DE1184019B - Vorrichtung zum elektrolytischen AEtzen eines Halbleiterbauelements mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkoerper - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIl

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer: 1184 019

Aktenzeichen: S 63369 VIII c/21 g

Anmeldetag: 9. Juni 1959

Auslegetag: 23. Dezember 1964

Beim Ätzen von Halbleiterbauelementen mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper ist es bekannt, die Oberfläche des Halbleiterkörpers mit einem Überzug eines gegen das Ätzmittel beständigen Werkstoffs, wie Wachs, Paraffin od. dgl., zu versehen, der die zu ätzenden Stellen frei läßt.

Weiter ist es bereits bekannt, einen Halbleiterkörper in einem elektrolytischen Ätzbad und in gewisser Entfernung davon eine als Kathode wirkende Elektrode anzuordnen. Es ist auch bereits bekannt, einen aus Glas bestehenden, unten offenen zylindrischen Behälter auf einem Germaniumkörper zu befestigen und einen darin eingefüllten Elektrolyten als Bezugspotential für elektrische Messungen an dem Germaniumkristall zu verwenden.

. Das Hauptpatent 1160 547 betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen Ätzen eines Halbleiterbauelements mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und einem an die Oberfläche tretenden pn-übergang, bei dem zum Erhöhen der Sperrspannung des pn-Übergangs die angelegte Ätzspannung unterhalb der Spannung gehalten wird, bei der eine Polierwirkung an der Halbleiteroberfläche auftritt.

Als Beispiel ist die Ätzung einer Gleichrichteranordnung behandelt. Diese Gleichrichteranordnung wird als bipolare Elektrode im Elektrolysebad so angeordnet, daß sie eine Öffnung in einer Blende aus Isolierstoff bedeckt, die im Elektrolysebad quer zur Strombahn den ganzen Badquerschnitt außerhalb ihrer Öffnung ausfüllt. In die beiden durch die isolierende Blende getrennten Teile des Elektrolysebads taucht je eine Platinelektrode, die an den negativen bzw. positiven Pol der Spannungsquelle angeschlossen sind. Der Strom wird also gezwungen, durch das Halbleiterbauelement hindurchzuwandern und auf seiner Oberfläche die erwünschte Ätzwirkung auszuüben.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens für Halbleiterbauelemente mit zwei entgegengesetzt gerichteten pn-Übergängen. Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung so ausgebildet, daß als Elektrolytbehälter ein aus elektrisch isolierendem Material bestehendes, unten offenes Gefäß verwendet ist, das auf den zu ätzenden Teil der Oberfläche des Halbleiterbauelements, vorzugsweise mit Hilfe einer Silikonpaste, aufgeklebt ist, und daß eine den p-leitenden Bereich des Halbleiterkörpers kontaktierende Elektrode an den positiven Pol und eine in geringem Abstand von der Halbleiteroberfläche innerhalb des Elektrolyten angeordnete Elektrode an den negativen Pol einer Spannungsquelle angeschlossen ist. Die Erfindung schafft so eine Möglichkeit, Vorrichtung zum elektrolytischen Ätzen eines
Halbleiterbauelements mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper

Zusatz zum Patent: 1 160 547

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Fritz Wunderling, Erlangen

auch Halbleiterbauelemente mit kompliziertem Aufbau dem Verfahren nach dem Hauptpatent zu unterwerfen, insbesondere Transistoren, Vierschichtanordnungen u. dgl.
An Hand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. In der Zeichnung ist ein nach dem Legierungsverfahren hergestellter Transistor dargestellt, der bereits in dem Unterteil seines Gehäuses befestigt ist, und der in eine erfindungsgemäß gestaltete Vorrichtung eingesetzt ist. Der Transistor besteht beispielsweise aus einem Halbleiterkörper aus hochohmigem, p-leitendem Silizium, in den Elektroden einlegiert sind. In die Oberseite ist ein Muster der Basis- und Emitterelektroden und in die Unterseite eine Kollektorelektrode ednlegiert. Entsprechend geformte, aus Gold mit entsprechenden Dotierungszusätzen bestehende Folien sind in ein Scheibchen des Halbleitermaterials einlegiert und bilden nun die Elektroden für entsprechend Umdotierte Elektrodenbereiche. Man geht zweckmäßigerweise von p-leitendem Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 80 bis 100 Ohm-cm aus. Auf ein etwa 100 μ starkes Scheibchen dieses Materials mit einem Durchmesser von 12 mm werden konzentrisch ein Scheibchen einer Bor enthaltenden Goldfolie von 2,85 mm Durchmesser und etwa 35 μ Stärke, ein Ring aus einer Gold-Antimon-Legienang (etwa 0,5% Sb) von 3 mm Innendurchmesser und 4,85 mm Außen-

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durchmesser sowie ein Ring aus einer Bor enthaltenden Goldfolie von 5 mm Innendurchmesser und 7 mm Außendurchmesser aufgelegt. Das Ganze wird auf eine Folie aus einer Gold-Antimon-Legierung (etwa 0,5 °/o Sb) von 14 mm Durchmesser gelegt und durch einen Erhitzungsvorgang miteinander legiert.

