DE1119625B

DE1119625B - Verfahren zum AEtzen der Oberflaeche eines Halbleiterkoerpers

Info

Publication number: DE1119625B
Application number: DET14042A
Authority: DE
Inventors: Akio Amaya; Mikio Yamamoto
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1956-08-25
Filing date: 1957-08-24
Publication date: 1961-12-14
Also published as: GB822251A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ätzen der Oberfläche eines Halbleiterkörpers einer Halbleiteranordnung mit einem neuen Ätzmittel.

Bisher wurden elektrochemische oder rein chemische Verfahren zum Ätzen der Oberfläche von Halbleiterkörpern, ζ. B. von Germaniumkristallen, angewandt. Die selbsttätige Durchführung dieser Verfahren hat jedoch die folgenden Nachteile: Die bekannten rein chemischen Verfahren arbeiten mit Ätzmitteln, die Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure oder ähnlich stark korrodierende Stoffe enthalten und daher einerseits das Bedienungspersonal gefährden, andererseits auch andere Metallteile der Halbleiteranordnung angreifen, auf die keine ätzende Wirkung ausgeübt werden soll. Zur Vermeidung dieses Nachteils war es bisher üblich, die Halbleiteranordnung an den Stellen, die nicht angeätzt werden sollen, durch Auftragen von Wachs zu schützen oder einen feinen Strom des korrodierenden Ätzmittels nur auf die zu ätzenden Flächen zu gießen. Diese Maßnahmen sind jedoch für die Massenherstellung zu umständlich. Bei der Anwendung eines elektrochemischen Verfahrens besteht zwar nicht die Gefahr der Anätzung unerwünschter Stellen, jedoch ist eine gleichmäßige Ätzung nur der zu ätzenden Flächen hierbei in Anbetracht der ungleichmäßigen Stromverteilung bei Anordnungen von komplizierter geometrischer Form oder von größeren Abmessungen schwierig. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist man dazu übergegangen, Kathoden von besonderer Form zu verwenden, jedoch sind auch hier wieder umständliche Manipulationen erforderlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet diese Nachteile, indem es zum erstenmal die Möglichkeit an die Hand gibt, mit Hilfe eines rein chemischen Ätzverfahrens nur die Halbleiterfiächen einer Halbleiteranordnung anzuätzen, auch wenn die Anordnung noch andere Metalle, wie Kupfer, Blei usw., enthält, die ebenfalls in die Ätzlösung eingetaucht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ätzen der Oberfläche eines Halbleiterkörpers, beispielsweise aus Germanium, einer Halbleitervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu ätzende Oberfläche mit einer aus Wasserstoffperoxyd, Ätzalkali und einem Komplexbildungsmittel bestehenden Ätzlösung behandelt wird.

Es ist zwar bereits bekannt, Halbleiterkörper aus Germanium mit einem Gemisch von Wasserstoffperoxyd und Ätznatron zu ätzen. Diese bekannte Ätzflüssigkeit enthielt jedoch kein Komplexbildungsmittel und eignete sich infolgedessen nicht zur Behandlung

Verfahren zum Ätzen der Oberfläche
eines Halbleiterkörpers

Anmelder:

Sony Kabushiki Kaisha,
Shinagawa, Tokio (Japan)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 4

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 25. August 1956 (Nr. 22 027)

Mikio Yamamoto und Akio Amaya, Tokio,
sind als Erfinder genannt worden

ganzer Halbleiteranordnungen, die außer Germanium noch andere Metallteile, ζ. B. aus Kupfer, Blei usw., enthalten. Wenn die Ätzflüssigkeit nämlich kein Komplexbildungsmittel enthält, so scheiden sich in diesen Fällen geringe Mengen von Fremdmetall, wie Kupfer, die durch die Ätzflüssigkeit gelöst werden, in Form einer schwerlöslichen Verbindung, z. B. des Hydroxyds, auf der Halbleiteroberfläche ab und beeinträchtigen die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters erheblich. Dies wird durch den Zusatz des Komplexbildungsmittels vollständig verhindert. Außerdem verhindert das Komplexbildungsmittel auch die Zersetzung des Wasserstoffperoxyds durch die katalytische Einwirkung von SchwermetalHonen, wie z. B. Kupferionen, weil es diese Ionen in komplexe Ionen überfuhrt. Die Erfindung eignet sich daher vorzüglich zur Massenproduktion von Halbleiteranordnungen, weil sie ermöglicht, die ganze Anordnung ungeachtet ihrer sonstigen Metallbestandteile in das Ätzbad einzutauchen.

