DE1193335B - Method for shaping and / or separating processing of photoelectrically active semiconductor crystals - Google Patents
Method for shaping and / or separating processing of photoelectrically active semiconductor crystalsInfo
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Description
Verfahren zum formgebenden und/oder trennenden Bearbeiten von fotoelektrisch wirksamen Halbleiterkristallen Es ist bekannt, Halbleiteroberflächen durch chemische und/oder elektrolytische Mittel zu bearbeiten, insbesondere zu polieren, rauh zu ätzen oder eine bestimmte optimale Oberflächenglätte herzustellen. Es ist auch bereits bekannt, durch die Einwirkung chemischer Ätzmittel oder elektrolytisch die Oberfläche von Werkstoffen, vorzugsweise Metallen oder Halbleitern abzutragen, um hierdurch bestimmte dünne Materialstärken zu erzielen, wie sie beispielsweise zur Herstellung von Legierungs- bzw. Diffusionstransistoren erforderlich sind. Es ist auch bekannt, daß sich durch eine derartige Abtragung der Oberfläche Durchbrüche bzw. Löcher in derartigen Werkstoffen herstellen lassen. Man hat auch bereits versucht, mit derartigen Bearbeitungsmitteln die Abtragung an der Oberfläche auf bestimmte Oberflächenteile zu beschränken, indem man die übrigen nicht anzugreifenden Oberflächenteile mit einem chemisch bzw. elektrochemisch nicht angreifenden Stoff, beispielsweise Wachs, Lack od. dgl., abdeckt. Durch das Abdecken wird jedoch erstens ein besonderer Arbeitsgang bei der Fertigung verursacht, der nach Fertigstellung der Ätzung noch einen weiteren Reinigungsarbeitsgang zur Entfernung der Abdeckschichten bedingt. Außerdem war es nicht möglich, durch die Abdeckung in beliebigen Schichtdicken eine scharfe Ätzfigur zu erzeugen.Method for shaping and / or separating processing of photoelectrically effective semiconductor crystals It is known that semiconductor surfaces by chemical and / or to process electrolytic means, in particular to polish, rough too etching or to produce a certain optimal surface smoothness. It is already known by the action of chemical etchants or electrolytically the surface of materials, preferably metals or semiconductors, in order to thereby to achieve certain thin material thicknesses, such as those used in manufacture of alloy or diffusion transistors are required. It is also known that through such a removal of the surface breakthroughs or holes in can produce such materials. Attempts have already been made with such Processing means remove the surface onto certain parts of the surface to limit by keeping the remaining parts of the surface that are not to be attacked a chemically or electrochemically non-aggressive substance, for example wax, Paint or the like., Covers. However, firstly, covering becomes a special operation caused during production, which after the completion of the etching still causes another Cleaning operation to remove the cover layers conditional. Besides, it was not possible, a sharp etched figure due to the cover in any layer thickness to create.
Eine andere bekannte und bisher sehr gebräuchliche Möglichkeit zur formgebenden Bearbeitung bzw. zum Zersägen von Halbleiterwerkstoffen bestand in einem mechanischen Zersägen mittels einer Diamantstaubsäge oder mittels eines Fadens. Dieses Verfahren war aber sehr zeitraubend.Another well-known and so far very common way to Shaping processing or sawing of semiconductor materials consisted in mechanical sawing using a diamond dust saw or using a thread. However, this procedure was very time consuming.
Weiter ist bekannt, insbesondere metallische Flächen mittels eines oder mehrerer Elektronenstrahlen aufzurauhen; die Elektronenstrahlen werden dabei durch in ihren optischen Daten veränderbare elektronenoptische Abbildungsmittel über die aufzurauhende Fläche geführt.It is also known, in particular metallic surfaces by means of a or to roughen a plurality of electron beams; the electron beams are doing this by means of electron-optical imaging means that can be changed in their optical data guided over the surface to be roughened.
Außerdem ist ein Verfahren bekannt, bei dem in ein als Anode geschaltetes Germaniumscheibchen elektrolytisch von beiden Seiten mit zwei Flüssigkeitsstrahlen zwei Gruben eingeätzt werden. Dabei ist anzunehmen, daß das Verfahren bei Tageslicht durchgeführt wird. Um eine fotoelektrisch wirksame Bestrahlung während des Ätzvorganges jedoch handelt es sich beim Bekannten nicht. Außerdem wird - wenn überhaupt - die ganze Germaniumscheibe gleichmäßig dem Tageslicht ausgesetzt. Dadurch, daß die Ätzung mittels eines Flüssigkeitsstrahles vorgenommen wird, werden die Ätzgruben relativ groß ausgebildet; außerdem sind die Ränder der Gruben unscharf. Das Ätzmittel läuft darüber hinaus an der Germaniumscheibe herab, so daß über die ganze Scheibe ein unerwünschtes Abtragen erfolgt. Zum trennenden Bearbeiten von Halbleiterkristallen ist dieses Verfahren völlig ungeeignet, da die wegen der großen Dicke des Füssigkeitsstrahles auftretenden Materialverluste untragbar sind. Insbesondere wegen der fortschreitenden Miniaturisierung der Halbleiterbauelemente kommt dieses Verfahren zum formgebenden Ätzen und/oder trennenden Bearbeiten von Halbleiterkristallen nicht in Frage.In addition, a method is known in which a connected as an anode Germanium disks electrolytically from both sides with two jets of liquid two pits are etched. It can be assumed that the procedure will take place in daylight is carried out. About a photoelectrically effective irradiation during the etching process however, it is not the case with the known. In addition, if at all, the whole germanium slice evenly exposed to daylight. By the fact that the etching is made by means of a liquid jet, the etch pits are relative tall; in addition, the edges of the pits are blurred. The etchant is running in addition, down on the germanium disk, so that one over the entire disk unwanted erosion occurs. For the separating processing of semiconductor crystals This method is completely unsuitable because of the great thickness of the liquid jet occurring material losses are intolerable. Especially because of the progressive Miniaturization of the semiconductor components comes this process to the shaping Etching and / or separating processing of semiconductor crystals are out of the question.
Die Erfindung besteht in einem neuartigen Verfahren zum formgebenden und/oder trennenden Bearbeiten von fotoelektrisch wirksamen Halbleiterkristallen, insbesondere Germanium, Silicium oder Verbindungen von Elementen der III. und V., IL und VI. oder I. und VII. Gruppe des Periodischen Systems mittels chemischer und/oder elektrochemischer Ätzung, dessen wesentliches Merkmal darin besteht, daß die Oberfläche des zu bearbeitenden Halbleiterkristalls während der chemischen und/oder elektrochemischen Ätzung gleichzeitig einer fotoelektrisch wirksamen Bestrahlung mittels elektromagnetischer, vorzugsweise optischer Wellen ausgesetzt wird und die Strahlung auf gewünschte Oberflächenteile weniger intensiv und/oder kürzere Zeit als auf andere, gegebenenfalls als auf die übrigen Oberflächenteile, einwirkt.The invention consists in a novel method for shaping and / or separating processing of photoelectrically effective semiconductor crystals, in particular germanium, silicon or compounds of elements of III. and V., IL and VI. or I. and VII. Group of the Periodic Table by means of chemical and / or electrochemical etching, the main characteristic of which is that the surface of the semiconductor crystal to be processed during the chemical and / or electrochemical Etching at the same time as a photoelectrically effective irradiation by means of electromagnetic, is preferably exposed to optical waves and the radiation on desired surface parts less intense and / or shorter time than on others, possibly than on the other surface parts.
Im Prinzip läßt sich das Verfahren gemäß der Erfindung bei allen Halbleiterkristallen anwenden, sofern sie keinen zu hohen Gehalt an Fremdstoffen besitzen, es ist hierfür lediglich das Vorhandensein des die Halbleiterkristalle charakterisierenden verbotenen Bandes im Bändermodell der Kristalle erforderlich. Wenn bei dem einen oder anderen Halbleiter der Nachweis der fotoelektrischen Reaktion noch nicht erbracht ist, so liegt es lediglich daran, daß an diesem technisch vielleicht uninteressanten Halbleiter noch keine Untersuchungen bei genügend hohem Reinheitsgrad durchgeführt worden sind. Außer auf die bereits erwähnten Stoffe läßt sich das Verfahren gemäß der Erfindung also auch z. B. für Chalkogenide anwenden. Unter Chalkogeniden werden bekanntlich Verbindungen der Chalkogene (Sauerstoff, Stickstoff, Selen, Tellur) mit elektropositiven Stoffen verstanden.In principle, the method according to the invention can be used with all semiconductor crystals use, provided they do not have too high a content of foreign substances, it is for this only the presence of the forbidden characterizing the semiconductor crystals Ribbon required in ribbon model of the crystals. If with one or the other semiconductor proof of the photoelectric reaction is not yet available is provided, it is only because this is perhaps technically uninteresting Semiconductors have not yet been investigated with a sufficiently high degree of purity have been. Except for the substances already mentioned, the process can be carried out according to the invention also z. B. apply for chalcogenides. Are under chalcogenides known compounds of chalcogens (oxygen, nitrogen, selenium, tellurium) understood with electropositive substances.
