DE1129795B - Verfahren zur elektrolytischen Oberflaechenbehandlung von Halbleiterkoerpern aus Silicium - Google Patents

Verfahren zur elektrolytischen Oberflaechenbehandlung von Halbleiterkoerpern aus Silicium

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DE1129795B DEA31868A DEA0031868A DE1129795B DE 1129795 B DE1129795 B DE 1129795B DE A31868 A DEA31868 A DE A31868A DE A0031868 A DEA0031868 A DE A0031868A DE 1129795 B DE1129795 B DE 1129795B
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Dr-Ing-Chem Heinz-Guenth Plust
Dr Rer Nat Erich Weisshaar
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrolytischen Oberflächenbehandlung von Halbleiterkörpern, wie sie beispielsweise bei Halbleitergleichrichtern verwendet werden.
Ein Halbleitergleichrichter enthält einen scheibenförmigen Halbleiterkörper H (Fig. 1) mit den Elektroden ,ST1 und K2. Im Körper verläuft derp-n-Übergang, der durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.
Es ist bekannt, daß der Halbleiterkörper insbesondere in der kreisringförmigen Zone Z, wo seine Oberfläche von der Sperrschicht durchstoßen wird, sehr gut gereinigt und dauernd in reinem Zustand gehalten werden muß, damit gute elektrische Eigenschaften des Gleichrichters erzielt werden und erhalten bleiben. Reinigung und Schutz der genannten Zone erfolgen meist durch Ätzen bzw. durch Überziehen mit einer geeigneten Schutzschicht. Als solche ist für Halbleiterkörper, die aus Silicium bestehen, Siliciumdioxyd geeignet.
Die Reinigungs- und Schutzmaßnahmen wurden bisher ,stets in zwei Arbeitsgängen und unter Anwendung verschiedener Mittel durchgeführt. Für das Ätzen sind verschiedene chemische und elektrolytische Verfahren bekannt; bei lezteren kann z. B. eine Flußsäurelösung oder auch reines Wasser als Elektrolyt verwendet werden. Für die Oxydation von Silicium ist unter anderem ein elektrolytisches Verfahren mit Borsäure als Elektrolyt bekannt.
Es hat sich nun gezeigt, daß bei den nach den bekannten Verfahren behandelten Halbleiterkörpern die Schutzschicht mechanisch und elektrisch instabil ist. Besonders bei der Verwendung von Borsäure als Elektrolyt beim Oxydationsprozeß ergeben sich voluminöse Schichten von ungleichmäßiger Dicke, die schlecht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers haften. Genauere Untersuchungen haben ergeben, daß durch den Ätzprozeß die Oberfläche des Halbleiterkörpers vollkommen gereinigt wird und daß sich dabei auf ihr aktive Zentren bilden. An diesen Stellen finden dann nach der Beendigung des Ätzprozesses Reaktionen mit dem Ätzmittel oder dem Elektrolyten sowie auch Absorptionsreaktionen mit Ionen usw. statt. Dies hat an den genannten Stellen die Bildung von kleinen Siliciumdioxydhydratkugeln mit Durchmessern von weniger als ICH mm zur Folge, in denen Ätzlösung, Elektrolyt usw. eingeschlossen sind. Wird nun anschließend der Oxydationsprozeß durchgeführt, so wird wohl die Oberfläche des Halbleiterkörpers mit einer Schutzschicht bedeckt, aber dazwischen befinden sich noch die Ätz- und Elektrolytlösung enthaltenden kugelförmigen Einschlüsse. An diesen Stellen und in ihrer Um-
Verfahren
zur elektrolytischen Oberflächenbehandlung von Halbleiterkörpern aus Silicium
Anmelder:
Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Qe.,
Baden (Schweiz)
Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6
Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 8. April 1959 (Nr. 71 739)
Dr.-Ing.-Chem. Heinz-Günther Plust,
Wettingen, Aargau,
und Dr. rer. nat. Erich Weisshaar,
Neuenhof, Aargau (Schweiz),
sind als Erfinder genannt worden
gebung haftet daher die Schutzschicht mechanisch nicht fest an der Oberfläche des Halbleiterkörpers, und auch die elektrischen Eigenschaften eines so behandelten Halbleitergleichrichters sind meist schlecht. Letzteres ist darauf zurückzuführen, daß sich störende Einschlüsse meist auch in der Zone Z, d. h.
nahe der Durchstoßlinie des p-n-Überganges durch die Oberfläche, des Halbleiterkörpers befinden, wo sie zu erheblichen Störungen Anlaß geben.
