DE2340479B2 - Aetzmittel fuer a tief iii b tief v- halbleiterkoerper und seine verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ätzmittel zur Behandlung von Halbleiterbauelementen mit einem AmBv-HaIbleiterkörper, insbesondere von Halbleiterbauelementen mit einem AmBv-Halbleiterkörper und einem hieran befestigten metallischen Kontakt

Bei der in verschiedenen Herstellungsstufen durchzuführenden Ätzung von Halbleiterbauelementen mit AiiiBv-Halbleiterkörpern treten insofern Schwierigkeiten auf, als manche Atzmittil zwar das Halbleitermaterial schnell und glatt ätzen, aber auch Konatkie aus Gold, Titan oder anderen bereits aufgebrachten Metallen angreifen. Beispiele für solche Atzmittel sind Königswasser oder methänoiische Bromlösung; konz. Salpetersäure und elementares Brom stellen aber aggressive, nur unter besonderen Vorsichtsmaßnahmen zu handhabende Substanzen dar. Andererseits sind die mit Goldkontakten verträglichen Ätzmittel, z.B. mit Wasserstoffperoxid versetzte Schwefelsäure, in ihrem Halbleitermaterialangriff zu langsiim, insbesondere in der schwierig zu ätzenden kristallographischen !-Richtung.

Aus der DT-AS 14 64 296 ist es; weiterhin bekannt.

einen Germanium-Halbleiterkörper mit hieran befestigtem metallischem Kontakt ic 30%iger Kalilauge {— 5,4molar) anodisch zu äfcren. Hierbei werden aber sowohl das Halbleitermaterial als auch das Material des Metallkontaktes abgeätzt Es muß daher zur fonngebenden Ätzung des Halbleitermaterials für eine entsprechende Maskierung der Metall-Kontakte gesorgt werden: ferner führt die alleinige Verwendung von Kalilauge zu vergleichsweise rauhen Flächen.

ίο Aus A.F.Bogenschütz »Oberflächen-und Galvanotechnik in der Elektronik«, Leuze- Verlag, Saulgau !971, Seite 264 u. 265, ist es zum Ätzen von Halbleiterkörpern aus Silicium, Germanium, AmBv-Verbindungen u. a. bekannt, daß das Ätzmittel wenigstens

iS eine oxidierende Komponente, beispielsweise Ferricyanidionen, eine oxidlösende Komponente, beispielsweise Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid und eine Trägerkomponente als lösendes Medium für Salze oder Zusätze enthält Von den angesprochenen Stoffen ist aber bekannt daß auch sie die bei Halbleiterkörpern aus AinBv-Verbindungen regelmäßig zur Anwendung gelangenden Metalle, wie z. B. Gold und Titan angreifen.

Zur Untersuchung von Versetzungen bei AmBv-HaIbleiterkörpern ist auch schon ein Ätzmittel aus einer

2S Lösung mit ungefähr 0,25molarem K₃[Fe(CN)₆] und etwa 2molarem KOH verwendet worden, das auf den kristallographischen (Hl)-Flächen Ätzgruben bildet vergL »Soviet Physics-Solid State« Bd. 8 (1967) Nr. 8 (Febr.) Seiten 1976 bis 197a Mit fortschreitender

Atzung werden diese Ätzgruben ausgebildeter. Eine ähnliche Zusammensetzung des Ätzmittels wird nach der DT-PS 12 27 307 bei gleichzeitigem chemischem und mechanischem Polieren verwendet um an den behandelten AmBv-Halbleiterplättchen glatte Oberflächen auszubildea Diese Entgegenhaltung enthält keine Angaben darüber, welche Wirkungen dem chemischen Poliermittel, nämlich K₃[Fe(CN)₆]+KOH zukommen und worin sich dieses von anderen chemischen Poliermitteln unterscheidet Eine derartige mit gleichzeitiger mechanischer Bearbeitung verbundene Ätzung kann aber insbesondere dann nicht erfolgen, wenn bereits Metallkontakte oder Passivierungsschichten auf den zu ätzenden Halbleiteroberflächen vorhanden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ätzmittel zum Ätzen von AiiiBv-Halbleiterkörpern herzustellen, das aus einfach zu handhabenden Substanzen hergestellt wird und die genannten Körper, insbesondere auch deren schwierig zu ätzende (lll)-Flächen mit ausreichend

so hoher Ätzgeschwindigkeit angreift und Metallkontakte, sofern solche auf dem AmBv-Halbleiterkörper angebracht sind, nicht nennenswert oder überhaupt nicht angreift
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst

SS daß das Ätzmittel aus einer wäßrigen Lösung mit Ferricyanidionen in 03· bis 1 ^molarer Konzentration

und Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid in 03- bis 14molarer Konzentration besteht

Das Ätzmittel entfernt verhältnismäßig schnell

Material von den AmBv-Halbleiterkörpeirn und hinterläßt glatte Oberflächen auf den technologisch wichtigen Kristallflächen, z.B. den (111)-, (HO)- und (100)-FIächen. Dieses Ätzmittel trägt Goldkontakte oder Bereiche, die durch Oxid- und Titan-Schichten

⁶S passiviert oder maskiert sind, nur unwesentlich ab. In dem Ätzmittel ist eine höhere Ferricyanid Konzentration und eine niedrigere Hydroxid-Konzentration als bei dem obenerwähnten metallographischen Ätzmittel

Es wurde ferner festgestellt daß Tttanschichten , um sonstMoßEegende Oberflächen vor j zu schützen: Titan ist eine steÄtzmasTce, weöes eurdj Verfahren wie Verdampfen öder As&QuMo aSt fäfe emer entfernbaren Maske (Schattenmaske) niedergeschlaacen herden kann. Das Aufstäuben von Uten auf das Halbleiterpläuchen kann bei verh

Temperaturen erfolgen, was etwa fib* Se
kung einer unerwünschten Diffasion mancher
verhältnismäßig mob&en Dotierungsstoffe in den AraBv-Materiafien wichtig sein kamt

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Ätzmittels nach der Erfindung sowie unter Bezug auf die Zeichnungen seme Verwendimg niher erläutert Die Zeichnungen zeigen:

Fig. fÄ eine perspekfivisehe Ansicht eines Halbleiterbauelements vor der abschließenden Bearbeitungsstufe;

Fig. IB einen Schnitt des in ein Ätzmittel eingetauchten Halbleiterbauelements nach F i g. 1A;

Fig. IC einen Schnitt des Halbleiterbauelements nach F i g. 1A nach erfolgter Ätzung;

F i g. 2A eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement vor der abschließenden Bcarbeitungsstufe;

Fig.2B eine SchnmdarsteUung der Vorderansicht des HaIbIe 1 terbauelements nach F i g. 1A und

F i g. 2C eine Draufsicht auf zwei Bauelementteile, die nach Ätzung aus dem Halbleiterbauelement nach F i g. 2A hergestellt sind.

Das anzuwendende Ätzmittel besteht aus einer wäßrigen Lösung mit einer Ferricyanidverbindung, wie etwa Na₃[Fe(CN)₆] oder K₃[Fe(CN)₆] mit 0.8- bis 1.2molarer Konzentration an Ferricyanidionen. Lösun gen mit weniger als 0,8molarer Ferricyanidionenkonzentration fähren zur Bildung von Ätzgruben, die tiefer werden, als die Ätzung selbst fortschreitet, und sind deshalb für die Herstellung von Halbleiterbauelementen ungeeignet Lösungen mit mehr als !^molarer Ferricyanidkonzentration sind schwer darzustellen, weil die Löslichkeit der Ferricyanid-Verbindungen beschränkt ist Zur Bearbeitung von Galliumphosphid und Galliumarsenid und deren Legierungen (Gallium-Arsenid-Phosphid) werden Lösungen mit einer 0,9- bis 1 ^molaren Ferricyanid-Konzentration bevorzugt.

