DE1621393A1 - Verfahren zum Beschichten von Halbleitermaterialien - Google Patents

Verfahren zum Beschichten von Halbleitermaterialien

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DE1621393A1 DE19671621393 DE1621393A DE1621393A1 DE 1621393 A1 DE1621393 A1 DE 1621393A1 DE 19671621393 DE19671621393 DE 19671621393 DE 1621393 A DE1621393 A DE 1621393A DE 1621393 A1 DE1621393 A1 DE 1621393A1
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Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY Incorporated D. C. Lepiane -
A c Ο Λ O Q Q.
New York. N.J. 10007, USA IO£I Verfahren zum Beschichten von Halbleitermaterialien
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren sum Beschichten von Halbleitermaterialien mit Leitermetallen und insbesondere auf Verfahren zum Plattieren phosphor-diffundierter Siliziumflächen mit haftenden Schichten von nichtelektrischem (electroless) Nickel.
Der erste Schritt bei der Herstellung von Halbleitern besteht im Züchten eines großen Kristalls aus verschiedenen Halbleitermaterialien, wie Silizium, Germanium oder IH-V-Verbindungen. Gemäß einem bekannten Herstellungsverfahren wird die Schmelze, von der der Kristall gezüchtet wird, mit einer die Leitfähigkeit bestimmenden Beimengung dotiert, so daß der gesamte Kristall entweder eine p- oder n-Leitfähigkeit besitzt. Der sich ergebende p- oder n- Kristall wird dann in eine Reihe dünner Scheiben geteilt, die mit einer weiteren die Leitfähigkeit bestimmenden Beimengung dotiert werden, um eine oder mehrere p-n- Übergangsstellen zu erzeugen. Nachdem die gewünschte Anzahl und Arten von p-n* Übergangsstellen in der Scheibe erzeugt worden sind, wird diese in viele hunderte von kleinen Plättchen zerteilt. Die Herstellung
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der Halbleiterbauelemente wird dann durch die Montierung des Plättchen« abgeschlossen, wobei die aktiven Bereiche der Plättchen mit entsprechenden elektrischen Leitungen verbunden werden.
£s ist eine ziemlich schwierige Angelegenheit eine mechanisch stabile und niederohmige Verbindung zwischen den Teilen der Fläche des Plättchens und den Leitungen zu erzielen. Um dieses Problem zu vermeiden, benutzen im Handel erhältliche Dioden federvorgespannte Leitungen, die gegen die Fläche des Plättchen gedrückt werden. Diese Anordnung ist unzuverlässig, wenn Vibrationen oder Stöße auftreten und weiterhin nachteilig, indem die Plättchen zerbersten können. In anderen Fällen wurden die Leiter an den Plättchen durch Anlöten an der Oberfläche befestigt. Dies wurde als nicht befriedigend empfunden, da es schwierig ist, die Oberfläche des Plättchens mit einem Lötmittel zu benetzen.
Nach einem besseren Verfahren, das zum Erzielen einer festen Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Plättchen vorgeschlagen wurde, werden die Scheiben, bevor sie in Plättchen zerschnitten werden, mit einem leitenden Material beschichtet, so daß die elektrischen Leitungen dann fest an die Oberflächen des Plättchens durch Thermokompression oder Löten usw. angebracht werden können. Eine bekannt· Methode benutzt
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eine Schicht au« metallischem Nickel, da« auf die Oherfäche der Scheibe durch ein herkömmliche· stromlose« (electroless) Plattierungsverfahren aufgebracht wird« Ist es erwünscht, so kennen« nachdem die Nickelschicht auf der Fliehe der Scheibe abgeschieden worden ist, weitere Leiterschichten auf der Nickel* fliehe durch herkömmliches Elektroplatieren niedergeschlagen werden.
Wihrend dies· genannten Verfahren sich brauchbar zeigten, traten Schwierigkeiten hinsieht einer gleichförmigen und fest anhaftenden Beschichtung von Nickel auf den gewünschten Flächenbereichen, insbesondere Über beide Seiten der Scheibe auf, wie ce IUr einige Arten von diffundierten Silizium-Dioden erwünscht ist. Diese Schwierigkeiten beruhen allgemein auf der vorherigen Behandlung der Scheiben bei Präparieren ihrer Oberfläche zur Behandlung im Plattierungebad. Bevor z. B. die Scheiben in dae Plattierungebad eingebracht werden können, ist es notwendig, an der Scheibe Teile der Oberfläche su entfernen, die öle glasartige Schichten während der Diffundierung der Dotierstoffen entstanden sind. let nur eine Fische der Scheibe dotiert worden, so ist die Entfernung dieser glasartigen Schichten nicht eo schwierig, da Reagenzien erhältlich sind, die die Glasschiehten von der dotierten und nichtdotierten Flache der Scheibe entfernen. let Jedoch eine Fläche der Scheibe mit einem Dotteretoff und die andere Fische mit einem anderen Dotierstoff Überstrichen worden, so klteen die
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Fliehen chemisch genügend verschieden sein, so daß für Jede Fläche eine andere chemische Behandlung erforderlich ist.
