DE2430560C3 - Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen durch formgebende Behandlung mit einer Ätzlösung - Google Patents

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 FeId-

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-

»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«

- 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 formgebenden 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 Ätzlösungen sind hierzu bekanntgeworden und sind

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.

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!

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

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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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 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 50%iger Fluorwasserstoffsäure behandelt

ao werden.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die scheibenförmigen Halbleiterkörper mit einer Ätzlösung folgender Zusammensetzung

14 Volumprozent 65%iger Salpetersäure, 2ü Vo-

»S lumprozent 70%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 Siliziumsicheiben aus der Ätzlösung herausgenommen und gründlich zunächst mit deionisiertem Wasser und danach mit Aceton abgespült und im Trockenschrankt bei 120° C getrocknet.

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.

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 °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.

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 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.

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 Bewegung

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen hoher Sperrfähigkeit und Stabilität durch formgebende Behandlung der mit Metallkontakten versehenen scheibenförmigen Halbleiterkörper mit einer Ätzlosung, dadurch gekennzeichnet, daß die mit MetaHkontakten 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.

2. Verfahren nach Anspruch I, 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%iger Salpetersäure, 25 Volumprozent 40%iger Fluorwasserstoffsäure und 25 Volumprozent 96%iger Essigsäure behandelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkörper nach der zusätzlichen 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%iger Salpetersäure, 20 Volumprozent 70%iger Perchlorsäure, 33 Volumprozent 37 %iger Salzsäure und 33 Volumprozent 50%iger Flurowasserstoff säure,

und zur zusätzlichen Ätzung 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 sowie danach 1 min lang mit einer Lösung von rauchender Salpetersäure behandelt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu ätzenden scheibenförmigen Halbleiterkörper durch Zerlegen einer größeren Halbleiterscheibe durch Sanden oder Trennätzen hergestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ätzung während einer Dauer von 60 min vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 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 KM)-Watt-Lampe, die sich in einem Abstand von 20 bis 25 cm über der Ätziösung befindet, bestrahlt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zusätzliche Ätzung jeweils durch Spülen mit deionisiertem Wasser und Aceton im Ultraschallbad beendet werden.