DE1934859A1 - Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von Halbleiteranordnungen - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von HalbleiteranordnungenInfo
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Description
6794--69/H
RCA 60,823
U.S.Serial No, 742,540
Piled: July 9, 1968
Radio Corporation of America, New York, N«Ye, USA
Verfahren.zum Herstellen einer Mehrzahl von Halbleiter-
anordnungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer
Hehrzahl von Halbleiteranordnungen aus einer drei Schichten'
enthaltenden Halbleiterscheibe, deren mittlere Schicht vom
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist wie die beiden äußeren Schichten und mit diesen zwei pn-Übergänge bildet.
Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Herstellung
von Halbleiteranordnungen oder -systemen wie zeB. Transistoren,
die im wesentlichen aus einer Pille aus Halbleitermaterial bestehen, welche zwei oder mehr bis zu den Oberflächen der Pille
reichende pn-Übergänge enthält. Damit gewährleistet ist, daß die einzelnen Systeme in ihren Eigenschaften nicht voneinander
abweichen, und damit sich während der Lebensdauer der Systeme ihre Eigenschaften nicht ändern, können die Ränder der pn-Übergänge
an den Pillenoberflächen dadurch stabilisiert oder "passiviert" werden, daß sie mit einem Isoliermaterial wie z.B.
Siliciumoxid, Glas oder dergleichen überzogen werden.
Zur Herstellung solcher "randpassivierter" Pillen werden auf
einer Scheibe aus Halbleitermaterial wie z.B. Silicium gleichzeitig eine Mehrzahl der Systemkomponenten ausgebildet, und
durch Zerteilen der Scheibe werden dann die einzelnen Pillen
geschaffen. Man geht von einer Scheibe eines bestimmten Leitfähigkeit
st yps aus und diffundiert in jede der flachen Oberflächen
der Scheibe einen Stoff zur Änderung des Leitfähigkeits-
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typs hinein und schafft somit innerhalb der Scheibe drei
Schichten mit abwechselndem Leitfähigkeitstyp, wobei sich
zv/ischen benachbarten Schichten jeweils ein pn-übergang befindete'
Dann wird in jede dieser Planflachen, der Scheibe ein Netz aus
orthogonalen Rillen eingeätzt, und zwar derart, daß die Rillen
in der einen Fläche über den Rillen der anderen Pläche liegen,
also mit diesen in Deckung sind. Die Rillen segmentieren die
Scheibe in eine Mehrzahl getrennter Komponenten. !Die Rillen sind so tief, daß sie in die mittlere Schicht der Scheibe reichen,
also die pn-Übergänge durchschneiden, so daß in jeder der Komponenten die Ränder der Übergänge freiliegen. !Diese freiliegen-
W den Ränder der pn-Übergänge werden dann mit einem oder mehreren isolierenden Stabilisierungs- oder Passivierungsstoffen beschichtet.
Anschließend werden die flachen Oberflächen oder Planflächen der einzelnen Komponenten, metallisiert, und die Scheibe
wird dann längs der Rillen auseinandergebrochen, so daß die einzelnen Systempillen entstehen.
Manche Halble it er anordnungen wie z*B« Transistoren oder symmetrische
Transistoren mit' offener Basis, die auch als "Triggerdioden"
bekannt sind, oder ähnliche Bauelemente benötigen eine als "Basisschicht" bezeichnete mittlere Schicht der Systempille,
deren Dicke verhältnismäßig gering und z.B. kleiner als 50 Mikrön
ist. Versuche, Halbleiteranoränungen mit derart dünnen
Basisschichten nach dem oben beschriebenen Verfahren herzustellen sind bisher allgemein unbefriedigend verlaufen, denn da die
Rillen auf den gegenüberliegenden Scheibenseiten so tief ausgebildet
werden müssen, daß sie bis in die dünne Mittelschicht
reichen, bleiben zwischen den einzelnen Komponenten nur dünne
Verbindungsstelle bestehen, welche die Scheibe zusammenhalten. Die Scheibe wird dadurch außerordentlich zerbrechlich und kann
bei einer anschließenden Behandlung oder Verarbeitung leicht
vorzeitig zerteilt werden, was au Ausschuß führt.
Gemäß der Erfindung geht man zur Herstellung von "randpassivierten"
Halbleiteranordnungen mit dünnen Basisschichten von
einer Halbleiterscheibe aus, die äußere Schichten eines bestimm-
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r ., 193A853
ten Leitfähigkeitstyps auf den entgegengesetzten Seiten einer
mittleren Shicht vom anderen Leitfähigkeitstyp besitzt, so daß zwischen benachbarten Schichten pnAÜbergänge bestehen.
Die mittlere Schicht ist dicker als die gewünschte mittlere Schicht der fertigen Halbleiteranordnung, Die beiden Seiten der
Scheibe werden dann mit einer Anzahl von Rillen versehen, deren Tiefe größer ist als die Dicke der beiden äußeren Schichten,
wodurch die Scheibe in eine Anzahl von Komponenten segmotiert wird. Die Rillen durchschneiden die pn-Übergänge und legen dadurch die Ränder der Übergänge jeder dieser Komponenten frei*
Nun wird die Dicke der mittleren Schicht verringert«.Über die
freigelegten Ränder der pn-Übergänge wird ein Passivierungsmaterial
niedergeschlagene
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung ■
dargestellt. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht einer gemäß der Erfindung
hergestellten Halbleiterpille;
Fig. 2 eine seitliche Schnittansicht eines Teiles einer Halbleiterscheibe
zur Erläuterung eines VerfahrensSchrittes zur
Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Pille; und
Fig. 3» 4· u»d 5 der Fig. 2 ähnliche Ansichten, die jedoch nachfolgende
Verfahrensschritte zur Herste" "'ung der Pille gemäß
Fig. 1 darstellen·
In Fig. ί ist eine Halbleiterpille 10 dargestellt, die für eine
Triggerdiode bekannter Art verwendet werden kann. Die Pille 10 weist einen Block 12 aus Silicium auf, der eine hochdotierte
η-leitende Schicht 14, eine p-leitende "Basis" oder Mittelschicht
16 und eine hochdotierte η-leitende Schicht 18 enthält. Zwischen
den benachbarten Schichten 14 und 16 bzw. 16 und 18 befindet
sich jeweils ein pn-übergang 20 bzw. 22«
009833/1 7 .AS
Jeder dieser Übergänge 20, 22 reicht bis zur Oberfläche des Blockes 12o Eine Schicht 26 aus einem Passivierungsmaterial
bedeckt an der Oberfläche des Blockes 12 die Ränder 24 der
Übergänge 20, 22. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Schicht 26 eine erste Schicht 28 aus Siliciumoxid
und eine zweite Schicht aus Borsilikatglas»
Die beiden flachen Oberflächen oder.Planflächen 32 und J4- des
Blockes 12 sind mit einer Metallschicht 36 beispielsweise aus
Blei bedeckt, dmit die Pille 10 in ein geeignetes Gehäuse
montiert werden kann und in bekannter Weise elektrische Anschlußverbindungen angebracht werden können.
Die Herstellung von Pillen der in Fig. 1 dargestellten Art
geschieht auf folgende Weise. Man geht von einer Scheibe 40
aus einem Halbleitermaterial wie z.B. Silicium aus, das den spezifischen Widerstand und Leitfähigkeitstyp (z.B. p-Leitung)
besitzt, der für die Basis oder Mittelschicht 16 der fertigen Pille, gewünscht wird. In die Planflächen 32 und 34- (Fig. 2)
der Scheibe 40 wird- in bekannter Weise ein Stoff zur Modifizierung
der Leitfähigkeit in den η-Typ wie Z0B. Phosphor eindiffundiert,
Auf diese Weise werden drei Schichten 14', 16' und 18' vom n-, p- bzw. n-Leitfähigkeitstyp und zwischen benachbarten
Schichten pn-Übergänge 20.1 bzw. 22' ausgebildet
(hier und nachfolgend sollen mit einem Strichindex versehene
Bezugszahlen diejenigen Teile der Scheibe 40 bezeichnen, welche
zwar zunächst in der Größe oder Gestalt etwas abweichen, aber
die zuvor mit den Bezugszahlen ohne Strichindex versehenen Teile
der Pille 10 werden sollen). Der Phosphor wird aus einem weiter
unten näher erläuterten Grund nur bis zu einer geringen Tiefe
in die Scheibe· 40 eindiffundiert. .
Stattdessen können die drei Schichten 14', 16' und 18* der
Scheibe auch dadurch erzeugt werden, daß man auf eine der
,.Mittelschicht 16' entsprechende Ausgangsscheibe äußere Schichten 14' und 18' epitaxial niederschlägt.
-v; 0098337174S
Dann werden beispielsweise durch ein Sandstrahlgebläse,
durch Ätzen oder dergleichen in jeder der Planflächen 32
und 34 der Scheibe 4-0 mehrere Rillen 42 ausgebildet, wie in
Pig« 3 dargestellt ist, welche die Scheibe 4-0 in mehrere getrennte Systemkomponenten 44 unterteilen. Die Rillen 4-2 kön- ■
nen als Netz orthogonal einander schneidender Linien ausge- bildet sein, was jedoch nicht dargestellt ist. Die Rillen
der beiden Planflächen 32, 34· der Scheibe liegen jeweils
übereinander. Die Tiefe der Rillen 4-2 ist so groß, daß sie
die Schichten 14-* und 18' vollständig durchdringen und die
Übergänge 20', 22' durchschneiden, so daß in jeder-'der Komponenten 44- freiliegende Ränder 24' der pn-Übergänge geschaffen
werden.
Wegen der Flachheit bzv/. geringen Tiefe der Schichten 14* und
18' müssen an dieser Stelle des Herstellungsverfahrens die
Rillen 4-2 ebenfalls nur eine geringe Tiefe besitzen, um die
freiliegenden Ränder 24' der Übergänge zu schaffen. Infolgedessen können die Verbindungsteile oder Stege 4-8, die sich
zwischen den Komponenten 44 erstrecken und die Scheibe 40
Zusammenhalten,eine vergleichsweise große Dicke besitzen.Bei ^.
einer speziellen Ausführungsform weist die Scheibe 40 beispielsweise eine Dicke von etwa 152 Mikron auf, die Schichten 14'
und 18' werden bis zu einer Tiefe von 12,7 Mikron eindiffundiert,
die Rillen 42 besitzen eine Tiefe von 1?,8 Mikron, und die
Stege 48 besitzen eine Dicke von 135 Mikron. In der Praxis hat..
man festgestellt, daß Stege 48 mit einer allgemeinen Dicke
von mehr als etwa 76 Mikron-zu bevorzugen sind, um ein übermäßiges
vorzeitiges Zerbrechen der Scheibe zu verhindern.
Die Dicke der Schichten 14' und 18' wird dann bis zu den für
die Schichten 14 und 18 der fertigen Pille 10 gewünschten Abmessungen
erhöht, und zwar dadurch, daß in einem zweiten Diffüsionsvorgang die Stoffe zur Modifizierung der Leitfähigkeit
weiter in die Scheibe 40 hineingetrieben werden. Dies kann auf eine an sich bekannte Weise erfolgen, beispielsweise durch
Erhitzung der Scheibe 40. Das Ergebnis des zweiten Diffusions-
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Vorgangs ist in Fig. 4 dargestellt. Die Mittelschicht 16'
ist also auf die für die Schicht 16 in der Pille 10 ge- ' ' r
wünschte Dicke reduziert worden.
Die Tiefe der Rillen 42 wird nicht vergrößert, so daß Mittel-.schichten
16 mit der gewünschten geringen Dicke innerhalb der Genauigkeit des Diffusionsvorgangs erzielt werden können,
ohne daß die Scheibe 4-0 übermäßig geschwächt wird, wie es bei
den bekannten Verfahren der Fall ist, ·
Während des zweiten Diffusionsschrittes werden die pn-Übergänge
20· und 22' und ihre freiliegenden Ränder 24 zu den Positionen
verschoben, die sie in der fertigen Pille 10 besitzen. Dies ist in Fig. 4 dargestellt, wo Bezugszahlen ohne Strichindex verwendet werden. Da die Rillen 42 kein Modifizierungs*?
mittel für die Leitfähigkeit enthalten, werden die Ränder 24
der Übergänge nicht in den inneren Körper der Scheibe 40 hineingetrieben, sondern reichen immer noch zum Boden der Rillen
und bleiben somit freiliegend.
