DE2430560C3

DE2430560C3 - Process for the production of semiconductor components by shaping treatment with an etching solution

Info

Publication number: DE2430560C3
Application number: DE19742430560
Authority: DE
Inventors: Rigobert Nicohissi Jürgen Gesing Horst 4785 Belecke Schimmer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs-GmbH, 6000 Frankfurt
Filing date: 1974-06-26
Publication date: 1977-09-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen hoher SperrfähigkeitThe invention relates to a method for producing semiconductor components with a high blocking capability

ίο und Stabilität durch formgebende Behandlung der mit Metallkontakten versehenen scheibenförmigen Halbleiterkörper mit einer Ätzlösung.ίο and stability through shaping treatment of the with Disc-shaped semiconductor body provided with metal contacts with an etching solution.

Ein derartiges Verfahren ist z.B. aus der CH-PS 471469 bekannt.Such a method is known, for example, from CH-PS 471469.

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 FeId-In the manufacture of semiconductor components such as diodes, thyristors, transistors or Triacs are known to be formed by certain shapes of the edge geometry of the semiconductor wafer improved barrier properties achieved. Since the field

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 FeId-strength that occurs during the operation of a semiconductor component, including the geometric Depending on the shape of the semiconductor wafer, the blocking ability and the stability of the semiconductor components are achieved thanks to a design that

»5 siärke herabsetzt, beispielsweise eine Abschrägung der Seitenflächen der Halbleiterelemente, in günstigstem Sinne zu beeinflussen, wobei sich besonders eine Abschrägung in Form eines sogenannten »Schwalbenschwanzes« bewährt hat. Vergleiche die »ETZ«»Reduces thickness by 5, for example a bevel the side surfaces of the semiconductor elements, to influence in the most favorable sense, with a particular Bevel in the form of a so-called "dovetail" has proven its worth. Compare the »ETZ«

- A Bd. 89 (1968) Nr. 6, Seiten 131 bis 135 oder die FR-PS 1386650, insbesondere Fig. 16.- A Vol. 89 (1968) No. 6, pages 131 to 135 or the FR-PS 1386650, in particular Fig. 16.

Es ist bekannt, sich zu diesem Zweck mechanischer Bearbeitungsverfahren, etwa des Schleifens oder des Sandens, zu bedienen, um bei der HalbleiterscheibeIt is known to use mechanical processing methods, such as grinding or the Sandens, to use to at the semiconductor wafer

eines Halbleiterbauelements die Seitenflächen, an denen der oder die pn-Übergänge nach außen treten, abzuchrägen. Derartige Verfahren weisen jedoch Nachteile auf, weil mit der formgebenden Bearbeitung eine Beschädigung oder sogar eine Zerstörung derof a semiconductor component the side surfaces on which the pn junction or junctions emerge, to be cut off. However, such methods have disadvantages because they involve the shaping processing damage or even destruction of the

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.Surface of the semiconductor wafer or other, the surface near zones is connected, in addition unwanted foreign bodies can and ultimately only remain on the surface after the treatment With a considerable amount of work, the exact compliance with certain angles of the bevel can be achieved leaves.

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 Ätzlösungen sind hierzu bekanntgeworden und sindIt is often useful to supplement the mechanical processes with chemical etching processes or to replace, which has the advantage of simultaneously with the shaping measures the surface of the To clean semiconductor wafers of foreign matter and possibly also destroyed surface layers to be removed. Numerous compositions of etching solutions have become and are known for this purpose

z.B. in den Büchern von A. F. Bogenschütz, »Ätzpraxis für 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.e.g. in the books by A. F. Bogenschütz, »Ätzpraxis for semiconductors ", Munich 1967, pages 183 to 203, and" surface technology and electroplating in der Elektronik ", Saulgau 1971, pages 262 to 270; 387 to 388.

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 Wassestoffpcfoxid, Ätzkali und einem Komplexbildungsmitte!DT-AS 1 119625 also provides a chemical Etching process has become known in which the surface of a semiconductor body, for example made of germanium, with an etchant made of hydrogen pcfoxide, Caustic potash and a complexing agent!

behandelt wird. Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit, mit Hilfe eines rein chemischen Ätzverfahrens nur die Halbleiterflächen einer Halbleiteranordnung anzuätzen, auch wenn die Anordnung noch andereis treated. This process offers the possibility of using a purely chemical etching process only to etch the semiconductor surfaces of a semiconductor arrangement, even if the arrangement is still other

24 50 56024 50 560

Metalle, wie Kupfer, Blei, Nickel, Kobalt, Zinn usw., enthält, die ebenfalls in die Ätzlösung 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.Metals, such as copper, lead, nickel, cobalt, tin, etc., contains, which are also introduced into the etching solution will. These metals mainly used for construction of semiconductor devices used; are very resistant to weakly alkaline liquids and are therefore only slightly or in traces attacked, even after prolonged immersion. The process goes on in a very uniform manner without affecting the surface of the etched semiconductor is attacked even if other metals are present with the semiconductor.

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 Ätzangriff auf p-leitendes Silizium ist auch ein Gemisch von 3% Kaltumpermanganat und 97% 48%iger Fluorwasserstoffsäure bekanntgeworden. Ebenfalls ist dem Fachmann bekannt, daß der Einsatz dieser Ätzlösungen durch gleichzeitige Einwirkung von Lichteinstrahlung vorteilhaft gefördert wird.In particular, mixtures of nitric acid, Hydrofluoric acid and acetic acid with varying proportions and concentrations of the mixing partners used with the addition of chromium oxide or dichromate. For the preferred etching attack on p-conductive Silicon is also a mixture of 3% cold permanganate and 97% 48% hydrofluoric acid known. It is also known to the person skilled in the art that these etching solutions can be used simultaneous exposure to light radiation is advantageously promoted.

Als nachteilig muß bei den bekannten Ätzverfahren angesehen werden, daß während des Ätzens zum Teil ein zu großer Flächenverlust entsteht, und daß der Ätzabtrag auch an solchen Stellen stattfindet, wo er nicht vorgesehen ist, und daher das Ziel der formgebung nicht erreicht wird. Diese nicht erwünschten Ätzwirkungen treten besonders dann auf, wenn die Halbleiterscheiben bereits mit einem Kontaktmetall, etwa mit Nickel, beschichtet sind. Eis 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.A disadvantage of the known etching processes must be that during the etching in part too great a loss of surface area occurs, and that the etching removal also takes place in those places where it is is not provided, and therefore the goal of shaping is not achieved. These not wanted Etching effects occur particularly when the semiconductor wafers are already covered with a contact metal, are coated with nickel, for example. Ice can be assumed to be an electronegative one of the contact metal Effect on the chemical reaction of the etching solution in certain areas adjacent to the metal contact Areas of the semiconductor wafer is exercised.

So erhält man z. B. mit einer Ätzlösung aus 3% Kaliumpermanganat und 97% 48%iger Fluorwasserstoffsäure die in Fig. I 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.So you get z. B. with an etching solution of 3% potassium permanganate and 97%, 48% hydrofluoric acid, the bevel shown in FIG the semiconductor wafer of a thyristor, in which the surface of a silicon wafer 3, which has layers of solder 2, 4 and 5 with the anode contact 1, the ring-shaped cathode contact 6 and the control contact 7 is connected, extremely unfavorable in terms of lockability and mechanical strength Has angle.

Wird an Stelle der obengenannten Ätzlösung z. B. eine Lösung aus etwa 40 Volumprozent 65%iger Salpetersäure,·^) 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. I 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.If instead of the above-mentioned etching solution z. B. a solution of about 40 percent by volume 65% nitric acid, ^) Volume percent 50% hydrofluoric acid and 40 volume percent 96% acetic acid is used, an edge bevel of the silicon wafer, as shown in Fig. 2, is obtained Reference numerals correspond to those of FIG. With this beveled edge, angles appear, which already result in usable thyristors, but not the reverse voltage in that way influence favorable way that thyristors arise particularly high blocking capacity. Just in it but is often seen as the goal of the manufacturing process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur formgebenden Behandlung des mit Metallkontakten versehenen scheibenförmigen Halbleiterkörpers mit einer Ätzlösung anzugeben, durch das eine die Feldstärke an der Oberfläche des scheibenförmigen Halbleiterkörpers herabsetzende Form des 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 F i g. 3 dargestellten scheibenförmigen Halbleiterkörpers eines Thyristors ermöglichen, die sich durch besonders hohe Sperrfähigkeit und Stabilität auszeichnet.The invention is based on the object of a method for the shaping treatment of the with Specify metal contacts provided disc-shaped semiconductor body with an etching solution by the one the field strength on the surface of the disk-shaped semiconductor body reducing form of the edge region of a disk-shaped semiconductor body provided with metal contacts made of Nikkei with little work and with little space required for the disk-shaped semiconductor body is obtained. Such a method is preferably intended to shape the material shown in FIG. 3 shown disk-shaped semiconductor body of a thyristor, which is characterized by particularly high blocking capacity and stability.

