DE2450930A1 - Thermische wanderung metallreicher fluessiger draehte durch halbleitermaterialien - Google Patents
Thermische wanderung metallreicher fluessiger draehte durch halbleitermaterialienInfo
- Publication number
- DE2450930A1 DE2450930A1 DE19742450930 DE2450930A DE2450930A1 DE 2450930 A1 DE2450930 A1 DE 2450930A1 DE 19742450930 DE19742450930 DE 19742450930 DE 2450930 A DE2450930 A DE 2450930A DE 2450930 A1 DE2450930 A1 DE 2450930A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- metal wire
- wire
- axis
- thermal migration
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005012 migration Effects 0.000 title claims description 58
- 238000013508 migration Methods 0.000 title claims description 58
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 40
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 32
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 54
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 54
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 30
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 22
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical group [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 5
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YVIMHTIMVIIXBQ-UHFFFAOYSA-N [SnH3][Al] Chemical compound [SnH3][Al] YVIMHTIMVIIXBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KAPYVWKEUSXLKC-UHFFFAOYSA-N [Sb].[Au] Chemical compound [Sb].[Au] KAPYVWKEUSXLKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/24—Alloying of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, with a semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
2450930 Dr. Horst Schüler 25. Oktober 1974
Patentanwalt Schu-Vo/hö
β Frankfurt/Main 1
Nlddaetr. 52
2929-RD-6833
GENERAL ELECTRIC COMPANY
1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.
Thermische Wanderung metallreicher flüssiger Drähte durch Halbleitermaterialien
Die Erfindung bezieht sich auf die thermische Wanderung von Metalldrähten
durch Halbleitermaterialkörper und auf ein entsprechendes Verfahren zur Durchführung.
W.G. Pfann beschreibt in 'Zone Melting1, John Wiley and Sons, Inc.,
New York (1966) ein Wanderungslösungsmittelverfahren zum Erzeugen von P-N Übergangszonen in der Masse eines Halbleitermaterials. Bei
diesem Verfahren werden entweder Blätter oder Drähte einer geeigneten metallischen Flüssigkeit durch ein Halbleitermaterial in einem
Temperaturgradienten bewegt. Dotiertes flüssig-epitaxiales Material
wird zurückgelassen, wenn die Flüssigdrahtwanderung fortschreitet. Dieses Verfahren des Temperaturgradienten-Zonenschmelzens wurde für
zwei Dekaden in einem Versuch zur Herstellung einer Anzahl von Halbleitervorrichtungen
praktiziert.
Es wurde jedoch festgestellt, daß eine bestimmte Planarausrichtung
der Oberfläche des Körpers und eine ausgewählte Ausrichtung der Metalldrähte in bezug auf die Planarausrichtung sowie die Achse der
Kristallstruktur des Körpers, längs dessen die thermische Wanderung der Drähte praktiziert wird, erforderlich sind, wenn die Drähte
einer thermischen Wanderung über eine beträchtliche Distanz in das Material unterliegen sollen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung
eines neuen und verbesserten Verfahrens zur Erzielung einer thermischen Wanderung von Metalldrähten durch einen Körper aus
Halbleitermaterial. - 2 -
509819/1010
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Erzielung einer thermischen
Wanderung eines Metalldrahtes durch einen Körper aus Halbleitermaterial vorgeschlagen, das folgende Verfahrensschritte umfaßt. Der
Metalldraht wird auf einer ausgewählten Oberfläche eines Körpers aus Halbleitermaterial mit einer bevorzugten planaren Kristallausrichtung
angeordnet. Die vertikale Achse des Körpers ist weitgehend mit einer ersten Achse der Kristallstruktur ausgerichtet. Die Richtung
des Metalldrahtes fällt im wesentlichen mit zumindest einer der anderen Achsen der Kristallstruktur zusammen. Der Körper wird
auf eine Temperatur erhitzt, die zur Bildung eines flüssigen Drahtes
aus metallreichem Material auf der Oberfläche des Körpers ausreicht.
Ein Temperaturgradient wird längs im wesentlichen der Vertikalachse des Körpers und der ersten Achse der Kristallstruktur
errichtet. Das metallreiche Material unterliegt einer thermischen Wanderung durch den Körper längs der ersten Achse der Kristallstruktur,
um einen Planarbereich rekristallisierten Materials mit fester Löslichkeit des Metalls und/oder des Dotiermittels vom Körper zu
erzeugen. Der so gebildete Planarbereich kann vom selben oder von einem unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp als der Körper sein. Die
Planarausrichtung der Oberfläche und die Drahtrichtungen sind für
eine stabile thermische Drahtwanderung beschrieben. Bevorzugte Drahtgrößen und ihre Wanderungsrichtungen relativ zur Planarausrichtung
sowie die Drahtrichtungen werden ebenfalls beschrieben. Die durch dieses Verfahren in Halbleitermaterialien gebildeten PN-Übergänge
haben weitgehend ideale Eigenschaften für die angegebenen Materialien.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
Figur 1 - eine diamantkubische Kristallstruktur,
Figur 2 - die morphologische Form von Drähten,, welche einer stabilen
thermischen Wanderung in der <loo> Richtung unterliegen,
Figur 3 - die morphologische Form von Drähten, welche einer stabilen
thermischen Wanderung in der <flll>
Richtung unterliegen, und
509819/1010
Figur' 4 - die morphologische Form von Drähten, die einer stabilen
thermischen Wanderung in der <llo>
Richtung unterliegen.
