DE2450895A1 - DEEP FINGER LIKE DIODES - Google Patents
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Description
Tiefe fingerartige DiodenDeep finger-like diodes
Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterdioden und deren Anordnungen. Tiefe Dioden werden normalerweise dadurch hergestellt, daß ein kleines metallreiches Flüssigkeitströpfchen thermisch vollständig durch einen Körper aus Halbleitermaterial hindurchwandert. Für gewisse Applikationen ist es vorteilhaft, daß sich lange enge und fingerähnliche Dioden nur teilweise in einen Körper hinein erstrecken. Diese Fingerdioden werden bis heute normalerweise durch Diffusion hergestellt. Infolgedessen hat die Pingerdiode über ihrem Bereich einen sich verändernden Wert de3 spezifischen Widerstandes. Zusätzlich verursachen tiefe Fingerdioden, die durch Festkörperdiffusion hergestellt werden, lange Bearbeitungszeiten bei hohen Temperaturen, die zu einem kleineren Fertigungsausstoß führen.The invention relates to semiconductor diodes and their arrangements. Deep diodes are normally made by thermally completely dissolving a small metal-rich liquid droplet migrates through a body of semiconductor material. For certain applications, it is advantageous that there are long tight spaces and finger-like diodes extend only partially into a body. These finger diodes are normally used to this day produced by diffusion. As a result, the pinger diode has a varying value de3 specific over its area Resistance. In addition, deep finger diodes cause that through Solid-state diffusion can be produced, long processing times at high temperatures, which lead to a lower production output.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung geschaffen, die einen Körper aus Halbleitermaterial mit zwei gegenüberliegenden Hauptflächen aufweist. Das Material des Körpers bildet einen gewählten Leitfähigkeitstyp und einen gewählten spezifischen Widerstand. In dem Körper ist wenigstens ein Bereich aus rekristallisiertem Material angeordnet. Jeder Bereich erstreckt sich von der einen Hauptfläche über eine Strecke in den Körper hinein, die kleiner als die Dicke des Körpers ist, und weist eine Endfläche auf, die die gleiche Ausdehnung wie eine der Hauptflächen des Körpers besitzt. Das Material von jedem Bereich ist rekristallisiertes Material des Körpers mit einer festen Löslichkeit des darin enthaltenen Materials und mit einem selektiven spezifischen Widerstand und einem Leitfähigkeitstyp, der der gleiche oder der entgegengesetzte von demjenigen des Materials des Körpers ist. Die Bereiche können durch irgendeine der Hauptflächen des Körpers durch ein Temperaturgradienten-Zonenschmelzverfahren gleichzeitig oder individuell gebildet werden.According to the present invention there is provided a semiconductor device comprising a body of semiconductor material with two having opposite major surfaces. The material of the body forms a chosen conductivity type and one specific resistance. At least one area made of recrystallized material is arranged in the body. Each area extends from one major surface into the body over a distance which is less than the thickness of the body, and has an end surface which is the same extent as one of the main surfaces of the body. The material from each area is recrystallized material of the body with a solid solubility of the material contained therein and with a selective resistivity and a conductivity type the same or opposite to that of the material of the body is. The regions can be formed by any of the major surfaces of the body by a temperature gradient zone melting process be formed simultaneously or individually.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.The invention will now be based on further features and advantages the following description and the drawing of various exemplary embodiments of the invention.
Figuren 1 und 2 sind im Schnitt dargestellte Seitenansichten von einem Körper aus Halbleitermaterial, der gemäß der vorliegenden Erfindung bearbeitet ist.Figures 1 and 2 are sectional side views of a body of semiconductor material made in accordance with the present invention Invention is edited.
Figur 3 ist eine schematische Ansicht von einer geeigneten Vorrichtung zur Bearbeitung des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Körpers.Figure 3 is a schematic view of a suitable device for machining the body shown in FIGS.
Figuren 4 bis 6 sind im Schnitt dargestellte Ansichten des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Körpers, der gemäß der Erfindung weiterbearbeitet ist.Figures 4 to 6 are sectional views of the body shown in Figures 1 and 2, which is according to the invention is further processed.
Figuren 7 und 8 sind schematische Ansichten von einer alternativen Vorrichtung zur Bearbeitung des Halbleiterkörpers gemäß der Erfindung.Figures 7 and 8 are schematic views of an alternative Device for processing the semiconductor body according to the invention.
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Figuren 9, 10 und 11 sind im Schnitt dargestellte Seitenansichten der Ausführungsbeispiele des Körpers gemäß Fig.5·Figures 9, 10 and 11 are sectional side views of the embodiments of the body according to Figure 5
Figuren 12 und 13 sind im Schnitt dargestellte Seitenansichten von alternativen Ausführungsformen der Erfindung.Figures 12 and 13 are cross-sectional side views of alternative embodiments of the invention.
In Figur 1 ist ein Körper 10 aus Halbleitermaterial mit einem gewählten spezifischen Widerstand und einem ersten Leitfähigkeitstyp gezeigt. Der Körper 10 weist gegenüberliegende Hauptflächen 12 und 14 auf, die sich auf entsprechende Weise an den oberen und unteren Oberflächen befinden. Das den Körper 10 bildende Halbleitermaterial kann Silizium, Germanium, Siliziumcarbid, Galliumarsenid, eine Verbindung eines Elementes der Gruppe II und eines Elementes der Gruppe VI oder eine Verbindung eines Elements der Gruppe III und eines Elements der Gruppe V sein.In FIG. 1 there is a body 10 made of semiconductor material with a selected specific resistance and a first conductivity type shown. The body 10 has opposing major surfaces 12 and 14 which correspond in a corresponding manner to the upper and lower surfaces are located. The semiconductor material forming the body 10 can be silicon, germanium, silicon carbide, Gallium arsenide, a compound of a Group II element and a Group VI element, or a compound of an element of Group III and a Group V element.
