DE1044289B

DE1044289B - Method for producing a thin semiconductor layer, e.g. B. of germanium, by electrolytic deposition of the surface of a semiconductor body, especially for the manufacture of transistors

Info

Publication number: DE1044289B
Application number: DET12456A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Ernst Froeschle
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1956-07-16
Filing date: 1956-07-16
Publication date: 1958-11-20
Also published as: GB825494A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen Halbleiterschicht, ζ. Β. aus Germanium, unter Anwendung des bekannten. Verfahrens der elektrolytischen Abätzung der Oberfläche eines Halbleiterkörpers. The invention relates to a method for producing a thin semiconductor layer, ζ. Β. from germanium, using the known. Process of electrolytic etching of the surface of a semiconductor body.

Namentlich für die Herstellung von Transistoren und sonstigen Halbleiterkristalloden ist es erforderlich, extrem dünne Halbleiterschichten zu erzeugen, insbesondere dann, wenn man solche Halbleiterkristalloden für sehr hohe Frequenzen benötigt, bei denen der Laufzeiteffekt bereits eine Rolle spielt.In particular for the production of transistors and other semiconductor crystals it is necessary to produce extremely thin semiconductor layers, especially if you have such semiconductor crystals required for very high frequencies where the runtime effect already plays a role.

Zur Herstellung solcher dünnen Halbleiterschichten nach dem elektrolytischen Ätzverfahren ist es bekannt, die Ätzlösung aus zwei feinen Düsen auf gegenüberliegende Stellen des Halbleitermaterials, ζ. Β. von Germanium, zu spritzen, so daß die Abätzung bevorzugt an den beiden Auftreffpunkten der Ätzstrahlen vor sich geht.For the production of such thin semiconductor layers by the electrolytic etching process, it is known the etching solution from two fine nozzles on opposite points of the semiconductor material, ζ. Β. from Germanium, to be sprayed, so that the etching takes place preferentially at the two points of incidence of the etching rays going on.

Bei diesem bekannten Verfahren wird die Abätzung auf die gewünschte Halbleiterdicke dadurch erreicht, daß man die Ätzdauer bis zur Durchätzung eines Loches durch den Halbleiter mißt und die Ätzzeit zur Ausätzung einer Grube der gewünschten Tiefe entsprechend verkürzt.In this known method, the etching to the desired semiconductor thickness is achieved by that one measures the etching time until a hole is etched through the semiconductor and the etching time for Etching a pit to the desired depth is shortened accordingly.

Ein anderes ebenfalls bekanntes Verfahren erlaubt es, die Fläche des pn-Überganges bei Flächentransistoren durch Ätzen zu verkleinern oder die Basiszone von den angrenzenden Emitter- und Kollektorzonen mehr oder weniger zu trennen. Zu diesem Zweck wird ein Flächentransistor in ein elektrolytisches Bad eingetaucht, und gleichzeitig werden solche Spannungen an die Halbleiterelektroden angelegt, daß unter Ausnutzung des hohen Sperrschichtwiderstandes das zu beiden Seiten der Basiszone vorhandene Halbleitermaterial von bezüglich der Basiszone entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp abgetragen wird.Another method, which is also known, allows the area of the pn junction in the case of junction transistors to reduce the size by etching or the base zone of the adjoining emitter and collector zones more or less separate. For this purpose, a flat transistor is immersed in an electrolytic bath, and at the same time such voltages are applied to the semiconductor electrodes that utilizing due to the high junction resistance, the semiconductor material present on both sides of the base zone of the opposite conductivity type with respect to the base zone.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Anwendung des bekannten elektrolytischen Ätzverfahrens Halbleiterschichten herzustellen, deren Dicke von der Größe der Sperrschichtabmessungen ist. Die Erfindung bezieht sich daher auf ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen Halbleiterschicht, ζ. Β. aus Germanium, durch elektrolytische Abätzung der Oberfläche eines Halbleiterkörpers, insbesondere für die Herstellung von Transistoren. Erfindungsgemäß wird zunächst in der der abzuätzenden Oberfläche des Halbleiterkörpers entgegengesetzten Oberfläche eine Elektrode mit vorgelagerter Sperrschicht hergestellt, anschließend wird einerseits zwischen dem Halbleiterkörper und dieser Elektrode eine solche Spannung angelegt, bei der die Sperrschicht die Dicke der zu erzeugenden Halbleiterschicht hat, und gleichzeitig wird andererseits zwischen Halbleiterkörper und Elektrolyt eine solche Spannung angelegt, daß bei Verfahren zur Herstellung
einer dünnen Halbleiterschicht,The invention is based on the object of using the known electrolytic etching process to produce semiconductor layers whose thickness is the same as the barrier layer dimensions. The invention therefore relates to a method for producing a thin semiconductor layer, ζ. Β. made of germanium, by electrolytic etching of the surface of a semiconductor body, in particular for the production of transistors. According to the invention, an electrode with an upstream barrier layer is first produced in the surface opposite the surface of the semiconductor body to be etched, then on the one hand such a voltage is applied between the semiconductor body and this electrode at which the barrier layer has the thickness of the semiconductor layer to be produced, and at the same time between Semiconductor body and electrolyte applied such a voltage that in the process of manufacture
a thin semiconductor layer,

