DE1150454B

DE1150454B - Method for producing pn junctions in silicon wafers

Info

Publication number: DE1150454B
Application number: DEL37527A
Authority: DE
Inventors: Richard Magner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-11-14
Filing date: 1960-11-14
Publication date: 1963-06-20

Description

Verfahren zum Herstellen von pn-Übergängen in Siliziumscheiben Nach einem bekannten Verfahren zum Ätzen der Elektroden von Siliziumtransistoren wird die Siliziumscheibe durch Erhitzen in Sauerstoff auf 500° C während 1 Minute mit einer Oxydschicht überzogen, welche der folgenden Ätzbehandlung der Elektrodenoberfläche einen Angriff auf das von der Oxydschicht bedeckte Silizium verhindert.Method for producing pn junctions in silicon wafers a known method for etching the electrodes of silicon transistors the silicon wafer by heating it in oxygen to 500 ° C. for 1 minute coated with an oxide layer, which the following etching treatment of the electrode surface prevents an attack on the silicon covered by the oxide layer.

Zur Bildung von pn-Übergängen in Germanium ist es ferner bekannt, das mit Stickstoff versetzte Germanium im Vakuum auf eine Temperatur zwischen 650 und 750° C während etwa 1/2 bis 1 Stunde zu erhitzen.For the formation of pn junctions in germanium, it is also known the germanium mixed with nitrogen in a vacuum to a temperature between 650 and to heat 750 ° C for about 1/2 to 1 hour.

Bei der Herstellung von pn-Übergängen in Siliziumscheiben spielt nur die Beschaffenheit der für diesen Zweck verwendeten Siliziumscheibe eine wesentliche Rolle. Das Silizium wird deshalb zunächst mit Hilfe des sogenannten tiegelfreien Zonenziehens vorbehandelt. Bekannt ist, daß die Scheiben weitgehend frei von Zwillingsbildungen, Kleinwinkelkorngrenzen und von Versetzungen sein müssen. Auch wird eine bei 4 - 10-4 CM--' liegende Anzahl von Ätzgruben als die obere zulässige Grenze für einen brauchbaren Kristall angesehen. Nun ist es in der Praxis nicht möglich, jede Scheibe auf ihre Fehler zu untersuchen. Es werden daher etwa zwei bis drei Siliziumscheiben aus einem Einkristallstab auf ihre Eignung untersucht. Entspricht das Ergebnis der Untersuchung den Anforderungen, wird der Kristall verarbeitet. Der Einkristallstab wird in Scheiben zerschnitten, die Scheiben werden geläppt und anschließend durch Kochen in Trichloräthylen oder durch Waschen in einer Ultraschallwaschanlage mit Trichloräthylen von Schmutzresten befreit. Der nächste Arbeitsgang ist das Ätzen der Siliziumscheiben auf das vorgegebene Maß in einem Gemisch von Salpetersäure, Flußsäure und einem Zusatz von Essigsäure. Nach Verdrängen der Atzlösung mit entionisiertem Wasser oder Methanol und anschließender guter Spülung mit entionisiertem Wasser werden die Scheiben in Alkohol oder Methanol zur weiteren Verarbeitung aufbewahrt.When producing pn junctions in silicon wafers, only the nature of the silicon wafer used for this purpose plays an essential role. The silicon is therefore first pretreated with the help of so-called crucible-free zone pulling. It is known that the disks must be largely free of twin formations, small-angle grain boundaries and dislocations. A number of etch pits around 4 - 10-4 CM-- 'is also considered to be the upper limit for a usable crystal. In practice it is not possible to examine every disc for its defects. Therefore about two to three silicon wafers from a single crystal rod are examined for their suitability. If the result of the examination meets the requirements, the crystal is processed. The single crystal rod is cut into disks, the disks are lapped and then freed of dirt residues by boiling in trichlorethylene or by washing in an ultrasonic washing system with trichlorethylene. The next step is to etch the silicon wafers to the specified level in a mixture of nitric acid, hydrofluoric acid and an addition of acetic acid. After displacing the etching solution with deionized water or methanol and subsequent thorough rinsing with deionized water, the discs are stored in alcohol or methanol for further processing.

