DE2659320A1 - Verfahren zum herstellen eines halbleiterkoerpers - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines halbleiterkoerpers

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DE2659320A1
DE2659320A1 DE19762659320 DE2659320A DE2659320A1 DE 2659320 A1 DE2659320 A1 DE 2659320A1 DE 19762659320 DE19762659320 DE 19762659320 DE 2659320 A DE2659320 A DE 2659320A DE 2659320 A1 DE2659320 A1 DE 2659320A1
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semiconductor material
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planar
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DE19762659320
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Thomas Richard Anthony
Mike Fushing Chang
Harvey Ellis Cline
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General Electric Co
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Description

exijes H.albleifceÄprpers.
Die Erfimdlianig" betrifft eIn.¥erfatoir.enj.zpjip..Ilers'fcellepi.;e^Eies.:HaIb lelfcer-korpers ait dieia Zoneiasctiimelzera njaniter1 Änwencfang eines ■isclieii ©radHentfeeit zpr· Scliaffong rfmigföFimiger1 leglonen eines
Einige toekamnfee Leistiuflnigshialblelterelememite weisein für1 schledeme elekferiscEie Funktionen ringfSrmilge Regionen auf. Zmsätzlleli iiafoeim viele Elemente eine kreis- oder scheiben artige Pelletkonfigiisration. Bisher sind diese kreisförmigen Regionen durch einfache oder Doppe!diffusion erhalten worden. Probleme bei der Ausrichtung, die ¥erfahrenstemperaturen» —zelt und die Zahl der ¥erfahrensstufen und Stallehe Schwierigkeiten haben dazu geführt, daü> itostrengungen unternommen wurden, verbesserte ¥erfahren zur ¥errlngerung der ¥erfahrenszelten„aur ¥erbessung der Ausrichtung und zur Erhöhung der Ausbeute an Elementen
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BAD ORIGINAL
unter Beibehaltung der Verlässlichkeit tier Elemente zu finden.-'
W.G. Pfann beschreibt in seinem Buch "Zone Melting", John Wiley and Sons, Inc. New York (I96-6) ein Zohensehntelzverfahreri "mit''" '""' thermischen" Gradienten zur Herstellung verschiedener Konfigura-" " tionen in einem Körper" aus Halbleitermaterial." Das Verfahren ist ursprunglieh in" der US-PS 2' 813 Q-1IS offenbart worden. In beiden "Fällen werden"in der Oberfläche des Körpers im allgemeinen 'Vertiefutigen ausgebildet und in diesen Vertiefungen wird jeweils ein Stiick Draht des zu bewegenden Metalles angeordnet. Man "kann jedoch auch eine Metallschicht auf der Oberfläche aufbringen. Die erhaltenen Strukturen sind jedoch für die kommerzielle "An-'"" ' Wendung zur Halbleiterhersteilung nicht geeignet. "
Tn der US-PS 3 897 277 ist das Legieren" von Aluminium an eine' ""''"" Oberfläche eines Körpers aus Silizium-Halbleitermaterial besehrieben, um die Ausrichtung des Musters von zu bewegenden Metallnieders'chlägen beizubehalten. Die genaue Ausrichtung des Metalles ist jedoch noch immer problematisch, wenn man eine Genauigkeit erhalten will, wie sie zur Herstellung"einer "Reihe tiefer Dioden erforderlich ist, die zur Hers"teilung von Röntgenstrahlbildgeräten geeignet ist. - ■■■■■--■■--■■-■■ -..,...,
In der US-PS 3 904 kh'l ist die""Anwendung ausgewählten Stzens' der Oberfläche und einer bevorzugten kristallographischein Orientierung' beschrieben, 'um das Zonenschmelzen unter thermischen! Gradienten für die' komme"rzieIle|HersteIlung von Halbleiterelementen anzuwenden." Dieses7 "Verbesserte" Verfahren führte zu' großen' "'-' Energ'ieeinsparurigen bei der Herstellung der Halb leit'ere le men te ' "" und zu Erhöhten Äusbeutemi. Versuchte man jedoch ringförmige ' MetalldrSite durch" Halbleitermaterial zu bewegen, dann erhielt man dabei keine* wirklich ring- oder kreisTSrmi'ge Region. "Die erhaltenen Regionen waren vielfltehr durch und durch zusammen- ''"■■-hängend. Eine genaue^Untersuchung der Region ergab, daß es eine'
■"■--" ' . -,--. - ' ·-. ;■.-- ■■■" --· - - - - -integral/-,. -. ■-,.--- - ·■.-:-.-■ Kolnfi'guräuioh aus kurzen» geraden Regionen mitYden wechselseitig benachbarten geraden :egionen war. Das Aussehen und die Funktion
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der Konfiguration waren die gleichen als wenn eine wirkliche ring- oder kreisförmige Struktur vorhanden gewesen wäre.