Diese Aufgatte wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Axt erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß die mit Metallkontakten aus Nickel versehenen scheibenförmigen Halbleiterkörper mit einer Ätzlösung folgender ZusammensetzungThis task is carried out according to the invention in a method of the ax mentioned at the beginning in the manner solved that the disc-shaped semiconductor body provided with metal contacts made of nickel with a Etching solution of the following composition

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 50%iger Fluorwasserstoffsäure behandelt5 to 20 percent by volume of 65% nitric acid, 50 to 65 percent by volume of a mixture of 70% Perchloric acid and 37% hydrochloric acid, the ratio of the percent by volume of hydrochloric acid to perchloric acid is about 1: 1 to 2: 1, and 25 to 35 percent by volume Treated 50% hydrofluoric acid

ao werden.be ao.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die scheibenförmigen Halbleiterkörper mit einer Ätzlösung folgender ZusammensetzungIt is particularly advantageous if the disk-shaped semiconductor bodies are coated with an etching solution the following composition

14 Volumprozent 65%iger Salpetersäure, 2ü Vo-14 percent by volume of 65% nitric acid, 2% by volume

»S lumprozent 70%iger Perchlorsäure, 33 Volumprozent 37%iger Salzsäure und 33 Volumprozent 50%iger Fluorwasserstoffsäure behandelt werden. » Light percent 70% perchloric acid, 33 percent by volume 37% hydrochloric acid and 33 percent by volume 50% hydrofluoric acid are treated.

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 Siliziumsicheiben aus der Ätzlösung herausgenommen und gründlich zunächst mit deionisiertem Wasser und danach mit Aceton abgespült und im Trockenschrankt bei 120° C getrocknet. The wafer-shaped semiconductor bodies to be etched, e.g. silicon wafers, which are placed on the base and Top surfaces covered with a contact metal layer from Nikkei are made by disassembling a larger one Silicon wafer produced by sanding or cut-off etching, for example. The so obtained contacted Silicon wafers are then treated with the above-mentioned etching solution for about 60 minutes. If those Etching is finished, the silicon wafers are removed from the etching solution and thoroughly first rinsed with deionized water and then with acetone and dried in a drying cabinet at 120 ° C.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, diese Ätzung bei einer Temperatur von etwa 20 bis 28° C durchzuführen. Ebenso hat sich eine gleichzeitige intensive Bestrahlung während der Ätzung als vorteilhaft erwiesen.It has been found to be expedient to carry out this etching at a temperature of approximately 20 to 28 ° C perform. Simultaneous intensive irradiation during the etching has also proven advantageous proven.

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 ausIn a further embodiment of the method according to the invention, through which the blocking capability the semiconductor components can be increased even further, the disk-shaped semiconductor bodies are after the first etching - the so-called structure etching - another additional etching - the so-called Final etching - subjected to about 1 minute at a temperature of 15 to 18 ° C with a Solution

50 Volumprozent °8%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.50 percent by volume ° 8% nitric acid, 25 percent by volume 40% hydrofluoric acid and 25 volume percent 96% acetic acid and then about Treated with a solution of fuming nitric acid for 1 min. The semiconductor wafers are then rinsed thoroughly with deionized water and acetone. Then they would be in a vacuum drying cabinet dried at about 200 ° C and coated with a so-called passivation layer, for example with a protective varnish.

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-It is essential that the etching duration of the final etching is chosen so short that a resulting Removal is only slight and no longer has a disadvantageous effect on the intended angle of the bevel.

wirkt.works.

An einem besonderen Ausführungsbeispiel, und zwar einem Verfahren zum Herstellen eines Thyristors, sei das Verfahren nach der Erfindung im Zusammenhang erläutert.In a special embodiment, namely a method for producing a thyristor, let the method according to the invention be in context explained.

