DE2931117A1 - Thermische einlagerung von feinen leitern in einen festkoerper aus einem halbleitermaterial - Google Patents
Thermische einlagerung von feinen leitern in einen festkoerper aus einem halbleitermaterialInfo
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Description
Thermische Einlagerung von feinen Leitern in einen Festkörper aus einem Halbleitermaterial
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Hindurchwandernlassen einer Schmelze eines Metalls durch
einen Festkörper aus einem Halbleitermaterial mittels des Temperaturgradienten-Zonenschmelzvorgangs und insbesondere
auf die gleichmäßige Einleitung der Wanderung bzw. Einlagerung durch Verbesserung des Eindringens der
Schmelzen in das Material an der Oberfläche für den Fall, daß feine, flüssige, linien- bzw. drahtförmige Leiter
wandern gelassen werden.
Aus den US-Patentschriften 2 813 048 und 2 739
(W.G. Pfann) sind Verfahren zum Hindurchbewegen von
Metallschmelzen durch einzelne bzw. spezielle Regionen eines Festkörpers aus einem Halbleitermaterial mittels
des Temperaturgradienten-Zonenschmeizvorgangs bekannt. Die Instabilität der geschmolzenen, linien- bzw. drahtförmigen
Leiter (nachstehend einfach auch als "Leiter" bezeichnet) und Tröpfchen führte jedoch zu einem Zerfall
XI/rs
030013/0625
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Dresdner Bank (München) Klo. 3939844
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."*"■-" 6* -" " B 9793
] der wandernden Leiter und Tröpfchen, weshalb nicht immer
zufriedenstellende Halbleiterbauelemente und Anordnungen solcher Bauelemente erhalten werden konnten.
Kürzlich wurde von Thomas R. Anthony und Harvey E. Cline festgestellt, daß auch bevorzugte Ebenenorientierungen
der Oberflächen des Körpers aus dem Halbleitermaterial und eine bevorzugte Wechselbeziehung zwischen
der Wanderungsachse und den Ausrichtungs- bzw. Orientierungsachsen der Leiter erforderlich sind, um flüssige,
drahtförmige metallische Leiter und/oder Metalltröpfchen
durch den Festkörper wandern zu lassen. In diesem Zusammenhang sei z. B. auf die US-Patentschriften 3 899 362 und
3 904 442 hingewiesen. Diese Verbesserungen im Temperaturgradienten-Zonenschmelzverfahren
führten zu einer geschäftlichen bzw. industriellen Ausnutzung des Verfahrens.
Die Breite der Leiter, die wandern gelassen werden, wird jedoch kleiner, und es war schwierig, in wiederholter
Weise im industriellen Maßstab allein mittels eines Temperaturgradienten ein Eindringen von feinen, flüssigen
Leitern mit einer Breite von weniger als 51 um undvorzugsweise
25 \xm und von kleinen Flüssigkeitströpfchen mit
einem Durchmesser von weniger als 153 μΐη von der Oberfläche einer Scheibe bzw. eines Plättchens oder eines
Körpers aus einem Halbleitermaterial ausgehend zu erreichen. Zwar ist ein Temperaturgradient stark genug,
um eine Wanderung der kleinen Flüssigkeitszonen zu verursachen, sobald sich diese einmal im Volumen bzw.
im Inneren des Halbleitermaterials gebildet haben, die Kraft des Temperaturgradienten reicht jedoch nicht zur
Überwindung der Oberflächenspannungskräfte aus, durch
die feine Flüssigkeitszonen oder feine, flüssige, drahtförmige Leiter auf der Oberfläche eines Körpers
oder einer Scheibe festgehalten werden. Trotz weiterer
*" Verbesserungen in den Bearbeitungsverfahren mittels des
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' Temperaturgradienten-Zonenschmelzvorgangs, ζ. B. der
Bildung einer Legierung des abgeschiedenen Metalls an bzw. mit der Oberfläche (US-Patentschrift 3 897 277)
und einer Sinterung des abgeschiedenen Metalls (US-Patentschrift 4 006 040) besteht das Problem weiter,
wenn man beabsichtigt, im industriellen Maßstab feine drahtförmige Leiter wandern zu lassen. Als Ergebnis
war das Temperaturgradienten-Zonenschmelzverfahren bis jetzt auf Leiter mit Dimensionen beschränkt, wie sie
für Isolierungs-Gitternetze in Festkörper-Leistungsbauelementen typisch sind, und es hatte im industriellen
Maßstab keinerlei Auswirkungen auf Verfahren zur Herstellung von Bauelementen bzw. Bauelementanordnungen
in Form von integrierten Schaltkreisen, bei denen eine
'5 viel feinere Geometrie der dotierten Regionen erforderlich
ist,
Aufgabe der Erfindung ist demnach ein Verfahren
zum Hindurchwandernlassen von feinen, geschmolzenen w linien- bzw. drahtförmigen Leitern aus Metall durch einen
Festkörper aus einem Halbleitermaterial durch Bearbeitung mittels des Temperaturgradienten-Zonenschmelzvorgangs,
durch das die Mängel der bekannten Verfahren beseitigt
werden.
