DE1001077B

DE1001077B - Verfahren und Anordnung zum elektrolytischen AEtzen von Halbleiterkoerpern oder -systemen

Info

Publication number: DE1001077B
Application number: DET9737A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wilhelm Dehmelt
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1954-07-14
Filing date: 1954-07-14
Publication date: 1957-01-17

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen Ätzen von Halbleiterkörpern oder -systemen insbesondere mit einem oder mehreren pn-Übergängen, wie sie beispielsweise zum Bau von Flächentransistoren benötigt werden.

Bisher wurde bei der elektrolytischen Ätzung der zu ätzende Körper als Anode oder Kathode geschaltet und als Gegenelektrode ein vom Elektrolyt nicht oder schwer angreifbares Metall, beispielsweise ein, Platinblech, verwendet.

Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß die dabei zur Anwendung kommenden Elektrolyte stets außer den erwünschten, die Ätzung bewirkenden Ionen noch unerwünschte Ionen als Verunreinigung enthalten, Diese Störionen wandern närnilich bei der Elektrolyse ebenfalls zu den Elektroden¹ und sehlagen sich somit auch auf dem zu ätzenden Halbleiter als festhaftende Schicht nieder. Obwohl¹ es sich dabei zwar nur um spurenhafte Verunreinigungen handelt, reichen diese aber aus, um· bei den, für Halbleiter erforderlichen Reinheitsgraden der Oberfläche die elektrischen Eigenschaften des betreffenden Systems nachteilig zu beeinflussen.

Gemäß der Erfindung wird der Niederschlag von Störionen auf den elektrolytisch zu ätzenden: Halbleiterkörpern oder -systemen durch¹ Anwendung des bekannten Verfahrens zum elektrolytischen Reinigen von Metalloberflächen durch wechselweise anodisehe und kathodische Schaltung in ein und demselben Bad verhindert.

Während jedoch, bei dem bekannten Verfahren beabsichtigt ist, während des ersten Schaltzustandes die Oberflächenschicht durch frei werdenden Wasserstoff zunächst anzugreifen und weich sowie unzusammenhängend zu machen und während des zweitem Schaltzustandes die teilweise aufgelöste Schicht zu entfernen, kommt es bei Durchführung des erfinl· dungsgemäßen Verfahrens im wesentlichen darauf an, den Elektrolyt von an sich bereits· in ihm vorhandenen Verunreinigungen zu befreien, um den erforderlichen Reinheitsgrad der Halbleiteroberfläche zu erhalten.

Das Wesen dieses Vorganges besteht darin, daß die im Falle der Schaltung des Systems als Anode auf der Oberfläche niedergeschlagenen Störionen in der darauffolgenden Phase, in der das System- als Kathode geschaltet ist, die Oberfläche wieder verlassen und umgekehrt. Dabei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß es sich bei der Elektrolyse um reversible Vorgänge handelt. Die beabsichtigte Wirkung tritt aber nur dann ein, wenn die Elektrolyse in zwei verschiedenen Elektrolysenräumen stattfindet, so daß im Laufe der Zeit sämtliche Störionen aus dem einen Raum in den anderen Raum transportiert wer-Verfahren und Anordnung

zum elektrolytischen Ätzen

von Halbleiterkörpern oder -systemen

Anmelder:

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

Friedrich Wilhelm Dehmelt, Neu-Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt worden

den, wo sie sich nicht mehr schädlich auswirken können.

Eine bloße Umschaltung der Polarität der Elektroden bei dem bisher üblichen Verfahren mit nur einem¹ Elektrolyseraraum, beispielsweise durch Verwendung von Wechselspannung, würde nicht den beabsichtigten Erfolg haben. Die in der Wechselstromphase auf dem> Halbleitersystem, niedergeschlagenen Störionen würden zwar auch hier in der darauffolgenden Phase wieder abgetragen werden. Da die Ionen jedoch den ursprünglichen Elektrolysenraum dabei nicht verlassen haben, würden sie bei erneutem Vorzeichen¹-, wechsel abermals auf der Halbleiteroberfläche abgeschieden werden. Die Störionen würden also bei: diesem Verfahren lediglich zwischen den beiden Elektroden hin- und hergetragen werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dagegen die Störionen aus dem. einen Elektrolysenraum in den anderen übergeführt, wo sie sich im Laufe der Zeit alle auf der dort befindlichen Gegenelektrode niederschlagen. Das zu ätzende System dient also bei diesem Verfahren lediglich als Zwischenträger für die. Störionen bei ihrem Übergang von dem einen, Elektrolysenraum in den anderen.

Eine besonders zweckmäßige Anordnung zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens erhält

man, wenn man das zu ätzende Halbleitersystem zwischen zwei auf unterschiedlichen Potentialen' befindlliehen Gegenelektroden in einem Elektrolyt rotieren läßt und das System ein zwischen den Potentialen der besagten Elektrode liegendes Potential erhält. DabeL

609 766/360 \

stellt dter zwischen dem zu ätzenden Halbleiterkörper und der einen Elektrode liegende Raum den einen Elektrolysenraum dar, und der zwischen dein zu ätzenden Körper und der anderen Gegenelektrode liegende Raum· dien anderen Elektrolysenraum d!ar. Die Gegenelektroden werden vorteilhaft aus einem vom Elektrolyt nicht angreifbaren Material hergestellt, um möglichst die Entstehung weiterer Störionem durch chemische Reaktionen an diesen Elektroden zu verhindern. Im Falle der Verwendung eines Alkali»- hydroxyds hat sich neben nichtrostendem Stahl und Platin besonders Indium für diesen Zweck bewährt. Um bei der Ätzung von Hälbleitersystemem, die einen oder mehrere pn-Übergänge enthalten, für das gesamte System einheitliches Potential zu gewähr¹-leisten, ist es erforderlich, die Sperrschichten durch einen elektrischen Leiter hilfsweise zu überbrücken. Dabei ist ebenfalls darauf zu achten, daß diese elektrischen Leiter aus einem, in bezug auf den Elektrolyt chemisch indifferenten Material !bestehen, um die BiI-dung zusätzlicher Störionen auszuschalten. Auch hier empfiehlt es sich, bei Verwendung eines- Alkalihydroxyds als: Elektrolyt, Indium zu verwenden¹.

An Hand eines Ausfüfarungsbeispiels, bei dem als Elektrolyt ein. Alkalihydiroxyd verwendet wird und das Halbleitersystem zwischen zwei Hilfselektroden in Umdrehung versetzt wird", sei das erfindungsgemäße Verfahren im folgenden näher erläutert:

In der Zeichnung ist mit 1 ein elektrolytischer Trog bezeichnet, der beispielsweise mit Kaliumhydroxyd 2 als Elektrolyt gefüllt ist. In diesen tauchen die beidien aus Indium oder Platin. bestehendenElektrodem3und4 ein, die sich auf unterschiedlichen: Potentialen befirnden. Beispielsweise liegt im vorliegenden! Falle die eine Elektrode auf negativem und die andere auf positivem Potential. Zwischen diesen beiden Elektroden ist das zu ätzende Halfoleitersystern angeordnet, welches¹ im Beispielsfalle aus einem η-leitenden Germianiumgrundkörper 5 mit einer därauflegierten Indiiumperle 6 und einem sperrschichtfreien angelöteten Basisfträger 7 besteht. Das Halbleitersysteni ist mittels der Achse 8 drehbar gelagert und befindet sich auf einem zwischen den Potentialen! der beiden Elektroden 3 und 4 befindlichen Potentialwert, beispielsweise auf Nullpotential. Die beschriebene Potentialverteilüng wird beispielsweise mittels einer Batterie 9 erreicht, deren beide Endklemmen über regulierbare Widerstände 10 und 11 und gegebenenfalls vorgesehene Schalter 12 und 13 mit den beiden Gegemelektroden 3 und 4 verbunden sind und deren Mittelabgriff über die Achse 8 mit der Basiselektrode 7 des Halibleitersystems in Verbindung steht. Da es sich, im Beispiels¹-falle um die Ätzung eines eine Sperrschicht enthaltenden Systems handelt (Junction*-Verbindung), ist es erforderlich, die Indiumauflage· 6 mit der Basiselektrode 7 z. B. mittels eines Indiuandrahtes 14 leitend zu verbinden, um für das gesamte System EinheitS¹-potential zu gewährleisten.

