DE1191493B - Method for producing a semiconductor component with a zone divided into two parts by a recess forming a closed line - Google Patents
Method for producing a semiconductor component with a zone divided into two parts by a recess forming a closed lineInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES #fS PATENTAMT Int. α.: FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN #fS PATENTAMT Int. α .:
HOIlHOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02 German class: 21g-11/02
Nummer: 1191493Number: 1191493
Aktenzeichen: S 76830 VIII c/21 gFile number: S 76830 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 25. November 1961Filing date: November 25, 1961
Auslegetag: 22. April 1965Opening day: April 22, 1965
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper, der mindestens zwei Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps enthält und dessen eine Zone durch eine einen geschlossenen Linienzug bildende Vertiefung in zwei Teile getrennt wird. Erfindungsgemäß wird dieses Verfahren dadurch verbessert, daß die Vertiefung zuerst bis zu wenigstens 80% ihres Endvolumens mechanisch eingearbeitet wird und daß anschließend durch Ätzen die gestörte Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers in der Vertiefung entfernt wird.The invention relates to a method for producing a semiconductor component with an im essential monocrystalline semiconductor body which contains at least two zones of different conductivity types and one zone of which by a one closed line forming recess is separated into two parts. According to the invention this is The method is improved by first forming the recess up to at least 80% of its final volume is mechanically incorporated and that then by etching the disturbed surface layer of the Semiconductor body is removed in the recess.
Es ist bereits ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung bekanntgeworden, bei dem ein Halbleiterkörper mit einer aufgeschmolzenen Elektrode, z. B. aus Indium, versehen und dann ein Teil des Elektrodenrandes auf mechanischem Wege weggenommen, eine anschließende Rille im Halbleiterkörper auf mechanischem Wege angebracht und schließlich weitere Teile des Elektrodenrandes und der Wand der Rille im Halbleiterkörper durch Ätzen entfernt werden. Durch diese Maßnahme werden Fehler des Kristallgitters am Rand der Elektrode entfernt und damit die elektrischen Eigenschaften des Bauelements verbessert, insbesondere die Durch-Schlagsspannung erhöht. Eine genaue Bemessung der Tiefe der Rille ist hierbei nicht notwendig.It has already become known a method for producing a semiconductor arrangement in which a Semiconductor body with a fused electrode, e.g. B. made of indium, and then a part of the electrode edge removed mechanically, a subsequent groove in the semiconductor body attached by mechanical means and finally other parts of the electrode edge and the wall of the groove in the semiconductor body can be removed by etching. Through this measure will be Defects in the crystal lattice at the edge of the electrode are removed and thus the electrical properties of the component is improved, in particular the breakdown voltage is increased. An exact measurement the depth of the groove is not necessary here.
Es sind auch bereits Halbleiterbauelemente bekanntgeworden, welche eine eingearbeitete Vertiefung aufweisen, die beispielsweise zur Trennung 3" von zwei Zonen dient. Beispielsweise werden Halbleiterkörper durch Erhitzen in einer Atmosphäre, welche einen Dotierungsstoff enthält, mit einer Oberflächenschicht versehen, welche nach der Behandlung ebenfalls diesen Dotierungsstoff enthält. Der Kern des Halbleiterkörpers bleibt unverändert. Durch entsprechende Auswahl des Dotierungsstoffs läßt sich erreichen, daß zwischen dem unverändert gebliebenen Kern und der dotierten Oberflächenschicht ein pn-übergang entsteht. Man kann z. B. einen Halbleiterkörper aus η-leitendem Germanium oder Silizium in einer Bor oder Aluminium enthaltenden Atmosphäre mit einer p-leitenden Oberflächenschicht oder einen p-leitenden Halbleiterkörper durch Eindiffusion von Phosphor mit einer n-leitenden Oberflächenschicht versehen.Semiconductor components have also already become known which have an incorporated recess have, which is used, for example, to separate 3 ″ of two zones. For example, semiconductor bodies by heating in an atmosphere containing a dopant with a surface layer provided, which also contains this dopant after the treatment. Of the The core of the semiconductor body remains unchanged. By appropriate selection of the dopant achieve that between the unchanged core and the doped surface layer a pn junction is created. You can z. B. a semiconductor body made of η-conductive germanium or Silicon in an atmosphere containing boron or aluminum with a p-conductive surface layer or a p-conducting semiconductor body by diffusion of phosphorus with an n-conducting body Surface layer provided.
