DE1194985B

DE1194985B - Process for the aftertreatment of silicon rectifier elements

Info

Publication number: DE1194985B
Application number: DES71396A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kraft; Heinz Vogel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-11-24
Filing date: 1960-11-24
Publication date: 1965-06-16

Description

Verfahren zur Nachbehandlung von Siliziumgleichrichterelementen Die Erfindung- bezieht sich auf ein Verfahren zur Nachbehandlung von Siliziumgleichrichterelementen, die an ihrem pn-Übergang mit einer Schutzüberzugsschicht aus einem Lack mit einem nach dem Aufbringen des Lackes auf die benachbarte Oberflächenzone des Halbleiterkörpers elektropositiv wirkenden Zusatzstoff versehen worden sind, um auf diese Weise eine nachteilige Beeinflussung des stabilen Verhaltens eines solchen Halbleiterelementes auf Grund der e3 umgebenden Atmosphäre, auch wenn es in eine Kapselung eingeschlossen ist, oder auf Grund von an der Oberfläche des Halbleiterkörpers adsorbierten bzw. chemisorbierten Schichten auszuschließen.Process for the aftertreatment of silicon rectifier elements Invention relates to a method for the aftertreatment of silicon rectifier elements, those at their pn junction with a protective coating layer made of a lacquer with a after the lacquer has been applied to the adjacent surface zone of the semiconductor body electropositive additives have been provided in this way a disadvantageous influence on the stable behavior of such a semiconductor element due to the e3 surrounding atmosphere, even if it is enclosed in an enclosure is, or due to adsorbed or exclude chemisorbed layers.

Bei der Herstellung solcher Halbleiterbauelemente hatte sich ergeben, daß diese nach ihrer normalen abschließenden Fertigung doch hin und wieder in ihrem Verhalten gegenüber dem erwünschten und in Rechnung gestellten Verlauf ihrer Sperrspannungskennlinie unerwünschte Abweichungen aufwiesen, indem diese Kennlinie bei relativ niedrigen und insbesondere unerwünscht niedrigen Sperrspannungswerten bereits nach oben in Richtung höherer Stromwerte abknickte.During the production of such semiconductor components, it was found that these after their normal final production but now and then in their Behavior towards the desired and invoiced course of their blocking voltage characteristic unwanted deviations exhibited by this characteristic curve at relatively low and in particular, undesirably low reverse voltage values are already up in Kinked in the direction of higher current values.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß sich an sich fertige Siliziumelemente gegenüber einem solchen mangelhaften Sperrstromverhalten durchaus verbessern lassen, indem diese Halbleiterelemente noch einem Behandlungsprozeß unterworfen werden, durch den es dann tatsächlich gelingt, die Kennlinie aus ihrem vorherigen unerwünschten Verlauf in einen solchen entsprechenden erwünschten Verlaufs überzuführen.The invention is based on the knowledge that in itself finished silicon elements against such a deficient reverse current behavior can be improved by adding these semiconductor elements to a treatment process be subjected, through which it then actually succeeds, the characteristic from their previous undesired course into such a corresponding desired course convict.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren zur Nachbehandlung von Siliziumgleichrichterelementen erfindungsgemäß die Lackschicht an den Gleichrichterelementen abgelöst, dann werden die Gleichrichterelemente nachgeätzt, und nunmehr wird eine neue gleichartige Lackschutzschicht auf sie aufgebracht.To solve this problem, the method mentioned at the beginning for the aftertreatment of silicon rectifier elements according to the invention the lacquer layer detached at the rectifier elements, then the rectifier elements are etched again, and now a new similar paint protection layer is applied to them.