Der Körper 10 ist mechanisch poliert, chemisch geätzt, um irgendwelche beschädigten Oberflächen zu beseitigen, gespült in entionisiertem Wasser und in Luft getrocknet. Auf der Oberfläche 12 des Körpers 10 ist eine säurebeständige Maske angeordnet. Vorzugsweise besteht die Maske aus Siliziumoxid, das entweder thermisch aufgewachsen oder durch Dampf abgeschieden ist auf der Oberfläche 14 durch irgendeines der bekannten Verfahren. Bei Anwendung bekannter photolithographischer Techniken wird ein lichtbeständiges Mittel, wie beispielsweise METAL ETCH RESIST der Firma Kodak, auf der'Oberfläche der Siliziumoxidschicht 16 angeordnet. Die Abdeckschicht wird durch Brennen bei einer Temperatur von etwa 80 0C getrocknet. Auf der Schicht aus dem lichtbeständigen Mittel wird eine geeignete Maske angeordnet, die eine oder mehrere geometrische Formen definiert, wie beispielsweise einen Kreis oder ein Rechteck, und ultraviolettem Licht ausgesetzt. Nach diesem Aussetzen wird die Schicht aus lichtbeständigem Material in Xylol gewaschen, um die Fenster in der Maske zu öffnen, wo die Linien erwünscht sind, um so selektiv die in den Fenstern freiliegende Siliziumoxidschicht 16 ätzen zu können.The body 10 is mechanically polished, chemically etched to remove any damaged surfaces, rinsed in deionized water, and air dried. An acid-resistant mask is arranged on the surface 12 of the body 10. Preferably, the mask is made of silicon oxide either thermally grown or vapor deposited on surface 14 by any of the known methods. When known photolithographic techniques are used, a light-resistant agent, such as, for example, METAL ETCH RESIST from Kodak, is arranged on the surface of the silicon oxide layer 16. The cover layer is dried by baking at a temperature of about 80 0 C. A suitable mask defining one or more geometric shapes, such as a circle or rectangle, and exposed to ultraviolet light is placed on the layer of the light-resistant agent. After this exposure, the layer of lightfast material is washed in xylene to open the windows in the mask where the lines are desired so as to be able to selectively etch the silicon oxide layer 16 exposed in the windows.
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Das selektive Ätzen der Schicht 16 aus Siliziumoxid wird mit einer gepufferten Fluorwasserstoffsäurelösung (NH14F-HF) erreicht. Das Ätzen wird fortgesetzt, bis ein zweiter Satz von Fenstern, die den Fenstern der liehtbeständigen Maske entsprechen, in der Schicht 16 aus Siliziumoxid geöffnet wird, um selektive Abschnitte der Oberfläche 12 des Körpers 10 aus Silizium freizulegen. Der bearbeitete Körper 10 wird in entionisiertem Wasser gespült und getrocknet. Der Rest der liehtbeständigen Maske wird dadurch beseitigt, daß er in konzentrierte Schwefelsäure bei 180 C oder in eine Lösung aus einem Teil Wasserstoffperoxid und einem Teil konzentrierter Schwefelsäure sofort nach dem Mischen eingetaucht wird.The selective etching of the layer 16 of silicon oxide is achieved with a buffered hydrofluoric acid solution (NH 14 F-HF). Etching continues until a second set of windows, corresponding to the windows of the loan-resistant mask, is opened in layer 16 of silicon oxide to expose selective portions of surface 12 of body 10 of silicon. The machined body 10 is rinsed in deionized water and dried. The remainder of the loan-resistant mask is removed by immersing it in concentrated sulfuric acid at 180 ° C. or in a solution of one part hydrogen peroxide and one part concentrated sulfuric acid immediately after mixing.
Das selektive Ätzen der freigelegten Oberflächenbereiche des Körpers 10 wird mit einer gemischen Säurelösung erreicht. Die gemischte Säurelösung besteht aus 10 Volumenteilen Salpetersäure von 70 %t ty Volumenteilen Azetylsäure von 100 % und 1 Volumenteil Fluorwasserstoffsäure von ^8 %. Bei einer Temperatur von 20 bis 30 0C ätzt die gemischte Säurelösung selektiv das Silizium des Körpers 10 mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 /Um (Mikron) pro Minute. Eine Vertiefung 18 wird in die Oberfläche 12 des Körpers 10 unterhalb jedes Fensters der Oxidschicht 16 eingeätzt. Das selektive Ätzen wird fortgesetzt, bis die Tiefe der Vertiefung 18 etwa gleich der Weite des Fensters in der Siliziumoxidschicht 16 ist. Es wurde jedoch gefunden, daß die Vertiefung 18 nicht größer als etwa 100,um (Mikron) in der Tiefe sein sollte, weil ein Unterschneiden der Siliziumoxidschicht 16 auftritt. Das Unterschneiden der Schicht 16 aus Siliziumoxid hat einen nachteiligen Effekt auf die Weite der Vorrichtung, auf der der Körper 10 durchwandert werden soll. Ein Ätzen von etwa 5 Minuten bei einer Temperatur von 25 0C führt zu einer Vertiefung 18 mit einer Tiefe von 25 bis 30^um (Mikron) für ein Fenster oder einen Durchmesser von 10 bis 500/Um (Mikron). Der geätzte Körper 10 wird in destilliertem Wasser gespült und trockengeblasen. Vorzugsweise ist ein Gas wie Freon, Argon und ähnliches zum Trocknen des bearbeiteten Körpers 10 geeignet.The selective etching of the exposed surface areas of the body 10 is achieved with a mixed acid solution. The mixed acid solution composed of 10 parts by volume of nitric acid of 70% t ty Azetylsäure parts by volume of 100% and 1 part by volume of hydrofluoric acid of ^ 8%. At a temperature of 20-30 0 C, the mixed acid solution selectively etches the silicon of the body 10 at a rate of about 5 / m (microns) per minute. A recess 18 is etched into the surface 12 of the body 10 below each window of the oxide layer 16. The selective etching is continued until the depth of the recess 18 is approximately equal to the width of the window in the silicon oxide layer 16. It has been found, however, that the recess 18 should be no greater than about 100 µm (microns) in depth because undercutting of the silicon oxide layer 16 occurs. The undercutting of the layer 16 of silicon oxide has an adverse effect on the width of the device over which the body 10 is to be traversed. Etching for about 5 minutes at a temperature of 25 ° C. results in a depression 18 with a depth of 25 to 30 μm (microns) for a window or a diameter of 10 to 500 μm (microns). The etched body 10 is rinsed in distilled water and blown dry. Preferably, a gas such as freon, argon and the like is suitable for drying the machined body 10.