Gleichrichter mit so vorbehandelten Siliziumscheiben aus zonengezogenem Silizium zeigten indes bisweilen ein unbefriedigendes Verhalten in bezug auf die Höhe der Sperrspannung und auf die Größe des Rückstromes. Auch die Durchschlagfestigkeit war manchmal mangelhaft. Es wurde daher vorgeschlagen, dem Ätzmittel zum Schluß der formgebenden Ätzung Alkali- oder Erdalkaliionen in Form von Lösungen ihrer Salze zuzugeben. Durch diese Maßnahme wurde zwar ein besseres elektrisches Verhalten der Gleichrichter erzielt, bei pn-Übergängen mit größeren Flächen machten sich aber auch dann noch Mängel bei Belastung in Sperrichtung bemerkbar. Insbesondere stieg der Rückstrom stark an und die Sperrspannung war zu gering.Rectifier with pretreated silicon wafers made of zone-drawn Silicon, however, sometimes showed unsatisfactory behavior with regard to the The level of the reverse voltage and the size of the reverse current. Also the dielectric strength was sometimes inadequate. It has therefore been suggested to finish with the etchant the shaping etching alkali or alkaline earth metal ions in the form of solutions of their salts admit. This measure resulted in a better electrical behavior of the Achieved rectifier, but made themselves in pn junctions with larger areas even then, defects are noticeable when loading in the blocking direction. In particular, rose the reverse current was strong and the reverse voltage was too low.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von pn-Übergängen in Siliziumscheiben durch Legieren und vorhergehendes Ätzen, das sich von den bisher bekannten dadurch unterscheidet, daß die Siliziumscheiben vor dem Ätzen in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre geglüht werden.The present invention relates to a method of production of pn junctions in silicon wafers by alloying and previous etching, the differs from the previously known in that the silicon wafers are in front etching in an oxygen-containing atmosphere.

Es hat sich gezeigt, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem zunächst die Siliziumscheiben in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre geglüht, dann geätzt und nach diesem Ätzen das Legieren der Siliziumscheibe vorgenommen wird, sowohl die Höhe der Sperrspannung als auch der Verlauf des Rückstromes günstig beeinfiußt werden. Das Glühen wird mit Vorteil im Sauerstoffstrom vorgenommen. Die Glühdauer beträgt etwa 10 Minuten. Die Temperatur kann zwischen 600 und 950° C liegen. Diese Parameter hängen zum Teil von den Eigenschaften der einzelnen Kristalle, zum anderen Teil aber auch von der Beschaffenheit des Ofens ab, in dem der Glühprozeß durchgeführt wird.It has been shown that by the method according to the invention, at which first annealed the silicon wafers in an oxygen-containing atmosphere, then etched and after this etching the alloying of the silicon wafer is carried out, both the level of the reverse voltage and the course of the reverse current favorably influenced will. The annealing is advantageously carried out in a stream of oxygen. The glow duration is about 10 minutes. The temperature can be between 600 and 950 ° C. These Parameters depend partly on the properties of the individual crystals, partly on the other But it also depends on the nature of the furnace in which the annealing process is carried out will.

Werden die geläppten Siliziumscheiben, die sorgfältig in einer Ultraschallwaschanlage mit Trichloräthylen von anhaftenden Schmutzresten befreit wurden, bei der vorgesehenen Temperatur dem Sauerstoffstrom ausgesetzt, so erzielt man bereits bei niedrigeren Glühtemperaturen gute Ergebnisse. Führt man den Glühprozeß bei höheren Temperaturen durch, und zwar etwa bei 900° C, so ist es zweckmäßig, das Glühen zu unterbrechen und nach einer Atzung die Siliziumscheiben nochmals zu glühen, wobei die Glühdauer insgesamt etwa 10 Minuten betragen soll.The lapped silicon wafers are carefully placed in an ultrasonic washing machine were freed from adhering dirt residues with trichlorethylene, in the case of the intended If the temperature is exposed to the flow of oxygen, this is achieved even at a lower temperature Annealing temperatures good results. If the annealing process is carried out at higher temperatures by, namely at about 900 ° C, so it is advisable to interrupt the glow and after an etching to anneal the silicon wafers again, the annealing duration total should be about 10 minutes.

Um zu verhindern, daß die sich bildende Oxydhaut beim Glühen ungleichmäßig wächst, werden die geätzten-Siliziumscheiben unmittelbar nach dem Ätzen etwa 1 Minute lang in rauchender Salpetersäure unter Zugabe eines Stückchens Nickelblech behandelt. Bei diesem Vorgang bekommen die Scheiben, die nach dem folgenden Ätzen sonst einen hydrophoben Charakter haben, einen hydrophylen Charakter.In order to prevent the oxide skin that forms from being uneven during the glowing process grows, the etched silicon wafers are about 1 minute immediately after the etching treated for a long time in fuming nitric acid with the addition of a piece of sheet nickel. During this process, the disks, which would otherwise get one after the subsequent etching have a hydrophobic character, a hydrophilic character.

Nach dem Glühen werden die Siliziumscheiben auf das erforderliche Maß heruntergeätzt. Zum Schluß dieses Ätzvorganges werden Erdalkali- oder Alkaliionen in Form ihrer Salze der Ätzlösung zugesetzt.After annealing, the silicon wafers are made to the required Etched down dimension. At the end of this etching process, alkaline earth or alkali ions are formed added in the form of their salts to the etching solution.

Beim Herausnehmen der Siliziumscheiben aus dem Atzgefäß wird zweckmäßig die Säure unter ständiger Bewegung der Siliziumscheiben verdrängt. Zur Verdrängung der Säure kann ein Teil der Säure mit einem Heber entnommen, mit Methanol aufgefüllt und mit entionisiertern Wasser gut nachgespült werden. Beispielsweise nimmt man Siliziumscheiben als Blindscheiben, und zwar etwa die doppelte Anzahl der zu ätzenden Siliziumscheiben, und gibt sie kurz vor Beendigung der Atzung in das Atzgefäß. Wird nun beim Verdrängen das Spülwasser in das Ätzgefäß so hineingebracht, daß die Scheiben in dauernder gegenseitiger Bewegung gehalten werden, werden die Siliziumscheiben mit Fremdatomen am gleichmäßigsten belegt, und die Belegungsdichte der Fremdatome geht wegen der durch die Blindscheiben erhöhten Belegungsfläche zurück.It is useful when removing the silicon wafers from the etching vessel the acid is displaced with constant movement of the silicon wafers. To repression A part of the acid can be removed from the acid with a siphon and topped up with methanol and rinsed thoroughly with deionized water. For example, one takes Silicon disks as dummy disks, about twice the number to be etched Silicon wafers, and puts them in the etching vessel shortly before the end of the etching. Will now when displacing the rinsing water is brought into the etching vessel so that the disks are kept in constant mutual movement, the silicon wafers most evenly covered with foreign atoms, and the density of the foreign atoms decreases due to the increased occupancy area due to the blind panes.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich vorteilhaft Siliziumscheiben mit großflächigen pn-Übergängen herstellen, die sich besonders für Trockengleichrichter, Transistoren und Vierschichtenanordnungen eignen.According to the method according to the invention, silicon wafers can advantageously be produced with large-area pn junctions, which are particularly suitable for dry rectifiers, Transistors and four-layer arrangements are suitable.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for producing pn junctions in Silicon wafers by alloying and previous etching, characterized in that that the silicon wafers are placed in an oxygen-containing atmosphere before etching to be annealed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the annealing is carried out at a temperature between 600 and 950 ° C.

3. Procedure according to Claim 1 or 2, characterized in that the annealing treatment takes about 10 minutes persists.

4. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the annealing treatment is carried out in a stream of oxygen.

5. The method according to claim 1 or one of the following, at temperatures around 900 ° C, characterized in that the annealing process in two stages with approximately the same conditions and together of no more than 10 minutes duration is made and that between these two Steps an etching treatment is inserted.

6. The method according to claim 5, characterized characterized in that the disks immediately after the inserted etching treatment in fuming nitric acid for about 1 minute with the addition of a piece of sheet nickel be treated. References Considered: U.S. Patent No. 2 505,633; British Patent No. 838 890.