DE1544281A1

DE1544281A1 - Verfahren zum Aufbereiten von Halbleiterkristallen

Info

Publication number: DE1544281A1
Application number: DE19661544281
Authority: DE
Inventors: Emeis Dipl-Phys Dr Reimer; Wolfgang Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-03-04
Filing date: 1966-03-04
Publication date: 1971-01-21
Also published as: US3480474A; NL6701905A; DE1544281C3; CH487505A; SE304750B; BE694813A; DE1544281B2; GB1165585A

Description

Verfahren zum Aufbereiten von Halbleiterkristallen

Zum Herstellen von Halbleiterelementen werden häufig von einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterstab abgetrennte, scheibenförmige Halbleiterkristalle in einer Läppmaschine plangeiäfpt. Aus der DAS 1 199 o98 ist es bekannt, die durch das Läppen gestörte Kristallstruktur unmittelbar unter der Oberfläche der Halbleiterkristalle durch Ätzen in heißer Kalilauge, in kalter Natron- oder Kalilauge oder in einer mus einer Mischung aus Ao$>-iger Flußsäure und rauchender Salpetersäure im Verhältnis 1 s 1 bestehenden CP-ltzlösungzu entfernen. Hieran anschließend können in die Halbleiterkristalle, z. B. zwecks Ausbildung von pn-Übergängen, Dotierungssubstanzen eindiffundiert werden. So hergestellte pn-Obergänge weisen zuweilen eine verminderte Sperrfähigkeit auf.

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Lie Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine der Ursachen fur die Beeinträchtigung der Sperrfähigkeit in Spuren von Schwermetallen zu erblicken ist, die in den Kalbleiterkristallen in sonst unberaerkbar kleinen Mengen enthalten sind, ils ist zu vermuten, daß solche Verunreinigungespuren, wenn sie nicht schon im rohen Kristullstab vorkommen, auch von den Werkzeugen beim Sägen oder Läppen herrühren oder aus dem umgebenden Medium beim Ätzen oder sogar orct beim Diffundieren auf die Oberfläche der scheibenförmigen Halbleiterkristalle und von dort durch eine Wärmebehandlung,z.3. während des Diffusionspro5e8ses,in dae Innere der Halbleit{erkristalle gelangen können. Scnwermetallatome können bekanntlich im Kristallgitter Kekombinationezentren bzw. als Donatoren oder Akz&ptoren wirksame Störstellen bilden, die die elektrischen Eigenschaften von aus den Halbleiterkri3tallen hergestellten Kalbleiterelementen in nicht vorau33ehbarer. Weise beeinflussen. Da sie auch meist eine mit fallender Temperatur stark abnehmende Löslichkeit im Halbleitermaterial aufweisen, kann es während der sich dem Diffusionsprozeß anschliessenden Abkühlung zu unerwünschten Ausscheidungen von Schwermetallinseln im Kristall kommen, die im Bereich von pn-Übergängen deren Sperrfähigkeit empfindlich herabsetzen können. Die Erfindung dient zur Behebung dieses Mangels durch Beseitigung seiner erkannten Ursachen.

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zum Aufbereiten von Halbleiterkristallen, insbesondere Siliziumkristallen, Erfir.dungs-

o gemäß werden die in an sich bekannter Weise geätzten und gespulten © ' ■

Kristalle mit' einer wässrigen Lösung eines Alkalihydroxyds, die oo

® Bor enthält, in Berührung gebracht ,bis sich ein gallertartiger

_» Oberflächenüberzug gebildet hat, der danach durch Erwärmen verfestigt

o> wird. Es wurde gefunden, daß Schwermetallverunreinigungen in einem

sol&hen Oberflächenüberzug eine größere Löslichkeit als im HaIb-

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leitermaterial besitzen, so daß dieser Überzug u.a. während ein.-s Diffusionaprozesses als Getter für die ÖchwermetallverunreiniGun^en wirkt. Kin Überzug, hergestellt mittels einer wässrigen Lösung eines Alk&Ühydroxyds, die dreiwertiges; positiv geladene« Bor enthält, hat sich als besonders wirkungsvoll erwiesen. Zwecks Ersparnis an Zeit und Arbeitsaufwand kann es unter Umständen vorteilhaft sein, die Konzentration des Alkalihydroxyds so zu wählen und die Dauer der Berührung so lange auszudehnen, daß

eine zum Beseitigen von Verunreinigungen von der Oberfläche und zum Abbau gestörter Oberflächenstrukturteile ausreichende Atzwirkunc erzielt wird. Die Behandlungsdauer kann wie bei normalen Ätzvorgangen um so kürzer sein, je höher die Konzentration der Ätzlösung ist. Die erforderlichen Behandlungszeiten reichten in der Hegel auch zum Erzeugen des gitternden Überzuges selbst bei geringem Borgehalt der Ätzlösung aus, jedoch kam es entscheidend darauf an, den noch gallertartigen überzug mit größter Sorgfalt vor Beschädigungen zu bewähren,. Ms er durch Erwärmen verfestigt und damit weniger empfindlich gemacht wer.