25
25
Die Erfindung wird nachstehend kurz erläutert.
Durch die Erfindung wird ein neues und verbessertes
Verfahren zum Hindurchwandernlassen von geschmolzenen,
drahtförmigen, metallischen Leitern mit einer Breite von
51 μΐη oder weniger durch einen Festkörper oder eine
Matrix aus einem Halbleitermaterial zur Verfügung gestellt. Das verbesserte Verfahren besteht darin, daß
man einen einseitig gerichteten Temneraturgradienten einstellt und aufrechterhält, dessen Richtung
von der normalerweise für die thermische Wanderung bevor-
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zugten Achse um 2° bis 10° abweicht. Wenn der Körper
eine Hauptoberfläche mit der bevorzugten Kristallebenenorientierung (100) hat, wird der Temperaturgradient
in dem Körper in einer Richtung eingestellt und aufrechterhalten,
die von der Ooo^-Achse des Matrixkörperkristalls
in Richtung auf eine aus <0iT) und <0?1) ausgewählte
Achsenrichtung abweicht.
Schmelzen von drahtförmigen Aluminiumleitern mit
einer Breite von 51 μΐη und weniger sind mit Erfolg wandern
gelassen bzw. eingelagert worden. Das Metall drang bei der Einleitung der Wanderung gleichmäßig entlang der
gesamten Länge jedes drahtförmigen Leiters ein. Die Leiter waren während der Wanderung stabil, und jeder Leiter in
den Anoxdnungen bzw. Reihen von drahtförmigen Leitern drang während der gleichen Zeitdauer des Wanderns bzw.
Eindringens jeweils bis zu im wesentlichen der gleichen Tiefe ein.
Die Erfindung wird nächstehend näher erläutert.
Ein Körper aus Halbleitermaterial mit einem bestimmten Wert des spezifischen Widerstandes und einem —
ersten Leitfähigkeitstyp wird ausgewählt. Der Körper besitzt einander gegenüberliegende Hauptoberflächen, durch
die die Ober- bzw. die Unterseite des Körpers gebildet wird. Das Halbleitermaterial, aus dem der Körper besteht,
kann Silicium, Germanium, Siliciumcarbid, Galliumarsenid, eine Verbindung aus einem Element der Gruppe II und einem
° Element der Gruppe VI und eine Verbindung aus einem
Element der Gruppe III und einem Element der Gruppe V
"sein. '
Die thermische Wanderung der metallischen, draht-
förmigen Leiter erfolgt vorzugsweise unter Beachtung
der in der nachstehenden Tabelle angegebenen Bedingungen für die Orientierung der.Ebenen, die Richtungen der
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— Q —
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1 thermischen Wanderung und die stabile Ausrichtung bzw.
Orientierung und die stabile Ausdehnung der drahtformigen
Leiter.
Scheiben ebene
(100)
15 (110) (111)
Wanderungs richtung
<100>
Stabile Richtung Stabile Ausder drahtförmigen dehnung
Leiter ^_ bzw. Größe
der drahtförmigen Leiter
(um)
<OT1>
<lT0>*
<lT0>*
a) <0lT>
<10T>
<1TO>
<10T>
<1TO>
c) Irgendeine
andere *
Richtung in
der -(HD-Ebene
andere *
Richtung in
der -(HD-Ebene
<100 <100 <150
<500
<500
<500
30 ■* Die Stabilität des wandernden drahtförmigen Leiters ist empfindlich hinsichtlich der Ausrichtung des Tempe-
- raturgradienten gegenüber bzw. mit der
<1OO>-, <11O>bzw.
. {111>-Achse.