Durch Einarbeitung eines Grabens kann diese Oberflächenschicht in verschiedene Zonen aufgetrennt
werden, wodurch z. B. ein pnp- bzw. npn-Halbleiterkörper eines Transistors entsteht. Die Einarbeitung
dieses Grabens erfolgte bisher durch Ätzen. Die Oberfläche des Halbleiterkörpers wird
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einer durch eine einen
geschlossenen Linienzug bildende Vertiefung
in zwei Teile geteilten ZoneBy incorporating a trench, this surface layer can be divided into different zones, whereby z. B. a pnp or npn semiconductor body of a transistor is formed. Up to now, this trench has been incorporated by etching. The surface of the semiconductor body is a method for producing a semiconductor component with one through one
closed line forming indentation
zone divided into two parts
Anmelder:Applicant:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr. Kurt Raithel, Uttenreuth;Dr. Kurt Raithel, Uttenreuth;
Rene Rosenheinrich, EbermannstadtRene Rosenheinrich, Ebermannstadt
mit einem gegen den Ätzangriff unempfindlichen Werkstoff bedeckt, anschließend wird in diesem Werkstoff an der Stelle, an welcher der Graben geätzt werden soll, eine Unterbrechung geschaffen und danach der gesamte Halbleiterkörper in eine Ätzlösung gelegt. Der Ätzangriff findet lediglich an der Unterbrechung statt, während die restliche Oberfläche durch den unempfindlichen Werkstoff geschützt bleibt.covered with a material that is insensitive to the etching attack, then it is in this Material at the point at which the trench is to be etched, an interruption is created and then placed the entire semiconductor body in an etching solution. The etching attack only takes place the interruption takes place, while the rest of the surface is protected by the insensitive material remain.
So ist es beispielsweise bekannt, bei Halbleiterkörpern aus Silizium die Oberfläche mit Pizein zu bedecken, welches gegen die üblichen Ätzlösungen (z. B. CP) widerstandsfähig ist.It is known, for example, to cover the surface of semiconductor bodies made of silicon with pizzas cover, which is resistant to the usual etching solutions (e.g. CP).
Dieses Verfahren weist gewisse Nachteile auf, die durch die Erfindung überwunden werden. So ist z. B. der Ätzangriff ungleichmäßig, da bereits die Entfernung des Pizeins ungleichmäßig erfolgt. Die Markierung der Stelle, an welcher der Graben entstehen soll, zeigt eine unterschiedliche Breite. Dies führt dazu, daß eine unterschiedliche Menge Ätzflüssigkeit den einzelnen Stellen des markierten Gebietes zugeführt wird. Hinzu kommt, daß während des Ätzvorgangs Gasblasen entstehen, welche den Ätzangriff örtlich behindern und damit ebenfalls zu einem ungleichmäßigen Ätzangriff führen. Schließlich greifen die bekannten Ätzlösungen das Halbleitermaterial bevorzugt an Gitterstörungen an, wodurch ebenfalls Abweichungen von der vorgeschriebenen Ätztiefe entstehen. Alle diese Ungleichmäßigkeiten führenThis method has certain disadvantages which are overcome by the invention. So is z. B. the etching attack unevenly, since the removal of the pizein already takes place unevenly. The mark the place at which the trench is to be created shows a different width. this leads to to the fact that a different amount of etching liquid is supplied to the individual points of the marked area will. In addition, gas bubbles arise during the etching process, which cause the etching attack hinder locally and thus also lead to an uneven etching attack. Finally grab it the known etching solutions the semiconductor material preferentially to lattice defects, which also Deviations from the prescribed etching depth arise. All of these imbalances result
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dazu, daß man mit verhältnismäßig hohen Zuschlä- und führt zu einer Verlangsamung des Ätzangriffs. to the fact that one with relatively high surcharges and leads to a slowing down of the etching attack.
gen zu den Ätzzeiten und -tiefen arbeiten muß, da Für diesen Zweck weiter geeignet sind Kali- bzw. must work at the etching times and depths, as potash or
ja ein bestimmter Mindestwert der eingearbeiteten Natronlauge von Zimmertemperatur. yes, a certain minimum value of the incorporated caustic soda at room temperature.