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Der bearbeitete Körper 10 wird in einer Metallverdampfungskairaner angeordnet. Eine Masse eines selektiven Metalls wird auf ausgewählten Oberflächenbereichen der Oberfläche 12 gebildet durch Abscheiden einer Metallschicht 20 auf den übrigen Abschnitten der Schicht 16 aus Siliziumoxid und auf dem freiliegenden Silizium in den Vertiefungen 18. Das Metall in den Vertiefungen 18 bildet die Metalltröpfchen, die thermisch in den und dann aus dem Körper 10 herauswandern sollen. Das Metall der Schicht 20 bildet, ein Material, das entweder im wesentlichen rein oder auf geeignete Weise dotiert ist durch ein oder mehrere Materialien, um den Materialien des Körpers 10, der durchwandert werden soll, einen zweiten und entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu geben. Die Dicke der Schicht 20 ist etwa gleich der Tiefe der Vertiefungen 18, wobei diese Tiefe vorzugsweise 20,um (Mikron) beträgt. Deshalb ist die Schicht 20 etwa 20.um dick. Ein geeignetes Material für die Metallschicht 20 ist Aluminium, um p-leitende Bereiche in n-leitendem Silizium-Halbleitermaterial zu erhalten. Vor dem Wandern des oder der Metalltröpfchen in den Vertiefungen 18 durch den SiIiziumkörper 10 hindurch wird das überschüssige Metall der Schicht 20 von der Siliziumoxidschicht 16 entfernt durch irgendwelche geeigneten Mittel, beispielsweise indem das überschüssige Material mit Schleifpapier weggeschliffen oder selektiv geätzt wird.The machined body 10 is in a metal evaporation kairaner arranged. A mass of a selective metal is selected on Surface areas of the surface 12 formed by depositing a metal layer 20 on the remaining sections of the Layer 16 of silicon oxide and on the exposed silicon in the depressions 18. The metal in the depressions 18 forms the metal droplets which are thermally in and out of the body 10 should wander out. The metal of layer 20 forms a material which is either substantially pure or suitably doped by one or more materials to make up the materials of the body 10 to be traversed to give a second and opposite conductivity type. The thickness of the Layer 20 is approximately equal to the depth of the depressions 18, which depth is preferably 20 µm (microns). That's why the Layer 20 about 20 µm thick. A suitable material for the metal layer 20 is aluminum to make p-type areas in n-type Obtain silicon semiconductor material. Before hiking the or the metal droplets in the depressions 18 through the silicon body 10, the excess metal of layer 20 is removed from silicon oxide layer 16 by any suitable means Means, for example by sanding away the excess material with sandpaper or selectively etching it.
Es wurde gefunden, daß die Dampfabscheidung der Schicht 20 aus Aluminiummetall bei einem Druck von etwa 1 χ 10"^ Torr, aber bei nicht mehr als 5 χ 10 J Torr durchgeführt werden sollte. Wenn der Druck größer als 3 χ 10~^ Torr ist, so wurde gefunden, daß, wenn in der Vertiefung 18 Aluminiummetall abgeschieden werden soll, . das Aluminium nicht in das Silizium eindringt und durch den Körper 10 hindurchwandert. Es wird angenommen, daß die Aluminiumschicht mit Sauerstoff gesättigt wird und eine gute Benetzung der zusammenhängenden Siliziumflächen verhindert. Die anfängliche Schmelze aus Aluminium und Silizium, die zur Wanderung erforderlich ist, wird nicht erhalten aufgrund der Unfähigkeit der Aluminiumatome, in die Siliziumgrenzfläche zu diffundieren. In ähnlicher Weise ist Aluminium, das durch Zerstäuben abgeschieden ist, nicht wünschenswert, da das Aluminium aus dem Verfahren mit Sauer-It has been found that the vapor deposition of the layer 20 of aluminum metal at a pressure of about 1 χ 10 "^ Torr, but not more than 5 χ 10 J Torr should be performed. If the pressure χ greater than 3 10 ~ ^ Torr at It has been found that if aluminum metal is to be deposited in the recess 18, the aluminum does not penetrate the silicon and migrate through the body 10. It is assumed that the aluminum layer becomes saturated with oxygen and good wetting of the contiguous silicon surfaces The initial melt of aluminum and silicon required for migration is not obtained due to the inability of the aluminum atoms to diffuse into the silicon interface Similarly, aluminum that is sputter deposited is undesirable because the aluminum is made up the procedure with Sauer-
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stoff gesättigt zu werden scheint. Die bevorzugten Verfahren der Abscheidung von Aluminium auf dem Siliziumkörper 10 sind das Elektronenstrahlverfahren und ähnliche, wo wenig bzw. gar kein Sauerstoff in dem Aluminium eingeschlossen werden kann.substance seems to be saturated. The preferred methods of depositing aluminum on silicon body 10 are Electron beam processes and the like where little or no oxygen can be trapped in the aluminum.