Gruppe a) ist stabiler als Gruppe b), die ihrerseits
Gruppe a) ist stabiler als Gruppe b), die ihrerseits
35 stabiler als Gruppe c) ist.
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Das Temperaturgradienten-Zonenschmelzverfahren und die zugehörige Vorrichtung bilden keinen Teil der
Erfindung. Das im erfindungsgemäßen Verfahren angewandte
Temperaturgradienten-Zonenschmelzverfahren und die für
dieses Verfahren eingesetzte Vorrichtung werden in den nachstehend angegebenen US-Patentschriften näher erläutert:
3 901 736 ("Method of Making Deep Diodes"); 4 010 ("Deep Diode Devices and Method and Apparatus");
3 898 106 ("High Velocity Thermomigration Method of Making Deep Diodes"); 3 902 925 ("Deep Diode Device
Having Dislocation-Free P-N Junctions and Method"); 3 899 361 ("The Stabilized Droplet Method of Making
Deep Diodes Having Uniform Electrical Properties"); 3 979 230 ("Method of Making Isolation Grids in Bodies
of Semiconductor Material") und 3 899 362 ("Thermomigration of Metal-Rich Liquid Wires Through Semiconductor
Materials").
Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß ein Temperaturgradient mit einer von der Achse abweichenden
Richtung ausgenutzt werden kann, um feine, flüssige, drahtförmige Leiter in Gang zu setzen und durch einen
Festkörper aus einem Halbleitermaterial hindurchwandern zu lassen. Die Stabilität des wandernden feinen, flüssigen,
^ drahtförmigen Leiters wird während der Wanderung beibehalten.
Die Veröffentlichung von Anthony und Cline: "Random Walk of Liquid Droplets Migrating in Silicon" in
Journal of Applied Physics, 47, 2316 (1976) wurde nochmals überprüft, obwohl zunächst schien, daß diese
Veröffentlichung nicht relevant ist, und es wurde festgestellt,
daß es möglich war, zu erreichen, daß in einer ähnlichen Weise wie bei der Beziehung des von der Achse
abweichenden Temperaturgradienten zum Hindurchwandernlassen von Tröpfchen durch einen Festkörper die gleichen
Prinzipien für das Hindurchwandernlassen von feinen, flüs-
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sigen, drahtförmigen Leitern zutreffen · Der Temperaturgradient wird in einer Richtung eingestellt, die von
der in der Tabelle gezeigten, bevorzugten Kristallachse der Wanderung um 0° bis 10° abweicht. Erfindungsgemäß
wurde festgestellt, daß alle feinen,drahtförmigen,
metallischen Leiter ihre Wanderung gleichmäßig und zugleich einleiteten und in stabiler Weise durch den Festkörper hindurchwanderten. So wurde nachgewiesen, daß auf
einer der vorderen Flächen des wandernden, geschmolzenen,
drahtförmigen Leiters eine bevorzugte Auflösung erfolgt,
weil diese Fläche immer eine höhere Durchschnittstempe" ratur als die anderen Flächen des wandernden Leiters hat.
Der von der Achse abweichende Temperaturgradient verhindert die regellosen bzw. ungeordneten, durch Versetzungen induzierten,
seitwärts gerichteten Verschiebungen, die beobachtet
werden, wenn der Temperaturgradient zu der bevor-'
zugten Kristallachse der Wanderung parallel ist. Daher wird in erfolgreicher Weise eine gleichmäßige bzw.
stetige, geordnete bzw, nicht regellose Verschiebung des wandernden, geschmolzenen Leiters in einer Richtung
erzielt, die durch den geringfügig von der Achse abweichenden Temperätmrgradienten festgelegt wird, was zu
Anordnungen bzw. Reihen von feinen, linien- bzw, drahtförmigen Leitern mit einer Breite von 51 μπι und weniger
führt. ■
Erfindungsgemäß wird die Verwendung von Scheiben bzw. Plättchen bevorzugt, die in einer (100)-Kristallebene orientiert sind und bei denen eine ^T00)--Kristallachse
der Wanderung bevorzugt ist. Aus der US-Patentschrift 3 998 662 ("Migration of Fine Lines For Bodies
Of Semiconductor Materials Having A (100) Planar Orientation of A Major Suface") der Erfinder ist bekannt,
daß die geschmolzenen, drahtförmigen Leiter bei .einer Scheibe mit der Orientierung der (100)-Ebene zur Selbsteinleitung
bzw. zum von selbst erfolgenden Ingangsetzen der Wanderung neigen, was zum Ergebnis hat, daß eine
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geringere Verschiebung in seitlicher Richtung eintritt. Infolgedessen behält der wandernde, drahtförmige Leiter
fast die gleiche Breite wie die abgeschiedene Metallschicht, während die rekristallisierten Regionen, die
bei den anderen Ebenenorientierungen gebildet werden, eine größere Breite als die abgeschiedenen, drahtförmigen
Leiter haben und breiter sind als die Regionen, die bei Scheiben bzw. Plättchen mit der Ebenenorientierung (100)
gebildet werden.