Als Komplexbildungsmittel kommen erfindungsgemäß z. B. Kaliumcyanid, Natriumcyanid, Äthylendiamintetraessigsäure, Polyphosphorsäuren od. dgl. in Betracht.

Vorzugsweise wird die Ätzlösung durch Mischen von 0,01 bis 20% Ätzalkali, wie Ätznatron, Ätzkali od. dgl., 0,1 bis 30°/» Wasserstoffperoxyd und 0,01

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Claims

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bis 10% des Komplexbildungsmittels hergestellt. Der Sperrstrom jedes von zweiundvierzig Stücken

Innerhalb dieser allgemeinen Grenzen hat sich im unter fünfzig Prüfstücken beträgt 5 μΑιηρ bei 25 V.

Interesse des leichten Waschens nach dem Ätzen, der Diese Ergebnisse sind die gleichen wie die bei dem

Ätzgeschwindigkeit, der Haltbarkeit der Lösung, der üblichen elektrolytischen Polieren erzielten.

Sicherheit und der Ungiftigkeit des Ätzmittels sowie 5 (c) Der Fall des Leistungstransistors:

aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten der folgende In der üblichen Weise hergestellte legierte npn-

Bereich als am günstigsten erwiesen: Germanium-Leistungstransistoren mit einem Kollek-

Wasserstoffperoxyd 0,5 bis 20% tordurchrnesser von 2 bis 2,2 mm und einem spezifi-

x+™ii™i; ^{r J} _n *- !_· _<ϋ/ scnem Widerstand von 2 bis 4 Ohm werden 1 Stunde

Äthylendiamintetra- ¹⁰ . ^{35 C unter Runren} ^m ™^{e oben} beschriebene

essigsäure 0 01 bis 0 5% Ätzlösung getaucht, um die Oberfläche des HaIb-

^s ' ' letters zu ätzen, worauf die Transistoren mit Wasser

Das Ätzen wird erfindungsgemäß vorzugsweise bei gewaschen werden. Der Sperrstrom jedes von sieben

einer Temperatur zwischen 15 und 50⁰C durchge- Stücken unter zehn Prüfstücken beträgt unter

führt. 15 20 μΑηιρ bei 25 V.

Die nachfolgende Beschreibung ist auf einen Ger- (d) Eine Verringerung der Konzentration des Ätz-

maniumkristall abgestellt. Das Wasserstoffperoxyd mittels infolge Zersetzung des Wasserstoffperoxyds tritt

oxydiert das Germanium zu Germaniumoxyd, das Ätz- nicht einmal nach 50stündigem Stehen bei 45° C auf.

alkali löst das Germaniumoxyd zu Alkaligermanat, (e) Beim Ätzen eines Einkristall-Germaniumhalb-

und das Komplexbildungsmittel verhindert einerseits 20 leiterkörpers vom p-Typ in der Ätzlösung bei 35° C

die Zersetzung des Wasserstoffperoxyds durch die unter ständigem Rühren beträgt die Ätzgeschwindig-

katalytische Wirkung von Schwermetallionen und an- keit auf einer (lll)-Oberfläche des Kristalls etwa

dererseits die Ablagerung von Metall auf der Ger- 0,6 μ/min.

maniumoberfläche, die eine Verschlechterung der (f) Beim Ätzen einer aus einem Halbleiter und

elektrischen Eigenschaften des Halbleiters verursachen 25 Kupferdrähten bestehenden elektrischen Vorrichtung

würde. durch das Ätzmittel gemäß der Erfindung haben die

Für den Bau von Halbleiteranordnungen werden Kupferdrähte keine ungünstigen Wirkungen auf die

in der Hauptsache Nickel, Kobalt, Blei, Zinn, Kupfer Vorrichtung.

