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Verfahren zum formgebenden Bearbeiten, insbesondere zum Zerschneiden,
von Halbleiterkristallen Für die Weiterverarbeitung zu Halbleiterbauelementen sind
bekanntlich Kristalle möglichst hoher Perfektion erforderlich. In letzter Zeit sind
Verfahren bekanntgeworden, nach denen sich praktisch versetzungsfreie Kristalle
gewinnen lassen. Werden diese hochperfektionierten Kristalle aber anschließend in
kleine Stücke zerlegt, aus denen dann Transistoren, Dioden usw. hergestellt werden
sollen, so treten bei den bis jetzt bekannten Zerteilverfahren an den Oberflächen
der Kristallscheiben erhebliche Kristallstörungen auf. Die oberste zerstörte Schicht,
die sogenannte »Damage«-Schicht, muß vor der Weiterverarbeitung der Kristalle entfernt,
z. B. weggeätzt werden. Dabei entsteht ein erheblicher Materialverlust. Außerdem
besteht eine große Gefahr, daß einzelne Versetzungen noch tiefer in die Halbleiterscheibe
eindringen, so daß sie durch den üblichen Ätzvorgang nicht erreicht werden und später
die elektrischen Kenngrößen der Bauelemente in ungünstiger Weise beeinflussen. In
letzter Zeit sind darüber hinaus Versuche bekanntgeworden, wo pn-übergänge in versetzungsfreien
Kristallen ganz neuartige Erscheinungen zeigen. Die Versetzungsdichte spielt immer,
wenn die Mikroplasmen bei dem Durchbruch einer pn-Verbindung beteiligt sind, eine
große Rolle.
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Es ist zwar, wie bereits erwähnt wurde, bis jetzt möglich, praktisch
versetzungsfreie Kristalle herzu" stellen; es ist aber noch nicht gelungen, diese
ohne Erzeugung neuer Versetzungen zu zerteilen. Es hat nicht an Versuchen gefehlt,
Säge- und Schneidverfahren zu entwickeln, bei denen das Kristallgitter an der Schnittfläche
nicht zerstört wird. Doch konnten bis jetzt keine befriedigenden Ergebnisse erzielt
werden. So ist es z. B. bereits bekannt, Kristalle elektrolytisch zu zerschneiden.
Dieses Verfahren geht aber sehr langsam vor sich und liefert außerdem keine ebenen
Oberflächen.
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Zum Zerschneiden von wasserlöslichen Kristallen, z. B. von Kristallen
aus Seignettesalz, ist es bekannt, einen wassergetränkten Textilfaden zu verwenden.
Dieser Faden wird entweder in einer endlosen Schleife oder von einer Rolle herunter
erst angefeuchtet und dann durch den Kristall gezogen. Durch das Wasser an dem Faden
wird an der Berührungsstelle der Kristall laufend aufgelöst. Ein ähnliches Verfahren
wäre auch zum Trennen der üblichen Halbleiterwerkstoffe, wie Silicium, Germanium,
Am Bv-Verbindungen usw., denkbar. Die hierzu benötigten, hochkonzentrierten Säuren,
Alkalien oder sonstigen Lösungen sind jedoch so aggressiv, daß sie den Faden und
auch die Fadenführung bald zerstören würden. Es ist auch bereits bekannt, einen
Halbleiterkristall durch einen oder mehrere Schnitte, die mittels eines mit Ätzflüssigkeit
benetzten und/oder mit einem Schleifmittel bedeckten faden- oder drahtförmigen Werkzeugs
erzeugt werden, zu zerteilen. Dabei ist es auch bekannt, sowohl im Interesse der
Gleichförmigkeit des Sägevorgangs als auch zur Vermeidung von Kristallstörungen
an der Schnittfläche, das Sägewerkzeug nur in seiner Längsrichtung durch den zu
zerschneidenden Kristall zu bewegen.
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Bei der Verwendung von mechanischen Schleifmitteln gestaltet sich
dieses bekannte Verfahren jedoch recht langwierig; bei der gegebenenfalls auch zusätzlichen
Verwendung von Ätzflüssigkeiten dagegen sind, wie Untersuchungen gezeigt haben,
sehr konzentrierte Lösungen erforderlich.
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Gemäß der Erfindung, die sich auf ein Verfahren zum formgebenden Bearbeiten,
insbesondere zum Zerschneiden von Halbleiterkristallen unter Verwendung eines faden-
oder drahtförmigen Werkzeugs bezieht, das mit einem chemischen Mittel benetzt und
in Längsrichtung durch den Kristall geführt wird, ist vorgesehen, daß das Werkzeug
an in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Stellen mit unterschiedlichen chemischen
Mitteln benetzt und die Auswahl der Mittel derart getroffen wird, daß sie in Zusammenwirkung
lösend auf das Halbleitermaterial einwirken.
