-
Verfahren und Vorrichtung zur Dickenkontrolle von Halbleiterkörpern
bei der Bearbeitung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Dickenkontrolle bzw. -messung von Halbleiterkörpern bei der Bearbeitung, beispielsweise
bei der formgebenden Bearbeitung von Haibleiterkörpern für Halbleiteranordnungen,
wie Transistoren u. dgl.
-
Bei der Herstellung bestimmter Halbleiteranordnungen, wie beispielsweise
Transistoren, ist es häufig erforderlich, Halbleiterkörper herzustellen, die wenigstens
in einem Bereich eine sehr kleine reproduzierbare Dicke aufweisen, wobei diese Herstellung
so erfolgen soll, daß dabei keine unerwunschten Zugspannungen in dem Halbleitermaterial
hervorgerufen werden. So hat sich beispielsweise ergeben, daß bei der Herstellung
von Oberflächen-pn-Schicht- oder Legierungs-pn-Schicht-Transistoren gute Hochfrequenztransistoren
erzielbar sind, sofern es gelingt, in dem Halbleiterkörper eine hinreichend dünne,
im wesentlichen einheitliche Basiszone frei von Spanntingen herzustellen. Ein Verfahren
zur Erzielung der erforderlichen Kontrolle der Basisdicke besteht darin, daß ein
Halbleiterkörper von anfänglich einheitlicher Dicke unter kontrollierten Bedingungen
geätzt wird, wobei die zur Durchlöcherung des Körpers erforderliche Zeit festgestellt
und sodann das Verfahren an einer benachbarten Stelle des gleichen Körpers mit der
gleichen oder einer im wesentlichen entsprechenden Anordnung und unter denselben
Verfahrensbedingungen wiederholt wird. Obwohl dieses Verfahren für viele Zwecke
geeignet ist, dürfte doch klar sein, daß aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, Genauigkeit
und Einfachheit ein Verfahren erwünscht wäre, das eine Kontrolle der Basisdicke
eines Halbleiterkörpers derart gewährleistet, daß nur ein einziger Arbeitsgang der
Dickenverringerung erforderlich ist und wobei man sich nicht auf genaue Parallelität
der gegenüberliegenden Oberíiächen des Halbleiterkörpers und auf die Gleichheit
der Verfahrensbedingungen zur Erzielung der erwünschten Genauigkeit zu verlassen
braucht. Es ist ferner erwünscht, daß das betreffende Verfahren ohne wesentliche
Abänderung zur Behandlung von Halbleiterkörpern stark unterschiedlichen Widerstands
anwendbar ist, so daß Unreinheitsbestandteile verschiedener Art und verschiedener
Konzentration in dem Halbleitermaterial verwendet werden können, ohne daß eine Anderung
der Vorrichtung oder des Verfahrens erforderlich wird.
-
Das zur Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren gemäß der Erfindung
besteht darin, daß der Halbleiterlcörper an der bezüglich der Dicke zu kontrollierenden
Stelle mit einem Wellenlängenband elektro magnetischer Strahlung bestrahlt wird,
welches die für eine vorgegebene Dicke des Materials charakteristische spektrale
Durchlässigkeitsgrenze einschließt und nach Durchsetzen des Halbleiterkörpers mit
einem auf die
betreffende Strahlung ansprechenden Strahlungsdetektor analysiert wird.
-
Die gemäß der Erfindung vorgesehene Verwendung einer geeigneten elektromagnetischen
Strahlung zur Dickenkontrolle bzw. -messung ergibt ein Verfahren, daß in einfacher
Weise an die verschiedensten Bearbeitungsvorgänge während der Halbleiterherstellung
angepaßt werden kann, wobei der Meßvorgang das Halbleiterwerkstück mechanisch, elektrisch
oder chemisch in keiner Weise beeinflußt, kontinuierlich während der Bearbeitung
vorgenommen werden kann und eine äußerst hohe Genauigkeit gestattet.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß das Wellenlängenband der auf den Halbleiterkörper auftreffenden Strahlung etwa
mit der spektralen Durchlässigkeitsgrenze für die vorgegebene Dicke des Halbleitermaterials
beginnt, derart, daß vor Erreichung der vorgegebenen Dicke praktisch keine Strahlung
den Halbleiterkörper durchdringt und die Intensität der durchgelassenen Strahlung
nach Erreichung der vorgegebenen Materialdicke sich sprunghaft ändert.
