DE2450929A1

DE2450929A1 - Verfahren zum herstellen von isolationsgittern in koerpern aus halbleitendem material

Info

Publication number: DE2450929A1
Application number: DE19742450929
Authority: DE
Inventors: Thomas Richard Anthony; Harvey Ellis Cline
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-10-30
Filing date: 1974-10-25
Publication date: 1975-05-07
Also published as: CA1021468A; SE7413679L; SE397230B; GB1493829A; JPS5080784A; FR2249440A1; US3904442A

Description

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Verfahren zum Herstellen von Isolationsgittern in Körpern aus

halbleitendem Material

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Isolationsgitter aus P-N-übergangsbereichen in Halbleiterelementen und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

In dem Buch von W.G. Pfann "Zone Melting", erschienen beim John Wiley and Sons, Inc.-Verlag, New York (I966) ist ein Verfahren mit einem wandernden Lösungsmittel zur Herstellung von P-N-übergangsbereichen innerhalb eines Halbleiterkörpers beschrieben. Bei diesem Verfahren werden entweder Folien oder Drähte einer geeigneten metallischen Flüssigkeit in einem thermischen Gradienten durch ein Halbleitermaterial bewegt. Der sich bewegende flüssige Draht läßt ein dotiertes flüssig-epitaxiales Material hinter sich zurück. Dieses Verfahren des Zonenschmelzens mit einem Temperaturgradienten ist während zwei

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Jahrzehnten zur Herstellung einer Vielzahl von Halbleiteräementen versuchsweise praktiziert worden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren zum Herstellen eines P-N-Übergangs-Isolationsgitters für Halbleiterelemente zu schaffen.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines P-N-übergangs-Isolationsgitters in einem Körper aus Halbleitermaterial geschaffen. Das Gitter ist aus einer ersten Gruppe planarer Regionen zusammengesetzt, deren jede im wesentlichen parallel zu jeder anderen und in einem vorbestimmten Abstand zu jeder anderen Region liegt und das Gitter umfaßt weiter eine zweite Gruppe planarer Regionen, die im-wesentlichen parallel zueinander liegen und in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind sowie in einem vorausgewählten Winkel ziitnindestens einer der planaren Regionen der ersten Gruppe verlaufen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Anordnung einer ersten Reihe von Metalldrähten auf einer ausgewählten Oberfläche eines Körpers aus halbleitendem Material mit einem ausgewählten spezifischen Widerstand, einer ausgewählten Leitfähigkeit und einer bevorzugten planaren Kristallorientierung. Die Vertikalachse des Körpers ist im wesentlichen ausgerichtet mit einer ersten Achse der Kristallstruktur. Die Richtung der Metalldrähte ist so orientiert, daß sie mit mindestens einer der anderen Achsen der Kristallstruktur zusammenfällt. Der Körper wird auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um eine Reihe flüssiger Drähte aus metallreichem Material auf der Oberfläche des Körpers zu bilden. Ein Temperaturgradient wird entlang im wesentlichen der Vertikalachse des Körpers und der ersten Achse der Kristallstruktur eingestellt. Die Reihe von an Metall angereichertem Halbleitermaterial wird thermisch entlang der ersten Achse der Kristallstruktur durch den Körper bewegt und bildet eine Vielzahl planarer Regionen rekristallisierten Materials des Körpers. Die so gebildeten planaren Regionen können die gleiche oder eine verschiedene Leitfähigkeitsart wie der. Körper haben. In ähnlicher Weise wird eine zweite Reihe an flüssigem metallreichem Material thermisch in einem ausge-

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mm T\ mm

wählten Winkel-zu der ersten Reihe durch den Körper bewegt, um eine gitterähnliche Struktur in dem Körper zu erzeugen. In Abhängigkeit von der planaren Orientierung der Oberfläche des Körpers, der Orientierung der Richtung der Metalldrähte auf der Oberfläche und der Richtung der Bewegung wird das Gitter durch gleichzeitige Bewegung der sich schneidenden Linien oder durch eine Vielzahl von thermischen Bewegungen einzelner Gruppen von Metalldrähten erzeugt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht eines P-N-übergangs-Isolationsgitters, das gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde,

Figur 2 eine Seitenansicht im Querschnitt des Gitters nach Figur 1 entlang der Schnittebene II-II,