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Mit dem durch die Erfindung angegebenen Verfahren werden die Nachteile
der bekannten Verfahren vermieden. An Stelle einer ätzenden, hochkonzentrierten
Flüssigkeit, wie bei den bekannten Verfahren, werden mehrere unterschiedliche chemische
Mittel verwendet und abwechselnd an den Kristall herangeführt. Die Lösungen werden
so ausgewählt,
daß der Auflösungsvorgang, der im allgemeinen über
mehrere Stufen verläuft, also --einen komplexen Vorgang darstellt, in die einzelnen
Phasen aufgelöst wird. Dadurch können für die einzelnen Stufen jeweils die optimalen
Bedingungen, z. B. hinsichtlich der Konzentration und der Reaktionsdauer, eingestellt
werden. So -werden beispielsweise bei Verwendung eines bekannten Ätzmittels, das
"aus Eisessig, konzentrierter Salpetersäure, konzentrierter Flußsäure und Brom besteht,
die einzelnen Mittel nacheinander zugegeben und nicht wie bisher alle Stoffe auf
einmal. Dadurch laufen die einzelnen Reaktionen nacheinander ab; sie können sich
daher nicht, wie das bei der Zugabe der verschiedenen Mittel auf einmal der Fall
war, gegenseitig behindern und überschneiden. Dadurch, daß die einzelnen Reaktionen
nacheinander, und zwar unmittelbar nacheinander zum Ablauf gebracht Werden
' werden also stets die durch das eine. der unterschiedlichen Mittel gerade
gebildeten oder noch im statu nascendi befindlichen Produkte durch das andere bzw.
ein anderes der dazugegebenen Mittel sofort wieder#.aufgelöst bzw. in eine weitere
chemische Verbindung übergeführt, die dann durch einen, weiteren der Stoffe aufgelöst
oder gegebenenfalls in eine wefter6 Verbindung übergeführt wird, wobei dann -diese
Verbindung durch ein weiteres der verwendeten chemischen Mittel aufgelöst wird,
' 'en also Die einzelnen Phas der Reaktion v#rden.
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bei dem erfindungsgemäßen' Verfähreh nacheidander zum Ablauf gebracht,
So daß keine Behinderung der einzelnen Vorgänge eintritt-. Dadurch, daß die jeweils
in den unterschiedlichen Phasen gebildeten Produkte sofort nach der Bildung-, -wenn
sie sich also noch in reaktion ' sfähigeM Zustand befinden, -durch ein anderes
der verwendeten Mittel erfaßt werden" -ist es bei dem erAndungsgemäßen Verfahren
möglich,- die unterschiedlichen Mittel in Form von. verdünnten, z. B. wässerigen
Lösungen, zu verwenden. Weniger als 10%ige Lösungen der unterschiedlichen. Mittel
erweisen sich in den meisten Fällen als völlig ausreichend. Diese Lösungen sind
wenig aggressiv, so daß keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen zum Schutze des Bedienungspersonals
erforderlich sind. Ebenso fällt dadurch die korrodierende Wirkung, die früher auf
Grund der-.hochkonzentrierten Lösungen stets mit der Verwendung von chemischen Mitteln
bei der formgebenden Bearbeitung von Halbleiterkristallen verbunden war, bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren fort. Eine Zerstörung der für die Führung der Werkzeuge
verwendeten Mittel oder der verwendeten Werkzeuge selber ist daher bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren praktisch nicht zu befürchten, Die verdün - nten Lösungen sind
leicht zu handhaben, so daß sich das Verfahren besonders einfach gestaltet.