Die Bestrahlungsart richtet sich nach den jeweils zu bearbeitenden Substanzen und nach dem verwendeten Atzmittel. Besonders optische und ultraviolette Wellenlängen sind in den meisten Fällen zu bevorzugen, aber auch Röntgenstrahlen sind anwendbar. Diese Strahlung ist genügend aktiv, d. h., die Energie der Strahlung ist größer oder gleich groß wie die Energie der verbotenen Zone des Halbleiters, so daß Defektelektronen, die mit dem Ätzmittel reagieren und die Abtragung des Halbleitermaterials bewirken, durch inneren fotoelektrischen Effekt im Halbleiterkörper erzeugt werden können.The type of radiation depends on the type of treatment to be processed Substances and the caustic used. Especially optical and ultraviolet Wavelengths are preferable in most cases, but so are X-rays are applicable. This radiation is sufficiently active, i. i.e., the energy of the radiation is greater than or equal to the energy of the forbidden zone of the semiconductor, so that defect electrons that react with the etchant and the removal of the semiconductor material cause, are generated by internal photoelectric effect in the semiconductor body can.
Das Ätzmittel braucht nicht unbedingt eine Flüssigkeit zu sein; es kann auch aus einer Gas- oder Dampfatmosphäre bestehen.The etchant need not necessarily be a liquid; it can also consist of a gas or steam atmosphere.
Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens werden die angewandten Strahlen durch optische Mittel auf die zu bearbeitenden Stellen bzw. auf die zu erzeugenden Schnittlinien bzw. Figuren, beispielsweise Kreise oder Sechsecke, konzentriert. Statt dessen oder zusätzlich kann auch eine Abdeckung der nicht zu bestrahlenden Teile mit strahlenundurchlässigen Deckflächen vorgenommen werden, welche entweder unmittelbar auf der Oberfläche anzuordnen sind oder auch außerhalb des Ätzbades bzw. der Ätzatmosphäre angeordnet sein können. Die Anordnung auf der Oberfläche selbst empfiehlt sich am meisten, weil hierdurch das Strahlungsbild besonders scharf wird. Gegebenenfalls kann die Strahlungsabde%kung auch zur chemischen Abdeckung benutzt werden.According to a special embodiment of the inventive concept, the applied rays by optical means on the areas to be processed or on the cutting lines or figures to be generated, for example circles or hexagons, concentrated. Instead of this or in addition, a cover of the not to irradiating parts are made with radiopaque top surfaces, which are to be arranged either directly on the surface or outside the etching bath or the etching atmosphere can be arranged. The arrangement on the The surface itself is the most recommended because it makes the radiation pattern special becomes sharp. If necessary, the radiation cover can also be used for chemical coverage to be used.