Demgegenüber werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Schutzschichten erzeugt, die keinerlei Oxydhydrateinschlüsse enthalten. Die Schutzschichten sind außerdem sehr homogen, dicht und festhaftend. Bei geringer Dicke ist ihre Gleichmäßigkeit schon äußerlich an der einheitlichen Färbung erkennbar. Die Schichten können in beliebiger Dicke erzeugt werden. Das Verfahren weist außerdem noch den Vorteil auf, daß Ätzung und Oxydation in derselben Apparatur und mit denselben Mitteln durchgeführt werden können, d. h.· also praktisch in einem einzigen Arbeitsgang. Die unter Benutzung dieses Verfahrens hergestellten Halbleitergleichrichter zeigen keine Nachformierungserscheinungen, und die elektrischen Eigenschaften sind völlig stabil.
209 580/383
Das Verfahren nach der Erfindung zur Oberflächenbehandlung von Halbleiterkörpern aus Silicium durch elektrolytische Ätzung und nachfolgende Oxydation ist dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt die Lösung einer Substanz verwendet wird, die unter den bei der Elektrolyse herrschenden Bedingungen Sauerstoff abgibt, und daß nach beendigtem Ätzen durch Erhöhen der Stromdichte die Oxydation vollzogen wird.
Die Fig. 2 zeigt als Beispiel eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
G ist ein kreiszylinderförrniges Gefäß aus elektrisch isolierendem Material, dessen Boden eine kreisförmige Öffnung aufweist, gegen welche der zu behandelnde Halbleiterkörper H aus Silicium gepreßt wird. Der im Gefäß befindliche Elektrolyt E berührt also die zu ätzende und zu oxydierende Zone Z (vgl. Fig. 1). Es ist zweckmäßig, den Elektrolyten von der zentralen Partie der Elektrode K1 (beispielsweise aus Gold) fernzuhalten. Hierzu dient der ebenfalls aus elektrisch isolierendem Material bestehende Stempel 5, der auf die Elektrode K1 gedruckt wird. R ist ein (beispielsweise aus Gold bestehender) Ring, der beim Elektrolysiervorgang als Kathode verwendet wird; als Anode dient der Halbleiterkörper selbst, und die Plusleitung für den Elektrolysestrom ist demgemäß an die Elektrode K2 angeschlossen.
Als Elektrolyt ist beispielsweise eine wäßrige Lösung von 10 bis 20% Ammoniumperoxydisulfat und 0 bis 5% Bor (III)-Oxyd geeignet, der noch etwa 0,01 Volumprozent konzentrierte Schwefelsäure beigefügt ist.
Die Ätzung wird bei einer Stromdichte von etwa 0,5 A/cm2 der zu behandelnden Oberfläche durchgeführt. Anschließend wird die Stromdichte auf mindestens den doppelten Wert erhöht, worauf die Bildung der Schutzschicht abläuft. Nach wenigen Minuten ist die behandelte Zone mit der gewünschten gleichmäßigen, festhaftenden Siliciumdioxydschicht bedeckt.
Die günstige Wirkung beim erfindungsgemäßen Verfahren beruht darauf, daß bei Verwendung eines unter Elektrolysebedingungen Sauerstoff abgebenden Elektrolyten schon während der Ätzung in geringem Maße atomarer Sauerstoff an der Oberfläche des Halbleiterkörpers entsteht. Die beim Ätzen entstehenden aktiven Zentren reagieren sofort mit diesem Sauerstoff, wobei an diesen Stellen bereits schützendes Siliciumdioxyd in dünner Schicht gebildet wird. Es können also an diesen Stellen keine Ionenabsorptionen oder anderen Reaktionen stattfinden, und die oben beschriebenen störenden Einschlüsse können nicht entstehen.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur elektrolytischen Oberflächenbehandlung von Halbleiterkörpern aus Silicium durch Ätzen und nachfolgende Oxydation, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt eine Lösung einer Substanz verwendet wird, die unter den bei der Elektrolyse herrschenden Bedingungen Sauerstoff abgibt, und daß nach beendigtem Ätzen durch Erhöhen der Stromdichte die Oxydation vollzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt eine wäßrige Lösung von 10 bis 20°/» Ammoniumperoxydisulfat, 0 bis 5fl/o Bor(III)-Oxyd und wenigstens angenähert 0,01 Volumprozent konzentrierter Schwefelsäure verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdichte nach dem Ätzen auf mindestens den doppelten Wert erhöht wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Referat über die USA.-Patentschrift Nr. 2 653 085 im Chemischen Zentralblatt, 1955, S. 11285.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 209 580/383 5.
DEA31868A 1959-04-08 1959-04-18 Verfahren zur elektrolytischen Oberflaechenbehandlung von Halbleiterkoerpern aus Silicium Pending DE1129795B (de)

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US2653085A (en) * 1952-08-09 1953-09-22 Westinghouse Electric Corp Etching solution and process

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