Bei der kubischen Diamant-Kristallstruktur von Silizium, Siliziumkarbid,
Germanium und ähnlichem gemäß Figur 1 wird eine stabile thermische Wanderung von Draht vorzugsweise nur in Körpern aus
Halbleitermaterial mit drei bestimmten Orientierungen des Planarbereichs der Oberfläche des Körpers aus Halbleitermaterial praktiziert.
Diese ausgewählten oder bevorzugten Planarbereiche sind die (loo) Ebene, (llo) Ebene und die (111) Ebene. Die (loo) Ebene ist
die Ebene, die mit einer Seite des Einheitswürfels zusammenfällt. Die (llo) Ebene ist die Ebene, welche durch ein Paar von diagonal
gegenüberliegenden Kanten des Einheitswürfels führt. Diejenigen Ebenen, welche durch ein Eckenatom und durch ein Paar von diagonal
gegenüberliegenden Atomen führen, die in einer die zuerst erwähnten Atome nicht enthaltenden Seite liegen, sind allgemein als
(111) Ebenen bezeichnet. Aus Bequemlichkeitsgründen werden die Richtungen im Einheitswürfel, die senkrecht auf diesen Grund- oder
Gattungsebenen (XYZ) stehen, gewöhnlich als 'Kristallzonenachsen1
der bestimmten Ebenen oder in noch üblicherer Weise als 'ΟίΥΖ>'
Richtung bezeichnet. Daher wird die Kristallzonenachse der (loo) Gattungsebene als die
<loo> Richtung angegeben. Demgegenüber gilt die Kristallzonenachse der (111) Ebene als die
<lll> Richtung, während die Kristallzonenachse der (llo) Ebene als die
<llo> Richtung bezeichnet wird. Beispiele dieser Richtungen sind in bezug auf den Einheitswürfel durch die entsprechenden Pfeile in Figur 1
dargestellt. Im einzelnen können hinsichtlich der (loo) Planarorientierung metallreiche Drähte nur stabil in der <loo>
Richtung wandern. Zusätzlich sind nur in der vertikalen <oll>
und der horizontalen <oll> Richtung liegende Drähte stabil in einer thermischen
Wanderung in der <Ίοο> Richtung. Die Form dieser stabilen
metallreichen Drähte ist in Figur 2 dargestellt. Die fest-flüssig Oberflächenspannung begründet eine Vergröberung der Enden der stabilen
metallreichen Flüssigdrähte.
Obwohl sie in derselben Planar (loo) Region liegen, sind Drähte von metallreicher Flüssigkeit, die in von den <£oll>und
<οΐΐ> Rich-
- 4 809819/1010^
tungen abweichenden Richtungen liegen, unstabil und brechen in eine
Reihe von mit quadratischer Grundfläche versehenen pyramidenförmigen Tropfen aus metallreichem, flüssigem Halbleitermaterial auf,
und zwar wegen der strengen Facettierung der Fest-Flüssig-Grenzschicht
der in diesen Richtungen liegenden Drähte. So sind beispielsweise in den <Ol2>
und <ο2Ϊ> Richtungen liegende Drähte unstabil.
Die Dimensionen der Metalldrähte beeinflussen ebenfalls die Stabilität
derselben. Nur Metalldrähte, die in der Breite nicht größer als etwa loo /u sind, sind stabil während der thermischen Wanderung
der Drähte in der <doo> Richtung über eine Distanz von zumindest
1 cm in den Körper aus Halbleitermaterial. Die Drahtstabilität wächst mit abnehmender Drahtgröße. Je mehr die Größe des Flüssigmetalldrahtes
loo μ überschreitet, desto kleiner ist die Durchdringungsdistanz
des Flüssigdrahtes während der thermischen Wanderung, bevor der Draht unstabil wird und aufbricht.
