DE1219379B - Verfahren zum Herstellen von kristallinen Halbleiterscheiben fuer Halbleiterbauelemente aus einem kristallinen Halbleiterstab - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von kristallinen Halbleiterscheiben fuer Halbleiterbauelemente aus einem kristallinen HalbleiterstabInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
B28d
Deutsche KL: 8Od-2
Nummer: 1219 379
Aktenzeichen: S81153Ib/80d
Anmeldetag: 29. August 1962
Auslegetag: 16. Juni 1966
Für das Herstellen von kristallinem Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium oder Germanium,
ist eine Reihe von Verfahren bekannt. Von besonderer
Bedeutung sind jene Verfahren, bei denen der zu gewinnende Halbleiterstoff aus einer gasförmigen
Halbleiterverbindung, beispielsweise einer Halogenwasserstoffverbindung, die vorzugsweise mit Wasserstoff
vermischt zur Anwendung gelangt, gewonnen wird. Das Abscheiden des Halbleitermaterials erfolgt
dabei vorzugsweise an einem durch direkten Stromdurchgang erhitzten drahtförmigen Keimkristall, der
zugleich die für das Zersetzen der Halbleiterverbindung erforderliche Hitze liefert, oder mittels einer
Gasentladung, an deren Elektroden das durch die Wirkung der Gasentladung frei werdende Halbleitermaterial
ankristallisiert. Dieses und andere Verfahren, z. B. auch das Kristallziehen aus der Schmelze
nach Czochralsky, führen zu stabförmigen Halbleiterkristallen. Für die Weiterverarbeitung zu Halbleiterbauelementen
werden die Kristallstäbe in etwa rechteckige oder scheibenförmige Kristallstücke zerschnitten,
die in der für die Verwendung jeweils notwendigen Weise mit Elektroden versehen und gegebenenfalls
in einem Schutzgehäuse untergebracht werden.
Das Zerschneiden ist erfahrungsgemäß mit erheblichen Schnittverlusten an wertvollem Halbleitermaterial
verbunden. Außerdem besteht beim Zerschneiden die Gefahr, daß ein Beschädigen oder Zerstören
der Kristallscheiben eintritt, da die Halbleitermaterialien, besonders Germanium und Silizium, bei
Zimmertemperatur sehr spröde sind. Zahlreiche Versuche, durch eine besondere Schneide- oder Sägetechnik
die Schnittverluste klein zu halten und eine Beschädigung der Halbleiterkristalle möglichst auszuschalten,
haben nur wenig oder keinen Erfolg gezeigt.
Die Erfindung sieht deshalb eine neue Lösung dieser Aufgabe vor, durch deren Anwendung es gelingt,
die Verluste an Halbleitermaterial wesentlich zu verringern und ein mechanisches Zerstören des kristallinen
Halbleitermaterials weitgehend zu verhindern.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von kristallinen Halbleiterscheiben, insbesondere
aus Germanium oder Silizium, für Halbleiterbauelemente aus einem kristallinen Halbleiterstab.
Ein solches Verfahren wird erfindungsgemäß derart durchgeführt, daß der Halbleiterstab auf eine
solche Temperatur erhitzt wird, daß er durch mechanische Kräfte bleibend verformbar ist und daß er bei
dieser Temperatur durch Zersägen oder Zerschneiden in Scheiben zerlegt wird.
Verfahren zum Herstellen von kristallinen
Halbleiterscheiben für Halbleiterbauelemente
aus einem kristallinen Halbleiterstab
Halbleiterscheiben für Halbleiterbauelemente
aus einem kristallinen Halbleiterstab
Anmelder:
ίο Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Rudolf Bohner, Selb (OFr.);
Dipl.-Ing. Rudolf Kappelmeyer,
Oberhaching bei München
Dipl.-Ing. Rudolf Kappelmeyer,
Oberhaching bei München
Erfahrungsgemäß werden Halbleiterstoffe, wie beispielsweise
Silizium und Germanium, oberhalb einer bestimmten Behandlungstemperatur duktil. Bei Silizium
liegt dieser Temperaturbereich etwa zwischen 900 und 1100° C, bei Germanium schon über etwa
500° C. In diesem Zustand lassen sich Silizium- und Germaniumkristalle durch mechanische Kräfte bleibend
verformen. Dem Verfahren liegt die durch eingehende Versuche gewonnene Erkenntnis zugrunde,
daß sich Halbleiterstäbe, insbesondere aus Silizium und Germanium, in diesem Zustand überraschenderweise
mit besonderen, teilweise schon erwähnten Vorteilen zerschneiden oder zersägen lassen und daß
es gleichgültig ist, in welcher Richtung des Halbleiterstabs diese Maßnahme vorgenommen wird. Beispielsweise
kann ein einkristalliner Siliziumstab sowohl parallel als auch senkrecht zur Stabachse zerlegt
werden, wobei sich beliebig dünne Scheiben herstellen lassen. Mechanische Defekte des Halbleiterkristalls
werden während des Erhitzens auf die Temperatur des duktilen ZuStands weitgehend ausgeschaltet.
Ein nachträgliches Läppen oder Polieren der Halbleiterscheiben kann gegebenenfalls überflüssig
sein.
Es war bereits bekannt, daß Germanium oder Silizium bei einer Temperatur von 800 bzw. von 1100° C
plastisch verformt werden kann, so daß Bleche gewalzt, Rohre oder Drähte gezogen, Profile gebogen
oder Bleche gestanzt werden können. Doch aus der Tatsache, daß man Halbleiterkristalle in duktilem
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Zustand unter Druck, Zug od. dgl. in eine andere Form bringen kann, läßt sich nicht ableiten, daß sich
die Kristalle auch mit besonderem Vorteil zerteilen, z. B. zersägen, lassen.
Außerdem war bereits vorgeschlagen worden, einen durch Erhitzen in den duktilen Zustand' übergeführten
Silizium- oder Germaniumstab-zu-einem Flachkörper mit der gewünschten Dicke der herzustellenden
Halbleiterscheiben zu formen, diesen Flachkörper an einer seiner flachen Seiten mit einem den Abmessungen
der gewünschten Halbleiterscheiben entsprechenden Netz von eingeritzten Rillen zu versehen
und durch Zerbrechen längs dieser Rillen in die gewünschten Halbleiterscheiben überzuführen. Doch
bei diesem Verfahren ist eine ganze Reihe von langwierigen Verfahrensschritten erforderlich. Zunächst
muß der Halbleiterstab erhitzt werden, bis er durch mechanische Kräfte bleibend verformbar, ist. Dann
wird er zu einem Flachkörper gepreßt. Der Flachkörper wird mit Rillen versehen, und erst nach dem Einritzen
der Rillen kann die eigentliche Umformung zu den erwünschten Scheiben vorgenommen werden.
Demgegenüber gestaltet sich das durch <lie Erfindung
vorgesehene Verfahren sehr einfach. Die Stäbe werden nach dem Erhitzen zu den gewünschten Scheiben
zerteilt. - Dabei tritt, noch der überraschende
Effekt auf, daß die Verluste an,Halbleitermaterial beim Zerschneiden wesentlich verringert.werden und
außerdem eine mechanische Zerstörung des Kristallgefüges praktisch ganz vermieden wird. Bei dem vorgeschlagenen
Verfahren wird dagegen die Kristallstruktur zerstört;, außerdem wird: auf Grund der vielen
Arbeitsgänge eine Verunreinigung der Halbleitermaterialien wohl kaum zu vermeiden sein.
Vorteilhaft ist es bei dem Verfahren gemäß der
Erfindung, die Halbleiterkristalle bereits mit einem Querschnitt herzustellen, wie er bei den Scheiben für
die Verwendung als Halbleiterkörper von Halbleiterbauelementen erwünscht ist.: Beispielsweise können
die Kristalle durch Ziehen aus der Schmelze gewonnen
werden. Solche dünn gezogenen Kristalle lassen sich besonders gut schneiden. Die Auswahl der Materialien
für die zu verwendenden Schneide- oder Sägewerkzeuge-muß-hierbei-nach besonderen, die
Gegebenheiten der Halbleiterstoffe berücksichtigenden Gesichtspunkten vorgenommen werden; insbesondere
sind die bei einer Reihe· von Halbleitermaterialien,
insbesondere von Silizium, erforderlichen hohen Behandlungstemperaturen und die Fähigkeit
mancher Halbleitermaterialien, mit einigen Werk- so
zeugmaferialien in chemische Wechselwirkung zu treten, zu beachten. Deshalb werden die zur Zerteilung
des Halbleiterstabs verwendeten Werkzeuge zweckmäßigerweise aus einem temperaturbeständigen,
mechanisch und chemisch widerstandsfähigen Material, wie beispielsweise Wolfram, Molybdän,
Tantal, Siliziumkarbid, Aluminiumoxyd, Magnesiümoxyd, Berylliumoxyd, Quarz oder Diamant, hergestellt.
Gegebenenfalls können die Werkzeuge aus Siliziumkarbid oder den erwähnten Qxyden mit einem
Überzug beispielsweise der Metalle Wolfram, Molybdän, Tantal, die sich sehr rein herstellen lassen, oder
auch von Silizium überzogen werden.
Das Erhitzen des Halbleiterkristalls auf die Temperatur
des duktilen Zustandes kann in einem Rohrofen
vorgenommen werden, der beispielsweise von einem Schutzgas, wie etwa Stickstoff, Wasserstoff
oder Argon, durchströmt wird. Der stabförmige Halbleiterkristall wird beispielsweise auf einem Träger,
der insbesondere aus dem gleichen, thermisch beständigen sowie mechanisch und chemisch widerstandsfähigen
Material wie die Schneide- oder Sägewerkzeuge hergestellt wird, horizontal im Ofen angeordnet.
Besonders zweckmäßig ist es, einen Träger aus dem gleichen Halbleitermaterial zu verwenden,
aus dem der zu schneidende stabförmige Halbleiterkristall besteht, oder den Träger wenigstens mit einem
Überzug dieses Halbleitermaterials zu versehen. Der Träger kann zweckmäßigerweise horizontal durch
den Ofen hindurchbewegt werden, so daß auch der auf dem Träger aufliegende Halbleiterstab durch den
Ofen von einem Ende zum anderen hindurchgeführt wird. Insbesondere ist an der Austrittsstelle des
Halbleiterstabs aus dem Ofen das Schneidewerkzeug angeordnet. Beispielsweise kann dieses als Messer
ausgebildet sein, welches gegebenenfalls in gleichrmäßigem Rhythmus in vertikaler Richtung bewegt
werden kann und bei jeder senkrecht nach unten führenden Bewegung eine Scheibe des Halbleiterstabs
abschneidet, wobei die Dicke der Scheiben teils durch die Geschwindigkeit eingestellt wird, mit welcher die
Bewegung des Messers erfolgt, sowie teils dadurch, wie schnell der Stab aus dem Ofen herausgeführt
wird. Ebenso günstig erweist sich eine Schneidevorrichtung, die beispielsweise als rotierende Scheibe
ausgebildet ist. Besonders zweckmäßig wird der Schneidevorgang unter Schutzgas, beispielsweise in
Stickstoff-, Wasserstoff- oder Argonatmosphäre vorgenommen, und auch die Abkühlung der Scheiben
kann vorteilhaft unter Schutzgas erfolgen. Die erhaltenen
Halbleiterscheiben werden in üblicher Weise geätzt und zu Halbleiterbauelementen weiterverarbeitet.
Da bei einer mechanischen Verformung im duktilen Zustand die Lebensdauer der Ladungsträger im
Kristall sehr verkürzt wird, können auf diese Weise Scheibchen für Hochfrequenzdioden oder Hochfrequenztransistoren
hergestellt werden.
Claims (5)
- Patentansprüche:. 1. Verfahren zum Herstellen von kristallinen Halbleiterscheiben, insbesondere aus Silizium oder Germanium, für Halbleiterbauelemente aus einem kristallinen Halbleiterstab, d a d τι r c h g e kennzeichnet, daß der Halbleiterstab auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß er durch mechanische Kräfte bleibend verformbar ist und daß er bei dieser Temperatur durch Zersägen oder Zerschneiden in Scheiben zerlegt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterstab zum Zerschneiden an eine am Rand mit einer Schneide versehene rotierende Scheibe heranbewegt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Schneide- oder Sägewerkzeug ein temperaturbeständiges sowie mechanisch und chemisch widerstandsfähiges Material, wie beispielsweise Wolfram, Molybdän, Tantal, Siliziumkarbid, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Berylliumoxyd, Diamant oder Quarz, verwendet wird. -
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterstab in einem Schutzgas, insbesondere in einer Stick-5 6Stoff-, Wasserstoff- oder Argonatmosphäre, in den 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,duktilen Zustand übergeführt wird. dadurch gekennzeichnet, daß ein aus der Schmelze
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gezogener dünner Halbleiterstab verwendet wird.dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterstabin einem Schutzgas, insbesondere in einer Stick- 5 In Betracht gezogene Druckschriften:stoff-, Wasserstoff- oder Argonatmosphäre, zer- Deutsche Auslegeschrift Nr. 1115 937;schnitten wird. britische Patentschrift Nr. 737 950.609 579/16 6.66 © Bundesdruckerei Berlin
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011008854A1 (de) * | 2011-01-18 | 2012-07-19 | Centrotherm Sitec Gmbh | Verfahren zum Schneiden von Halbleitermaterialien |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB737950A (en) * | 1952-07-07 | 1955-10-05 | Gen Electric | Improvements in and relating to plastic working of semiconductors |
DE1115937B (de) * | 1952-08-19 | 1961-10-26 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Verfahren zur plastischen Verformung von Germanium und Silicium |
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1962
- 1962-08-29 DE DES81153A patent/DE1219379B/de active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB737950A (en) * | 1952-07-07 | 1955-10-05 | Gen Electric | Improvements in and relating to plastic working of semiconductors |
DE1115937B (de) * | 1952-08-19 | 1961-10-26 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Verfahren zur plastischen Verformung von Germanium und Silicium |
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DE102011008854A1 (de) * | 2011-01-18 | 2012-07-19 | Centrotherm Sitec Gmbh | Verfahren zum Schneiden von Halbleitermaterialien |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE1219379C2 (de) | 1966-12-29 |
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