-
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Erreichung der vorgegebenen
kritischen Dicke besonders einfach und genau nachweisbar ist, da sie mit einer sprunghaften
Änderung der als mittelbare Meßgröße dienenden durchgelassenen elektromagnetischen
Strahlung verbunden ist.
-
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist hierbei vorgesehen,
daß die im Durchlässigkeitsbereich jenseits der spektralen Durchlässigkeitsgrenze
für die vorgegebene Materialdicke liegenden Wellenlängenkomponenten der Strahlung
vor dem Auftreffen auf den Halbleiterkörper ausgefiltert werden.
-
Vorzugsweise wird das Verfahren gemäß der Erfindung kontinuierlich
während der Bearbeitung ausgeführt, derart, daß ohne-Beeinträchtigung des Bearbeitungsvorganges
eine laufende genaue Kontrolle der Dicke ermöglicht wird.
-
Im besonderen eignet sich das Verfahren gemäß der Erfindung zur Anwendung
während der Bearbeitung des Halbleiterkörpers nach einem der elektrolytischen Ätzverfahren.
Nach einer besonders vorteilhaftenAusführungsform dieser Art ist vorgesehen, daß
die Dickenkontrolle bzw. -messung während der Materialabtragung im elektrolytischen
Strahlätzverfahren vorgenommen wird, derart, daß die elektromagnetische Strahlung
den Halbleiterkörper durch den elektrolytischenAtzstrahl koaxial ~mit diesem zugeführt
wird.
-
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens; nach einer besonderen Ausführungsform weist eine derartige Vorrichtung
eine Strahlungsquelle mit optischer Strahlbündelung, welche ein Bündel der elektromagnetischen
Strahlung durch einen Halbleiterkörper an der zu kontrollierenden Stelle schickt,
eine auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers angeordnete Strahlungsdetektorvorrichtung,
auf welche die durchgelassene Strahlung auftrifft und welche ein der auftreffenden,
durchgelassenen Strahlung - proportionales elektrisches Ausgangssignal erzeugt,
sowie eine Meß- und Anzeigevorrichtung für das Ausgangssignal der Strahlungsdetektorvorrichtung
auf.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß bei einer zur Durchführung des Verfahrens beim elektrolytischen
Strahlätzen geeigneten- Vorrichtung das elektromagnetische Strahlungsbündel durch
die Düse und den elektrolytischen Ätzstrahl hindurch koaxial mit diesem auf den
Halbleiterkörper gerichtet wird.
-
Vorzugsweise wird für das Verfahren gemäß der Erfindung ein Strahlungswellenband
im Ultrarotbereich verwendet, das eine kurzwellige Durchlässigkeitskante des Halbleitermaterials
für die vorgegebene Dicke aufweist, wobei die auf der langwelligen Seite der kurzwelligen
Durchlässigkeitskante liegenden Strahlungskomponenten ausgefiltert werden.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in dieser
zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung eine zur Anwendung des Verfahrens bei
der Bearbeitung von Halbleiterkörpern im elektrolytischen Strahlätzverfahren geeignete
Vorrichtung, Fig:-2 eine graphische Darstellung, welche den zeitlichen Verlauf des
von der Meß; bzw. Registriervorrichtung angezeigten Ausgangssignals der Strahlungsdetektorvorrichtung
für einen typischen Fall erkennen läßt, Fig. 3 schematisch den registrierenden Teil
der Vorrichtung bei einer anderen Ausführungsform, bei welcher die Registnervorrichtung
~ gleichzeitig den elektrolytischen ätzvorgang in Abhängigkeit von der Dickenkontrolle-
steuert.