Eine Untersuchung des Verfahrens ergab zwei Hauptgründe für das Michterhalten der erwünschten Form. Das Zentrum des behandelten Körpers erhält einen größeren Anteil der angewendeten Energie und infolgedessen ist seine Temperatur höher als die der Peripherie- der Scheibe oder des Körpers. Es ist daher ein seitlicher oder radialer Temperaturgra—dient vorhanden und dieser verzerrt die durch den festen Körper bewegte geschmolzene Zone. Ein zweiter beobachteter Effekt ist, daß als Ergebnis der Veränderung des Einfallswinkels des Lichtes, das von der Strahlungsquelle ausgesandt wird, ein Temperaturab.fall eintritt. Auch dadurch erhält das Zentrum der Scheibe mehr thermische Energie als die äußere Peripherie. Durch diesen Umstand wird daher der thermische Gradient zwischen dem Zentrum und der äußeren Peripherie des Körpers oder der Scheibe weiter verstärkt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein neues und verbessertes Zonenschmelzverfahren mit thermischen Gradienten zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere sollen seitliche und/oder radiale Temperaturgradienten möglichst klein gehalten werden. Auf diese Weise soll die Herstellung ringförmiger Strukturen in einer Scheibe aus Halbleitermaterial ermöglicht werden.
Zur erfiηdungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe wählt man zuerst einen Körper aus einkristallinem Halbleitermaterial mit zwei gegenüberliegenden Hauptoberflächen aus, welche die obere und die untere Oberfläche des Körpers bilden. Der Körper weist auch einen vorbestimmten spezifischen Widerstand und eine vorbestimmte Leitfähigkeitsart, eine bevorzugte kubische Diamantkristallstruktur, eine bevorzugte plahare (lll)-Kristallorientierung für mindestens die obere Oberfläche auf. Weiter hat der Körper eine vertikal Achse, die im wesentlichen senkrecht zu mindestens der oberen Oberfläche verläuft und die im wesentlichen
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parallel zu einer ersten bevorzugten Kristallachse der Richtung verläuft.
Dann wird eine Metallschicht vorbestimmter Dicke in Form eines Metalldrahtes mit der vorbestimmten ringförmigen Konfiguration
der
auf die Oberfläche /(Hl)-Ebene aufgebracht. Der Körper wird auf einer tragenden Oberfläche in einem vorbestimmten Abstand von deren Vertikalachse angeordnet. Dann rotiert man den Körper gleichzeitig in einer nicht-zentrumssymmetrischen Weise um die Vertikalachse der tragenden Oberfläche und um die Vertikalachse des Körpers. Der Körper aus Halbleitermaterial und die aufgebrachte Metallschicht werden dann auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, die ausreicht eine Schmelze aus metallreichem Halbleitermaterial auf der Oberfläche des Körpers zu bilden, während der gleichzeitige Doppelrotationszyklus des Körpers fortgesetzt wird. Dann richtet man im wesentlichen parallel mit der Vertikalachse des Körpers und der Kristallachse <111> einen Temperaturgradienten ein und setzt die obige Rotation fort. Die Oberfläche des Körpers, auf der die Schmelze gebildet ist, wird bei der tieferen Temperatur gehalten. Diese Schmelze aus metallreichem Halbleitermaterial wird dann als geschmolzene Zone durch den festen Körper aus Halbleitermaterial bewegt. Die Bewegung wird für eine ausreichende Zeitdauer fortgesetzt, um einen vorbestimmten Abstand von der Oberfläche in dem Körper zu erreichen, wobei die Rotation weiter fortgesetzt wird. Die Wanderung der geschmolzenen Zone führt zur Bildung einer ringförmigen Region rekristallisierten Halbleitermaterials des Körpers, die in fester Löslichkeit das aufgebrachte Metall enthält. Die gebildete ringförmige Region weist eine im wesentlichen gleichförmige Querschnittsfläche und einen im wesentlichen gleichförmigen spezifischen Widerstand durch die ganze Region auf. Die ringförmige Region schließt innerhalb ihrer peripheren Oberfläche eine zylindrische Region des Körpers ein, die aus einem vorbestimmten Volumen des Körpermaterials besteht und isoliert diese von dem Rest mit gleichem Leitfähigkeitstyp. Die Wanderung kann so ausgeführt werden, daß eine ringförmige durch den ganzen Körper hindurch-