Vertiefung unbedingt erreicht werden muß, wenn An Hand der Zeichnung sollen weitere Einzel- Deepening must be achieved, if the drawing should be used to further individual
der Zweck, nämlich die Auftrennung der Ober- 5 heiten und Vorteile der Erfindung beschriebenthe purpose, namely the separation of the superiors and advantages of the invention is described
flächenschicht in verschiedene Zonen, erreicht wer- werden. surface layer in different zones, can be achieved.
den soll. Hieraus ergibt sich der Nachteil, daß an F i g. 1 zeigt einen Querschnitt eines nach dem be- the should. This has the disadvantage that at F i g. 1 shows a cross section of a
den bevorzugten Stellen des Ätzangriffs dieser ver- kannten Verfahren hergestellten Elementes; the preferred points of the etching attack of this well-known method manufactured element;
hältnismäßig weit in das Halbleitermaterial eindringt F i g. 2 zeigt den Querschnitt eines Elementes, dasF i g penetrates relatively far into the semiconductor material. Figure 2 shows the cross section of an element that
und damit zu einer ungewünschten mechanischen io nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt and thus produced to an undesired mechanical io by the method according to the invention
Schwächung des Halbleiterkörpers führt. wurde;Leads to weakening of the semiconductor body. became;
Wenn nun gemäß der Erfindung die Vertiefung in F i g. 3 zeigt eine Abwandlung, während die
zwei Stufen in den Halbleiterkörper eingearbeitet F i g. 4 ein vollständiges Bauelement darstellt,
wird, und zwar zunächst mechanisch und an- Sämtliche Figuren sind in vergrößertem Maßstab
schließend durch Ätzung, so läßt sich hierdurch er- 15 und der Deutlichkeit halber verzerrt, nämlich in den
reichen, daß der größere Teil der Bearbeitung, näm- Dickenverhältnissen stärker vergrößert, dargestellt.
lieh der mechanische Teil, vollkommen gleichmäßig Das Bauelement gemäß der F i g. 1 kann in fol-
erfolgt, während nur bei der restlichen Nacharbeit gender Weise hergestellt werden:
durch Ätzen die eben geschilderten Nachteile ein- In eine Halbleiterscheibe des einen Leitfähigkeitstreten können.
20 typs wird ein den entgegengesetzten Leitfähigkeitsinsbesondere die geringe Dicke derartiger Halb- typ bewirkender Stoff durch einen Erwärmungsvor-
leiterkörper führt zu den beschriebenen Schwierig- gang eindiffundiert. Nach einer gewissen Zeit ist die
keiten. Es handelt sich meistens um Scheiben vop benötigte Eindringtiefe erreicht, und der Diffusions
einigen Millimetern bis zu etwa 30 mm Durchmesser Vorgang wird abgebrochen, worauf die durch Ein-
und mit einer Dicke von etwa 0,15 bis 0,4 mm. Die 25 diffusion von Fremdatomen umdotierte Oberflächen-
Vertiefung muß etwa bis in die Mitte des Materials schicht durch Einätzung eines kreisringförmigen
reichen, wobei die eine Seite der umdotierten Ober- Grabens in zwei Zonen aufgeteilt wird. Im Ergebnis
flächenschicht restlos durchschnitten werden muß, ruhen auf dem unverändert gebliebenen Kern 2 der
damit keine Überbrückungen zurückbleiben, und Halbleiterscheibe zwei durch einen Graben 3 ge-
wobei andererseits die Vertiefung nicht bis in die 30 trennte Zonen 4 und 5. Wie man aus der Zeichnung
gegenüberliegende Seite der Oberflächenschicht hin- klar erkennen kann, hat der Ätzgraben 3 eine unereinreichen darf.
