DE2430560B2 - Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen durch formgebende behandlung mit einer aetzloesung - Google Patents
Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen durch formgebende behandlung mit einer aetzloesungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen
von Halbleiterbauelementen hoher Sperrfähigkeit
ίο und Stabilität durch formgebende Behandlung der mit
Metallkontakten versehenen scheibenförmigen Halbleiterkörper
mit einer Ätzlösung.
Ein derartiges Verfahren ist z.B. aus der CH-PS 471469 bekannt.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z.B. Dioden, Thyristoren, Transistoren oder
Triacs, werden bekanntlich durch bestimmte Formgebungen der Randgeometrie der Halbleiterscheibe
verbesserte Sperreigenschaften erzielt. Da die Fe!d-
stärke, die während des Betriebes eines Halbleiterbauelements auftritt, auch von der geometrischen
Form der Halbleiterscheibe abhängig ist, gelingt es. die Sperrfähigkeit und die Stabilität der Halbleiterbauelemente
durch eine Formgebung, die die FeIdstarke herabsetzt, beispielsweise eine Abschrägung
der Seitenflächen der Halbleiterelemente, in gunstigstem Sinne zu beeinflussen, wobei sich besonders eine
Abschrägung in Form eines sogenannten »Schwalbenschwanzes« bewährt hat. Vergleiche die »ETZ«
- A Bd. 89 (1968) Nr. 6. Seiten 131 bis 135 oder die FR-PS 1386650, insbesondere Fig. 16.
Es ist bekannt, sich zu diesem Zweck mechanischer Bearbeitungsverfahren, etwa des Schleifens oder des
Sandens, zu bedienen, um bei der Halbleiterscheibe eines Halbleiterbauelements die Seitenflächen, an denen
der oder die pn-Übergänge nach außen treten, abzuchrägen. Derartige Verfahren weisen jedoch
Nachteile auf. weil mit der iGrmgebenden Bearbeitung
eine Beschädigung oder sogar eine Zerstörung der Oberfläche der Halbleiterscheibe oder weiterer, der
Oberfläche naher Zonen verbunden ist, außerdem unerwünschte Fremdkörper nach der Behandlung auf
der Oberfläche verbleiben können und schließlich nur
mit erheblichem Arbeitsaufwand sich die genaue Einhaltung bestimmter Winkel der Abschrägung erreichen
läßt.
Es ist vielfach zweckmäßig, die mechanischen Verfahren
durch chemische Ätzverfahren zu ergänzen oder zu ersetzen, was den Vorteil bietet, zugleich mit
den formgebenden Maßnahmen die Oberfläche der Halbleiterscheibe von Fremdstoffen zu reinigen und
auch gegebenenfalls zerstörte Oberflächenschichten abzutragen. Zahlreiche Zusammensetzungen von
Ätzlosungen sind hierzu bekanntgeworden und sind
z.B. in den Buchern von A. F. Bogenschütz, »Ätzpraxis
fur Halbleiter«, München 1967, Seiten 183 bis 203, und »Oberflächentechnik und Galvanotechnik
in der Elektronik«, Saulgau 1971, Seiten 262 bis 270; 387 bis 388, beschrieben worden.
Ebenfalls ist durch die DT-AS 1 119625 ein chemisches
Ätzverfahren bekanntgeworden, bei dem die Oberfläche eines Halbleiterkörpers, beispielsweise
aus Germanium, mit einem Ätzmittel aus Wassestoffperoxid, Ätzkali und einem Komplexbildungsmittel
behandelt wird. Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit, mit Hilfe eines rein chemischen Ätzverfahrens
nur die Halbleiterflächen einer Halbleiteranordnung anzuätzen, auch wenn die Anordnung noch andere
Metalle, wie Kupfer, Blei, Nickel, Kobalt, Zinn usw.,
enthält, die ebenfalls in die Ätzlösimg eingebracht werden. Diese Metalle, die hauptsächlich für den Bau
von Halbleiteranordnungen gebraucht werden, sind gegen schwach alkalische Flüssigkeiten sehr widerstandsfähig
und werden daher selbst bei längerem Eintauchen nur geringfügig oder spurenweise angegriffen.
Der Prozeß geht in sehr gleichmäßiger Weise vor sich, ohne daß die Oberfläche des geätzten Halbleiters
angegriffen wird, selbst wenn andere Metalle zusammen mit dem Halbleiter vorhanden sind.
Insbesondere werden zum Ätzen von Halbleiterkörpern aus Silizium vielfach Gemische von Salpetersäure,
Flußsäure und Essigsäure mit wechselnden Anteilen und Konzentrationen der Mischungspartner
unter Zusatz von Chromoxid oder Dichromat verwendet. Zum bevorzugten Ätzangrift auf p-leitendes
Silizium ist auch ein Gemisch von 3% Kaliumpermanganat
und 97% 48%iger Fluorwasserstoffsäure bekanntgeworden. Ebenfalls ist dem Fachmann bekannt,
daß der Einsatz dieser Ätzlösungen durch gleichzeitige Einwirkung von Lichteinstrahlung vorteilhaft
gefördert wird.
Als nachteilig muß bei den bekannten Ätzverfahren angesehen werden, daß während des Ätzens zum Teil
ein zu großer Flachenverlust entsteht, und daß der Atzabtrag auch an solchen Stellen stattfindet, wo er
nicht vorgesehen ist, und daher das Ziel der Formgebung nicht erreicht wird. Diese nicht erwünschten
Atzwirkungen treten besonders dann auf, wenn die Halbleiterscheiben bereits mit einem Kontaktmetall,
etwa mit Nickel, beschichtet sind. Es kann vermutet werden, daß von dem Kontaktmetall eine elektronegative
Wirkung auf die chemische Reaktion der Ätzlösung in bestimmten dem Metallkontakt benachbarten
Bereichen der Halbleiterscheibe ausgeübt wird.
So erhält man z.B. mit einer Atzlösung aus 3% Kaliumpermanganat
und 97 9ί 48%iger Fluorwasserstoffsaure
die in Fig. 1 dargestellte Randabschrägung der Halbleiterscheibe eines Thyristors, bei dem die
Oberfläche einer Siliziumscheibe 3. die über Lotschichten
2, 4 und 5 mit dem Anodenkontakt 1, dem ringförmigen Kathodenkontakt 6 und dem Steuerkontakt
7 verbunden ist, hinsichtlich der Sperrfähigkeit und der mechanischen Festigkeit äußerst ungünstige
Winkel aufweist.
Wird an Stelle der obengenannten Atzlösung z.B. eine Lösung aus etwa 40 Volumprozent 65%iger Salpetersäure,
20 Volumprozent 50%iger Fluorwasserstoffsäure und 40 Volumprozent 96%iger Essigsäure
verwendet, so erhält man eine Randabschrägung der Siliziumscheibe, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, deren
Bezugszeichen mit denen der Fig. 1 übereinstimmen. Bei dieser Randabschrägung treten Winkel in Erscheinung,
die zwar schon an sich brauchbare Thyristoren ergeben, jedoch die Sperrspannung nicht in so
günstiger Weise beeinflussen, daß Thyristoren besonders hoher Sperrfähigkeit entstehen. Gerade darin
wird aber vielfach das Ziel der Herstellungsverfahren gesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur formgeöenden Behandlung des mit
Metallkontakten versehenen scheibenförmigen Halbleiterkörpers mit einer Ätzlösung anzugeben, durch
das eine die Feldstärke an der Oberfläche des scheibenförmigen Halbleiterkörpers herabsetzende Form
Heu Randbereichs eines mit Metallkontakten aus Nikkei
versehenen scheibenförmigen Halbleiterkörpers mit geringem Arbeitsaufwand und mit geringem Flächenbedarf
für den scheibenförmigen Halbleiterkörper erhalten wird. Vorzugsweise soll ein solches Verfahren
die Formgebung des in der Fig. 3 dargestellten scheibenförmigen Halbleiterkörpers eines Thyristors
ermöglichen, die sich durch besonders hohe Sperrfähigkeit und Stabilität auszeichnet.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß in der Weise
gelöst, daß die mit Metallkontakten aus Nickel versehenen scheibenförmigen Halbleiterkörper mit einer
Ätzlösung folgender Zusammensetzung
5 bis 20 Volumprozent 65%iger Salpetersäure, 50 bis 65 Volumprozent eines Gemisches aus 70%iger
Perchlorsäure und 37 %iger Salzsäure, wobei das Verhältnis der Volumprozente von Salzsäure zu Perchlorsäure
etwa 1:1 bis 2:1 beträgt, und 25 bis 35 Volumprozent
5()%iger Fluorwasserstoffsäure behandelt werden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die scheibenförmigen Halbleiterkörper mit einer Ätzlösung
folgender Zusammensetzung
14 Volumprozent 65%iger Salpetersäure, 20 Volumprozent 7()%iger Perchlorsäure. 33 Volumprozent
37%iger Salzsäure und 33 Volumprozent 50%iger Fluorwasserstoffsäure behandelt werden.
