DE2306842A1 - Verfahren zum herstellen einer vielzahl von halbleiterelementen aus einer einzigen halbleiterscheibe - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer vielzahl von halbleiterelementen aus einer einzigen halbleiterscheibe

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Description

  • Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Halbleiterw elementen aus einer einzigen Halbleiterscheibe Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Halbleiteelementen aus einer einzigen Halbleiterscheibes die einen ersten ieitungstyp aufweist.
  • Ein solches Verfahren ist z. B. in der Offenlegungsschrift 2 021 843 beschrieben worden. Zum besseren Verständnis des Standes der Technik wird auf die Figur 1 Bezug genommen. Das beschriebene Verfahren wird so durchgeführt, daß auf beiden Seiten einer einen ersten Ileitungstyp aufweisenden Halbleiterscheibe 16 eine Slaskierung vorgenommen wird, die ein Raster sich kreuzender Streifen freiläßt. Dann wird in das Rastermuster ein Dotiermaterial entgegengesetzten Beitungstyps solange eindiffundiert, bis unterhalb des von der Maskierung nicht bedeckten Rasters der erste Beitungstyp verschwunden ist.
  • Dieser Bereich ist mit 17 bezeichnet. Anschließend wird in die Halbleiterscheibe 16 nach einem weiteren Maskierungsschritt von beiden Seiten her über den Rest der Fläche bis zu einer bestimmten Tiefe Dotiermaterial eindiffundiert, wobei die Zonen 18 und 19 gebildet werden. Ein Teil der Zone des ersten Leitungstyps bleibt dabei erhalten. Danach kannen eventuell weitere Zonen eindiffundiert und auf der Oberseite und Unterseite der Halbleiterscheibe 16 Kontakte angebracht werden. Auf der Ober- und Unterseite werden in sich geschlossene, die einzelnen Halbleiterelemente allseitig umgebende Gräben angebracht, die bis in den Bereich ersten Leitungstyps reichen. Damit wird ein Kurzschluß des pn-tJberganges 20 vermieden.
  • Die Halbleiterscheibe 16 wird dann in den Bereichen 17 in einzelne Halbleiterelemente zertrennt. Die Gräben 21 und 22, in denen der pn-Übergang 20 an die Oberfläche tritt, werden mit einem Isolierstoff, z. B. Glas gefüllt.
  • Die unterschiedliche Eindringtiefe der Dotierstoffe in den Bereich 17 einerseits und den Zonen 18 und 19 andererseits macht zwei verschiedene Maskierungsschritte und Diffusionsschritte notwendig.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der beschriebenen Art so weiterzubilden, daß die Dotierung des Bereiches und der genannten Zonen mittels ein- und desselben Diffusionsschrittes und ohne jegliche Maskierung möglich ist.
  • Die Erfindung ist gekennzeichnet, durch folgende Schritte: a) die Halbleiterscheibe wird auf beiden Seiten mit einem Raster sich kreuzender, deckunggleicher erster Gräben versehen, b) in die ganze Halbleiterscheibe wird von beiden Seiten her ein Dotierstoff eines zweiten Leitungstyps so tief eindiffundiert, daß der erste Leitungstyp zwischen zwei der deckungsgleichen Gräben verschwindet und außerhalb des Rasters auf beiden Seiten der Halbleiterscheibe Zonen entgegengesetzten Leitungstyps gebildet werden, c) zumindest auf einer Seite der Halbleiterscheibe werden weitere vorbestimmte Flächen der Halbleiterscheibe umfassende, die ersten Gräben nicht schneidende weitere Gräben angebracht, die bis in eine durch den ersten teitungstyps gebildete erste Zone reichen, d) die#ersten und die weiteren Gräben werden mit Glas oder einer glasartigen Substanz abgedeckt, ) die Halbleiterscheibe wird durch Trennen in den ersten Gräben in einzelne Halbleiterelemente zerteilt.
  • Zweckmäßigerweise werden auch auf der anderen Seite der Halbleiterscheibe weitere Gräben angebracht, die mit den weiteren Gräben auf der einen Seite deckungsgleich sind.
  • Damit wird erreicht, daß das Halbleiterelement bei Erwärmung nicht einseitigen mechanischen Belastungen ausgesetzt wird. Mit besonderem Vorteil läßt sich als Dotierstoff Aluminium verwenden, weil für den ersten Diffusionsschritt keine Maskierung benötigt wird und die Diffusionszeit für Aluminium gegenüber den anderen bekannten Dotierstoffen erheblich kürzer ist. Vor dem Zertrennen der Halbleiterscheibe in einzelne Halbleiterelemente kann in wenigstens eine der genannten Zonen eine weitere Zone des ersten oder zweiten Beitungstyps eindiffundiert werden, die die weitere Zone nicht ganz bedeckt und mindestens eine um den Faktor 10 höhere Dotierung aufweist.
  • Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren 2 bis 6 näher erläutert.
  • Es zeigen: Die Figuren 2 bis 5 einen Schnitt durch einen Teil einer Halbleiterscheibe und Figur 6 die Aufsicht auf einen Teil einer Halbleiterscheibe nach Figur 5.
  • Die-Halbleiterscheibe nach Figur 2 ist mit 1 bezeichnet und weist einen ersten Leitungstyp auf. Sie besteht z. B.
  • aus n-dotierten Silicium. Als erster Verfahrensschritt wird in der Halbleiterscheibe ein Raster sich schneidender erster Gräben angebracht. Die Gräben, von denen zwei gezeigt und mit 2 und 3 bezeichnet sind, sind deckungsgleich. Die Tiefe der Gräben wird so gewählt, daß die restliche Siliciumdicke gleich wie oder kleiner als die doppelte Eindringtiefe des Dotiermatenals ist ls. nächster Verfahrensschritt wird in die Halbleiterscheibe 1 von beiden Seiten ein Dotiermaterial eines zweiten 1eitungstyps, in diesem Fall also von p-Leitfähigkeit, eindiffundiert.
  • Dieser Schritt ist in Figur 3 dargestellt. Die Eindringtiefe des p-Dotiermaterials wird durch entsprechende Temperatur und Diffusionszeit so eingestellt, daß der Bereich der zwischen den Gräben 2 und 3 liegenden Halbleiterscheibe 1 völlig umdotiert wird. Dieser Bereich ist mit 7 bezeichnet.
  • Im Inneren der Halbleiterscheibe ist der erste Leitungstyp unverändert geblieben. Dieser bildet eine erste Zone 4. Auf der Oberseite wurde durch die Diffusion eine zweite Zone 5 und auf der Unterseite eine dritte Zone 6 gebildet.
  • Die p-Diffusion kann in bekannter Weise z. B. durch Gallium, Bor oder Aluminium/Bor erreicht werden. Dabei hat die Diffusion mit Aluminium den Vorteil, daß bei gleichen Diffusionstemperaturen die Diffusionszeit gegenüber Gallium nur 60% und gegenüber Bor nur etwa 40% beträgt. Es empfiehlt sich hier eine Diffusion mit Aluminium/Bor, da hier für den ersten Diffusionsschritt keinerlei Maskierung benötigt wird. Würde eine Maskierung benötigt, so könnte eine Aluminium-Bordiffusion nicht durchgeführt werden, da derzeit keine brauchbaren Masken für die Aluminium-Bordiffusion bekannt sind. Bei einer Diffusionszeit von ca. 30 Stunden und einer Temperatur von ca.
  • 122000 erhält man eine Eindringtiefe von ca. 50/u. Bei einer Dicke der Si-Scheibe von z. B. 280/u müssen die Gräben 2,3 also mindestens je 90/u tief sein, damit der Bereich 7 völlig umdotiert wird.
  • Beim nächsten Verfahrensschritt, der in Figur 4 dargestellt ist, kann in die zweite Zone 5 eine vierte Zone 8 eindiffundiert werden. Dieser Schritt ist jedoch für die Erfindung nt ht wesentlich. Die Leitfähigkeit des verwendeten Dotierungsstoffes richtet sich nach der Verwendung der herzustellenden Halbleiterbauelemente. Für die Herstellung von Thyristoren muß ein Dotierungsstoff des ersten Leitungstyps und für die Herstellung von Beistungsgleichrichtern ein Dotierstoff des zweiten Beitungstyps verwendet werden. Die Randkonzentration der vierten Zone 8 wird bei einem Thyristor z. B. bei 1020cm#3 liegen. Eine solch hohe Dotierungskonzentration kann in bekannter Weise durch eine Phosphordiffusion erreicht werden, die z. B. 20 Stunden bei ca. 11800C durchgeführt wird. Man erhält hier eine Eindringstiefe von ca. 15/u.
  • Der nächste Verfahrensschritt ist in Figur 5 dargestellt.
  • Bei der in Figur 4 gezeigten Halbleiterscheibe ist ersichtlich, daß der zwischen den Zonen 4 und 5 bzw. 6 bzw. 7 liegende pn-Übergang durch den Bereich 7 kurzgeschlossen ist.