Bei erfindungsgemäßen Untersuchungen des Hindurchwandernlassens
von Aluminium durch Silicium wurde festgestellt, daß die erhaltenen dünnen Regionen von rekristallisiertem
Halbleitermaterial bei der Orientierung in der (100)-Kristallebene gelegentlich eine wellenförmige
Konfiguration hatten und daß sich das Metall jedes drahtförmigen Leiters nicht immer gleichzeitig in Gang setzte
bzw. seine Wanderung nicht immer gleichzeitig einleitete, was zu gebrochenen Linien und/oder zu einer ungleichmäßigeren
Eindringtiefe während der gleichen vorbestimmten Zeitdauer der Durchführung des Temperaturgradienten-Zonenschmelzvorgangs
führte. _ ;
Durch Anwendung des Prinzips^der Verwendung eines :
Materials mit einer um 2° bis 10° vonder Achse abweichenden
Ausrichtung war es daher erfindungsgemäß möglich, in
reproduzierbarer Weise mit Aluminium dotierte Regionen von rekristallisiertem Silicium-Halbleitermaterial mit
einer Breite von 51 μΐη und weniger zu bilden. Der
^ Temperaturgradient wird in dem Fest- oder Matrixkörper in Form eines einseitig gerichteten
■Temperaturgradienten eingestellt und aufrechterhalten,
der eine von der Ό00)-Achse des Matrixkörperkristalls
um 2° bis 10° auf eine aus (O1T) und {0Ϊ1) ausgewählte
Richtung hin abweichende Richtung hat. Z. B.
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wurden erfindungsgemäß 51 μπι breite, drahtförraige Aluminiumleiter
durch Siliciumscheiben wandern gelassen, deren Hauptoberflächen so geschnitten worden waren, daß ihre
Normale um 4° + 0,5° von der ^100^-Kristallachse der
Wanderung abwich. Als Drehachse wurde die Kristallachse der Richtung (oil} angewandt. Der Temperaturgradient
wurde in einer zu den einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen
der Scheiben senkrechten Richtung gerichtet, wodurch sich eine von der Achse abweichende Komponente in
der <011>-Richtung ergab. Das Metall wurde auf den
Seheibenoberflächen parallel zur Kristallachsenrichtung {01O abgeschieden.
Die thermische Wanderung der Anordnung bzw. Reihe von Leitern führte zu einem gleichmäßigen Eindringen jedes
drahtförmigen metallischen Leiters in die Oberfläche, und zwar entlang der gesamten Länge des jeweiligen Leiters.
Als Ergebnis wanderte die Anordnung bzw. Reihe von drahtförmigen metallischen Leitern in gleichmäßiger Weise,
und die Untersuchung von Scheiben, bei denen die Einlagerung mit verschiedener Zeitdauer durchgeführt worden war,
ergab, daß die Wanderungstiefe bei jedem Leiter gleichmäßig war und daß die Wanderungstiefe im allgemeinen bei
allen Leitern in der Anordnung bzw. Reihe im Verhältnis zueinander im wesentlichen gleich war.
Der einseitig gerichtete Temperaturgradient wird vorzugsweise in einer Richtung gehalten, die von der für
die stabilen Richtungen des drahtförmigen Leiters bevorzugten Kristallachse der Wanderung um 2° bis 10 abweicht.
Je größer die von der Achsenrichtung abweichende Komponente der Wanderung wird, um so mehr neigt der wandernde Leiter
(unter der Voraussetzung, daß diese Komponente nicht in der gleichen Kristallebene wie der stabile, drahtförmige
Leiter liegt) dazu, während der Wanderung instabil zu werden, obwohl ein gleichmäßiges Eindringen der Schmelze
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erreicht wird.
Es gibt jedoch eine Ausnahme. Stabile metallische, drahtförmige Leiter aus Aluminium sind mit den stabilen
Leiterrichtungen <112>, <211> und <121>
durch Siliciumscheiben mit. der Ebenenorientierung (111) mit einer von der Achse abweichende Komponente von bis zu 50 hindurchwandern
gelassen worden. Dies kann für (111)-Scheiben mit den anderen stabilen Leiterrichtungen nicht durchgeführt
werden.
Die Wanderung in einer von der Achse abweichenden Richtung kann erzielt werden, indem man die Scheiben
absichtlich so schneidet, daß die Normalen ihrer .Hauptoberflächen
um einen vorbestimmten Winkel von der Achse abweichen. Daher weicht der einseitig gerichtete Temperaturgradient,
wenn er senkrecht zu den zwei Hauptoberflächen der Scheibe oder des Matrixkörpers eingestellt wird,
um eine vorbestimmte Anzahl von Graden von der Achse ab, so daß die von der Achse abweichende Wänderungskomponente
der gewünschten Kristallachse der Wanderung er- ; zielt wird. V : V ;
Nachdem bewiesen worden war, daß es möglich ist, das Einlagerungsverfahren mit einem von der Achse abweichenden
Temperaturgradienten praktisch anzuwenden,
konnte dann das Temperaturgradienten-Zonenschmelzverfahren in der bekannten Weise durchgeführt werden.
Die Oberfläche des Festkörpers aus dem Halbleitermaterial wird durch übliche Halbleiter-Bearbeitungsver-■
"fahren für die Abscheidung des Metalls vorbereitet, das
durch diesen Festkörper hindurchwandern gelassen werden soll. Das Metall kann durch irgendwelche geeigneten Mit-
tel bzw. Vorrichtungen auf der Oberfläche abgeschieden
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werden, auf der die Wanderung der Schmelze eingeleitet werden soll. Für den Fäll, daß der Körper ein Silicium-Halbleitermaterial
vom N-Typ ist und daß die Schmelze, die wandern gelassen werden soll,, wenigstens teilweise
aus Aluminium besteht, wurde z. B. festgestellt, daß die Aufdampfung der Schicht des Aluminiummetalls bei einem
Druck von annähernd 13 nbar, jedoch nicht höher als 67 nbar, durchgeführt werden sollte. Bei einem Druck
über 67 nbar wurde erfindungsgemäß gefunden, daß im
Falle der Aufdampfung von Aluminiummetall das Eindringen
des Aluminiums in das Silicium und das Hindurchwandern des Aluminiums durch den Körper nicht leicht vonstatten
gehen. Es wird angenommen, daß die Aluminiumschicht mit Sauerstoff gesättigt ist und eine Reduktion der sehr
dünnen Siliciumoxidschicht zwischen dem abgeschiedenen Aluminium und dem Silicium durch das Aluminiummetall
verhindert. Daher wird die anfängliche Schmelze von Aluminium und Silicium, die für die Wanderung erforderlich
ist, nicht erhalten, weil die Aluminiumschicht nicht fähig ist, das darunterliegende Silicium zu benetzen
und mit diesem eine Legierung zu bilden. In einer ähnlichen
Weise ist das durch Aufspritzen abgeschiedene Aluminium nicht so günstig, weil aufgespritztes Aluminium anscheinend
mit Sauerstoff, der von dem Aufspritzverfahren herrührt,
■" gesättigt ist, wodurch die Reduktion von irgendwelchem
dazwischenliegenden Siliciumoxid verhindert wird. Die bevorzugten Verfahren für die Abscheidung von Aluminium
auf dem Siliciumkörper sind das Elektronenstrahlverfahren und ähnliche Verfahren, bei denen im Aluminium wenig oder
überhaupt kein Sauerstoff eingefangen bzw. festgehalten werden kann.
Der bearbeitete Körper wird in eine für die Bearbeitung durch den Temperaturgradienten-Zonenschmelzvor-
gang geeignete Vorrichtung hineingebracht, und die draht-
QidCm/0628
'.*'-- 16 - B 9793
-T-. förmigen, metallischen Leiter werden durch den Festkörper
aus dem Halbleitermaterial hindurchwandern gelassen.
Durch die Entwicklung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Hindurchwandernlassen bzw. Einlagern von
drahtförmigen metallischen Leitern mit einer Breite von 51 um und weniger, bei dem ein von der Achse abweichender
Temperaturgradient angewendet wird, können in erfolgreicher Weise Halbleiter—Bauelemente und Anordnungen
solcher Bauelemente hergestellt werden, diä mit einer
Technologie zur Herstellung feiner draht- bzw. linienförmiger
Leiter für die Bildung von Regionen mit einem dünnen (51 μιη oder weniger) Querschnitt verbunden sind.