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Der Auflösungsvorgang verläuft, wie bereits ausgeführt wurde, im allgemeinen
über mehrere Stufen. Beispielsweise wird das Material des zu bearbeitenden Kristalls
an der Bearbeitungs-, z. B. an der Schnittstelle, in der ersten Verfahrensstufe
in das Oxid oder ein Hydroxid.übergeführt, wobei in der nächsten Stufe dieses Oxid
bzw. Hydroxid wieder aufgelöst wird. Ebenso ist es möglich, daß der Auflösungsvorgang
über ein Halogenid, z. B. über das Chlorid, oder über mehrere Verbindungen führt,
z. B. über das Oxid oder Hydroxid und über ein Halogenid, z.B. ein Chlorid, oder
auch umgekehrt. Die einzelnen Vorgänge finden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
nicht gleichzeitig statt, sondern laufen nacheinander ab, so daß sie sich gegenseitig
nicht hemmen. Dadurch kann der Bearbeitungsvorgang erheblich abgekürzt -werden,
indem für jeden Reaktionsschritt dieo#timalen Bedingungen gewählt werden. Beispielsweise
kann es erforderlich sein, die Lösungen der unterschiedlichen Mittel in unterschiedlichen
Konzentrationen zu verwenden bzw. verschieden lange Einwirkungszeiten der einzelnen
Mittel zu wählen, indem z. B. unterschiedlich lange, etwa in der Größenordnung von
einigen Millimetern oder Zentimetern liegende Strecken des draht- oder fadenförinigen
Werkzeugs mit denjenigen Mitteln benetzt werden oder indem für die unterschiedlich
benetzten Strecken verschiedene Geschwindigkeiten eingestellt werden.
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Gute Ergebnisse erzielt man beispielsweise bei der. Bearbeitung von
Germaniumkörpern durch die abwechselnde, unmittelbar aufeinanderfolgende Bearbeitung
-mit wässerigen Lösungen von Wasserstoffs superoxid und Natriumhydroxid oder auch
von Wasserstoffsuperoxid und Flußsäure. Mit, 5- bis SO/oigen wässerigen Lösungen
erzielt man gute Ergebnisse. Als Materialien-für dieWerkzeuge kommen einerseits
chemisch resistente. Metalle, wie, Platin, Molybdän od. dgl.# in Frage, andererseits-
Stoffe wie Perlon, Nylon oder Naturseide, nach der Art eines Seiles verarbeitet.
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Zum Bearbeiten von Siliciumkristallen# a-Iso"z'.-B.-zum Zerteilen
oder zum polierenden Abschleifen der Oberflächen- von Siliciumkristallen erweist
sich, wie Untersuchungen gezeigt haben, die Verwendung, von z. B. # weniger als
10%igen Lösungen- aus Salpetersäure und Flußsäure in aufeinanderfolgenden Schritten,
wie durch die Erfindung. vorgesehen, als vorteilhaft.
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Man kann bei der Ausführung des Verfahrens beispielsweise derart vorgehen,
daß man nicht jeweils nur einen einzigen, mit den unterschiedlichen chemischen Mitteln
benetzten Faden, Draht od. dgl. über bzw. durch den zu bearbeitenden Kristall führt,
sondern daß mehrere Drähte, Fäden od. dgl. nebeneinander verwendet werden. Die einzelnen
Drähte können in endloser Form Verwendung finden. Man kann sie jedoch auch von einer
Abwickeltrommel herunterwickeln und nach gewissen Zeitabständen, wenn jeweils ein
Zerteil-, Poliervorgang od. dgl. beendet ist, im Leerlauf, d. h. ohne Berührung
mit dem Kristall, wieder zurückspulen. Die einzelnen Drähte, Fäden od. dgl. können.
aber auch in Form eines Rasters angeordnet sein. Die gleichzeitige Bearbeitung des
Kristalls an mehreren Stellen ist dadurch möglich, daß bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren nur sehr geringe Kräfte auf den Kristall ausgeübt werden.
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Das Benetzen des Werkzeugs nacheinander mit verschiedenen Lösungen
kann beispielsweise derart vorgenommen werden, daß man zahnradartige Walzen verwendet,
die mit denverschiedenen Lösungen benetzt und gegenseitig so gekoppelt werden, daß
sie, ähnlich wie bei verschiedenen Druckverfahren, auf verschiedenen Strecken den
Faden od. dgl. mit den verschiedenen Lösungen benetzen. Man kann den Faden, Draht
od. dgl. aber auch an verschiedenen Spritzvorrichtungen vorbeiführen, die die einzelnen
unterschiedlichen Lösungen enthalten und abwechselnd in Tätigkeit gesetzt werden.
Man kann auch
den Faden streckenweise unterschiedlich färben, z.
B. hell und dunkel, und durch Fotozellen die Spritzvorrichtungen so steuern, daß
auf die hellen Strecken des Fadens die eine und auf die dunklen Stellen die andere
Flüssigkeit gespritzt wird. Werden mehrere unterschiedliche chemische Mittel verwendet,
muß natürlich der Faden oder Draht mit mehreren Farben behandelt werden, so daß
jedem Mittel eine bestimmte Farbe zugeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich,
einen ringförmig geschlossenen Faden zu verwenden und die gleiche Flüssigkeit immer
auf dieselbe Stelle des Fadens aufzubringen. Hierdurch gestaltet sich das Verfahren
besonders einfach.