wünschte mechanische Schwächung des Halbleiter- Im letzten FaUe tritt ein Nachteil auf, der sich bauelements zur Folge, da der Graben fast bis zur
auch dann einstellt, wenn die Halbleiterscheibe voll- Hälfte der Scheibendicke in die Scheibe hineinständig
durchschnitten wird. Die verhältnismäßig 35 reichen muß. If now, according to the invention, the depression in FIG. 3 shows a modification, while the
two stages incorporated into the semiconductor body F i g. 4 represents a complete component,
is, initially mechanically and subsequently, all figures are enlarged by etching, so this can be 15 and, for the sake of clarity, distorted, namely in the range that the greater part of the processing, namely the thickness ratios, are enlarged more, shown. borrowed the mechanical part, perfectly uniform. The component according to FIG. 1 can be done in the following way , while only the rest of the reworking can be done in a gender manner:
the disadvantages just described can occur in a semiconductor wafer of one conductivity by etching . 20 type, a substance causing the opposite conductivity, in particular the small thickness of such a semi-type, is diffused in through a heating pre-conductor body leads to the described difficulty. After a certain period of time, that is the case. It is usually around pulleys vop required penetration depth reached, and the diffusion few millimeters up to about 30 mm diameter is canceled by turning on and whereupon the mm with a thickness of about 0.15 to 0.4. The surface indentation redoped by foreign atoms must reach approximately into the middle of the material layer by etching a circular ring , with one side of the redoped upper trench being divided into two zones. As a result, the surface layer has to be completely cut through, rest on the unchanged core 2, which therefore leaves no bridges , and two semiconductor wafers through a trench 3 whereby, on the other hand, the depression is not separated into the 30 separated zones 4 and 5. As can be seen from the drawing can clearly see the opposite side of the surface layer, the etched trench 3 is allowed to submit an un. Desired mechanical weakening of the semiconductor In the last case, a disadvantage occurs, which results in the component, since the trench is almost up to even when the semiconductor wafer is cut through half of the wafer thickness into the wafer. Which has to be enough for a comparatively small amount.
dünne Mittelzone reicht dann nämlich bei der Ver- Die F i g. 2 zeigt eine Halbleiterscheibe, beispiels- wendung der so hergestellten Halbleiteranordnung weise aus hochohmigem (o = 100 Ohm · cm) n-lei- häufig nicht mehr aus, die im BetriebsfaU auf ver- tendem Silizium, in deren Oberfläche ein den ent schiedenem Potential liegenden beiden Oberflächen- gegengesetzten Leitfähigkeitstyp bewirkender Stoff, zonen voneinander zu isolieren. Es kommt an der 40 beispielsweise Aluminium, eindiffundiert wurde. Dies Oberfläche des Halbleiterkörpers zu Überschlagen kann beispielsweise so durchgeführt werden, daß die über die Mittelzone. Insbesondere dann, wenn Halbleiterscheibe, zweckmäßigerweise mit einer Spitzenwerte der Sperrspannungen bis zu 1000 V Reihe weiterer Halbleiterscheiben zusammen, und auftreten, ist der Kriechweg von der einen Ober- eine Aluminiumprobe in ein evakuiertes Quarzgefäß flächenzone zur anderen bei einer Dicke der Mittel- 45 eingeschmolzen werden und in diesem Gefäß auf- zone von beispielsweise 0,12 mm zu kurz und erfor- geheizt und längere Zeit, beispielsweise 30 Stunden dert zusätzliche Maßnahmen. Dagegen reicht eine lang, auf einer Temperatur von 1220 bis 1240° C Breite der Vertiefung von z. B. 0,5 bis 1 mm zwi- gehalten werden. Die Oberflächenschicht der HaIb- schen den Oberflächenzonen meistens aus, insbeson- leiterscheibe ist nach dieser Behandlung stark mit dere dann, wenn sie gemäß der Erfindung zum größe- 50 Aluminium dotiert, während der Kern 11 unverän- ren Teil mechanisch eingearbeitet wird und hier- dert η-leitend geblieben ist. A thin central zone is