z.B. aus Germanium,e.g. from germanium,

durch elektrolytische Abätzungby electrolytic etching

der Oberfläche eines Halbleiterkörpers,the surface of a semiconductor body,

insbesondere für .die Herstellungespecially for the production

von Transistorenof transistors

Anmelder:Applicant:

Telefunken G. m. b. H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71Telefunken G. mb H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Dipl.-Phys. Dr. Ernst Fröschle, Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Phys. Dr. Ernst Fröschle, Ulm / Danube,
has been named as the inventor

einer Abätzung des Halbleiterkörpers bis auf die Dicke der Sperrschicht der zeitliche Mittelwert des Ätzstromes in der Grenzfläche Halbleiter-Elektrolyt sein Vorzeichen umkehrt, und damit wird die weitere Abätzung unterbrochen.an etching of the semiconductor body down to the thickness of the barrier layer, the mean value of the etching current over time Its sign is reversed in the semiconductor-electrolyte interface, and this leads to further etching interrupted.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird also zur Begrenzung der Abätzung des Halbleiterkörpers der von Transistoren her bekannte Durchschlagseffekt ausgenutzt, der dann auftritt, wenn sich die Raumladungsschicht einer in Sperrichtung vorgespannten Elektrode bis zur Gegenelektrode erstreckt. Dabei kann diese Gegenelektrode gegen den Halbleiter auch etwas in Sperrichtung vorgespannt sein, wenn nur die Sperrspannung an der anderen Elektrode wesentlich größer ist. In diesem Fall kehrt sich also die Stromrichtung in der Gegenelektrode beim Durchschlag um. Zur Durchführung des Verfahrens empfiehlt es sich, zunächst auf der einen Seite eines η-leitenden HaIb-Ieiterkörpers nach einem an sich bekannten Verfahren einen Flächenkontakt aufzubringen, an den eine gegen den Halbleiterkörper negative Spannung zur Erzeugung der vorgegebenen Sperrschichtweite angelegt wird; zur Begrenzung des Abtragungsvorganges auf eine vorgegebene Dicke des Halbleiterkörpers bei der elektrolytischen Abätzung wird man zweckmäßig zwischen dem Halbleiterkörper und dem Elektrolyten eine niedrigere negative Spannung anlegen als zwischen dem Halbleiterkörper und dem zuerst erwähntenThe method according to the invention is used to limit the etching of the semiconductor body exploited the breakdown effect known from transistors, which occurs when the space charge layer a reverse biased electrode extends to the counter electrode. Included this counter-electrode can also be biased somewhat in the reverse direction against the semiconductor, if only the Reverse voltage at the other electrode is much greater. In this case, the direction of the current is reversed in the counter electrode in the event of a breakdown. To carry out the procedure, it is advisable to initially on one side of an η-conducting semiconductor body to apply a surface contact by a method known per se, to which one against negative voltage is applied to the semiconductor body to generate the specified junction width will; to limit the removal process to a predetermined thickness of the semiconductor body in the electrolytic etching is expediently a between the semiconductor body and the electrolyte Apply a lower negative voltage than between the semiconductor body and the first mentioned

809 679/280809 679/280

Flächenkontakt auf der einen Seite des Halbleiterkörpers. Surface contact on one side of the semiconductor body.

