DE1621532A1 - Precision setting of semiconductor components - Google Patents
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Description
Western Electric Company, Incorporated Kragness-Western Electric Company, Incorporated Kragness-
New York Waggener 1-2New York Waggener 1-2
Halbleiter-Bauelemente werden, gleichgültig ob sie vom Typ des Einzelelements oder der integrierten Schaltung sind, allgemein aus einkristallinem Material in Scheibenform hergestellt. Jede Scheibe liefert eine grosse Zahl von Bauelementen. Sowohl beim Einzelelement als auch beim Bauelement der integrierten Schaltung ist bei der Fabrikation die präzise Entfernung von Teilen des Materials zu getrennten Geräten oder zur Herstellung isolierender Schlitze oder Nuten ein wichtiger Teil des Herstellungs-Verfahrens. Insbesondere ist es bei dieser Herstellung wichtig, ein Minimum an Material unter präzise kontrollierten Bedingungen zu entfernen, um Bauelemente hoher Qualität wirtschaftlich und in gedrungener Form herzustellen.Semiconductor components are, regardless of whether they are of the of the single element or the integrated circuit are, in general made of single crystal material in disc shape. Each disc provides a large number of components. As well as for the individual element as well as for the component of the integrated circuit, the precise removal of Dividing the material into separate devices or making insulating slots or grooves is an important part of the manufacturing process. In particular, it is important in this manufacture to use a minimum of material under precisely controlled conditions To remove conditions in order to produce high quality components economically and in compact form.
Beispielsweise wird bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen in gewissen integrierten Schaltungen die notwendige elektrische Isolation zwischen Teilen der Schaltung innerhalb des Halbleiters durch Entfernung des Halbleiter-Materials innerhalb vorbestimmter Grenzen zur Herstellung partieller oder durchgehender Schlitze im Halbleiter-Material vollzogen. Im Fall durchgehender Schlitze durch die Scheibe werden die Bauelemente der integrierten Schaltung entweder durch eine vorbestimmte Anordnung starker Metall-Zuführungen einschlieeslich der stützenden Zwischenverbindungen vollzogen oder aber durch Anbringung isolierender ßüekenatützen. Bei einem anderenFor example, in the manufacture of semiconductor components in certain integrated circuits the necessary electrical isolation between parts of the circuit within the Semiconductor by removing the semiconductor material within predetermined limits to produce partial or continuous Slits made in the semiconductor material. In the case of continuous slots through the pane, the components of the integrated circuit either by a predetermined arrangement strong metal feeders including the supportive ones Intermediate connections completed or by attaching insulating ßüekenatützen. With another
000843/1733 BAD000843/1733 BAD
Verfahren, wo die Nuten nur partiell sind, werden sie mit einem geeigneten Dielektrikum, wie Silieiumdioxyd, rückgefüllt, die Scheibe umgedreht und das Material von der gegenüberliegenden Fläche bis zu einer Tiefe entfernt, die die Böden der rückgefüllten Nuten durchtrennt. Beispiele für die vorerwähnten Arten von Herstellungsverfahren sind im USA-Patent 3 287 612 (deutsche Anmeldung W.38002 VIIIc/21g), ÜSA-Patent 3 290 753 (deutsche Anmeldung W 37267 VIIIc/21g) und im französischen Patent 1 417 760 (deutsche Anmeldung W 38017 VIIIc/21g) beschrieben»Process where the grooves are only partial, they are with a suitable dielectric such as silicon dioxide, backfilled, flipped the disc and removed the material from the opposite surface to a depth that the bottoms cut through the backfilled grooves. Examples of the aforementioned types of manufacturing processes are in the United States patent 3 287 612 (German application W.38002 VIIIc / 21g), ÜSA patent 3 290 753 (German application W 37267 VIIIc / 21g) and in French Patent 1 417 760 (German application W 38017 VIIIc / 21g) described »
Bei Herstellungsverfahren des weiter unten angezogenen Typs ist es wichtig und vorteilhaft, die Breite der Isolations-Schlitze so zu verkleinern, dass die Geräte-Dichte vermehrt und der Gesamt—Umfang verkleinert wird und damit Wirtschaftlichkeit und Wirkungsgrad erhöht werden. Im speziellen ist es wichtig, die Breite des Schlitzes auf der Geräteseite der Halbleiterscheibe durch ein Verfahren zu vermindern, das eine genaue Anordnung der Schlitzgrenzen auf der Geräteseite ermöglicht. In dieser Beschreibung bezieht sich die Geräteseite des Plättchens auf die Fläche — gewöhnlich aus einer epitaktisch abgeschiedenen Schicht bestehend - auf der die Schaltelemente hergestellt werden und auf der das Metallmuster der zwischenverbindenden Schaltung hergestellt wird. Typischerweise werden diese Schaltelemente durch oxyd-maskierte Dif- fuseäons-Verfahren gebildet, und gewöhnlich liegt die wirksameIn manufacturing processes of the type referred to below, it is important and advantageous to adjust the width of the insulation slots to be reduced in such a way that the device density is increased and the overall scope is reduced and thus cost-effectiveness and efficiency can be increased. In particular, it is important to determine the width of the slot on the device side of the To reduce semiconductor wafer by a process that a allows precise arrangement of the slot boundaries on the device side. In this description, the device side refers of the platelet on the surface - usually from an epitaxial deposited layer consisting - on which the switching elements and on which the metal pattern of the interconnecting circuit is made. Typically, these switching elements are made up of oxide-masked diff fusaeons procedure, and usually the effective one lies
■-■■-.- -" "■ ■ - . -"*■-■- ■ ■ - - - —3 Gerätedicke bei 1,0 χ 10 * oder 1,3 x 10 1^ ca. Es steht eine Beihe von Verfahren zur Verfügung und ist auch angewandt■ - ■■ -.- - "" ■ ■ -. - "* ■ - ■ - ■ ■ - - - —3 Device thickness at 1.0 χ 10 * or 1.3 x 10 1 ^ approx. A number of methods are available and are also used
0 0 9843/1733 .3.0 0 9843/1733 .3.
worden, um diese Art Materialentfernung in Halbleiter-Scheiben
durchzuführen» Neben den chemischen Ätzverfahren stehen bestimmte
mechanische Schneidverfahren einwchliesslich des Ab» tragens mit Luft oder Ultraschall-Schneidverfahren zur Verfügung.
Auf dem Gebiet des chemischen Ätzens haben die Verfahren vom isotropen Typ allgemein Anwendung gefunden, bei
denen die Ätzgeschwindigkeiten in allen Eichtungen von der
Startfläche aus praktisch gleichförmig sind. Wie im folgenden
eingehender erklärt wird, ermöglicht diese Technik nicht den Eontroll- oder Genauigkeits-Grad, der für die laufende Herstellung
von Halbleiter-Bauelementen vorteilhaft ist.in order to carry out this type of material removal in semiconductor wafers. In addition to chemical etching processes, certain mechanical cutting processes, including ablation with air or ultrasonic cutting processes, are available. In the chemical etching field, the isotropic type processes have found general application in
which the etching speeds in all directions of the
Starting surface from are practically uniform. As will be explained in more detail below, this technique does not provide the level of control or accuracy that is advantageous for the ongoing manufacture of semiconductor devices.