Ein kritischer und die Flüssigmetalldrahtstabilität während der thermischen Wanderung beeinflussender Faktor ist die Parallelität
des aufgebrachten Temperaturgradienten in bezug auf die <Ίοο)>
, <llo> oder <111> kristallographischen Richtungen. Eine außerachsige
Komponente des Temperaturgradienten vermindert im allgemeinen die Stabilität des der thermischen Wanderung unterliegenden Flüssigdrahtes,
indem ein Entstehen zahnähnlicher Facetten in den Seitenflächen des Drahtes begründet wird. Wenn diese Facetten zu groß
werden, führt dieses zu einem Aufbrechen des Drahtes und zum Verlust seiner Kontinuität.
Die Stabilität von in einer (111) Ebene liegenden und in einer <111>
Richtung wandernden Drähten durch einen Körper aus Halbleitermaterial ist nicht empfindlich in bezug auf die kristallographische
Richtung des Drahtes. Diese allgemeine Stabilität von in der (111) Ebene liegenden Drähten ergibt sich aufgrund der Tatsache,
daß die (111) Ebene die Facettenebene für das metallreiche Flüssigkeit-Halbleitersystem ist. Die morphologische Form eines
Drahtes in der (111) Ebene ist in Figur 3 dargestellt, und die
509819/1010
oberen und unteren Oberflächen befinden sich in der (1X1) Ebene.
Daher sind die vorderen und rückwärtigen Seiten dieser Drähte stabil,
vorausgesetzt, daß die Drähte eine bevorzugte Weite nicht überschreiten.
Die Seitenflächen eines in der (111) Ebene liegenden Drahtes sind
nicht gleichermaßen stabil wie die oberen und unteren Oberflächen. Kanten von den in <ΊΪο>,
<1οϊ> und <οΐϊ> Richtungen liegenden Seitenflächen haben Ebenen vom (111) Typ als Seitenflächen. Demzufolge
sind diese Drähte stabil in bezug auf irgendeine Seitendrift, die durch eine Komponente des Temperaturgradienten erzeugt werden
kann, der nicht im wesentlichen mit der <111> Achse ausgerichtet ist. Andere Drahtrichtungen~Mlll) Ebene, wie beispielsweise die
<^112> Drahtrichtung, führen zu Auszackungen an ihren Seitenflächen,
wenn sie als Ergebnis eines etwas außerachsigen Temperaturgradienten seitwärts driften. Gegebenenfalls bricht der kontinuierlich
wandernde Draht vollständig auf oder biegt sich in eine Linienrichtung vom <£llo>
Typ. Deshalb erlaubt ein angemessen gut ausgerichteter Temperaturgradient die thermische Wanderung von Drähten der
<^112 J>
Richtung durch Körper aus Halbleitermaterial mit einer Dicke von 1 cm aufgrund des Temperaturgradienten-Zonenschmelzvorgangs,
bevor der Draht aufbricht oder Auszackungen an den Kanten des wandernden Drahtes auftreten. +) in der
Beim thermischen Wandern von Flüssigdrähten durch Körper aus Halbleitermaterial
mit einer anfänglichen (111) Plättchenebene lauten die stabilsten Drahtrichtungen
<'οΐϊ>, <1οϊ>
und <ΐΐο>. Die Weite eines jeden dieser Drähte kann bis zu etwa 5oo μ bei Aufrechterhaltung'
der Stabilität während der thermischen Wanderung betragen.
Irgendeine andere Drahtrichtung in der (111) Ebene, die nicht zuvor
beschrieben wurde, kann ebenfalls zu einer thermischen Wanderung durch den Körper aus Halbleitermaterial führen. Jedoch haben
die Drähte mit diesen Drahtrichtungen die geringste Stabilität aller Drahtrichtungen der (111) Ebene bei Anwesenheit eines außerachsigen
Temperaturgradienten. Drähte einer Weite bis zu 5oo ^i
sind stabil während einer thermischen Wanderung, und zwar hinsicht-
509819/1010
lieh aller in der (111) Ebene liegenden Drähte, unabhängig von der
Drahtrichtung.
Es wurde festgestellt, daß nur eine Drahtrichtung einen stabilen Draht für eine Wanderung in der
<Ί1ο> Achse erzeugt. Diese Drahtrichtung ist die <Ilo>
Richtung auf einer (llo) Ebene, Die morphologische Form des stabilen Drahtes ist in Figur 4 dargestellt.
Die Erfindung wird an den nachfolgenden Beispielen näher erläutert:
Ein N-Typ, Io Ohm-Zentimeter Silizium-Einkristallkörper mit einem
Durchmesser von 2,5 cm U Zoll) und einer Dicke von 1 cm sowie mit
einer <Cloo> Axialorientierung wurde geläppt, poliert sowie gesäubert,
und eine Schicht aus Siliziumoxid wurde auf eine (loo) Planaroberfläche
aufgewachsen. Ein radiales Sonnenlinienmuster wurde durch das darüberliegende Oxid geätzt, und zwar unter Verwendung
von photolitographischen Techniken und eines selektiven Ätzens. Unter Verwendung des Siliziumoxids als Maske wurden die Radiallinien
des Sonnenmusters bis zu einer Tiefe 2o /i in die Siliziummasse eingeätzt.
