DE1289831B - Verfahren zur Herstellung duenner frei tragender Folien aus einkristallinem Halbleitermaterial - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Substanz, z. B. NaCl oder NaF, verwendet. Als

Verfahren zum Herstellen dünner, frei tragender Endprodukt bleibt nach dem chemischen Auflösen

Folien aus einkristallinem Halbleitermaterial durch der Trägerschicht eine je nach den Abscheidungs-

epitaktisches Aufwachsen einer dünnen einkristallinen bedingungen mehr oder weniger dicke, jedoch durch Schicht aus Halbleitermaterial auf einer aus einem 5 das Lösungsmittel praktisch unveränderte folienartige

einkristallinen Halbleitermaterial bestehenden vor- Schicht aus Halbleitermaterial in der Lösung,

wiegend ebenen Unterlage, wobei die Gitterstruktur Die Halbleiterschicht kann auch durch einen an

der beiden Halbleitermaterialien gleich, ihre Löslich- sich bekannten Epitaxieprozeß auf einen ebenfalls

keit jedoch verschieden ist, und nachfolgendes Ent- aus Halbleitermaterial bestehenden Trägerkörper auffernen der Unterlage durch Behandeln mit einem für io gebracht werden, wobei der Trägerkörper, der von

das Material der Unterlage spezifischen Lösungs- gleicher Kristallstruktur ist, durch ein spezifisches

mittel. Lösungsmittel aufgelöst und so eine folienartige

Folien aus halbleitendem Material sind z. B. für Schicht aus dem epitaktisch aufgebrachten HaIb-

die Herstellung von bandförmigen Dehnungsmeß- leitermaterial erzeugt wird.

streifen oder Mikrophonmembranen von Interesse. 15 Als geeignete Kombination von Halbleiter-Das Arbeitsprinzip beruht auf der piezoelektrischen materialien mit gleichartiger Kristallstruktur, aber Widerstandsänderung: Bei mechanischen Deforma- verschiedener chemischer Löslichkeit und zugehörige tionen, z. B. Dehnung, innerhalb des elastischen Lösungsmittel bieten sich unter anderem an:
Bereichs treten völlig reversible Änderungen des a) GaAs als Halbleitermaterial I, Ge als Halbleiterspezifischen Widerstandes auf. Besonders bedeutsam 20 material II, Königswasser als Lösungsmittel sind dünne Halbleiterfolien, da bei deren Verwendung (Auflösung von GaAs);

schon geringe Kräfte bzw. Drücke genügen, um starke b) Ge als Halbleitermaterial I, GaAs als Halbleiter-Verformungen und damit starke Widerstandsänderun- material II, Natronlauge als Lösungsmittel (Aufgen hervorzurufen. lösung von Ge);

Folien aus einkristallinem Halbleitermaterial sind 25 c) Si als Halbleitermaterial I, AIP als Halbdünnen Schichten aus polykristallinem Material aus leitermaterial II, NaOH als Lösungsmittel (Aufverschiedenen Gründen vorzuziehen: So ergeben sich lösung von Si);

stets bei polykristallinen Materialien, besonders wenn d) AIP als Halbleitermaterial I, Si als Halbleiter-

diese in Form dünner filmartiger Schichten vorliegen, material II, Salpetersäure als Lösungsmittel

allmähliche, jedoch irreversible zeitliche Veränderun- 30 (Auflösung von AIP).

gen des Widerstandes, die vor allem durch Prozesse a) und b) sowie c) und d) haben ähnlichen Kristallverschiedener Art an den sehr inhomogenen Ober- typ (Diamant- bzw. Zinkblendegitter) und nahezu flächenbereichen der einzelnen das polykristalline gleiche Gitterkonstanten.

Material aufbauenden Körner bewirkt werden. Auf Durch Einbau einer Zwischenschicht aus einem für Grund des polykristallinen Auf baus haben Wider- 35 ein Lösungsmittel spezifisch löslichen Stoff ist es mögstände aus polykristallinem halbleitendem Material lieh, den Trägerkörper zur weiteren Herstellung ein wesentlich höheres Rauschen als solche aus ein- dünner, frei tragender Folien aus Halbleitermaterial kristallinem Material. wiederzuverwenden.

Herstellung und Handhabung sehr dünner Folien Diese frei tragenden einkristallinen Folien werden aus einkristallinem Halbleitermaterial sind mit 40 für spezielle Anwendungszwecke aus einem HaIb-Schwierigkeiten verbunden, besonders wenn Folien leitermaterial mit geringem Widerstand gefertigt, für sich als frei tragende Körper erhalten und ver- Wegen der sehr dünnen Halbleiterfolien ergeben sich wendet werden sollen. Zwar ist seit einiger Zeit das nämlich schon bei relativ geringen spezifischen Aufbringen von Schichten aus halbleitendem Material Widerständen hohe Bahnwiderstände. Der spezifische durch epitaktisches Aufwachsen von halbleitendem 45 Widerstand des Halbleitermaterials hängt in hohem Material über die Gasphase auf gleichartiges, als Maße von seiner Dotierung ab und nimmt im allge-Keim wirkendes Ausgangsmaterial bekannt. Dabei meinen mit zunehmender Dotierung ab. Unter verwachsen die epitaktischen Schichten jedoch derart »Halbleitermaterial mit geringem spezifischem Widermit dem Keimausgangsmaterial, daß sie von diesem stand« wird ein Material verstanden, das einen nur noch durch mechanische Bearbeitung, wie z. B. 50 spezifischen Widerstand von z. B. weniger als Sägen, getrennt werden können. So geeignet das 0,01 Ohm ■ cm hat. Diese Angabe ist jedoch nur als epitaxiale Aufwachsen z.B. anders dotierten Materials Beispiel aufzufassen; für gewisse Anwendungszwecke in gewissen Fällen sein mag, für die Herstellung frei der Folien, besonders wenn es auf äußerste Feinheit tragender Halbleiterschichten ist es wenig geeignet, derselben ankommt, d. h., wenn also z. B. Folienwenn diese mechanisch vom Ausgangsmaterial ge- 55 stärken von 10 μ und darunter benötigt werden, trennt werden müssen. Es liegt im Wesen der mecha- werden möglichst geringe Widerstände der Folien nischen Bearbeitung zur Trennung, daß nur relativ angestrebt, die hauptsächlich durch Erhöhung des dicke Halbleiterfolien erhalten werden können. Dotierungsgrades bis zur Grenze der Löslichkeit des Aus der deutschen Auslegeschrift 1047911 ist ein Dotierungsmaterials im Ausgangsmaterial erzielt wer-Verfahren zur Herstellung frei tragender, insbeson- 60 den können.

dere dünner Folien aus einkristallinem Halbleiter- Die nach dem hier geschilderten Verfahren erzeug-

material bekannt. Dabei wird eine Schicht aus einem ten frei tragenden Folien sind für sich nur äußerst

Halbleitermaterial auf einer löslichen Trägerschicht, mühsam zu handhaben und weiterzuverarbeiten.

die sich auf einer ebenen Platte befindet, aufgedampft, Eine bequeme Handhabung der frei tragenden

die Halbleiterschicht durch ein Lösungsmittel abge- 65 Folien wird bei einem Verfahren zum Herstellen

löst und die dünne Halbleiterfolie mittels eines dünner, frei tragender Folien aus einkristallinem HaIb-

Rahmens von der Oberfläche des Lösungsmittels ab- leitermaterial durch epitaktisches Aufwachsen einer

gehoben. Als Trägerschicht wird eine wasserlösliche dünnen einkristallinen Schicht aus Halbleitermaterial

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auf einer aus einem einkristallinen Halbleitermaterial sehr geringem Maße von der Luftfeuchtigkeit der Umbestehenden vorwiegend ebenen Unterlage, wobei die gebung abhängig sind. In diesem Sinne erweisen sich Gitterstruktur der beiden Halbleitermaterialien gleich, als günstig Collodium, Polykarbonat, Polypropylen, ihre Löslichkeit jedoch verschieden ist, und nach- Polystryol, sämtliche mit verschiedenen Weichmacherfolgendes Entfernen der Unterlage durch Behandeln 5 zusätzen, Kunstkautschuke, z. B. Neoprene, Thermomit einem für das Material der Unterlage spezifischen plaste, wie Polyvinylchlorid, außerdem noch PolyLösungsmittel erreicht, wenn erfindungsgemäß vor ester und weichgemachtes Polyäthylen in Folienform, dem Entfernen der Unterlage die dünne epitaktische Auf den nach dem Verfahren nach der Erfindung Aufwachsschicht mittels Kunststoffs verstärkt wird. hergestellten Folien aus halbleitendem Material Dabei kann der zu verstärkende Kunststoff in Form io können Kontakte angebracht werden. Die Anbrineines Films, einer Folie oder eines Kunststoff- gung der Kontakte geschieht hierbei nach an sich plättchens auf die epitaktische Aufwachsschicht auf- bekannten Verfahren, z. B. Anpressen dünner Drähte gebracht werden. Der Vorteil des Kunststoffilms ist mit einem schneidenförmigen Instrument (Thermodarin zu sehen, daß er einen im Vergleich zur Halb- kompression), Aufstreichen von Leitsilber oder, als leiterfolie großen, flexiblen Träger darstellt, der bei 15 weitere besondere Ausbildung, Aufdampfen von weiteren Manipulationen leicht zu handhaben ist und Kontaktstreifen.

der in allen Fällen mit weniger Sorgfalt behandelt zu Im folgenden wird als Anwendungsbeispiel für das

werden braucht und, besonders an den überstehenden Verfahren nach der Erfindung die Herstellung von

Rändern, sogar beschädigt werden kann, ohne daß Mikrophonmembranen aus dotiertem Germanium be-

dadurch eine Beeinträchtigung der Halbleiterfolie 20 schrieben,

eintritt. Als Ausgangsmaterial dient, wie in F i g. 1 gezeigt,

Es können Kunststoffe verwendet werden, die ein kreisrundes einkristallines Germaniumplättchen 1 durch das für das aufzulösende Halbleitermaterial von etwa 1 mm Dicke und 1,5 mm Durchmesser. Der vorgesehene spezifische Lösungsmittel nicht verändert, Dotierungsgrad dieses Plättchens ist von untergeordinsbesondere nicht aufgelöst werden. Kunststoff- und «5 neter Bedeutung. Dieses Plättchen wird in einem in Halbleiterfolie bleiben hierbei für die folgenden Fig. 2 gezeigten Rezipienten 11 auf eine Heiz-Bearbeitungsschritte miteinander verbunden. Ferner vorrichtung 12 gelegt; auf einem im Rezipienten 11 können thermoplastische Kunststoffe verwendet wer- angebrachten durch eine weitere Heizvorrichtung 13 den, die durch Erhitzen mit der Folie aus Halbleiter- beheizbaren Teller 14 befindet sich Galliumarsenid material fest verbunden werden. Eine Möglichkeit 30 15. Nach Abpumpen bis auf einen Druck von etwa besteht darin, die erhitzte Kunststoffolie auf die Halb- 1 mm Hg wird durch Aufheizen von 13 das auf dem leiterfolie aufzudrücken und durch gleichzeitige noch- Teller 14 befindliche Galliumarsenid 15 mindestens malige Erhitzung mit dieser zu verbinden, »anzu- teilweise in den gasförmigen Zustand übergeführt, schweißen«. Eine andere Ausbildung des Verfahrens Energetisch günstige Verhältnisse für eine Abscheigeht von einer Kunststofflösung aus. Der in ihr gelöste 35 dung von GaAs in einkristalliner Form befinden sich Kunststoff wird durch Aufstreichen der Lösung auf am vorher erwähnten Germaniumplättchen 1, das die Folie aus Halbleitermaterial oder Baden in der nicht auf die Temperatur des GaAs erhitzt wird, Kunststofflösung aufgebracht. Durch geeignete Ver- sondern auf einer niedrigeren Temperatur verbleibt, dünnung der Kunststofflösung lassen sich auf diese Die GaAs-Abscheidung folgt dabei der Kristall-Weise besonders dünne Kunststoffilme herstellen, 40 struktur des Germaniums, die identisch mit der des nämlich als Rückstand auf der Halbleiterfolie nach GaAs ist. Nach einigen Minuten ist eine etwa 10 μ dem Verdunsten des Lösungsmittels. dicke GaAs-Schicht epitaktisch aufgewachsen, die

