DE1806225B2 - Verfahren zum herstellen formgebender einaetzungen an einer monokristallinen halbleiterscheibe - Google Patents

Verfahren zum herstellen formgebender einaetzungen an einer monokristallinen halbleiterscheibe

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DE1806225B2 DE19681806225 DE1806225A DE1806225B2 DE 1806225 B2 DE1806225 B2 DE 1806225B2 DE 19681806225 DE19681806225 DE 19681806225 DE 1806225 A DE1806225 A DE 1806225A DE 1806225 B2 DE1806225 B2 DE 1806225B2
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Description

Störungen im kristallinen Material bezieht. Es ist diese
Notwendigkeit, die zu einem Hinterschneidungseffekt
40 an den Ecken der Ätzmasken führt und die durch die
Verwendung kompensierender Formen an den Ätz-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum masken-Ecken erfüllt wird. _
Herstellen formgebender Einätzungen an einer mono- Bei der Verwendung des Ätzmittels mit einem einkristallinen Halbleiterscheibe mit mindestens einer zigen Alkohol wurde beobachtet, daß, insbesondere ersten, zweiten und dritten kristallographischen Ebene 45 bei der Verwendung von n-Propanol, die Ätzgeniedriger Ordnung, wobei die Hauptflächen der Halb- schwindigkeit bezüglich der 110-Ebenen (im folgenden leiterscheibe in einer ersten kristallographischen Ebene kurz 110-Ätzgeschwindigkeit genannt) einen anliegen, durch Ätzen einer der mit einer Ätzmaske steigenden Verlauf mit zunehmender, im Ätzmittel versehenen Hauptflächen, wobei die Halbleiterscheibe gelöster Siliziummenge aufweist, ohne daß ein entmit einer Ätzmaske versehen wird, deren Kanten 50 sprechender Anstieg in der 100-Ätzgeschwindigjceit parallel zu den von der ersten und zweiten kristallo- zu verzeichnen wäre. Im einzelnen geht die Ätzgraphischen Ebene gebildeten Schnittlinien verlaufen, geschwindigkeit, ausgedrückt als Verhältnis bezüglich und mit einer in an sich bekannten Weise das Halb- der 100-Ätzgeschwindigkeit, auf einen nachteilig hohen leitermaterial in unterschiedlichen Kristallrichtungen Wert zu, wenn einmal beträchtliche Mengen an unterschiedlich stark angreifenden Ätzlösung, weiche 55 Halbleitermaterial in Lösung gegangen sind. Demeine relativ hohe Ätzgeschwindigkeit in der ersten gemäß führt dieser Effekt zu gewissen Begrenzungen Ebene, eine relativ niedrige Ätzgeschwindigkeit in^der der Anwendbarkeit dieses anisotropen Ätzprozesses, zweiten Ebene und eine zwischen diesen beiden Ätz- da die richtige Eckenkompensation eine Funktion geschwindigkeiten liegende mittlere Ätzgeschwindig- der im Ätzmittel gelösten Siliziummenge ist. keit in der dritten Ebene aufweist, nach dem deutschen 60 Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch Patent 1 621 532. gelöst, daß der Körper in eine Lösung eingetaucht
Beim oxydierenden Ätzen von elementarem Silizium wird, die ein Alkalihydroxid, einen ersten Alkohol ist die Zufügung von aromatischen Kohienwasser- aus der Gruppe der Propanole, einen zweiten Alkohol stoffen zur Ätzlösung bekannt (britische Patentschrift aus der Gruppe der Butanole und Wasser sowie den 669). Beim Einätzen von Aussparungen mit 65 zu ätzenden Halbleiterwerkstoff gelöst enthält, flachen Boden ist es ferner bekannt (USA.-Patent- Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren
schrift 3 041 226), diesen Körper bis auf die vor- an Hand der Zeichnung im einzelnen beschrieben, die gesehene Tiefe kristallographisch zu beschädigen und ein Kurvendiagramm für die Ätzgeschwindigkeiten
I 806 225 3
verschiedener Lösungen bezüglich der in Lösung Verwendung von sekundärem Butanol als dem Alkohol
befindlichen Halbleitermaterialmenge darstellt. statt n-Propanol benutzt, erhält man eine Kennlinie
Es wurde gefunden, daß die vorstehend beschriebene entsprechend der dargestellten Kurve_ß. Dieses Atz-Begrenzung infolge eines Anstiegs der Ätzgeschwindig- mittel zeigt anfänglich eine sehr hohe Atzgeschwindigkeit im Hinblick auf das Unterschneiden der Ecken 5 keit, die sehr rasch abnimmt, wenn die gelöste Sürauniaufgehoben werden kann durch die Gegenwart eines menge zunimmt, und dazu neigt, bei einer relativ zweiten Alkohols im Ätzmittel, der eine abnehmende niedrigen Ätzgeschwindigkeit auszulaufen. Dies ist Angriffsgeschwindigkeit zeigt, wenn die gelöste Halb- ein unerwünschter Verlauf vom Standpunkt einer leitermaterialmenge zunimmt Die Wirkung der beiden fehlenden Kontrolle im frühen Stadium des Prozesses, Alkohole bezüglich der hinterschneidenden Ätz- io ebenso auch hinsichtlich der relativ niedrigen Atzgeschwindigkeit ist die, einander auszugleichen und geschwindigkeit, die sich bei höheren gelöstenMengen den Prozeß leichter regelbar zu halten. einstellt. Darüber hinaus liefert ein solches Atzmittel
Insbesondere kann einÄtzmittel auf Alkalihxydroxid- keine adequate Lösung des Pyramidenproblems.
Basis, z. B. auf Kaliumhydroxid-Basis sowohl η-Pro- Entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform
panol als auch sekundäres Butanol enthalten derart, 15 des erfindungsgemäßen Verfahrens liefert das folgende
UdD v-iiii. v»i-rigs.iiciiu giciciiDicioenae Aizgescnwinaig- Aizminci cm wcstmiivii .ui^in.»rc.».» '.'-.!.„ic,.,
keit erhalten wird, wenn die in Lösung befindliche 250 g Kaliumhydroxid (KOH) des ReagentienreinheiU-
Ha!'jle>termateria!menge über eine kleine anfängliche grades, 800 Milliliter Wssser, 2. Milliliter n-Propanol.
Siliziummenge hinaus zunimmt. 25 Milliliter sekundäres Butanol und 0,5 g Silizium.
Nach dem Hauptpatent war ein geeignetes Ätzmittel 20 In der Praxis wird diese Lösung auf 84°C gehalten, für die Anwendung bei einkristallinem Silizium eine und es wird das halbe Gramm Silizium zugefügt, um Lösung, die Kaliumhydroxid (KOH) des für Reagen- die anfänglichen Störungen im Prozeß wirksam zu tien erforderlichen Reinheitsgrades, Wasser, n-Propa- unterbinden. Mit anderen Worten, die anfängliche nol und einen kleinen Siliziumbetrag enthielt. Diese Zugabe einer kleinen Siliziummenge verschiebt den Zusammensetzung war zur Anwendung bei einkristalli- 25 Prozeß etwas vom Ursprungspunkt heraus und längs nem Material vorgesehen, bei welchem die Ätzmaske der Kurve C des Diagramms, die die Eigenschaft parallel zur 100-Ebene orientiert war, wobei ihre dieses mit zwei Alkohole arbeitenden Atzmittels bietet, orthogonal zueinander verlaufenden Begrenzungen Wie dargestellt, hat die Kurve C praktisch gleichparallel zu den Schnittlinien der 111-Ebenen mit den bleibende Angriffsgeschwindigkeit, ermöglicht also 100-Ebenen ausgerichtet waren. Sonach hat dieses 30 eine sehr genaue Kontrollierbarkeit, wodurch zusätz-Ätzmittel einen hohen Wert für die 100-Ätzgeschwin- liehe Schritte, wie Auffrischen der Lösung oder wiederdigkeit, einen sehr kleinen Wert für die 111-Ätz- holte Ätzvorgänge entfallen.