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gehende Region gebildet wird, so daß die Wanderung erst an der gegenüberliegenden Hauptoberfläche beendet wird oder man kann eine ringförmige Region erzeugen, die sich von der einen Oberfläche nur für eine vorbestimmte Distanz in den Körper hinein erstreckt. Die sich nicht völlig durch den Körper erstreckende ringförmige Region wird vorzugsweise mit einem Verfahren hergestellt, mit dem man Pingerdioden erzeugt.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf ein Halbleiterelement, das gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt wird,
Figur 2 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt des Elementes der Figur 1 entlang der Schnittebene 2-2,
Figur 3 ein geeignetes Mittel zur Halterung des Elementes der Figuren 1 und 2 für die weitere Behandlung,
B'igur H eine Draufsicht, die die gleichzeitige Rotation einer Vielzahl von Elementen der Figur 1 gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
Figur-5 eine Draufsicht auf ein Element mit einer Vielzahl ringförmiger Regionen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind und
Figuren 6, "J3 8 und 9 Seitenansichten von Halbleiterkörpern, die gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt worden sind.
In Figur 1 ist ein Körper 10 aus Halbleiter mit einem vorbestimmten spezifischen Widerstand/einer vorbestimmten ersten Leitfähigkeitsart und einer kubischen Diamantkristallstruktur gezeigt. Der Körper 10 weist zwei gegenüberliegende Hauptoberflächen 12 und auf, welche die obere und die untere Oberfläche des Körpers bilden.
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Das Halbleitermaterial des Körpers 10 kann Silizium, Germanium, Siliziumcarbid, Galliumarsenid, eine Verbindung aus einem Element der Gruppe II und einem Element der Gruppe VI oder eine Verbindung eines Elementes dar Gruppe III und eines Elementes der Gruppe V des Periodensystems der Elemente sein.
Die Oberfläche 12 des Körpers 10 hat eine bevorzugte planare Orientierung in der (131)-Ebene. Diese bevorzugte planare Orientierung ist erwünscht, da bereits früher erkannt worden ist, daß dann irgendeine Drahtrichtung stabil durch eine Scheibe mit einer Dicke von 0,15 mm , 0,25 mm oder mehr je nach der Größe des bearbeiteten Halbleiterelementes und der für eine richtige Punktion des Elementes erforderlichen physikalischen Eigenschaften wandert. Der Körper 10 hat daher eine bevorzugte kristallographische Orientierung seiner kubischen Diamantkristallstruktur, bei der die <111>Achse im wesentlichen ausgerichtet ist mit der Vertikalachse des Körpers 10. Diese Vertikalachse verläuft im wesentlichen senkrecht zur oberen Oberfläche 12.
Der Körper 10 wurde zur Beseitigung von Oberflächenfehlern mechanisch poliert, chemisch geätzt und in entionisiertem Wasser gespült und danach in Luft getrocknet. Dann ordnete man eine säurebeständige Maske 16 auf der Oberfläche 12 des Körpers 10 an, die vorzugsweise aus Siliziumoxid besteht und die entweder thermisch aufgewachsen oder aufgedampft wird, wobei die dafür angewendeten Verfahren bekannt sind. Andere geeignete Materialien für die Schicht oder Maske 16 sind Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid und ähnliche. Unter Anwendung bekannter photolithographischer Techniken wird ein Photoresist,wie z. B. Kodak-Metall-Etch-Resist auf der Oberfläche der Siliziumoxidschicht 16 angeordnet. Der Resist wird durch Erhitzen auf eine Temperatur von 80°C getrocknet. Dann legt man eine geeignete Maske mit der gewünschten ring- oder kreisförmigen Konfiguration vorbestimmter Weite auf die Schicht aus Photoresist und belichtet mit UV. Danach wäscht man die Photoresist-Schicht in Xylol, um Fenster in der Maske zu öffnen, wo die ringförmige geometrische Konfiguration entstehen soll, damit man anschließend das in den Penstern
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- r-
beigelegte Siliziumoxid der Schicht 16 selektiv ätzen kann.