Figur 3 eine kubische Diamant-Kristallstruktur,

Figur k die morphologische Gestalt von Drähten, die sich thermisch in der <^1OO^> -Richtung bewegen,

Figur 5 die morphologische Gestalt von Drähten, die sich thermisch stabil in der <^111^>-Richtung bewegen,

Figur 6 eine Draufsicht eines Gitters an der Eingangsoberfläche eines Siliciumkörpers, der gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt worden ist und

Figur 7 eine planare Ansicht von unten eines Gitters auf der Aus gangsoberfläche eines Siliciumkörpers, der gemäß der vor liegenden Erfindung behandelt wurde.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Halbleiterelement 10 dargestellt, das einen Körper 12 aus Halbleitermaterial mit einem ausgewählten spezifischen Widerstand und einer ersten Leitfähigkeitsart

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umfaßt. Das Halbleitermaterial des Körpers 12 kann Silicium, Germanium, Siliciumcarbid oder irgendein anderes Halbleitermaterial sein, das bevorzugt eine kubische Diamant-Kristallstruktur aufweist. Der Körpers 12 hat zwei Hauptoberflächen 14 und 16, die die obere und die untere Oberfläche des Körpers darstellen, sowie eine periphere Seitenoberfläche 18.

Eine Vielzahl erster im Abstand voneinander angeordneter planarer Regionen 20 sind in dem Körper im wesentlichen paräLlel zueinander angeordnet. Für die Herstellung der Halbleiterelemente sind die Regionen 20 vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu der oberen und der unteren Oberfläche (14 und 16) und der peripheren Seitenoberfläche 18 orientiert. Jede der Regionen 20 hat eine periphere Seitenoberfläche, die von gleicher Ausdehnung mit der entsprechenden Oberfläche 14, 16 und 18 des Körpers 12 ist. Durch die aneinander stoßenden Oberflächen jeder Region 20 und des unmittelbar benachbarten Materials des Körpers 12 wird ein P-N-Übergang 27 gebildet.

Eine Vielzahl zweiter im Abstand voneinander angeordneter planarer Regionen 22 ist in dem Körper 12 im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Für die Herstellung der Halbleiterelemente ist jede der Regionen 22 vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu den entsprechenden oberen und unteren'Oberflächen 14 und 16 und der Seitenoberfläche 18 orientiert. Darüber hinaus verläuft jede der Regionen 22 vorzugsweise senkrecht zu einer oder mehreren der Vielzahl der ersten im Abstand voneinander angeordneten planaren Regionen 20 und schneidet diese. Die Regionen 20 und können jedoch auch in einem ausge-:wählten Winkel zueinander verlaufen. Jede der zweiten Planarregionen 22 hat eine periphere Seitenoberfläche, die von gleicher Ausdehnung mit den Oberflächen 14, 16 und 18 des Körpers 12 ist. Ein P-N-Übergangsbereich 26 wird durch die aneinander stoßenden Oberflächen jeder Region 22 und des unmittelbar benachbarten Materialsjdes Körpers 12 gebildet. Die einander schneidenden Planarregionen 20 und 22 definieren eine rechteckförmige Zellen umfassende Konfiguration, welche den Körper 12 in eine Vielzahl dritter Regionen 24 eines

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■ - 5 ■·

ersten Leitfähigkeitstyps unterteilt, die elektrisch voneinander isoliert sind. Vorzugsweise haben alle Regionen 20 und 22 die gleiche Leitfähigkeitsart und diese Leitfähigkeit ist eine zweite und der des Körpers 12 und der Regionen 24 entgegengesetzte Art. Die Regionen 20 und 22 werden bevorzugt mit dem Zonenschmelzverfahren unter Anwendung eines Temperaturgradienten in dem Körper 12 gebildet. Das Material der Planarregionen 20 und 22 umfaßt rekristallisiertes Material des Körpers 12, das eine gewisse Konzentration einer Verunreinigung enthält, das diesen Regionen die zweite und der ersten entgegengesetzte Leitfähigkeitsart verleiht. Es ist rekristallisiertes Material, in dem die Verunreinigung in fester Löslichkeit vorliegt. Es nicht rekristallisiertes Material, das die Verunreinigung in einer Menge enthält, die der flüssigen Löslichkeit entspricht. Es ist auch kein rekristallisiertes Material eines Eutektikums. Jede der Planarregionen 20 und 22 hat durchgehend durch die gesamte Region einen im wesentlichen gleichmäßigen spezifischen Widerstand. Die Breite jeder der Regionen 20 und 22 ist über die gesamte Region im wesentlichen konstant und bestimmt durch die zur Definierung der Regionen 20 und 22 verwendete Potomaskierungsgeometrie. Im einzelnen besteht der Körper 12 aus Silicium mit N-Leitfähigkeit und die Regionen 22 und 24 aus Aluminium-dotiertem rekristallisiertem Silicium und sie weisen die erforderliche P-Leitfähigkeit auf.