Das Verfahren kann nach Beendigung des Abätzvorganges gleichzeitig dazu benutzt werden, um auf der Oberfläche des abgeätzten Halbleiterkörpers einen Flächenkontakt aufzubringen. Hierzu ist es lediglich erforderlich, dem die Ätzung durchführenden Elektrolyten ein Metallsalz hinzuzufügen, gegebenenfalls erst nach Beendigung des Abtragungsvorganges. Durch die die weitere Abätzung der Oberfläche des Halbleiterkörpers begrenzende Umkehr der Stromrichtung erfolgt nunmehr eine Metallabscheidung an dieser Oberfläche bei Vorhandensein eines Metallsalzes in dem Elektrolyten. Die so gebildete Metalloberfläche stellt dann den Flächenkontakt dar.After the end of the etching process, the method can be used at the same time to on to apply a surface contact to the surface of the etched semiconductor body. For this it is only necessary to add a metal salt to the electrolyte performing the etching, if necessary first after the end of the removal process. By further etching the surface of the semiconductor body Limiting reversal of the current direction, a metal deposition now takes place on this surface in the presence of a metal salt in the electrolyte. The metal surface thus formed represents then represents the surface contact.

Bei dem Ätzverfahren ist darauf zu achten, daß die Ausätzung bis zur Sperrschicht der Gegenelektrode zuerst etwa in der Mitte der anzuätzenden Stelle erfolgt und von dort zum Rand fortschreitet, damit alle noch abzuätzenden Stellen eine leitende Verbindung zum Basisanschluß mit genügend geringem Widerstand haben.In the case of the etching process, care must be taken that the etching down to the barrier layer of the counter electrode first takes place in the middle of the point to be etched and from there progresses to the edge so that all A conductive connection to the base connection with a sufficiently low resistance to have.

Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß man vor Anwendung des beschriebenen Ätzverfahrens der Halbleiteroberfläche an der abzuätzenden Stelle medianisch oder auf andere bekannte Weise die Form einer kegel- bzw. pyramidenförmigen Vertiefung gibt.This can e.g. B. can be achieved by the fact that before using the etching process described Semiconductor surface at the point to be etched median or in another known manner the shape of a conical or pyramidal recess there.

Noch besser geeignet ist es, die Halbleiteroberfläche während der Ätzung nach einem bereits vorgeschlagenen Verfahren an der abzuätzenden Stelle zu beleuchten und dabei die Beleuchtungsstärke bzw. die Beleuchtungszeit innerhalb der auszuätzenden Stelle derart zu verändern, daß bei der Abätzung die Rückseitensperrschicht zuerst etwa in der Mitte der auszuätzenden Stelle erreicht wird.The semiconductor surface is even more suitable to illuminate during the etching according to an already proposed method at the point to be etched and the illuminance or the illumination time within the point to be etched to be changed in such a way that during the etching, the rear-side barrier layer first approximately in the middle of the area to be etched Position is reached.

Bei der Herstellung von dünnen Halbleiterschichten gemäß der Erfindung wird es mitunter von Vorteil sein, den Ätzvorgang zu beschleunigen. Hierzu kann man außer der Anwendung einer Belichtung noch zwei weitere Wege beschreiten. Entweder kann man die niedrigere der beiden Spannungen kurzzeitig, gegebenenfalls periodisch, auf einen die andere Spannung übersteigenden Wert erhöhen. Man kann aber auch die an den Flächenkontakt angelegte Spannung kurzzeitig, gegebenenfalls periodisch, auf einen positiven Wert gegenüber der Halbleiterschicht umpolen.In the production of thin semiconductor layers according to the invention it is sometimes advantageous be to speed up the etching process. In addition to using one exposure, you can do this by using two Tread further paths. Either you can use the lower of the two voltages for a short time, if necessary increase periodically to a value that exceeds the other voltage. But you can too the voltage applied to the surface contact briefly, possibly periodically, to a positive one Reverse the polarity of the value with respect to the semiconductor layer.

