DE1248169B - Verfahren zur Oberflaechenbehandlung von Halbleiterbauelementen mit einem stroemenden AEtzmittel - Google Patents

Description

Patentamt

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 21 g -11/02

Nummer: 1 248 169

Aktenzeichen: S 58641 VIII c/21

Anmeldetag: 18. Juni 1958

Auslegetag: 24. August 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Halbleiterbauelementen mit einem aus einer Düse frei ausströmenden Ätzmittel, dessen Strömungsgeschwindigkeit auf der von ihm beaufschlagten Fläche des Halbleiterbauelementes durch eine zusätzliche Fremdkraft erhöht wird. Bekannt ist ein elektrolytisches Ätzverfahren, bei welchem die aus einer Düse frei ausströmende Elektrolytflüssigkeit, sobald sie auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers gelangt ist, unter dem Einfluß von in verschiedenen seitlichen Richtungen wirksamen Saugkräften gezwungen wird, sich wie ein Tischtuch als gleichmäßig dünner Film von der Auftreffstelle nach allen Seiten auszubreiten und abzufließen. Damit soll erreicht werden, daß der elektrische Strom zwischen Elektrolyt und Halbleiter in der Mitte des Auftreffbereiches des Flüssigkeitsstrahles eine höhere Dichte hat als an den weiter entfernten Stellen der Halbleiteroberfläche. Auf diese Weise werden in der Mitte einer Halbleiterscheibe Vertiefungen erzeugt, in denen später Metallelektroden angebracht werden. Solche Sonderaufgaben treten aber gewöhnlich beim Ätzen von Halbleiterelementen mit einem einkristallinen Grundkörper aus Germanium oder Silizium oder aus einer intermetallischen Verbindung von Elementen der III. und V. Gruppe bzw. der II. und IV. Gruppe des Periodischen Systems nicht auf. Dagegen ist es in jedem Fall erwünscht, die reinigende Wirkung der Ätzflüssigkeit zu verbessern und Rückstände von verbrauchtem Ätzmittel schleunigst zu entfernen, damit ungünstige Einflüsse solcher Rückstände verhütet werden. Dazu eröffnet die Erfindung einen verhältnismäßig einfachen Weg, der einen geringeren Aufwand erfordert und bequemer ist als das bekannte Verfahren.

Erfindungsgemäß wird das Halbleiterbauelement in so rasche Drehung um eine zu der zu behandelnden Fläche senkrechte Achse versetzt, daß das Ätzmittel in Form einer Flüssigkeitshaut auf der Halbleiteroberfläche chemisch zur Wirkung gebracht und die hierdurch verbrauchte Ätzmittelmenge laufend durch Fliehkraft vom Halbleiterbauelement weggeschleudert wird. Das neue Verfahren ist vorzugsweise zur Verwendung für Halbleiteranordnungen mit einlegierten Elektroden und mit einem oder mehreren pn-Übergängen geeignet. Es dient insbesondere zur Beseitigung leitender Brücken an der äußeren pn-Grenze, das ist die Linie, an welcher die pn-Übergangsfläche an die Halbleiteroberfläche tritt. Mit besonderem Vorteil kann das neue Verfahren bei solchen Halbleiterbauelementen angewendet werden, die bereits auf einer Metallunterlage durch Schweißung oder Lötung befestigt sind.

Verfahren zur Oberflächenbehandlung von
Halbleiterbauelementen mit einem
strömenden Ätzmittel

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Reimer Emeis, Pretzfeld

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zum elektrolytischen, örtlich begrenzten Abtragen von leitendem oder halbleitendem Material durch ein aus einer als Kathode geschalteten Düse austretendes Ätzmittel, insbesondere zum Bohren von Löchern beim Herstellen von Halbleiterbauelementen, das zu bearbeitende Werkstück während des Ätzvorganges mit der Bohrstelle als Drehachse mit solcher Geschwindigkeit in Rotation zu versetzen, daß die auftreffende Ätzflüssigkeit nach außen geschleudert wird. Damit wird die elektrolytische Ätzwirkung an denjenigen Stellen, an denen der Elektrolyt mit der Halbleiteroberfläche nur in Form einer dünnen Flüssigkeitshaut in Berührung tritt, nicht erhöht, sondern im Gegenteil vermindert zu dem Zweck, sie allein auf die Auftreffstelle des Elektrolytstrahies zu beschränken.