Die Erfindung sei an' einem Ausführungebeiepiel näher erläutert:

Zum Herstellen bestimmter Halbleiterelemente, s.B. Gleichrichter, Transistoren oder Thyristoren, werden scneibenförmige iüli^iurikristalie mit einer Dicke von 200 bis mehr als 400/u, die von einem im wesentlichen einkriotallinen Siliziumstab mit einem Durchmesser von 10 bis 30 ma abgetrennt sind, in einer Läppmaschine plangeläppt und beispielsweise auf eine Dicke zwischen 150 und 300 /U gebracht. Sodann wird die nach dem Abtrennen und Läppen gestörte Kristallstruktur, die bis in eine liefe von etwa 50 /U unter der Oberflächt der ecntibenfbraiftn Silisiuakrietalle reichen

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kann»weggeätzt. Als Ätzmittel kann man sowohl eine saure ala auch eine alkalische Ätzflüssigkeit, z.B. eine CP-Ätzlösune oder eine wässrige Lösung von Natriumhydroxyd oder Kaliumhydroxyd, yer- wenden. Anschließend an den Ätzvorgang werden die Siltsiumkristalle in Wasser gespült.

Bevor die Siliziumkristalle einem Diffuaionsprözeß zum definierten

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\ Einbringen von Dotierungsmaterial unterworfen werden, werden sie nach dem Spülen mit Hilfe einer wässrigen borhaltigen Lösung einec Alkalihydroxyds, 2.B. Kaliumhydroxyd oder Natriumhyd-röxyd, auf- ---- bereitet. Die Halbleiterkristalle können dabei sowohl in diese Lösung getaucht als auch mit ihr bespült werden. Durch diese Behandlung entsteht auf den HalbXeiterkristallen ein gallertartiger 'Oberflächenüberzug« der nachträglich durch Erwärmen verfestigt wird. Dieser Oberflächenüberzug gettert während des Diffusions- -prozeases nicht nur die während der mechanischen Vorbehandlung und während des Ätzens auf die Oberfläche der Siliziumkrietalie

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gelangten störenden Schwermetallatome, sondern auch etwa noch während des Diffusionsprozeesee aus den Wandungen dee Diffusions_t, j gefäße», z.B. einer evakuierten und zugeschaolzenen Quarsampulle, abdampfende Schwermetallverunreinigungen* Sogar evtl. im Silizium- · stab vor dem Abtrennen der scheibenförmigen Siliziumlcrietalle bereite vorhandene Verunreinigungen werden durch diesen Überzug während des Dtffüelonsprozeesee gegettert und aus den Siliziumkriβtallen entfernt.

Der gallertartige Oberflächenüberzug wird vorteilhaft durch Behandlung der Halb!eiterkristalle Bit einer Lösung erzeugt, die ait 200 Gewichteteilen Waaeer, 1 bis 200 Gewichtsteilen Alkalihydroxyd, s.B. Satrit&B- oder XaIiiMhydroxyd, und 1 bi« 20 Cewiehtsttileii

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Boroxyd (BgO^) angesetzt wird. Diese Lösung kann Zimmertemperatur besitzen, d.h. eine Temperatur etwa im Bereich von 1O⁰C bis 30⁰C₁ da bei diesen Temperaturen die Alkalihydroxydlösung die ungestörte Kristallstruktur der Halbleiterkristalle kaum angreift. Der gallertartige Oberflächenüberzug kann vorteilhaft durch Erwärmen der HaIbleiterkristaile auf eine Temperatur oberhalb von 5O⁰G, vorzugsweise von 9O⁰G, verfestigt werden* Das Erwärmen kann z.B. in einem Ofen . an Luft geschehen. Nach dem Verfestigen des Oberflächenüberzuges können die Halbleiterkörper einem üblichen Diffusionsprozeß zum Einbringen von Dotierungssubstanzen z.B. in einer evakuierten und zugeschmolzenen Quarzampulle unterworfen werden.