Die Figur zeigt das Ergebnis. Ein Teil des hochohmigen, p-leitenden Halbleitermaterials ist erhaltengeblieben und bildet die Zone 2. Auf der Oberseite

eine leichtere Kontrollmöglichkeit ergibt. Zum Beispiel werden Zeiten von 5 bis 15 Minuten beim elektrolytischen Ätzen gegenüber Zeiten von 1 bis 3 Sekunden beim chemischen Ätzen erhalten. Außerdem 5 ergeben sich verfahrenstechnische Vereinfachungen, da beim elektrolytischen Ätzen keine hochkonzentrierten Säuren wie beim chemischen Ätzen verwendet zu werden brauchen. Außerdem tritt bei chemischen Ätzverfahren für gewöhnlich eine sehr schnelle

befinden sich die als Basiselektroden dienenden Gold- io Verschmutzung der Ätzlösungen ein, die sie für eine kontakte 3 und 4, die auf entsprechend hochdotierten, weitere Verwendung unbrauchbar machen. Hierdurch p-leitenden Zonen S und 6 ruhen. Zwischen beiden ist der Ätzmittelverbrauch sehr groß und demzufolge Zonen befindet sich die η-leitende umdotierte Emitter- das Verfahren sehr unwirtschaftlich. Im Gegensatz zone 7 mit der Emitterelektrode 8. Auf der Unterseite dazu tritt beim elektrolytischen Ätzen diese schnelle befindet sich die großflächige Kollektorelektrode 9 15 »Vergiftung« der Elektrolytlösung nicht auf.
mit der η-leitenden Kollektorzone 10. Die Kollektor- In den Elektrolyten taucht eine Elektrode 16, die elektrode ist zweckmäßig mit einer Molybdänscheibe an den negativen Pol einer Spannungsquelle angell verbunden, die in einer Ausnehmung des Bodens schlosssen ist. Ihre Form richtet sich nach den sondes Gehäuseunterteiles 12befestigt, z.B. angelötet, ist. stigen Gegebenheiten der Anordnung, unter anderem

Auf der Oberseite des Halbleiterscheibchens be- 20 auch nach der Zugänglichkeit der einzelnen Teile, finden sich zwei U-förmige Anschlußbrücken, die Wichtig ist, daß sich zumindest ein Teil der Elektrode kreuzweise zueinander angeordnet sind, damit eine in geringem Abstand von der zu behandelnden Ober-Berührung ausgeschlossen wird. Sie bestehen aus fläche befindet. Mit Rücksicht auf die Anschluß-Gold oder vergoldetem Silberband und sind auf den brücken 13 und 14 erhält die Elektrode 16 im darentsprechenden Elektroden oder Elektrodenberei- 25 gestellten Beispiel die Form eines umgekehrten U. chen durch Legierung befestigt. Die Anschlußbrücke Wird das Ätzen vor dem Aufbringen der Anschluß-13 für die Emitterelektrode 8 ist in der Bildebene brücken durchgeführt, so kann die Elektrode 16 die dargestellt. Die Anschlußbrücke 14 für die Basiselek- Form eines Ringes oder zweier Halbringe haben und trode steht senkrecht zur Bildebene und verbindet die innerhalb des Elektrolyten in geringem Abstand von Basiskreisscheibe 3 mit dem Basisring 4. An diese 30 wenigen Millimetern oberhalb der ringförmigen Anschlußbrücken können dann die für den Betrieb Emitterelektrode 8 angebracht sein, wodurch eine des Halbleiterbauelements notwendigen Anschluß- Ätzung der äußeren Grenzen der Übergänge zwischen leiter angelötet oder anlegiert werden, die mit Hilfe dem Emitterring und dem Basisring bzw. der Basisvon Glaseinschmelzungen isoliert durch einen auf das kreisscheibe gewährleistet ist. Die Zuführung des Gehäuseunterteil 12 aufzulötenden Deckel geführt 35 Stromes erfolgt im dargestellten Beispiel durch einen werden. Kontaktdraht 17, der auf die Anschlußbrücke 14 auf-