Durch ein Trennverfahren hergestellte Siliziumscheiben, die mit Nickelkontakten beschichtet sind, werden auf 140° C erwärmt. Ihre freiligenden Siliziumoberflächen, beispielsweise am Steuerelcktroden-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 HH)-WaU-Lampe bestrahlt wird.Silicon wafers produced by a cutting process and coated with nickel contacts, are heated to 140 ° C. Your exposed silicon surfaces, for example on the control electrode trench, that are to be protected from an etching attack are covered with a protective coating, for example with Picein, coated and covered. The silicon wafers prepared in this way are now used for 60 min in the "structure" etching solution heated to 26 to 28 ° C kept moving and at the same time from a distance of about 20 cm with an HH) -WaU lamp is irradiated.

Nach der Beendigung des »Struktura-Ätzens werden die Siliziumscheiben gründlich mit dcionisiertem Wasser gespült. Dann wird die Piceinschicht, die sich in dem Graben um die Steuerelektrode befindet, mit Trichlorethylen entfernt, wobei wiederum so lange mit Trichloräthylen gespült wird, bis die Lösung klar bleibt. Die Siliziumscheiben 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 BewegungAfter the »Structural etching has been completed, the silicon wafers are thoroughly dcionized with Rinsed with water. Then the picein layer, which is located in the trench around the control electrode, is used Trichlorethylene removed, again rinsing with trichlorethylene until the solution is clear remains. The silicon wafers are then dried in a drying cabinet at 120 ° C. and then dried for a period of one minute at a temperature of 15 to 18 ° C with constant agitation

ίο einer Abschlußätzung mit der oben beschriebenen Ätzlösung aus Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure und Essigsäure unterzogen. Hierauf werden die Siliziumscheiben mit Wasser gespült, mit rauchender SaI-pelersäure Übergossen 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.ίο a final etch with the one described above Etching solution of nitric acid, hydrofluoric acid and acetic acid. The silicon wafers are then placed on top Rinsed with water, doused with fuming saleric acid and etched for 1 min while moving and finally rinsed with deionized water, three times for 3 min each time with acetone in an ultrasonic bath treated, dried in a vacuum drying cabinet at 200 ° C and then with a passivation layer Mistake.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of semiconductor components with high blocking capability and stability by shaping the disk-shaped semiconductor body provided with metal contacts with an etching solution, characterized in that the with metal contacts Disc-shaped semiconductor body provided with nickel with an etching solution of the following composition:

5 to 20 percent by volume of 65% nitric acid, 50 to 65 percent by volume of a mixture 70% perchloric acid and 37% hydrochloric acid, wherein the ratio of the volume percent of hydrochloric acid to perchloric acid is about 1: 1 to 2: 1, and 25 to 35 volume percent 5 ()% hydrofluoric acid are treated.

2. The method according to claim I, characterized in that that the semiconductor body is subjected to an additional etching after the first etching in which they are 1 min at a temperature of 15 to 18 ° C with a solution out

50 percent by volume 98% nitric acid, 25 40% by volume hydrofluoric acid and 25% by volume 96% acetic acid treated will.

3. The method according to claim 2, characterized in that the semiconductor body according to the additional etching for 1 min with a solution of fuming nitric acid.

4. The method according to claim 3, characterized in that the semiconductor body to the first Etching with an etching solution of the following composition

14 percent by volume 65% nitric acid, 20 percent by volume 70% perchloric acid, 33 percent by volume 37% hydrochloric acid and 33 percent by volume 50% hydrofluoric acid,

and for additional etching for 1 min, with one Temperature from 15 to 18 ° C with a solution

50 percent by volume 98% nitric acid, 25 percent by volume 40% hydrofluoric acid and 25 percent by volume of 96% acetic acid and then for 1 minute with a solution of fuming Nitric acid.

5. The method according to claim 4, characterized in that the disc-shaped to be etched Semiconductor body by dismantling a larger semiconductor wafer by sanding or separating etching getting produced.

6. The method according to claim 5, characterized in that the first etching during a Duration of 60 min is made.

7. The method according to claim 6, characterized in that at a temperature of 26 is etched up to 28 ° C.

8. The method according to claim 7, characterized in that that during the etching the etching solution with a KM) -Watt lamp, which is in a Distance of 20 to 25 cm above the etching solution is irradiated.

9. The method according to claim 8, characterized in that the first and the additional Etching ended in each case by rinsing with deionized water and acetone in an ultrasonic bath will.