Die Oberflächen, die durch das Einwirken des Ätzmittels auf die technologisch wichtigen Kristallflächen von z. B. Galliumphosphid und Galliumarsenid gebildet werden, sind glatt Die Oberflächenqualität schwankt zwischen Hochglanz auf den (100)· und (IIO)-Flächen und geringen Unebenheiten auf der gewöhnlich schwer zu ätzenden (IH)- »Gallium«- Fläche. Die beobachteten Unebenheiten bewirken keine materialmäßige Funktionsbeeinträchtigung. Andere bekannte Halbleiterkörper aus Am Bv-Verbindungen, wie etwa InSb. InP, InAs, GaSb, AIP, AISb, AIAs und deren ternäre Legierungen verhalten sich ähnlich, weil die (111)-»MetaII«-Fläche von den Hauptflächen am schwierigsten zu ätzen ist Hier bedeutet die (111)-»Metall«-Fläche diejenige Kristallfläche, die Metallatome aus der Gruppe HI enthält Der Zusatz von kleinen Mengen bekannter Dotierungsstoffe, die eingebaut werden, um den gewünschten elektrischen Leitfähigkeitstyp zu erhalten, beeinflußt den Charakter der durch das Ätzmittel gebildeten Oberfläche nicht wesentlich. Häufig anzuwendende Dotierungsstoffe sind die n-Leitung bewirkenden Dotierungsstoffe S, Se und Te, die p-Leitung bewirkenden Botierungsstoffe Zn, Cd und Hg sowie die ampnoteren Dotienmgsstoffe C, Si, Ge, Sh und Pb. Es and auch andere bekannt; sofern solche Doöenmgsstoffe verwendet herden, werden sie nor-ϊπ einer Menge unter 1 Gew.-%* des

Haibteitennateriafc eingebaut.

Das Ätzmittel enthäft ferner Natriumhydroxid oder £aEunraydroxid m 03- bis t,5molarer Konzentration. Lösungen mit weniger als O^molarer HydroxidSoncnkonzeniration ätzen für die Herstellung von Halbleiterbauelementen zu langsam. Hingegen liefern Lösungen nut mehr als 1 ^molarer Hydroxkfionenkonzentration schlechtere Oberflächen und greifen Oxid- und Titanschichten schneller aa Für GaAs und deren Legierungen werden Lösungen mit 0,4- bis OJmolarer Konzentration bevorzugt

Der für die Wirkung des Ätzmittels zu bevorzugende Temperaturbereich liegt zwischen 60 und 95° C. Bei Temperaturen unter 60° C verläuft die Abtragung des Materials von der Halbleiteroberfläche für den betrach teten Zweck zu langsam. Hingegen verläuft die Materialabtragung bei Temperaturen über 95° C zu schnell, um das Ätzverfahren genügend steuern zu können. Ein bevorzugter Temperaturbereich für das

Ätzen von Galliumphosphid- und Galliumarsenid-Halbleiterkörpern liegt zwischen 75 und 85° C. Unter diesen Bedingungen wird Galliumphosphid von der (IH)- »Galliumw-Fläche mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 250 μίτι pro Stunde abgetragen. Hingegen wird

JO Galliumarsenid mit einer Geschwindigkeit die ungefähr um den Faktor 2 langsamer ist durch ein Ätzmittel abgetragen, das K₃(Fe(CN)₆] in (molarer und KOH in OJmolarer Konzentration enthält Die (100)- und (110)-Flächen werden schneller geätzt

Die F i g. 1A zeigt ein Halbleiterbauelement 10 in einer Bearbeitungsstufe. Sein Haibleiterplättchen 11 besteht aus einem AmBv-Halbleitermaterial. Die nach oben zeigende Oberfläche des Halbleiterplättchens 11 ist mit Ausnahme des Fensters 12 von einer Oxidschicht 13 aus z. B. SiO₂ überdeckt Auf die Oxidschicht 13 ist in einem Gebiet ein goldhaltiger Kontakt 14 aufgebracht der das Haibleiterplättchen 11 durch das Fenster 12 kontaktiert Ein Teil der nach unten weisenden Oberfläche des Halbleiterplättchens U ist mit einer Schicht IS aus Titan maskiert Das Titan wurde durch Verdampfen oder Aufstäuben durch eine Fenstermaske niedergeschlagen. Solche zum Maskieren benutzte Titanschichten sind vorzugsweise 500 bis 5000 A dick aufgetragen. Titanschichten, die dünner als 500 A sind, liefern im allgemeinen einen ungenügenden Schutz, während Titanschichten, die dicker als 5000 A sind, unnötig dick sind Diese zusätzliche Dicke bietet nicht mehr Schutz, obwohl für ihren Niederschlag mehr Zeit erforderlich ist Titanschichten mit einer Dicke von 1000 bis 3000 A sind für die meisten Zwecke optimal. Das Niederschlagen dieser Schichten durch eine Schattenmaske macht Photolack und Ätzschritte überflüssig, die ansonsten erforderlich wären, wenn die ganze Oberfläche zunächst beschichtet und anschließend die Abdeckungsgebiete mit Hilfe eines photolithographischen Verfahrens festgelegt werden würden.

Die Fig. IB stellt das Halbleiterbauelement nach F i g. 1A, eingetaucht in ein Ätzmittel 16, der erläuterten Zusammensetzung dar.

Die Fig. IC stellt das Halbleiterbauelement nach Fig. IA nach genügend langer Ätzung dar, welche die Seiten des Halbleiterplättchens 11 in die gewünschte Form reduziert hat, z.B. um den Lichtausgang von

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elektrolumineszierenden Dioden zu optimieren und das Ende 18 des Goldkontaktes 14 für eine Stützleiter-Verbindung freizulegen.

Die Anwendung des Ätzmittels zum Auftrennen von Stützleiter-Halbleiterbauelementen ist mit Fig.2 dargestellt. Die F i g. 2A zeigt einen Teil 21 eines großen Halbleiterplättchens, das eine Reihe künftiger Stützleiter-Halbleiterbauelemente mit darauf befestigten Goldkoni akten 24 aufweist. Das Halbleiterplättchen 21 wurde von seiner kontaktlosen Rückseite her in dem Ausschnitt 29 teilweise eingesägt

Die Fig.2C zeigt die getrennten Halbleiterbauelemente 30 nach erfolgter Ätzung, bei der das Ätzmittel das restliche Halbleitermaterial über dem Sägeausschnitt 29 abtrug, ohne daß die Goldkontakte 24 und die oxidgeschützten Bereiche erheblich abgetragen wurden,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. <f

   Patentansprüche:

   U Ätzmittel zur Behandlung von Halbleiterbauelementen mit einem AmBy-Halbleiterkörper, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer wäßrigen Lösung mit Ferricyanidionen in 0,8- bis l,2molarer Konzentration und Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid in Qß- bis t,5molarer Konzentration besteht
2. 2. Ätzmittel zur Behandlung von Halbleiterbauelementen mit einem AujBv-Halbleiterkörper und einem hieran befestigten metallischen Kontakt; dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer wäßrigen Lösung mit Ferricyanidionen in 0,8- bis lÄaoiarer Konzentration und Natriumhydroxid oder Kaüumhydroxid in Όβ- bis l,5molarer Konzentration besteht
3. 3. Ätzmittel nach den Ansprächen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferricyanidionen in Form von K₃[Fe(CN)₆] oder NaJ[Fe(CN)₆] vorliegen.
4. 4. Atzmittel nach den Ansprüchen I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine Ätztemperatur 60 bis_95°C. vorzugsweise 75 bis 85°C betragt
5. 5. Ätzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferricyanidionen in 03- bis Umolarer und die Hydroxidionen in 0,4-bis 0,7molarer Konzentration vorliegen.
6. 6. Verwendung des Ätzmittels nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch seine Anwendung bei GaAs- und GaP-Halbleiterkorpern.
7. 7. Verwendung des Ätzmitteis nach den Ansprüchen 2 bis 5, gekennzeichnet durch seine Anwendung bei AiiiBv-Halbleiterkörpem mit hieran befestigtem Goldkontakt
8. 8. Verwendung des Ätzmittels nach den Ansprüchen 2 bis S, gekennzeichnet durch seine Anwendung bei AinBv-Halbleiterkörpern, die mit einer 500 bis 5000 A, vorzugsweise 1000 bis 3000 A dicken Titanschicht als metallischem Kontakt versehen sind.