DE1266404B - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

S 94394 VIII c/21g
1. Dezember 1964
18. April 1968

In der deutschen Patentschrift 1231354 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Mesatransistors beschrieben, bei dem wenigstens eine Elektrode durch Aufdampfen einer dünnen Metallschicht auf einen Halbleiterkristall und Einlegierung dieser Schicht hergestellt wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Halbleiterkristall mit einer dünnen Oberflächenzone entgegengesetzten Leitungstyps, dessen Oberfläche um mehr als ¹U⁰ gegen die 111-Ebene desorientiert ist, verwendet wird und auf diese desorien- tierte Oberfläche Elektroden aufgedampft und einlegiert werden.

Eine derartige Desorientierung der ebenen Legierungsfläche gegenüber einer Schar von 111-Ebenen mit kleinem, d.h. höchstens 10° betragendem Neigungswinkel soll — insbesondere beim Einlegieren von aufgedampften oder aufplattierten Elektroden — verhindern, daß das aufschmelzende Legierungsmetall sich in Tröpfchen zusammenballt und auf diese Weise die Eigenschaften der Elektrode ungleichmäßig werden und daß gar ein Verlaufen des aufschmelzenden Legierungsmetalls über die durch die Aufdampf- bzw. Aufplattierungsgeometrie gegebenen Begrenzungen erfolgt.

Wenn man eine geringe Neigung, z. B. 5° oder weniger anwendet, so bleiben die mit dem Einlegieren in 111-Ebenen verbundenen Vorteile weitgehend erhalten. Unter anderem wird dann die Legierungsfront noch weitgehend parallel zu 111-Flächen verlaufen.

Die Vermeidung solcher Störungen ist für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit extrem kleinen Elektroden, insbesondere für die Herstellung von Mesatransistoren, besonders wichtig, weil derartige Störungen dann von der Größenordnung der ganzen Elektrode (einige Mikron) sein können. Es ist im Interesse einer gleichförmigen Benetzung durch das aufschmelzende Legierungsmetall als auch um weitere Vorteile willen zweckmäßig, noch eine weitere Festlegung der Orientierung der ebenen Legierungsfläche zu den 111-Flächen des Kristalls vorzunehmen.

Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes aus einem nach dem Diamantgitter aufgebauten Halbleitereinkristall mit mindestens einer Elektrode, die in eine gegen alle 111-Flächen schräg verlaufende ebene Oberfläche des Halbleitereinkristalls einlegiert wird und welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Legierungsfläche — insbesondere durch Herausschneiden aus einem größeren Kristall — derart präpariert wird, daß in die schräg unter einem nicht verschwindenden Winkel β von höchstens 10° gegen eine Schar von 111-Flächen geneigte Legie-Verfahren zum Herstellen
eines Halbleiterbauelementes

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, , 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Phys. Boris Hajak, 8000 München;
Dipl.-Ing. Winfried Meer, 8011 Hohenbrunn;
Dipl.-Phys. Ullrich Pflaum, 8000 München

rungsfläche eine Schnittgerade mindestens zweier 111-Flächen fällt.

Wird die Legierungsfläche entsprechend dieser Anweisung, aus einem größeren Einkristall, z. B. einem in 111-Richtung gezogenen Silicium- oder Germaniumstab, herausgeschnitten, so wird nicht nur das oben beschriebene nachteilige Verhalten des Elektrodenmaterials beim Aufschmelzen unterbunden, sondern zugleich auch eine Möglichkeit geschaffen, die ebenfalls stark störende Erscheinung von unregelmäßigen »Legierungsrändern« zu beherrschen und damit unschädlich zu machen.

Unter Verwendung eines rechtwinkeligen Koordinatensystems x, y, ζ kann man die 111-Flächen durch die Gleichungen der Ebenen

χ + y + z — d (d — Parameter)

beschreiben. Ihre Normale ist die 111-Richtung. Sie fallen im Diamantgitter mit Ebenen mit relativ dichtester Atombelegung zusammen. Auf einen beliebigen Koordinatensprung im Kristall bezogen, stellen die zu diesem Ursprung gehörenden 111-Flächen mit dem gleichen Wert von d ein reguläres Oktaeder dar. Die Seitenflächen dieses Oktaeders sind gleichseitige Dreiecke. Die Seiten dieser Dreiecke sind Schnittlinien einer zu einem bestimmten Wert von d gehörenden 111-Ebene aus einer Schar mit den zum gleichen Wert von d gehörenden 111-Ebenen der übrigen Scharen. Da die 111-Ebenen in nach dem Diamantgitter aufgebauten Kristallen als Flächen relativ dichtester Atombelegung besondere physikalische Eigenschaften erhalten, treten die dreieckigen Oktaederflächen bei einer Reihe von Gelegenheiten in Erscheinung, nämlich dann, wenn dem Fortschreiten eines chemischen, gegebenenfalls auch

809 539/312

3 4

eines physikalischen Vorgangs senkrecht zu den Stelle 5 ein Lichtbündel 4, z. B. aus weißem Licht,

111-Flächen ein merklich höherer Widerstand als auftritt.

beim Fortschreiten in anderen Richtungen geboten 2. Das reflektierte Bündel 6 wird auf dem Schirm 7

wird. Hier ist besonders auf die dreieckigen Ätz- aufgefangen und führt dort zu der bereits erwähnten

figuren hinzuweisen, die an 111-Flächen oder an nur 5 und in Fig. 2 dargestellten, regulären sternartigen

in geringem Maße gegen 111-Flächen geneigten Figur. Diese steht in besonderem Verhältnis zu der

Flächen nach dem Anätzen beobachtet werden Lage der verschiedenen Scharen von 111-Flächen im

können und die, genau betrachtet, Vertiefungen in Kristall. Bezeichnet man den Winkel zwischen den

der angeätzten Fläche sind. Dabei gibt es eine Reihe optischen Achsen (bzw. den Strahlrichtungen) des

von Ätzmitteln, welche bewirken, daß die Wände io einfallenden Bündels 4 und des reflektierten Bün-

dieser »Ätzgruben« parallel zu den 111-Flächen sind. dels 6 mit α, so gibt die Richtung der Halbierenden 8

Für Silicium wird dies z. B. durch Verwendung von dieses Winkels α eine 111-Richtung des Kristalls. Ist

NaOH oder KOH, für Germanium KJ-J₂ oder KBr- z. B. der Kristall in 111-Richtung oder nur etwa in

Br₂-Ätzlösungen (z. B. 2000 mg KJ, 200 mg J₂, 111-Richtung gezogen, so hat die Winkelhalbie-

50 ml H₂O) als Ätzmittel erreicht. Derartige Ätz- 15 rende 8 die Ziehrichtung oder etwa die Ziehrichtung,

figuren entstehen bevorzugt an lokalen Störungen im Das zur Erzeugung der erforderlichen Schnitte be-

einkristallinen Aufbau an der Behandlungsfläche. stimmte Sägewerkzeug 9, z. B. eine Diamantkreissäge,

Von ähnlicher Bedeutung sind die 111-Flächen mit wird nun relativ zu dem Kristall 1 derart in Stellung

niederen Millerschen Indizes bei der Entstehung des gebracht, daß die Ebenen 10 der von dem z. B.

mikrokristallinen Bildes von Bruchflächen, das bei 20 zwangläufig geführten Werkzeug 9 erhaltenen Schnitte

der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen senkrecht zu der Winkelhalbierenden 8 stehen. Die

Verfahrens besondere Bedeutung erlangt. auf diese Weise festgelegte Richtung der Schnitt-

Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch- ebene 10 bleibt ungeachtet der noch folgenden Begeführt werden, indem man an der Oberfläche eines wegung des Kristalls 1 unverändert,
großen Halbleiterkristalls von Diamantgitter, ins- 25 3. Soll nun die Ebene der durch die Schnitte zu erbesondere eines Stabes, zunächst eine 111-Fläche haltenden Legierungsflächen mit einer Schar von freilegt, die Richtung der Schnittgeraden g dieser 111-Flächen den Winkel β einschließen, so wird vor 111-FIäche mit einer anderen 111-Fläche bestimmt Durchführung der parallel zu den unter Ziffer 2 fest- und den Kristall unter dem vorgegebenen Winkel ±ß gelegten Ebenen 10 ohne Berücksichtigung der nunzu der freigelegten 111-Fläche parallel zu der Schnitt- 30 mehr zu beschreibenden Änderung der Lage des geradeng schneidet oder sägt. Zur Festlegung der Kristalls 1 in bezug auf die Winkelhalbierende8 und Richtung der Schnittgeraden g können dann die drei- die Ebene 10 vorzunehmenden Schnitte durch das eckigen Kanten von Ätzgruben in der freigelegten Werkzeug 9 der Kristall 1 aus seiner zur Festlegung 111-Fläche herangezogen werden, wobei jedoch der Schnittebene 10 unter Ziffer 2 benutzten Lage darauf zu achten ist, daß nicht alle Ätzmittel in der 35 um den Winkel ±ß — zweckmäßig mit der Auftreff-Lage sind, die 111-Flächen freizulegen. Einzelne stelle 5 als Drehpunkt — geschwenkt, wobei die Ätzmittel führen nämlich zu Ätzgruben, die nicht Drehachse dieser Schwenkung senkrecht zu einer der oder nicht ausschließlich von 111-Flächen begrenzt Symmetrieachsen A der Reflexionsfigur auf dem sind. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Schirm 7 (in Fig. 2 strichpunktiert dargestellt) im folgenden zu beschreibende Methode unter Aus- 40 orientiert ist. Die Geraden g des Schnittes der beiden nutzung der Reflexionseigenschaften von Bruch- 111-Ebenen mit der erhaltenen Legierungsfläche ist flächen solcher Kristalle verwendet wird. dann parallel in dieser Drehachse. Jeder der parallel

Bruchflächen an Halbleitereinkristallen vom Dia- zu der Ebene 10 durch den nunmehr orientierten mantryp setzen sich im wesentlichen aus 100-, 111- Kristall 1 geführten Schnitte liefert eine Schnittfläche, Flächen und deren Vicinatflächen zusammen. Die 45 deren Verwendung als Legierungsfläche der Lehre Reflexion eines Lichtbündels an der Bruchfläche der Erfindung entspricht. In der F i g. 1 ist angenomführt deshalb zu einer charakteristischen Figur, näm- men, daß die Schwenkung um den <£ β in der lieh zu einem dreistrahligen regulären Stern, an Zeichenebene vorgenommen wird. Die neue Lage Hand dessen die Orientierung der Schnittflächen zur des Kristalls 1 ist schraffiert gezeichnet.
Präparierung der Legierungsfläche bei dem er- 50 4. Um die Orientierung für den nachfolgenden Lefmdungsgemäßen Verfahren bevorzugt vorgenommen gierungsvorgang kenntlich zu machen, sind Marwird. Ebenso läßt sich — allerdings mit größerem Meningen notwendig, die zweckmäßig vor dem Zerapparativem Aufwand — die Orientierung der durch- schneiden des Kristalls 1, insbesondere in Scheiben, zuführenden Schnitte auch röntgenographisch oder angebracht werden. Zweckmäßig sind eingefräste durch andere in der Kristallographie übliche Unter- 55 oder eingeschnittene Rillen oder angeschliffene suchungsmethoden durchführen. Flächen, die sich zum Teil bei Verwendung eines

Die unter Verwendung von Reflexionen an Bruch- stabartigen Kristalls 1 parallel zur Stabachse erstellen des Halbleiterkristalls arbeitende Variante strecken.

des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an Hand Für die Markierung ist folgendes zu beachten:

der F i g. 1 und 2 erläutert. 60 a) An den erhaltenen Legierungsflächen muß die

In F i g. 1 ist das Orientierungsprinzip der durch- Richtung der Schnittgeraden g erkennbar sein, zuführenden Schnitte und in Fig. 2 die durch Spie- Deshalb wird zweckmäßig parallel zur Stabgelung an einer Bruchfläche eines solchen Kristalls achse und parallel zu g, d. h. parallel zur Dreherhaltenen sternartige Reflexionsfigur schematisch achse der unter Ziffer 3 bezeichneten Drehung dargestellt. Die Durchführung des erfindungsgemäßen 65 ein Schnitt geführt oder eine Fläche angeschlif-Verfahrens kann wie folgt geschehen; fen, wodurch es ermöglicht wird, nach dem Zer-

1. Der in einer Halterung Z befestigte Kristall 1 ist schneiden des Stabes 1 in Scheiben die Richtung

mit einer Bruchfiäche 3 versehen, auf die an der von g an allen erhaltenen Scheiben festzustellen,

b) Betrachtet man das Bild einer Ätzfigur, deren Begrenzung aus 111-Flächen besteht — eines sogenannten Ätzdreiecks oder eines »etchpit« —, in der Legierungsfläche, so liegt eine Seite des Dreiecks — die Grundlinie — definitionsgemäß parallel zu der Schnittgeraden g. Denkt man sich die Dreiecksgrundlinie mit g zusammenfallend und die Dreieckshöhe in der 111-Ebene, die durch g geht und mit der Legierungsfläche den Winkel β einschließt, so kann sie entweder in den Kristall hinein oder aus diesem heraus weisen. Die Unterscheidung dieser beiden Fälle ist für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere dann von Bedeutung, wenn zwei nur einige Mikrön nebeneinander auf der Legierungsfläche anzuordnende Elektroden einlegiert werden sollen. Aus diesem Grunde muß durch eine Markierung, z. B. am Kristallumfang, angegeben werden, ob die Dreieckshöhe in den Kristall hinein oder aus ihm heraus weist. Die Markierung wird zweckmäßig vor dem Zerschneiden des Kristalls in Scheiben angebracht. Man kann z. B. unterschiedliche Markierungen für die Richtung von g und die Orientierung der Neigung der Legierungsfläche zu den 111-Ebenen am Kristallumfang anbringen und damit eine Verwechslung von Legierungsfläche und Scheibenrückseite nach dem Zerteilen des Kristalls in einzelne Scheiben vermeiden.

Bekanntlich werden beim Zerteilen eines Halbleitereinkristalls vom Diamantgitter 111-Ebenen als Sägefläche bevorzugt. Dampft man auf eine gegen 111-Flächen einer Schar in der oben beschriebenen Weise um höchstens 10° fehlorientierte Legierungsfläche eines derartigen Kristalls rechteckige Metallflecke, z. B. aus Aluminium, bei einer Scheibentemperatur unterhalb der eutektischen Temperatur auf und legiert diese anschließend ein, so findet man häufig, daß an einer oder mehreren Seiten der Metallflecke die Legierung über die Begrenzung der Metallflecke hinaus »ausläuft«, daß es also zu über die gewünschte Geometrie hinausragende Ausbuchtungen kommt. Wie die Beobachtungen zeigen, ist die Richtung dieser Ausbuchtungen auf der Legierungsfläche einer Scheibe einheitlich.

Im Falle eines Mesatransistors, bei dem man zwei rechteckige Elektroden kleinster Abmessungen in wenigen Mikron Abstand nebeneinander einlegiert, ist es besonders wichtig, daß Ausbuchtungen an den einander gegenüberliegenden Kanten vermieden werden, da sonst Kurzschlüsse oder Beeinträchtigungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors möglich sind. Diese oben bereits erwähnte, als unregelmäßige »Ausbildung des Legierrands« bezeichnete Erscheinung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren in folgender Weise unschädlich gemacht:

a) Falls die beabsichtigte Legierungsfläche derart orientiert ist, daß die Höhe des von 111-Flächen begrenzten Ätzdreiecks, dessen Grundlinie in der Schnittgeraden g liegt, unter dem Winkel β in den Kristall hineinweist, dann wird die Linie der kürzesten Verbindung der einzulegierenden Elektroden parallel zu der Geraden g gelegt.

b) Falls die Höhe des Ätzdreiecks aus dem Kristall hinausweist, wird die kürzeste Verbindungslinie der beiden Elektroden senkrecht zu der Schnittgeraden g orientiert.

Da die oben beschriebene sternförmige Reflexionsfigur bezüglich der Ätzdreiecke eindeutig orientiert ist, kann man mit Hilfe der Reflexionsfigur nicht nur, wie oben beschrieben, die Neigung der Legierungsfläche sondern zugleich auch auf Grund des dabei angewandten Drehsinns das unter a) bzw. b) benötigte Verhalten der Ätzdreiecke festlegen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes aus einem nach dem Diamantgitter aufgebauten Halbleitereinkristall mit mindestens einer Elektrode, die in eine gegen alle 111-Flächen schräg verlaufende ebene Oberfläche des Halbleitereinkristalls einlegiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsfläche — insbesondere durch Herausschneiden aus einem größeren Kristall — derart präpariert wird, daß in die schräg unter einem nicht verschwindenden Winkel/? von höchstens 10° gegen eine Schar von 111-Flächen geneigte Legierungsfläche eine Schnittgerade mindestens zweier 111-Flächen fällt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine 111-Fläche des Kristalls freigelegt wird, daß dann die Richtung der Schnittgeraden (g) einer 111-Fläche einer anderen Schar mit der freigelegten 111-Fläche bestimmt und daß schließlich der Kristall unter dem vorgegebenen Winkel β zu der freigelegten 111-Fläche parallel zu der Schnittgeraden (g) zerschnitten oder zersägt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der freigelegten 111-Fläche mindestens eine dreieckige Ätzfigur mit zu 111-Flächen parallelen Wandungen erzeugt und die Linie des unter dem Winkel β zur 111-Fläche zu führenden Schnitts in der 111-Fläche parallel zu einer der die Ätzfigur begrenzenden Geraden angesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierung des durchzuführenden Schnitts zur Freilegung der Legierungsfläche durch optische Reflexion an einer Bruchfläche des Kristalls bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß gegen die Bruchfläche (5) des Kristalls (1) ein Lichtbündel (4) gerichtet und die Richtung der Halbierenden (8) des Winkels <x zwischen den Strahlrichtungen des einfallenden Bündels (4) und des reflektierten Bündels (6) bestimmt und die Ebene (10) der durch den Kristall (1) zu führenden Schnitte senkrecht zu der Richtung dieser Winkelhalbierenden (8) festgelegt wird, daß dann der Kristall mit dem Auftreffpunkt (5) des einfallenden Lichtbündels (4) als Drehpunkt um den Winkel ±ß um eine senkrecht zu einer der Symmetrieachsen (A) der sternartigen, auf einen Schirm (7) beobachteten Reflexionsfigur orientierten Achse geschwenkt und die erhaltene Lage des Kristalls (1) zur Durchführung der in den Schnittebenen (10) vorzunehmenden Schnitte beibehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie der kürzesten Verbindung mindestens zweier der einzulegierenden Elektroden parallel zu der Schnittgeraden (g) gelegt wird, wenn die Spitze des mit

seiner Grundlinie auf (g) liegenden Ätzdreiecks unter dem Winkel/? in den Kristall hineinweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie der kürzesten Verbindung mindestens zweier der einzulegierenden Elektroden senkrecht zu der Schnittgeraden (g) gelegt wird, wenn die Spitze des mit seiner Grundlinie auf (g) liegenden Ätzdreiecks unter dem Winkel/? aus dem Kristall herausweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsfläche bzw. der Kristall mit einer Markierung versehen wird, aus der die Richtung der Schnittgeraden (g) ersichtlich ist.

IO

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsfläche bzw. der Kristall mit einer Markierung versehen wird, aus der die Richtung der Orientierung der Spitze des mit seiner Gmndi-¹ linie auf der Schnittgeraden (g) liegenden Ätzdreiecks ersichtlich ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1148 661; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1867 991.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Patent Nr. 1231354.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 539/512 4.68 ® Bundesdruckerei Berlin