Wie in der Zeichnung dargestellt, wird die Ätzung gesetzt wird und an den positiven Pol der Spannungs-

der Oberseite des Halbleiterbauelements unmittelbar quelle angeschlossen ist. ImFaIIe des Fehlens der An-

vor der endgültigen Fertigstellung des Gehäuses vor- schlußbrücken müssen sowohl die Basiskreisscheibe

genommen. Eine zylindrische Vorrichtung 15, die 40 als auch der Basisring einzeln an den positiven Pol

zweckmäßigerweise aus Polytetrafluoräthylen (Teflon) angeschlossen werden. Damit eine Elektrolyse imobe-

besteht, wird auf dem Rand des Halbleiterbauele- ren Teil des Elektrolyten zwischen dem Kontaktdraht

ments mit Hilfe von Siliconfett befestigt. Das Silicon- 17 und der Elektrode 16 vermieden wird, sind sowohl

fett bewirkt eine sichere Abdichtung der Aufsetzstelle, der Kontaktdraht 17 bis auf die Spitze als auch die

so daß in die so entstandene Höhlung der Elektrolyt, 45 Eelektrode 16 bis auf den U-förmigen Teil lackiert,

beispielsweise 4°/oige Flußsäure, eingefüllt werden Die Teile 16 und 17 bestehen als Platin,

kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Elektrolyt Die Dauer des Ätzprozesses-sowie die zur Anwen-

ausläuft und das Gehäuseunterteil 12 oder die Molyb- dung gelangenden Ströme und Spannungen hängen

dänscheibe 11 chemisch angreift. von den Gegebenheiten der einzelnen Anordnung ab.

Bei dem Aufkleben des Hohlzylinders 15 mit Hilfe 50 In dem dargestellten Beispiel des Legierungstransides Siliconfettes wird die nach außen tretende Grenze stors mit den genannten Abmessungen und Werten des pn-Übergangs zwischen den Schichten 2 und 10 wurden gute Ergebnisse erzielt, wenn zwischen der bedeckt. Diese Grenze wird zweckmäßigerweise einer Elektrode 16 und dem Kontaktdraht 17 eine Spanchemischen Ätzung unterworfen, da der Kollektor- nung von 1,3 V angelegt und eine Ätzdauer von etwa Basisübergang hochsperrend sein soll. Der starke 55 8 Minuten gewählt wurde. Es stellte sich zunächst ein chemische Ätzangriff führt zu der maximal erreich- Strom von etwa 4 mA ein, der dann auf etwa 3,5 mA baren Sperrspannung, die von dem jeweiligen Bau- zurückging.

element unter sonst gleichen Bedingungen zu erwar- Nach dem Ätzen wird das Halbleiterbauelement ten ist. Da der Emitter-Basisübergang nicht so hoch gut abgespült, zweckmäßigerweise mit destilliertem zu sperren braucht, sondern im Gegenteil eine hohe 60 Wasser, und getrocknet. NachEntfemen desHohlzylm-Sperrspannung unerwünscht ist, weil sie zu einer ders 15 kann dann die endgültige Kapselung der Anhohen Verlustleistung führt, wird der Emitter-Basis- Ordnung vorgenommen werden. Ein wichtiger Vorteil bereich nicht chemisch, sondern elektrolytisch geätzt. des beschriebenen Verfahrens und der erfindungsge-

Das elektrolytische Ätzverfahren ist auch aus ande- mäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß das Ätzen

ren Gründen dem chemischen vorzuziehen. Insbeson- 65 in einem so fortgeschrittenen Stadium des Fertigungs-

dere zeigt es sich, daß bei elektrolytischen Ätzververfahren die Ergebnisse leichter reproduzierbar sind,
da die Zeitdauer des Ätzens langer ist, wodurch sich

Prozesses vorgenommen werden kann, da sich hierdurch ein erneutes Verunreinigen der Halbleiteroberfläche mit ziemlicher Sicherheit vermeiden läßt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zum elektrolytischen Ätzen eines Halbleiterbauelements mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und einem an die Oberfläche tretenden pn-übergang, bei dem zum Erhöhen der Sperrspannung des pn-Übergangs die angelegte Ätzspannung unterhalb der Spannung gewählt wird, bei der eine Polierwirkung an der Halbleiteroberfläche auftritt, nach Patent 1160547, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolytbehälter ein aus elektrisch isolierendem Material bestehendes, unten offenes Gefäß (15) verwendet ist, das auf den zu ätzenden Teil der Oberfläche des Halbleiterbauelements, vorzugsweise mit Hufe einer Silikonpaste, aufgeklebt ist, und daß eine den p-leitenden Bereich des Halbleiterkörpers kontaktierende Elektrode an den positiven Pol und eine in geringem Abstand von der Halbleiteroberfläche innerhalb des Elektrolyten angeordnete Elektrode an den negativen Pol einer Spannungsquelle angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum elektrolytischen Ätzen von Halbleiterbauelementen mit konzentrisch angeordneten Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Elektrolyten eintauchende Elektrode ringförmig gestaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Elektrode aus Platin besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum elektrolytischen Ätzen von Halbleiterbauelementen mit auf den Elektroden auflegierten Anschlußbrücken, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Elektrolyten eintauchende Elektrode U-förmig gebogen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 823 470, 823 763,

1029485; deutsche Auslegeschrift Nr. 1040134;
Bell System Techn. Journ., März 1956,

S. 333 bis 347.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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