Soll beim Verfahren nach der Erfindung ein zur Drehachse zentraler Oberflächenbereich von der Ätzung verschont bleiben, so wird das Ätzmittel an einer zur Drehachse exzentrisch gelegenen Stelle zugeführt. Zugleich kann zusätzlich ein neutrales oder das Ätzmittel neutralisierendes Spülmittel, ζ. Β. Alkohol oder mehrfach destilliertes Wasser der Oberfläche des Halbleiterbauelementes an einer von der Drehachse weiter entfernten Stelle zugeführt und dadurch der Ätzangriff auf einen außerhalb des vom Spülmittel getroffenen Kreises liegenden Oberflächenbereich gemildert oder praktisch verhindert werden. Durch die Fliehkraft werden Ätzmittel und Spülmittel gemeinsam von der behandelten Halbleiteroberfläche wieder entfernt.

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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung erläutert werden, die in

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens und in

F i g. 2 einen Teil dieser Vorrichtung in vergrößertem Maßstab zeigt.

Zwecks Erzeugung der Fliehkraft ist ein Halbleiterbauelement 45, das über eine Metallunterlage 4 am Boden eines beispielsweise aus Kupfer bestehenden Gehäuseunterteiles 5 durch Lötung od. dgl. befestigt sein möge, mittels eines zentral angebrachten Gewindebolzens 6 gekuppelt. Der Gehäuseunterteil 5 ist vorteilhaft als Sechskant ausgebildet und besitzt einen hochgezogenen Rand 7, welcher die Seitenwandung des Gehäuses bildet. Auf letztere kann später ein scheibenförmiger Deckel aufgelötet werden, durch welchen hier nicht dargestellte Zuleitungen für den elektrischen Strom isoliert und gasdicht hindurchgeführt sind. Eine andere Stromzuleitung kann durch den Gewindebolzen 6 und den Gehäuseunterteil 5 gebildet werden.

Auf dem Zwischenstück 35 wird vorteilhaft eine Spritzscheibe 38, z. B. aus Polytetrafluoräthylen (»Teflon«) angeordnet, gegen deren Stirnseite sich der festgeschraubte Gehäuseunterteil 5 legt. Ein Auffangraum wird gebildet von einer Platte 39, z. B. aus Teflon, in welcher eine ringförmige Rille 40 und eine Ablaufbohrung 41 ausgespart sind, und einer Kappe 42, z. B. aus Polymethylmethacrylat (»Plexiglas«), deren Stirnseite eine zentrale Öffnung 43 aufweist. Die Platte 39 ruht auf einem Grundgestell 44, welches auch den Motor 37 trägt. Durch die Öffnung 43 hindurch können Rohre mit düsenförmigen Ausflußöffnungen auf das zu behandelnde Halbleiterbauelement 45 gerichtet werden, durch welche ein strömendes Ätzmittel, insbesondere eine Ätzflüssigkeit, oder auch ein Spülmittel strahlförmig zur Wirkung gebracht werden kann. Die Anordnung ermöglicht es, nicht nur das ganze Halbleiterbauelement gleichmäßig zu ätzen, sondern die Ätzwirkung auf eine bestimmte Zone zu begrenzen, indem das Ätzmittel an einer zur Drehachse exzentrisch gelegenen Stelle zugeführt wird. Dies soll im Zusammenhang mit F i g. 2 im folgenden näher ausgeführt werden.

Das Halbleiterbauelement 45 sei in diesem Fall ein Transistor mit einem Grundkörper aus mangelleitendem Silizium, auf dessen Unterseite durch Einlegieren einer antimonhaltigen Goldfolie ein Kollektor 46 geschaffen ist, welcher auch den Scheibenrand bedeckt, so daß sich die äußere pn-Grenze zwischen dem Kollektorbereich und der Basiszone auf der Oberseite des Halbleiterbauelementes befindet. Ein ringförmiger Emitter 47 ist auf der Oberseite durch Einlegieren einer ringförmigen antimonhaltigen Goldfolie hergestellt. Sperrfreie Basiskontakte 48 und 49, von denen der erstere kreisförmig und der letztere ringförmig ist, sind durch Einlegieren entsprechend geformter Aluminiumfolien geschaffen. Zwischen dem Emitterring 47 und den beiden Basiskontakten 48 und 49 treten die äußeren Grenzen des pn-Überganges von der Basiszone zum Emitterbereich in Gestalt von Kreislinien an die Halbleiteroberfläche. In der Zeichnung sind ferner an verschiedenen Stellen bei 50, 51, 52 und 53 einige Düsen für die Zufuhr von Ätzflüssigkeit bzw. Spülflüssigkeit schematisch angedeutet.

Führt man Ätzflüssigkeit durch eine Düse in der Stellung 50 zu, so bleibt die mittlere Kreisfläche und damit der Basiskontakt 48 vom Angriff durch Ätzflüssigkeit verschont. Die Ätzwirkung erstreckt sich nur auf eine äußere Ringzone, beginnend im Zwischenraum zwischen 47 und 48. Falls auch der Basisring 49 von der Ätzwirkung verschont bleiben soll, wird durch eine zweite Düse in der Stellung 51 destilliertes Wasser zugeführt, durch welches die bei 50 zugeführte Ätzflüssigkeit, sobald sie den Basisring 49 erreicht, soweit verdünnt wird, daß eine nennenswerte Ätzwirkung von hier ab nach außen hin nicht mehr eintritt. Nach beendetem Ätzvorgang wird durch eine Düse in der Stellung 50 destilliertes Wasser zugeführt, so daß etwaige Reste der Ätzflüssigkeit fortgespült werden. Anschließend kann die äußere pn-Grenze des Kollektors 46 mit Hilfe einer Düse in der Stellung 52 geätzt und nachgespült werden. Falls die Gehäusewandung 7 aus einem Material besteht, welches von der Ätzlösung angegriffen wird, kann sie besonders geschützt werden, indem durch eine Düse in der Stellung 53 Spülmittel, ζ. Β. destilliertes Wasser, zugeführt wird, welches infolge der Fliehkraft eine zusammenhängende Schutzschicht 55 an der Innenseite der Wandung 7 bildet. Die zugeführte Ätzflüssigkeit und Spülflüssigkeit gelangt über den oberen Rand der Gehäusewandung 7 hinaus, wie durch die Pfeile 54 angedeutet, in den Auffangraum. Wenn auf eine beim einzelnen Halbleiterbauelement radial nach außen gerichtete Strömungskomponente kein besonderer Wert gelegt wird, so kann die Fliehkraft auch mittels andersartiger Vorrichtungen nutzbar gemacht werden. Man kann beispielsweise mehrere Halbleiterelemente gemeinsam ätzen, indem man sie auf einer scheibenförmigen Unterlage befestigt, die in Drehung versetzt wird. Die Befestigung kann durch Ankleben z. B. mit Wachs oder Kolophonium erfolgen. Wird der Ätzmittelstrom in Form eines Strahles auf die sich drehende Scheibe gerichtet, so ist die von der Fliehkraft verursachte Strömung parallel zu der behandelten Fläche gerichtet. Man kann auch eine walzenförmige Unterlage, auf welcher die Halbleiterbauelemente befestigt sind, um die Walzenachse drehen. In diesem Fall wird die Ätzflüssigkeit von der behandelten Oberfläche etwa senkrecht weggeschleudert.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Halbleiterbauelementen mit einem aus einer Düse frei ausströmenden Ätzmittel, dessen Strömungsgeschwindigkeit auf der von ihm beaufschlagten Fläche des Halbleiterbauelementes durch eine zusätzliche Fremdkraft erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei rein chemischer Ätzung das Halbleiterbauelement (45) in so rasche Drehung um eine zu der zu behandelnden Fläche senkrechte Achse versetzt wird, daß das Ätzmittel in Form einer Flüssigkeitshaut auf der Halbleiteroberfläche chemisch zur Wirkung gebracht und die hierdurch verbrauchte Ätzmittelmenge laufend durch Fliehkraft vom Halbleiterbauelement (45) weggeschleudert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzmittel an einer zur Drehachse exzentrisch gelegenen Stelle zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein neutrales oder

das Ätzmittel neutralisierendes Spülmittel, z. B. Alkohol oder mehrfach destilliertes Wasser, der Oberfläche des Halbleiterbauelementes (45) an einer von der Drehachse weiter entfernten Stelle zugeführt wird als das Ätzmittel.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen eines mit erhöhtem Rand (7) ausgeführten Gehäuseunterteiles (5), auf dessen Bodenfläche das Halbleiterbauelement (45) befestigt ist, durch eine Spülmittelschicht vor dem Angriff des Ätzmittels bewahrt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiterbauelemente auf einer scheibenförmigen Unterlage befestigt werden, die in Drehung versetzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1153 749; Proceedings of the IRE, Bd. 41 (1953), S. 1706 bis 1708.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 1 072 045, 1 040 134, 094 547, 1 225 017.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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