-
In Fig. 1 ist mit 10 der Hälbleiterköiper bezeichnet, dessen Dicke
auf den vorgegebenen geringen Wert verringert werden soll. Dieser Körper kann- beispiels-
weise
ein -Kristall aus N-Germanium mit einer Löcherlebensdauer in der Größenordnung von
100 Mikrosekunden und einem spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 5 Ohm-cm
sein. EineFlüssigkeitspumpe 11 pumpt Elektrolytflüssigkeit aus einem nicht dargestellten
Behälter durch eineRohrleitung 12, einen Behälter 13 und die Düse 14, wobei sämtliche
Teile aus Glas sein können, und erzeugt einen gegen die Unterseite des Körpers 10
gerichteten Elektrolytstrahl 15. Der Halbleiterkörper ist- an einer mit einer Mittelöffnung
17 versehenen Metallscheibe 16 befestigt. Der Strahl 15 wird gegen einen der Öffnung
17 unmittelbar gegenüberliegenden Oberflächenbereich des Körpers 10 gerichtet; das
geeignete Ätzpotential wird dem Elektrolyten aus einer Spannungsquelle 18 iiber
einen veränderlichen Reihenwiderstand 19, einen Schalter 20 und inerte Elektroden
21 zugeführt, die in der Rohrleitung 12 in den Elektrolyten eintauchen.
-
Die geeignete elektromagnetische Strahlung wird dem gläsernen Behälter
13 und dem Strahl 15 in folgender Weise zugeführt: Eine Strahlungsquelle22. die
im wesentlichen ultrarote Strahlung aussendet, liefert die Strahlung, welche mittels
einer Blende 24 und Kondensorlinsen 25 zu einem Strahl gebündelt und durch den Spiegel
26 gegen die Unterseite des Behälters 13 in einen direkt der Austrittsdüse 14 gegenüberliegenden
Punkt geworfen wird. Diese Strahlung durchsetzt sodann die Düse 13 und anschließend
den Strahl 15 und gelangt-so an die Unterseite des Halbleiterkörpers 10. Wie bereits
erwähnt, wird die auf den Körper 10 auftreffende Strahlung, in dem Maße wie der
Körper dünner ist, wenigstens bis zu einem gewissen Grad von dem Körper durchgelassen
und kann mit der strahlungsempfindlichen Zelle 27 nachgewiesen werden.
-
Zur besseren Verstärkung und Rauschminderung kann das von der Strahlungsquelle
22 kommende Strahtungsbündel periodisch unterbrochen werden, und zwar mittels des
scheibenförmigen Strahlungszerbackers 28, der durch den Motor 29 angetrieben wird
und eine hinreichende Anzahl von Zähnen aufweist, um den Strahl mit einer zur Verstärkung
daraus gebildeter elektrischer Signale geeigneten Frequenz von beispielsweise 750
Hz zu unterbrechen, die zwischen den Harmonischen der üblichen 60-Hz-Netzfrequenz
liegt, so daß Interferenzerscheinungen mit anderen Lichtquellen weitgehend ausgeschaltet
werden.
-
Die strahlungsempfinbliche Zelle 27 ist mit ihrem empfindlichen Bereich
30 der Öffnung 17 in der Scheibe 16 gegenüberstehend angeordnet, so daß sie von
derjenigen Strahlung, welche von dem Bereich des Halbleiterkörpers 10 unter dem
Strahl 15 durchgelassen wird; getroffen wird und ein Ausgangssignal erzeugt, das
sich in Abhängigkeit von Änderungen der Intensität der auf sie- auffallenden Strahlung,
soweit sie innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbandes liegt, ändert. Für die
Zelle 27 kann irgendeine von verschiedenen bekannten Ausführungen verwendet werden;
bei der Anwendung des Verfahrens auf die Behandlung von Germanium wird als Strahlungsdetektor
vorzugsweise eine Germamum-Oberflächen grenzschichtdiode verwendet, welche einen
metallischen Kontakt 31, beispielsweise aus Zink, aufweist, der auf einer Oberfläche
eines Germaniumplättchens 32 gegenüber jedoch in geringem Abstand von der bestrahlten
Oberfläche 30 im Elektroplattierverfahren aufgebracht ist. Der elektroplattierte
Kontakt 31 bildet einen Gleichrichtkontakt an dem Plättchen 32> während die angelötete
Metallasche 33 einen ohmschen Kontakt mit dem Halbleiterplättchen bildet.
v
Das an den Kontakten 31 und 33 abgenommeneAusgangssignal der strahlungsempfindlichen
Zelle 27 wird den Eingangsklemmen eines Gleichrichterverstärkers 35 und sodann einer
5 ignalanzeigevorrichtung 36 zugeführt, welche eine Anzeige der verstärkten Signale
in geeigneter Form liefert. Der Gleichrichterverstärker 35 kann einen Breitband-Niederfrequenzverstärker
und einen Diodengleichrichter herkömmlicher Art aufweisen; die Anzeigevorrichtung
36 kann beispielsweise ein Registriergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein,
die eine visuelle Anzeige der Momentanwerte des verstärkten und gleichgerichteten
Signals ermöglicht.
-
Der Übersichtlichkeit halber wurde in der Darstellung nicht gezeigt,
daß natürlich geeignete Strahlungsabschirmmittel vorgesehen sein können, um das
Strahlungsbündel im wesentlichen auf die in der Figur dargestellten gestrichelten
geraden Linien zu begrenzen und eine Beleuchtung der strahlungsempfindlichen Zelle
27 durch Streustrahlung, welche nicht den Elektrolytenstrahl 15 und den Halbleiterkörper
10 durchsetzt hat, zu verhindern. Zur weiteren Verringerung störender Effekte, beispielsweise
Streulichteffekte, können in bestimmten Anwendungsfällen zusätzliche gebräuchliche
Vorkehrungen getroffen werden; beispielsweise kann der Verstärker35 als Tastgleichrichtverstärker
ausgebildet sein, der synchron mit dem Antrieb des Zerhackers 28 so gesteuert wird,
daß er bei der jeweiligen Freigabe des Lichtweges durch die Zähne des Zerhackers
28 hochgetastet wird; gebräuchliche Maßnahmen dieser Art gehören jedoch nicht zum
Erfindungsgegenstand, so daß hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.
-
Es ist bekannt, daß die spektralen Durchlässigkeitscharakteri stiken
von Germanium und ähnlichen Stoffen für auffallende Strahlung eine Funktion der
jeweiligen Dicke des Germaniummaterials sind. Die Dicke des Plättchens 10 kann anfänglich
verhältnismäßig groß, beispielsweise in der Größenordnung von 5 10 cm sein; der
in Frage stehende Bereich des Germaniumplättchens wird dann Licht von verhältnismäßig
großer Wellenlänge durchlassen, die Durchlässigkeit nimmt jedoch bei Wellenlängen
von etwa 1,9 Mikron rasch ab und wird für Strahlung unterhalb etwa 1,7 Mikron vernachlässigbar
klein. Trägt man die Wellenlängen in horizontaler Richtung und die Durchlässigkeit
in vertikaler Richtung gegeneinander auf, so kann die untere Grenze oder die Kante
der Durchlässigkeitskurve in Form einer S-förmigen Kurve dargestellt werden, die
zwischen den erwähnten Wellenlängen von etwa 1,9 und 1,7 Mikron absinkt und ober-
und unterhalb des abfallenden Teils der Kurve einen annähernd horizontalen Verlauf
zeigt.
-
In dem Maße, in dem sich die Dicke des Germanium plättchens 10 infolge
der elektrolytischen Atzwirkung des Strahles 15 verringert, verschiebt sich diese
kurzwellige Durchlässigkeitskante allmählich in Richtung zu kürzeren Wellenlängen.
Ist die Germaniumdicke beispielsweise auf 5 i0-4 cm verringert, wie es häufig für
Oberflächen-pn-Schichttransistoren erwünscht ist, so setzt eine Durchlässigkeit
für Strahlung verhältnismäßig kurzer Wellenlängen, wie beispielsweise etwa 1 Mikron,
ein. Zur Bestimmung dieses Zeitpunkts weist das Spektrum der Ultrarotstrahlungsquelle
22 vorzugsweise eine Bande auf, welche die Wellenlänge 1 Mikron einschließt.