Ali Beispiel «oll eine Siliziumccheibe genannt werden, die auf einer Seite mit Phosphor und auf der anderen Seite mit Bor dotiert worden let. In diesem Falle ist es notwendig vor dem Einbringen der BlftUchen in eine NickelplattierungslOsung die Oxidationsprodukte zu entfernen, die im wesentlichen ein Phosphoreiliziumglas auf der einen Seite und ein BorsiliziumgUs auf der anderen Seite sind. Wahrend beide dieser Glasfllchen in einem Fluflslurebad gelöst werden können, ist die Wirkung der Flußsäure βμί beiden Seiten verschieden; d. h. die FluSsäure wird sehr schnell das Phosphorsilüsiumglas angreifen, aber es besitzt eine beträchtlich geringere Affinität in Bezug auf Borsiliziumglas. Wenn dementsprechend die Scheibe in einem Flußsäurebad für eine aus-
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reichende Zeit eintaucht ist, um die Phosphorsilikate zu entfernen,
so verbleiben noch die Borsüikate. Wenn auf der anderen Seite die Scheibe in dem Bad solange verbleibt, daß die Borsilikatschieht entfernt ist, so wird die Phosphor-diffundierte Fläche auf noch nicht ganz geklärte Weise passiv in Bezug auf das Nickelplattierung shed. Das heißt, das Nickel wird nicht gleichförmig fiber die Flächen der Seheibe plattiert, obwohl es auf jenen Stellen, wo es sich niederschlägt, eine vergleichsweise einwendfreie HsftiMig ersielt wira. Wenn p.leo eisie einwandfreie Niokelfoenchichtung ersielt werden coil* eo muß, wie ©e bekannt let (US-Patent 2 S62 304).,
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jede fliehe der Scheibe eine unterschiedliche Behandlung erfahren, um ihre Oxidschicht zu entfernen.
Demgemäß ist et Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue und verbesserte Verfahren zum gleichförmigen Abscheiden leitender Metallschichten bei guter Haftung auf den Oberflächen von Halb· leitermaterialien, wie diffundiertes Siliziumecheiben, verfügbar zu machen. Insbesondere sollen dabei Oberflachen von Halbleiterscheiben für eine gleichförmige und anhaftende leitende Metallschicht, speziell für eine stromlose Nickelplattierung vorbereitet werden, so daß Borsüikat- und Phosphor silikat-Oberflächen von doppelt diffundierten Siliziumecheiben mit Flußsäure zur gleichen Zeit weggeätzt werden können und beide Flächen aktiv gegenüber einer stromlosen PlattierungslOsung bleiben.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch Säubern der Flächenbereiche eines diffundierten Körpers von Halbleitermaterial und Aktivieren der zu plattierenden Flächenbereiche durch eine Behandlung mit Ammoniumhydroxid vor dem stromlosen Auiplattieren des Leitermaterial. Nach einem bevorzugten Beispiel wird eine Phosphor- Bor-doppeldiffundierte Siliziumscheibe in Flußsäure /*
für eine gea flgende Zeit eingetaucht, um die Glassehichten zu lösen. Die sauberen Flächen werden dann durch ein Eintauchen in eine heiße wässrige Ammoniumhydroxid-Lösung aktiviert. Aus nicht geklärten Gründen wird die PhosphorHäehe der Scheibe in
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Bezug auf die PlattierungslOsung reaktiviert, wenn eie dem Ammoniumhydroxid ausgesetzt wird und dementsprechend kann eine gleichförmige und feat anhaftende Metallschicht, wie Nickel, auf die Oberflache der Scheibe plattiert werden.
Ein Beispiel eines vollständigen nach der Erfindung arbeitenden Verfahrene zur Heratellung von doppeldiffundierten Siliziumdioden, iat in einem Fliefldiagramm der Zeichnung veranschaulicht. Die weaentlichen Schritte dea Verfahrene sind nachfolgend im einzelnen erläutert.
I·
Diese Schritte bilden keinen Teil der Erfindung und sind allgemein bekannt, weshalb sie nur kurz abgehandelt werden aollen. Zuerat werden die Halbleiterscheiben au« einem großen Einkristall geschnitten, daa mit n- oder p- Material dotiert werden kann. Eine Flache dieser Scheibe wird mit einer AkseptorlOsung beschichtet, die aus Borsäureanhydrid in einer Glycol-Ätherlösung bestehen
kann, und die andere Fläche wird mit einer Donatorlösung beschich tet, die z. B. aus Phoaphorpentoxid in einer Glycol-Ätherlöeung * bestehen kann. Diese Lösungen werden auf gegenüberliegenden
Seiten einer jeden Scheibe ausgestrichen, die so bestrichenen Scheiben aulgestapelt und in einem Ofen genügend lang erhitzt, um thermisch das Bor und den Phosphor in die Scheibe zu diffundieren und die gewünschten Übergangscharakteristiken zu erhalten.
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II * Obernächensübereitung der diffundierten Scheibe
Während de· oben genannten Diffusionssehrittes bilden sich Oxidschichten auf den Oberflächen der Seheibe, die wie erwähnt, vor dem Plattieren entfernt werden müssen. Oa diese Oxidschichten glasartiger Natur sind und al» PhosphorsUikat- und Borsilittat-"Glas" bekannt sind, müssen sie durch Auflesen in einem Flußsäurebad entfernt werden. Es versteht sich, daß die Zeit, die die Scheibe in dem Bad verbleiben muß, abhängt von Faktoren, z. B. {
Stärk» und *: Temperatur des Säurebads, sowie Dicke der auf der Oberfläche der Scheibe ausgebildeten glasartigen Schicht. Als allgemeine Hegel gut, daß ein 12 Minuten langes Eintauchen der Seheibe in ein konzentriertes Fluorwasseretoffsäureb&d bei Raumtemperatur gesfigt, um die Glasschichten vor der Bor- und Phosphor-diffundierten Seite der Scheibe su entfernen.
Nach der Flußsäurebehandlung wird die Scheibe abgewaschen und gemäß der Erfindung dann in einem Ammoniumhydroxld-Bad behandelt. Während die genauen Parameter des NH.OH-Badee nicht sehr kritisch sind, wurden die besten Ergebnisse für die spezielle Art der betrachteten Diode erzielt, wenn die Scheibe in «teer #*
wässrigen KH.OH-Lösung für ca. 4 - 6 Minuten eingetaucht wird, während die Lösung eisen pH-Wert in der Größenordnung voe ß bis 10 (vorzugsweise ca. §} hat und auf BQ « 20 C ecu SS0C) erhitzt wird. Die Scheibe wird denn aus eier
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hydroxidlösung entfernt, luftgetrocknet und nochmals etwa 3 Minuten lang in das Flußsfiurebad eingetaucht, um. jegliche Oxide zu entfernen, die sich wahrend dem Trocknen oder Eintauchen in die Ammoniumhydroxidlösung gebildet haben können. Nachdem die Scheibe aus der Flußsäure entfernt 1st, wird sie abschließend abgewaschen und in eine stromlose Nickel-Platticrungelösung eingetaucht. Wenn die Scheibe nicht in dem > Ammoniumhydroxidbad behandelt worden ist, so wurde gefunden,
dafl eine gleichförmig haftende Schicht von Nickel nicht fiber die gesamte Scheibe durch die nichtelcktriBche Nickellösung abgelagert wird, insbesondere nicht auf der Phosphorseite.
III - Nickelplattierung
Die Nickelpl&ttierung in einer stromlosen Plattlerungslösung 1st allgemein bekannt und soll nicht im einzelnen hier beschrieben werden. Im allgemeinen wird die Scheibe etwa 2 Minuten lang in eine NickelplaUierungslÖBung eingetaucht, z.B. eine Nickcl-
-s, cblorid- Natrimnhypophoephit-Lösung, um eine verhältnismäßig
dünne Ntekelsehieht über beide Seiten der Scheibe zu bilden. Gemäß einer bevorzugten Praxis wird die Scheibe dann getrocknet und in eimern Ofen-auf etwa 848 C ausreichend lang erhitzt, «nar' das Mfelsel iss Leide Seiten der Seheifoe einsmßintern. Die Scheibe
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wird dann aus dem Ofen entfernt, wieder etwa 15 Sekunden lang in die Flußeäurelösung eingetaucht, um jegliche Oxidechichten nt entfernen« die eich während dem Sintervorgang gebildet haben können, so dann wieder etwa 5 Minuten lang in die nichtelektrische NickelplattierungelÖBung eingetaucht, um eine zusätzliche Beschichtung zu bilden. Ist es erwünscht, so können zusätzliche M«tallschichten auf der Nickeloberfl&che entweder durch stromlose oder durch galvanische Plattierungsverfahren aufgebracht werden.
IV - Endbehandlung
Während es nach der Erfindung nicht notwendig ist· so ist es oftmals erwünscht, auf der Nickelfläche eine Goldschicht beispielsweise durch galvanische Verfahren niederzuschlagen. Ist das erfolgt, so wird die Scheibe in viele kleine Plättchen zerschnitten. Die einzelnen Plättchen werden in oder an Verkapselungen montiert, und es werden elektrische Leitungen an den Oberflächen der Plättchen, z. B. durch Thermokompression oder Löten, angebracht. Auf diese Weise wird eine mechanisch dauerhafte und niederohmige Verbindung zwischen den elektrischen Leitungen und den Flächen der Plättchen erzielt.
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Es ist also durch die Erfindung möglich, ein einziges Reagenz zur Entfernung von Glasschichten auf beiden Fliehen einer doppeldiffundierten Silisiumscheibe zu benutzen, um sie zum Beschichten in einer stromlosen Plattierungslösung zuzubereiten. Ermöglicht wird dies durch Eintauchen der Scheibe in Fluorwasserstoffsäure solange bis sowohl das Phosphorsilikatglas fand das p-Gäae (wie Borsilikatglas) von den diffundierten Flächen der Scheibe zu lösen, worauf die phosphordiffundierte Fläche durch Ammoniumhydroxid aktiviert wird. Wenn die Phosphor-diffundierte Fläche vor dem Plattierungevorgang nicht mit Axnmoniumhydroxid aktiviert wird, findet nur eine fehlerhafte bzw. mangelhafte Metallplattiemng auf der Phosphordiffundierten Seite der Scheibe statt.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zum präparieren dotierter Oberflächenbereiche eines Siliziumkörpers für die Beschichtung mit einem leitenden Netall (z.B. Nickel) im stromlosen Plattierungsverfahren, wobei die dotierten Oberflächenbereiche durch thermisches Eindiffundieren von Phosphor und eines anderen Leitfähigkeit bestimmenden Dotierstoffes wie Bor in einen ersten bzw. einen Weiteren Oberflächenbereich des Siliziumkörpers erzeugt werden, so daß die zu beschichtenden Oberflächenbereiche während des Diffusionsprozesses mit glasigen Oberflächenschichten der jeweiligen Dotierstoff-Silizium-Verbindungen-eerunreinigt werden, durch Reinigen der dotierten Oberflächenbereiche zur Entfernung der glasigen Schichten im Wege eines Eintauchens des Siliziumkörpers in 'Fluorwasserstoff säur elö sung und durch Waschen der gereinigten Oberflächenbereiche in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aktivierung des mit Phosphor dotierten, gereinigten Oberflächenbereiches zum Verbessern des HaftungsVermögens des leitenden Metalls an zumindest diesem Oberflächenbereich der gereinigte Siliziumkörper vor der Beschichtung in eine Ammoniumhydroxyd-Lösung eingetaucht wird, die auf 80°-90°C erhitzt ist und einen pH-Wert von 8 bis 10hat, daß der Körper in einer geeigneten ,.Atmosphäre wie Luft getrocknet wird und daß dann der Brper erneut in eine Fluorwasserstoffsäure-Lösung ausreichend lange eingetaucht wird, unr jegliche Oxyde zu entfernen, die sich während der Trocknung und/oder der Behandlung mit Ammoniumhydroxyd gebildet haben könnten.
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    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumkörper etwa 12 Hinuten lang in auf Zimmertemperatur gehaltene konzentrierte Fluorwasserstoffsäurelösung eingetaucht wird, um die glasigen Schichten von sowohl der mit Bor als auch mit Phosphor dotierten Oberflächenbereiche des Körpers zu entfernen, daß der gereinigte Siliziumkörper etwa 4 bis 6 Minuten lang in die Ammoniumhydroxydlösung eingetaucht wird, um den gereinigten, mit Phosphor dotierten Oberflächenbereich zu aktivieren, und daß nach dem Trocknungsschritt der Siliziumkörper erneut etwa 3 Minuten lang in die Fluorwas ser stoff eäurelö sung eingetaucht wird, um die erwähnten Oxyde zu entfernen.
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