then sufficient for the Die F i g. 2 shows a semiconductor wafer, for example using the semiconductor arrangement produced in this way, made of high-resistance (o = 100 ohm · cm) n-conductors , which in operation are on convertible silicon, in the surface of which there is a decisive potential Both surfaces - opposite conductivity type causing substance to isolate zones from each other. It comes at the 40, for example, aluminum that has been diffused in. This surface of the semiconductor body to rollover can be carried out, for example, so that the over the central zone. In particular, when semiconductor wafers, expediently with a peak blocking voltage of up to 1000 V, a number of other semiconductor wafers occur together, the creepage path from one upper area of an aluminum sample in an evacuated quartz vessel surface zone to the other with a thickness of the middle 45 is melted down and in this vessel an area of 0.12 mm, for example, is too short and heated and longer time, for example 30 hours, requires additional measures. In contrast, a long, at a temperature of 1220 to 1240 ° C width of the recess of z. B. 0.5 to 1 mm are held between. After this treatment, the surface layer of the halves mostly consists of the surface zones , in particular the conductor disk, when it is doped to the greater extent with aluminum according to the invention, while the core 11 is mechanically incorporated and remains unchanged has remained η-conductive.
durch auch eine voUkommen gleichmäßige Breite Anschließend wird in die Halbleiterscheibe ein
aufweist. kreisringförmiger Graben 13 eingefräst, durch den Zweckmäßig geht man so vor, daß die Vertiefung die aluminiumdotierte Oberflächenschicht in die bei-
wenigstens zu 80% ihres Endvolumens, d.h. prak- 55 den Zonen 14 und 15 aufgeteilt wird. Zum Ein-
tisch in ihrer ganzen Tiefe, mechanisch in den Halb- arbeiten des Grabens 13 kann ein an seiner Stirn
leiterkörper eingearbeitet wird, und daß lediglich die fläche mit Diamanten besetzter Hohlzylinder dienen,
durch die mechanische Bearbeitung gestörte Ober- es kann aber auch ein unbewehrter metallener Hohl
flächenschicht danach noch durch Ätzen beseitigt zylinder, z. B. aus Messing, verwendet werden, aber
wird. Hierbei wird vorteilhaft eine Ätzlösung ver- 60 in diesem Fall muß mit Hilfe von auf die Halbleiter
wendet, die lediglich die gestörten Oberflächenschich- oberfläche aufgebrachten Schmirgelpulver für den
ten angreift und deren Ätzangriff beim Erreichen nötigen Fräsangriff gesorgt werden.
von ungestörtem Halbleitermaterial praktisch zum Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ver
Stillstand kommt. Zu diesem Zweck hat sich eine fahrens ist darin zu sehen, daß man in der Form der
langsam wirkende Ätzlösung bewährt, welche aus 65 Vertiefung in keiner Weise beschränkt ist, da sich
1 Teil Flußsäure (40%ig), 1 Teil rauchender SaI- mit Hilfe des mechanischen Angriffs praktisch jede
petersäure sowie mindestens 1 Teil Eisessig zusam- Form in das Halbleitermaterial einarbeiten läßt. Die
mengesetzt ist. Die Essigsäure wirkt als Moderator Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine andere Art der Ver- by also having a completely uniform width . circular trench 13 milled, through which one proceeds in such a way that the recess, the aluminum-doped surface layer, is divided into at least 80% of the two end volume, ie, practically zones 14 and 15. To switch schematically in its depth, mechanical work in the half of the trench 13, a is incorporated conductor body on its end, and that only the surface are set with diamonds occupied hollow cylinder disturbed by the mechanical machining top but it can also be a unreinforced metallic hollow surface layer then removed by etching cylinder, z. B. made of brass, but will. In this case, an etching solution is advantageously used in this case, with the aid of the semiconductor, which only attacks the disrupted surface layer surface for the emery powder and whose etching attack is provided when the necessary milling attack is reached.