Das selektive Ätzen der* Schicht 16 aus Siliziumoxid erfolgt mit einer gepufferten Fluorwasserstoffsäurelösung (NH^F-HF). Das Ätzen erfolgt bis ein zweiter Satz von Fenstern 18, der den Fenstern in der Photoresist-Maske entspricht, in der Schicht aus Siliziumoxid geöffnet ist und ausgewählte Teile der Oberfläche 12 des Körpers 10 aus Silizium frei- gelegt sind. Der Körper 10 wird in entionisiertem Wasser gespült und getrocknet. Den Rest der Photoresist-Maske entfernt man durch Ein tauchen in konzentrierte Schwefelsäure bei 180 C oder durch Eintauchen in eine frisch bereitete Mischung aus 1 Volumenteil Wasserstoffperoxid und 1 Volumenteil konzentrierter Schwefelsäure.
Das selektive chemische Ätzen der freigelegten Oberfläche des Körpers 10 erfolgt mit einer gemischten Säurelösung, die aus 10 Volumenteilen 70 %iger Salpetersäure, H Volumenteilen 100 %lgev Essigsäure und 1 Volumenteil ^48 $iger Fluorwasserstoffsäure besteht. Bei einer Temperatur von 20-30 C ätzt die gemischte Säurelösung das Silizium des Körpers 10 selektiv mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 um/min. In die Oberfläche 12 des Körpers 10 wird unterhalb der Fenster 18 in der Oxidschicht 16 eine ringförmige trogartige Vertiefung 20 geätzt. Dieses Ätzen wird fortgesetzt, bis die Tiefe des Troges 20 etwa gleich der Weite. des Fensters 18 der Siliziumoxidschicht 16 ist. Es ist jedoch festgestellt worden, daß die Tiefe des Troges 20 nicht größer als etwa 100 um betragen sollte, weil sonst ein Unterschneiden der Siliziumoxidschicht 16 auftritt, was einen nachteiligen Einfluß auf die Weite der durch den Körper 10 zu bewegenden geschmolzenen Zone haben würde. Vorzugsweise wird eine Tiefe von 25 um für das erfindungsgemäße Verfahren angewendet. Ein Ätzen für etwa 5 Minuten bei einer Temperatur von 25 °C führt zu einem Trog 20 mit einer Tiefe von 25 - 30 um bei einer Weite des Fensters 18 von 10 - 500 um . Der geätzte Körper 10 wird in destilliertem Wasser gespült und trockengeblasen. Hierfür ist vorzugsweise ein Gas, wie Vveon, Argon und ähnliche geeignet.
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Der so vorbereitete Körper 10 wird dann in einer Bedampfungs- ' kammer angeordnet. Es wird eine Schicht 22 aus einem geeigneten Metall auf den verbliebenen Teilen der Schicht 16 aus Siliziumoxid und auf dem freigelegten Silizium in dem ringförmigen Trog 20 niedergeschlagen. Das Metall in dem Trog 20 ist der durch den festen Körper 10 zu bewegende Draht. Das Metall der Schicht 22 umfaßt ein Material.das entweder im wesentlichen rein ist oder mit ein oder mehr Materialien vermischt ist, um dem Material des Körpers 10, durch welches das Metall wandert, einen gemischten oder zweiten und entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu verleihen. Die Dicke der Schicht 22 ist etwa gleich der Tiefe des Troges Beträgt daher die Tiefe des Troges 20 20 - 25 ,um, dann hat die Schicht 22 eine Dicke von etwa 20 - 25 um. Ein geeignetes Material für die Metallschicht 22 ist Aluminium, um p-leitende Regionen in n-leitendem Silizium zu erhalten. Vor dem Bewegen der im Trog 20 befindlichen Metalldrähte durch den Körper 10 aus Silizium wird das überschüssige Metall der Schicht 22 von der Siliziumoxidschicht 16 auf igendeine geeignete Weise entfernt, z. B. durch Abschleifen des überschüssigen Metalles mit Knrbidpapier (600 Grit) und mittels photolithographischer Techn.. .n zum selektiven chemischen Ätzen des überschüssigen Metalles der Schicht 22.