Die P-N-Übergänge 26 und 27 sind gut bestimmt und sie zeigen einen abrupten Übergang von einer Leitfähigkeitsregion zur nächsten benachbarten Region der entgegengesetzten Leitfähigkeitsart. Ein abrupter Übergang erzeugt einen steilen P-N-Übergang. Linear ab—gestufte P-N-übergangsbereiche 26 und 27 werden durch eine Nachdiffusions-Wärmebehandlung der Gitterstruktur bei einer ausgewählten erhöhten Temperatur erhalten.

Die Vielzahl der Planarregionen 20 und 22 isolieren jede Region 24 elektrisch von allen übrigen Regionen 24 durch das Aufeinanderfolgen der entsprechenden Segmente der P-N-übergangsbereiche 26 und 27. Die durch dieses neue Muster mit rechteckförmigen Zellen erzielte elektrische Isolation gestattet die

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Verbindung eines oder mehrere Halbleiterelemente mit einem oder mehreren der Vielzahl der Regionen 24 der ersten Leitfähigkeitsart. Die Elemente können planare Halbleiterelemente sein, die in gegenseitig benachbarten Regionen 24 gebildet sind und/oder mesa-Halbleiterelemente, die auf gegenseitig benachbarten Regionen 24 gebildet sind und doch die elektrische Integrität jedes dieser Grundelemente . ohne Störung der gegenseitig benachbarten Elemente schützen. Die Grundelemente können jedoch auch elektrisch miteinander verbunden sein, um integrierte Schaltungen und ähnliches zu bilden.

Die im Abstand voneinander befindlichen Planarregionen 20 und 22 haben neben der ausgezeichneten elektrischen Isolation zwischen den gegenseitig benachbarten Regionen 24 verschiedene andere bestimmte Vorteile gegenüber den bekannten elektrischen Isolationsregionen. Jede der Regionen 20 und 22 hat eine im wesentlichen konstante gleichförmige Breite und eine im wesentlichen konstante gleichmäßige Verunreinigungskonzentration über ihre gesamte Länge und Tiefe. Außerdem können die Planarregionen 20 und 22 vor oder nach der Herstellung der Grundelemsnte hergestellt werden. Vorzugsweise werden die Regionen 20 und 22 hergestellt nach der bei der höchsten Temperatur auszuführenden Verfahrensstufe, die für die Herstellung der Grundelemente erforderlich ist. Diese bevorzugte Praxis' begrenzt oder eliminiert im wesentlichen jegliche seitliche Diffusion der Verunreinigung der Regionen¹20 und 22, was die Breite der Regionen 20 und 22 vergrößert und dadurch die Abruptheit des P-N-Übergangsbereiches und den Übergang zwischen den Regionen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps vermindert. Sollte jedoch ein abgestufter P-N-übergangsbereich erwünscht sein, dann kann eine thermische Nachbehandlung die erwünschte Thermobewegung bewirken, um die gewünschte Breite eines abgestuften P-N-Übergangsbereiches zu erhalten. Darüber hinaus gestatten die Planarregionen 20 und 22 eine maximale Ausnutzung des Volumens des. Körpers 12 für funktionelle elektrische Elemente, die größer ist als dies bei bekannten Elementen bisher möglich war.

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Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt worden, daß man eine bestimmte planare Orientierung der Oberfläche des Körpers, eine ausgewählte Orientierung der Richtung der Metall-, drähte hinsichtlich der planaren Orientierung und zur Achse der Kristallstruktur des Körpers haben muß, entlang welcher die Thermobewegung der Drähte ausgeführt wird.