Eine weitere Ausbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß mit dem Verfahren gemäß der Erfindung ein an sich bereits bekanntes Verfahren zur chemischen und/oder elektrochemischen Behandlung bzw. Veredelung der Oberfläche eines Halbleiterwerkstoffes kombiniert wird. Es kann entweder vorher oder anschließend an das erfindungsgemäße Verfahren mit demselben oder mit einem anderen Ätzmittel und/oder gleichzeitig mit dem gleichen Ätzmittel die Oberfläche gereinigt, aufgerauht, poliert und gegebenenfalls auch kontaktiert werden. Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, unter Umständen durch das Ätzmittel auch Dotierungsstoffe, wie z. B. Donatoren, Akzeptoren, Haftstellen, Rekombinationszentren od. dgl., in elementarer Form oder in Form von Verbindungen in die Oberfläche des Halbleiterwerkstoffes durch Diffusion, gegebenenfalls unter Legierungsbildung, einzulagern. Hierdurch können gleichzeitig oder mindestens im Anschluß an das Verfahren gemäß der Erfindung Zonen unterschiedlichen Leitungstypus, insbesondere pn-übergänge oder sonstige Sperrschichten, auf der Oberfläche des Halbleiterwerkstoffes erzeugt werden, auf die gegebenenfalls noch eine Metallschicht sperrschichtfrei aufgetragen werden kann. In der Zeichnung ist eine Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.A further development of the inventive concept is that with the method according to the invention an already known method for chemical and / or electrochemical treatment or finishing of the surface a semiconductor material is combined. It can either be before or after to the method according to the invention with the same or with a different etchant and / or at the same time cleaned, roughened the surface with the same etchant, polished and, if necessary, also contacted. According to a further training of the inventive idea it is provided, possibly also by the etchant Dopants, such as. B. donors, acceptors, traps, recombination centers Od. Like. In elemental form or in the form of compounds in the surface of the Semiconductor material to be stored by diffusion, possibly with formation of an alloy. As a result, at the same time or at least after the method according to of the invention zones of different conduction types, in particular pn junctions or other barrier layers created on the surface of the semiconductor material, on which a metal layer can optionally be applied without a barrier layer can. In the drawing is an arrangement for performing the method according to the invention for example shown.
In F i g. 1 bedeutet 1 einen Germaniumeinkristall, der in einem Ätzgefäß 2 aus Kunststoff etwas geneigt angeordnet ist. 3 bedeutet eine keilförmige Unterlage, welche die Neigung erzeugt. Aus einer schneidenförmigen Düse 4 fließt eine Ätzflüssigkeit 5 in dünner Schicht auf die Oberfläche des Halbleiterkristalls 1, welche laufend ergänzt wird und auf der linken Seite in das Gefäß 2 abtropft. Als Ätzflüssigkeit findet gemäß dem Ausführungsbeispiel das an sich bereits bekannte, in der Literatur häufig mit CP 4 bezeichnete Atzmittel Verwendung, das aus etwa270loEisessig,450/070o/oigerSalpetersäure, 27°/o 48o/oiger Flußsäure und 0,5 % Brom besteht. Es können jedoch auch andere Ätzmittel, unter Umständen basische oder nichtwässerige Flüssigkeiten, gegebenenfalls Elektrolyte, Verwendung finden.In Fig. 1 means 1 a germanium single crystal which is in an etching vessel 2 made of plastic is arranged slightly inclined. 3 means a wedge-shaped base, which creates the slope. An etching liquid flows from a knife-edge nozzle 4 5 in a thin layer on the surface of the semiconductor crystal 1, which continuously is added and drips off into the vessel 2 on the left side. As an etching liquid According to the exemplary embodiment, what is already known per se can be found in the literature Corrosive agent often designated CP 4, which consists of about 270% glacial acetic acid, 450/070% nitric acid, 27% 48% hydrofluoric acid and 0.5% bromine. However, other etchants can also be used, possibly basic or non-aqueous liquids, possibly electrolytes, Find use.
Erfindungsgemäß wird die Oberfläche zusätzlich und gleichzeitig mit der Einwirkung der Ätzflüssigkeit einer Bestrahlung durch ultraviolettes Licht ausgesetzt, welches von einer Strahlungsquelle 7 stammt und mittels einer Reihe von Zylinderlinsen 8 aus Quarz gebündelt wird. Zusätzlich sind Abdeckplatten 9 vorgesehen, welche für die angewandte Strahlung undurchlässig sind. An der bestrahlten Stelle entstehen feine Ätzeinschnitte, durch die schließlich der ganze Halbleiterkristall in einzelne Quader aufgeteilt wird.According to the invention, the surface is additionally and simultaneously with exposed to the action of the etching liquid irradiated by ultraviolet light, which originates from a radiation source 7 and by means of a series of cylindrical lenses 8 is bundled from quartz. In addition, cover plates 9 are provided, which for the applied radiation is opaque. Arise in the irradiated area fine etched incisions through which the entire semiconductor crystal is finally broken down into individual ones Cuboid is divided.
Das Ausführungsbeispiel ist mannigfacher Abwandlungen fähig. Besonders bedeutsam ist die Anwendung eines Strahlungsbildes in Form eines Rasters oder eines Siebes, bei dem entweder einzelne schachbrettartig angeordnete Kristallplatten entstehen oder dicht aneinanderliegende Kreise ausgeschnitten werden, welche sich zur Weiterverarbeitung zu einzelnen Richtleitern oder Transistoren eignen.The exemplary embodiment is capable of numerous modifications. Particularly the use of a radiation image in the form of a grid or a Sieves, in which either individual crystal plates arranged like a chessboard are created or tightly spaced circles can be cut out, which can be used for further processing suitable for individual directional conductors or transistors.
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung ist es beispielsweise möglich, einen Kristall in einzelne rechteckige, beispielsweise quadratische, oder runde Scheiben zu zerlegen, welche mindestens auf der Vorderseite noch eine oder mehrere Ätzgruben aufweisen, welche durch geringere Bestrahlung (kürzere Zeit und/oder weniger intensiv) erzeugt werden. Diese Gruben eignen sich besonders zur Herstellung von Legierungstransistoren, bei denen in die Gruben Donatoren und/oder Akzeptoren enthaltende Substanzen eingebracht bzw. einlegiert werden. Das Einbringen dieser Substanzen kann unter Umständen gleichzeitig oder anschließend an das Verfahren nach der Erfindung auf elektrolytischem Wege vorgenommen werden, wenn die Ätzflüssigkeit 5 gemäß der Zeichnung entweder aus einem Elektrolyten besteht oder nachträglich durch einen solchen ersetzt wird. Mittel zur Zuführung der hierbei erforderlichen elektrischen Spannungen ergeben sich von selbst und sind daher in der Zeichnung nicht näher dargestellt.By the method according to the invention it is possible, for example, a crystal into individual rectangular, for example square, or round To dismantle slices, which at least on the front one or more Have etch pits, which by less irradiation (shorter time and / or less intense). These pits are particularly suitable for making Alloy transistors with donors and / or acceptors in the pits Substances are introduced or alloyed. The introduction of these substances can under certain circumstances simultaneously with or subsequent to the method according to the invention be made electrolytically when the etching liquid 5 according to the Drawing either consists of an electrolyte or subsequently through one such is replaced. Means for supplying the electrical equipment required for this Stresses arise automatically and are therefore not shown in any more detail in the drawing.
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die einzeln aus einem scheibenförmigen Kristallstück herauszutrennenden Halbleiterteile etwa kreisförmig sind, wie dies in F i g. 2 skizzenhaft veranschaulicht ist. Dabei sind die Scheiben so angeordnet, daß sie nur mit den stark ausgezogenen Kreisbogendreiecken zusammenhängen, so daß es unter Umständen nur nötig ist, diese kleinen Dreiecke zu entfernen und die danach nur noch punktförmig zusammenhängenden Scheiben zum Schluß voneinander loszubrechen. Gegebenenfalls kann erfindungsgemäß hierbei auch so vorgegangen werden, daß die Trennlinien der zunächst aneinanderstoßenden und zusammenhängenden Halbleiterstücke angeritzt werden und die Teile nachträglich auseinandergebrochen werden. Durch diese Maßnahme wird sowohl der Schnittverlust als auch der Aufwand zum Entfernen der Zwischenteile ebenfalls auf ein Minimum reduziert.According to a particularly expedient embodiment of the method according to the invention provides that the individually from a disc-shaped piece of crystal semiconductor parts to be separated are approximately circular, as shown in FIG. 2 sketchy is illustrated. The discs are arranged so that they are only with the strongly drawn out circular arc triangles so that it is below Circumstances it is only necessary to remove these small triangles and then only point them finally break loose from each other. If necessary, can According to the invention, the procedure here is that the dividing lines of the initially abutting and connected semiconductor pieces are scratched and the parts are subsequently broken apart. By doing this, both The loss of cuts as well as the effort to remove the intermediate parts as well reduced to a minimum.
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| DE (1) | DE1193335B (en) |
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