Gemäß Figur 2 wird der bearbeitete Körper 10 in einer für eine thermische Wanderung sorgende Vorrichtung (nicht gezeigt) eingebracht. Das Metall in den Vertiefungen 18 bildet ein Tröpfchen aus einer metallreichen Legierung des Materials des Körpers 10 in jedem geätzten Bereich der Oberfläche 12 und wird durch ein Temperaturgradienten-Zonenschmelzverfahren thermisch durch den Körper 10 hindurchbewegt. Ein thermischer Gradient von etwa 50 0C/cm zwischen der unteren Fläche 14, die die heiße Fläche ist, und der Oberfläche 12, die die kalte Fläche ist, wurde als geeignet gefunden für eine mittlere Temperatur des Körpers 10 von 70.0 bis I35O °C. Das Verfahren wird für eine ausreichende Zeitdauer durchgeführt, vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre von Wasserstoff, Helium, Argon oder ähnlichem, um das metallreiche Tröpfchen 22 durch den Körper 10 hindurch bis zu einer vorbestimmten Tiefe unterhalb der Oberfläche 12 hindurchzubewegen. Beispielsweise ist für Aluminiummetall mit einer Dicke von 20,um (Mikron) ein thermischer Gradient von 50 °C/cm, eine Temperatur des Körpers 10 von 1100 0C, eine Ofenzeit von weniger als 15 Minuten erforderlich, um das metallreiche Tröpfchen 22 bis zu einer Tiefe von 0,1 mm (4mils) unterhalb der Oberfläche 12 in einen Siliziumkörper 10 hineinwandern zu lassen.According to FIG. 2, the machined body 10 is introduced into a device (not shown) providing thermal migration. The metal in the recesses 18 forms a droplet of a metal-rich alloy of the material of the body 10 in each etched area of the surface 12 and is thermally moved through the body 10 by a temperature gradient zone melting process. A thermal gradient of about 50 0 C / cm between the lower surface 14, which is the hot surface and the surface 12, which is the cold face, was found to be suitable for an average temperature of the body 10 of 70.0 to I35O ° C . The method is performed for a sufficient period of time, preferably in an inert atmosphere of hydrogen, helium, argon, or the like, to move the metal-rich droplet 22 through the body 10 to a predetermined depth below the surface 12. For example, m (microns), a thermal gradient of 50 ° C / cm, a temperature of the body 10 of 1100 0 C, a furnace time of less than 15 minutes is for aluminum metal having a thickness of 20 required for making the metal-rich droplets 22 to to migrate into a silicon body 10 at a depth of 0.1 mm (4 mils) below the surface 12.
Beim Erreichen der gewünschten Tiefe unterhalb der Oberfläche 12 wird der Temperaturgradient umgekehrt, damit der Rest des metallreichen Tröpfchens 12 aus dem Körper 10 thermisch herauswächst. Es gibt verschiedene Methoden, durch die die zweite oder umgekehrte thermische Wanderung des Metalltröpfchens 22 durchgeführt werden kann. In Figur 3 ist eine schematisehe Darstellung einer Anordnung für die thermische Wanderung von einem oder mehreren metallreiohen Tröpfchen 22 in einen Körper 10 aus Halbleitermate rial gezeigt» Die thermische Wanderung des Tröpfchens 22 gemäß der Erfindung wird in der Weise durchgeführt, daß geeignete Mit-When the desired depth below the surface 12 is reached, the temperature gradient is reversed so that the remainder of the metal-rich droplet 12 grows out of the body 10 thermally. There are several methods by which the second or reverse thermal migration of the metal droplet 22 can be accomplished. FIG. 3 shows a schematic representation of an arrangement for the thermal migration of one or more metal-row droplets 22 into a body 10 made of semiconductor material. The thermal migration of the droplet 22 according to the invention is carried out in such a way that suitable agents
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tel, wie beispielsweise ein Paar gesteuerte Wolfram-Widerstandsheizelemente 50 und 52, eingestellt werden, um den thermischen Gradienten hervorzurufen, der für die thermische Wanderung des Tröpfchens 22 erforderlich ist. Beim Erreichen der vorgeschriebenen Tiefe D der thermischen Wanderung des Tröpfchens 22 wird der bearbeitete Körper 10 umgekehrt, während der thermische Gradient aufrechterhalten bleibt. Der thermische Gradient ist nun in bezug auf den Körper 10 umgekehrt. Das Tröpfchen 22 wandert vom Inneren des Körpers 10 zur Oberfläche 12. Der Körper 10 wird bearbeitet, wie es in Figur 4 gezeigt ist. Überschüssiges Metall wird von der Oberfläche 12 entfernt, und die Oberfläche wird geätzt und poliert, um beschädigtes Material für eine Weiterbearbeitung des Körpers 10 zu beseitigen. Es muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß sichergestellt ist, daß eine Koinzidenz zwischen dem Bereich 26 und dem Bereich 24 besteht. Der Bereich 26 ist etwas größer als der Bereich 21I, aber die gesamte Änderung ist nicht signifikant. Der bearbeitete Körper 10 befindet sich nun in dem in Figur 5 gezeigten Zustand.tel, such as a pair of controlled tungsten resistive heating elements 50 and 52, can be adjusted to produce the thermal gradient required for droplet 22 thermal migration. Upon reaching the prescribed depth D of thermal migration of the droplet 22, the machined body 10 is inverted while the thermal gradient is maintained. The thermal gradient is now reversed with respect to the body 10. The droplet 22 migrates from the interior of the body 10 to the surface 12. The body 10 is processed as shown in FIG. Excess metal is removed from surface 12, and the surface is etched and polished to remove damaged material for further processing of body 10. Care must be taken to ensure that there is coincidence between area 26 and area 24. Area 26 is slightly larger than area 2 1 I, but the overall change is not significant. The machined body 10 is now in the state shown in FIG.