u. dgl. verwendet. Diese Metalle sind gegen schwach Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Ätzalkalische Flüssigkeiten sehr widerstandsfähig und 30 mittels treten keine Gefahren für das Bedienungswerden durch sie selbst bei längerem Eintauchen nur personal auf, und der Prozeß geht in sehr gleichgeringfügig oder spurenweise angegriffen. mäßiger Weise vor sich, ohne das die anderen Metalle . angegriffen werden, so daß die Handhabung und der Beispiele Ätzvorgang sehr einfach sind. Ferner wird die Ober-Das Verfahren wird unter Verwendung eines Ätz- 35 fläche des geätzten Halbleiters nicht zerstört, selbst mittels von der folgenden Zusammensetzung durchge- wenn andere Metalle zusammen mit dem Halbleiter führt: vorhanden sind.

50/0 -⁰^ Erfindung ist außerdem zur Behandlung von

Jj 0 1 % Halbleitervorrichtungen verschiedener Arten, bei-

Ätylendiammtetraessigsäure'.'.'.''.'.'.'. 0,'l %° «⁰ vom gezogenen Typ und solche komplizierter Kon-

jj Q j^_est spielsweise vom pnp-Typ, vom legierten npn-Typ,

² struktion, geeignet.

Es werden folgende Ergebnisse erzielt:

(a) p-Germanium von 3 Ohm/cm wird nach dem PATENTANSPRÜCHE:

Läppen seiner Oberfläche mit Schmirgel von der 45 1. Verfahren zum Ätzen der Oberfläche eines Feinheit 304 30 Minuten bei 35° C in die obige Ätz- Halbleiterkörpers, beispielsweise aus Germanium, lösung getaucht, wobei die Lösung zur Ätzung der dadurch gekennzeichnet, daß die zu ätzende Oberfläche des Germaniums in Bewegung gehalten Oberfläche mit einer aus Wasserstoffperoxyd, wird. Dann wird das Germanium mit Wasser ge- Ätzalkali und einem Komplexbildungsmittel bewaschen. Die Oberflächenrekombinationsgeschwindig- 50 stehenden Ätzlösung behandelt wird,
keit des Elektrons der behandelten Oberfläche beträgt 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geetwa 250 bis 350 cm/s und ist sehr stabil. Bei einer kennzeichnet, daß die Ätzlösung durch Mischen n-Germaniumoberfläche wird annähernd das gleiche von 0,01 bis 20% Ätzalkali, wie Ätznatron, Ätz-Ergebnis erzielt. kali od. dgl., 0,1 bis 30% Wasserstoffperoxyd Dagegen beträgt die Rekombinationsgeschwindig- 55 und 0,01 bis 10% eines Komplexbildungsmittels, keit, wenn die gleiche Oberfläche mit einer Lösung wie Kaliumcyanid, Natriumcyanid, Äthylenvon Brom in einem Gemisch von Salpetersäure, Essig- diamintetraessigsäure, Polyphosphorsäure od. dgl., säure und Fluorwasserstoffsäure geätzt wird, etwa hergestellt wird.
200 bis 250 cm/s. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch

(b) In der üblichen Weise hergestellte legierte npn- 60 gekennzeichnet, daß das Ätzen bei einer Tempe-Germaniumtransistoren mit einem Kollektordurch- ratur zwischen 15 und 50⁰C durchgeführt wird, messer von 1 bis 1,2 mm und einem spezifischen

Widerstand des Basismaterials jedes der Transistoren In Betracht gezogene Druckschriften:

von 2 bis 4 Ohm werden 30 Minuten bei 35° C unter Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 000 533;

Rühren in die oben beschriebene Ätzlösung getaucht, 65 deutsche Patentanmeldung W 2733 VIII c/21 g (be-

um die Oberfläche des Halbleiters zu ätzen, worauf kanntgemacht am 11.12.1952);

die Transistoren gründlich mit Wasser gewaschen »Journal of applied physics«, 25 (1954), Nr. 5,

werden. Die Ergebnisse sind die folgenden: S. 634 bis 641.

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