<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zum formgebenden Bearbeiten, z. B. zum
Zerschneiden, von Halbleiterkristallen
Ein bekanntes Verfahren zur Reinigung und/oder Abtragung von Halbleitermaterialien, insbesondere Halbleiteroberflächen, vorzugsweise solchen von Germanium oder Silizium durch Ätzen unter Vermei- dung der Einwanderung von Störstoffen in den Halbleiter besteht darin, dass durch Einwirkung von flüchti- ge, leicht zersetzbare oder lösbare Reaktionsprodukte erzeugenden Gasen in reiner Form, d. h. ohne Stör- stoffgehalt, geätzt wird. Als bearbeitende Gase kommen in erster Linie Halogene bzw. deren Dämpfe oder Halogenwasserstoffe in Betracht, die sich leicht in der notwendigen Reinheit herstellen lassen. Lässt man auf eine zweckmässig auf einige Hundert Grad Celsius vorgewärmte, z.
B. aus Germanium oder Si- lizium bestehende Halbleiterplatte beispielsweise einen Chlorstrom einwirken, so findet eine Reaktion unter Bildung von leicht flüchtigem Geul. bzw. SiCl statt. Der Chlorstrom frisst sich auf diese Weise seinem durch geeignete Düsen festgelegten Querschnitt entsprechend in das Germanium ein. Wenn man eine solche Reaktion nur kurzzeitig erfolgen lässt, so entstehen Vertiefungen. Bei entsprechend langer
Einwirkung wird die Halbleiteroberfläche durchbohrt. Das Prinzip kann auch zum Schneideverfahren ausgebaut werden, indem man den aus der feinen Düse austretenden Gasstrahl längs der beabsichtigten Schnittlinie hin-und herbewegt.
Will man die Lokalisierung der Bearbeitung verbessern, so kann man zu diesem Zweck das Halbleitermaterial nur an den Stellen erwärmen, an denen eine Reaktion zwischen dem Behandlungsgas und dem Halbleiter erwünscht ist. Die erforderliche Wärme kann in diesem Fall durch den Halbleiter in geeigneter Weise bertihrende stromdurchflossene Elektroden erfolgen.
Ein solches Verfahren zur lokalen Beschränkung der Abtragung hat jedoch verschiedene Nachteile.
Der auftreffende Gasstrahl, selbst wenn sein Querschnitt exakt dem Querschnitt der Bearbeitungsstelle angeglichen wird, wird an der Oberfläche des Halbleiterkristalls auch im besten Hochvakuum diffus zerstreut, so dass auch die der Bearbeitungsstelle benachbarten Stellen der Halbleiteroberfläche mit dem abtragenden Gas in Berührung kommen. Um eine scharfe Begrenzung der Abtragungswirkung auf die beabsichtigte Arbeitsstelle zu erzielen, ist es deshalb notwendig, dass die Abtragungsbedingungen an der Bearbeitungsstelle erheblich gtinstiger als die an den benachbarten, nicht abzutragenden Teilen der Halbleiteroberfläche sind.
Will man dieses Ziel durch eine unterschiedliche Erwärmung erreichen, so wird beim bekannten Verfahren dieser Unterschied auf Grund des merklichen Wärmeleitvermögens des Halbleiters mindestens an den die eigentliche Bearbeitungsstelle umgebenden Oberflächenteilen stark verwischt. Die Folge davon ist, dass trotz Anwendung von Düsen, welche einen dem Querschnitt der Behandlungsstelle entsprechenden Strahlquerschnitt des Behandlungsgases erzeugen, die Abtragungswirkung keinesfalls auf die eigentliche Behandlungsstelle beschränkt bleibt.
Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum formgebenden Bearbeiten, z. B. zum Zerschneiden von Halbleiterkristallen, durch einen mittels einer Düse geformten, auf die Bearbeitungsstelle der gegebenenfalls auf eine höhere, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des Halbleiterkristalls liegende Temperatur erhitzte Oberfläche des Kristalls auftreffenden Strahl eines Gases, welches bei der Temperatur der Bearbeitungsstelle mit dem Halbleitermaterial unter Entstehung einer bei dieser Temperatur verdampfenden Verbindung reagiert, und ist dadurch gekennzeichnet, dass während des Bearbeitungsvorganges die Bearbeitungsstelle einer gerichteten, den Bearbeitungsvorgang auf die Bearbeitungsstelle konzentrierenden Belichtung unterworfen wird.
Die Wirkung einer solchen Bestrahlung ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass sie die an der be-
<Desc/Clms Page number 2>
strahlen Stelle auftreffenden Moleküle des bearbeitenden Gases in Atome und Radikale spaltet, die sich, sobald sie aus dem Bereich der Strahlung heraustreten, sofort wieder zu neutralen Molekülen vereinigen.
