DE2810529A1 - Verfahren und mittel zum herrichten einer halbleiteroberflaeche und danach hergerichtete halbleiter - Google Patents
Verfahren und mittel zum herrichten einer halbleiteroberflaeche und danach hergerichtete halbleiterInfo
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Description
THE POST OFFICE, London WlP 6HQ Großbritannien
Verfahren und Mittel zum Herrichten einer Halbleiteroberfläche und danach hergerichtete Halbleiter
Die Erfindung bezieht sich auf die Herrichtung von Halbleiteroberflächen.
Die Erfindung ist besonders auf die Herrichtung von GaAs-Oberflächen anwendbar.
Bekannte Techniken zur Herrichtung von Halbleiteroberflächen, wie z. B. GaAs-Substraten, sehen oft ein mechanisches
oder chemisch-mechanisches Polieren vor. Die Ebenheit von nach diesen Verfahren hergerichteten Substratoberflächen
ist schlecht, und das Polieren kann Kratzstellen an der Oberfläche erzeugen. Außerdem verwenden bekannte elektrochemische
A'tztechniken, die zur Dickenabgleichung von epitaktischen
GaAs-Schichten angewandt werden und bei denen eine Schottkysche Sperrschicht zum Sperrichtungsdurchbruch genommen
wird, um einen gleichmäßigen Löcherstrom vorzusehen, Elektrolyten,
die anodische Produkte liefern, die praktisch unlöslich sind. .Dies führt zur Bildung einer Sperroxidschicht,
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die die Auflösungstiefe, die erhältlich ist, beschränkt«
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herrichten einer Oberfläche eines Halbleiters durch elektrolytische
Materialabtragung von der Oberfläche des Halbleiters zu entwickeln, das eine stetige Auflösung ermöglicht
und zu einer verhältnismäßig glatten Oberfläche führt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Abtragung unter Verwendung eines Zweikomponentenelektrolyts erfolgt, dessen erste Komponente eine Oxidschicht auf der
Oberfläche des Halbleiters bildet und dessen zweite Komponente das Oxid auflöst.
Die zweite Komponente sollte zur Bildung von Oxidkomplexen mit dem Halbleiter in wässeriger Lösung oder zur Beseitigung
des Oxids in irgendeiner anderen Weise geeignet sein.
In einem Beispiel des Verfahrens wird die Oberfläche von Galliumarsenid (η-Typ) unter Verwendung eines Elektrolyts
hergerichtet, der aus Natriumdihydrogenorthophosphat als der ersten Komponente und "Tiron", d. h. 1,2 dihydroxybenzol-3»5-disulfosäured
inatriumsalz. als der zweiten Komponente besteht. Der Anteil von "Tiron" ist vorzugsweise 20 Vol. %
oder weniger.
Man kann mit dem Verfahren unter Verwendung der ersten Komponente allein beginnen, und die zweite Komponente wird
anschließend zugesetzt» Alternativ können die beiden Komponenten vor Beginn der elektrolytischen Einwirkung vermischt werden»
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Elektrolyt zur
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Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem Kennzeichen, daß er zwei Komponenten enthält, deren eine
zum Bilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des herzurichtenden Halbleiters und deren andere zum Auflösen des
Oxids geeignet sind.
Die erste Komponente kann ein Stoff der Gruppe Natriumdihydrogenorthophosphat,
Dinatriumtetraborat und Kaliumdihydrogenarsenat sein, und die zweite Komponente ist
"Tiron" oder Äthanolamin.
Schließlich sind Gegenstand der Erfindung Halbleiter, insbesondere Galliumarsenid, die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergerichtet sind.
Die Erfindung wird durch ein Beispiel anhand der einzigen Figur, die schematisch eine elektrolytische Zelle
zeigt, näher erläutert.
Das erfindungsgeraäße Verfahren dient dem Ätzen einer
Kalbleiteroberfläche zur Erzeugung einer glatten Oberfläche auf einem Einkristallplättchen mit bestimmter Dicke. Das
Verfahren wendet eine elektrolytische Ätztechnik unter Verwendung eines Zweikomponentenelektrolyts an und läßt
sich in jeder geeigneten elektrolytischen Zelle durchführen.
Der Zweikomponentenelektrolyt hat einen ersten Bestandteil oder Filmbildner, der einen Oxidfilm oder eine Oxidschicht
auf der herzurichtenden Oberfläche des Halbleiters bildet, und einen zweiten Bestandteil oder Filmauflöser, der die
gebildete Oxidschicht auflöst. Das Verfahren läßt sich auf
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jeden Halbleiter anwenden, bei dem Oxide des Halbleiters zur Umwandlung in Komplexe in wässeriger Lösung durch die
Verwendung von komplexbildenden Elektrolyten geeignet sind,,
Beispiele von diese Anforderung erfüllenden Halbleitern sind InSb s GaAs und InAs.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Tatsache, daß die gebildete Oxidschicht amorph ist
und so als Puffer zwischen der Oberfläche des Halbleiters und dem Punkt wirkt, an dem Material abgetragen wird. Das
Ätzverfahren wird so fehlerunabhängig, was von Bedeutung sein kann. Es ist wichtig, daß die Auflösungsgeschwindigkeit
des Oxids nicht so groß ist,daß kein Oxidfilm gebildet wird. Die Spannung wird im Elektrolyt zwischen dem als Anode
wirkenden Halbleiter und irgendeiner geeigneten inerten Kathode angelegt.
In einem Beispiel wurde das Verfahren zur Herrichtung der Oberfläche von Galliumarsenidhalbleitern angewendet. Die
beiden Komponenten des beim Verfahren verwendeten Elektrolyts sind
(1) 0,5M "Tiron" (1,2 dihydroxybenzol-3,5-disulfosäuredinatr
iumsa Iz )
(2) 0-,3M Natriumdihydrogenorthophosphat
Das Natriumdihydrogenorthophosphat wirkt als der Oxidfilmbildner, während das "Tiron" als der die gebildete
Oxidschicht auflösende Filmentferner wirkt.
Es wurde gefunden, daß man ein gleichmäßiges Filmwachstum und eine gleichmäßige Auflösung des Oxidfilms mit guter
Stabilität erhalten kann, wenn die an die Zelle angelegte
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Spannung im Bereich von 25 - 50 Volt; liegt und das Galliumarsenidmaterial
ein mit zwischen 10 D und 10 Ladungsträgern je cnr dotiertes n-Typ-Material ist. Es war *;eine
Vorbehandlung des Galliumarsenidplättchens vor dem Anlegen einer Vorspannung erforderlich, die zur Keimbildung,
zum Wachstum und zur kontinuierlichen Auflösung der Oxidschicht führte.
Eine Zelle, in der sich das Verfahren durchführen läßt, ist in der einzigen Figur dargestellt. Die Zelle weist
einen geeigneten Behälter 10 auf, der den Elektrolyt 11 enthält. Sine Elektrode 12 ist in den Elektrolyt eingetaucht,
und der zu behandelnde Halbleiter 14 ist in den Elektrolyt an einer Stelle im Abstand von der Elektrode 12 eingetaucht.
Der Halbleiter 14 wird mittels eines Paars von Einstellpinzetten 15 gehalten, deren Schenkel ein Paar von Aluminiumfußstücken
16, 17 tragen. Die Fußstücke 16, 17 sind durch Einstellen einer Schraubenmutter 18 in Kontakt mit dem
Halbleiter 14 vorgespannt. Die Fußstücke 16, 17, die
teilweise eingetaucht sind, müssen in dem oxidbildenden
Elektrolyt allein bis zu einem Reststromniveau von höchstens 30 /UA voranodisiert sein.
Strom wird von einer Batterie 20 geliefert, die in Reihenschaltung mit einem Amperemeter 21 und einem Regelwiderstand
22 an die Elektrode 12 und den Halbleiter 14 angeschlossen ist. Ein Voltmeter 24 ist parallel zur Batterie
und zum Widerstand 22 angeschlossen.
Es wurde eine Anzahl von Elektrolytzusammensetzungen überprüft,
die von 50 # "Tiron", 50 % Natriumdihydrogenorthophosphat
bis 100 % Natriumdihydrogenorthophosphat reichten. Alle diese Untersuchungen wurden unter Beleuchtung
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der geätzten Oberfläche durchgeführt. Der elektrische Strom wurde so überwacht,daß die Dicke des geätzten Materials
bestimmt werden konnte. Diese Untersuchungen zeigen, daß steigende Anteile von "Tiron" zu höheren Ätzströmen im
stetigen Zustand führen. Jedoch scheint die Einstellung beständiger Zustandsbedingungen von der Elektrolyt zusammensetzung
unabhängig zu sein,was andeutet, daß die anfängliche Filmwachstumsabfolge von der Wirkung des Phosphatanions
allein beherrscht wird.
Das gleichmäßige Filmwachstum ist anscheinend sowohl gegenüber Erhitzen als auch gegenüber Rühren des Elektrolyts
empfindlich. Ein Rühren während der Auflösung scheint nur eine geringe Wirkung auf die Ätzgeschwindigkeit zu haben.
Jedoch ist die Abhängigkeit des Auflösungsstroms vom " Rühren in diesem Fall selbst scharf von der Elektrolytzusammensetzung
abhängig. Der Grund hierfür ist nicht völlig geklärt. Es ist jedoch vorteilhaft, die Elektrolytlösung während des
Auflösungsvorganges sanft zu rühren, um eine saubere Elektrodenoberfläche aufrechtzuerhalten.
Die Untersuchungen hiit Elektrolyten verschiedener Zusammensetzungen
zeigten, daß Elektrolyten mit einem 20 Vol. % übersteigenden
"Tiron"-Anteil Halbleiteroberflächen liefern, die unregelmäßig mit einer flachen Tüpfelung bzw. Punktierung
sind. Bei einem (Volumen-)Mischungsverhältnis von 15 % "Tiron"
zu 85 % Natriumdihydrogenorthophosphat ist der Auflösungsstrom
beständigen Zustands (d. h. der Strom, der
-2 eine gleichmäßige Auflösung des GaAs ergibt) 057 mA cm s
was einer Abtragungsgeschwindigkeit von la2 /um/h entspricht.
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- ίο -
Es wurde gefunden, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren
zur Beseitigung von Kratzstellen anwenden läßt, die mit dem zufälligen Abschleifen der Oberfläche von Galliumarsenid
während seiner ersten Herstellung zusammenhängen. Eine Abtragung von angenähert 0,5 /Um ergibt eine von
tatsächlichen Oberflächenschjsfäden freie Oberfläche, wo
die ursprüngliche Oberfläche chemisch-mechanisch poliert wurde.
Der beste. Oberflächenendzustand (d. h. der von einer
während der Anodisierung eingeführten Mikrorauheit freie Zustand) ist anscheinend eher unter Verwendung konstanter
Strom- als konstanter Spannungsbedingungen erhältlich. Das Anlegen von zwischen 25 und 50 V an die Zelle erzeugt
zu Beginn der Anodisierung einen starken Strom, und dieser Strom klingt dann auf den Wert des stetigen Zustands ab,
wenn sich die Oxidschicht bildet. TJm diesen starken Stromausschlag zu vermeiden, ist der strombegrenzende Widerstand
(s. Figur) in den Stromkreis der Zelle eingeschaltet, um den Maximalstrom auf etwa 2 mA cm zu reduzieren. Während
dies nicht wahre Konstantstrombedingungen ergibt, ist die Steuerung derart, daß zu Beginn der Herrichtung Unterdurchbruchsspannungen
geliefert werden.