Ein 2o μ dicker Aluminiumfilm wurde von einer Elektronenstrahlquelle in dem in das Silizium.eingeätzten Linienmuster abgelagert.
Das Aluminium hatte eine Reinheit von 99,9999 %. Das überschüssige
über der Siliziumoxidmaske liegende Aluminium wurde unter Verwendung von Schleifpapier der Type 6oo (6oo grit paper) abgeschliffen,
wobei die geätzten Linienmusternuten zur Bildung der Metalldrähte für eine thermische Wanderung mit Aluminium gefüllt
blieben.
Der vorbereitete Siliziumkörper wurde in einer Elektronenstrahl-Thermowanderungsapparatur
angeordnet. Es wurde ein im wesentlichen gleichförmiger vertikaler Temperaturgradient längs der Cloo.)Achse
erzeugt und aufrechterhalten, um die Drähte einer thermischen Wanderung durch den Siliziumkörper zu unterwerfen. Der Temperaturgradient
betrugt 5o°C/cm bei einer Ofentemperatur von 12oo°C und einem Druck von 1 χ Io Torr. Es erfolgte eine thermische Wanderung der
Drähte durch den Siliziumkörper in weniger als 12 Stunden.
mm Τ M
509819/1010
Nach Beendigung der thermischen Wanderung der Metalldrähte wurden der Ofen gekühlt und der Siliziumkörper für eine überprüfung vorbereitet.
Die überprüfung des Körpers ergab/ daß nur in den ^Ol 1>
und <folI/>
Richtungen liegende Drähte für eine thermische Wanderung in der <floo>
Achse stabil sind. Eine überprüfung dieser thermisch gewanderten Drähte zeigte klar eine Vergröberung der Drahtenden
als Ergebnis der fest-flüssig Oberflächenspannung.
In den </ool> und <OloJ>
Richtungen liegende Metalldrähte waren unstabil und brachen in eine Reihe von pyramidenförmigen Tropfen
mit quadratischer Grundfläche auf, und zwar nach einer thermischen Wanderung von nur 3 mm in dem Siliziumkörper. Es wurde eine forcierte
Facettierung der Fest-Flüssig-Grenzschicht der in diesen
Richtungen liegenden Drähte beobachtet.
Ein zweiter Siliziumkörper derselben Größe und Kristallorientierung
wurde wie in Beispiel I vorbereitet, mit dem Unterschied, daß eine Reihe von Linien mit variierendem Durchmesser von 5o bis 2oo μ längs
der ^ollj> Richtung der (loo) Planaroberfläche des Körpers angeordnet
wurde. Die thermische Wanderung der Drähte wurde in derselben Weise
wie zuvor durchgeführt.
Eine überprüfung des Halbleiterkörpers nach der Behandlung zeigte,
daß nur Drähte mit einem Durchmesser von unter etwa loo ^u stabil
waren. Dickere Linien konnten nur über kürzere Distanzen von bis zum Drei- bis Vierfachen der Drahtdicke in dem Siliziumkörper thermisch
wandern.
Das Experiment aus Beispiel I wurde wiederholt, mit dem Unterschied,
daß der Siliziumkörper eine O-H> Kristallorientierung hatte und
die Drähte in der (111) Planarregion lagen.
Die Ergebnisse des Experiments zeigten, daß die in einer (111) liegenden
und in einer <111> Richtung wandernden Drähte stabil waren. Die allgemeine Stabilität der Drähte beruht auf der Tatsache, daß
- 8 509819/1010
die (111) Ebene die Facettenebene in dem aluminiumreichen Flüsalgkeit-Siliziumsystem
ist. Sowohl die Vorder- als auch die Rückselten der Drähte sind stabil, vorausgesetzt, daß der Draht nicht zu dick
ist.
Die Drahtrichtungen <foll>, <1οϊ>
und <llo> haben sich während der thermischen Wanderung am stabilsten herausgestellt. Sie werden am
wenigsten beeinflußt, wenn der Temperaturgradient nicht weitgehend · mit der <^111>
Achse der Wanderung ausgerichtet ist. Die Drahtrichtungen <112>,
<211> und <121?waren die an nächster Stelle hinsichtlich der Stabilität folgenden Richtungen. Die übrigen Drahtrichtungen
sind am wenigsten stabil und werden am meisten durch einen nicht weitgehend mit der <Ίΐ1>
Achse ausgerichteten Temperaturgradienten beeinflußt. Drähte von weniger als etwa 5oo p. konnten zufriedenstellend
durch Siliziumkörper mit einer Dicke von 1 cm thermisch wandern.