Im allgemeinen wird in Verbindung mit der Erfindung unterstellt,
dass das verwendete Material einkristallin ist, und die Erklärung der Erfindung wird auf ein Silicium abgestellt, das
einen flächenzentrierten, kubischen Kristall von der Form
des Diamant-Gitters hat. Es versteht sich, dass Germanium und
die Halbleiter der III-V-Gruppe von Verbindungen von im allge-In general, in connection with the invention it is assumed that the material used is single crystalline, and the explanation of the invention is directed to a silicon which is a face-centered, cubic crystal of the shape
of the diamond lattice. It goes without saying that germanium and the semiconductors of the III-V group of compounds of generally
meinen gleicher Kristall-Struktur sind, und dass daher das
Erfindungs-Prinzip nicht auf Silicium beschränkt ist. Im speziellen
wird in Verbindung mit dieser Erfindung Gebrauch von dem bekannten Verhalten dee anisotropen Ätzens gemacht, bei
dem die verschiedenen Ätzgeschwindigkeiten der verschiedenen kristallographischen Ebenen oder Flächen 'benutzt werden, um
eine präzise Uaterial-Entfernung zu bewirken* Im speziellen
wurdt zunächst gefunden, dass durch Orientierung der Ätzmaeken
nit rechtwinklig angeordneten Grenzen auf speziellen kristallographischen
Ebenen, wobei die Maskengrenzen parallel zumine are the same crystal structure, and that is why that
The principle of the invention is not limited to silicon. In particular, in connection with this invention, use is made of the known behavior of anisotropic etching, in which the different etching speeds of the different crystallographic planes or surfaces are used to effect precise removal of material Orientation of the etching masks with borders arranged at right angles on special crystallographic planes, the mask borders being parallel to
009843/1733009843/1733
besonderen Schnittlinien zweier kristallographischer Ebenen angeordnet sind, die rezeptierten Ätzmittel für die exponierten Ebenen geeignete Ätzgeschwindigkeiten haben, die enge, wohldefinierte Nuten oder Schlitze bis zur gewünschten Tiefe unter verhältnismässig einfachen Behandlungsbedingungen erzeugen. Auch wo bestimmte Schnittlinien der Maskenkanten eine andere kristallographische Ebene mit einer unzureichend verschiedenen Ätzgeschwindigkeit von der der ersten Ätzfläche haben, wird die Maskengrösse geändert, um daher das Unter- * schneiden der Maske zu verhindern.special intersection lines of two crystallographic planes are arranged, the formulated etchant for the exposed Planes have suitable etching speeds that close, well-defined grooves or slots to the desired depth generate under relatively simple treatment conditions. Also where certain cutting lines of the mask edges a another crystallographic plane with an insufficiently different etching speed from that of the first etching surface the mask size is changed to prevent undercutting * the mask.
Im speziellen wird in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung eine Ätzmaske mit zueinander rechten winkeln auf einer grösseren Fläche einer Scheibe aus Halbleiter-Material parallel zur (lOO)-Ebene angeordnet. In diesem Fall ist die (lOO)-Ebene die primäre Ätzfläche, d.h. sie hat die höchste Ätzgeschwindigkeit für das spezielle Ätzmittel. Jie orthogonal angeordneten Grenzen der Maske werden parallel zu den Schnittlinien der (lll)-Ebene mit der primären Ätzebene der (lÜO)-Ebene angeordnet. Alsdann wird beim Fortschreiten der Ätzung nach unten von der primären Ätzfläche aus praktisch kein seitliches Ätzen gegen die exponierte (lll)-Ebene auftreten, insofern als das Ätzmittel so zusammengesetzt ist, dass es praktisch eine Ätzgeschwindigkeit Null darauf hat. Indessen werden bei den Schnittkanten der Maskengrenzen, welche wirksame Aussenkanten bilden, Ebenen exponiert, deren Ätzgeschwindigkiit von der Ätzgeschwindigkeit der (llo)-EbeneIn particular, in a particular embodiment of the Invention an etching mask with mutually right angles on a larger area of a disk made of semiconductor material arranged parallel to the (100) plane. In this case the (100) plane is the primary etched area, i.e. it has the highest Etching speed for the specific etchant. Jie orthogonal arranged borders of the mask are parallel to the intersection lines of the (III) plane with the primary etching plane of the (lÜO) plane arranged. Then, as the etching progresses downwards from the primary etched surface, there is practically no lateral Etching against the exposed (III) plane occur, insofar than the etchant is so composed that it has practically zero etch speed thereon. In the meantime at the cut edges of the mask boundaries, which are effective Form outer edges, exposed planes, their etching speed on the etching speed of the (llo) plane
009843/1733009843/1733
abhängt. Diese Ätzges^hwindigkeit ist, wobwohl geringer als die der (lOO)-Ebene, bei einer speziellen Ausführung immer iioch bedeutsam. Dies bedeutet ein Unters chne iden der Maske an diesen Stellen. Dementsprechend liegt es in Übereinstimmung mit der Erfindung, auch die Grosse der Ätzmaske zu ändern, indem man vergrösserte Eckflächen einer vorbestimmten Grosse und Gestalt vorsieht, um die Unterschneidungswirkung des oben beschriebenen Verfahrens zu kompensieren.depends. This etching rate is, although less than that of the (100) level, always significant in a special version. This means undercutting the mask in these places. Accordingly, it is in agreement with the invention to also change the size of the etching mask by enlarging corner areas of a predetermined size and shape provides to the undercut effect of the above to compensate for the procedure described.
Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.A more complete understanding of the invention can be obtained from the following detailed description in conjunction with the drawings.
Fig. 1 ist eine Aufsicht auf ein luftisoliertes, monolithisches (AIM) Halbleiter-Bauelement in integrierter Schaltung mit starren Zuleitungen und erläutert ein Bauelement, das unter Verwendung des Ätzverfahrens ge·= mass Erfindung und zwecks Erzeugung einer Isolation hergestellt worden ist;Figure 1 is a top plan view of an air-insulated monolithic (AIM) Semiconductor component in an integrated circuit with rigid leads and explains a Component which, using the etching process, ge · = mass invention and for the purpose of creating an insulation has been made;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines kristallographischen Modells eines Siliciumkristails;Fig. 2 is a perspective view of a crystallographic Model of a silicon crystal;
Fig. 3 ist eine teilweise perspektivische Ansicht spezieller kristallographischer Ebenen, die auf einer Teilansicht des Modells nach Fig. 2 beruht und die Ätzmasken-Orientierung gemäss vorliegender Erfindung erläutert;Fig. 3 is a partial perspective view of more particular crystallographic planes based on a partial view of the model according to FIG. 2 and the etching mask orientation explained according to the present invention;
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
i ί "■ ; ■■.': ■ -■ Ζ--:-- -6- i ί "■; ■■. ': ■ - ■ Ζ -: - -6-
3/17333/1733
Fig. 4 und 5 sind spezifische, teilweise geschnittene BilderFigures 4 and 5 are specific partially sectioned images
eines in einem Kristall isotropisch geätzten Schlitzes;a slot isotropically etched in a crystal;
Fig. 6 und 7 entsprechen Fig. 4 und 5, indessen mit anisotrop geätzten Nuten gemäss Erfindung;6 and 7 correspond to FIGS. 4 and 5, but with anisotropically etched grooves according to the invention;
Fig. 8 und 9 sind graphische Darstellungen, die den Kontrollgrad der Ätzfronten durch isotropes und anisotropes Ätzen einander gegenüberstellen;Figs. 8 and 9 are graphs showing the degree of control opposing the etching fronts by isotropic and anisotropic etching;
Fig. 10 ist eine andere, der Fig. 7 ähnliche Ansicht, die das Problem der "Pyramiden"—Bildung erläutert;FIG. 10 is another view similar to FIG. 7 illustrating the FIG Problem of "pyramids" formation explained;
Fig. 11 und 12 sind perspektivische Ansichten, die aniso-Figs. 11 and 12 are perspective views showing the aniso-
tropisch geätzte Mesaflächen mit einer nicht-kompensierten Maskenform bzw. einer kompensierten Masken— form zeigen;tropical etched mesa surfaces with a non-compensated mask shape or a compensated mask show shape;
Fig. 13 ist ein Diagramm, das die Schwierigkeit der Kontrolle . isotroper Ätzung erläutert;Fig. 13 is a diagram showing the difficulty of control. isotropic etching explained;
Fig. 14 ist ein Diagramm einer Maskenform, die die Begrenzung ) kompensierender Formen erläutert.Fig. 14 is a diagram of a mask shape showing the boundary ) compensating forms explained.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Rezeptur von Ätzmitteln, die eine geeignet unterschiedliche Ätzgeschwindigkeit haben, um die gewünschten Halbleiter-Bauelemente zu liefern. Bei der allgemeinen isotropischen Ätzung von Halbleiter-Material ist beispielsweise das als Ätzmittel verwendet« Flusssäure-Salpetersäure Gemisch für Silicium für eine spezielle Orientierung nicht in bedeutendem Umfang wünschenswert. Wie in Fig. 4 erläutert, hat ein solches Ätzmittel in allen An important feature of the invention is the formulation of etchants that have a suitably different etch rate to provide the desired semiconductor devices. In the general isotropic etching of semiconductor material, for example, the hydrofluoric acid-nitric acid mixture used as the etchant for silicon is not desirable to a significant extent for a specific orientation. As illustrated in Fig. 4, such an etchant has in all
009843/1733009843/1733
Eichtungen die gleiche Ätzgeschwindigkeit und dringt "bei dem Halbleiter-Plättchen 44 längs einer kurvigen Front 48, die roh von den Radien der Kanten 42 der Maske 43 definiert wird, vorwärts.Alignments the same etching speed and penetrates "with the Semiconductor wafers 44 along a curved front 48 which is roughly defined by the radii of the edges 42 of the mask 43, forward.
So erfolgt ein erhebliches Unterschneiden der Ätzmaske, welches für sich selbst für das Verfahren annehmbar wäre. Jedoch macht die isotrope Natur der Ätzung eine präzise Kontrolle ihrer Beendigung schwierig, wenn man nicht eine beträchtliche, nahezu prohibitive Überätzung in Kauf nimmt. Dieser Effekt wird bei Betrachtung der Fig. 5 deutlicher, in der die maskierte isotrope Ätzung eine Nut hervorbringt, die ganz durch die Halbleiterscheibe 44 hindurchreicht. Die Ätzung entfernt nicht die Schicht 46 aus Siliciumdioxyd auf der Geräteseite der Scheibe 44. Die Nähe der Schaltelemente ist durch die angrenzenden Zonen 45 mit p-Typ-Leitfähigkeit bestimmt. Die Figuren 4, 5, und 7 stellen die Ätzung einer Nut solcher Geometrie dar, dass sie die Wirkung der Kanten für Zwecke dieser Untersuchung beseitigen, die isotropes und anisotropes Atzen vergleicht.There is thus a considerable undercutting of the etching mask, which in itself would be acceptable for the method. However does The isotropic nature of the etch makes precise control of its termination difficult, if not a substantial one, nearly accepts prohibitive overestimation. This effect is at Consider more clearly FIG. 5, in which the masked isotropic etch creates a groove running right through the wafer 44 passes through. The etch does not remove the layer 46 of silicon dioxide on the device side of the wafer 44. The proximity of the switching elements is determined by the adjacent zones 45 with p-type conductivity. Figures 4, 5, and 7 depict the etching of a groove of such a geometry that they remove the effect of the edges for the purposes of this investigation, which compares isotropic and anisotropic etching.
Ein Faktor von Bedeutung im vorliegenden Ätzverfahren ist die Geschwindigkeit der Kante 51 der Ätzfront 48 in ihrer Schnittlinie mit der Oberfläche 50 der Geräteseite der Scheibe. Wenn diese Geschwindigkeit hoch ist, ist es schwierig, die Ätzung an einer gewünschten Stelle mittels Zeitkontrolle zu beendigen. Dieses Problem wird durch die nachfolgenden Beziehungen erläutert, die aus dem Diagramm der Fig. 13 entwickelt werden:One factor of importance in the present etching process is the speed of the edge 51 of the etching front 48 in its line of intersection with the surface 50 of the device side of the disc. if If this speed is high, it is difficult to finish the etching at a desired location by timing. This problem is explained by the following relationships, which are developed from the diagram of Fig. 13:
009843/1733 *e—- ,009843/1733 * e—-,
. BAD ORIGINAL. BATH ORIGINAL
w ist die Scheibendicke,w is the thickness of the pane,
χ ist die Ordinate der Kante 51» die aus der Schnittkante der Ätzfront mit der Geräte-Seitenoberflache gebildet wird,χ is the ordinate of the edge 51 »that from the cutting edge of the etched front with the side surface of the device is formed
r ist der Radius der Masken-Kante 42 mit der Ätzfront,r is the radius of the mask edge 42 with the etched front,
t ist die Ätz-Zeit,t is the etching time,
R ist die Ätz-Geschwindigkeit.R is the etching speed.
Hiernach können die folgenden Gleichungen aufgestellt werden:The following equations can then be set up:
r = Rt . (l)r = Rt. (l)
dr - Rdt + tdR . . (2)dr - Rdt + tdR. . (2)
mithintherefore
2 2 2 ,_*2 2 2, _ *
r = χ + w (3)r = χ + w (3)
Durch Differenzierung und Division durch den Aus-By differentiating and dividing by the
2
druck χ ergibt sich2
pressure χ results
2rdr 2xdx 2wdw /, \ 2rdr 2xdx 2wdw /, \
XXXXXX
rdr dx wdwrdr dx wdw
2 2" + 2 22 2 " + 2 2
r - w χ r — irr - w χ r - ir
(5)(5)
In der obigen Gleichung (2) stellt der Ausdruck dt das Zeit-Inkrement oder den Grad zeitlicher Eontrolle des Ätz-Verfahrens dar. Der Ausdruck dR stellt die Änderung in der Ätz-Geschwindigkeit dar. Für den Idealfall sei angenommen, dass sowohl dt als auch dft Null sind. Dann wird dr gleichfalls NullIn the above equation (2), the term dt represents the time increment or the degree of temporal control of the etching process. The term dR represents the change in the etching speed. For the ideal case, it is assumed that both dt and dft are zero. Then dr also becomes zero
0 0 9 8 U 3/ 17 330 0 9 8 U 3/17 33
und die linke Seite der Gleichung (5) wird ebenso Null, und der Ausdruck kann in absoluten Ausdrücken wie folgt geschrieben werden:and the left side of equation (5) also becomes zero, and the expression can be written in absolute terms as follows will:
WdWWdW
2 2
r - w2 2
r - w
dx
Der Ausdruck — stellt das Bewegungs-Inkrement der Kante 51 an der Scheibenfläche dar und hat erwünschtermassen einen
niedrigen Wert zwecks guter Kontrolle. Indessen ist in dem Moment des "Durchbruchs", wenn die Ätzfront 48 gerade die
Scheibenfläche 50 durchschnitten hat, r annähernd gleich w
und die rechte Seite der Gleichung (6) wird unendlich. Nur wenn r merklich grosser als w geworden ist, bekommt der Wert
des Ausdrucks eine vernünftige Grosse. Eine qualitative Wiedergabe dieser Änderung ist im Diagramm der Fig. 8 gezeigt.
Wie von der Kurve angedeutet, ist die Kanten-Geschwindigkeit extrem hoch, wenn χ gleich w wird, d.h. im Augenblick des
"Durchbruchs". Dann nimmt die Kanten-Geschwindigkeit bei zunehmendem r ab und nähert sich asymptotisch einem konstanten
Wert. Man bedenke, dass in allem Vorangegangenen implizit die Erkenntnis enthalten ist, dass die Scheibendicke w
schwache Änderungen zeigt, wie vom Ausdruck dw wiedergegeben werden. Die laufende Technik, auch die am besten ausgebildete,
ermöglicht als Angelegenheit praktischer Ökonomie die Ver-'
kleinerung solcher Schwankungen innerhalb einer Scheibe auf weniger als einige Zehntel /u.dx
The term - represents the increment of movement of the edge 51 on the disc surface and is desirably a low value for good control. Meanwhile, at the moment of "breakthrough", when the etching front 48 has just cut through the wafer surface 50, r is approximately equal to w and the right-hand side of equation (6) becomes infinite. Only when r has become noticeably larger than w does the value of the expression get a reasonable size. A qualitative representation of this change is shown in the diagram of FIG. As indicated by the curve, the edge speed is extremely high when χ equals w, ie at the moment of the "breakthrough". Then the edge speed decreases with increasing r and asymptotically approaches a constant value. One thinks that in all of the foregoing the realization is implicitly contained that the slice thickness w shows slight changes, as indicated by the expression dw. Current technology, even the best trained, enables, as a matter of practical economy, such fluctuations within a slice to be reduced to less than a few tenths of a fraction.
000843/1733000843/1733
Dementsprechend muss man Dei der Anwendung des isotropen Ätzens, wenn eine befriedigende Kontrolle über die Schlusslage (x) der Ätzfront 31 rasch erreicht werden soll, seine Zuflucht zu dem Teil der Kurve 8 nehmen, wo χ merklich gross ist» Dies ergibt breitere Nuten und einen demzufolge grösseren Abstand zwischen den p-n-Übergangen 52 auf gegenüberliegenden Seiten der isolierenden Nuten, wie in Fig. 5 gezeigt.Accordingly, when using isotropic etching, if satisfactory control over the final position (x) of the etching front 31 is to be achieved quickly, one must resort to the part of curve 8 where χ is noticeably large »This results in wider grooves and one consequently a greater distance between the pn junctions 52 on opposite sides of the insulating grooves, as shown in FIG.
Ausserdem veranlasst die Schwankung (dw) in der Scheiben-™ ' dicke (w) eine Ätz-Toleranz, um das Durchbrechen an den dicksten Stellen sicherzustellen, was eine beträchtliche Überätzung an den dünneren Stellen bewirkt.It also causes the fluctuation (dw) in the disc ™ 'thick (w) an etch tolerance to prevent breaking through on the to ensure the thickest areas, which causes considerable overetching in the thinner areas.
Betrachtet man Fig. 6, 7 und 9» so wird der Nutzen des anisotropen Ätzens gemäss Erfindung bei der Überwindung dieses Problems erläutert. Es ist bekannt, dass gewisse chemische Ätzmittel in bezug auf bestimmte Kristall-Orientierungen bevorzugte Ätzgeschwindigkeiten haben. Gemäss Erfindung wurde es praktisch gefunden, Bezepte für das spezielle Halbleiter-Material und die gewünschte Gestalt zu suchen. Fig. 2 zeigt ein Modell eines kubischen Silicium-Kristalls, das die drei hauptsächlich interessierenden kristallographischen Ebenen, nämlich die (lOO)-, die (HO)- und die (lll)-Ebene darstellt. Diese Bezeichnung entspricht dem Miller-Index, und in der vorliegenden Beschreibung deutet das Bezeichnungs-System eine individuelle Ebene oder eine Schar von Ebenen an. Die Bedeutsamkeit dieser Ebenen geringer Ordnung und ihre einzigartigen Eigenschaften in bezug auf bestimmte Verfahren sind6, 7 and 9, the benefit of the anisotropic etching according to the invention in overcoming this becomes apparent Problem explained. It is known that certain chemical Etchants have preferred etch speeds with respect to certain crystal orientations. According to the invention found it practical, terms for the special semiconductor material and look for the shape you want. Fig. 2 shows a model of a cubic silicon crystal which the three mainly interesting crystallographic planes, namely the (100) -, the (HO) - and the (III) -planes. This designation corresponds to the Miller index, and in the present description the designation system indicates one individual level or a group of levels. The importance these are low order levels and their unique properties with respect to certain processes
. 009843/1733 Bad original . 009843/1733 bathroom original
in der Kristallographie bekannt. Monokristallines Halbleiter-Material in Blockform kann eine der vorangegangenen drei kristallographischen Orientierungen besitzen. Dementsprechend können Halbleiter-Scheiben, die quer aus solchen einkrietallinen Blöcken geschnitten sind, grössere Flächen haben, die sich aus einer der drei Ebenen (lOO), (lio) und (ill) zusammensetzen. known in crystallography. Monocrystalline semiconductor material in block form can have one of the preceding three crystallographic orientations. Accordingly can be semiconductor wafers made transversely from such single-crystal lines Blocks are cut, have larger areas, which are composed of one of the three levels (lOO), (lio) and (ill).
Im Einklang mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat man es vorteilhaft gefunden, monokristalline Silieiumscheiben vorzusehen, deren grössere Flächen parallel zur (lOO)-Ebene verlaufen. Die Ätzmittel von primärem Interesse in Verbindung mit dieser Ausführungsform, nämlich die Alkalihydroxyde haben eine hohe Atzgeschwindigkeit auf der (lOO)-Ebene und ihre geringste Ätzgeschwindigkeit mit Bezug auf die (1-11)-Ebene. Wenn ein begrenzter Bereich auf der (lOO)-Ebene dem Ätzmittel dargeboten wird, verläuft der Angriff nach unten parallel zur (lOO)-Ebene mit hoher Geschwindigkeit, aber seitlich gegen die (lll)-Flächen mit sehr geringer Geschwindigkeit, die praktisch Null sein kann. Die anderen Ebenen von Interesse, etwa die (110)-Ebene, können eine Ätzgeschwindigkeit haben, die der der (100)-Ebene vergleichbar oder kleiner ist.In accordance with a preferred embodiment of the invention it has been found advantageous to provide monocrystalline silicon wafers whose larger surfaces are parallel run to the (100) plane. The etchants of primary interest in connection with this embodiment, namely the Alkali hydroxides have a high etching rate on the (100) level and their slowest etching rate with reference to the (1-11) level. If a limited area is on the (100) -plane is presented to the etchant, the attack proceeds downwards parallel to the (100) plane with high speed, but laterally against the (III) surfaces with very little Speed that can be practically zero. The other levels of interest, such as the (110) level, can have an etching speed comparable to that of the (100) plane or smaller.
In Fig. 2 wird ein Teil einer (100)-Ebene mit einem hypothetischen Ausschnitt 41 gezeigt. Dieser Ausschnitt 41 kann als Scheibe durch den Kristall darunter angesehen werden,In Fig. 2, part of a (100) plane with a hypothetical Section 41 shown. This section 41 can be seen as a disc through the crystal below,
009843/1733 BADO« 009843/1733 BADO «
jedoch parallel zur (lOO)-Ebene geschnitten, wie auf der oberen Fläche des Kristall-Modells angedeutet. Die Grenzen des Ebenen-Ausschnitts 41 laufen parallel zu den Schnittlinien der (lll)-Ebene mit der (lOO)-Ebene. but cut parallel to the (100) plane, as indicated on the upper surface of the crystal model. The limits of the plane section 41 run parallel to the intersection lines of the (III) plane with the (100) plane.
In Fig. 3 ist der Ausschnitt 41 zur Seite gerückt und wird mit einem Teil der angrenzenden (lll)-Ebenen gezeigt und deutet eine ideale Mesa-Figur an, die vom Halbleiter-Material angenommen wird, wenn es anisotrop geinäss Erfindung geatzt wird.In Fig. 3, the cutout 41 is moved to the side and is shown with part of the adjoining (III) planes and indicates an ideal mesa figure made by the semiconductor material is assumed if it is etched anisotropically according to the invention will.
In Fig. 6 ist eine Maske 43 auf der (100)-Ebene eines SiIicium-Kristalls 44 gezeigt und ein Schlitz ist nach unten vom exponierten Teil der Fläche geätzt worden, der die Seiten der Nut freilegt und die (ill)—kristallographische Oberfläche, die durch die Grenzen der Maske definiert ist. Wie zuvor an_ gegeben, erfolgt das Ätzen der (lll)-Ebene mit der Geschwindigkeit von praktisch Null. Die Neigung der Seitenwand bildet einen Winkel mit der Scheiben-Oberfläche, der von der kristallographischen Struktur bestimmt wird. Der Wert des Winkels wird durch den Ausdruck arc tang \/~2 ausgedrückt und entspricht etwa 54,7 Bogengrad, Dementsprechend sieht man, dass das Atzen nach unten zum üoden einer Nut abnehmender Breite mit konstanter Geschwindigkeit fortschreitet, die durch die Ätz-Geschwindigkeit der (lOö)-Ebene bestimmt ist, im Gegensatz zu der in Fig. 4 und 5 für isotropes Ätzen gezeigten Art. . ·In Fig. 6, a mask 43 is shown on the (100) plane of a silicon crystal 44 and a slot has been etched down from the exposed portion of the surface exposing the sides of the groove and the (ill) crystallographic surface, which is defined by the boundaries of the mask. As previously indicated, the (III) plane is etched at a speed of practically zero. The slope of the side wall forms an angle with the disk surface which is determined by the crystallographic structure. The value of the angle is expressed by the expression arc tang \ / ~ 2 and corresponds to about 54.7 degrees of arc. Accordingly, one can see that the etching proceeds downwards to the bottom of a groove of decreasing width at a constant speed determined by the etching speed of the (lOö) -plane is determined, in contrast to the kind shown in FIGS. 4 and 5 for isotropic etching. ·
009843/173 3 6^ oRlQ/NAt 009843/173 3 6 ^ o RlQ / NAt
532532
Der Vorteil dieses anisotropen Ätzens wird beim Vergleich der Fig. 7 mit der der Fig. 5 gewürdigt, die beide das Ätzen einer Nut durch eine Scheibe aeigen.The advantage of this anisotropic etching is appreciated when comparing FIG. 7 with that of FIG Do not etch a groove through a disk.
Die Schwierigkeiten der Lage-Kontrolle der Kante 51 der Ätz— frönt im isotropen Verfahren ist in Verbindung mit Fig. 5 und Fig. 8 beschrieben. In dem anisotropen Verfahren der Fig. 7 hat die Kante 51 der Ätzfront im Augenblick des Durchbnichs eine Geschwindigkeits-Komponente in der x~-Kichtung und längs der Seheibenflache 50 von Hull. In diesem Augenblick ist die Ätzung beendet, insofern als nur die (ill)-Flächen exponiert sinds auf denen die Ätzgeschwindigkeit praktisch Null isto So wird als Punkt des "Durchbracht" präzise die Lage der Maskenkante auf der Rückseite der Scheibe und der Silicium-Dicke fixiert«, Bei dieser Anordnung besteht keine Gefahr der Überätzung und kein Bedürfnis nach Toleranz in der Ätz-Zeit trotz der Dicken-Änderung der Scheibe, ^ie Dicken-Änderung erfordert nur eine leichte Abweichung von der Nominal-Schlitzbreite, um Eindringen an allen Ätzstellen zu sichern.The difficulties of checking the position of the edge 51, which is etched in the isotropic process, is described in connection with FIGS. 5 and 8. In the anisotropic method of FIG. 7, the edge 51 of the etching front at the moment of the breakthrough has a speed component in the x ~ direction and along the disk surface 50 of Hull. At this moment the etching has been completed, in that only the (ill) faces exposed are s on which the etching speed is virtually zero o Thus, as a point of "By Bracht" precisely the position of the mask edge on the backside of the wafer and the silicon Fixed thickness "With this arrangement there is no risk of overetching and no need for tolerance in the etching time despite the change in thickness of the wafer, ie the change in thickness only requires a slight deviation from the nominal slot width in order to penetrate at all To secure etch points.
Fig. 9 ist eine Darstellung des anisotropen Verfahrens, das dem isotropen in Fig. 8 gezeigten Bild entspricht, und zeigt Kurven der Kanten-Geschwindigkeit für den Ätz-Vorgang an den kristallographischen Ebenen von Interesse. Für den anisotropen Fall ist die Kanten-Geschwindigkeit eine Konstante, die von einer geraden Linie in Höh© der entsprechenden Ätz-Geschwindigkeit der diesbezüglichen übene wiedergegeben wird.Figure 9 is an illustration of the anisotropic process that corresponds to the isotropic image shown in Fig. 8 and shows edge velocity curves for the etching process on the crystallographic levels of interest. For the anisotropic case the edge speed is a constant, that of a straight line at the height of the corresponding etching speed the relevant exercise is reproduced.
009843/1733 ~ -H-009843/1733 ~ -H-
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Durch die Vermeidung des Problems der Überätzung, welches bei der isotropen i'echnik besteht, gestattet dementsprechend das anisotrope Verfahren einen beträchtlich engeren Abstand des p-n-übergangs 52, der an die Nut der Geräteseite angrenzt.By avoiding the problem of overetching which in the isotropic technique is permitted accordingly the anisotropic method a considerably closer spacing of the p-n junction 52, which is adjacent to the groove on the device side.
Die aLs Ätzmittel verwendeten Alkalihydroxyde, die in Zusammenhang mit dieser Ausführungsform der Erfindung von Interesse sind, wirken nicht nur in bezug auf die kristallogra- ^ phische Orientierung des einkristallinen Siliciums selektiv,The alkali hydroxides used as etchants, related to with this embodiment of the invention of interest are not only selective with regard to the crystallographic orientation of the monocrystalline silicon,
sondern auch in bezug auf das Siliciumdioxyd. So ist SiIiciumdioxyd ein Standard-Maskierungs-Material und wird in Maskenform mittels wohlbekannter Fotoätztechnik hergestellt. Ausserdem bestehen in vielen integrierten Salbleiter-Schaltungen, speziell in den oben angezogenen luftisolierten Typen Schichten von Siliciumdioxyd speziell auf der Geräteseite der Schaltung, und das Ätzverfahren gestattet nicht die Entfernung dieser Schichten.but also in relation to silicon dioxide. So is silicon dioxide a standard masking material and is fabricated in mask form using well known photoetching techniques. In addition, there are integrated semiconductor circuits in many, especially in the air-insulated types referred to above Layers of silicon dioxide specifically on the device side of the circuit, and the etching process does not allow removal these layers.
Daher wird im Einklang mit einer Ausführungsform der Erfindung das anisotrope Ätzen unter verhältnismässig präziser Eontrolle an einkristallinem Silicium durchgeführt, indem man eine Ätzmaske parallel zur (lOO)-Ebene ausrichtet mit den Kanten der Maske gegenseitig in rechten Winkeln and parallel zum Schnitt der (lll)-Ebene mit der (lOO)-Ebene. Dies ist ein« ideale Konfiguration, wenn das verwendete Ätzmittel eine hohe Ätzgeschwindigkeit in bezug auf die (100)-Ebene hat und eine Ätzgeschwindigkeit von praktisch Null in bezug auf die anderenHence, in accordance with an embodiment of the invention the anisotropic etching is carried out with relatively precise control on monocrystalline silicon by using a Etch mask parallel to the (100) plane aligns with the edges of the mask mutually at right angles and parallel to the Intersection of the (III) plane with the (100) plane. This is an «ideal configuration if the etchant used is a high one Has etching speed with respect to the (100) plane and a Virtually zero etching rate with respect to the others
0098 4 3/1733 Bad 0098 4 3/1733 bath
-15--15-
"beiden Ebenen (llO) und (ill). Indessen wurde festgestellt, dass örtliche Störungen und Unregelmassigkeiten während des Atzverfahrens ausreichen, um den Ätzvorgang zu hindern und die Bildung von Pyramiden zu bewirken, die ihre Spitze in der Störung oder Unregelmässigkeit besitzen. Diese Wirkung wird beispielsweise an einer polierten Oberfläche entdeckt, die verschrammt und geätzt ist. Man darf annehmen, dass eine ausreichende Zahl solcher Pyramiden die praktische Unterbrechung des Ätzverfahrens in der (lOO)-Ebene bewirken kann, wenn sich die Seiten der Pyramiden schneiden."both levels (llO) and (ill). Meanwhile it was established that local disturbances and irregularities during the Etching process are sufficient to prevent the etching process and cause the formation of pyramids that their tips in the disorder or irregularity. This effect is discovered, for example, on a polished surface, that is scratched and etched. It is reasonable to assume that a sufficient number of such pyramids will be the practical interruption of the etching process in the (100) plane when the sides of the pyramids intersect.
Fig. 10 erläutert die Wirkung der Pyramiden-Bildung. Ausgehend von irgendeiner Unregelmässigkeit in der Spitze 201 ist die Pyramide 202 gewachsen wie der Ätzprozess fortschreitet, bis endlich ihre Seiten die (lll)-Ebene schneiden und die Nutwände 49 einen .Teil 203 zur Überbrückung der Nut überlassen.Fig. 10 illustrates the effect of pyramid formation. Based on some irregularity in the tip 201 the pyramid 202 has grown as the etching process progresses until its sides finally intersect the (III) plane and the groove walls 49 a part 203 for bridging the groove left.
Um die Bildung solcher Pyramiden auszuschliessen, wird das Ätzmittel so zusammengestellt, dass es eine Atzgeschwindigkeit bezüglich der (llO)-Ebene liefert, die zwischen denen der (ill)- und (lOO)-Ebene liegt. Dies ergibt eine ausreichende Ätzung, um Pyramiden zu entfernen.In order to exclude the formation of such pyramids, the etchant is put together in such a way that it has an etching speed with respect to the (110) -plane, which lies between those of the (III) - and (100) -plane. This gives a sufficient Etching to remove pyramids.
Wenn jedoch das Ätzmittel so zusammengestellt ist, dass diese höhere Ätzgeschwindigkeit in bezug auf die (llO)-Ebene gilt, erläutert die Betrachtung von Fig. 11 eine daraus folgende nachteilige Wirkung auf die äusseren Kanten, wo die (lll)-Ebenen sich schneiden.However, if the etchant is so composed that this higher etching rate applies in relation to the (11O) plane, the consideration of FIG. 11 explains a consequent disadvantageous effect on the outer edges where the (III) planes intersect.
009843/1733 -16-009843/1733 -16-
Fig. 12 und 14 zeigen eine Technik der Kompensation mittels Maske, um diese Wirkung zu überwinden, und sollte daher in Zusammenhang mit der nachstehenden Erklärung betrachtet werden.Figs. 12 and 14 show a technique of compensation by means of Mask to overcome this effect and should therefore be viewed in conjunction with the explanation below.
Fig. 11 zeigt eine Ätzmaske 151 auf dem zu ätzenden Kristall 153. Am äusseren Schnitt der (lll)-Ebenen tritt eine Unterschneidung der Maske 151 auf, die durch die gestrichelte Linie angedeutet wird. Diese Unterschneidung ist mit der Ätzung der (llO)-Ebene verwandt. Auf diese üse ergibt sich eine Ab-11 shows an etching mask 151 on the crystal 153 to be etched. At the outer intersection of the (III) planes, an undercut of the mask 151 occurs, indicated by the dashed line is indicated. This undercut is related to the etching of the (110) plane. There is an ab-
w weichung vom Masken-Umriss 151, wie er durch die gestrichelten Linien 152 zu jeder Seite der äusseren Ecken des Kristalls wiedergegeben ist. Ein solches Ergebnis ist natürlich unerwünscht, insofern als die höchstnützliche Geräte-Geometrie rechtwinkelig ist oder eine Serie rechter Winkel ist. w deviation from the mask outline 151, as represented by the dashed lines 152 on each side of the outer corners of the crystal. Such a result is of course undesirable in that the most useful device geometry is rectangular or is a series of right angles.
Diese Wirkung kann kompensiert werden und so die rechtwinkelige Geometrie annähernd erreicht werden, indem man eine Kompensationsform in der Maske in den Ecken verwendet. Diese ) Form kann mancherlei Umrisse annehmen, von denen einer in Fig. 12 gezeigt ist. In Fig. 12 sind die Seiten der Kompensationsform parallel zum Schnitt der (lll)-Ebenen und der Ausgangs-Ebene (lOO). Die wichtige Erwägung in bezug auf die Kompensationsform zur engen Anpassung an die rechtwinkelige Geometrie ist, dass die horizontal schattierten Zonen 171 in Fig. 14 maskiert werden müssen, und dass kein Gebiet ausser- * halb der vertikal und horizontal schattierten Region 172 maskiert wird. Ausserdem wird jede nach bestem GutdünkenThis effect can be compensated and so the right-angled geometry can be approximated by creating a compensation form used in the mask in the corners. This) form can take on various outlines, one of which is in Fig. 12 is shown. In FIG. 12, the sides of the compensation shape are parallel to the section of the (III) planes and the Starting level (100). The important consideration regarding the Compensation form for close adaptation to the right-angled Geometry is that the horizontally shaded zones 171 in Fig. 14 must be masked, and that no area except * half of the vertically and horizontally shaded region 172 is masked. In addition, each is to the best of their ability
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gestaltete Form an den Ecken der Maske ausserhalb der Grenzen des Ausgangs-Bechtecks eine gewisse Kompensation für das Ätzen der Kanten bilden.designed shape at the corners of the mask outside the Limits of the output rectangle a certain compensation form for etching the edges.
Um die rechtwinkelige Geometrie zu erreichen, sollte die Dimension a in Figo 14 gleich sein;To achieve the right-angled geometry, the dimension a in Figure 14 should be equal to o;
a -—^ kw/2a - ^ kw / 2
k = aii0/ai00k = a ii 0 / a i00
und t and t
w = Silicimadickew = silica thickness
Die minimale durchschnittliche Masken-Breitendimension ist:The minimum average mask width dimension is:
/ . m 2kw + b
mm /. m 2kw + b
mm
b =s die kleinste von Null verschiedene Nutenbreiteb = s the smallest non-zero groove width
ist, die mit dein Maskierungsprozess erreicht werden kann.
Das Minimum der Mesa-Dimension 63 auf der Geräte-seite ist:that can be achieved with your masking process.
The M inimum the mesa dimension 63 on the device's page:
L . » ~\/~2yf + kw + b. nun V L. » ~ \ / ~ 2yf + kw + b. now V
Obgleich die im obigen Abschnitt beschriebene Ecken-Kompensation speziell für die kristallographische Orientierung (lOO) ist, kann das Prinzip der Ecken-Kompensierung durch die geschickte Anwendung spezieller Umrisse auf der Maske auf andere Kristall-Orientierungen ebenso wie auf speziell geformte geometrische Abmessungen, übertragen werden, __ _^Although the corner compensation described in the above section is specifically for the crystallographic orientation (100) the principle of corner compensation can be achieved by skillfully applying special outlines on the mask to others Crystal orientations as well as specially shaped geometric ones Dimensions, transferred, __ _ ^
00 98 43/17 33' BADi«rk?inal00 98 43/17 33 'BADi «rk? Inal
Eine speziell geeignete Bezeptur für die Anwendung auf einkristallines Silicium, das wie hier besprochen orientiert ist, enthält eine Lösung mit 15 g Kaliumhydroxyd (KOK) handelsüblicher Heihheit, 50 ml Wasser und 15 ml n-Propanol. Diese spezielle Formulierung erwies sich als ein Ätzmittel in bezug auf die (llO)-Ebene im Bereich von drei Zehnteln bis vier Zehnteln der Ätzgeschwindigkeit bezüglich der (lOO)-Ebene. Die Ätzgeschwindigkeit wird durch in der Lösung entstehende Potentiale beeinflusst, ^ie oben erwähnte Geschwindigkeit von drei Zehnteln bis vier Zehnteln gilt für das Ätzen von verdrahteten Schaltungen, die Gold enthalten. Die Ätzgeschwindigkeit für reines Silicium ohne vorhandenes Metall ist etwas geringer.A specially suitable formulation for use on monocrystalline silicon, which is oriented as discussed here, contains a solution with 15 g of potassium hydroxide (COC) of commercially available heat, 50 ml of water and 15 ml of n-propanol. This particular formulation was found to be an etchant with respect to the (110) plane in the range of three tenths to four tenths of the etch rate with respect to the (100) plane. The etch rate is affected by resulting in the potential solutions, ie ^ above-mentioned rate of three-tenths to four-tenths applies to the etching of wired circuits that contain gold. The etch rate for pure silicon with no metal present is slightly slower.
Bei einer speziellen Ausführungsform und unter Verwendung der obigen Zusammensetzung bei einer Temperatur von etwa 85 C wurden Ätzgeschwindigkeiten von etwa 1,2 Mikron/min an der (lOO)-Ebene beobachtet. Im allgemeinen können andere Alkalihydroxyde einschliesslich derer des Natriums, des Cäsiums, Lithiums und Rubidiums gleicherweise verwendet werden. Diese verschiedenen Hydroxyde unterscheiden sich in erster Linie in der Geschwindigkeit, mit der sie Siliciumdioxyd angreifen. Die Angriffsgeschwindigkeit jedes dieser Klasse von Ätzmitteln auf Siliciumdioxyd kann durch die kontrollierte Zugabe von Aluminium verringert werden. Die Ätzgeschwindigkeit auf der (llO)-Ebene kann durch Änderung des Nebenprodukten-Gehaltes der Ätzlösung und durch die Zugabe niedriger Alkohole, wie In a specific embodiment, and using the above composition at a temperature of about 85 C, etch rates of about 1.2 microns / min were observed at the (100) plane. In general, other alkali hydroxides including those of sodium, cesium, lithium and rubidium can equally be used. These various hydroxides differ mainly in the speed with which they attack silica. The rate of attack of each of these classes of etchants on silica can be reduced by the controlled addition of aluminum. The etching rate on the (110) level can be determined by changing the by-product content of the etching solution and by adding lower alcohols, such as
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Methanol und Äthanol anstelle von n-Propanol beeinflusst werden. Im allgemeinen neigen Silikate, die aus dem Ätzprozess herrühren, zu einer Erhöhung der Ätzgeschwindigkeit (llO), Andere geeignete Ätzmittel können unter Verwendung organischer Reagenzien verwendet werden, die in der Lage sind, freie Hydroxyl-Ionen zu erzeugen, einschliesslich der Amine, wie Äthylendiamin und Wasser.Methanol and ethanol instead of n-propanol influenced will. In general, silicates resulting from the etching process tend to increase the etching rate (11O), Other suitable etchants can be used using organic reagents that are capable of free Generate hydroxyl ions, including amines, such as Ethylene diamine and water.