In der in Figur 3 abgebildeten kubischen Diamant-Kristallstruktur von Silicium, Siliciumcarbid, Germanium und ähnlichen Stoffen werden P-N-Übergangsgitter nur in Körpern aus halbleitendem Material mit zwei speziellen Orientierungen der Planarregion der Oberfläche erzeugt. Diese ausgewählten Planarregionen sind die (100)-Ebene und die (111)-Ebene. Die (100)-Ebene ist die Ebene, die mit einer Fläche des Einheitswürfels zusammenfällt. Die . (HO)-Ebene ist die Ebene, die durch ein Paar diagonal entgegengesetzter Kanten des Einheitswürfels verläuft. Solche Ebenen, die durch ein Eckenatom und durch ein Paar diagonal entgegengesetzter Atome, die in einer Fläche angeordnet sind, die die zuerst genannten Atome nicht enthalten, werden allgemein als (Uli-Ebenen bezeichnet. Zweckdienlicherweise werden die Richtungen in dem Einheitswürfel, die senkrecht zu jeder dieser generischen Ebenen (X Y Z)verlaufen, üblicherweise als die "Kristallzonenachse" der jeweiligen Ebenen bezeichnet oder, was üblicher ist, als die "<X Y ^-Richtung".

Die Kristallzonenachse der generischen (100)-Ebene wird als die <40Ö>-Richtung und die Kristallzonenachse der (lll)-Ebene als die <^lli>-Richtung und die Kristallzonenachse der (llO)-Ebene als die <JL1Ö>-Richtung bezeichnet. Beispiele dieser Richtungen hinsichtlich des Einheitswürfels sind durch die entsprechend bezeichneten Pfeile in Figur 3 gezeigt. Im einzelnen können für die planare (100)-Orientierung metallreiche Drähte des Materials nur in der <lOÖ>-Richtung stabil bewegt werden. Weiter sind nur Drähte, die in der <φΐί>- und der <J)11^>-Richtung liegen, bei der Thermobewegung in der <100^>-Achsenrichtung stabil. Die morphologische Gestalt dieser stabilen metallreichen Drähte des Materials sind in Figur 4 gezeigt. Die Oberflächenspannung an der

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Grenzfläche Pestkörper zu Flüssigkeit verursacht ein Vergröbern der Enden der stabilen flüssigen metallreichen Drähte.

Obwohl sie in der gleichen planaren (100)-Region liegen, sind Drähte metallreicher Flüssigkeit, die in anderen Richtungen als der <Öli>- und der <Ol£>-Richtung liegen, instabil und brechen zu pyramidenförmigen Tröpfchen mit quadratischer Grundfläche aus metallreichem flüssigem Material auf wegen der strengen Facettierung der fest-flüssigen Grenzfläche der Drähte, die in diesen Richtungen liegen. So sind z.B. Drähte, die in den<(012^- und <t)21^-Richtungen liegen, instabil.

Die Dimensionen der Metalldrähte beeinflussen auch deren Stabilität. Nur Metalldrähte mit einem Durchmesser von nicht größer als 100 Mikron sind während der Thermobewegung der Drähte in der <1OO^-Richtung für eine Distanz von mindestens 1 cm in dem Körper des Halbleitermaterials stabil. Die Drahstabilität steigt mit abnehmender Drahtgröße. Je mehr die Größe des flüssigen Metalldrahtes 100 Mikron übersteigt, umso geringer ist der Abstand, über den der flüssige Draht während der Thermobewegung in den Körper eindringen kann, bevo:? der Draht instabil wird und aufbricht.

Ein kritischer Faktor für die Stabilität'des flüssigen Metalldrahtes während der Thermobewegung ist die Parallelität des angewendeten thermischen Gradienten zu einer der kristallografischen <10Ö>-, <J.1Ö>- oder <lli>-Richtungen. Eine aus diesen Richtungen abweichende Komponente des thermischen Gradienten verringert im allgemeinen die Stabilität der sich thermisch bewegenden Flüssigkeit durch Verursachung von zahnähnlichen oder sägeartig gezackten Facetten an den Seitenflächen des Drahtes. Wenn die zahnähnlichen Facetten zu groß werden, bricht der Draht auf und verliert seine Kontinuität.