Einen günstige Gettereigenschaften aufweisenden gallertartigen Oberflächenüberzug erhält mail auch» wenn man die Halbleiterkristalle mit einer wässrigen Lösung von Alkalihydroxyd, z.B. Natrium- oder Kaliumhydroxyd, behandelt, · die vorher oder gleichzeitig mit boroxydhaltigern Glas in Berührung gebracht wurde bzw. wird. Hierzu kann man entweder ein Behandlungsgefäß aus boroxydhaltigern Glas verwenden oder der z.B. in einem Kunststoffgefäß befindlichen Alkalihydroxydlösung eine oder mehrere Scherben aus boroxydhaltigen Glas zusetzen. Als besonders günstig hat eich ein Glas mit folgenden Gewichtsanteilen erwiesen: Y5# SiO₂; 6,85* Na£0; 0,4 £ KgO; 1\1 i» GaOi 3,4 ί> BaOj 5,7 > Al^O₃J 7,5 t B₃O₅; 0,1 * Fe₂O₃.

Nach dem Abtragen der durch das Läppen und Abtrennen gestörten ■ Kristallstruktur unter der Oberfläche der Halbleiterkristalle in . einer Xtzflüesigkeit let ee unter !/«ständen angebracht, die Halb leiterkristalle gut in Waeeer, etwa mit Hille von Ultraschall su spülen, bevor man mit den Erzeugen des gallertartigen Oberflächen- Überzuges beginnt* laoh. de« Sreeugen de· gallertartigen Oberflächen*

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übtrsugta hingegen dürfen die Halbleiterkristalle weder zu intensiv naöhgeepült noch abgewischt werden, damit der Oberflächenüberzug unversehrt bleibt· Gegebenenfalls empfiehlt es sich, die Halbleiterkörper nach dem Spülen noch einmal mit einer Lösung wie beschrieben nachzubehandeln, bevor der Oberflächenüberzug durch Erwärmen verfestigt wird. Auch diese Nachbehandlung kann in einer Lösung mit etwa Zimmertemperatur, also einer Temperatur zwiechen 1O⁰C bis JQ⁰C, vor sich gehen, in der wohl die gestörten Krietallstrukturen der Halbleiterkörper, kaum aber die unversehrten Gitterbausteine von ungestörten Kristallstruktüren abgetragen werden.

Besitzen die scheibenförmigen Kalbleiterkristalle von vornherein eine ungestörte Oberfläche, sind sie .also z.B. durch pyrolytisches Niederschlagen von Halbleitermaterial gewonnen, so braucht der Alkali*; droxydgehalt der zum Aufbereiten der Halbleiterkriatalle dienenuen. Lösung nur so hoch gewählt zu werden, daß sich mit Sicherheit der gallertartige Oberflächenüberzug auebildet.

Die aus der vorstehenden Beschreibung entnehmbaren Merkmale, Arbeitsvorgänge und Anweisungen sind, soweit nicht vorbekannt, im einzelnen, ebenso wir ihre hier erstmals offenbarten Kombination« . Untereinander, als wertvolle erfinderische Verbesserungen anzusehen.

6 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Aufbereiten von Halbleiterkristallen insbesondere uil i zi umkri sta-1len, für einen Diffusionsprozeß, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise geätzten und gespülten Kristalle mit einer wässrigen Lösung eines Alkalihydroxyds, die Bor enthält', in Berührung gebracht werden, bis sich ein gallertartiger Oberflächenüberzug gebildet hat, der danach durch Erwärmen verfestigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung, die dreiwertiges, positiv geladenes Bor enthält, verwendet wird,

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Alkalihydrosyds so gewählt und die Dauer der Berührung so lanire ausgedehiit wirdU daß eiae taai Reinigen der Oberfläche von Fremdkörpern und zum Abbau gestörter Oberflächenstrukturteile ausreichende Ätzwirkung erzielt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung mit 2oo Gewichtsteilen Wasser, 1 bis 2oo Gewichtsteilen Alkalihydroxyd und 1 bis 2o Gewichtsteilen Boroxyd angesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung mit 2oo Gewichtsteilen Wasser und 1 bis 2oo Gewichtsteilen Alkalihydroxyd angesetzt und mit boroxydlialtigern Glas in Berührung gebracht wird.·

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennstichnet, daß dl« Kristalle rua Verfestigen des Überzuges auf •int Temperatur «wischen 50 und 300° C erwärmt werden*

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