geschwindigkeit und einen mittleren Wert für die Die Verwendung des Ätzmittels bei 84° C gibt den
110-Ätzgeschwindigkeit. Dieses spezielle Ätzmittel hat Umstand wieder, daß der Prozeß und die Lösung relativ
bei 85CC ein Ätzgeschwindigkeitsverhältnis R zwi- 35 temperaturempfindlich sind und daß die 84"C ein
sehen 0,3 nd 0,4, wobei dieses Verhältnis definiert brauchbares Minimum darstellen, wobsi Abweichun-
ist als die Ätzgeschwindigkeit längs einer Diagonalen pen hiervon nach beiden Richtungen zu einer Zu-
in der 100-Ebene, geteilt durch die lOOÄtzgeschwin- nähme des Ätzgeschwindigkeitsverhältnisses K führen,
digkeit. Speziell ist dieses Verhältnis R = K\2, wobei Die Menge jedes Bestandteils ist nicht kritisch und es
40 ist lediglich wichtig, daß jeder Alkohol in ausreichender
K _ Ä(110) _ 110-Ätzgeschwindigkeit Menge vorhanden ist. um eine vollständige Lösung
" T^ ~ lOoTÄtzgeschwindigkeit ^o^dc'h^Beschreibung weitgehend an Hand von
ist. n-Propanol und sekundärem Butanol erfolgt ist.
Diese Unterschneidungsgeschwindigkeit erhält man 45 können offenbar Mischungen anderer Alkohole mit für eine Anordnung, bei der Metalle in der Lösung Vorteil verwendet werden, insbesondere die propanovorhanden sind, wie es der Fall für die Herstellung lischen und butanolischen Alkohole,
von Halbleiterbauelementen mit strahlig angeordneten Im einzelnen ist erforderlich, daß ein ΑίκοηοΙ,
Anschlußleitern der Fall sein würde. dessen Ätzgeschwindigkeit mit zunehmendem gilöstem
_ Die Kurve A im Diagramm der Zeichnung ist die 50 Halbleitermaterial zunimmt, mit einem Alkohol, dessen Ätzgeschwindigkeit für dieses n-Propanol-Ätzmittel, Ätzgeschwindigkeit mit zunehmendem gelöstem Halbwenn die in Lösung befindliche Halbleitermaterial- leitermaterial abnimmt, kombiniert wird, um eine menge zunimmt. Auf der Ordinate ist das Ätzge- weitgehend konstante Ätzgescuwindigkeit bei einem schwindigkeitsverhältnis K ausgedrückt als das Ver- gewünschten V'ert zu erhalten. Insbesondere liegt das hältnis von 110-Ätzgeschwindigkeit zu 100-Ätzge- 55 Ätzgeschwindigkeitsverhältnis R, wie sie als Kurve C schwindigkeit. Demgemäß beginnt, wie früher erwähnt, in der Zeichnung dargestellt ist, im Bereich von 0,33 dieses Verhältnis R bei einem Weit zwischen 0,3 und bis 0,4 (0,23 < K < 0,28), was als am vorteilhaftesten 0,4, was einem Wert für K zwischen 0,21 und 0,28 befunden wurde und ein gutes Gleichgewicht zwischen entspricht. Jedoch sieht man, daß bei fortschreitendem der Steuerung der Dickenätzung und der Ätzung der Ätzprozeß und zunehmender in Lösung befindlicher 60 obenerwähnten Unregelmäßigkeiten, nämlich Pyra-Siliziummenge die Ätzgeschwindigkeit zuzunehmen miden, darstellt. Darüber hinaus beeinflußt die Ausbeginnt, wahl eines speziellen Alkohols auch die Betriebs-
Wird das vorstehend beschriebene Ätzmittel unter temperatur.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