Infolge der gezeichnetem Anordnung des Halbleitersystems zwischen den beiden Elektroden 3 und 4 wirti der gesamte Elektrolysenraum gewissermaßen¹ in zwei Teilräume A und B unterteilt.

In der gezeichneten Stellung des Systems wandern sämtliche in dem- Raum A enthaltenen Kationen zum Halbleitersystem und schlagen sich als· Verunreinigungen auf der zu ätzenden Oberfläche nieder. Die zu. Beginn der Elektrolyse auf der Oberfläche vorhandenen Anionen gehen dagegen in. Lösung und wandern zusammen mit den im Raum A befindlichen Anionen zur Anode 4. In entsprechender Weise wandern in der gezeichneten Stellung des Halbleitersystems die im Raum B enthaltenen Anionen zum Halbleitersystem uod schlagen sich auf der Basiselektrode 7 nieder, während die möglicherweise vom Basisbleeh in Lösung gegangenen Kationen zur Kathode 3 wandern und dort festgehalten, werden.

Da nun das Halbleitersystem ernndungsgemäß um die Achse 8 rotieren soll, zeigt nach einer halben Umdrehung die zu ätzende Germaniumoberfläche nach dter Kathode 3, während die Basiselektrode 7 zur Anode 4 zeigt. In dieser neuen Stellung spielen sich folgende Vorgänge ab:

Die auf der zu ätzenden Seite des Halbleiterkörpers aus dem Raum A niedergeschlagenen Kationen gehen wegen der Reversibilität der elektrolytischen Vorgänge im Raum B in Lösung und bewegen sich in Richtung auf die Kathode 3 zu, wo sie sich niederschlagen. Gleichzeitig vollzieht sich in dieser neuen Stellung der eigentliche Ätzvorgang, indem auf an sich bekannte Weise die im Raum B vorhandenen OH-Ionen sich mit Germanium zu Germaniumdioxyd verbinden, welches vom Elektrolyt abgelöst wird. Auf der Rückseite gehen die auf der Basiselektrode 7 aus dem Raum B niedergeschlagenen Anionen in den Raum A über und wandern zur Anode 4, wo sie ebenfalls festgehalten werden. Nach einer weiteren halben Umdrehung ist der ursprüngliche Zustand wieder hergestellt jedoch mit dem Unterschied, daß jetzt der Elektrolysenraum A an störenden Kationen und Anionen ärmer geworden ist als zu Beginn des Vorganges. Das gleiche gilt für den Raum B. Auf diese Weise läßt sich also- erreichen, daß nach mehreren Umdrehungen des Systems die Ätzung im reinsten Elektrolyt erfolgt, ohne daß die Verunreinigungen sich auf der zu ätzenden Halbleiteroberfläche niedergeschlagen haben.

In entsprechender Weise wie das Verfahren an Hand des Ausführungsbeispiels für einen pn-Flächengleichrichter beschrieben wurde, kann es auch zur Ätzung von Flächentransistoren dienen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anwendung des Verfahrens zum elektrolytischen Reinigen von Metalloberflächen durch wechselweise anodische und kathodische Schaltung in ein und demselben Bad auf das elektrolytische Ätzen von Halbleiterkörpern oder -systemen, insbesondere mit einem ader mehreren pn-Übergängen.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu, ätzende Körper im Elektrolyt zwischen zwei auf unterschiedlichem Potential befindlichen Elektroden angeordnet ist, wobei die Schaltung derart getroffen ist, daß der zu. ätzende Körper ein zwischen den Potentialen der besagten Elektroden liegendes Potential erhält, und daß Mittel vorgesehen sind, um den zu ätzenden Körper während der Elektrolyse in Rotation oder in eine periodische Schwenkbewegung zu versetzen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode positives Potential und die andere negatives Potential erhält und der dazwischen angeordnete zu ätzende Körper auf Nullpotential liegt.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß gegebenenfalls vorhandene

Sperrschichten in dem zu ätzenden Körper durch einen vom Elektrolyt nicht angreifbaren elektrischen Leiter überbrückt sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Verwendung von Alkalihydroxyd als Elektrolyt die feststehenden Elektroden und die die Sperrschichten überbrückenden metallischen Leiter aus Indium bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 741 666.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen