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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das Ätzmittel braucht nicht unbedingt eine Flüssigkeit zu sein; es
kann auch aus einer Gas- oder Dampfatmosphäre bestehen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.