Die Tabelle I faßt die Drahtrichtungen, die Richtungen der thermischen
Wanderung, die Drahtformen und Drahtgrößen zusammen, die eine stabile thermische Wanderung von aluminiumreichen Flüssigdrähten
durch Siliziummasse erlauben.
| Plättchen | Wänderungs- | Stabile | Stabile |
| ebene | richtung | Drahtrichtungen | Drahtgrößen |
| (loo) | ^loo^ | <Coll^ +) | <1οο μ |
| <ToIl > +) | <1οο μ | ||
| (Ho) | <Ίΐο> | <1ΪΟ> +) | < 15ο μ |
| (111) | <111 > (a) | <οΐϊ> | |
| <1οϊ> | <5οο μ | ||
| <ΐϊο> |
(b)
* +) <5οο μ
(c) irgendeine andere
Richtung in der <5oo μ (111) Ebene +)
+) Die Stabilität des wandernden Drahtes ist abhängig von der Ausrichtung des thermischen Gradienten mit der £loo>,
<llo> und <lll> Achse.
++) Die Gruppe a ist stabiler als die Gruppe b, die ihrerseits stabiler als die Gruppe c ist.
509819/1010
In ähnlicher Weise können andere Metalldrähte thermisch durch Silizium,
Germanium und Siliziumkarbid wandern. Das Verfahren wird besonders in der Halbleitertechnik verwendet, bei der Planarregionen
in Körpern aus Halbleitermaterial erzeugt werden. Insbesondere werden durch Anwendung geeigneter Metalle Planarregionen mit ausgewähltem spezifischen Widerstand und ausgewählter Leitfähigkeitstype in Körpern aus Halbleitermaterial erzeugt. Das Material dieser
Planarregionen stellt rekristallisiertes Material des Körpers dar, in dem die thermische Wanderung durchgeführt wird, und weist
eine feste Löslichkeit des Metalls auf. Durch Silizium vom N-Typ gewanderte Aluminiumdrähte erzeugen Plancirregionen mit einer Leitfähigkeit
vom P-Typ. Ein PN-Übergang wird durch benachbarte Oberflächen des Siliziums vom N-Typ und des Siliziums vom P-Typ gebildet.
Der PN-Übergang ist gut begrenzt und stellt einen Stufenübergang dar. Der spezifische Widerstand der so gebildeten Regionen
beträgt 8 χ Io Ohm-Zentimeter.·
Der spezifische Widerstand der Regionen vom P-Typ kann durch eine thermische Wanderung eines Metalldrahtes aus Zinn-Aluminium durch
das Halbleitermaterial vermindert werden. Zinn beeinflußt nicht die Leitfähigkeit des Materials. Der spezifische Widerstand der Region
kann durch Verändern der Zusammensetzung des Zinn-Aluminiumdrahtes
ausgewählt werden.
In ähnlicher Weise bilden Metalldrähte aus Gold-Antimon bei einer thermischen Wanderung durch Silizium vom N-Typ einen Planarbereich
vom N-Typ.,. dessen spezifischer Widerstand von der im Draht anfänglich anwesenden .Antimonmenge abhängt.
Während zwar die bevorzugten Linienrichtungen, PlanarOrientierungen
und Achsen der thermischen Wanderung beschrieben worden sind, können Metalldrähte in irgendeiner Richtung bei irgendeiner der beschriebenen
Planarregionen einer thermischen Wanderung unterliegen. Jedoch ist die Distanz der thermischen Wanderung begrenzt und veränderlich.
Die vorliegende Erfindung kann jedoch zufriedenstellend auch hinsichtlich dieser anderen Drahtrichtungen durchgeführt werden,
vorausgesetzt, daß der Körper aus Halbleitermaterial nur etwa
- Io -
509819/1010
- Io -
die gewöhnliche Dicke von normalen in der Halbleiterindustrie angewendeten Plättchen hat.
Zusätzlich zu den bevorzugten Drahtrichtungen für die verschiedenen
Planarorientierungen wurde festgestellt, daß irgendeine Drahtrichtung für die drei Planarorientierungen zufriedenstellend durch
einen dünnen Körper aus Halbleitermaterial wandert. Der dünne Körper
sollte vorzugsweise nicht größer als das Drei- bis Vierfache der bevorzugten Dicke der auf der Oberfläche des Körpers zwecks
thermischer Durchwanderung abgelagerten Metallschicht sein. Deshalb sollte für eine thermische Wanderung von Aluminium durch einen
dünnen Siliziumkörper der letztere nicht dicker als etwa loo μ
sein.