Zur Herstellung der Gitterstruktur 10 der Figuren 1 und 2, in der die Planarregion (100) ist und die Bewegungsrichtung ist, muß eine erste Reihe flüssiger Drähte zur Bildung der

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Regionen 2.0 aich. thermisch, durch den Körper 12 bewegen und dann, muß man eine zweite Thermobewegung für eine zweite Reihe flüssiger Drähte durch den Körper ausführen, um die zweiten Regionen 22 zu bilden. Die gleichzeitige Thermobewegung der flüssigen Drähte zur Bildung der Regionen 20 und 22 führt häufig zu Diskontinuitäten in der Gitterstruktur. Eine Erforschung der Gründe für die Diskontinuitäten ergab, daß die Oberflächenspannung des geschmolzenen metallreichen Materials an den Kreuzungspunkten zweier thermobewegter flüssiger Drähte so groß ist, daß sie Diskontinuitäten in den sich kreuzenden flüssigen Drähten verursacht. Augenscheinlich ist die Fest-Flüssig-Oberflächenspannung für jeden Teil der sich kreuzenden bewegenden Drähte ausreichend, um zu verursachen, daß die metallreiche Flüssigkeit in ihrem eigenen Drahtteil verbleibt, anstatt gleichmäßig durch den Schnittpunkt der Drähte in dem Körper 12 verteilt zu werden. Das Material des Körpers 12 an der fortschreitenden Grenzfläche der sich vermutlich kreuzenden flüssigen Drähte wird daher durch die flüssigen Drähte nicht benetzt und auch nicht berührt durch die Flüssigkeit und daher nicht durch die fortschreitende metallreiche Flüssigkeit gelöst. Daher tritt beim Kreuzen eine Diskontinuität auf und das weitere Fortschreiten der flüssigen Drähte erzeugt ein fehlerhaftes Gitter. Wo die Diskontinuität des Gitters vorhanden ist, sind die gegenseitig benachbarten Regionen 24 nicht elektrisch voneinander isoliert' und dies kann die Zuverlässigkeit der damit verbundenen elektrischen Schaltunge nachteilig beeinflussen.

Die Stabilität der Drähte, die in einer (111)-Ebene für die Oberfläche 14 liegen und sich in einer <*lli> -Richtung durch den Körper 12 zur Oberfläche 16 bewegen, ist im allgemeinen gegenüber der kristallografischen Richtung des Drahtes nicht empfindlich. Diese allgemeine Stabilität der in der (111)-Ebene liegenden Drähte resultiert aus der Tatsache, daß die (111)-Ebene die Facettenebene für das metallreiche Flüssigkeit-Halbleiter-System ist. Die morphologische Gestalt eines Drahtes in der (111)-Ebene ist in Figur 5 gezeigt und die obere und untere Oberfläche liegt in der (111)-Ebene. Sowohl die vordere als auch die rückwärtige

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ι-,

- ίο -

Fläche dieser Drähte sind stabil, vorausgesetzt daß der Draht
nicht die bevorzugte Breite übersteigt.

Die Seitenflächen eines in der (lll)'-Ebene liegenden Drahtes sind nicht so stabil wie die obere und die untere Oberfläche. Die Kanten der Seitenflächen, die in den<licj>-, <lQl)- und der <0lT>-Richtungen liegen, haben (111)-Ebenen als Seitenflächen. Demgemäß sind diese Drähte stabil gegenüber jeder Seitendrift, die
erzeugt werden kann, wenn der thermische Gradient nicht im wesentlichen entlang der <^lli>-Achse ausgerichtet sein sollte. Andere Draht richtungen in der (lll)-Ebene, wie z.B. die <Ί.1Σ?>Drahtrichtung, entwickeln sägeartige Auszackungen an ihren Seitenflächen, wenn sie als Ergebnis eines leicht aus der Achse abweichenden thermischen Gradienten seitwärts driften. Eventuell
bricht der sich weiter bewegende Draht vollständig auf oder biegt in eine <[lIo£>-Richtung. Ein vernünftig ausgerichteter thermischer Gradient gestattet daher die thermische Bewegung von <^11^>-Richtungsdrähten durch Körper von Halbleitermaterial mit mindestens
1 cm Dicke mittels Temperaturgradienten-Zonenschmelzen, ohne daß der Dr.aht aufbricht oder sich sägeähnliche Auszackungen an den
Kanten des bewegenden Drahtes bilden.

