DE1806225A1 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes

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Description

Western Electric Company Incorporated Kragness R. C.
2-4 *- '
New York, N.Y., 10007, USA 1806225
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelement (Zusatz zu Patent...) P 16 21 532.0 (W 45 375 VIb/48dl)
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes, bei dem eine einkristalline HaIbleitermaterialseheibe mit zumindest einer ersten, einer zwfeiten und einer dritten niedrigindizierten kristallographischen Ebene derart präpariert wird, daß die Hauptflächen der Scheiben in der ersten kristallographischen Ebene liegen, ferner eine ätzbeständige Maske auf einer der Hauptflächen erzeugt und die maskierte Fläche einer Ätzmittellösung ausgesetzt wird, die so ausgewählt ist, daß sie eine relativ hohe Ätzgeschwindigkeit auf der ersten Ebene, eine relativ niedrige Ätzgeschwindigkeit auf der zweiten Ebene und eine zwischen diesen beiden Ätzgeschwindigkeiten liegende Ätzgeschwindigkeit auf der dritten Ebene aufweist, und die Kanten der ätzbeständigen Maske so angeordnet werden, daß sie parallel zu den Schnittlinien zwischen der ersten und dritten kristallegraphieschen Ebene verlaufen.
Das Hauptpatent (Patentanmeldung P 16 21 532.0 vom 19.12.67) bezieht sich auf das anisotrope Ätzen von einkristallinem Halbleitermaterial. Der im Hauptpatent beschriebene Prozeß er-
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möglicht ein genaues und steuerbares chemisches Ätzen von Halbleiterkörpern beispielsweise in Verbindung mit der Herstellung von Isolierschlitzen oder -nuten für integrierte Schaltungsbauelemente mit strahlig angeordneten Anschlußleitungen.
Im einzelnen sind nach dem Hauptpatent die Ätzmittel so ausgewählt, daß sie verschiedene Ätzgeschwindigkeiten gegenüber den im Halbleiterkristall vorherrschenden Kristallebenen haben. Durch eine solche Auswahl des Ätzmittels und durch die entsprechende Orientierung der Ätzmasken fs. oben) kann Material von den Halbleiterkörpern mit großer Genauigkeit selektiv entfernt werden, ohne daß hierbei die Notwendigkeit einer extensiven V erfahr ens kontrolle besteht.
Im einzelnen sind im Hauptpatent, das sich auf das anisotrope Ätzen von Halbleiterkörpern bezieht, kristallographische Vorzugsätzmittel beschrieben, die auf Mischungen von Alkalihydroxiden, Wasser und einem Alkohol beruhen. Ein spezielles Ätzmittel enthält nach dem Hauptpatent Kaliumhydroxid, Wasser und n-Propanol. Dieses Ätzmittel zeigt eine relativ hohe Ätz« geschwindigkeit bezüglich den kristallographischen 100-Ebenen. Es hat eine relativ niedrige oder überhaupt keine Ätzgeschwindigkeit bezüglich den 111-Ebenen und ätzt die 110-Ebenen mit
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einer Geschwindigkeit, die zwischen den Geschwindigkeiten be« züglich der beiden ersterwähnten Ebenen liegt. Wie im Hauptpatent beschrieben, ist es notwendig, daß das Ätzmittel so ausgewählt wird, daß es eine nennenswerte Ätzgeschwindigkeit bezüglich der 110-Ebenen besitzt, um dem Problem Rechnung zu tragen, das sich auf Pyramiedenwachstum als Folge gewisser Störungen im kristallinen Material bezieht. Es ist diese Notwendigkeit, die zu einem Hinters chneidungs effekt an den Ecken der Ätzmasken führt und die durch die Verwendung kompen- '
sierender Formen an den Ätzmasken-Ecken erfüllt wird»
Bei der Verwendung des Ätzmittels mit einem einzigen Alkohol wurde beobachtet, daß, insbesondere bei der Verwendung von n-Propanol, die Ätzgeschwindigkeit bezüglich der 110-Ebenen (im folgenden kurz 110-Ätzgeschwindigkeit genannt) einen an« steigenden Verlauf mit zunehmender, im Ätzmittel gelöster Siliziummenge aufweist, ohne daß ein entsprechender Anstieg I
in der 100-Ätzgeschwindigkeit zu verzeichnen wäre. Im einzelnen sind die Ätzgeschwindigkeit, ausgedrückt als Verhältnis be« züglich der 100-Ätzgeschwindigkeit, auf einen nachteilig hohen Wert zu, wenn einmal beträchtliche Mengen an Halbleiter« material in Lösung gegangen sind. Demgemäß führt dieser Effekt zu gewissen Begrenzungen der Anwendbarkeit dieses
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anidotropen Ätzprozesses, da die richtige Eckenkompensation eine Funktion der im Ätzmittel gelösten Siliziummenge ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch Eintauchen des Halbleitermaterialkörpers in eine Lösung aus einem Alkalihydroxid, einem ersten Alkohol, der aus der Gruppe der Propanole ausgewählt ist, einem zweiten Alkohol, der aus der Gruppe der Butanole ausgewählt ist, und Wasser.
Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben, die ein Kurvendiagramm für die Ätzgeschwindigkeiten verschiedener Lösungen bezüglich der in Lösung befindlichen Halbleitermaterialmenge.
Es wurde gefunden, daß die vorstehend beschriebene Begrenzung infolge eines Anstiegs der Ätzgeschwindigkeit im Hinblick auf das Unterschneiden der Ecken aufgehoben werden kann durch die Gegenwart einer? zweiten Alkohols im Ätzmittel, der eine abnehmende Angriffsgeschwindigkeit zeigt, wenn die gelöste Halbleitermaterialmenge zunimmt. Die Wirkung der beiden Alkohole bezüglich der hinterschneidenden Ätzgeschwindigkeit ist die, einerander auszugleichen und den Prozeß leichter regelbar zu halten.
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Insbesondere kann ein Ätzmittel auf Alkalihydroxid-Basis, z.B. auf Kaliumhydroxid-Basis sowohl n-Propanol als auch sekundärrs Butanol enthalten derart, daß eine weitgehend gleichbleibende Ätzgeschwindigkeit erhalten wird, wenn die in lösung befindliche Halbleitermaterialmenge über eine kleine anfängliche Siliziummenge hinaus zunimmt.