Es ist festgestellt worden, daß das Aufdampfen der Schicht 22 aus Aluminium bei einem Druck von etwa 10 J Torr und nicht größer
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als 5 x 10 J Torr ausgeführt werden sollte. Beträgt der Druck mehr als 3 x ΙΟ"-3 Torr, dann wurde im Falle von in dem Trog 20 durch Bedampfen niedergeschlagenem Aluminium festgestellt, daß dieses Aluminium nicht in das Silizium eindringt und also auch nicht durch den Körper 10 wandert. Es wird angenommen, daß die Aluminiumschicht mit Sauerstoff gesättigt ist und die Reduktion der sehr, dünnen Siliziumoxidschicht, die sich zwischen dem niedergeschlagenen Aluminium und dem Silizium befindet und die kurz nach dem Ätzen der Tröge 18 in Luft gebildet wurde, durch das Aluminiummetall verhindert. Es wird daher die für die Wanderung
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erforderliche Schmelze aus Aluminium und Silizium nicht erhalten, da das Aluminium die Siliziumgrenzfläche nicht benetzen kann. Auch durch Zerstäuben aufgebrachtes Silizium ist nicht geeignet, da das Silizium ebenfalls aufgrund des Verfahrens sauerstoffgesättigt zu sein scheint, was wiederum die Reduktion einer zwischenliegenden Siliziumoxidschicht verhindert. Die bevorzugten Verfahren zum Aufbringen von Aluminium auf den Siliziumkörper 10 sind die mittels Elektronenstrahls und ähnliche^ bei denen, wenn überhaupt, nur sehr wenig Sauerstoff im Aluminium eingeschlossen werden kann.
Der mit der Metallschicht 22 versehene Körper 10 wird danach in einer Vorrichtung zum thermischen Wandern angeordnet und der ringförmige Metalldraht 22 in dem Trog 20 wird aufgrund eines angelegten thermischen Gradienten durch den Körper 10 bewegt. Der Körper 10 ist in dem Ofen in einer Weise angeordnet, daß eine Quelle von Strahlungsenergie 50, wie eine Infrarotquelle nicht direkt auf den Körper 10 strahlt. Der Körper 10 ist,wie in Figur 3 veranschaulicht, auf einem Tisch 52 in einer Weise montiert, daß die untere Oberfläche 14 bei einer Temperatur gehalten ist, die ausreicht, einen thermischen Gradienten einzurichten und aufrechtzuerhalten, der für die Bewegung des Drahtes 22 durch den Körper 10 erforderlich ist. Vorzugsweise rotiert der Tisch 52, wie in Figur 4 veranschaulicht, um seine vertikale Achse oder eine erste zentrale Linie und die zentrale Linie der Energiequelle ist vorzugsweise mit dieser ersten zentralen Linie ausgerichtet. Die Rotation des Tisches 52 kann sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn erfolgen.
Der Körper 10 ist auf einem Teil des Tisches 52 montiert, der eine Einrichtung aufweist, um den Körper 10 um seine eigene vertikale Achse oder eine zweite zentrale Linie rotieren zu lassen. Auch der Körper 10 kann entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn rotieren. Die Richtung der Rotation des Körpers 10 muß nicht die gleiche sein, wie die des Tisches 52.
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Bei der kommerziellen Herstellung, wie sie in Figur 4 veranschaulicht istj können mehr als ein Körper 10 gleichzeitig dem Zonenschmelzen mit thermischen Gradienten unterworfen werden. Die Körper 10 sind auf dem Tisch 52 derart angeordnet, daß alle Vertikalachsen oder jede zweite zentrale Linie der Körper im gleichen Abstand von der Vertikalachse oder der ersten Zentrumslinie des Tisches 52 liegen. Da der Tisch 52 um seine Vertikalachse oder eine erste zentrale Linie rotiert, rotiert jeder Körper 10 um seine eigene vertikale Achse oder eine zweite Zentrumslinie und stellt dadurch einen thermischen Nullgradieriten über den Durchmesser seiner Hauptoberfläche 14 sicher. Für eine Quelle 50 für IR-Energie in einem Abstand von 2 cm von der oberen Oberfläche 54 des Tisches 52 hat sich eine Rotation des Tisches 52 von einer Umdrehung pro Minute und für jeden Körper eine solche von fünf Umdrehungen pro Minute als, günstig erwiesen. Wie in Figur 5 gezeigt, kann mehr als eine ringförmige Region in jedem Körper 10 gebildet werden.