Wenn die Halbleiterfolien nach dem Piezowider- hinreichend dick ist, um im weiteren Verlauf des Verstandsprinzip betrieben werden, ist es zweckmäßig, fahrens als Zwischenschicht wirken zu können. Man einen Kunststoff zu verwenden, der einen wesentlich 45 schaltet dann die Heizung 13 ab, wodurch die weitere niedrigeren Elastizitätsmodul als das Halbleiter- epitaktische Abscheidung des über die Gasphase material hat. Die Piezowiderstandseigenschaften der transportierten GaAs auf dem Germaniumplättchen Halbleiterfolien werden dann bei deren Verwendung, rasch zum Stillstand kommt. In dieser Phase des z. B. als Dehnungsmeßstreifen, auch bei Anwesenheit Prozesses hat sich die in Fig. 1 gezeigte GaAseiner auf der Halbleiterfolie anliegenden Kunststoff- 5° Schicht 2 gebildet. Zur Erzeugung der Halbleiterfolie folie nur in geringem Maße beeinflußt. Die Kunststoff- aus Germanium wird nun eine epitaktische Germafolie wirkt zwar als Träger, aber kaum als Versteifung niumschicht auf der GaAs-Schicht niedergeschlagen, der Halbleiterfolie, deren Deformationen die zur Der nun aus den Schichten 1 und 2 bestehende Kör-Anzeige gebrachte Widerstandsänderung bewirken. per wird gemäß F i g. 2 jetzt mit der Heizvorrichtung Die Vorteile einer völlig frei tragenden, jedoch bei 55 12 auf etwa 800° C aufgeheizt; gleichzeitig wird über geringen Folienstärken nur noch sehr schwer zu hand- den Einlaßstutzen 17 Wasserstoff durch das Germahabenden Halbleiterfolien werden durch einen an niumtetrachlorid enthaltende Verdampfergefäß 18 diesen anliegenden Kunststoffilm kaum beeinträchtigt, durchgeleitet. Das Verdampfergefäß 18 wird auf einer jedoch ist die Weiterverarbeitung, Befestigung usw. Temperatur von 0 bis + 10° C gehalten. Bei einem der Halbleiterfolien durch die sie tragenden Kunst- 60 Druck von etwa einer Atmosphäre im Rezipienten stoffolien bedeutend leichter möglich. An die elek- wird der Gasauslaß 19 geöffnet und der Wasserstoff trischen Eigenschaften der Kunststoffe sind keine in ein Auffanggerät 20 geleitet. Bei diesem Druck besonders hohen Anforderungen zu stellen, da, wie wird die Flußgeschwindigkeit des Wasserstoffs auf schon erwähnt, der spezifische Widerstand der Halb- etwa 601 H₂/h eingestellt. Unter den genannten Verleiterfolie stets nach Möglichkeit klein gehalten wird 65 hältnissen wächst etwa linear mit der Zeit eine im Vergleich zu dem des Kunststoffes. Zweckmäßig epitaktische Germaniumschicht auf die für sie als sind Kunststoffe, deren mechanische Eigenschaften, Keim wirkende Zwischenschicht aus GaAs auf: Die insbesondere deren Flexibilität und Adhäsion, nur in Wachstumsgeschwindigkeit beträgt etwa 2 μ/min. Der

Aufwachsprozeß erfolgt, ebenso wie vorher im Fall der GaAs-Abscheidung, gleichförmig über die ganze Kristallfläche, da die Kristallstruktur bei der Durchführung des Verfahrens erhalten bleibt. Eine nachträgliche Dotierung des epitaktisch aufgewachsenen Germaniums zur Einstellung eines bestimmten Leitfähigkeitswertes läßt sich in an sich bekannter Weise z.B. durch Eindiffundieren eines geeigneten Dotierungsmaterials erreichen. Das Ergebnis ist schließlich die in Fig. 1 mit 3 bezeichnete Germanium-Aufwachsschicht.

Das dreischichtige Plättchen ist groß genug, um mit ihm bequem hantieren zu können. Es wird nun mit der epitaktisch aufgewachsenen Germaniumschicht 3 z. B. auf einen Polystyrolfilm aufgelegt, der an der Berührungsstelle mit einem Tropfen eines das Polystyrol lösenden organischen Lösungsmittels angefeuchtet wird, so daß eine gute Haftung zwischen Germanium und Polystyrol im Mittelteil der Germaniumschicht 3 zustande kommt. Der Polystyrolfilm so ist bedeutend größer als das Germaniumplättchen, so daß an seinen Rändern genügend Platz bleibt, um es anfassen zu können, ohne dabei das Germaniumplättchen selbst zu berühren. Das so präparierte Plättchen wird kurze Zeit in Königswasser (Salzsäure as zu Salpetersäure im Verhältnis 1:1) gelegt, wobei sich die Zwischenschicht 2 aus Galliumarsenid völlig auflöst und sich Germaniumplättchen 1 und epitaktische Germaniumschicht 3 voneinander trennen. Die so entstandene beispielsweise 10 μ dicke epitaktische Germaniumschicht ist wegen ihrer Befestigung an der Kunststoffolie, z. B. während der Anbringung von Kontakten, immer noch gut zu manipulieren.

Claims (8)

Patentansprüche: 35

1. Verfahren zum Herstellen dünner, frei tragender Folien aus einkristallmem Halbleitermaterial durch epitaktisches Aufwachsen einer dünnen einkristallinen Schicht aus Halbleitermaterial auf einer aus einem einkristallinen Halbleitermaterial bestehenden vorwiegend ebenen Unterlage, wobei die Gitterstruktur der beiden Halbleitermaterialien gleich, ihre Löslichkeit jedoch verschieden ist, und nachfolgendes Entfernen der Unterlage durch Behandeln mit einem für das Material der Unterlage spezifischen Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Entfernen der Unterlage die dünne epitaktische Aufwachsschichtmittels Kunststoffs verstärkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Verstärkung dienende Kunststoff in Form eines Films auf die epitaktische Aufwachsschicht aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Verstärkung dienende Kunststoff in Form einer Folie auf die epitaktische Aufwachsschicht aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Verstärkung dienende Kunststoff in Form eines Plättchens auf die epitaktische Aufwachsschicht aufgebracht wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunststoff verwendet wird, der durch das für das aufzulösende Halbleitermaterial vorgesehene spezifische Lösungsmittel nicht verändert, insbesondere nicht aufgelöst wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermoplastischer Kunststoff verwendet wird, der mit der epitaktischen Aufwachsschicht durch Erhitzen fest verbunden wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff durch Aufstreichen einer Kunststofflösung oder durch Eintauchen in eine Kunststofflösung aufgetragen und durch Trocknen verfestigt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunststoff verwendet wird, der einen wesentlich niedrigeren Elastizitätsmodul als das Material der epitaktischen Aufwachsschicht besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen