DE1621393C - Verfahren zum Präparieren dotierter Oberflachenbereiche eines Sihziumkorpers - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Präpa- Während diese genannten Verfahren sich brauch-

rieren dotierter Oberflächenbereiche eines Silizium- bar zeigten, traten Schwierigkeiten hinsichtlich einer

körpers für die stromlose Nickelabscheidung, wobei gleichförmigen und fest anhaftenden Beschichtung

die dotierten Oberflächenbereiche durch thermisches von Nickel auf den gewünschten Flächenbereichen,

Eindiffundieren von Phosphor und eines anderen 5 insbesondere über beide Seiten der Scheibe auf, wie

die Leitfähigkeit bestimmenden Dotierstoffes, wie es für einige Arten von diffundierten Silizium-Dioden

Bor, in einen ersten bzw. einen weiteren Oberflächen- erwünscht ist. Diese Schwierigkeiten beruhen all-

bereich des Siliziumkörpers erzeugt werden, so daß gemein auf der vorherigen Behandlung der Scheiben

die zu beschichtenden Oberflächenbereiche während beim Präparieren ihrer Oberfläche zur Behandlung

des Diffusionsprozesses mit glasigen Oberflächen- 10 im Plattierungsbad. Bevor z. B. die Scheiben in das

schichten der jeweiligen Dotierstoff-Silizium-Verbin- Plattierungsbad eingebracht werden können, ist es

düngen verunreinigt werden, durch Reinigen der notwendig, an der Scheibe Teile der Oberfläche zu

dotierten Oberflächenbereiche zur Entfernung der gla- entfernen, die als glasartige Schichten während der

sigen Schichten durch Eintauchen des Siliziumkörpers Diffundierung der Dotierstoffe entstanden sind. Ist

in Fluorwasserstoffsäurelösung und durch Waschen 15 nur eine Fläche der Scheibe dotiert worden, so ist

der gereinigten Oberflächenbereiche in Wasser. die Entfernung dieser glasartigen Schichten nicht so

Der erste Schritt bei der Herstellung von Halb- schwierig, da Reagenzien erhältlich sind, die die leitern besteht im Züchten eines großen Kristalls aus Glasschichten von der dotierten und nichtdotierten verschiedenen Halbleitermaterialien, wie Silizium, Fläche der Scheibe entfernen. Ist jedoch eine Fläche Germanium oder III-V-Verbindungen. Gemäß einem 20 der Scheibe mit einem Dotierstoff und die andere bekannten Herstellungsverfahren wird die Schmelze, Fläche mit einem anderen Dotierstoff überstrichen aus der der Kristall gezüchtet wird, mit einer die worden, so können die beiden Flächen chemisch Leitfähigkeit bestimmenden Beimengung dotiert, so genügend verschieden sein, so daß für jede Fläche daß der gesamte Kristall entweder eine p- oder eine andere chemische Behandlung erforderlich ist. η-Leitfähigkeit besitzt. Der sich ergebende p- oder 25 Als Beispiel soll eine Siliziumscheibe genannt wern-Kristall wird dann in eine Reihe dünner Scheiben den, die auf einer Seite mit Phosphor und auf der geteilt, die mit einer weiteren die Leitfähigkeit be- anderen Seite mit Bor dotiert worden ist. In diesem stimmenden Beimengung dotiert werden, um einen Fall ist es notwendig, vor dem Einbringen der Plättoder mehrere p-n-Übergänge zu bilden. Nachdem chen in eine Nickelplattierungslösung die Oxydationsdie gewünschte Anzahl und Arten von p-n-Uber- 30 produkte zu entfernen, die im wesentlichen ein gangen in der Scheibe erzeugt worden sind, wird Phosphorsiliziumglas auf der einen Seite und ein diese in viele Hunderte von kleinen Plättchen zerteilt. Borsiliziumglas auf der anderen Seite sind. Während Die Herstellung der Halbleiterbauelemente wird beide dieser Glasflächen in einem Flußsäurebad gedann durch die Montierung des Plättchens abge- löst werden können, ist die Wirkung der Flußsäure schlossen, wobei die aktiven Bereiche der Plättchen 35 auf beiden Seiten verschieden; d. h., die Flußsäure mit entsprechenden elektrischen Leitungen verbun- wird sehr schnell das Phosphorsiliziumglas angreifen, den werden. aber es besitzt eine beträchtlich geringere Affinität in