Auch andere geometrische Konfigurationen, bei denen die Querschnittsfläche der anfänglichen Metallkonfiguration
eine Breitendimension von 51 μιη oder weniger hat, können in erfolgreicher Weise durch die
Bearbeitung mittels des Temperaturgradienten-ZonenschmelzVorgangs
wandern gelassen bzw. eingelagert werden, Beispiele für solche Konfigurationen sind
kreisförmige Konfigurationen für Material mit der Ebenehorientieruhg (111) und einer von der Achse abweichenden
Ausrichtung.
030013/0625
Claims (10)
10 Patentansprüche
1,. Verfahren zum Hindurchbewegen einer Schmelze eines metallreichen Halbleitermaterials durch einen
Festkörper aus einem Halbleitermaterial durch Bearbeitung mittels eines Temperaturgradienten-Zonenschmelzvorgangs,
bei dem
(a) ein Körper aus einem Einkristall-Halbleitermaterial
ausgewählt wird, der einen ersten Leitfähigkeitstyp,
einen ausgewählten spezifischen Widerstand und mindestens eine Hauptoberfläche mit einer bevorzugten,
aus der (100)-, (110)- und (111)-Orientierung der Ebenen
der Kristallstruktur ausgewählten Orientierung hat, wobei die Vertikalachse des Körpers mit einer ersten
Achse der Kristallstruktur im wesentlichen ausgerichtet ist, bei dem
(b) die Oberfläche mit der bevorzugten Orientierung einer Ebene der Kristallstruktur vorbereitet wird, um
auf dieser Oberfläche eine physikalische Konfiguration oder mehrere physikalische Konfigurationen einer Metallschicht
aufzunehmen, bei dem
030Ö13/0625
Xl/rs
- 2 - B 9793
(c) auf der ausgewählten Oberfläche des Körpers aus dem Halbleitermaterial mindestens eine Menge eines
Materials in Form eines drahtförmigen metallischen Leiters abgeschieden wird, wobei jede Menge des metallisehen
Materials eine bevorzugte geometrische Konfiguration
hat, bei dem
(d) der Körper und das Metall auf eine Temperatur erhitzt werden, die dazu ausreicht, daß auf der Oberfläche
des Körpers eine Schmelze von metallreichem Material gebildet wird, bei dem
(e) im wesentlichen entlang der Vertikalachse des Körpers und der ersten Achse der Kristallstruktur ein
Temperaturgradient eingestellt wird und bei dem
(f) die metallreiche Schmelze entlang der ersten Achse der Kristallstruktur durch den Körper hindurchwandern
gelassen wird, um den Körper in eine Vielzahl von Regionen des ersten Leitfähigkeitstyps aufzuteilen
und um mindestens eine Region oder mehrere Regionen , aus rekristallisiertem Material des Körpers zu bilden,
wobei eine feste Löslichkeit des aufgedampften Metalls
in dem rekristallisierten Material vorliegt und durch ^ das Metall mindestens ein zur Dotierung dienendes Fremdstoffmaterial
in das rekristallisierte Material hineingebracht wird, wodurch dem rekristallisierten Material
ein zweiter, entgegengesetzter Leitfähigkeitstyp und
ein bestimmter Wert des spezifischen Widerstandes
3O1.,,
verliehen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß man den Temperaturgradienten in einer um 2° bis 10° von der vertikalen Kristallachse
des Körpers;abweichenden Richtung einstellt, um ein
im wesentlichen gleichmäßiges Ingangsetzen der Schmelze
für die in den Körper hinein und durch diesen hindurch
erfolgende Wanderung bzw. Einlagerung zu erzielen.