Wesentlicher ist jedoch eine Sensibilisierung der Bearbeitungsstelle auf den Abtragungsvorgang, die im
Vergleich zur Aktivierung durch Temperaturerhöhung auf einer ganz andern Grundlage, nämlich auf der
Erzeugung von den Ätzvorgang katalytisch beschleunigenden Ladungsträgern an der belichteten Stelle der
Halbleiteroberfläche beruht. Durch die Belichtung wird einerseits die Temperatur, bei der der Abtra- gungsvorgang einsetzt, erheblich reduziert, so dass man den Halbleiter auf einer Temperatur halten kann, bei der eine Wirkung auf die nicht bestrahlte Halbleiteroberfläche nicht stattfindet.
Umgekehrt wird auch bei hoher Temperatur der Halbleiteroberfläche ein beachtlicher Unterschied der Abtragungsgeschwindig- keit zwischen belichteten und nicht belichteten Teilen auftreten, so dass man, wenn die Abtragungsstel- len im Vergleich mit den nicht zu bearbeitenden Stellen stark belichtet sind, die gewünschte Abtragung in einer Zeit erzielt, in welcher die nicht belichteten Stellen nur unmerklich angegriffen werden.
'Als Behandlungsgase kommen in bekannter Weise Halogene oder Halogenwasserstoffe in Betracht.
Das Düsenmaterial richtet sich nach der Natur des verwendeten Gases. Für Behandlungsgase aus Chlor und
Brom sowie HCI oder HBr können Düsen aus Aluminiumoxyd (Rubin), Quarz, Diamant, V2A-Stahl, Bor- karbid oder Siliziumkarbid, gegebenenfalls auch aus Glas, verwendet werden. Die Düsenweite betragen zweckmässig 5-100 bd und sind vorteilhaft, um den Austritt eines scharf begrenzten Gasstrahles zu er- möglichen, als Strömungskanal mit sich verjüngendem Querschnitt, insbesondere als Lavaldüsen, ausge- bildet.
Es empfiehlt sich, den Behandlungsvorgang in einem unter vermindertem Gasdruck stehenden Be- handlungsgefäss, insbesondere unter Vakuum, vorzunehmen, wobei bei Anwendung einer laufenden Eva- kuierung des Behandlungsgefässes die Reaktionsprodukte und das nicht verbrauchte Behandlungsgas laufend von der Halbleiteroberfläche entfernt werden.
Eine zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung geeignete Apparatur ist in der Zeichnung dargestellt. Der zu zerschneidende Siliziumkristall 1, der längs der gestrichelt dargestellten Schnittlinie A-B aufgetrennt werden soll, ist im Abstand von einigen Zehntel Millimetern bis wenige Millimeter von einer Düse entfernt angebracht, welche den bearbeitenden, z. B. aus HC1 bestehenden Gasstrahl 3 austreten lässt. Der innerhalb der Düse zu überwindende Druck kann einige Atmosphären, aber auch mehr als 100 Atmosphären betragen, wenn dies die Natur des betreffenden Gases zulässt. Der Gasstrahl wird dann längs der Schnittlinie A-B so lange hin-und hergeführt, bis der durch eine nicht dargestellte Heizvorrichtung auf etwa 5000C erhitzte Siliziumkristall an der Schnittfläche auseinandergetrennt ist.
Aus technischen Gründen empfiehlt es sich, die Düse festzuhalten und die erforderliche Bewegung des Halbleiterkristalls mittels einer beweglichen Kristallhalterung vorzunehmen, deren Bewegung relativ zur Düse durch ausserhalb des Behandlungsgefässes liegende Steuermittel geregelt wird.
Die Schnittbreiten können bei entsprechend engen Düsen erheblich unter 50 u liegen, wobei eine vollkommen ungestörte Halbleiteroberfläche an der Schnittstelle gebildet wird. Dieser Vorteil kommt auch dann zugute, wenn die formgebende Bearbeitung zur Herstellung von Vertiefungen, insbesondere Bohrungen, in Halbleiterkristallen oder grabenförmige Vertiefungen, wie sie zum Herausätzen einer Mesa gebraucht werden, verwendet wird. Sie lässt sich deshalb auch zum lokalisierten Abätzen von Halbleiterkristallen mit Vorteil verwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum formgebenden Bearbeiten, z. B. zum Zerschneiden, von Halbleiterkristallen durch einen mittels einer Düse geformten, auf die Bearbeitungsstelle der gegebenenfalls auf eine höhere, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des Halbleiterkristalls liegende Temperatur erhitzte Oberfläche des Kristalls auftreffenden Strahl eines Gases, welches bei der Temperatur der Bearbeitungsstelle mit dem Halbleitermaterial unter Entstehung einer bei dieser Temperatur verdampfenden Verbindung reagiert, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bearbeitungsvorganges die Bearbeitungsstelle einer gerichteten, den Bearbeitungsvorgang auf die Bearbeitungsstelle konzentrierenden Belichtung unterworfen wird.