In einer besonderen Ausfiihrungsform gemäss Erfindung wird eine Scheibe aus halbleitendem Silicium nach den Lehren des vorerwähnten fanzösischen Patents 1 417 ?60 und des USA-Patents 3 287 612 zwecks Herstellung eines luftisolierten Monolithen oder des in Fig. 1 abgebildeten Isolithen hergestellt. Zu diesem Zweck wird eine Scheibe präpariert, einer oder mehreren maskierten Diffusions-Behandlungen im festen Zustand unterworfen, um auf einer Seite des Körpers Schaltelemente, wie Transistoren, Dbden und Widerstände zu erzeugen. Auf einer Seite der Scheibe werden entsprechend verdrahtete Metallverbindungen hergestellt, und sie wird schliesslich für den endgültigen Trennprozess gemäss Erfindung vorbereitet.In a special embodiment according to the invention a wafer of semiconducting silicon according to the teachings of the aforementioned French patent 1,417-60 and the United States patent 3 287 612 for the production of an air-insulated Monolith or the isolite shown in Fig. 1 produced. For this purpose a disc is prepared, one or subjected to several masked diffusion treatments in the solid state to produce switching elements on one side of the body, how to create transistors, dbden and resistors. Correspondingly wired metal connections are made on one side of the disc, and it is ultimately used for prepared the final separation process according to the invention.
Zu diesem Zweck wird die verdrahtete Seite unter Verwendung eines geeigneten beständigen Materials nach unten montiert und in typischer Weise aus einer Dicke von etwa 12,7 x 10 cmFor this purpose, the wired side is mounted downwards using a suitable durable material and typically about 12.7 x 10 cm thick
—3 —3-3-3
auf etwa 5,1 x 10 cm oder 7,6 χ 10 cm heruntergearbeitet.Worked down to about 5.1 x 10 cm or 7.6 χ 10 cm.
Die Oberfläche wird dann mit einem *ilm aus Siliciumdioxyd überzogen, welches als rückwärtige Ätzmaske dient.The surface is then covered with a film of silicon dioxide coated, which serves as a rear etching mask.
-20--20-
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Man wird es beachten, dass die Halbleiterscheibe in diesem Punkt durch die Behandlung mit höheren Temperaturen nachteilig beeinflusst werden kann, die mit der Bildung eines Siliciumdioxyd-Films verbunden sind. Äusserdem ist es in Verbindung mit dieser Betrachtungsseite der Erfindung wichtig, dass mafa eine innige, festhaftende Oxydschicht durch ein Verfahren vergleichsweise niedrigerer Temperatur bildet. Insbesondere ist es wichtig, die Bildung irgendwelcher Zwischenschichten schnellätzenden Materials zu verhindern,It will be noted that the semiconductor wafer is disadvantageous in this point as a result of the treatment with higher temperatures associated with the formation of a silicon dioxide film can be influenced. Plus it's in In connection with this aspect of the invention, it is important that mafa form an intimate, firmly adhering oxide layer through a Process comparatively lower temperature forms. In particular, it is important to prevent the formation of any intermediate layers of fast-etching material,
w die die Trennung der Maskenschicht vom Silicium ergeben w which result in the separation of the mask layer from the silicon
konnten.could.
Eine Technik zwecks Erhalt einer befriedigenden Silicium-, dioxydschicht auf der Rückseite der Scheibe umfasst als ersten Schritt eine anodische Oxydation zwecks Bildung einer dünnen Schicht von Siliciumdioxyd. (Solch ein Verfahren ist beispielsweise in der älteren Anmeldung W 43 825 beschrieben.) Die anodisch gebildete Oberfläche wird dann im Vakuum rückk zerstäubt, um sie zu säubern, und dann in situ einem Elektronenstrahl-Verdampfungsverfahren unterworfen, um eine Oxydschicht von etwa 6 000 bis 10 000 ÄE Dicke zu bilden oder mit einer für die Ätzzeit ausreichenden Dicke.A technique for obtaining a satisfactory silicon, Dioxide layer on the rear side of the disc comprises an anodic oxidation as a first step in order to form a thin layer of silicon dioxide. (Such a method is described, for example, in the earlier application W 43 825.) The anodized surface is then sputtered back in a vacuum to clean it and then in situ using an electron beam evaporation process to form an oxide layer about 6,000 to 10,000 ÄE thick or with a thickness sufficient for the etching time.
Als nächster Schritt wird die Fotoätzmaske auf der Oxydfläche gebildet und die Grenzen der Maske mit den Schnitten der (lll)-Ebene ausgerichtet, wie oben dargelegt. Man kann ' geeignete kristallographische Techniken einschliesslich (»oniometrischer Methoden anwenden, um die Kristall-OrientierungAs the next step, the photo-etch mask is formed on the oxide surface and the borders of the mask with the cuts aligned with the (lll) plane, as set out above. One can use appropriate crystallographic techniques including (»Apply oniometric methods to the crystal orientation
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und das geeignete Material durch Einrichten einer Ebene auf dem Grussblock in geeigneter >?eise zu identifizieren. Nachdem das Muster in der Fotoätzmaske entwickelt worden ist, werden geeignete Standard-Atzmittel, etwa gepufferte Flusssäure in wässeriger Lösung, verwendet, um das unmaskierte Siliciumdioxyd zu entfernen. Schliesslich wird die Scheibe in das Ätzmittel aus Alkalihydroxyd eingetaucht und anisotrop geätzt, um die genaue Trennung zwischen Teilen desselben, wie in-der Anordnung der Fig. 1 gezeigt, durchzuführen. Die A rechteckigen Plättchen 112 bis 123 werden die isolierten Teile der Schaltung. Jedes solches Plättchen kann ein oder mehrere Schaltelemente enthalten. Die Struktur in der Anordnung wird durch eine Mehrzahl von Drahtzuführungen 126 mit einem ähnlichen Typ von Verdrahtungsanschluss 125 zur Verbindung nach aussen gestützt . Die Pyramidenseiten der verschiedenen Teile der Schaltung, wie man sie von der rückwärtigen Ätzfläche sieht, deuten die anisotrope Form des, Ätzverfahrens an.and identify the appropriate material by establishing a plane on the greeting pad in an appropriate manner. After the pattern has been developed in the photo-etch mask, suitable standard etchants, such as buffered hydrofluoric acid in aqueous solution, are used to remove the unmasked silica. Finally, the wafer is immersed in the alkali hydroxide etchant and anisotropically etched in order to carry out the precise separation between parts thereof, as shown in the arrangement of FIG. The A rectangular plates 112 to 123 become the isolated parts of the circuit. Each such plate can contain one or more switching elements. The structure in the assembly is supported by a plurality of wire leads 126 with a similar type of wiring terminal 125 for external connection. The pyramid sides of the various parts of the circuit, as seen from the rear etched surface, indicate the anisotropic shape of the etching process.
i Wie im folgenden vorgeschlagen, kann die hier beschriebene anisotrope Technik auch auf ein Verfahren angewandt werden, in welchem man wünscht, nur eine vorbestimmte Material-Tiefe auszuschneiden, anstatt durch das ganze Material zu schneiden. Solche Techniken sind in Verfahren brauchbar, wie das in dem vorerwähnten USA-Patent J 290 753, das als EPIC-Verfahren bezeichnet worden ist. Für ein solches EPIC-Verfahren wird die Durchführung der Erfindung in einem Maße vereinfacht, dass ein geeigneter thermischer Oxydfilm gewöhnlich zur Verfugung steht, insoweit als das Nutenschneiden einer der ersten achritte in der Fabrikation IaJc. . - - * i As proposed below, the anisotropic technique described herein can also be applied to a method in which one desires to cut out only a predetermined-depth material, rather than to cut through the whole material. Such techniques are useful in processes such as that in the aforementioned U.S. Patent J 290 753 which has been referred to as the EPIC process. For such an EPIC method, the implementation of the invention is simplified to such an extent that a suitable thermal oxide film is usually available, insofar as the groove cutting is one of the first steps in fabrication . . - - *
Ö 0 9 8 ti 11 7 ft 8ÄD original _22_Ö 0 9 8 ti 1 1 7 ft 8ÄD original _ 22 _
Die anisotrope Ätztechnik liefert einen einfachen Weg zur Erzeugung von Fabrikations-Ziffern, wie auf dem Plättchen der Fig. 1 gezeigt. Solche Figuren werden aus unverbundenen Nuten zusammengesetzt und vermeiden somit Eckenwirkungen und machen den Prozess selbst-beendigend bei einer liefe, die von der Nutenbreite fixiert ist. Es ist natürlich wichtig, das Ätzen durch die Scheibe unter Vermeidung zu breiter Nuten für diesen Zweck unmöglich zu machen.The anisotropic etching technique provides a simple way of generating fabrication digits, such as on the plate 1 shown. Such figures are composed of unconnected grooves and thus avoid corner effects and make the process self-terminating with a run that is fixed by the width of the groove. It is of course important making the etching through the disk impossible for this purpose while avoiding grooves that are too wide.