Das Verfahren nach der Erfindung erweist sich vor allem dann als vorteilhaft, wenn die Schichtdicke trotz bereits vorhandener Elektrode reduziert werden soll. Die Geometrie der Ätzfläche kann bei diesem Verfahren beliebig vorgegeben werden, da sich die Ätzfläche nicht wie beim Ätzstrahlenverfahren nach der Form der Ätzstrahlen richten muß. Während bei der Strahlenätzung befriedigende Ergebnisse meist nur mit kreisförmigen Ätzstrahlen erzielt werden können, sind die Ätzflächen beim vorliegenden Verfahren für alle Strukturen eben und gut. Vorteilhaft ist außerdem noch die sich von selbst ergebende Beendigung des Ätzvorganges nach Erreichen der gewünschten Schichtdicke. The method according to the invention proves to be particularly advantageous when the layer thickness despite existing electrode should be reduced. The geometry of the etched surface can be changed in this process can be specified as required, since the etched surface does not follow the shape as in the etching process must direct the etching rays. While with the radiation etching satisfactory results mostly only with circular etching rays can be achieved, the etched areas in the present method are for everyone Structures even and good. The self-resulting termination of the is also advantageous Etching process after reaching the desired layer thickness.

Ein Ausführungsbeispiel für das Verfahren gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In Fig. 1 ist mit 1 der Halbleiterkörper bezeichnet, dessen Oberfläche durch den Ätzvorgang bereits um ein beträchtliches Stück abgeätzt ist. Dieser Halbleiterkörper 1 ist in einen Behälter 3 eingebaut, dessen Wandung gleichzeitig als Spannungszuführung dient. Die Innenseite dieses Behälters sowie die Seiten des Halbleiterkörpers 1, die dem Abätzvorgang nicht ausgesetzt werden sollen, sind mit einem Abdecklack 2 überzogen. In den Behälter 3 ist die Ätzflüssigkeit 4 eingefüllt. Außerdem taucht in den Behälter die Gegenelektrode 5 ein.An embodiment of the method according to the invention is shown in the drawing. In Fig. 1 is denoted by 1 of the semiconductor body, the surface of which has already been increased by the etching process considerable piece has been etched away. This semiconductor body 1 is installed in a container 3, the Wall serves as a voltage supply at the same time. The inside of this container as well as the sides of the Semiconductor bodies 1 that are not to be subjected to the etching process are covered with a masking lacquer 2 overdrawn. The etching liquid 4 is filled into the container 3. In addition, the Counter electrode 5 a.

Auf der Unterseite des Halbleiterkörpers 1 ist eine Flächenelektrode 7 aufgebracht.A flat electrode 7 is applied to the underside of the semiconductor body 1.

Die Spannungen U₁ und U₂ sind derart gewählt, daß zwischen dem Halbleiterkörper 1 und dem Elektrolyten 4 eine niedrigere negative Spannung liegt als zwischen dem Halbleiterkörper 1 und dem Flächenkontakt 7. Wenn der Halbleiterkörper 1 beispielsweise das Potential Null führt, so möge die Spannung an dem Elektrolyten 4 z. B. —5 Volt und an dem Flächenkontakt 7 —20 Volt betragen.The voltages U ₁ and U ₂ are chosen such that there is a lower negative voltage between the semiconductor body 1 and the electrolyte 4 than between the semiconductor body 1 and the surface contact 7. If the semiconductor body 1 has zero potential, for example, the voltage may be applied the electrolyte 4 z. B. -5 volts and at the surface contact 7-20 volts.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt des Halbleiterkörpers 1 mit dem Flächenkontakt 7 nochmals herausgezeichnet. Die sich an dem Flächenkontakt 7 ausbildende Sperrschicht ist mit 6 bezeichnet.In Fig. 3 a section of the semiconductor body 1 with the surface contact 7 is drawn out again. The barrier layer that forms on the surface contact 7 is denoted by 6.

Erreicht der Abtragungsvorgang durch den elektrolytischen Ätzvorgang die Dicke der Sperrschicht 6, so erfolgt eine Umkehr des Stromflusses, was aus der Fig. 2 durch den graphisch dargestellten Stromverlauf zu erkennen ist. Es wird also von dem Halbleiterkörper nur so viel abgetragen, als durch die Schicht 8 gekennzeichnet ist. An den Stellen, an denen die abgeätzte Halbleiterschicht die Sperrschichtdicke gerade unterschreitet, erfolgt eine Umkehr der Stromrichtung und bei Anwesenheit von Metallsalzen im Elektrolyten ein Metallniederschlag, der dann als Flächenkontakt benutzt werden kann.If the removal process by the electrolytic etching process reaches the thickness of the barrier layer 6, so there is a reversal of the current flow, which is evident from FIG. 2 by the graphically illustrated current curve can be seen. Thus, only as much is removed from the semiconductor body as through the layer 8 is marked. At the points where the etched semiconductor layer just exceeds the barrier layer thickness the direction of the current is reversed and if metal salts are present in the electrolyte a metal deposit that can then be used as a surface contact.

Das an Hand der Abbildungen dargestellte Ausführungsbeispiel ist in vielfacher Weise veränderbar, ohne daß dadurch das Wesen der Erfindung beeinträchtigt würde. Wesentlich ist lediglich die Begrenzung des elektrolytischen Abtragungsvorganges durch die Stromumkehr bei der Durchbruchsspannung.The embodiment shown on the basis of the figures can be changed in many ways, without affecting the essence of the invention. Only the limitation is essential the electrolytic removal process through the current reversal at the breakdown voltage.

Claims

PATENT CLAIM:

1. Process for the production of a thin semiconductor layer, ζ. Β. from germanium, by electrolytic etching of the surface of a semiconductor body, in particular for manufacture of transistors, characterized in that initially in the surface to be etched of the semiconductor body opposite surface an electrode with an upstream Barrier layer is produced that then on the one hand between the semiconductor body and Such a voltage is applied to this electrode, at which the barrier layer increases the thickness of the to generating semiconductor layer, and that at the same time on the other hand between the semiconductor body and Electrolyte such a voltage is applied that when the semiconductor body is etched off except for the thickness of the barrier layer, the time average of the etching current irji of the interface Semiconductor electrolyte reverses its sign and thus the further etching is interrupted.

2. The method according to claim 1, characterized in that for generating the barrier layer on the opposite surface of an n-conducting semiconductor body according to one known per se Method, a surface electrode is applied to which one opposite to the semiconductor body negative voltage is applied to produce the specified thickness of the barrier layer and that to limit the etching process to the thickness of the barrier layer between the semiconductor body and the electrolyte one

lower negative voltage is applied than between the semiconductor body and the surface electrode on the opposite surface of the semiconductor body.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the electrolyte is a metal salt is added, if necessary only after the end of the etching process.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the lower of the two Tensions for faster etching of the semiconductor surface briefly, possibly periodically, is increased to a value exceeding the other voltage.

5. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the to the surface electrode applied voltage for a faster etching of the semiconductor surface briefly, if necessary periodically, polarity is reversed to a positive value with respect to the semiconductor body.

6. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that the semiconductor body is illuminated on the surface to be etched during the etching process.

7. The method according to claim 6, characterized in that the illuminance and / or the lighting time within the point to be etched is chosen so different that at After the etching, the barrier layer is first reached approximately in the middle of the point to be etched.

Considered publications:
German Auslegeschrift W 9842 VIII c / 21 g (published on June 14, 1956);

Magazine f. Elektrochemie, Vol. 58, 1954, No. 5, pp. 314, 315.

1 sheet of drawings