DE1219379B

DE1219379B - Verfahren zum Herstellen von kristallinen Halbleiterscheiben fuer Halbleiterbauelemente aus einem kristallinen Halbleiterstab

Info

Publication number: DE1219379B
Application number: DES81153A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Kappelmeyer; Dipl-Ing Rudolf Bohner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-08-29
Filing date: 1962-08-29
Publication date: 1966-06-16
Also published as: DE1219379C2

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

Anmelder:

ίο Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Rudolf Bohner, Selb (OFr.);
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

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-

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Stoff-, 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 Halbleiterstab

in 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.

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