Die Ränder der pn-Übergänge werden dann mit einem bekannten
Passivierungsmaterial beschichtet. Stattdessen kann die Passivierungsschicht
auch vor dem zweiten Diffusionsschritt zum Reduzieren der Dicke der Mittelschicht 16' bis zum Erreichen
der Mittelschicht 16 auf die Ränder der Übergänge aufgebracht werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch ein an sich bekanntes Verfahren eine erste Schicht 28 (Fig. 5) aus
Siliciumoxid auf die Scheibe 40 und in die darin enthaltenen Rillen 42 niedergeschlagen. Gemäß einem hierfür brauchbaren
Verfahren wird in Gegenwart der Scheibe ein Silangas (SiH^)
,in Sauerstoff zersetzt. Gemäß einem anderen Verfahren läßt man
auf der Scheibe dadurch eine Oxidoberfläche entstehen, daß man
die Scheibe in Wasserdampf erhitzt. Bei diesem letztgenannten Verfahren wird die Scheibe bis zu einer Temperatur erhitzt, die
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so hoch ist, daß eine weitere Diffusion des Stoffes zur Modifizierung der Leitfähigkeit in die Scheibe hinein statt-.
findet·, so daß der oben erwähnte zweite Diffusionsschritt
gleichzeitig mit dem Entstehen der Oxidschicht 28 durchgeführt werden kann·
Auf die Schicht 28 wird dann eine Glassehicht 30 aufgebracht,
die vorzugsweise ungefähr den gleichen thermischen Dehnungskoeffizienten besitzt , wie Silicium, damit die Schicht nicht
zerspringt. Beispielsweise kann ein Borsilikatglas für die
Schicht JO verwendet werdene Bei einer bestimmten Ausführungsform besitzt die Schicht 28 eine Dicke von etwa 10 000 Angström,
während die Schicht 30 etwa 20 000 Angström dick ist«
Die Verwendung verschiedener Materialien zur Passivierung der
freiliegenden Ränder von pn-Übergängen ist an sich bekannt, und bei der Realisierung der vorliegenden Erfindung, können
verschiedene von diesen Materialien benutzt v/erden.
Nun wird von den Planflächen 32 und 34- der Komponenten 44
die Passivierungsschicht 26 entfernt, beispielsweise mittels eines durch eine geeignete Maske wirksamen Sandstrahls, wobei
jedoch die inneren Oberflächen der Rillen 42 und die Ränder
24 der Übergänge 20 und 22 beschichtet bleiben. Dann.werden
die Planflächen 32 und 34 in bekannter Weise mit Blei über
eine Nickelplattierung metallisiert. Schließlich wird die Scheibe in ebenfalls bekannter Weise längs der Rillen 42 zerteilt,
wodurch die einzelnen Pillen 10 entstehen.
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Claims (1)
1. Verfahren zinn Herstellen einer Mehrzahl von Halbleiteranordnungen aus einer drei Schichten enthaltenden Halbleiterscheibe,
deren mittlere Schicht vom entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp ist wie die beiden äußeren Schichten und mit diesen zwei pn-Übergänge bildet, dadurch
gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht (16') zunächst eine Dicke aufweist, die größer ist als die
Dicke der gewünschten mittleren Schicht (16) der fertigen Halbleiteranordnung (10), daß in beide Seiten der Schei-"
be (40) Rillen (42) bis zu einer Tiefe, die größer ist als die anfängliche Dicke der äußeren Schichten (14*,18'),
ausgebildet werden, welche die Scheibe in eine Mehrzahl
von Komponenten (44) segmentieren, daß dann die Dicke
der mittleren Schicht verringert wird, daß über die freiliegenden
Ränder (241) der pn-Übergänge (20', 22') ein
Passivierungsmaterial für den Übergang aufgebracht wird,
. und daß die Scheibe längs der Rillen in die einzelnen
Komponenten zerteilt wird.
2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zum Verringern der Dicke der mittleren Schicht (16') die Scheibe (40) erhitzt und von den äußeren Schichten (14%
18') her ein Stoff zum Hodifizieren der Leitfähigkeit in die mittlere Schicht eindiffundiert wird.
5, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
' daß die äußeren Schichten (14, 18) durch Eindiffundieren
eines Stoffes zum Modifizieren der Leitfähigkeit in jede
der beiden gegenüberliegenden Seiten einer Scheibe (40) vom Leitfähigkeitstyp, der mittleren Schicht (16) gebildet
werden, und daß zum Verringern der Dicke der mittleren Schicht die Seheibe erhitzt und der Modifizierungsstoff
bis zu einer Tiefe, die größer ist als die Tiefe der HiI-len
(42) weiter in die Scheibe hinein eindiffundiert wird»
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