Es ist. eine ziemlich schwierige Angelegenheit, eine bezug auf Borsiliziumglas. Wenn dementsprechend mechanisch stabile und niederohmige Verbindung die Scheibe in einem Flußsäurebad für eine auszwischen den Teilen der Fläche des Plättchens und 40 reichende Zeit eingetaucht ist, um die Phosphorden Leitungen zu erzielen. Um dieses Problem zu silikate zu entfernen, so verbleiben noch die Borvermeiden, werden bei im Handel erhältlichen Di- silikate. Wenn auf der anderen Seite die Scheibe in öden federvorgespannte Leitungen verwendet, die dem Bad so lange verbleibt, bis die Borsilikatschicht gegen die Fläche des Plättchens gedrückt werden. entfernt ist, so wird die phosphordiffundierte Fläche Diese Anordnung ist unzuverlässig, wenn Vibrationen 45 auf noch nicht ganz geklärte Weise passiv in bezug oder Stöße auftreten, und außerdem auch deshalb auf das Nickelplattierungsbad. Das heißt, das Nickel nachteilig, weil die Gefahr eines Bruches der Platt- wird nicht gleichförmig über die Flächen der Scheibe chen besteht. In anderen Fällen wurden die Leiter plattiert, obwohl auf jenen Stellen, wo es sich niederan den Plättchen durch Anlöten an der Oberfläche schlägt, eine vergleichsweise einwandfreie Haftung befestigt. Dies wurde als nicht befriedigend emp- 50 erzielt wird. Wenn also eine einwandfreie Nickelfunden, da es schwierig ist, die Oberfläche des beschichtung erzielt werden soll, so muß bekanntlich Plättchens mit einem Lötmittel zu benetzen. (USA.-Patent 2 962 394) jede Fläche der Scheibe.'

Nach einem verbesserten Verfahren, das zum eine unterschiedliche Behandlung erfahren, um ihre

Erzielen einer festen Verbindung zwischen dem Oxidschicht zu entfernen.

elektrischen Leiter und dem Plättchen vorgeschlagen 55 Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erwurde, werden die Scheiben, bevor sie in Plättchen findung, neue und verbesserte Verfahren zum gleichzerschnitten werden, mit einem leitenden Material förmigen Abscheiden leitender Metallschichten bei beschichtet, so daß die elektrischen Leitungen dann guter Haftung auf den Oberflächen von Halbleiterfest an die Oberflächen des Plättchens durch Thermo- materialien, wie diffundierte Siliziumscheiben, verkompression oder Löten usw. angebracht werden 60 fügbar zu machen. Insbesondere sollen dabei Oberkönnen. Eine bekannte Methode benutzt eine Schicht flächen von Halbleiterscheiben für eine gleichförmige aus metallischem Nickel, das auf die Oberfläche der und anhaftende leitende Metallschicht, speziell für Scheibe durch ein herkömmliches stromloses Plattie- eine stromlose Nickelplattierung, vorbereitet werden, rungsverfahren aufgebracht wird. Ist es erwünscht, so daß Borsilikat- und Phosphorsilikat-Oberflächen so können, nachdem die Nickelschicht auf der Fläche 65 von doppelt diffundierten Siliziumscheiben mit Flußder Scheibe abgeschieden worden ist, weitere Leiter- säure zur gleichen Zeit weggeätzt werden können schichten auf der Nickelfläche durch herkömmliches und beide Flächen aktiv gegenüber einer stromlosen Elektroplattieren niedergeschlagen werden. Plattierungslösung bleiben.

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• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Nach der Flußsäurebehandlung wird die Scheibe

löst, daß zur Aktivierung des mit Phosphor dotierten, abgewaschen und gemäß der Erfindung dann in

gereinigten Oberflächenbereichs zur Verbesserung einem Ammoniumhydroxid-Bad behandelt. Während

des Haftungsvermögens des leitenden Metalls an zu- die genauen Parameter des NH ,OH-Bades nicht sehr

mindest diesem Oberflächenbereich der gereinigte 5 kritisch sind, wurden die besten Ergebnisse für die

Siliziumkörper vor der Beschichtung in eine Am- spezielle Art der betrachteten Diode erzielt, wenn

moniumhydroxid-Lösung eingetaucht wird, die auf die Scheibe in einer wäßrigen ΝΗ,ΟΗ-Lösung für

80 bis 90° C erhitzt ist und einen pH-Wert von 8 etwa 4 bis 6 Minuten eingetaucht wird, während die

bis 10 hat, daß der Körper getrocknet wird und daß Lösung einen pH-Wert in der Größenordnung von

dann der Körper erneut- in eine Fluorwasserstoff- io 8 bis 10 (vorzugsweise etwa 9) hat und auf 80 bis

säure-Lösung ausreichend lange eingetaucht wird, 9O⁰C (vorzugsweise etwa 85° C) erhitzt wird. Die

um jegliche Oxide zu entfernen. Scheibe wird dann aus der Ammoniumhydroxid-

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfin- Lösung entfernt, luftgetrocknet und nochmals etwa dungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Silizium- 3 Minuten lang in das Flußsäurebad eingetaucht, um körper etwa 12 Minuten lang in auf Zimmertempe- 15 jegliche Oxide zu entfernen, die sich während des ratur gehaltene konzentrierte Fluorwasserstoffsäure- Trocknens oder Eintauchens in die Ammonium-Lösung eingetaucht wird, wird der gereinigte Si- hydroxidlösung gebildet haben können. Nachdem liziumkörper etwa 4 bis 6 Minuten lang in der Am- die Scheibe aus der Flußsäure entfernt ist, wird sie moniumhydroxid-Lösung und anschließend nach dem abschließend abgewaschen und in eine stromlose Trocknen erneut etwa 3 Minuten lang in die Fluor- 20 Nickel-Plattierungslösung eingetaucht. Wenn die wasserstoffsäure-Lösung eingetaucht. ■ Scheibe nicht in dem Ammoniumhydroxidbad be-

Ein Beispiel eines vollständigen nach der Erfin- handelt worden ist, so wurde gefunden, daß eine

dung arbeitenden Verfahrens zur Herstellung von gleichförmig haftende Schicht von Nickel nicht über

doppeltdiffundierten Siliziumdioden ist in einem die gesamte Scheibe durch die nichtelektrische

Fließdiagramm der Zeichnung veranschaulicht. Die 25 Nickellösung abgelagert wird, insbesondere nicht auf

wesentlichen Schritte des Verfahrens sind nach- . der Phosphorseite.

folgend im einzelnen erläutert. _TII .„ ... , '.,

III—Nickelabscheidung

¹ ^7^^rJ^pa.^rieT^gi^r-^ScheL^be Die stromlose Nickelabscheidung in einer Lösun«

und Diffusion der Dotierstoffe _{3o ist allgemein bekannt und soll nicht im} einzelnen

Diese Schritte bilden keinen Teil der Erfindung hier beschrieben werden. Im allgemeinen wird die

und sind im allgemeinen bekannt, weshalb sie nur Scheibe etwa 2 Minuten lang in eine Nickel-Lösung

kurz abgehandelt werden sollen. Zuerst werden die eingetaucht, z. B. eine Nickelchlorid-Natriumhypo-

Halbleiterscheiben aus einem großen Einkristall ge- phosphit-Lösung, um eine verhältnismäßig dünne

schnitten, der mit n- oder p-Material dotiert werden 35 Nickelschicht über beide Seiten der Scheibe zu bil-

kann. Eine Fläche dieser Scheibe wird mit einer den. Gemäß einer bevorzugten Praxis wird die

Akzeptorlösung beschichtet, die aus Borsäure- Scheibe dann getrocknet und in einem Ofen auf etwa

anhydrid in einer Glycol-Xther-Lösung bestehen 840° C ausreichend lange erhitzt, um das Nickel in

kann, und die andere Fläche wird mit einer Donator- beide Seiten der Scheibe einzusintern. Die Scheibe

Lösung beschichtet, die z. B. aus Phosphorpentoxid 40 wird dann aus dem Ofen entfernt, wieder etwa

in einer Glykol-Äther-Lösung bestehen kann. Diese 15 Sekunden lang in die Flußsäurelösung eingetaucht,

Lösungen werden auf gegenüberliegenden Seiten um jegliche Oxidschichten zu entfernen, die sich

einer jeden Scheibe aufgestrichen, die so bestrichenen während des Sintervorgangs gebildet haben können,