Außerdem können auch dickere Drähte als die bevorzugten aus Tabelle
I thermisch durch einen dünnen Körper aus Halbleitermaterial wandern. Es wurde festgestellt, daß Metalldrähte thermisch durch
einen Körper aus Halbleitermaterial wandern können, der eine Dicke vom Drei- bis Vierfachen der Dicke des tatsächlich gewanderten
Drahtes hat. Es wurde ferner festgestellt, daß die thermische Wanderung dieser Metalldrähte zufriedenstellend praktiziert werden
kann, da die Drähte nicht die ausreichende Wanderungsdistanz haben, die zum Aufbrechen des Flüssigdrahtes erforderlich ist.
Die Erfindung wurde unter Bezug auf die Durchführung des Temperaturgradienten-Zonenschmelzens
in einer negativen Atmosphäre bzw. bei einem Unterdruck beschrieben. Es wurde jedoch festgestellt,
daß dann, wenn der Körper aus Halbleitermaterial ein dünnes Plättchen mit einer Dicke in der Größenordnung von o,25 mm (Io mil)
ist, der Temperaturgradienten-Zonenschmelzvorgang in einer inerten
Gasatmosphäre von Wasserstoff, Helium, Argon und ähnlichem in einem Ofen mit einer positiven Atmosphäre bzw. einem überdruck
durchführbar ist.
- Patentansprüche -
- 11 -
509819/1010
Claims (18)
1. Verfahren zum Erzielen einer thermischen Wanderung eines Metalldrahtes
durch einen Körper aus Halbleitermaterial, gekennzeichnet durch
a) ein Ablagern eines Metalldrahtes auf einer ausgewählten Oberfläche eines Körpers aus Halbleitermaterial mit einer bevorzugten
planaren Kristallstrukturorientierung, wobei die vertikale Achse des Körpers im wesentlichen mit einer ersten Achse der
Kristallstruktur ausgerichtet ist und wobei die Richtung des Metalldrahtes mit zumindest einer der anderen Achsen der Kristallstruktur
im wesentlichen zusammenfällt,
b) ein Erhitzen des Körpers und des Metalldrahtes auf eine Temperatur, die ausreicht, um auf der Oberfläche des Körpers
einen Flüssigdraht aus metallreichem Material zu bilden,
c) ein Errichten eines Temperaturgradienten längs im wesentlichen der Vertikalachse des Körpers und der ersten Achse der
Kristallstruktur und .
d) eine thermische Wanderung des metallreichen Flüssigdrahtes durch den Körper längs der ersten Achse der Kristallstruktur
zwecks Bildung einer Planarregion aus rekristallisiertem Material des Körpers.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ablagern des Metalldrahtes die ausgewählte Oberfläche des Kör-
• pers mit der bevorzugten planaren Kristallstrukturorientierung
selektiv geätzt wird, um rinnenähnliche Einsenkungen in einer bevorzugten Richtung in der Oberfläche auszubilden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Material des Körpers aus der Gruppe bestehend aus Silizium, Siliziumkarbid und Germanium ausgewählt ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Material Silizium mit einer N-Leitfähigkeit ist
und daß das Metall des Drahtes Aluminium ist.
- 12 -
5098 19/1010
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,
daß die bevorzugte planare Kristallorientierung (loö) ist,
daß ferner der Metalldraht in einer der Richtungen der Kristallstrukturachsen der Gruppe
<olX> und <oll>
ausgerichtet ist und daß die Richtung der ersten Achse, längs derer die thermische
Wanderung erfolgt, <loo> lautet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeich"
net, daß der Temperaturgradient 5o°C bis 2oo°C/cm beträgt und daß die thermische Wanderung bei einer Temperatur von 7oo°C
bis 135o°C durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die bevorzugte planare Kristallorientierung (111) ist, daß ferner der Metalldraht in einer Richtung ausgerichtet
ist, die irgendeiner der Drahtrichtungen in der (111) Planarregion
entspricht, und daß die Richtung der ersten Achse, längs derer1 die Wanderung erfolgt,
<ill> lautet.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalldraht
in einer ausgewählten Richtung der Gruppe <^οΐϊ>
, <ϊΐο/>
und ^lol^ausgerichtet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalldraht
in einer ausgewählten Richtung- aus der Gruppe <112,>,
<211> und<12]>
ausgerichtet ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die bevorzugte planare Kristallorientierung (llo) ist, daß ferner der Metalldraht in einer
<llo> Richtung ausgerichtet ist und daß die Orientierung, längs derer die Wanderung
erfolgt, die <fllo> Achse ist.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe
des Metalldrahtes nicht größer als etwa loo/a ist.
12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe
des Metalldrahtes nicht größer als etwa 5oo μ ist. - 13 -
509819/101 0
13. Verfahren nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die
Größe des Metalldrahtes nicht größer als etwa 15o ^u ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die bevorzugte planare Kristallorientierung (loo) ist, daß ferner der Metalldraht in irgendeiner Richtung ausgerichtet
ist, daß die Richtung der ersten Achse, längs derer die thermische Wanderung erfolgt, <^loo>>
lautet und daß die Dicke des Körpers der drei- bis vierfachen Dicke des Metalldrahtes
entspricht.