In flüssigen Drähten, die thermisch durch Körper aus Halbleitermaterial mit einer ursprünglichen (111)'-Plattenebene bewegt werden, sind die stabilsten Drahtrichtungen <φΐϊ\ <10Ϊ^ und ^ΪΙΟΝ,. Die Dicke jedes dieser Drähte kann bis zu etwa 500 Mikron betragen und trotzdem kann die Stabilität während der thermischen Bewegung beibehalten werden. Ein dreieckiges Gitter mit einer Vielzahl von Drähten, die in den drei Drahtrichtungen <t)ll)>, <(l01^
und <jllO)> liegen, wird durch gleichzeitige thermische Bewegung
aller drei Drähte in einem Zonenschmelzverfahren mit thermischem Gradienten nicht leicht erhalten. Die Oberflächenspannung der
Schmelze des metallreichen Halbleitermaterials am Kreuzungspunkt der drei Drahtrichtungen ist so groß, daß die Drahtrichtungen
zerrissen werden, und dies führt zu einer Unterbrechung der
Gitterstruktur. Das Gitter wird daher vorzugsweise durch drei
separate Zonenschmelzprozesse mit thermischem Gradienten erhalten,

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bei denen eine Flussigkeitsdraht-Bewegung einer Drahtrichtung zu einer Zeit ausgeführt wird.

Drähte einer <Ul2^-, <5ll)>- und <12~£>-Richtung sind weniger stabil als die <ΐ)ΐϊ^-, <1ΟΪ^- und <ΐϊφ>-Drahtrichtungen während der thermischen Bewegung, jedoch stabiler als irgendeine andere Drahtrichtung in der (111)-Ebene. Die Drähte können eine Weite von bis zu 500 Mikron haben und während der thermischen Bewegung ihre Stabilität noch beibehalten.

Irgendeine andere Drahtrichtung in der (111)-Ebene, die noch nicht erwähnt ist, kann durch den Körper aus Halbleitermaterial thermisch bewegt werden. Die Drähte dieser Drahtrichtungen haben jedoch die geringste Stabilität aller Drahtrichtungen der (111)-Ebene bei Vorhandensein eines aus der Achse abweichenden thermischen Gradienten. Drähte mit einer Weite bis zu 500 Mikron sind während der Thermobewegung für alle Drähte stabil, die in der (111)-Ebene liegen, unbeachtlich der Drahtrichtung.

Das senkrechte P-N-Übergangs-Isolationsgitter der Figuren 1 und 2 oder eines irgendeiner anderen Konfiguration sich schneidender Planarregionen kann durch gleichzeitige Thermobewegung einer der Draht richtungen <pll^, <^10Ϊ^ und <(11Ö> und einer der verbleibenden Drahtrichtungen hergestellt werden. Das Gitter kann auch durch getrenntes Bewegen jeder Drahrichtung hergestellt werden.

Eine Zusammenfassung der stabilen Drahtrichtungen für eine spezielle Pianarrichtung und der stabilen Drahtgrößen ist in der folgenden Tabelle enthalten.

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	Bewegungs richtung	Tabelle	b	stabile Drahtgrößen
Scheiben ebene	<100>			<100 Mikron <100 Mikron
(100)	<Ίιο> <1ΐί>	stabile Draht richtungen	<150 Mikron <500 Mikron
(110) (111)		<011> * <οϊί> *	<500 Mikron
	<1Ϊ0> ⁺ <01Ϊ>Ί <10Ϊ> ) a <1Ϊ0> J
	<2Ϊϊ)> ⁺ <121> ⁺

irgendeine andere")

Richtung in der >c <-500 Mikron

(111)-Ebene J

Die Stabilität des sich bewegenden Drahtes hängt von der Ausrichtung des thermischen Gradienten mit der <^1θφ -, <\1ΐφ- oder <^Lli> -Achse ab.

Die Gruppe a ist stabiler als die Gruppe b, die ihrerseits stabiler als die Gruppe c ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert.

Beispiel

Ein Körper aus einkristallinem Silicium-Halbleitermaterial mit einem Durchmesser von etwa 2,5 cm, N-Leitfähigkeit, einem spezifischen Widerstand von 10 Ohm-cm und einer Dicke von 1 cm in der <U00>-Richtung wurde geläppt und poliert. Es wurde eine Schicht aus Silicdumoxyd auf der planaren (100)-Oberfläche aufgewachsen. Ein quadratisches Gitter einer Reihenanordnung von Penstern, jeweils im Abstand von 500 Mikron und mit einer Weite von 50 Mikron wurde unter Anwendung fotolithografischer Techniken selektiv in das Siliciumoxyd geätzt und mit den <φΐΐ)>- und

