Legierungsverfahren zum Herstellen von pn-Übergängen sowie nn+- oder
pp+ Übergängen in Siliziumkörpern Halbleitergleichrichter mit p-Silizium werden
bekanntlich in der Weise hergestellt, daß auf eine Molybdän- oder Wolframgrundplatte
eine Aluminiumfolie aufgelegt wird. Darauf kommt eine geätzte p-leitende Siliziumscheibe,
und schließlich bildet eine Goldantimonfolie den Abschluß. Dieser Aufbau wird in
einer Form aus Kohle oder einem geeigneten Metall zusammengehalten und in eine Wasserstoff-Argon-
oder Stickstoff-Atmosphäre als Schutzgas im allgemeinen bei einer über 600° C liegenden
Temperatur legiert. Hierbei legiert das Goldantimon mit dem Silizium einerseits
und das Aluminium mit dem Silizium und dem Wolfram oder Molybdän andererseits. In
diesem System bildet sich der sperrende p-n-übergang durch das Goldantimon, während
der nahezu sperrfreie pp+-Übergang durch das Aluminium erzeugt wird. Nun kommt es
bei der Herstellung dieser Kombination von Legierungsübergängen sehr darauf an,
daß die Legierungsfronten möglichst eben verlaufen. Daß beim Anlösen des Siliziums
durch das antimonhaltige Gold die Legierungsfront über die ganze Fläche gesehen
eine Ebene bildet, erreicht man dadurch, daß die anzulösenden Flächen des Siliziumkristalles
gegenüber den anderen Legierungskomponenten gut benetzbar gemacht werden. Die Schmelzpunkte
von Gold und Silizium liegen sehr hoch über dem Schmelzpunkt des Eutektikums beider
Metalle, der mit etwa 370° C angegeben wird. Es ist verständlich, daß bei Störungen
der Siliziumoberfläche, die die Benetzung des Siliziums durch das Gold behindern,
sehr leicht unterschiedliche Legierungstiefen entstehen können, wodurch die Qualität
des entstandenen Überganges in Frage gestellt wird.Alloying process for producing pn junctions as well as nn + - or
pp + transitions in silicon bodies are semiconductor rectifiers with p-silicon
as is known, manufactured in such a way that on a molybdenum or tungsten base plate
an aluminum foil is applied. There is an etched p-type silicon wafer on top,
and finally a gold antimony foil completes the process. This structure is shown in
held together in a form made of coal or a suitable metal and placed in a hydrogen-argon
or nitrogen atmosphere as protective gas, generally at a temperature above 600 ° C
Temperature alloyed. On the one hand, the gold antimony alloyed with the silicon
and the aluminum with the silicon and the tungsten or molybdenum on the other hand. In
The blocking p-n junction is formed by the gold antimony during this system
the almost barrier-free pp + transition is generated by the aluminum. Now it comes
in the production of this combination of alloy transitions very much on
that the alloy fronts are as flat as possible. That when the silicon dissolves
through the antimony-containing gold, the alloy front is seen over the entire surface
forms a plane is achieved in that the surfaces of the silicon crystal to be dissolved
can be made easily wettable with respect to the other alloy components. The melting points
of gold and silicon are very high above the melting point of the eutectic of both
Metals, which is given as about 370 ° C. It is understandable that in the event of malfunctions
the silicon surface, which hinder the wetting of the silicon by the gold,
Different alloy depths can easily arise, which reduces the quality
of the transition that has arisen is called into question.
Bei bekannten Legierungsverfahren wird nach dem Anlegieren der Halbleiterkörper
geätzt, um den legierten pn-übergang etwa kurzschließendes Material und auf die
Halbleiteroberfläche während der vorhergegangenen Verfahrensschritte niedergeschlagene
Verunreinigungen zu entfernen.In known alloying processes, the semiconductor body is formed after alloying
etched around the alloyed pn junction as short-circuiting material and on the
Semiconductor surface deposited during the previous process steps
To remove impurities.