Die anfängliche thermische Wanderung des Tröpfchens 22 bildet einen Bereich 24 aus rekristallisiertem Material des Körpers 10, das eine feste Löslichkeit des Metalls 16 darin aufweist. Der Leitfähigkeitstyp des Materials des Bereiches 24 kann der gleiche wie derjenige des Körpers 10 sein oder er kann unterschiedlich und entgegengesetzt sein, wodurch ein pn-übergang durch die angrenzenden Oberflächen der Materialien mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp gebildet wird. Der spezifische Widerstand des Bereiches 24 ist abhängig von dem Metall, das thermisch durch den Körper 10 hindurchgewandert ist. Die zweite thermische Wanderung des Tröpfchens 22 bildet einen Bereich 26 aus rekristallisiertem Material des Körpers 24. Das Material ist im wesentlichen das gleiche wie dasjenige des Bereiches 24.The initial thermal migration of the droplet 22 forms an area 24 of recrystallized material of the body 10, which has a solid solubility of the metal 16 therein. The conductivity type of the material of region 24 can be the same like that of the body 10 or it can be different and opposite, creating a pn junction through the adjacent Surfaces of the materials with opposite conductivity type is formed. The resistivity of the Area 24 is dependent on the metal that has thermally migrated through the body 10. The second thermal hike of the droplet 22 forms a region 26 of recrystallized material of the body 24. The material is essentially the same as that of the area 24.
Das den Bereich 26 bildende Verfahren erzeugt Bereiche mit verstärkten elektrischen Feldern an seinen Ecken 28, die einen vorzeitigen Überschlag von irgendeinem pn-übergang bewirken können, die in dem Körper 10 durch den Bereich 26 von einer Demarkations-The process forming area 26 creates areas with reinforced electric fields at its corners 28, which cause a premature Can cause flashover of any pn junction, which in the body 10 through the area 26 of a demarcation
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linie zwischen den Materialien des Körpers 10 und des Bereiches 26 gebildet ist. Der Körper 10 kann auf eine erhöhte Temperatur erhitzt werden, die ausreicht, um das Dotierungsmittel des Bereiches 26 zu diffundieren und das pn-übergangsprofil, das die Ecken abrundet, zu verbessern und den Bereich mit dem erhöhten elektrischen Feld zu verkleinern. Die fertige Struktur ist in Figur 6 gezeigt.line between the materials of the body 10 and the area 26 is formed. The body 10 can be at an elevated temperature be heated, which is sufficient to diffuse the dopant of the region 26 and the pn junction profile that the corners rounds off, to improve and to reduce the area with the increased electric field. The finished structure is shown in Figure 6 shown.
In Figur 7 ist eine schematische Ansicht von einer zweiten Einrichtung 100 gezeigt, die zum Bearbeiten des Körpers 10 gemäß der Erfindung geeignet ist. In einer Position A der Einrichtung 100 wird der Körper 10 für eine thermische Wanderung vorbereitet und auf einem Probenhalter 102 angeordnet, der an einer vertikalen Achse 104 befestigt ist und in einer horizontalen Ebene senkrecht zu der Welle 104 drehbar ist. Geeignete Heiz- und Kühlmittel, wie beispielsweise ein Wolfram-Widerstandsheizelement 106 und ein wassergekühlter Block 108, bilden einen thermischen Gradienten in dem Körper 10 in Richtung des Pfeiles 110. Das Metalltröpfchen 22 wandert thermisch bis zu der gewünschten Tiefe und wird dann um die Welle 104 in eine Position B gedreht.In Figure 7 is a schematic view of a second device 100 which is suitable for machining the body 10 according to the invention. In a position A of the device 100 the body 10 is prepared for a thermal migration and placed on a sample holder 102, which is on a vertical Axis 104 is fixed and is rotatable in a horizontal plane perpendicular to the shaft 104. Suitable heating and cooling media, such as for example, a tungsten resistance heating element 106 and a water-cooled block 108, form a thermal gradient in the body 10 in the direction of arrow 110. The metal droplet 22 thermally migrates to the desired depth and then becomes rotated about the shaft 104 to a position B.
In der Position B erzeugt eine mit einem Temperaturgradienten arbeitende Vorrichtung, die die gleiche oder eine ähnliche wie die in Position A sein kann, einen thermischen Gradienten in der Richtung des Pfeiles 112. Das Tröpfchen 22 wird für seine Beseitigung thermisch zur Oberfläche 12 bewegt.In position B, a working with a temperature gradient is generated Device, which may be the same or similar to that in position A, have a thermal gradient in the Direction of arrow 112. The droplet 22 is thermally moved to the surface 12 for its removal.
