DE977180C

DE977180C - Verfahren zum elektrolytischen oertlich begrenzten Abtragen wie Bohren und Zerteilen halbleitenden kristallinen Materials

Info

Publication number: DE977180C
Application number: DES42918A
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr-Ing Politycki
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1955-03-05
Filing date: 1955-03-05
Publication date: 1965-06-24

Description

Verfahren zum elektrolytischen örtlich begrenzten Abtragen wie Bohren und Zerteilen halbleitenden kristallinen Materials Es ist bekannt, daß man Germanium dadurch elektrolytisch oberflächlich abtragen und gegebenenfalls bohren kann, daß man aus einer als Kathode gepolten metallischen Düse den Strahl eines Elektrolyts gegen die Oberfläche des positiv gepolten Germaniums strömen läßt. Hierdurch geht eine anodische Abtragung der Germaniumoberfläche vonstatten, wodurch Vertiefungen oder Löcher in dem Germanium erzeugt werden können. Um konstante Arbeitsbedingungen zu erhalten, ist weiterhin vorgeschlagen worden, eine als Kathode dienende, leitende, vorzugsweise metallische Spitze oder Düse dicht vor der anodisch gepolten Germaniumoberfläche anzuordnen, so daß zwischen beiden ein aus einem Elektrolyt bestehender Tropfen zu haften vermag, welcher gegebenenfalls laufend durch neue Elektrolytflüssigkeit ergänzt werden kann. Der Abstand zwischen Kathode und Germaniumoberfläche wird hierbei dadurch konstant gehalten, daß die Kathodenspitze der abgetragenen Germaniumoberfläche laufend nachgeschoben wird. Diese Verfahren hatten jedoch den Nachteil, daß sie bei sehr hochohmigem Material, beispielsweise Silizium oder überhaupt extrem hochreinen Halbleitersubstanzen, welche praktisch eigenleitend sind und infolgedessen einen sehr hohen Widerstand aufweisen, entweder nur äußerst langsam arbeiten oder überhaupt völlig versagen. Insbesondere ist bei sehr reinem Silizium der spezifische Widerstand so hoch, daß sich auf die beschriebene Weise eine merkliche Abtragung der Oberfläche in angemessener Zeit nicht erzielen läßt. Es ist außerdem bekannt, Halbleiterkörper dadurch oberflächlich abzutragen oder zu zerteilen, daß ein Teil der Halbleiteroberfläche durch ein von chemischen Ätzmitteln nicht angreifbares Überzugsmaterial abgedeckt wird und nur durch diejenigen Teile der Oberfläche frei gelassen werden, welche entweder abgetragen werden oder längs deren der Halbleiter zerteilt werden soll; der in dieser Art vorbereitete Halbleiterkörper wird dann einem chemischen oder elektrochemischen, gegebenenfalls elektrolytischen Ätzmittel so lange ausgesetzt, bis die nicht abgedeckten Stellen des Halbleiterkörpers abgetragen sind. Dieses in den deutschen Patentschriften 823 470 und 829 igi beschriebene Verfahren hat den Nachteil, daß die Ätzflüssigkeit die abgedeckten Oberflächenteile des Halbleiterkörpers teilweise unterhöhlt, so daß keine scharfen Ätzfiguren bzw. Ätzschnitte entstehen.
Fernerhin ist es bekannt, zur elektrolytischen Formgebung von harten, metallischen Gegenständen ein zur Kapillare ausgezogenes Glasrohr, in dem sich der Elektrolyt und eine Kathode befinden, lose auf den zu bearbeitenden Gegenstand, z. B. eine Platte aus Wolfram, zu stellen. Der positive Pol ist dabei an den zu bearbeitenden Körper gelegt. Bei fortschreitender Elektrolyse senkt sich die Kapillare mit der Kathode in die entstehende Vertiefung und ermöglicht dadurch, ohne daß eine Abdeckung des zu bearbeitenden Gegenstandes an den Stellen, die nicht abgetragen werden sollen, unbedingt nötig ist, eine sehr saubere Lochätzung. Beim Auftreten von Gasblasen in der Kapillare läßt man die Flüssigkeit nach der Kathode hin strömen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum örtlich begrenzten, elektrolytischen Abtragen wie Bohren und Zerteilen halbleitenden kristallinen Materials, bei dem ein Elektrolytbad mit einer Kathode mindestens in der Umgebung der abzutragenden Stelle vorgesehen ist.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein positiv vorgespannter, längs seiner Mantelfläche gegen den Elektrolyten isolierter elektrischer Leiter mit seiner aus vom Elektrolyten möglichst wenig angreifbaren Material, wie Platin, bestehenden Spitze federnd gegen die abzutragende Stelle der Oberfläche des keine eigene Spannungszuführung aufweisenden Halbleiterkörpers. gedrückt und so bewegt wird, daß die Abtragung an den vorgeschriebenen Stellen der Oberfläche erfolgt. Die Abtragung der Oberfläche geht dann bevorzugt an der Drahtspitze vor sich. Da die Spitze federnd angesetzt ist, bohrt sie sich mit der Zeit, je nach Strom-und Badbedingungen, in die Oberfläche des abzutragenden Körpers hinein. Hierbei besteht der Elektrolyt aus einer den abzutragenden Körper chemisch nicht oder wenig angreifenden Flüssigkeit.