of undisturbed semiconductor material practically comes to a standstill. For this purpose, one can see that one has proven itself in the form of the slow-acting etching solution , which is in no way limited from 65 wells, since 1 part hydrofluoric acid (40%), 1 part smoking salt With the help of the mechanical attack, practically every pitric acid and at least 1 part of glacial acetic acid can be incorporated into the semiconductor material. Which is set. The acetic acid acts as a moderator. Fig. 3 shows an example of another type of process
tief ung 13 α. In diesem Falle wurde der gesamte Rand der Halbleiterscheibe abgearbeitet. Hierdurch ergibt sich ein besonders langer Kriechweg an der Halbleiteroberfläche zwischen den Zonen 14 und 15.depth 13 α. In this case, the entire edge of the semiconductor wafer was processed. This results in a particularly long creepage path on the semiconductor surface between zones 14 and 15.
Die F i g. 4 zeigt eine Vierschichtanordnung, wie sie z. B. aus dem Bauelement gemäß der F i g. 2 hergestellt werden kann. Die Zone 15 ist großflächig durch eine metallische Elektrode 16 kontaktiert, die 2. B. durch Auflegieren einer Gold-Bor-Folie (0,03 % B) erzeugt werden kann. Die Zone 14 ist durch eine kreisringförmige Elektrode 17 kontaktiert, die in der gleichen Weise hergestellt werden kann. Durch Einlegieren einer kleineren Kreisscheibe aus einer Gold-Antimon-Folie (0,5% Sb) wird ein Teil der p-leitenden Zone 14 zur η-Leitung umdotiert und bildet die Zone 18, die durch die Elektrode 19 kontaktiert ist.The F i g. 4 shows a four-layer arrangement as it is e.g. B. from the component according to FIG. 2 manufactured can be. The zone 15 is contacted over a large area by a metallic electrode 16, which 2. B. can be generated by alloying a gold-boron foil (0.03% B). Zone 14 is contacted by an annular electrode 17, which can be produced in the same way. A part is made by alloying a smaller circular disc made of a gold-antimony foil (0.5% Sb) the p-conductive zone 14 is redoped to the η-line and forms the zone 18, which is through the electrode 19 is contacted.
Zweckmäßigerweise werden alle Legierungen in einem einzigen Erwärmungsvorgang durchgeführt. Die Folien können z. B. eine Stärke von 30 μ auf- ao weisen, und die Legierung kann bei etwa 700° C durchgeführt werden, jedenfalls oberhalb der eutektischen Temperatur von Gold und Silizium (etwa 370° C).Appropriately, all alloys are carried out in a single heating process. The foils can, for. B. have a thickness of 30 μ ao, and the alloy can at about 700 ° C be carried out, at least above the eutectic temperature of gold and silicon (approx 370 ° C).
Es muß noch ein weiterer wichtiger Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens hervorgehoben werden, der darin besteht, daß die Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte vertauscht werden kann, die zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, wie z. B. der gemäß der F i g. 4, benötigt werden. So kann z. B. die Einarbeitung der Vertiefung 13 ganz zum Schluß nach sämtlichen Diffusions- und Legierungsvorgängen durchgeführt werden, da eine Verschmutzung des Halbleiterbauelements durch Pizein od. dgl. nicht mehr auftreten kann.Another important advantage of the method according to the invention must be emphasized, which consists in the fact that the order of the individual process steps can be reversed, the manufacture of a semiconductor device, such as. B. according to the F i g. 4, are needed. So can e.g. B. the incorporation of the recess 13 at the very end after all diffusion and alloying processes be carried out because the semiconductor component is contaminated by pizzas or the like. Can no longer occur.
Claims (4)
Deutsche Patentschrift Nr. 1029 485;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1 018 455, ^
1092131.Considered publications:
German Patent No. 1029 485;
German Auslegeschriften No. 1 018 455, ^
1092131.
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