Grundbestandeile bekannter Ätzlösung zur Behandlung von Germanium
und Siliziumkörper sind ein Germanium bzw. Silizium oxydierendes Reagenz und ein
das sich bildende Oxyd lösendes Reagenz. Als oxydierendes Reagenz dient Salpetersäure
oder Wasserstoffperoxyd und als oxydlösendes Reagenz Flußsäure. Eine bekannte Ätzlösung
mit konzentrierter Flußsäure und konzentrierter Salpetersäure enthält Essigsäure
und Brom zur Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit des Ätzprozesses, wobei
die Essigsäure eine Verminderung und das Brom eine Beschleunigung des Ablaufs der
Prozesse beim Ätzvorgang bewirkt. Nach einem bekannten Legierungsverfahren soll
die aus dem Dotierungsstoff bestehende oder die diesen enthaltende Legierung, die
an den Halbleiterkörper anlegiert wird, eines der Metalle Natrium, Kalium, Rubidium
und Cäsium enthalten. Das Alkalimetall soll als Flußmittel dienen, das bereits bei
niedrigeren Temperaturen als 800° C an der Legierungsfläche wirksam ist. Durch dieses
Verfahren können jedoch nicht die Ungleichmäßigkeiten vermieden werden, die durch
Störungen der Benetzungsfähigkeit der Siliziumoberfläche zu Beginn des Legierungsprozesses,
nämlich während der Bildung einer flüssigen Phase, verursacht werden, da das im
Legierungsmaterial enthaltene Alkalimetall anfangs nur an den Stellen der Legierungsfläche
an die Legierungsfläche gelangen kann, an denen eine Benetzung erfolgen und damit
sich eine flüssige Phase bilden konnte.Basic components of a well-known etching solution for the treatment of germanium
and silicon bodies are a germanium and silicon oxidizing reagent, respectively, and a
the forming oxide dissolving reagent. Nitric acid serves as the oxidizing reagent
or hydrogen peroxide and hydrofluoric acid as an oxide-dissolving reagent. A well-known etching solution
with concentrated hydrofluoric acid and concentrated nitric acid contains acetic acid
and bromine for influencing the reaction rate of the etching process, wherein
the acetic acid a decrease and the bromine an acceleration of the process
Processes caused during the etching process. According to a known alloying process, it should
the alloy consisting of the dopant or the alloy containing it, the
is alloyed to the semiconductor body, one of the metals sodium, potassium, rubidium
and contain cesium. The alkali metal should serve as a flux that is already used in
temperatures lower than 800 ° C is effective on the alloy surface. Because of this
However, the non-uniformities caused by the process cannot be avoided
Disturbances in the wettability of the silicon surface at the beginning of the alloying process,
namely during the formation of a liquid phase, since the im
Alloy material containing alkali metal initially only at the points of the alloy surface
can reach the alloy surface, where wetting takes place and thus
a liquid phase could form.
Die Siliziumoberfläche ist nach der bekannten Ätzbehandlung sehr reaktionsfähig,
da die freien Valenzen der Oberflächenatome Fremdatome binden können, welche Benetzungsfehler
bei dem Anlegieren eines Legierungsmaterials und beim fertigen Halbleitergleichrichter
mangelhafte Übergänge ergeben. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun eine
Stabilisierung der Siliziumoberfläche erreicht, durch die störende Einflüsse beim
Benetzen vermieden und ebenere Übergänge erzielt werden.The silicon surface is very reactive after the well-known etching treatment,
since the free valences of the surface atoms can bind foreign atoms, which is wetting failure
in the alloying of an alloy material and in the finished semiconductor rectifier
inadequate transitions result. With the method according to the invention is now a
Stabilization of the silicon surface achieved through the disruptive influences on
Avoid wetting and achieve smoother transitions.
Gegenstand der Erfindung ist ein Legierungsverfahren zum Herstellen
von pn-übergängen sowie nn+-oder pp+-Übergängen in Siliziumkörpem, bei dem
der
Siliziumkörper vor dem Legieren mit einer sauren Ätzlösung behandelt wird, die einen
Zusatz von Alkali- und/oder Erdalkaliionen enthält. Nach einer anderen Ausbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Zusatz von Alkali- und/oder Erdalkaliionen
während der Atzbehandlung zugeführt.The invention relates to an alloying process for production
of pn junctions and nn + or pp + junctions in silicon bodies in which
the
Silicon body is treated with an acidic etching solution before alloying, which has a
Contains addition of alkali and / or alkaline earth ions. After another training
of the process according to the invention is the addition of alkali and / or alkaline earth ions
supplied during the etching treatment.
Der Anteil der Alkali- oder Erdalkaliionen kann innerhalb weiter Grenzen
gewählt werden. Schon Bruchteile eines Prozentes genügen, die Oberfläche des Siliziums
zu stabilisieren. Da aber die Verunreinigungen der Ätzsäuren an Schwermetallionen
schwanken, wird zweckmäßig eine weitaus größere Menge Alkali- und/oder Erdalkalüonen
als die geschätzte Menge an Verunreinigungen der Ätzlösung zugesetzt.The proportion of alkali or alkaline earth metal ions can be within wide limits
to get voted. Just a fraction of a percent is enough, the surface of the silicon
to stabilize. But since the impurities in the caustic acids are heavy metal ions
fluctuate, a much larger amount of alkali and / or alkaline earth ions is expedient
added as the estimated amount of impurities to the etching solution.
Nach einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel werden mit einer aus Salpetersäure,
Flußsäure und Essigsäure bestehenden Siliziumätzlösung, beispielsweise 2 bis 4 Volumteile
Salpetersäure, 4 bis 2 Volumteile Flußsäure und 6 Volumteile Essigsäure, die Siliziumscheiben
zunächst bis etwa 40 #t über die gewünschte Stärke abgeätzt. Danach wird die Säure
sorgfältig mit entionisiertem Wasser in möglichst kurzer Zeit und unter Vermeidung
von Luftbläschen verdrängt. Die Siliziumscheiben werden noch ausreichend mit entionisiertem
Wasser gespült. Nun wird eine neue Ätzsäure in das Ätzgefäß gegeben und die Siliziumscheiben
in die Ätzsäure gelegt. Sobald die Siliziumscheiben das vorgesehene Maß haben, wird
der Ätzlösung eine 10 gewichtsprozentige Alkali-oder Erdalkalisalzlösung in solcher
Menge zugesetzt, daß der Zusatz in einem Verhältnis von 1 : 50 bis 1:10 zur Ätzlösung
steht. Alkaliionen können zweckmäßig in Form von Lösungen von Alkalichloriden, -Bitraten
oder -karbonaten der Ätzlösung zugesetzt bzw. zugeführt werden. Durch die Zugabe
dieser Salze wird Kieselsäure ausgefällt und reißt dabei auch einen Teil der Schwermetallverunreinigungen
mit. Erdalkalüonen können zweckmäßig in Form von Lösungen von Erdalkalichloriden
oder -nitraten zugesetzt bzw. zugeführt werden. Die Siliziumscheiben werden in einer
Ätzlösung gemäß der Erfindung etwa 2 Minuten lang unter dauernder Bewegung behandelt.
Danach wird die Ätzlösung durch entionisiertes Wasser verdrängt, die Siliziumscheiben
werden in entionisiertem Wasser noch weiter gereinigt, eventuell unter Zuhilfenahme
einer Ultraschallwaschanlage. Schließlich werden die Siliziumscheiben bis zur Weiterverarbeitung
unter Alkohol gelagert. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelte Siliziumscheiben
zeigen im fertigen Halbleitergleichrichter eine Legierungsfront und eine ankristallisierte
Siliziumschicht, die größtenteils sehr eben verlaufen. Halbleitergleichrichter,
die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung legiert werden, besitzen nach dem Schlußätzen
ein gutes Sperrverhalten bei niedrigen Rückströmen. Auch die Durchschlagsgefahr
ist weitgehend vermindert. Das Legierungsverfahren gemäß der Erfindung kann sowohl
zur Herstellung von Siliziumgleichrichtern als auch anderen Siliziumanordnungen,
wie Transistoren, steuerbaren Siliziumzellen oder lichtelektrischen Siliziumzellen,
angewandt werden.According to an expedient embodiment, with a nitric acid,
Hydrofluoric acid and acetic acid consisting of silicon etching solution, for example 2 to 4 parts by volume
Nitric acid, 4 to 2 parts by volume of hydrofluoric acid and 6 parts by volume of acetic acid, the silicon wafers
first etched off to about 40 #t above the desired thickness. After that the acid
carefully with deionized water in the shortest possible time and avoiding it
displaced by air bubbles. The silicon wafers are still adequately deionized with
Rinsed with water. Now a new etching acid is added to the etching vessel and the silicon wafers
placed in the etching acid. As soon as the silicon wafers have the intended size, will
the etching solution is a 10 percent by weight alkali or alkaline earth salt solution in such
Amount added that the additive in a ratio of 1:50 to 1:10 to the etching solution
stands. Alkali ions can expediently be in the form of solutions of alkali chlorides, bitrates
or carbonates are added or supplied to the etching solution. By adding
of these salts, silica is precipitated and in the process also cracks some of the heavy metal impurities
with. Alkaline earth metal ions can expediently be in the form of solutions of alkaline earth metal chlorides
or nitrates are added or fed. The silicon wafers are in a
Etching solution treated according to the invention for about 2 minutes with continuous agitation.
Then the etching solution is displaced by deionized water, the silicon wafers
are further cleaned in deionized water, possibly with the help of
an ultrasonic washing system. Finally, the silicon wafers are ready for further processing
stored under alcohol. Silicon wafers treated according to the method according to the invention
show an alloy front and a partially crystallized one in the finished semiconductor rectifier
Silicon layer, most of which are very flat. Semiconductor rectifier,
which are alloyed by the method according to the invention, have after the final etching
good blocking behavior at low return currents. Also the risk of breakdown
is largely reduced. The alloying process according to the invention can be both
for the production of silicon rectifiers as well as other silicon arrangements,
such as transistors, controllable silicon cells or photoelectric silicon cells,
can be applied.