Eine dritte Einrichtung 150, die zum Bearbeiten dee Körpers 10 gemäß der Erfindung geeignet ist, ist in Figur 8 gezeigt. Geeignete Heizelemente 152 und 154, wie beispielsweise Wolfram-Widerstandsheizelemente, werden gesteuert, um zunächst einen thermischen Gradienten in der Richtung A und dann in der umgekehrten Richtung B zu erzeugen. Der bearbeitete Körper 10 ist wiederum so, wie er in Figur 5 gezeigt ist.A third device 150, which is used for machining the body 10 is suitable according to the invention is shown in FIG. Suitable heating elements 152 and 154, such as tungsten resistance heating elements, are controlled to first have a thermal gradient in the direction A and then in the reverse Direction B to generate. The machined body 10 is again as shown in FIG.
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Das Material des Metalltröpfchens 22 sollte nicht innerhalb des Körpers 10 erstarren dürfen. Eine Erstarrung des Tröpfchens 22 innerhalb des Körpers 10 kann starke innere Beanspruchungen, sogar Brüche der Materialien hervorrufen, die die physikalischen Charakteristiken des Körpers 10 nachteilig beeinflussen. Auch eine völlige Zerstörung des bearbeiteten Körpers 10 ist möglich.The material of the metal droplet 22 should not be within the Body 10 are allowed to solidify. A solidification of the droplet 22 within the body 10 can cause severe internal stresses, even fractures of the materials which the physical Adversely affect characteristics of the body 10. Complete destruction of the machined body 10 is also possible.
Es wurde gefunden, daß, wenn der Körper 10 aus Silizium, Germanium, Siliziumkarbid, Galliumarsenid oder ähnlichem besteht, das wandernde Metalltröpfchen eine bevorzugte Form aufweist, die auch verursacht, daß der Bereich 26 die gleiche Form aufweist wie das wandernde Tröpfchen 22. In einer Kristallrichtung <111> der thermischen Wanderung wandert das Tröpfchen 22 als ein dreieckiges Plättchen, das in einer (lll)-Ebene liegt. Das Plättchen ist an seinen Rändern durch (112)-Ebenen begrenzt. Ein Tröpfchen 22, das größer als 0,10 cm an einem Rand ist, ist instabil und zerbricht während der Wanderung in mehrere Tröpfchen. Ein Tröpfchen 22, das kleiner als 0,0175 cm ist, wandert nicht in den Körper 10 hinein aufgrund eines Oberflächengrenzproblems.It has been found that if the body 10 is made of silicon, germanium, Silicon carbide, gallium arsenide or the like that wandering metal droplets has a preferred shape which also causes region 26 to have the same shape as that wandering droplets 22. In a crystal direction <111> of the thermal During migration, the droplet 22 migrates as a triangular plate which lies in a (III) plane. The token is on its edges bounded by (112) planes. A droplet 22 that larger than 0.10 cm on one edge is unstable and breaks up into several droplets during migration. A droplet 22 that is less than 0.0175 cm does not migrate into the body 10 due to a surface boundary problem.
Das Verhältnis der Tröpfchenwanderungsgeschwindigkeit über dem angelegten thermischen Gradienten ist eine Funktion der Temperatur, bei der die thermische Wanderung des Tröpfchens 22 durchgeführt wird. Bei hohen Temperaturen in der Größenordnung von 1050 bis 1400 0C nimmt die Tröpfchenwanderungsgeschwindigkeit rasch zu mit steigender Temperatur. Eine Geschwindigkeit vonThe ratio of the droplet migration rate versus the applied thermal gradient is a function of the temperature at which thermal migration of the droplet 22 is carried out. At high temperatures of the order of magnitude of 1050 to 1400 ° C., the droplet migration speed increases rapidly with increasing temperature. A speed of
-Ii
10 cm pro Tag oder 1,2 χ 10 cir-Ii
10 cm per day or 1.2 χ 10 cir
tröpfchen in Silizium erzielbar.droplets in silicon achievable.
10 cm pro Tag oder 1,2 χ 10 cm pro Sekunde ist für Aluminium-10 cm per day or 1.2 χ 10 cm per second is for aluminum
Die Tröpfchenwanderungsgeachwindigkeit wird auch durch das Tröpfchenvolumen beeinflußt , In einem Aluminium-Silizium-System nimmt die Tröpfchenwanderungsgeschwindigkeit um einen Faktor 2 ab, wenn das Tröpfchenvolumen um einen Faktor 200 sinkt.The droplet migration speed is also determined by the droplet volume Affects, in an aluminum-silicon system takes the droplet migration speed decreases by a factor of 2 if the droplet volume decreases by a factor of 200.
Ein Tröpfchen 22 wandert thermisch in der. <100> -Kristallachsenrichtung als eine Pyramide, die von vi@r> vorderen (11 !^Ebenen und einer hinteren (lOO)-Ebene begrenzt ist. Eine sorgfältigeA droplet 22 thermally migrates in the. <100> -Crystal axis direction as a pyramid by vi @ r> front (11! ^ levels and a rear (100) plane is limited. A careful one
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Steuerung des thermischen Gradienten und der Wanderungsgeschwindigkeit ist notwendig. Anderenfalls kann ein verdrehter Bereich 26 entstehen. Es hat den Anschein, daß eine ungleichförmige Auflösung der vier vorderen (lll)-Flächen auftritt, da sie sich nicht immer mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit lösen. Eine ungleichförmige Auflösung der vier vorderen (lll)-Flächen kann dazu führen, daß die regelmäßige pyramidische Form des Tröpfchens zu einer Trapezform verzerrt wird.Control of the thermal gradient and the speed of migration is necessary. Otherwise a twisted area 26 can arise. It appears that the resolution is non-uniform of the four front (III) surfaces occurs because they do not always loosen at a uniform rate. One uneven resolution of the four front (lll) surfaces can cause the regular pyramidal shape of the droplet to be distorted into a trapezoidal shape.