Die Entfernung der ersten elektropositiv auf den Halbleiterkörper wirkenden Lackschicht kann durch ein geeignetes Lösungsmittel, insbesondere durch ein organisches Lösungsmittel, wie z. B. Toluol oder Tetrahydrofuran, erfolgen, der zweckmäßig eine mechanische Nachbehandlung der Oberflächenteile des Halbleiterkörpers folgen kann. Die Gleichrichterelemente können hierfür z. B. für eine Zeitdauer von einigen Stunden in ein Bad aus Toluol gebracht werden und alsdann von etwaigen noch an der Oberfläche anhaftenden Lackteilen, z. B. durch einen Bürstvorgang befreit werden. Das Nachätzen der von der auf den Halbleiterkörper elektropositiv wirkenden Lackschicht befreiten Halbleiterelemente kann mittels einer der in der Halbleitertechnik bekannten Ätzmittellösungen, z. B. einer Mischung aus Salpetersäure und Flußsäure, während einer Zeitdauer von etwa 5 bis 10 Sekunden durchgeführt werden.The removal of the first electropositive on the semiconductor body acting lacquer layer can by a suitable solvent, in particular by an organic solvent such as. B. toluene or tetrahydrofuran, take place, the expedient mechanical aftertreatment of the surface parts of the semiconductor body can follow. The rectifier elements can for this purpose. B. for a period of be placed in a bath of toluene for a few hours and then of any paint adhering to the surface, e.g. B. freed by a brushing process will. The re-etching of the electropositive acting on the semiconductor body Semiconductor elements from the layer of lacquer can be removed by means of one of the methods used in semiconductor technology known etchant solutions, e.g. B. a mixture of nitric acid and hydrofluoric acid, for a period of about 5 to 10 seconds.

Die nach der Ätzbehandlung aufgebrachte neue, gleichartige Lackschicht von elektropositivem Verhalten in bezug auf die Halbleiteroberfläche -wird zweckmäßig durch Temperaturbehandlungsprozeß -in einen bestimmten erwünschten Endzustand übergeführt. Ein Temperaturbehandlungsprozeß kann auch für die erste auf den pn-Übergang aufgebrachte Lackschicht zweckmäßig sein, damit in rationeller Weise der erwünschte vorbestimmte Zustand der Lackschicht erreicht wird. Ein solcher Temperaturbehandlungsprozeß kann z. B. während einer Zeitdauer von 12 Stunden oder länger bei einer Temperatur zwischen 150 und 320° C durchgeführt werden, vorzugsweise bei etwa 200° C, während etwa 16 Stunden.The new, similar lacquer layer applied after the etching treatment electropositive behavior in relation to the semiconductor surface becomes useful -transferred to a certain desired final state by temperature treatment process. A temperature treatment process can also be applied to the first on the pn junction Lacquer layer be useful, so that the desired predetermined in a rational manner State of the paint layer is achieved. Such a temperature treatment process can z. B. for a period of 12 hours or more at a temperature between 150 and 320 ° C are carried out, preferably at about 200 ° C, during about 16 Hours.

So wiesen Siliziumgleichrichterelemente normalen Verhaltens bei 1000 Volt Sperrspannung Sperrströme kleiner als 100 Mikroampere auf. Zeigten nun fertige Gleichrichterelemente ein schlechteres Sperrstromverhalten, indem sie z. B. bei 1000 Volt Sperrspannung mehr als 1000 Mikroampere Sperrstrom führten, so gelang es durch eine Nachbehandlung, wie sie nach der Erfindung vorgeschlagen wird, diesen Gleichrichterelementen dann ebenfalls ein im obigen Sinn normales Sperrstromverhalten mit einem Sperrstrom kleiner als 100 Mikroampere, ja sogar herab bis etwa 30 Mikroampere bei 1000 Volt Sperrspannung zu geben. Es war bekannt, auf die Oberflächen von Halbleiterelementen, wie z. B. Gleichrichtern oder Transistoren, nach einer vorgegebenen chemischen oder elektrochemischen Ätz- und/oder Polierbehandlung an der Übergangszone zwischen Zonen unterschiedlicher Dotierung des Halbleiterkörpers, Abspülung der Restprodukte von der Ätzbehandlung sowie einer Trocknung der Oberfläche mittels Heißluft oder Infrarotbestrahlung diese Oberfläche mit einer Schutzschicht durch Aufbringen eines Lackes oder durch Aufdampfen von Quarz zu versehen. Es wurde auch als mögliche bekannte Lösung erkannt, daß es nicht notwendig ist, das chemische oder elektrochemische Behandlungsmaterial vor dem Aufbringen der Schutzschicht zu entfernen, wenn das Schutzüberzugsmaterial in so heißem Zustand aufgetragen wird, daß dabei mindestens eine teilweise Verdampfung des chemischen Behandlungsmittels erfolgt. Es war dabei auch daran gedacht, als Dipole wirkende Substanzen, insbesondere Moleküle mit polaren Endgruppen zu benutzen zur Polarisierung der Oberflächenatome oder Moleküle des Halbleiters und/oder zum vollständigen oder teilweisen Eingehen chemischer Verbindungen mit ihnen. Auch der Einbau eines Zusatzstoffes wurde in Betracht gezogen zur Verbesserung der Halbleitereigenschaften der Halbleiteroberfläche, insbesondere für deren Oxydation und/oder zur Veränderung der mechanischen und/oder isolierenden Eigenschaften und/oder für eine konservierende, insbesondere auch polymerisierende oder mindestens auch teilweise weichmachende Wirkung.Silicon rectifier elements showed normal behavior at 1000 Volts reverse voltage reverse currents less than 100 microamps. Showed now finished Rectifier elements have a worse reverse current behavior by z. B. at 1000 volts reverse voltage led more than 1000 microampere reverse current, so succeeded it by an after-treatment, as proposed according to the invention, this Rectifier elements then likewise have a reverse current behavior that is normal in the above sense with a reverse current of less than 100 microamps, even down to about 30 microamps to give at 1000 volts reverse voltage. It was known on the surfaces of semiconductor elements such. B. rectifiers or transistors, after a specified chemical or electrochemical etching and / or polishing treatment the transition zone between zones of different doping of the semiconductor body, Rinsing off the residual products from the etching treatment and drying the surface this surface is covered with a protective layer by means of hot air or infrared radiation to be provided by applying a varnish or by vapor deposition of quartz. It was also recognized as a possible known solution that it is not necessary to use the chemical or electrochemical treatment material prior to the application of the protective layer remove if the protective coating material is applied in such a hot state that there is at least a partial evaporation of the chemical treatment agent he follows. It was also thought of as dipoles acting substances, in particular To use molecules with polar end groups to polarize the surface atoms or molecules of the semiconductor and / or to completely or partially enter chemical compounds with them. The incorporation of an additive was also included in Considered to improve the semiconductor properties of the semiconductor surface, especially for their oxidation and / or to change the mechanical and / or insulating properties and / or for a preservative, in particular also polymerizing or at least partially softening effect.