030013/0625
- 3 - B 9793
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Orientierung der (100)-Kristallebene bevorzugt und daß man den von der Achse abweichenden
Temperaturgradienten in einer einseitig gerichteten Weise einstellt, und zwar in einer Richtung, die von
der {iOO}-Kristallachse zu einer Richtung hin abweicht,
die aus der <0il>- und der (θίΊ>-Richtung ausgewählt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Halbleitermaterial Silicium und als Metall der Schicht Aluminium einsetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Halbleitermaterial Silicium und als Metall
der Schicht Aluminium einsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Temperaturgradienten in einer um 4 +_ 0,5
von der Ooo^-Kristallachse abweichenden Richtung einstellt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht die Konfiguration eines drahtähn-
liehen Leiters hat und daß der drahtähnliche metallische
Leiter eine stabile Leiterrichtung hat, die so orientiert bzw. gerichtet ist, daß sie mit mindestens einer der
anderen Achsen der Kristallstruktur des Körpers im wesentlichen übereinstimmt,
wobei die Richtung bzw. Orientierung jedes metalli-■schen Leiters mit einer der stabilen Leiterrichtungen
übereinstimmt, wenn die Ebenenorientiecung (111)
bevorzugt wird,
03001370826
- 4 - " "... B 9793
wobei die Richtung bzw. Orientierung jedes drahtförmigen
Leiters mindestens eine der aus <O11> und
{Ö11 ^ ausgewählten Leiterrichtungen ist, wenn
die Ebenenorientierung (100) bevorzugt wird, und 5
wobei jeder drahtförmige Leiter die Richtung bzw.
Orientierung (011} hat, wenn die Ebenenorientierung
(110) bevorzugt wird.
■
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallschicht die Konfiguration eines drahtähnlichen Leiters mit einer stabilen Leiterrichtung
hat, die so orientiert bzw. gerichtet ist, daß sie mit einer der aus
<O11> und <011>
ausgewählten Leiterrichtungen im wesentlichen übereinstimmt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Halbleitermaterial Silicium
und als Metall -der-..Schicht Aluminium einsetzt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Temperaturgradienten in einer um 4 +_ 0,5
von der {100}-Kristallachse abweichenden Richtung einstellt.
■ . ■ - "
10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß man die Ebenenorientierung (111) bevorzugt
und daß man die stabile Leiterrichtung aus den Richtungen <112), <211>
und <12*1> auswählt.
03001370625
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US05/942,123 US4159213A (en) | 1978-09-13 | 1978-09-13 | Straight, uniform thermalmigration of fine lines |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
DE2953410C2 (de) * | 1978-12-15 | 1985-01-31 | Western Electric Co., Inc., New York, N.Y. | Verfahren zum Dotieren eines Halbleiterwafers durch Wärmegradient-Zonenschmelzen |
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US3902925A (en) * | 1973-10-30 | 1975-09-02 | Gen Electric | Deep diode device and method |
US3904442A (en) * | 1973-10-30 | 1975-09-09 | Gen Electric | Method of making isolation grids in bodies of semiconductor material |
US3899361A (en) * | 1973-10-30 | 1975-08-12 | Gen Electric | Stabilized droplet method of making deep diodes having uniform electrical properties |
US3899362A (en) * | 1973-10-30 | 1975-08-12 | Gen Electric | Thermomigration of metal-rich liquid wires through semiconductor materials |
US3897277A (en) * | 1973-10-30 | 1975-07-29 | Gen Electric | High aspect ratio P-N junctions by the thermal gradient zone melting technique |
JPS51110258A (ja) * | 1975-03-24 | 1976-09-29 | Hitachi Ltd | Shirikontanketsushoeha |
US3998661A (en) * | 1975-12-31 | 1976-12-21 | General Electric Company | Uniform migration of an annular shaped molten zone through a solid body |
US4006040A (en) * | 1975-12-31 | 1977-02-01 | General Electric Company | Semiconductor device manufacture |
US3998662A (en) * | 1975-12-31 | 1976-12-21 | General Electric Company | Migration of fine lines for bodies of semiconductor materials having a (100) planar orientation of a major surface |
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1978
- 1978-09-13 US US05/942,123 patent/US4159213A/en not_active Expired - Lifetime
-
1979
- 1979-07-30 GB GB7926413A patent/GB2040180A/en not_active Withdrawn
- 1979-07-31 DE DE19792931117 patent/DE2931117A1/de not_active Withdrawn
- 1979-09-11 JP JP11579879A patent/JPS55117228A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2953410C2 (de) * | 1978-12-15 | 1985-01-31 | Western Electric Co., Inc., New York, N.Y. | Verfahren zum Dotieren eines Halbleiterwafers durch Wärmegradient-Zonenschmelzen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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US4159213A (en) | 1979-06-26 |
JPS55117228A (en) | 1980-09-09 |
GB2040180A (en) | 1980-08-28 |
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