Die zu ätzenden scheibenförmigen Halbleiterkörper, z.B. Siliziumscheiben, die auf den Grund- und
Deckflächen mit einer Kontaktmetallschicht aus Nikkei bedeckt sind, werden durch Zerlegen einer größeren
Siliziumscheibe etwa durch Sanden oder Trennätzen hergestellt. Die so gewonnenen kontaktierten
Siliziumscheiben werden daraufhin etwa 60 min mit der obengenannten Ätzlösung behandelt. Wenn diese
Ätzung beendet ist, werden die Siliziumscheiben aus der Ätzlösung herausgenommen und gründlich zunächst
mit deionisiertem Wasser und danach mit Aceton abgespult und im Trockenschrankt bei 120° Cgetrocknet
Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, diese Ätzung
bei einer Temperatur von etwa 26 bis 28° C durchzufuhren. Ebenso hat sich eine gleichzeitige intensive
Bestrahlung während der Ätzung als vorteilhaft erwiesen.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung, durch die sich die Sperrfähigkeit
der Halbleiterbauelemente noch weiter erhöhen läßt, werden die scheibenförmigen Halbleiterkörper nach
der ersten Ätzung - der sogenannten Strukturätzung - noch einer zusätzlichen Ätzung - der sogenannten
Abschlußätzung - unterzogen, bei der sie etwa 1 min lang bei einer Temperatur von 15 bis 18° C mit einer
Lösung aus
50 Volumprozent 98%iger Salpetersäure, 25 Volumprozent
40%iger Fluorwasserstoffsäure und 25 Volumprozent 96%iger Essigsäure und danach etwa
1 min lang mit einer Lösung von rauchender Salpetersäure behandelt werden. Die Halbleiterscheiben werden
dann gründlich mit deionisiertem Wasser und Aceton abgespült. Darauf wrden sie in einem Vakuumtrockenschrank
bei etwa 200° C getrocknet und mit einer sogenannten Passivierungsschicht, beispielsweise
mit einem Schutzlack, versehen.
Wesentlich ist, daß die Ätzdauer der Abschlußätzung so kurz gewählt wird, daß ein dabei entstehender
Abtrag nur gering ist und sich nicht mehr nachteilig auf den vorgesehenen Winkel der Abschrägung aus-
wirkt.
An einem besonderen Ausführungsbeispiel, und zwar einem Verfahren zum Herstellen eines Thyristors,
sei das Verfahren nach der Erfindung im Zusammenhang erläutert.
Durch ein Trennverfahren hergestellte Siliziumscheiben, die mit Nickelkontakten beschichtet sind,
werden auf 140° C erwärmt. Ihre freilegenden Siliziumoberflächen, beispielsweise am Steuerelektroden-Graben,
die vor einem Ätzangriff geschützt werden sollen, werden mit einem Schutzüberzug,
beispielsweise mit Picein, beschichtet und abgedeckt. Die so vorbereiteten Siliziumscheiben werden nun für
60 min in die auf 26 bis 28° C erwärmte »Struktur« Ätzlösung gegeben, die während des Ätzens gegebenenfalls
in Bewegung gehalten und gleichzeitig aus einem Abstand von etwa 20 cm mit einer 100-Watt-Lampe
bestrahlt wird.