Eine alternative Methode zum Beginnen der Anodisierung und zum Schutz der Oberfläche gegen anfängliche Abweichungen
ist die Alleinverwendung des Oxidbildnerelektrolyts am Anfang. Dies führt zur Ausbildung eines Oxidfilms an der
Oberfläche in der Nähe von Konstantstrombedingungen. Ein
geringer Volumenanteil - 15 % - des "Tiron" Elektrolyts wird
dann zugesetzt, und die Mischung wird gerührt, wobei sich
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- Ii -
infolgedessen ein Anstieg des Auflösungsstroms in stetigem
Zustand ergibt.
Zusätzlich zu den zwei oben erwähnten Elektrolyten können auch die folgenden Elektrolyten verwendet werden.
A'thanolamin als ein oxidbeseitigender komplexbildender
Elektrolyt.
Dinatriumtetraborat (Na2B1,07) und Kaliumdihydrogenarsenat
(KHpAsO2.) als oxidbildende passivierende
Elektrolyten.
Es läßt sich jede Kombination der Elektrolyten verwenden.
"«■09837/0983
-/72.-
L e e r s e ι t e
Claims (14)
- Pa t entans prü c he(lJ Verfahren zum Herrichten einer Oberfläche eines Halbleiters durch elektrolytische Materialabtragung von der Oberfläche des Halbleiters, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragung unter Verwendung ein^s /iweikomporientenelektrolyts erfolgt, dessen erste Komponente eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Halbleiters bildet und dessen zweite Komponente das Oxid auflöst.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt Natriumdihydrogenorthophosphat als die erste Komponente und 1,2 dihydrobenzol-3,5-disulfonsäuredinatriumsalz als die zweite Komponente enthält.
- 3· Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche von Galliumarsenid hergerichtet wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des 1,2 dihydroxybenzol-3,5-disulf ons/äuredinatriutnsalz^20 VoL % ist.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des 1,2 dihydroxybenzol-3,5-disulfonsäuredinatriumsalzes angenähert 15 Vol. % und der Anteil des Natriumdihydrogenorthophosphats angenähert85 Vol. % betragen.4!-(90774)-TP809837/0983ORIGINAL INSPECTED
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dai3 man das Verfahren mit der ersten Komponente allein in Gang setzt und die zweite Komponente anschließend zusetzt.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß man die beiden Komponenten vor Beginn der elektrolytischen Einwirkung vermischt.
- 8. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daßman als die erste Komponente einen Stoff der Gruppe Natriumdihydrogenorthophosphat, Dinatriumtetraborat und Kaliumdihydrogenarsenat und als die zweite Komponente l,2dihydroxybenzol-j?,i;-disulfosäuredinatriumsalz oder A'thanolamin verwendet .
- 9. Elektrolyt zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Komponenten enthält, deren eine zum Bilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des herzurichtenden Halbleiters und deren andere zum Auflösen des Oxids geeignet sind.
- 10. Elektrolyt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der zweiten Komponente ^ 20 Vol.. % ist.
- 11. Elektrolyt nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente ein Stoff der Gruppe Natriumdihydrogenorthophosphat, Dinatriumtetraborat und Kaiiumdihydrogenarsenat ist und die zweite Komponente 1,2 dihydroxybenzol-3,5-disulfosäuredinatriumsalz oder Äthanolamin ist.
- 12. Elektrolyt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er als die erste Komponente angenähert 85 Vol. % Natriumdihydrogenorthophosphat und als die zweite Komponente angenähert 15 Vol. % 1,2 dihydroxybenzol-3,5-disulfosäuredinatriumsalzenthält. 809837/0983
- 13. Halbleiter, gekennzeichnet durch die Herrichtung gemäß Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
- 14. Galliumarsenid, gekennteichnet durch die Herrichtung gemäß Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.37/0«ieS ORDINAL INSPECTED
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| US4685030A (en) * | 1985-04-29 | 1987-08-04 | Energy Conversion Devices, Inc. | Surface mounted circuits including hybrid circuits, having CVD interconnects, and method of preparing the circuits |
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