Bezüglich einer näheren Beschreibung des Temperaturgradienten-Zonenschmelzverfahrens und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird auf die gleichzeitig eingereichten Patentanmeldungen der gleichen Anmelderin P (Anmelderzeichen:For a more detailed description of the temperature gradient zone melting process and the apparatus for carrying out the method is based on the patent applications filed at the same time of the same applicant P (applicant reference:
2925-RD-5286), P (Anmelderzeichen: 292O-RD-6466) und2925-RD-5286), P (registration number: 292O-RD-6466) and
P (Anmelderzeichen: 2926-RD-6936) verwiesen. ,P (registration number: 2926-RD-6936). ,
Die Bereiche aus rekristallisiertem Material zeigen im wesentlichen theoretische physikalische Werte, die von den auftretenden Materialien abhängig sind. Es können verschiedene Materialien thermisch in den Körper 10 hineinbewegt werden, um darin verschiedene Konfigurationen auszubilden. Wie in Figur 9 gezeigt ist, kann das Material des Körpers 10 einen ersten Leitfähigkeitstyp, einen gewählten spezifischen Widerstand aufweisen, wie beispielsweise η-leitendes Silizium mit 10 Ohm-cm. Ein Bereich 30 mit p-Leitfähigkeit kann in dem Körper 10 gemäß dem Verfahren gemäß der Erfindung gefunden werden. Wenn das Metall 16 Aluminium ist, beträgt der spezifische Widerstand des Bereichs 30 8 χ 10 J 0hm-cm, und ein pn-übergang 32 wird durch die angrenzenden Oberflächen der zwei Materialien mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp gebildet. Eine derartige Konfiguration kann dazu verwendet werden, in dem Körper 10 eine Diode zu bilden. Wenn das thermisch bewegte Material ebenfalls η-leitend ist, wird ein Bereich 34 gebildet. Der Bereich 31S kann einen unterschiedlichen spezifischen Wiserstand haben, wie beispielsweise 2 χ ΙΟ" Ohm-cm, wenn das gewanderte Metall 3 % Antimon und der Rest Gold ist. Eine derartige Konfiguration kann als ein Senkkörper verwendet werden, um einen elektrischen Pfad mit geringer Leitfähigkeit bisThe areas of recrystallized material show essentially theoretical physical values which are dependent on the materials occurring. Various materials can be thermally moved into body 10 to form various configurations therein. As shown in Figure 9, the material of the body 10 can have a first conductivity type, a selected specific resistance, such as η-conductive silicon with 10 ohm-cm. A region 30 of p-conductivity can be found in the body 10 according to the method according to the invention. When the metal 16 is aluminum, the resistivity of region 30 is 8 χ 10 J ohm-cm and a pn junction 32 is formed by the adjacent surfaces of the two materials of opposite conductivity type. Such a configuration can be used to form a diode in the body 10. If the thermally moved material is also η-conductive, a region 34 is formed. The area 3 1 S can have a different specific wisdom, such as 2 χ ΙΟ "ohm-cm when the migrated metal is 3 % antimony and the remainder gold. Such a configuration can be used as a sinker to make an electrical pathway with low conductivity up to
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- 11 in einen Bereich tief im Körper 10 hinein zu erhalten.- 11 to get into an area deep within the body 10.
Alternativ kann, wie in Figur 10 gezeigt ist, eine Vielzahl von Bereichen 34 in dem Körper 10 ausgebildet werden. Wie in Figur 11 gezeigt ist, kann auch eine Vielzahl der zwei Bereiche 30 und 34 in dem Körper 10 ausgebildet werden.Alternatively, as shown in FIG. 10, a plurality of regions 34 can be formed in the body 10. As in Figure 11 shown, a plurality of the two areas 30 and 34 can also be used can be formed in the body 10.
Die Erfindung ist zwar für die thermische Wanderung von Metalltröpfchen durch einen Körper aus Halbleitermaterial beschrieben worden, das gleiche Verfahren kann jedoch auch dann angewendet werden, wenn die Bereiche 24, 26, 30 und 34 eine planare Konfiguration haben. Die planaren Konfigurationen werden durch thermi- · sehe Wanderung metallischer "Drähte" erzielt. Die Vertiefungen 18 werden zu wannenähnlichen Vertiefungen geformt und darin wird der Metall-"Draht" angeordnet. Die bevorzugten planaren Orientierungen für die Oberflächen 12 und 14, die bevorzugten "Draht"-Richtungen und die entsprechenden bevorzugten Richtungen der thermischen Wanderung sind in der folgenden Tabelle I gezeigt.The invention is true for the thermal migration of metal droplets has been described by a body of semiconductor material, but the same method can then also be used become when regions 24, 26, 30 and 34 have a planar configuration to have. The planar configurations are achieved by thermal migration of metallic "wires". The wells 18 are formed into tub-like depressions and the metal "wire" is placed in them. The preferred planar orientations for surfaces 12 and 14, the preferred "wire" directions and the corresponding preferred directions of thermal Migration are shown in Table I below.
größenStable wire
sizes
richtungMigration
direction
richtungenStable wire
directions
<100 Mikron<100 microns
<100 microns
•coil? *<011> *
• coil? *
<·101>a) <Ο1Ϊ>
<· 101>
<211> *b) <112> *
<211> *
*<500 microns
*
Richtung in
der (lll)-Ebenec) any other e
Direction in
the (lll) level
* Die Stabilität des wandernden Drahtes ist empfindlich gegenüber der Ausrichtung des thermischen Gradienten mit der <100>-, <110>- bzw. <111>-Achse.* The stability of the moving wire is sensitive to the alignment of the thermal gradient with the <100> -, <110> or <111> axis.