Ein thermischer Gradient von etwa 50°C/cm zwischen der unteren Oberfläche 14, die die heiße Fläche ist und der oberen Oberfläche 12, die die kalte Fläche ist, hat sich als geeignet erwiesen, wenn die Betriebstemperatur der Vorrichtung im Bereich von bis l400°C liegt. Das Zonenschmelzen wird für eine ausreichend lange Zeit ausgeführt, um den Metalldraht als geschmolzene Zone durch den festen Körper 10 zu bewegen. Ein Aluminiumdraht mit einer Dicke von 20 um benötigt bei einem thermischen Gradienten von 50°C/em und einer mittleren Temperatur des Körpers 10 während des Verfahrens von 12000C bei atmosphärischem Druck eine Zeit von 10 Minuten, um als ringförmiger Draht 22 durch den Siliziumkörper 10 mit einer Dicke von 0,25 mm zu wandern.
Das Zonenschmelzverfahren mit thermischen Gradierten und die
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Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind» Teil der vorliegenden Erfindung. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten dieses allgemeinen Verfahrens und der Vorrichtung zu dessen Durchführung wird auf die US-PS 3 901 736, 3 898 106, 3 902 925 und 3 899 361 verwiesen.
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Nach Beendigung des Zonenschmelzen erhält man einen Körper 10, wie er in Figur 6 gezeigt ist. Das thermische Bewegen der in den Trögen 18 befindlichen Metalldrähte als geschmolzene Zone durch den Körper 10 führt zu einem Körper 10 mit einer Region zweiten und entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gegenüber dem des Körpers 10. Das Material der Region 24 ist rekristallisiertes Halbleitermaterial des Körpers 10, das in geeigneter Weise mit dem Material des Metalldrahtes dotiert ist und eine Verunreinigungskonzentration aufweist, die ausreicht, die erwünschte Leitfähigkeit zu erhalten. Das in der rekristallisierten Region zurückgebliebene Metall entspricht im wesentlichen dem Maximalwert, der durch die feste Löslichkeit des Metalles in dem Halbleitermaterial, durch das es bewegt worden ist, zugelassen wird. Die Region 24 weist durchgehend eine konstante gleichmäßige Verunreinigungskonzentration auf, die dieser Region einen vorbestimmten Leitfähigkeitstyp und einen vorbestimmten spezifischen Widerstand verleiht. Die Dicke der Region 24 ist ebenfalls durchgehend im wesentlichen konstant. Im besonderen Falle ist das Halbleitermaterial des Körpers 12 Silizium mit n-Leitfähigkeit und die Region 24 besteht aus Aluminium-dotierten^rekristallisiertem Silizium, um die erforderliche p-leitende Region zu bilden.
Durch die aneinanderstoßenden Oberflächen des Materials entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps werden die pn-übergänge 26 und 28 gebildet, die gut begrenzt sind und einen abrupten Übergang von einer Leitfähigkeitsregion zu anderen zeigen. Dieser abrupte Übergang erzeugt einen stufenartigen pn-übergang. Seitliche allmähliche pn-übergänge 26 und 2 8 können mittels eines thermischen Nachbehandlungsverfahrens der ringförmigen Region 24 erhalten werden.
Die ringförmige Region 24 umschließt eine Region 30 aus n-leitendem Material. Dieses Material ist ein Teil des ursprünglichen Materials des Körpers 10. Die Region 24 isoliert die Region 30 elektrisch vom Rest des Körpers 10.
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Als andere Ausführungsform kann das zu bewegende Metall vor dem Bilden der Schmelze aus metallreichem Halbleitermaterial durch eine Wärmebehandlung gesintert werden. Eine Temperatur im Bereich von 500 bis 55O0C für eine Dauer von 5 - 30 Minuten reicht zum Sintern des ringförmigen Metalldrahtes an das Halbleitermaterial der trogähnlichen Vertiefungen. Eine bevorzugte Sintertemperatur beträgt 525°C +_ 5°C für etwa 20 Minuten. Dabei erfolgt ein anfängliches Schmelzen eines Teiles des Metalldrahtes an dem Halbleitermaterial der Oberfläche, mit dem das Metall in Berührung steht. Dieses Sintern hilft zu verhindern, daß die Oberflächenspannung die Schmelze aus metallreichen Halbleitermaterial zu zwei oder mehr Segmenten auseinanderzieht, bevor die Wanderung der Schmelze in den festen Körper beginnt.
