DE1258235B - Verfahren zur Herstellung einer, die Sperrspannungsfestigkeit erhoehenden Randzonenprofilierung von Siliziumscheiben - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C23f

Deutsche Kl.: 48 dl -1/00

Nummer: 1 258 235

Aktenzeichen: L 49647 VI b/48 dl

Anmeldetag: 4. Januar 1965

Auslegetag: 4. Januar 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer, die Sperrspannungsfestigkeit erhöhenden Randzonenprofilierung an den schrägen Schnitt- und Schliffflächen von dotierten und mit Au-Ni-Schichten versehenen, vorzugsweise quadratischen Siliziumscheiben für die Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Ätzbehandlung.

Bei diffundierten Gleichrichtern beträgt der Abstand zwischen den beiden Flächen, zwischen denen sich die Sperrspannung aufbaut, nur etwa 0,1 bis 0,2 mm. Da die auftretenden Sperrspannungen 2000 V erreichen können, treten an den Randzonen eines solchen Gleichrichters hohe Feldstärken auf, die durch Überschlag leicht zur Zerstörung führen. Es ist bekannt, zur Verkleinerung der Randfeldstärke die Randzone der Halbleiterscheibe derart schräg anzuschleifen, daß ein Winkel mit einer Neigung von der einen Fläche zur anderen von etwa 6 bis 60° entsteht. Dabei muß, wenn das Grundmaterial aus η-Silizium besteht, die p-dotierte Fläche die größere sein.

Gleichrichter mit schrägen Randflächen zeigen ein stabileres Verhalten in bezug auf die Spannungsfestigkeit als Gleichrichter mit senkrechtem Schnitt oder Gleichrichter mit einem Schrägschliff, bei dem die Neigung des Winkels von der η-Zone zur p-Zone verläuft, also die Fläche der p-dotierten Zone kleiner ist. Halbleiterscheiben von dem dargestellten Aufbau lassen sich bei einer gewissen Mindestgröße mit Schleifmaschinen, wie sie in der optischen Industrie Verwendung finden, mit gutem Erfolg herstellen. Mit abnehmender Größe der Halbleiterscheiben wird jedoch das Größenverhältnis der n+-Fläche zur ρ+-Fläche immer ungünstiger. Bei einem Halbleiterelement von 2 mm Kantenlänge wird beispielsweise bei einer Anphasung im Winkel von 45° die n+- Fläche nur noch halb so groß sein wie die ρ+-Fläche. Bei einem Anphasungswinkel von etwa 60° ist das Flächenverhältnis schon wesentlich günstiger. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, trotz der größeren Randfeldstärke bei einem relativ großen Anphasungswinkel von etwa 60° eine hohe Sperrspannungsfestigkeit zu erzielen und die Ätzung in entsprechender Weise durchzuführen.

Nach bekannten Verfahren können dünne Schichten eines Halbleiterkörpers an der Oberfläche dadurch abgetragen werden, daß eine chemische Ätzung vorgenommen wird. Als Ätzmittel dienen üblicherweise Säuren, wie Salpetersäure, Flußsäure, Essigsäure, Phosphorsäure oder deren Gemische, gegebenenfalls unter Zusatz von Brom. Die Anwendung derartiger Ätzlösungen bringt jedoch den Nachteil Verfahren zur Herstellung einer, die
Sperrspannungsfestigkeit erhöhenden
Randzonenprofilierung von Siliziumscheiben

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
6000 Frankfurt, Theodor-Stem-Kai 1

Als Erfinder benannt:
Richard Magner, 4785 Belecke

mit sich, daß die p-Zone stärker angegriffen wird als die η-Zone, was nicht erwünscht ist.

Diese Nachteile können aber behoben werden, wenn gemäß der Erfindung diese Flächen zunächst in einer alkalischen Lösung aus Kalilauge und Kaliumcarbonat und dann in einer sauren Lösung aus einem Salpetersäure-Flußsäure-Gemisch geätzt und schließlich kurzzeitig in Ammoniaklösung erwärmt werden.

Die alkalische Lösung trägt von der η-Zone eine dickere Schicht ab, greift dagegen die p-Zone nur wenig an. Durch die nachfolgende Ätzung mit Säure mit stärkerem Angriff der p-Zone kann insgesamt die Ätzung so gesteuert werden, daß die gewünschte Form der Halbleiterscheibe erhalten wird.

Das Verfahren wird an Hand einer im Querschnitt dargestellten Halbleiterscheibe aus Silizium näher erläutert. Die einzelnen Zonen in dem Halbleiterkörper sind durch verschiedenartige Schraffur kenntlich gemacht.

Voraussetzung für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine gute, homogen haftende Metallisierung an den diffundierten Siliziumscheiben. Hierfür wird ein bereits vorgeschlagenes stromloses Vernickelungsverfahren angewendet, das auf der Reduktion von Nickelchlorid durch Natriumhypophosphit in Puffersalzlösung beruht. Man kann durch geeignete Maßnahmen eine sehr gute Abscheidung von Nickel erhalten, das nach einem bei 750 bis 800° C stattfindenden Sinterprozeß mit dem Silizium eine feste Bindung eingeht. Auf dieser ersten Nickelschicht wird galvanisch eine etwa 2 μ starke Goldschicht abgeschieden, die im Wasserstoffstrom bei etwa 500° C aufgeschmolzen wird. Es folgt dann eine zweite, ebenfalls stromlos abgeschiedene Nickelschicht und eine zweite, etwas stärkere Goldschicht von etwa 3 bis 4 μ, die der Metallauflage dann die

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erforderliche Stabilität beim späteren Anlöten der Elektroden gibt.

Die in dieser Weise vorbereiteten diffundierten Siliziumscheiben werden entweder mit einem Gatter mit Schleifpaste oder mit Diamantsägen so in kleine Quadrate von beispielsweise 2 mm Kantenlänge, zerteilt, daß die Schnittflächen einen Winkel von 60^c zur Grundfläche einnehmen. Die Zeichnung zeigt eine zerteilte Siliziumscheibe, deren seitliche Begrenzung vor dem Ätzen durch die unterbrochenen Linien angedeutet wird. Es ist wichtig, daß der Schliff mit einem sehr feinkörnigen Material erfolgt, vorzugsweise mit einer Schleifpaste mit der Körnung 1000, damit bei dem entscheidenden Ätzvorgang nicht mehr viel Silizium abgetragen werden muß. Bei dem ersten Ätzschritt in einer alkalischen Lösung aus Kalilauge und Kaliumkarbonat, die vorzugsweise aus 3 Teilen 2- bis 10%iger wäßriger Kalilauge und 10 Teilen Kaliumkarbonat besteht, wird der p-dotierte Teil der Randzone nur wenig angegriffen, während ao von der η-Zone eine dickere Schicht abgetragen wird. Die seitliche Begrenzung ist jetzt durch die ausgezogenen -Linien gegeben. Der erste Ätzschritt dauert etwa 2 Minuten. Der zweite Ätzschritt mit einem Salpetersäure-Flußsäure-Gemisch hat einmal den Zweck, die Schnittfläche nach dem alkalischen Ätzen zu glätten. Ferner wird durch das Säuregemisch der Rand der p-Zone stärker angegriffen, wodurch sich eine den strichpunktierten Linien entsprechende konkave Oberfläche ergibt. Darüber hinaus sollen durch die Säure die Rückstände der alkalischen Ätzung beseitigt werden. Durch den dritten Abschnitt des Ätzverfahrens, der in einer Erwärmung der Halbleiterscheibchen in Ammoniak bis zu etwa 40° C besteht, wird die Sperrkennlinie erheblich stabilisiert.

Im Anschluß an die Erwärmung in Ammoniak werden die Halbleiterscheibchen bei etwa 180 bis 250° C bis zu mehreren Stunden lang in Luft oder reinem Stickstoff getrocknet.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer die Sperrspannungsfestigkeit erhöhenden Randzonenprofilierung an den schrägen Schnitt- und Schliffflächen von dotierten und mit Au-Ni-Schichten versehenen, vorzugsweise quadratischen Siliziumscheiben für die Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Ätzbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß diese Flächen zunächst in einer alkalischen Lösung aus Kalilauge und Kaliumcarbonat und dann in einer sauren Lösung aus einem Salpetersäure-Flußsäure-Gemisch geätzt und schließlich kurzzeitig in Ammoniaklösung erwärmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine alkalische Lösung aus 3 Teilen 2- bis 10%iger wäßriger Kalilauge und 10 Teilen Kaliumkarbonat verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibchen nach der Erwärmung in Ammoniak bei 180 bis 250° C bis zu mehreren Stunden lang in Luft oder Stickstoff getrocknet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 040 135.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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