-
Ein von Strahlung durchsetzter Elektrolyt weist bekanntlich eine
spezifische spektrale Durchlässigkeitscharakteristik auf, die vor allem von der
Weglänge abhängt, welche die Strahlung in dem Elektrolyten zurücklegt. Beispielsweise
hat ein aus Wasser oder
verdünnter elektrolyter Ätzlösung bestehender Strahl 15 von
0,6 cm Länge ein spektrales Durchlässigkeitsband, dessen obere Grenze bei etwa 1
bis 1,35 Mikron liegt, wobei diese obere Durchlässigkeitsgrenze zwischen den genannten
Werten von 1 und 1,35 Mikron einen Abfall aufweist, welcher der Richtung des Abfalls
des Durchlässigkeitsbandes von Germanium entgegengesetzt ist. Die Länge des Strahls
15 und damit die Lage des Kantenabfalls des Durchlässigkeitsbandes können in bezug
auf die erwähnten Durchlässigkeitsbänder des Germanium bei den verschiedenen Dicken
geeignet gewählt werden. Man erkennt, daß das Germaniumplättchen 10 nur Strahlung
der von dem Elektrolytstrahl durchgelassenen Wellenlängen erhält, während der jenseits
des Germaniumplättchens liegende Bereich des Detektors 27 nur Strahlung erhält,
die von dem Elektrolytstrahl und dem Germaniumplättchen durchgelassen wurde, d.
h. Strahlung mit Wellenlängen innerhalb eines begrenzten Überlappungsge bietes der
Durchlässigkeitskurven des Plättchens 10 und des Strahls 15. Ein derartiger Überlappungsbereich
besteht überhaupt nur, sobald die Plättchendicke auf einen vorgegebenen Wert verringert
ist. Nur dann wird Strahlung nennenswert zu dem Detektor 27 durchgelassen, und zwar
nur innerhalb eines begrenzten Wellenlängenbereichs, nämlich im Überlappungsgebiet.
Dies ist unabhängig von der Strahlungsintensität.
-
Demzufolge gibt die Photozelle 27 nur dann nennenswerte elektrische
Signale ab, sobald eine bestimmte Dünne des Plättchens 10 erreicht wurde. Diese
Signale werden nach üblicher Verstärkung und Gleichrichtung der Anzeigevorrichtung
36 zugeführt. Die Änderung des Ausgangssignals dieser Anzeigevorrichtung als Funktion
der Ätzdauer ist für einen typischen Fall in Fig. 2 dargestellt, wobei die Zeit
auf der Abzisse, die Größe des Signals auf der Ordinate abgetragen sind.
-
Bei Verwendung eines Registriergerätes herkömmlicher Art als Anzeigevorrichtung
36 entspricht die Anzeige des Registriergerätes im wesentlichen dem in Fig. 2 gezeigten
Kurvenverlauf. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist das Ausgangssignal anfänglich klein,
da für große Dicken die selektive Durchlässigkeit des Körpers 10 jede von dem Elektrolyten
durchgelassene Strahlungskomponente erheblich schwächt. Im typischen Fall nimmt
das Ausgangssignal sogar während einer beträchtlichen Zeit nach Atzbeginn ab, was
darauf zurückzuführen ist, daß der Strahl in dem Germanium eine rundbögige Vertiefung
erzeugt, so daß durch Refraktion und innere Reflektionen mit zunehmender Vertiefung
der Ausnehmung ein immer größer werdender Teil der auffallenden Strahlung gehindert
wird, bis zum empfindlichen Teil der Photozelle durchzudringen. Diese allmähliche
Abnahme des Ausgangs der Photozelle setzt sich von der Zeit Null bis zur Zeit t1
fort; in diesem Zeitpunkt setzt eine merkliche Zunahme der Ausgangsgröße ein, wie
dies beispielsweise im Bereich zwischen t1 und t2 dargestellt ist. In diesem Zeitpunkt
beginnt nämlich die kurzwellige Durchlässigkeitsgrenze des Körpers 10, das Durchlässigkeitsband