Das Verfahren kann auch unter Anwendung der Oxidschicht l6 als Maske zur Behinderung des seitlichen Pließens des Metalles beim Bilden der Schmelze ausgeführt werden. Das Metall 22 kann nach dem vorbeschriebenen Verfahren gesintert oder ohne Sintern bewegt werden. Bei dieser anderen Ausführungsform behält der ringförmige Metalldraht jedoch häufig nicht seine stabilen Abmessungen, wenn er schmilzt. So kann etwas der Schmelze aus metallreichem Halbleitermaterial in der Nähe des Fensters 18 zwischen die Schicht 16 und die Oberfläche 12 fließen. Wenn aber die Stabilität der Abmessungen nicht kritisch ist, kann diese andere Ausführungsform benutzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet zur Herstellung von Planar- oder Mesaelementen in der Region 30. Es ist jedoch manchmal erwünscht, daß die Region 30 elektrisch auch von der Oberfläche 14 isoliert ist. Hierzu wird, wie in Figur 8 veranschaulicht, eine Region 32 mit der gleichen Leitfähigkeitsart wie die Region 24 und entgegengesetzt der der Region 30 in dem Körper 10 gebildet. Die Region 32 kann durch epitaxiales Aufwachsen. Diffusion und in ähnlicher Weise gebildet werden, wodurch die elektrisch isolierte Region 30 entsteht. Durch die gegeneinanderstoßenden Oberflächen des Materials der Regionen
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und 32 mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp wird ein pn-übergang 34 gebildet. Vor oder nach dem Bilden der Regionen 24 und kann ein elektrisches Element, wie ein planarer gesteuerter Gleichrichter 36 in der Region 30 gebildet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch in der Weise ausgeführt werden, daß sich die ringförmige Region 24 nur für eine vorbestimmte Distanz von der Oberfläche 12 in den Körper 10 erstreckt, wie Figur 9 zeigt. In dem Bereich oder Volumen des Körpers 10, der durch die inneren Oberflächen der Region 24 begrenzt wird, kann ein Halbleiterelement 40, wie eine Diode gebildet werden. Dieses Element 40 kann vor oder nach der Herstellung der ringförmigen Region 24 gebildet werden.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    \l.y Verfahren zum Bewegen einer geschmolzenen Zone durch einen festen Körper aus Halbleitermaterial gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:
    a) Auswählen eines Körpers aus einkristallinem Halbleitermaterial mit zwei gegenüberliegenden Hauptoberflächen, ■welche die obere und die untere Oberfläche des Körpers bilden, wobei der Körper eine vorbestimmte Leitfähigkeitsart, einen vorbestimmten spezifischen Widerstand, eine bevorzugte kubische Diamantkristallstruktur, eine bevorzugte planare Kristallorientierung von (111) für mindestens die obere Oberfläche und eine erste bevorzugte Kristallachse von < 111> und eine Vertikalachse aufweist, die jede im wesentlichen senkrecht zumindest bezüglich der oberen Oberfläche und im wesentlichen parallel zueinander verlaufen,
    b) Aufbringen einer Metallschicht in vorbestimmter Dicke
    in Form eines Metalldrahtes mit einer vorbestimmten ringförmigen Konfiguration auf die Oberfläche mit der planaren (lll)-Orientierung,
    c) Anordnen des Körpers auf einer Stützoberfläche in einem vorbestimmten Abstand von einer Vertikalachse der Oberfläche,
    d) Rotieren des Körpers in einer nicht-zentrisch symmetrischen Weise gleichzeitig sowohl um die Vertikalachse der tragenden Oberfläche sowie um die eigene vertikale Achse des Körperss
    e) Erhitzen des Körpers und des aufgebrachten Metalles zu einer vorbestimmten Temperatur, die ausreicht eine Schmelze aus einem metallreichen Halbleitermaterial auf der Oberfläche des Köri rs zu bilden, während die gleichzeitige Doppelrotation des Körpers fortgesetzt wird,
    f) Einrichten eines Temperaturgradienten im wesentlichen parallel mit der Vertikalachse des Körpers und der bevorzugten <L111> -Kristallachse der Kristallstruktur, während der Doppelrotationszyklus des Körpers gleichzeitig
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    fortgesetzt wird, wobei die Oberfläche, auf der die Schmelze gebildet ist, sich bei der tieferen Temperatur befindet und
    g) Bewegen jeder Schmelze aus metallreichem Halbleitermaterial als geschmolzene Zone durch den festen Körper aus Halbleitermaterial für eine ausreichende Zeitdauer zum Erreichen einer vorbestimmten Distanz in dem Körper von der oberen Oberfläche aus, während der gleichzeitige Doppelrotationszyklus des Körpers fortgegesetzt wird, um an Ort und Stelle eine ringförmige Region des rekristallisierten Halbleitermaterials des Körpers zu bilden, die in fester Löslichkeit das aufgebrachte Metall enthält, eine im wesentlichen gleichmäßige Quersehnittsflache und einen im wesentlichen gleichmäßigen spezifischen Widerstand durch den gesamten Bereich aufweist und die eine zylindrische Region des Körpers, die aus einem vorbestimmten Volumen des Körpermaterials besteht, einschließt und diese zylindrische Region von einem Teil des übrigen Materials gleicher Leitfähigkeitsart elektrisch isoliert.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Metallschicht die Oberfläche mit planarer (lll)-Orientierung selektiv geätzt wird, um mindestens eine trogartige Vertiefung mit einer ringförmigen Konfiguration zu bilden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Halbleitermaterial des Körpers ausgewählt ist aus Silizium, Siliziumkarbid, Germanium und Galliumarsenid.
    i|. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen des Metalles auf die Oberfläche der planaren (lll)-Orientierung eine Schicht aus einem Material aufgebracht wird, ausgewählt aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und
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    Aluminiumnitrid und daß diese Schicht selektiv geätzt wird, um mindestens ein Fenster darin zu öffnen und eine vorbestimmte Oberfläche des Körpers freizulegen, welche die ringförmige Konfiguration für das darin niederzu-r schlagende Metall begrenzt.
    5. Verfahren nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial n-leitendes Silizium ist und das Metall Aluminium.
    6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt wird, um einenpeil des Metalls mit dem damit in Berührung stehenden Halbleitermaterial durch Sintern zu verbinden.
    7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumschicht im wesentlichen sauerstofffrei ist.
    8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i c h η e t , daß die Weite des Metalldrahtes weniger als 500 um beträgt.
    9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man weiter in dem Körper eine planare Schicht aus Halbleitermaterial mit einer Leitfähigkeitsart bildet, die der des Materials des Körpers entgegengesetzt ist, wobei die planare Region zwei gegenüberstehende Hauptoberflächen aufweist, die im wesentlichen parallel zueinander und zu den gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Körpers verlaufen und wobei eine Hauptoberfläche der planaren Schicht mit der unteren Hauptoberfläche des Körpers aneinanderstößt und von gleicher Ausdehnung ist und wobei jede Schmelze für eine vorbestimmte Distanz von der oberen Oberfläche durch den Körper
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    bewegt wird, um mindestens die planare Schicht zu schneiden und integral damit zu sein und eine Zelle des Materials des Körpers zu bilden, die elektrisch isoliert ist von dem übrigen Material des Körpers und von der unteren Oberfläche des Körpers.
    10. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet •durch die zusätzlichen Stufen des Bildens einer Planarschicht aus Halbleitermaterial auf der unteren Oberfläche des Körpers, wobei das Material der Planarschicht eine Leitfähigkeitsart entgegengesetzt zu der des Materials des Körpers hat und gegenüberliegende Hauptoberflächen aufweist, die im wesentlichen parallel zueinander und zu den gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Körpers verlaufen und wobei jede Schmelze für eine vorbestimmte Distanz von der oberen Oberfläche durch den Körper bewegt ist, um mindestens die planare Schicht zu schneiden und integral damit zu sein und um eine Zelle aus dem Material des Körpers zu bilden, die elektrisch von dem übrigen Material des Körpers und von der unteren Oberfläche des Körpers isoliert ist.
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