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<JD1^-Drahtrichtungen. ausgerichtet. Dann wurde die Reihenanordnung durch die Siliciumoberfläche bis zu einer Tiefe von 20 Mikron geätzt und ein 20 Mikron dicker Aluminiumfilm durch Aufdampfen mit einem Elektronenstrahl in der in das Silicium geätzten Reiheanordnung niedergeschlagen. Das über der Oxydmaske liegende überschüssige Aluminium wurde abgeschliffen und dabei blieben die mit Aluminium gefüllten.in einer Reihenanordnung vorliegenden Vertiefungen zur Bildung der Drähte für die Thermobewegung zurück. Der behandelte Körper aus Silicium wurde in einem Elektronenstrahl-Thermobewegungsapparat angeordnet, in dem ein sehr gleichmäßiger vertikaler Temperaturgradient eingestellt werden kann. Ein solcher Temperaturgradient von 50 ⁰C pro cm bei 1200 ⁰C und einem Druck von 1 χ 10 ' Torr wurde zur Thermobewegung der Aluminiumdrähte durch den Körper verwendet. Das überschüssige Aluminium wurde von der Ausgangsseite des Körpers entfernt.

Eingangs- und Ausgangsoberflächen des Körpers aus Silicium wurden poliert und chemisch gefärbt mittels einer Lösung aus 33 Teilen HF, 66 Teilen NHO,, 400 Teilen Eisessig und 1 Teil gesättigter CuNO,-Wasserlösung (alle Teile sind Volumeriteile), um die Gitterstruktur mit P-Leitfähigkeit auf beiden Oberflächen sichtbar zu machen. Das Gitter war auf beiden Oberflächen gut begrenzt. Es gab keine Diskontinuitäten in dem Gitter. Tests ergaben, daß die Regionen 24 elektrisch voneinander isoliert waren. Die Regionen 20 und 22 hatten einen gleichförmigen spezifischen Widerstand von 8 χ 10"^ Ohm-cm. Die P-N-Übergangsbereiche 26 und 27 hatten eine Durchbruchsspannung von 600 V.

Der behandelte Körper wurde zerschnitten, um die Bewegung der Drähte durch den Körper.in verschiedenen Tiefen zu untersuchen. Nach dem Polieren und chemischen Anfärben der Oberflächen der Teile des Körpers erwies sich die Gitterstruktur als gut begrenzt an den Eingangs- und Ausgangsoberflächen jedes Teiles des Körpers. Das Gitter verlief ununterbrochen durch den ganzen Körper. Die Regionen 24 waren elektrisch voneinander isoliert. Darüber hinaus konnten keine merklichen Änderungen in den elektrischen Eigenschaften der Regionen 20 und 22 und der P-N-Übergangsbereiche und 27 festgestellt werden.

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Zusätzlich zu den bevorzugten Drahtrichtungen für die verschiedenen planaren Orientierungen wurde festgestellt, daß irgendeine
Drahtrichtung für die drei planaren Orientierungen sich zufriedenstellend durch einen dünnen Körper aus Halbleitermaterial bewegt. Der dünne Körper sollte vorzugsweise nicht größer sein als das Drei- oder Vierfache der bevorzugten Dicke für die Schicht
aus Metall, die auf der Oberfläche des Körpers für die Thermobewegung hindurch aufgebracht wird. Für die Thermobewegung von Aluminium durch einen dünnen Siliciumkörper sollte der Körper daher nicht mehr als eine Dicke von etwa 100 Mikron haben.

Außerdem können dickere Drähte als die in der obigen Tabelle
als bevorzugt offenbarten Drähte durch einen dünnen Körper aus
Halbleitermaterial thermisch bewegt werden. Es wurde festgestellt, daß Metalldrähte thermisch durch einen Körper aus Halbleitermaterial bewegt werden können, der die drei- bis vierfache Dicke des thermisch hindurch bewegten Drahtes aufweist. Es wurde auch
festgestellt, daß die Thermobewegung dieser Metalldrähte erfolgreich ausgeführt werden kann, da diese Drähte nicht die für das
Aufbrechen des flüssigen Drahtes erforderliche Distanz zu durchmessen haben.

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Claims

Patentansprüche

1. "Verfahren zum Herstellen eines Isolationsgitters, das eine erste Gruppe planarer Regionen umfaßt, deren jede im wesentlichen parallel zu den anderen verläuft sowie eine zweite Gruppe planarer Regionen, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und in einem ausgewählten Winkel zu mindestens einer der planaren Regionen der ersten Gruppe in einem Körper aus Halbleitermaterial, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:

(a) Anordnen einer ersten Reihe von Metalldrähten auf einer ausgewählten Oberfläche eines Körpers aus Halbleitermaterial mit einem ausgewählten spezifischen Widerstand, einer ausgewählten Leitfähigkeit und einer bevorzugten planaren Kristallstruktur-Orientierung, wobei die Vertikalachse des Körpers im wesentlichen ausgerichtet ist mit einer ersten Achse der Kristallstruktur und die Richtung der Metalldrähte- so orientiert ist, daß sie im wesentlichen mit mindestens einer der anderen Achsen der Kristallstruktur zusammenfällt,

(b) Erhitzen des Körpers und der Reihe von Metalldrähten auf eine Temperatur, die ausreicht, um eine Reihe flüssiger Drähte aus metallreichem Material auf der Oberfläche des Körpers zu bilden,

(c) Einstellen eines Temperaturgradienten im wesentlichen entlang der Vertikalachse des Körpers und der ersten Achse der Kristallstruktur und

(d) thermisches Bewegen der Reihe von metallreichen flüssigen Drähten durch den Körper entlang der ersten Achse der Kristallstruktur zur Bildung einer Vielzahl planarer Regionen rekristallisierten Materials des Körpers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß nach dem thermischen Bewegen der Metälldrähte eine zweite Reihe von Metalldrähten auf der ausgewählten Oberfläche des Körpers aus Halbleitermaterial angeordnet wird, wobei jeder der Drähte im wesentlichen senkrecht zu der Ebene eines der bewegten Metalldrähte der ersten Reihe

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verläuft, Erhitzen des Körpers und der zweiten Reihe von Metalldrähten bis zu einer Temperatur, die ausreicht, eine zweite Reihe von flüssigen Drähten aus metallreichem Material zu bilden, Einstellen eines Temperaturgradienten im wesentlichen entlang der Vertikalachse des Körpers und thermisches Bewegen der zweiten Reihe von an Metall angereicherten Halbleitermaterialdrähten durch den Körper entlang der ersten Achse der Kristallstruktur .

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß man vor der Anordnung der Reihe von Metalldrähten in der ausgewählten Oberfläche diese ausgewählte Oberfläche des Körpers mit einer bevorzugten planaren Kristallstruktur-Orientierung ätzt, um eine Reihe linienförmig ausgerichteter trog artiger Vertiefungen in der Oberfläche in einer bevorzugten Richtung herzustellen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Halbleitermaterial des Körpers ausgewählt ist aus Silicium, Siliciumcarbid und Germanium.

5- Verfahren nach eineia der Ansprüche 1 bis H₉ dadurch gekennzeichnet , daß das Halbleitermaterial Silicium mit N-Leitfähigkeit ist und daß das Metall des Drahtes Aluminium ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturgradient im Bereich von 50 bis 200 °C pro cm liegt und die Thermobewegung bei einer Temperatur im Bereich von 700 bis 1350 C ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche Ibis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die bevorzugte planare Kristallorientierung (100) ist, die Metalldrähte der ersten Reihe in mindestens einer der ^Ql^- und <01 J^-Richtungen

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der Kristallstrukturachse orientiert sind und im wesentlichen parallel zueinander liegen und die Richtung der ersten Achse, entlang der die Thermobewegung ausgeführt wird, die <^1QO)>Richtung ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2. bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die bevorzugte planare Krxstallorxentierung (111) ist, die Metalldrähte der ersten Reihe in einer Richtung orientiert sind, die ausgewählt ist aus den Richtungen <ΌΐΓ>, <^Ϊ1Ο^> und <Ίθϊ>, die Metalldrähte der zweiten Reihe in irgendeiner der übrigen Richtungen orientiert sind und die Richtung der ersten Achse, entlang der die Bewegung ausgeführt wird, die <fllI^-Richtung ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Metall drähte der zweiten Reihe in einer Richtung orientiert sind, die ausgewählt ist aus <112^, <2li> und <121>.

10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper aus Halbleitermaterial die drei- bis vierfache Dicke des Drahtmaterials hat.

11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke des Metalldrahtes nicht größer als 100 Mikron ist.

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