anschließend diese Stelle zu ätzen, wobei die Ätzung Patentansprüche: parallel zur lcristallographischen Ebenefortschreitet Dem Ätzmittel wird hierbei Alkohol beigegeben.
1. Verfahren zum Herstellen formgebender Ein- Das im Hauptpatent 1 621 532 beschriebene Verätzungen an einer monokristallinen Halbleiter- 5 fahren ermöglicht ein genaues und steuerbare* chescheibe mit mindestens einer ersten, zweiten und misches Ätzen von Halbleiterkörpern beispielsweise dritten kristallographischen Ebene niedriger Ord- in Verbindung mit der Herstellung von Isolierschlitzen nung, wobei die Hauptflächen der Hableiter- oder -nuten für integrierte 5xhaltungsbi.uelemente scheibe in der ersten kristallographischen Ebene mit strahlig angeordneten Anschlußleitungen. _ liegen, durch Ätzen einer der mit einer Ätzmaske xo In einzelnen sind nach dem Hauptpatent die Atzversehenen Hauptflächen, wobei die Halbleiter- mittel so ausgewählt, daß sie verschiedene Atzgescheibe mit einer Ätzmaske versehen wird, deren schwindigkeiten gegenüber den im Halbleiterknstall Kanten parallel zu den von der ersten und zweiten vorherrschenden Kristallebenen haben. Durch eine kristallographischen Ebene gebildeten Schnitt- solche Auswahl des Atzmittels und durch die entlinien verlaufen, und mit einer in an sich bekannten 15 sprechende Orientierung der Atzmasken (s. oben) Weise das Halbleitermaterial in unterschiedlichen kann Material von den Halbleiterkörpern mit großer Mnsiaiincniungen umerscmeuiicn Main, ai-gicr- acimuigHi-it ^»i.i·'."- .„**»—* «.«^^»n. nhn» HqR fenden ÄtzJ-sung, welche eine relativ hohe Ätz- hierbei die Notwendigkeit einer extensiven Vergeschwindigkeit in der ersten Ebene, eine relativ fahrenskontrolle besteht.
niedrige Ätzgeschwindigkeit in der zweiten Ebene 20 Im einzelnen sind im Hauptpatent, das sich auf das
und eine zwischen diesen beiden Ätzgeschwindig- anisotrope /Uzen von Halbleiterkörpern bezieht,
keiten liegende mittlere Ätzgeschwindigkeit in der kristallograpliische Vorzugsätzmittel beschrieben, die
dritten Ebene aufweist, nach Patent 1 621 532, auf Mischungen von Alkalihydroxiden,_ Wasser und
dadurch gekennzeichnet, daß der Kör- einem Alkohol beruhen. Ein spezielles Atzmittel ent-
per in eine Lösung eingetaucht wird, die ein 25 hält nach dem Ha'.ptpatent Kaliumhxydroxid, Wasser
Alkalihydroxid, einen ersten Alkohol aus der und n-Propanol. Dieses Ätzmittel zeigt eine relativ
Gruppe der Propanole, einen zweiten Alkohol aus hohe Ätzgeschwindigkeit bezüglich den kristalle
der Gruppe der Butanole und Wasser sowie den zu graphischen 100-Ebenen. Es hat eine relativ niedrige
ätzenden HalLleiterwerkstoff gelöst enthält. oder überhaupt keine Ätzgeschwindigkeit bezüglich
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 30 den 111-Ebenen und ätzt die HO-Ebenen mit einer zeichnet, daß monokristallines Siliziummaterial, Geschwindigkeit, die zwischen den Geschwindigkeiten welches in bezug auf die ! 'istallographischen bezüglich der beiden ersterwähnten Ebenen liegt. Ebenen (100, 110, 111) orientiert ist, mit einer Wie im Hauptpatent beschrieben, ist es notwendig. Mischung aus Kaliumhydroxid, n-Propanol und daß das Ätzmittel so ausgewählt wird, daß es eine sekundärem Butanol sowie aus Wasser geätzt wird. 35 nennenswerte Ätzgeschwindigkeit bezüglich der HO-Ebenen besitzt, um dem Problem Rechnung zu tragen, das sich auf Pyramidenwachstum als Folge gewisser
DE19681806225 1967-11-01 1968-10-31 Verfahren zum Herstellen formgebender Einätzungen an einer monokristallinen Halbleiterscheibe Expired DE1806225C (de)

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DE1806225A1 DE1806225A1 (de) 1971-01-28
DE1806225B2 true DE1806225B2 (de) 1972-08-24
DE1806225C DE1806225C (de) 1973-03-29

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19734879B4 (de) * 1996-08-12 2009-09-10 DENSO CORPORATION, Kariya-shi Verfahren zum Ätzen eines Siliciumwafers, Ätzvorrichtung und Ätzmittel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19734879B4 (de) * 1996-08-12 2009-09-10 DENSO CORPORATION, Kariya-shi Verfahren zum Ätzen eines Siliciumwafers, Ätzvorrichtung und Ätzmittel

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BE723234A (de) 1969-04-01
US3506509A (en) 1970-04-14
FR96065E (fr) 1972-05-19
MY7300448A (en) 1973-12-31
NL6815372A (de) 1969-05-05
SE353185B (de) 1973-01-22
DE1806225A1 (de) 1971-01-28
NL152115B (nl) 1977-01-17
GB1250653A (de) 1971-10-20

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E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
8340 Patent of addition ceased/non-payment of fee of main patent