Nach dem Hauptpatent war ein geeignetes Ätzmittel für die An« Wendung bei einkristallinem Silizium eine Lösung, die Kaliumhydroxid (KOH) des für Reagentien erforderlichen Reinheitsgrades, Wasser, n«propanal und einen kleinen Siliziumbetrag enthielt. Diese Zusammensetzung war zur Anwendung bei einkristallinem Material vorgesehen, bei welchem die Ätzmaske parallel zur 100-Ebene orientiert war, wobei ihre orthogonal zueinander verlaufenden Begrenzungen parallel zu den Schnittlinien der 111-Ebenen mit den 100-Ebenen ausgerichtet waren. Sonach hat dieses Ätzmittel einen hohen Wert für die 100-Ätzgeschwindigkeit, einen sehr kleinen Wert für die 111-Ätzgeschwindigkeit und einen mittleren Wert für die 110-Ätzgeschwindigkeit. Dieses spezielle Ätzmittel hat bei 85 C ein Ätzgeschwindigkeits verhältniy R zwischen 0, 3 und 0, 4, wobei dieses Verhältnis definiert ist als die Ätzgeschwindigkeit längs einer Diagonalen in der 100-Ebene, geteilt durch die 100-Ätzgeschwindigkeit. Speziell
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ist dieses Verhältnis R = K-^/^T wobei
K =
R(100)
IST.
Diese Unterschneidungsgeschwindigkeit erhält man für eine Anordnung, bei der Metalle in der Lösung vorhanden sind, wie ^ es der Fall für die Herstellung von Halbleiterbauelementen
mit strahlig angeordneten Anschlußleitern der .Fall sein würde.
Die Kurve A im Diagramm der Zeichnung ist die Ätzgeschwindigkeit für dieses n-Propanol-Ätzmittel, wenn die in Lösung befindliche Halbleitermaterialmenge zunimmt. Auf der Ordinate ist das Ätzgeschwindigkeitsverhältnis A, ausgedrückt als das Verhältnis von 110-Ätzgeschwindigkeit zu 100-Ätzgeschwindigkeit. Demgemäß beginnt, wie früher erwähnt, dieses Verhältnis R bei einem Wert zwischen 0, 3 und 0, 4, was einem Wert für K zwischen 0, 21 und 0, 28 entspricht. Jedoch sieht man, daß bei fortschreitendem Ätzprozeß und zunehmender in Lösur|f befindlicher Siliziummenge die Ätzgeschwindigkeit zuzunehmen beginnt.
Wird das vorstehend beschriebene Ätzmittel unter Verwendung van
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sekundärem Butanol als dem Alkohol statt n-Propanol benutzt, erhält man eine Kennlinie entsprechend der dargestellten Kurve B. Dieses Ätzmittel zeigt anfänglich eine sehr hohe Ätzgexchwindigkeit, die sehr rasch abnimmt, wenn die gelöste Siliziummenge zunimmt, und dazu neigt, bei einer relativ niedrigen Ätzgeschwindigkeit auszulaufen. Dies ist ein unerwünschter Verlauf vom Standpunkt einer fehlenden Kontrolle im frühen Stadium des Prozesses, ebenso auch hinsichtlich der relativ niedrigen Ätzgeschwindigkeit, die sich bei höheren gelösten Mengen einstellt. Darüber hinaus liefert ein solches Ätzmittel keine adequate Lösung des Pyramidenproblems.
Entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liefert das folgende Ätzmittel ein wesentlich vorteilhafteres Verhalten: 250 g Kaliumhydroxid (KOH) des Reagentienreinheitsgrades, 800 Milliliter Wasser, 25 Milliliter n-Propanol, 25 Milliliter sekundäres Butanol und 0, 5 g Silizium.
In der Praxis wird diese Lösung auf 84 C gehalten, und es wird das halbe Gramm Silizium zugefügt, um die anfänglichen Störungen im Prozeß wirksam zu unterbinden. Mit anderen Worten, die anfängliche Zugabe einer kleinen Siliziummenge
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verschiebt den Prozeß etwas vom Ursprungspunkt heraus und längs der Kurve C des Diagramms, die die Eigenschaft dieses mit zwei Alkohole arbeitenden Ätzmittels bietet. Wie dargestellt, hat die Kurve C praktisch gleichbleibende Angriff sgeschwindigkeit, ermöglicht also eine sehr genaue Kontrollierbarkeit, wodurch zusätzliche Schritte, wie Auffrischen der Lösung oder wiederholte Ätzvorgänge entfallen.
Die Verwendung des Ätzmittels bei 84 C gibt den Umstand wieder, daß der Prozeß und die Lösung relativ temperaturempfindlich ist und daß die 84°C ein brauchbares Minimum darstellen, wobei Abweichungen hiervon nach beiden Richtungen zu einer Zunahme des Ätzgeschwindigkeitsverhältnisses K führen. Die Menge jedes Bestandteils ist nicht kritisch und es ist lediglich wichtig, daß jeder Alkohol in ausreichender Menge vorhanden ist, um eine vollständige Lösung zu ermöglichen.
Obgleich die Beschreibung weitgehend anhand von n-Propanol und sekundärem Butanol erfolgt ists können offenbar Mischungen anderer Alkohole mit Vorteil verwendet werden, insbesondere die propanolischen und buianolischen Aiko he Ie0
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Im einzelnen ist erforderlich, daß ein Alkohol, dessen Ätzgeschwindigkeit mit zunehmendem gelösten Halbleitermaterial zunimmt, mit einem Alkohol dessen Ätzgeschwindigkeit mit zunehmenden gelösten Halbleitermaterial abnimmt, kombiniert wird, um eine weitgehend konstante Ätzgeschwindigkeit bei einem gewünschten Wert zu erhalten . Insbesondere liegt die Ätzgeschwindigkeit R, wie sie als
Kurve C in der Zeichnung dargestellt ist, im Bereich von f
0, 33 bis 0,4 (0, 23<K<0, 28), was als am vorteilhaftesten befunden wurde und ein gutes Gleichgewicht zwischen der Steuerung der Dickenätzung und der Ätzung der oben erwähnten Unregelmäßigkeiten, nämlich Pyraniden, darstellt. Darüber hinaus beeinflußt die Auswahl eines speziellen Alkohols auch die Betriebstemperatur.
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Claims (1)