Scheiben aufgestapelt und in einem Ofen genügend sodann wieder etwa 5 Minuten lang in die stromlose

lange erhitzt, um thermisch das Bor und den Phos- 45 Nickel-Lösung eingetaucht, um eine zusätzliche Be-

phor in die Scheibe zu diffundieren und die ge- schichtung zu bilden. Ist es erwünscht, so können

wünschten Übergangscharakteristiken zu erhalten. zusätzliche Metallschichten auf der Nickeloberfläche

entweder durch stromlose oder durch galvanische

Π — Oberflächenzubereitung Abscheidungsverfahren aufgebracht werden,

der diffundierten Scheibe 5°. IV — Endbehandlung

Während des obengenannten Diffusionsschrittes Während es nach der Erfindung nicht notwendig bilden sich Oxidschichten auf den Oberflächen der ist, so ist es oftmals erwünscht, auf der Nickelfläche Scheibe, die, wie erwähnt, vor dem Plattieren ent- eine Goldschicht beispielsweise durch galvanische fernt werden müssen. Da diese Oxidschichten glas- 55 Verfahren niederzuschlagen. Ist das erfolgt, so wird artiger Natur sind und als Phosphorsilikat- und Bor- die Scheibe in viele kleine Plättchen zerschnitten. silikat-»Glas« bekannt sind, müssen sie durch Auf- Die einzelnen Plättchen werden in oder an Verlösen in einem Flußsäurebad entfernt werden. Es kapselungen montiert, und es werden elektrische versteht sich, daß die Zeit, die die Scheibe in dem Leitungen an den Oberflächen der Plättchen, z. B. Bad verbleiben muß, abhängt von Faktoren, z. B. 60 durch Thermokompression oder Löten, angebracht. Stärke und Temperatur des Säurebads sowie Dicke Auf diese Weise wird eine mechanisch dauerhafte der auf der Oberfläche der Scheibe ausgebildeten und niederohmige Verbindung zwischen den elekglasartigen Schicht. Als allgemeine Regel gilt, daß frischen Leitungen und den Flächen der Plättchen ein 12 Minuten langes Eintauchen der Scheibe in ein erzielt.

konzentriertes Fluorwasserstoffsäurebad bei Raum- ⁶S Es ist also durch die Erfindung möglich, ein eintempcratur genügt, um die Glasschichten vor der ziges Reagenz zur Entfernung von Glasschichten auf bor- und phosphordiffundierten Seite der Scheibe zu beiden Flächen einer doppeltdiffundierten Siliziumentfernen, scheibe zu benutzen, um sie zum Beschichten in

einer stromlosen Abscheidungslösung zuzubereiten. Ermöglicht wird dies durch Eintauchen der Scheibe in Fluorwasserstoffsäure so lange, bis sowohl das Phosphorsilikatglas und das p-Glas (wie Borsilikatglas) von den diffundierten Flächen der Scheibe zu lösen sind, worauf die phosphordiffundierte Fläche durch Ammoniumhydroxid aktiviert wird. Wenn die phosphordiffundierte Fläche vor dem Plättierungsvorgang nichts mit Ammoniumhydroxid aktiviert wird, findet nur eine fehlerhafte bzw. mangelhafte Metallplattierung auf der phosphordiffundierten Seite der Scheibe statt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Präparieren dotierter Oberflächenbereiche eines Siliziumkörpers für die stromlose Nickelabscheidung, wobei die dotierten Oberflächenbereiche durch thermisches Eindiffundieren von Phosphor und eines anderen die 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-Siiizium-Verbindungen verunreinigt werden, durch Reinigen der dotierten Oberflächenbereiche zur Entfernung der glasigen Schichten durch Eintauchen des Siliziumkörpers in Fluorwasserstoffsäurelösung und durch Waschen der gereinigten Oberflächenbereiche in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aktivierung des mit Phosphor dotierten, gereinigten Oberflächenbereiches zur Verbesserung des Haftungsvermögens des leitenden Metalls an zumindest diesem Oberflächenbereich der gereinigten Siliziumkörper vor der Beschichtung in eine Ammoniumhydroxid-Lösung ' eingetaucht wird, die auf 80 bis 90° C erhitzt ist und einen pH-Wert von 8 bis 10 hat, daß der Körper getrocknet wird und daß dann der Körper erneut in eine Fluorwasserstoffsäure-Lösung eingetaucht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Siliziumkörper etwa 12 Minuten lang in auf Zimmertemperatur gehaltene konzentrierte Fluorwasserstoffsäure-Lösung eingetaucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der gereinigte Siliziumkörper 4 bis 6 Minuten lang in der Ammoniumhydroxid-Lösung und anschließend nach dem Trocknen erneut etwa 3 Minuten lang in die Fluorwasserstoffsäure-Lösung eingetaucht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen