Nähe der Begrenzung des auf liegenden Gold-Silizium-Eutektikums an die Halb leiteroberfläche. Durch einen nachfolgenden Atz vorgang wird er von anhaftenden- Verunreinigungen befreit, und es werden die gestörten Oberflächen schichten abgetragen.
Dies kann z. B. auf einer sogenannten Ätz- schleuder durchgeführt werden, auf welcher der ro tationssymmetrische Halbleiterkörper um seine Sym metrieachse in Drehung versetzt wird, wobei ein Strahl der Ätzflüssigkeit auf den zutage tretenden psa-Übergang gerichtet wird. Durch die Fliehkraft wird die Ätzflüssigkeit vom Rand der Halbleiter scheibe wieder abgeschleudert. Durch einen Wasser strahl können die Reste der Ätzflüssigkeit dann ab gespült 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 beschrie benen Behandlungsflüssigkeit gefüllte Kunststoff spritzflasche, z. B. aus Polyäthylen, wird mit der Öffnung über den zu behandelnden Halbleiterkörper geführt und hierbei zwar nicht die Flüssigkeit, aber ein Teil der in der Spritzflasche befindlichen Dämpfe, die sich oberhalb der aus Flussäure und Salzsäure bestehenden Behandlungsflüssigkeit gebildet 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 bis 3000 C getempert wird. Es kann an Luft wie auch im Vakuum getempert werden. Anschliessend wird die Halbleiteranordnung zumindest an den Stel len der Oberfläche, an denen der pn-Übergang zu tage tritt, erneut kurzzeitig geätzt und hierbei 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 hierbei auftretenden Phänomene konnte noch nicht gefunden werden. Es hat aber den Anschein, dass der zuerst aufgebrachte Belag von Farben dünner Schichten bei der Tem- perung als Getter für im Halbleitermaterial befind liche Stoffe 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 Entfernung von der Oberfläche im Halblei termaterial befinden, dass sie im normalen Betrieb der Halbleiteranordnung nicht mehr bis zur Ober fläche vordringen. Das Verhalten einer so behan delten Halbleiteranordnung ist also in jeder Hinsicht stabil.
Abschliessend kann noch ein Lack, beispielsweise ein Silikonlack, auf die Oberfläche der Halbleiter anordnung aufgebracht werden, der vor mechani- schen Beschädigungen, Luft- und Wasserzutritt und dergleichen schützt.