des Elektrolyten in nennenswertem Ausmaß zu überlappen, so daß immer mehr auf den
Körper 10 auftreffende Strahlung durch diesen durchgelassen wird. Wird die Ätzung
mit der gleichen Geschwindigkeit fortgesetzt, so nimmt das Ausgangssignal, wie durch
gestrichelte Linie dargestellt, weiter sehr schnell bis zur Durchlöcherung des Plättchens
bei t3 zu. Im Interesse einer größeren Genauigkeit wird jedoch die Ätzgeschwindigkeit
vorzugsweise verringert, beispielsweise durch Erniedrigung des Ätzpotentials,
sobald
das Signal eine bestimmte Größe erreicht hat; als Folge hiervon ist die Zunahme
des Ausgangssignals weniger stark, wie dies durch die stark ausgezogene Kurve im
Gebiet zwischen to und t5 veranschaulicht ist. Läßt man dabei die Ätzung sich bis
zum Zeitpunkt t5 fortsetzen, so wird das Plättchen durchlöchert, Der genaueZeitpunkt,
an dem dieDurchlöcherung eintritt, hängt bis zu einem gewisse Grade vom Stahldruck
ab, so daß es zur Herstellung äußerst dünner Germaniummembranen häufig vorteilhaft
ist, den Druck bei Annäherung an die Endstärke herabzusetzen, was vorzugsweise im
gleichen Zeitpunkt ri vorgenommen wird, in welchem die Atzgeschwindigkeit verringert
wird.
-
Die Größe des Signals im Bereich zwischen t, und t5 ist daher eine
direkte Anzeige der unter dem Strahl verbleibenden Material stärke und kann daher
ohne Schwierigkeit in Angaben der Plättchendicke geeicht werden, indem man die Ätzung
an verschiedenen Punkten entlang dieser Kurve für verschiedene Plättchen unterbricht
unddie Dicken dieser Plättchen bestimmt. Mit Hilfe einer derartigen Eichung wird
es dann möglich, jede innerhalb dieses Bereichs gelegene gewünschte Halbleiterdicke
herzustellen, indem man die Ätzung in dem geeigneten Punkt im aufsteigenden Teil
der Kurve in Fig. 2 unterbricht, beispielsweise in Punkt t4. Beim vorliegend beschriebenenAusfiihrungsbeispiel
wird diese Unterbrechung vorzugsweise durch Öffnung des Schalters 20 vorgenommen,
sobald die Dickenanzeige erreicht ist.
-
Die Erfindung wurde vorstehend zwar in besonderer Anwendung auf die
Behandlung von Germanium beschrieben; selbstverständlich kann man sie auch zur Bearbeitung
anderer Halbleitermaterialien, wie beispielsweise Silizium, verwenden. Da jedoch
die kurzwellige Durchlässigkeitsgrenze für Silizium bei kürzeren Wellen als für
Germanium gleicher Dicke liegt, wird man bei der Anwendung der Erfindung auf Silizium
die nachgewiesene Strahlung auf kürzerwellige Komponenten als bei Germanium beschränken
müssen, und zwar entweder durch Verwendung einer Strahlungsquelle, die auf kürzerwellige
Komponenten beschränkt ist, oder durch Anwendung eines Spektralfilters, das nur
kürzerwellige Komponenten durchläßt, oder schließlich, indem man einen nur auf kürzerwellige
auffallende Strahlung ansprechenden Strahlungsdetektor anwendet. Beispielsweise
kann man die Länge des Elektrolytstrahls 15 vergrößern, um die erwünschte Begrenzung
der auffallenden Strahlung auf kürzere Wellenlängen zu erzielen. Schließlich kann
man selbstverständlich für Silizium auch andere Ätzlösungen wie beispielsweise Natriumfluorid,
venTrenden. Dient die Erfindung zur Herstellung von Körpern vorgegebener Dicke,
so kann die Unterbrechung der Ätzung mittels einer in Fig. 3 dargestellten Abänderung
auch automatisch statt von Händ erfolgen.