ΊΟ PATENTANSPRÜCHE\OUbZZb
1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes,
bei dem eine einkristalline Halbleitermaterialscheibe mit zumindest einer ersten, einer zweiten und einer dritten niedrigindizierten kristallographischen Ebene (100, 111, 110) derart präpariert wird, daß die Hauptflächen der Scheibe in der ersten kristallographischen Ebene (100) liegen, ferner eine ätzbeständige Maske auf einer der Hauptflächen erzeugt und die maskierte Fläche einer Ätzmetall-Lösung ausgesetzt wird, die so ausgewählt ist, daß sie eine relativ hohe Ätzgeschwindigkeit auf der ersten Ebene (100), eine relativ niedrige Ätzgeschwindigkeit auf der zweiten Ebene (111) und eine zwischen diesen beiden Ätzgeschwindigkeiten liegende relative Ätzgeschwindigkeit auf der dritten Ebene (HO) aufweist, und die Kanten der ätzbeständigen Maske so angeordnet werden, daß sie parallel zu den Schnittlinien zwischen der ersten (100) und dritten (HO) kristallographischen Ebene verlaufen, nach Patent ... (Anmeldung P 16 21 532.0 - W 45 375 VIb/38dl~), gekennzeichnet durch Eintauchen der Halbleitermaterialscheibe in eine Lösung aus einem Alkalihydroxid, einem ersten Alkohol, der aus der Gruppe der Propanole ausgewäjilt ist, einem zweiten Alkohol, der aus der Gruppe der Butanole ausgewählt ist, und Wasser.
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2* Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
Ätzen von einkristallinem Silizium, das bezüglich der 100-, 110- und 111-Ebenen orientiert ist, mit einer Mischung aus Kaliumhydroxid, n-Propanol, sekundärem Butanol und Wasser.
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Leerseite
DE19681806225 1967-11-01 1968-10-31 Verfahren zum Herstellen formgebender Einätzungen an einer monokristallinen Halbleiterscheibe Expired DE1806225C (de)

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US67981867A 1967-11-01 1967-11-01
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DE1806225B2 DE1806225B2 (de) 1972-08-24
DE1806225C DE1806225C (de) 1973-03-29

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US3506509A (en) 1970-04-14
MY7300448A (en) 1973-12-31
NL152115B (nl) 1977-01-17
FR96065E (fr) 1972-05-19
GB1250653A (de) 1971-10-20
SE353185B (de) 1973-01-22
BE723234A (de) 1969-04-01
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8340 Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent