DE2141235C3

DE2141235C3 - Ätzmittel für metallbeschichtete SUiciumhalbleiterscheiben

Info

Publication number: DE2141235C3
Application number: DE19712141235
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Chem. Dr. Schink; Siegfried Dipl.-Chem. Dr. Vigoureux
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-08-17
Filing date: 1971-08-17
Publication date: 1980-08-07
Also published as: DE2141235B2; DE2141235A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ätzmittel für metallbeschichtete Siliciumhalbleiterscheiben, enthaltend Salpetersäure als Oxidationsmittel und Flußsäure.

Ein solches Ätzmittel ist bekannt (A. F. Bogenschütz, »Ätzpraxis für Halbleiter«, 1967, Seiten 28 bis 33). Die in diesem Ätzmittel enthaltene Salpetersäure oxidiert das Silicium, während die Flußsäure das Oxidationsprodukt auflöst. Das genannte Ätzmittel wird auch dazu verwendet, Siliciumscheiben zu ätzen, die bereits mit einer Lotschicht versehen sind. Die Lotschicht kann zum Beispiel aus Blei oder einer Blci-Indium-Silbeilegierung bestehen.

Das Ätzmittel greift aber nicht nur die Siliciumscheiben, sondern auch die Lolschicht an. Es bilden sich Oxid-Fluoridschichten auf den genannten Metallen, die anschließend abgeätzt werden müssen. Als Ätzmittel für diese Oxid'Fluoridschichten wird ein Gemisch von Salpetersäure und Flußsäure, im Verhältnis von 1 :4 mit Wasser verdünnt, verwendet.

Ein Nachteil des eingangs erwähnten Ätzmittels besteht darin, daß sich auf den Lotschichfen eine kompakte Oxid-Fluorid-Verbindung der Metalle bildet. Die Bildung einer solchen kompakten Schicht kann nur dadurch zum Stillstand gebracht werden, daß das Ätzmittel mit Wasser verdünnt wird. Das Ätzmittel kann jedoch nur soweit mit Wasser verdünnt werden, daß die genannten Oxid-Fluoridschichten noch in Lösung gehen. Da das Verdünnungsverhältnis von 1 ; 4 exakt eingehalten werden muß, ergeben sich Schwierigkeiten, wenn mit einem Lotmetall beschichtete Siliciumscheiben in einem vollmechanischen Verfahren geätzt werden sollen. Dazu muß nämlich eine schnelle und gründliche Vermischung des Ätzmittels mit Wasser

erfolgen. Dies ist jedoch, da die zum Ätzen verwendeten Gefäße aus Ersparnisgründen möglichst klein gehalten werden müssen, nicht in befriedigender Weise möglich. Ein Herausnehmen der geätzten Siliciumscheiben aus dem konzentrierten Ätzmittel und ein Eintauchen in die

is genannte verdünnte Lösung scheidet aus, da die Atzreaktion stark exotherm verläuft und die aus dem Ätzmittel herausgehobenen Siliciumscheiben zu heiß werden würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Ätzmittel der eingangs angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß die Bildung der kompakten Oxid-Fluoridschichten verhindert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, daß das Ätzmittel der eingangs angegebenen Gattung einen Gehalt an einem Metallkomplexbildner aufweist

Vorzugsweise kann der Metallkomplexbildner ein Chelatbildner sein. Zweckmäßigerweise ist der Chelatbildner eine organische Säure des Polyhydroxidtyps. Es ist auch möglich, ein Salz einer solchen organischen Säure dem Ätzmittel zuzugeben. Besonders zweckmäßig ist es, wenn man als Salz das bekannte Kalium-Natrium-Tartrat oder Natrium-Citrat beifügt Es ist bereits beschrieben worden, Halbleiterscheiben

J5 nach dem Ätzen mit einer Salpeter- und Flußsäure enthaltenden Ätzlösung mit einer Zitronensäure enthaltenden Lösung zu spülen (DE-AS 11 64 574). In dieser Vorveröffentlichung ist auch angegeben, daß einer bekannten Ätzlösung eine organische Komponente beispielsweise Zitronensäure, zugegeben werden kann Es ist jedoch nicht ersichtlich, daß die Ätzlösung au: einem Gemisch von Salpeter- und Flußsäure besteht Der genannten Vorveröffentlichung läßt sich auch nicht entnehmen, daß mit der bekannten Ätzlösung die Bildung von kompakten Oxid-Fluoridschichten verhindert werden soll. Die vorteilhaften Wirkungen der erfindungsgemäßen Ätzlösung werden mit der bekannten Ätzlösung offensichtlich nicht erreicht. Es ist auch bekannt, eine Ätzlösung für mit Kontaktelektroden und Elektrodenzuleitungen versehene Halbleiterkörper mil Kalium-Natrium-Tartrat zu versetzen (DE-AS 11 64 J73). Dieser Vorveröffentlichung läßt sich ebenfalls nicht entnehmen, daß die Kalium-Natrium-Tartral enthaltende Ätzlösung aus Salpeter- und Flußsäure besteht.

Aus der DE-OS 19 13 616 ist bekannt, zu einer Ätzlösung Zitronensäure oder Weinsäure zuzugeben um Metallkomplexe aus Metallionen zu bilden, die die Oberfläche von Siliciumhalbleiterkörpern verunreini· gen und dadurch die Eigenschaften der herzustellender Halbleiterbauelemente verschlechtern wurden. Diesel Vorveröffentlichung ist jedoch nicht zu entnehmender Metallkomplexbildner einem aus Salpeter· und Ffußsäu re bestehenden Ätzmittel zuzugeben.

Der Vorteil des Ätzmittels nach der Erfindung besteht darin, daß durch die Verhinderung der Bildunp von kompakten Oxid-Fluoridschichien ein vollmechani sches Ätzen der metallbeschichteten Halbleiterscheiber

möglich ist.

Das Ätzmittel nach der Erfindung hat die Eigenschaft, daß Metallionen aus der Lotschicht in statu nascendi in Metallkomplexe eingebaut werden. Der sich bildende Komplex ist dann besonders stabil, wenn als Metallkomplexbildner ein Chelatbildner verwendet wird. Dabei geht der Chelatbildner mit Metalljonen eine ringförmige Verbindung ein, die sehr stabil ist Die gebildeten Komplexe reagieren ihrerseits aber nicht mehr mit dem Säuregemisch der Ätzlösung, so daß die unerwünschten kompakten Oxid-Fluoridschichten nicht entstehen können. Es bildet sich eine nur aus wenigen Atomlagen bestehende Oxid-Fluoridschicht aus, die mit einer Mischung Salpetersäure—Rußsäure, im Verhältnis 1 :4 mit Wasser verdünnt, ohne weiteres löslich ist

Als geeigneter Chelatbildner kommt zum Beispiel eine organische Säure des Polyhydroxidtyps wie zum Beispiel Weinsäure, Zitronensäure oder Ascorbinsäure in Frage. Sollten sich diese Säuren in der Salpetersäure-Flußsäure-Mischung nicht genügend lösen, so kann als Chelatbildner auch ,pm Salz dieser Säuren beigefügt werden. Hierbei hat sich Natrium-Kalium-Tartrat oder auch Natrium-Citrat als günstig erwiesen. Der Einsatz des Natrium-Kalium-Tartrates ist zudem besonders wirtschaftlich.

Im folgenden wird ein Beispiel einer Anwendung des Ätzmittels nach der Erfindung erläutert: Als Ätzmittel wird ein Gemisch aus 250 ml lOOprozcntiger Salpetersäure, 250 ml 40prozentiger Flußsäure und 30 g Natrium-Kalium-Tartrat verwendet In diese Ätzlösung werden etwa 30 g mit Blei-Indium-Silberlot beschichteter Siliciumscheiben eingebracht. Bei einer Temperatur der Ätzlösung von zum Beispiel 13" C reicht eine Zeit zwischen 30 und 50 Sekunden aus. Anschließend wird die gesamte Ätzlösung zum Beispiel 30 Sekunden lang mit entsalztem Wasser weggespült Das Nachätzen erfolgt in einem zweiten gleichen Ätzgefäß in einer Ätzlösung aus einem Gemisch, das zu gleichen Teilen aus lOOprozentiger Salpetersäure und 40prozentiger Flußsäure besteht und das mit Wasser im Verhältnis 1 :4 verdünnt ist Mit Hilfe dieser Ätzlösung wird die obenerwähnte, aus wenigen Atomlagen bestehende Oxid-Fluoridschicht abgeätzt Anschließend können dann die Siliciumhalbleiterscheiben auf übliche bekannte Weise mit Wasser und einer wässerigen Lösung der Diamintetraessigsäure gespült und anschließend getrocknet werden.

Der Vorteil dieser Anwendung des Ätzmittels nach der Erfindung ist vor allem darin zu sehen, daß die Oxid-Fluoridreste auch noch in einem nachträglichen Ätzschnitt entfernt werden können, der sich nicht unmittelbar an die Ätzung mit dem Ätzmittel nach der Erfindung anschließen muß. Die Siliciumscheiben können vielmehr bis zu einigen Stunden unter Wasser aufbewahrt werden. Damit sind die Voraussetzungen für ein vollmechanisches Verfahren zum Ätzen geschaffen, mit dem reproduzierbare Abträge und optimale elektrische Eigenschaften, des Halbleiterbauelements durch Wahl der Menge des Ätzgutes, des Ätzmittels, der Temperatur, der Reaktionszeit und der anschließenden Spülvorgänge erzielt werden können.

Claims

Patentansprüche;

1. Ätzmittel für metallbescbichtete Siliciumbalbleiterscheiben, enthaltend Salpetersäure als Oxidationsmittel und Flußsäure, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem Metallkomplexbildner.

Z Ätzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkomplexbildner ein Chelatbildner ist

3. Ätzmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chelatbildner eine organische Säure des Polyhydroxidtyps ist

4. Ätzmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die organische Säure Weinsäure, Zitronensäure oder Ascorbinsäure ist

5. Ätzmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Chelatbildner ein Salz einer organischen Säure des Polyhydroxidtyps ist

6. Ätzmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß das Salz Kalium-Natrium-Tartrat ist

7. Ätzmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß das Salz Natrium-Citrat ist

8. Verfahren zum Ätzen von mit einem Bleilot beschichteten Siliciumscheiben mit einem Ätzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Siliciumscheiben in ein aus 250 ml lOOprozentiger Salpetersäure, 250 ml 40prozentiger Flußsäure und 30 g Natrium-Kalium-Tartrat bestehendes Ätzmittel eingetaucht werden, daß dann das Ätzmittel mit Wasser weggespült wird, und daß dann die Siliciumscheiben mit einer Ätzlösung aus einem Gemisch von Salpetersäure und Rußsäure, im Verhältnis I :4 mit Wasser verdünnt nachgeätzt werden.

9. Verfahren zum Ätzen von metallbeschichteten Siliciumhalbleiterscheiben mit einem Ätzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Verfahrensschritte vollmechanisch ausgeführt werden.