Obwohl das Verfahren soweit an Hand einer Shaping-Technik beschrieben worden ist, in der eine der kristallographxschen Ebenen niedriger Ordnung eine Ätzgeschwindigkeit von praktisch Null besitzt, versteht sich doch, dass die Shaping-Technik kontrollierbar durchgeführt werden kann, wenn diese Geschwindigkeit ausreichend niedriger als die der beiden anderen Ebenen ist. Ein solches System wird, obwohl brauchbar, vom Standpunkt der selbst-beendigenden Eigenschaft nicht so vorteilhaft sein. Neben der Verwendung von Siliciumdioxyd ' als Maske können auch bestimmte andere Materialien als MaskeAlthough the procedure is so far based on a shaping technique has been described in which one of the low order crystallographic planes has an etch rate of practically Has zero, it goes without saying that the shaping technique can be carried out in a controllable manner if this Speed is sufficiently slower than that of the other two planes. Such a system, although useful, will not be so beneficial from the standpoint of self-terminating property. Besides the use of silicon dioxide 'As a mask, certain other materials can also be used as a mask
brauchbar gefunden werden, einschliesslich anderer Dielektrika, wie beispielsweise Siliciumnitrid.found useful, including other dielectrics, such as silicon nitride.
Die vorangegangene Beschreibung ist unter dem Gesichtspunkt der Behandlung einkristalliner Halbleiterstoffe aus Silicium erfolgt. Dem Fachmann ist es klar, dass diese Verfahren allgemein auf anderes einkristallines Halbleiter-Material ähnlicher kriatallographischer Struktur, einschliesslich desThe foregoing description is from the point of view of treating single-crystal silicon semiconductor materials he follows. It is clear to a person skilled in the art that these methods are generally similar to other single-crystal semiconductor materials criatallographic structure, including the
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Germaniums, wie auch der wohlbekannten Halbleiter-Verbindungen der III—V—Gruppe angewandt werden können. Die Ätzmittel-Rezepturen werden sich für die verschiedenen Verbindungen ändern. Indessen wird im Einklang mit der vorliegenden Erfindung das präzise Ätzen durch die Erkenntnis und die Anwendung verschiedener Ätzgeschwindigkeiten bewirkt, die unter den drei kristallographischen Ebenen niedriger Ordnung herrschen, die für diese Stoffe charakteristisch sind.Germanium, as well as the well-known semiconductor compounds of the III-V group can be used. The etchant formulas will change for the different connections. Meanwhile, it is in accordance with the present invention the precise etching effected by the knowledge and the application of different etching speeds, which below the three low-order crystallographic planes which are characteristic of these substances.
In Verbindung mit derartigen Verfahren bei zusammengesetzten "In connection with such procedures in the case of composite "
Halbleitern wird man es schätzen, dass ein unterschiedlicher Ätzerfolg auftritt, der von den beiden Elementen der Verbindung abhängt, die in der speziellen Schicht vorherrschen. Speziell kann beispielsweise im Fall eines Galliumarsenid-Kristalls bei Betrachtung des Modells der Fig. 4 die im Zentrum des Modells gezeigte (lll)-Ebene ein Überwiegen der Gallium-Atome aufweisen. Auf der anderen Seite kann bei Umdrehung dieser (lll)-Ebene, die auf der entgegengesetzten Unterseite des Modells besteht, ein Überwiegen von Arsen- i In semiconductors, it will be appreciated that a different etch success occurs depending on the two elements of the compound that prevail in the particular layer. Specifically, for example in the case of a gallium arsenide crystal, when considering the model in FIG. 4, the (III) plane shown in the center of the model can have a predominance of the gallium atoms. On the other hand, when rotating this (III) plane, which is on the opposite underside of the model, a predominance of arsenic i
Atomen auftreten. Dementsprechend können die Ätzmittel so formuliert werden, dass man nicht nur Vorteil aus der primären kristallographischen Orientierung zieht, sondern im Fall zusammengesetzter Halbleiter auch den Faktor, welche der Ebenen exponiert wird.Atoms occur. Accordingly, the etchant can be formulated so that one doesn't just take advantage of the primary crystallographic orientation, but in the case of composite semiconductors also the factor which the Levels being exposed.
Die Ätzmittel, die die (llO)-Ebene angreifen, können so formuliert werden, dass sie mit einer vergleichbaren Ätzgeschwindigkeit die (lOO)-Ebene angreifen. Bei einer solchen 009843/1733The etchants that attack the (110) plane can be formulated in this way that they attack the (100) plane with a comparable etching speed. With such a 009843/1733
Anordnung, bei der die (110)-Ebene- die primäre Ätz-Ebene ist, werden die Maskenkanten parallel zu den Schnitten mit der (llO)-Ebene mit den verschiedenen (ill)— und (llO)-Ebenen angeordnet. Die Masken-Kanten stehen dann nicht notwendigerweise in gegenseitigen rechten Winkeln und durch den Atz— Prozess werden unterschiedliche Mesa-Konfigurationen gebildet. Es ist wichtig, die geometrische Wirksamkeit der erzeugten Umrisse vom Standpunkt der Kompaktheit der Geräte zu betrachten*Arrangement in which the (110) plane - the primary etching plane is, the mask edges are parallel to the cuts with the (11O) plane with the different (III) - and (11O) planes arranged. The mask edges are then not necessarily at right angles to one another and, due to the etching, Different mesa configurations are formed in the process. It is important to consider the geometric effectiveness of the generated outlines from the standpoint of the compactness of the devices consider*
In jedem System bleiben die Erwägungen für den Erhalt eines präzisen Ätzens die relativen Ätzgeschwindigkeiten zwischen drei kristallographischen Ebenen niedrigerer Ordnung für ein gegebenes Ätzmittel und die Ausbildung der Ecken der Ätzmaske bestehen derart, dass Interferenz-Effekte von Störungen und Unregelmässigkeiten vermieden werden, wie auch das damit verbundene Unterschneiden an Ecken, welches durch Einrichtung der mittleren Atzgeschwindigkeit zur Vermeidung von Pyramidenbildung veranlasst wird.In any system, the considerations for obtaining one remain precise etching the relative etching speeds between three lower order crystallographic planes for a given etchant and the formation of the corners of the etching mask exist in such a way that interference effects of disturbances and Irregularities are avoided, as is the associated one Undercutting at corners, which is done by setting the medium etching speed to avoid pyramids is initiated.
Demzufolge versteht sich auch, dass Abwandlungen von der vorangegangenen speziellen Lehre vom Fachmann getroffen werden können, welche indessen immer noch innerhalb des Erfindungs-Gedankens und -Umfange liegen. Beispielsweise ist es dem Fachmann klar, dass andere SyBferne von Kristall-Ebenen ale diejenigen niedriger Ordnung verwendet werden können.Accordingly, it is also understood that modifications of the preceding specific teaching will be made by the person skilled in the art which, however, are still within the scope of the invention. For example, it is that It is clear to those skilled in the art that other distances from crystal planes ale lower order ones can be used.
009843/1733 JS A^ "009843/1733 JS A ^ "
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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