Hierbei lag aber keine Halbleiteranordnung vor im Sinne der nach der vorliegenden Erfindung zu verbessernden, und es lag auch keine Erkenntnis für eine mögliche Nachbehandlung von fertigen Halbleiterbauelementen vor, um sie in ihrem elektrischen Güteverhalten sinngemäß verbessern zu können.In this case, however, there was no semiconductor arrangement in the sense of the To improve the present invention, and there was also no knowledge for a possible post-treatment of finished semiconductor components in order to put them in their to be able to improve electrical quality behavior accordingly.

Es war ferner bekannt, Siliziumhalbleiterkörperoberflächen im Sinne einer Stabilisierung zu verbessern, indem auf diese eine Oxydschicht aus Siliziumdioxyd durch einen thermischen Aufwachsprozeß aufgebracht wird.It was also known, silicon semiconductor body surfaces in the sense to improve stabilization by adding an oxide layer of silicon dioxide to it is applied by a thermal growth process.

Claims

Claims: 1. Method for the aftertreatment of silicon rectifier elements, those at their pn junction with a protective coating layer made of a lacquer with a after the lacquer has been applied to the adjacent surface zone of the semiconductor body electropositive additives have been provided, thereby g e k e n n -z e i c h e t that the lacquer layer on the rectifier elements is peeled off, then the rectifier elements are etched and now a new, similar one Paint protection layer is applied to them: 2. The method according to claim 1, characterized characterized in that the etching treatment by means of an etchant solution of nitric acid and hydrofluoric acid, optionally with the addition of glacial acetic acid, for a period of time from about 5 to 10 seconds. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the paint protective layer applied to the pn junction with the addition of a temperature treatment between 150 and 320 ° C for a period of 12 hours or longer, preferably at about 200 ° C for about 16 hours. 4. The method according to claim 1, characterized in that the paint protective layer by means of an organic solvent Will get removed. 5. The method according to claim 4, characterized in that as organic Solvent toluene or tetrahydrofuran is used. 6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the rectifier elements after a treatment in a solvent from the still adhering paint residue by a mechanical one Process such as B. brushing to be exempted. 7. The method according to claim 1 or one the following, characterized in that as an electropositive additive Alizarin is used in the varnish. B. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that the applied new, similar paint protection layer converted into a desired final state by a temperature treatment process will. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1043 517; "Bell System Technical Journal", Vol. 38 (1959), Issue 3, pp. 749-783.