DE4033355A1

DE4033355A1 - Verfahren zum elektrolytischen aetzen von siliziumkarbid

Info

Publication number: DE4033355A1
Application number: DE4033355A
Authority: DE
Inventors: Rene Stein; Georg Wittmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Sicrystal AG
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1990-10-19
Publication date: 1992-04-23
Anticipated expiration: 2010-10-20
Also published as: DE4033355C2; US5227034A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrolyti schen Ätzen von Siliziumkarbid SiC, das in Reihe mit einem Elektrolyten und einer metallischen Gegenelektrode in einem Stromkreis mit steuerbarer Gleichspannung angeordnet ist.

SiC ist aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften als Hoch temperatur- und Hochleistungsbauelement geeignet. Aufgrund der Schwierigkeiten bei der Herstellung geeigneter Einkristalle stehen wenige Kristallscheiben zur Verfügung, und damit sind die für die folgende Prozessierung notwendigen Verfahren noch weit gehend unausgereift.

Auch für eine anschließende Epitaxie ist eine möglichst per fekte Oberfläche des Substrats wichtig. Da nach dem üblichen mechanischen Polieren im allgemeinen eine gestörte Oberfläche, eine sogenannte Damageschicht, bis in den Bereich von mehreren Mikrometern übrig bleibt, wurden für Halbleiter, beispielsweise für Silizium, Germanium sowie Galliumarsenid oder Indiumphos phid, Verfahren zum Polierätzen entwickelt, welche die Damage schicht beseitigen und zu einer ebenen Oberfläche führen. Bei diesem Polierätzen erfolgt eine Dickenverminderung des im all gemeinen scheibenförmigen Materials unter Beibehaltung der ebenen Flächenausbildung, indem zunächst die Spitzenatome, die eine geringere Bindungsenergie im Kristallverband besitzen, abgetragen werden. Meist werden chemische Ätzen oder chemisch mechanische Polierverfahren verwendet. Es sind jedoch auch elektrolytische Ätzverfahren bekannt, die meist mit sauren Elektrolyten arbeiten und in seltenen Fällen mit alkalischen. Das Polierätzen der Oberfläche von beispielsweise Germanium erfolgt mit einer Stromdichte bis zu 50 mA/cm² mit Kalilauge als Elektrolyten, dessen Konzentration etwa 0,01% beträgt (Bogenschütz "Ätzpraxis für Halbleiter", Seiten 138 bis 142, Karl Hanser Verlag, München, 1967).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Polierätzen eines flachen Halbleiterkörpers aus Siliziumkarbid SiC anzugeben, mit dem man eine damage-freie, ebene Oberfläche erhält, die zur Weiterverarbeitung zu elektronischen Bauelemen ten geeignet ist und auf der insbesondere weitere Epitaxie schichten aufwachsen können. Siliziumkarbid SiC wird bekannt lich von Säuren und Laugen nicht angegriffen. Deshalb kann mit üblichen Ätzmitteln nicht gearbeitet werden.

Ein bekanntes wäßriges Ätzverfahren für Siliziumkarbid SiC bei Zimmertemperatur ist elektrolytisches Ätzen mit Flußsäure als Elektrolyt. Das Ätzen erfolgt bei einer Stromdichte bis zu etwa 0,5 A/cm² und einer Konzentration des Elektrolyten bis zu etwa 2%. Damit erfolgt ein Strukturätzen, bei dem beispielsweise in den Bereichen mit Gitterfehlern an der Oberfläche ein stärkerer Angriff des Ätzmittels erfolgt; in diesen Bereichen erhält man somit Vertiefungen (Mat. Res. Bull., Bd. 4 (1969), Seiten 199 bis 210, Pergamon Inc., USA).