  • Er hat daher keine Sperrwirkung. Der pn-Übergang wird daher zwischen dem Bereich 7 und der vierten Zone 8 durch weitere Gräben 10 aufgetrennt, die bis in die Zone 4 reichen. Diese weiteren Gräben sind in sich geschlossen und umfassen die zweite Zone 5 des Halbleiterelementes. Aus mechanischen Gründen ist es zweckmäßig, auch auf der Unterseite des Halbleiterelementes weitere Gräben anzubringen, die mit den Gräben 10 deckungsgleich sind. Damit#wird bei Wärmebeanspruchung des Halbleiterbäuelementes eine unsymmetrische mechanische Belastung des Halbleiterelementes vermieden.
  • Anschließend werden die weiteren Gräben 10 und eventuell der Graben 2 mit einer Glasmasse 11 gefüllt, die in bekannter Weise durch Aufschmelzen aus einem Glaspulver hergestellt werden kann. Die Glasmasse kann sich auch über die Gräben 2,10 hinaus bis zur Oberfläche der Halbleiterscheibe erstrecken. Diese Glasabdeckung hat den Zweck, den an die Oberfläche der Halbleiterscheibe tretenden pn-Übergang zu schützen. Die Glasabdeckung kann auch dadurch-hergeste-llt werden, daß nach dem Anbringen der Gräben 10 die gesamte Oberfläche der Halbleiterscheibe mit einer Glasschicht überzogen wird, die dann anschließend an denjenigen Stellen, an denen sie-nicht benötigt wird, weggeätzt wird. Die Glas -schicht kann gleichzeitig auch als Maske beim Anbringen von Elektroden verwendet werden, indem sie nur an denjenigen Stellen weggeätzt wird, an denen Elektroden angebracht werden sollen. Die Elektrode auf der Oberseite ist mit 13 und auf der Unterseite mit 14 bezeichnet. Die Elektroden können in bekannter Weise durch Aufbringen einer vergoldeten Nickelschicht hergestellt werden. Auf der Unterseite kann die Elektrode 14 bis in den Graben 3 reichen.
  • Der letzte#Verfahrensschritt besteht darin, daß die einzelnen Halbleiterelemente in den Bereichen 7 durch Schnitte 12 zertrennt werden. Die Halbleiterelemente sind dann fertig und können in ein entsprechendes Gehäuse eingesetzt werden.
  • In Figur 6 ist die Halbleiterscheibe 1 mit einem einzigen Halbleiterelement in der Aufsicht gezeigt. Es ist deutlich das Raster der sich kreuzenden Gräben 2 und ein weiterer, in sich geschlossener Graben 10 zu erkennen.
  • 4 Patentansprüche 6 Figuren

Claims (4)

  1. Paten tans# r ü c h e Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von Halbleiterelementen aus einer einzigen Halbleiterscheibe, die einen ersten Leitungstyp aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Die Halbleiterscheibe wird auf beiden Seiten mit einem Raster sich kreuzender, deckungsgleicher erster Gräben versehen, b) in die ganze Halbleiterscheibe wird von beiden Seiten her ein Dotierstoff eines zweiten Leitungstyps so tief eindiffundiert, daß der erste Beitungstyp zwischen zwei der deckungsgleichen Gräben verschwindet und außerhalb des Rasters auf beiden Seiten der Halbleiterscheibe Zonen entgegengesetzten leitungstyps gebildet werden, c) zumindest auf einer Seite der Halbleiterscheibe werden weitere vorbestimmte Flächen der Halbleiterscheibe umfassende, die ersten Gräben nicht schneidende weitere Gräben angebracht, die bis eine durch den ersten Beitungstyp gebildete erste Zone reichen, d) die ersten und die weiteren Gräben werden mit Glas oder einer glasartigen Substanz abgedeckt, e) die Halbleiterscheibe wird durch Trennen in den ersten Gräben in einzelne Halbleiterelemente zerteilt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß auch auf der anderen Seite der Halbleiterscheibe weitere Gräben angebracht werden, die zu den weiteren Gräben auf der einen Seite deckungsgleich sind.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Dotierstoff zweiten Leitungstyps Aluminium/B#r eindiffundiert wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vor dem Zertrennen der Halbleiterscheibe in wenigstens eIner der geannten Zonen eine weitere Zone des ersten oder zweiten: Leitfähigkeitstyps hergestellt wird, die die genannten Zonen nicht ganz bedeckt und mindestens eine um den Faktor 10 höhere Dotierung aufweist.
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