-
Bei dieser Ausführungsforin ist der Schalter 20 aus Fig. 1- durch
einen relaisgesteuerten Schalter 40 ersetzt, der in normalerweise geschlossenem
Zustand den elektrolytischen Ätzstrom für den Strahl 15 schließt, der jedoch automatisch
öffnet und Somit die Ätzung unterbricht, sobald das Ausgangssignal des Detektorverstärkers
35 einen der gewünschten Dicke entsprechenden Wert erreicht. Zu diesemZweck kann
das Ausgangssignal des Detektorverstärkers 35 einen Thyratron 41 oder - -einen entsprechenden
herkomrnlichen, nuf einen Schwellenwert ansprechenden Einrichtung iugeführt--werded,
wobei das Thyratron-sc eingestellt ist, daß es die Strombetätigung des Relaisschalters
40 zur Öffnung des Schalters -hervorrufY
sobald die vom Detektorverstärker 35 kommenden
Signale den der erwünschten Dicke des Halbleitermaterials entsprechenden Wert erreicht.
Eine entsprechende Vorrichtung kann auch vorgesehen werden, um die Ätzgeschwindigkeit
bei jeder gewünschten Dicke durch automatische Kontrolle des veränderlichen Widerstandes
19 verändern zu können.
-
Die mit dem Dickenmeß- und Kontrollverfahren gemäß der-Erfindung
erzielten Vorteile ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung ohne weiteres.
Beispielsweise ist klar ersichtlich, daß mit diesem Verfahren die Erreichung der
gewünschten Halbleiterdicke durch Nachweis der Verschiebung der kurzwelligen Durchlässigkeitsgrenze
des Halbleiterkörpers gegenüber deren anfänglicher Lage feststellbar ist.
-
Dies erfolgt durch Messung von Intensitätsänderungen der vom Körper
bei dieser Dicke durchgelassenen Strahlungskomponenten. Ohne die Filterwirkung des
Elektrolyten und die Wellenlängenabhängigkeit der Empfindlichkeit des Strahlungsdetektors
würde die durch die Verschiebung der Durchlässigkeitsgrenze hervorgerufene Vergrößerung
der gemessenen Signalausgangsgröße nur eine verhältnismäßig kleine prozentuelle
Änderung der gemessenen Signalausgangsgröße ausmachen, da dieses Signal auch bei
größeren Dicken verhältnismäß groß wäre.
-
Beschränkt man jedoch gemäß der Erfindung die zum Nachweis verwendeten
Strahlungskomponenten auf solche mit Wellenlängen in der Nähe der kurzwelligen Durchlässigkeitsgrenze
bei der gewünschten Dicke, indem man die Strahlung durch einen Elektrolyten mit
geeignetem Durchlässigkeitsband schickt, so wird die gemessene Signalausgangsgröße
bis zur Annäherung an die gewünschte Dicke klein bleiben, und die prozentuale Empfindlichlteit
der gemessenen Signalausgangsgröße in bezug auf Dickenänderungen im Bereich des
gewünschten Dickenweftes wird daher groß sein. Die Erreichung der gewünschten Dicke
ist daher einfach und genau nachweisbar, wie sich aus der Kurvendarstellung in Fig.
2 ergibt.
-
Aus Fig. 2 ergibt sich noch ein weiterer Vorteil; da nämlich mit
dem Verfahren gemäß der Erfindung eine kontinuierliche und sofortige Anzeige der
jeweiligen Dicke des Halbleiterkörpers erzielt wird, sindAbsolutmessungen von Spannung
oder Strom und damit kritische Einstellungen und Präzisionsbauteile nicht erforderlich.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausgangssignal hat eine leicht erkennbare allgemeine
Gestalt, so daß man lediglich die Kurve während ihres Entstehens, insbesondere ihre
Anstiegsgeschwindigkeit, zu beobachteii braucht, um die Erreichung der geeigneten
Dicke festzustellen. So ergibt sich beispielsweise aus Fig. 2 ohne weiteres, daß
der zur Beendigung des Ätzens geeignete Zeitpunkt ohne weiteres aus einer bloßen
Betrachtung der Kurve festgestellt werden kann, selbst wenn die Gleichspannungskomponente
der Signalausgangsgröße, die weitgehend auf elektrischem Rauschen und unkontrollierbaren
Störsignalen beruht, sich infolge eines thermischen Gangs in den Parametern der
Schaltanordnung, beispielsweise des Detektorverstärkers35, langsam ändern sollte.