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß mit diesen bekannten Verfahren ein Polierätzen von Siliziumkarbid nicht möglich ist, und die Erfindung besteht in dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1. Mit einer alkalischen Lösung, die we niger Protonen als negative Hydroxid-Ionen enthält und deren pH-Wert größer als 7 ist, als Elektrolyten, insbesondere mit hoher Stromdichte und hoher Konzentration des Elektrolyten, erhält man völlig glatte und ebene Flächen ohne irgendeine Strukturierung. Selbst mit hoher Auflösung im Rasterelektronen mikroskop sind Unebenheiten nicht erkennbar. Weitere besonders vorteilhafte Verfahrensmerkmale ergeben sich aus den Unteran sprüchen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

Gemäß der Figur ist ein scheibenförmiger Halbleiterkörper 2 aus Siliziumkarbid SiC zusammen mit einer Gegenelektrode 4 in einem Behälter 6 angeordnet, der einen Elektrolyten 8 enthält. Das Siliziumkarbid 2 und die Gegenelektrode 4 sind in einem Strom kreis mit steuerbarer Gleichspannung angeordnet. Diese Span nungsquelle ist in der Figur mit 10 bezeichnet und kann bei spielsweise eine sogenannte Konstantstromquelle sein.

Die Gegenelektrode 4 besteht mindestens teilweise aus elek trisch leitendem Material, vorzugsweise Edelmetall, insbesonde re Platin oder Gold. Diese Elektrode besteht in der dargestell ten Ausführungsform aus einer Windung eines Platindrahtes. Der Elektrolyt 8 besteht aus einer alkalischen Lösung, vorzugsweise mit hoher Konzentration von wenigstens 1-normal, insbesondere 3-normal. Die Spannungsquelle 10 wird so eingestellt, daß man im Elektrolyten 8 zwischen den Elektroden 2 und 4 eine hohe Stromdichte von wenigstens 0,1 A/cm², vorzugsweise wenigstens 0,5 A/cm², erhält, die jedoch im allgemeinen 10 A/cm² nicht wesentlich überschreitet und die insbesondere etwa 1 bis 6 A/cm² beträgt. In Verbindung mit Kalilauge KOH oder Natron lauge NaOH als Elektrolyt wird eine Konzentration von vorzugs weise mindestens 5, insbesondere mindestens 10-normal, verwen det und eine Stromdichte von etwa 2 bis 3 A/cm² eingestellt.

Die Konzentration des Elektrolyten wird vorzugsweise wenigstens in der Nähe der zu polierenden Oberfläche des Siliziumkarbids 2 konstantgehalten. Zu diesem Zweck ist ein Umlauf des Elektroly ten vorgesehen mit einer Rohrleitung 12, die eine Pumpe 14 und einen Behälter 16 enthält. Die Größe dieses Behälters 16 ist so gewählt, daß der Elektrolyt während des Umlaufes längere Zeit verweilt, so daß Gasblasen, die sich an den Elektroden 2 oder 4 gebildet haben, im Behälter 16 an die nicht näher bezeichnete Oberfläche des Elektrolyten gelangen können. Der Elektrolyt 8 wird somit durch diesen Umlauf von Gasblasen befreit.

Claims

1. Verfahren zum elektrolytischen Atzen von Siliziumkarbid, das in Reihe mit einem Elektrolyten und einer metallischen Ge genelektrode in einem Stromkreis mit steuerbarer Gleichspannung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine alkalische Lösung als Elektrolyt vorgesehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Konzentration des Elektrolyten mindestens 1-normal ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Stromdichte im Elektro lyten etwa 0,5 bis 10 A/cm² beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stromdichte etwa 1 bis 6 A/cm² be trägt.

5. Verfahren nacheinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt Kalilauge KOH vorgesehen ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt Natronlauge NaOH vorgesehen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeich net durch eine Stromdichte von 2 bis 3 A/cm².

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Konzentration des Elektro lyten mindestens 3-normal ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Elek trolyten wenigstens in der Nähe der Oberfläche des Silizium karbids konstantgehalten wird.