+ Gruppe a ist stabiler als Gruppe b, die ihrerseits stabiler als Gruppe c ist.+ Group a is more stable than group b, which in turn is more stable than group c.
509826/0660509826/0660
Es wurde auch gefunden, daß die thermische Wanderung von Tröpfchen und Metall-"Drähten" in einer inerten Gasatmosphäre bei einem positiven Druck durchgeführt werden kann, wobei der Körper aus Halbleitermaterial ein dünnes Plättchen oder Wafer mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,25mm (10 mils) ist. Eine fehlende Steuerung der seitlichen thermischen Gradienten scheint das Verfahren nicht merklich zu beeinflussen, offensichtlich aufgrund des großen Verhältnisses der planaren Oberfläche zur seitlichen Oberfläche.It has also been found that the thermal migration of droplets and metal "wires" in an inert gas atmosphere a positive pressure can be carried out, wherein the body of semiconductor material a thin plate or wafer with a Thickness is on the order of 0.25mm (10 mils). There seems to be a lack of control of the lateral thermal gradients Process not noticeably influenced, obviously due to the large ratio of the planar surface to the lateral Surface.
In Figur 12 ist eine Halbleitervorrichtung 110 gezeigt, die den bearbeiteten Körper 10 gemäß der Erfindung in einer integrierten Schaltung enthält. Die Bezugszahlen, die die gleichen, wie vorher in Verbindung mit den Figuren 1 bis 10 verwendet, sind, bezeichnen die gleichen Größen bzw. Teile und arbeiten in der gleichen Weise, wie es vorstehend beschrieben wurde.Referring to Figure 12, there is shown a semiconductor device 110 incorporating the machined body 10 according to the invention into one Circuit includes. Reference numerals that are the same as previously used in connection with Figures 1 to 10 denote are the same sizes or parts and operate in the same manner as described above.
Der Körper 10 wird weiterbearbeitet, indem ein Isolationsbereich 112 in dem Körper 10 gebildet wird. Der Bereich 112 wird durch das Temperaturgradienten-Zonenschmelzverfahren hergestellt, wie vorstehend beschrieben wurde. Der Bereich 112 hat den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Bereich 26. PN-übergänge 114 und 116 werden durch die angrenzenden Oberflächen der Bereiche 112 und der entsprechenden Abschnitte des Körpers 10 gebildet. Der Bereich 112 kann eine zylindrische, eine rechtwinklige oder eine quadratische Konfiguration haben oder zwei planare Bereiche umfassen, die sich über die volle Weite bzw. Breite des Körpers erstrecken. Der Bereich 112 isoliert elektrisch den Bereich 26, eine Diode, von dem Rest des Körpers 10. Ein elektrischer Kontakt 118 ist an dem Oberflächenbereich 120 des Bereiches 26 befestigt, der sich in der gleichen Ebene befindet wie die Oberfläche 12 des Körpers. Ein elektrischer Kontakt 122 ist an demjenigen Oberflächenabschnitt 124 der Oberfläche 14 des Körpers befestigt, der durch die Bereiche 112 definiert wird, die die Oberfläche 14 schneiden. Alternativ kann, wie es in Figur 13 gezeigt ist, der Kontakt 122 an der Oberfläche 126 des Körpers 10 befestigt sein, der den Bereich 112 definiert, der die Oberfläche 12 schneidet. 509826/0660The body 10 is further processed in that an isolation region 112 is formed in the body 10. The area 112 is through prepared the temperature gradient zone melting process as described above. Area 112 is the same Conductivity type like region 26. PN junctions 114 and 116 are defined by the adjacent surfaces of regions 112 and the corresponding portions of the body 10 are formed. The region 112 can be cylindrical, rectangular, or have a square configuration or include two planar areas that span the full width or width of the body extend. Area 112 electrically isolates area 26, a diode, from the rest of body 10. An electrical contact 118 is attached to surface area 120 of area 26, which is in the same plane as the surface 12 of the body. An electrical contact 122 is on that surface portion 124 of surface 14 of the body defined by areas 112 intersecting surface 14. Alternatively, as shown in FIG is, the contact 122 be attached to the surface 126 of the body 10 that defines the area 112 that the surface 12 cuts. 509826/0660
Durch die vorstehend beschriebene Erfindung werden neue und verbesserte Pingerdioden erhalten, die die Nachteile der bekannten Fingerdioden im wesentlichen vermeiden. Es wird ein im wesentlichen gleichförmiger spezifischer Widerstand über der gesamten Diodenstruktur erhalten.The invention described above provides new and improved Obtained pinger diodes which avoid the disadvantages of the known finger diodes substantially. It becomes an essentially obtain uniform resistivity over the entire diode structure.
S09826/0680S09826 / 0680
Claims (15)
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Family Applications (1)
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Legal Events
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