An Hand der Zeichnung, in der eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise und skizzenhaft dargestellt ist, sei der Erfindungsgedanke näher erläutert. i bedeutet eine mit einem im wesentlichen aus Flußsäure bestehenden Elektrolyt 2 gefüllte Wanne, in die ein Siliziumkristall 3 teilweise eingetaucht ist; 4 bedeutet die Kathode. Das Silizium 3 ist ein hochgereinigter Einkristall für Halbleiterzwecke, beispielsweise zur Verwendung in Richtleitern, Transistoren, Fieldistoren, mit oder ohne Vorspannung betriebenen Photozellen, Heißleitern, Varistoren, magnetisch und/oder elektrisch steuerbaren Halbleiterkörpern, vorzugsweise Widerständen. Die Kathode 4 besteht entweder aus Edelmetall, z. B. Platin, oder noch besser ebenfalls aus Silizium, welches jedoch zweckmäßigerweise nicht derart hochohmig ist wie das zu bearbeitende Silizium 3. Die Siliziumoberfläche wird an der zu bearbeitenden Stelle erfindungsgemäß mittels des Platindrahtes 5 kontaktiert, welcher mit einem Isoliermantel 6 aus einem von der Flußsäure nicht angreifbaren Stoff, Lack od. dgl. umgeben ist und wobei die Kontaktfläche 7 durch die Spitze des Drahtes 5 gebildet und nahezu punktförmig ist. An dieser Stelle wirkt der Siliziumkörper 3 als Anode; er wird infolgedessen an dieser Stelle bevorzugt anodisch abgetragen. Durch Ströme von etwa 1/5o bis 1/1o Ampere und mehr läßt sich in kurzer Zeit eine Vertiefung von mehr als i mm Tiefe in dem Siliziumkörper dadurch erzeugen, daß der Draht 5 federnd gegen die Oberfläche drückt und bei der Abtragung infolgedessen stets in gutem elektrischem Kontakt mit der Oberfläche bleibt.
Das Verfahren läßt sich auch in abgeänderter Weise durchführen. Es können z. B. Bewegungsmittel zur Bewegung des drahtförmigen Leiters 5 vorgesehen sein, um eine Abtragung der Oberfläche an vorgeschriebenen Stellen zu bewirken. In Anlehnung an das in der Einleitung angedeutete, bereits vorgeschlagene Verfahren kann unter Umständen auch der Trog i in Fortfall kommen und der Elektrolyt durch einen in der Umgebung der Spitze 7 haftenden Elektrolyttropfen realisiert sein, wobei die Kathode unter Umständen auf der Manteloberfläche des Drahtes 5 gegen diesen isoliert angeordnet ist, beispielsweise als Ring, welcher dicht neben der Spitze 7 sitzt und gleichzeitig zur Halterung des Elektrolyttropfens beiträgt. Dabei kann der Elektrolyttropfen gegebenenfalls laufend ergänzt werden, z. B. dadurch, daß die Elektrolytflüssigkeit längs der isolierenden Mantelfläche 6 laufend zur Umgebung der Stelle 7 strömt. Das Verfahren nach der Erfindung hat allgemein den Vorteil, daß die Oberflächenstruktur, z. B. Kristallstruktur, nicht zerstört wird. Insbesondere können hierdurch auch Vertiefungen zur Aufnahme von elektrischen Zuleitungen od. dgl. hergestellt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum elektrolytischen örtlich begrenzten Abtragen wie Bohren und Zerteilen halbleitenden kristallinen Materials, bei dem ein Elektrolytbad mit einer Kathode mindestens in der Umgebung der abzutragenden Stelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein positiv vorgespannter, längs seiner Mantelfläche gegen den Elektrolyten isolierter, elektrischer Leiter mit seiner aus vom Elektrolyten möglichst wenig angreifbaren Material bestehenden Spitze federnd gegen die abzutragende Stelle der Oberfläche des keine eigene Spannungszuführung aufweisenden Halbleiterkörpers gedrückt und so bewegt wird, daß die Abtragung an den vorgeschriebenen Stellen der Oberfläche erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt eine den abzutragenden Körper chemisch nicht oder wenig angreifende -Flüssigkeit verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einem Edelmetall, z. B. Platin, hergestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus dem gleichen Material wie der abzutragende Körper hergestellt wird, das jedoch zweckmäßig weniger hochohmig ist als das Material des zu bearbeitenden Körpers. 5. Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliermantel des elektrischen Leiters aus einem vom Elektrolyt chemisch nicht angreifbaren Stoff, z. B. Lack, hergestellt wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt durch einen in der Umgebung der Kontaktstelle haftenden Elektrolyttropfen realisiert wird. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytflüssigkeit längs der isolierenden Mantelfläche des kontaktierenden Leiters der Kontaktstelle zugeführt wird. B. Verfahren nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode auf der Manteloberfläche des kontaktierenden Leiters isoliert angeordnet wird. g. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode derart angeordnet und ausgebildet, beispielsweise ringförmig gestaltet wird, daß sie zur Halterung des Elektrolyttropfens beiträgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 823 470, 829 igi, 334 USA.-Patentschriften Nr. 2 583 681, 2 656 496; britische Patentschrift Nr. 721 026; französische Patentschrift Nr. 1 048 q.71; Zeitschrift für Elektrochemie, Bd. 58, 1954 Nr.
5, S. 283 bis 321 (Abb. 4, 17) ; Zeitschrift für Metallkunde, Bd. 16, 1924, S. 132, 133.