Nach der Beendigung des »Struktur«-Ätzens werden die Siliziumscheiben gründlich mit deionisiertem
Wasser gespült. Dann wird die Piceinschicht, die sich in dem Graben um die Steuerelektrode befindet, mit
Trichloräthylen entfernt, wobei wiederum so lange mit Trichloräthylen gespült wird, bis die Lösung klar
bleibt. Die Siliziumscheiiben werden anschließend im
Trockenschrank bei 120° C getrocknet und daraufhin während der Dauer von einer Minute bei einer Temperatur
von 15 bis 18° C unter dauernder Bewegung
ίο einer Abschlußätzung mit der oben beschriebenen
Ätzlösung aus Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure und Essigsäure unterzogen. Hierauf werden die Siliziumscheiben
mit Wasser gespült, mit rauchender Salpetersäure übergössen und 1 min unter Bewegung geätzt
sowie schließlich mit deionisiertem Wasser gespült, dreimal für je 3 min mit Aceton im Ultraschallbad
behandelt, im Vakuumtrockenschrank bei 200° C getrocknet und anschließend mit einer Passivierungsschicht
versehen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen hoher Sperrfähigkeit und Stabilität
durch formgebende Behandlung der mit Metallkontakten versehenen scheibenförmigen Halbleiterkörper
mit einer Ätzlösung, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Metalikontakten aus Nickel versehenen scheibenförmigen Halbleiterkörper
mit einer Ätzlösung folgender Zusammensetzung:
5 bis 20 Volumprozent 65%igej- Salpetersäure,
50 bis 65 Volumprozent eines Gemisches aus 70%iger Perchlorsäure und 37%iger Salzsäure,
wobei das Verhältnis der Volumprozente von Salzsäure zu Perchlorsäure etwa 1: ] bis 2:1 betragt,
und 25 bis 35 Volumprozent 50%iger Fluorwasserstoffsäure behandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkörper nach der
ersten Ätzung noch einer zusätzlichen Ätzung unterzogen werden, bei der sie 1 min lang bei einer
Temperatur von 15 bis 18° C mit einer Lösung aus
50 Volumprozent 98'figer Salpetersäure, 25
Volumprozent 4()%iger Fluorwasserstoffsäure und 25 Volumprozent 96'feiger Essigsäure behandelt
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet,
daß die Halbleiterkörper nach der zusatzlichen Ätzung 1 min lang mit einer Lösung
von rauchender Salpetersäure behandelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halbleiterkörper zur ersten Ätzung mit einer Ätzlösung folgender Zusammensetzung
14 Volumprozent 65 Zeiger Salpetersaure, 20
Volumprozent 70%iger Perchlorsäure, 33 Volumprozent 37%iger Salzsäure und 33 Volumprozent
50"ciger Flurowasserstoffsäure.
und zur zusätzlichen Ätzung 1 min lang bei einer Temperatur von 15 bis IH" C mit einer Lösung
aus
50 Volumprozent 98%iger Salpetersäure, 25 Volumprozent 40%iger Fluorwasserstoffsäure
und 25 Volumprozent 96%iger Essigsäure sowie danach 1 min lang mit einer Lösung von rauchender
Salpetersäure behandelt werden.
5. Verfahren nach Ansprach 4. dadurch gekennzeichnet,
daß die zu atzenden scheibenförmigen Halbleiterkörper durch Zerlegen einer größeren
Halbleiterscheibe durch Sanden oder Trennätzen hergestellt werden.
(■>. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Ätzung während einer Dauer von 60 min vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer Temperatur von 26 bis 28'■ C geätzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ätzens die Ätzlösung
mit einer 100-Watt-Lampe, die sich in einem
Abstand von 20 bis 25 cm über Jer Ätzlösung befindet,
bestrahlt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß dir erste und die zusätzliche Ätzung jeweils durch Spulen mit deionisiertem
Wasser und Aceton im Ultraschallbad beendet werden.
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| DE19742430560 DE2430560C3 (de) | 1974-06-26 | Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen durch formgebende Behandlung mit einer Ätzlösung |
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Publications (3)
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| DE2430560A1 DE2430560A1 (de) | 1976-01-15 |
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| DE2430560C3 DE2430560C3 (de) | 1977-09-08 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3743044A1 (de) * | 1987-12-18 | 1989-06-29 | Semikron Elektronik Gmbh | Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3743044A1 (de) * | 1987-12-18 | 1989-06-29 | Semikron Elektronik Gmbh | Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2430560A1 (de) | 1976-01-15 |
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