15. Verfahren nach einem der "Ansprüche 1-4 ur.d 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die bevorzugte planare Kristallorientierung (loo) ist, daß ferner der Metalldraht in irgendeiner Richtung ausgerichtet
ist, daß die Richtung der ersten Achse, längs derer die thermische Wanderung erfolgt, <loo>
lautet und daß die Dicke des Körpers nicht größer als etwa loo μ ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die bevorzugte planare Kristailorientierung (111)
ist, daß ferner der Metalldraht in irgendeiner Richtung ausgerichtet ist, daß die Richtung der ersten Achse, längs derer die
thermische Wanderung erfolgt, <111> lautet und daß die Dicke des Körpers der drei- bis vierfachen Dicke des Metalldrahtes entspricht..
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die bevorzugte planare Kristallorientierung (llo) ist, daß ferner der Metalldraht in irgendeiner Richtung ausgerichtet
ist, daß die Richtung der ersten Achse, längs derer die thermische Wanderung erfolgt, ^llo^ lautet und daß die Dicke des
Körpers dem Drei- bis Vierfachen der Dicke des Metalldrahtes· entspricht.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die bevorzugte planare Kristallorientierung (llo) ist, daß ferner der Metalldraht in irgendeiner Richtung ausge-
- 14 -
509819/1010
richtet ist, daß die Richtung der ersten Achse, längs derer die thermische Wanderung erfolgt, Olo^lautet und daß die Dicke des
Körpers nicht größer als etwa loo μ ist.
509819/1010
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US411018A US3899362A (en) | 1973-10-30 | 1973-10-30 | Thermomigration of metal-rich liquid wires through semiconductor materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2450930A1 true DE2450930A1 (de) | 1975-05-07 |
Family
ID=23627223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19742450930 Pending DE2450930A1 (de) | 1973-10-30 | 1974-10-25 | Thermische wanderung metallreicher fluessiger draehte durch halbleitermaterialien |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US3899362A (de) |
| JP (1) | JPS50100973A (de) |
| BR (1) | BR7409058D0 (de) |
| DE (1) | DE2450930A1 (de) |
| FR (1) | FR2249439A1 (de) |
| GB (1) | GB1492795A (de) |
| SE (1) | SE392181B (de) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1524854A (en) * | 1974-11-01 | 1978-09-13 | Gen Electric | Semiconductors |
| US4021269A (en) * | 1975-11-26 | 1977-05-03 | General Electric Company | Post diffusion after temperature gradient zone melting |
| US3998661A (en) * | 1975-12-31 | 1976-12-21 | General Electric Company | Uniform migration of an annular shaped molten zone through a solid body |
| US4006040A (en) * | 1975-12-31 | 1977-02-01 | General Electric Company | Semiconductor device manufacture |
| US3998662A (en) * | 1975-12-31 | 1976-12-21 | General Electric Company | Migration of fine lines for bodies of semiconductor materials having a (100) planar orientation of a major surface |
| US4012236A (en) * | 1975-12-31 | 1977-03-15 | General Electric Company | Uniform thermal migration utilizing noncentro-symmetric and secondary sample rotation |
| US4040868A (en) * | 1976-03-09 | 1977-08-09 | General Electric Company | Semiconductor device manufacture |
| US4076559A (en) * | 1977-03-18 | 1978-02-28 | General Electric Company | Temperature gradient zone melting through an oxide layer |
| JPS5469071A (en) * | 1977-11-14 | 1979-06-02 | Hitachi Ltd | Vapor deposition pre-processing method |
| JPS5494869A (en) * | 1978-01-11 | 1979-07-26 | Hitachi Ltd | Production of semiconductor device |
| US4159213A (en) * | 1978-09-13 | 1979-06-26 | General Electric Company | Straight, uniform thermalmigration of fine lines |
| US4178192A (en) * | 1978-09-13 | 1979-12-11 | General Electric Company | Promotion of surface film stability during initiation of thermal migration |
| US4159916A (en) * | 1978-09-13 | 1979-07-03 | General Electric Company | Thermal migration of fine lined cross-hatched patterns |
| US4180416A (en) * | 1978-09-27 | 1979-12-25 | International Business Machines Corporation | Thermal migration-porous silicon technique for forming deep dielectric isolation |
| US4170491A (en) * | 1978-12-07 | 1979-10-09 | General Electric Company | Near-surface thermal gradient enhancement with opaque coatings |