-
Obwohl die Erfindung vorstehend in bezug auf eine Ausführungsform
beschrieben wurde, bei welcher der ElelEtrolyístrahl ein auf der der Strahlungsquelle
benachbarten Seite des Germaniumplättchens liegendes Filter darstellt, so kann doch
die gleiche Wirkung mit einem an der gegenüberliegenden Seite des Plättchens angeordneten
Elektrolytstrahl erzielt werden, tatsächlich kann die Begrenzung des Bandes der
zum Nachweis dienenden Strahlung durch eine oder mehrere
Anordnungen
bewirkt werden, die irgendwo zwischen der Strahlungsquelle und dem Ausgang der Photozelle
27 einschließlich der Photozelle selbst, die auf Grund der ihr innewohnenden charakteristischen
Empfindlichkeitsverteilung selbst ein derartiges Tiefpaßfilter darstellen kann,
angeordnet sein können.
-
So können beispielsweise je ein Elektrolytstrahl mit durchlässiger
Düse der beschriebenen Art des Plättchens vorgesehen werden, wobei sich die Durchlässigkeitscharakteristik
der Gesamtanordnung additiv aus dem Durchlässigkeits- und Filtereigenschaften der
beiden Elektrolytstrahlen und Düsen ergibt.
-
Die Erfindung ist vorstehend an Hand eines speziellen Ausführungsbeispiels
beschrieben worden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Beispielsweise ist die
Erfindung auch in Fällen anwendbar, in welchen der Körper durch Vergrößerung statt
durch Verringerung seiner Dicke verändert wird, wie beispielsweise beim Plattieren
von Germanium aus der Lösung. In diesem Fall nimmt die Signalausgangsgröße im fraglichen
Bereich merklich ab und kann ebenfalls in Dickenwerten geeicht werden. Entsprechend
kann man in anderen Fällen die Lage einer langwelligen Durchlässigkeitsgrenze des
Materials statt die einer kurzwelligen Durchlässigkeitsgrenze als Anzeige der Dicke
heranziehen, wobei in diesem Fall die dem Körper zugeführte Strahlung Komponenten
in dem Bereich aufweisen müßte, durch welchen sich die langweilige Durchlässigkeitsgrenze
während desDickenänderungsverfahrens bewegt und auch eine gewisse Unterscheidung
gegenüber einigen Strahlungskomponenten in diesem Bereich vorgesehen werden müßte.
Beispielsweise ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei Verwendung eines Körpers 10
mit bekannten und festen Abmessungen das Verfahren und die Anordnung nach Fig. 1
zur Einstellung der Länge des Elektrolytstrahls 15 auf einen geeigneten Wert verwendet
werden können, indem man den Schalter 20 öffnet, um eine Ätzung auszuschalten, und
die durch Änderung des Abstands der Düse 13 von dem Körper 10 hervorgerufenen Anderungen
der Anzeige beobachtet. Diese Änderungen beruhen auf änderungen der Lage der langwelligen
Durchlässigkeitsgrenze des Lichtweges im Elektrolytstrahl und liefern daher die
gewünschte Anzeige der Länge des Elektrolytstrahls 15.
-
PATENTANSPROCRE: 1. Verfahren zur Bestimmung und Kontrolle der Dicke
eines Körpers aus halbleitendem Material bei der Bearbeitung, z. B. bei der formgebenden
Bearbeitung eines Halbleiterkörpers für Halbleiteranordnungen, dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiterkörper an der bezüglich der Dicke zu kontrollierenden Stelle mit
einem Wellenlängenband elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, welches die
für eine vorgegebene Dicke des Materials charakteristische spektrale Durchlässigkeitsgrenze
einschließt und nach Durchsetzen des Halbleiterkörpers mit einem auf die betreffende
Strahlung ansprechenden Strahlungsdetektor analysiert wird.