| US4190467A (en) * | 1978-12-15 | 1980-02-26 | Western Electric Co., Inc. | Semiconductor device production |
| US4168991A (en) * | 1978-12-22 | 1979-09-25 | General Electric Company | Method for making a deep diode magnetoresistor |
| US4466173A (en) * | 1981-11-23 | 1984-08-21 | General Electric Company | Methods for fabricating vertical channel buried grid field controlled devices including field effect transistors and field controlled thyristors utilizing etch and refill techniques |
| US5049978A (en) * | 1990-09-10 | 1991-09-17 | General Electric Company | Conductively enclosed hybrid integrated circuit assembly using a silicon substrate |
| CN104145334B (zh) | 2012-03-01 | 2018-05-22 | 皇家飞利浦有限公司 | 电子电路的线布置及其制造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2813048A (en) * | 1954-06-24 | 1957-11-12 | Bell Telephone Labor Inc | Temperature gradient zone-melting |
-
1973
- 1973-10-30 US US411018A patent/US3899362A/en not_active Expired - Lifetime
-
1974
- 1974-10-25 DE DE19742450930 patent/DE2450930A1/de active Pending
- 1974-10-28 GB GB46513/74A patent/GB1492795A/en not_active Expired
- 1974-10-29 BR BR9058/74A patent/BR7409058D0/pt unknown
- 1974-10-30 FR FR7436314A patent/FR2249439A1/fr not_active Withdrawn
- 1974-10-30 SE SE7413678A patent/SE392181B/xx unknown
- 1974-10-30 JP JP49124503A patent/JPS50100973A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2249439A1 (de) | 1975-05-23 |
| GB1492795A (en) | 1977-11-23 |
| JPS50100973A (de) | 1975-08-11 |
| SE392181B (sv) | 1977-03-14 |
| US3899362A (en) | 1975-08-12 |
| BR7409058D0 (pt) | 1975-08-26 |
| SE7413678L (de) | 1975-05-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2450930A1 (de) | Thermische wanderung metallreicher fluessiger draehte durch halbleitermaterialien | |
| DE2654063A1 (de) | Verfahren zum herstellen eines bandes aus polykristallinem halbleitermaterial | |
| DE1135671B (de) | Verfahren zum Herstellen eines pn-UEbergangs und/oder eines Gradienten eines elektrisch wirksamen Elements in einem Halbleiterkristall | |
| DE2523307C2 (de) | Halbleiterbauelement | |
| DE2812658C3 (de) | Verfahren zum selektiven Diffundieren von Aluminium in ein Einkristall-Siliciumhalbleitersubstrat | |
| DE1544329A1 (de) | Verfahren zur Herstellung epitaxialer Schichten bestimmter Form | |
| DE1223951B (de) | Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-bauelementen mit einem oder mehreren PN-UEbergaengen | |
| DE1915549B2 (de) | Verfahren zum epitaktischen aufwachsen von siliciumcarbidschichten | |
| DE1564191B2 (de) | Verfahren zum herstellen einer integrierten halbleiterschaltung mit verschiedenen, gegeneinander und gegen ein gemeinsames siliziumsubstrat elektrisch isolierten schaltungselementen | |
| DE2523055A1 (de) | Minoritaetstraeger-trennzonen fuer halbleitervorrichtungen und verfahren zu ihrer herstellung | |
| DE3019635A1 (de) | Verbesserung eines verfahrens zur herstellung von platten-, band- oder folienfoermigen siliziumkristallkoerpern fuer solarzellen | |
| DE1166938B (de) | Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung | |
| EP0005744B1 (de) | Verfahren zum Aufwachsen von Epitaxieschichten auf selektiv hochdotierten Siliciumsubstraten | |
| DE2659303A1 (de) | Verfahren zum herstellen von halbleiterelementen | |
| DE2517252A1 (de) | Halbleiterelement | |
| DE2931432A1 (de) | Eindiffundieren von aluminium in einem offenen rohr | |
| DE1280416B (de) | Verfahren zum Herstellen epitaktischer Halbleiterschichten auf elektrisch leitenden Schichten | |
| DE2439535A1 (de) | Verfahren zum eindiffundieren aktiver stoerelemente in halbleitermaterialien | |
| DE1019013B (de) | Verfahren zur Bildung einer Inversionsschicht in Flaechenhalbleitern nach dem Rueckschmelz-Verfahren | |
| DE1564373C3 (de) | Legierungsdiffusionsverfahren zur Herstellung einer Siliziumdiode | |
| DE2209534A1 (de) | Micro-Alloy-Epitaxie-Varactor und Verfahren zu dessen Herstellung | |
| DE2542603A1 (de) | Lichtemittierendes halbleiterbauelement | |
| DE2709628A1 (de) | Verfahren zum herstellen von halbleitern | |
| DE2811207A1 (de) | Temperaturgradient-zonenschmelzverfahren durch eine oxidschicht | |
| DE1097571B (de) | Flaechentransistor mit drei Zonen abwechselnden Leitfaehigkeitstyps |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHJ | Non-payment of the annual fee |