DE3131987A1

DE3131987A1 - "verfahren zum herstellen einer spannungsarmen ausnehmung sowie eines gebietes eines leitungstyps in einem halbleiterkoerper und von mehreren halbleitervorrichtungen auf einem halbleiterkoerper"

Info

Publication number: DE3131987A1
Application number: DE19813131987
Authority: DE
Inventors: Edward George Auburn N.Y. Tefft; Bernard Robert Scipio Center N.Y. Tuft
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-08-25
Filing date: 1981-08-13
Publication date: 1982-04-29
Also published as: JPS5789225A; FR2489041B1; US4325182A; FR2489041A1; JPH0210576B2

Description

GENERAL ELECTRIC COMPANY

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

Verfahren zum Herstellen einer spannungsarmen Ausnehmung sowie eines Gebietes eines Leitungstyps in einem Halbleiterkörper und von mehreren Halbleitervorrichtungen auf einem Halbleiterkörper

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Bearbeiten von Silicium in Halbleitervorrichtungen und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Unterteilen von Halbleiterkörpern und zum schnellen Herstellen eines Halbleitergebietes, das sich durch einen dicken Halbleiterkörper erstreckt.

Es ist aus vielen Gründen häufig erwünscht, die Möglichkeit zu haben, in einem Halbleiterkörper ein Gebiet eines besonderen Leitungstyps herzustellen, das sich von einer Fläche des Körpers durch diesen hindurch zu der anderen Fläche erstreckt. Solche Gebiete werden üblicherweise benutzt, um Halbleiterelemente auf einer einzelnen Scheibe oder Wafer voneinander zu isolieren sowie eine Übergangszone in einer Halbleitervorrichtung auf einer Fläche abzuschließen, wo sie leicht passiviert

werden kann. Bislang werden mehrere Verfahren benutzt, um solche Gebiete herzustellen, wie beispielsweise die Diffusion von einer Fremdatomquelle aus, die auf der einen oder anderen oder auf beiden Flächen des Körpers angeordnet ist, die Ionenimplantation, die thermische Wanderung und dgl. Jedes dieser Verfahren ist zwar innerhalb seiner Grenzen wirksam, trotzdem ist keines dieser Verfahren optimal, wenn es darum geht, ein Gebiet des beschriebenen Typs durch einen relativ dicken Halbleiterkörper hindurch herzustellen. Beispielsweise ist die Diffusion von einer oder beiden Flächen eines platten- oder scheibenförmigen Körpers und von einer auf der oder den Flächen dieses Körpers angeordneten Verunreinigungsquelle aus seit einiger Zeit weitgehend angewandt worden, um Gebiete des Typs herzustellen, auf die die Erfindung zum Teil gerichtet ist. Trotzdem ist in Abhängigkeit von den gewählten besonderen Verunreinigungen die Zeit, die zum Herstellen eines solchen Gebietes erforderlich ist, proportional zu der Dicke des Körpers, und in einigen Fällen von besonderen Kombinationen aus Halbleitermaterial und Verunreinigungstyp , bei denen der Diffusionskoeffizient niedrig ist, sind beträchtliche Zeitspannen erforderlich, damit eine solche Diffusion stattfinden kann. In extremen Fällen, in denen viele hunderte von Stunden notwendig sein würden, ist die besondere Kombination aus Verunreinigung und/oder Siliciummaterial praktisch einfach nicht realisierbar.

Die thermische Wanderung bietet die Möglichkeit, die Zeit beträchtlich zu verringern, die zum Herstellen von Verunreinigungsgebieten des Typs, mit dem sich die Erfindung befaßt, erforderlich ist, es sind dafür jedoch spezielle Ausrüstungen und Techniken erforderlich, die zu akzeptablen Kosten nicht zur Verfügung stehen.

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Die ÜS-PS 4 137 100 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Isolatiönsgebietes in einer relativ dicken (0,25 mm oder 0.010") Halbleiterscheibe mit einem Durchmesser von 38,1 mm (1.5") bis 50,8 mm (2.0"). Das Verfahren beinhaltet das Herstellen einer Ausnehmung in dem Halbleiterkörper unter Verwendung eines Laserstrahls, Einbringen eines Dotierungsmittels in die Ausnehmung und anschließendes Diffundieren des Dotierungsmittels von der Ausnehmung aus in die Halbleitervorrichtung. Dieses Verfahren kann zwar gewisse Vorteile in dem Fall von dicken Scheiben relativ kleinen Durchmessers in der Größenordnung der beschriebenen Größen bieten, es weist jedoch gewisse Nachteile auf, die seine Anwendung bei modernen Prozessen verhindern, bei denen Scheiben wesentlich größeren Durchmessers in der Größenordnung von 76,.2 mm (3") bis 127 mm (5") oder darüber benutzt werden, die noch dazu relativ größere Dicken haben. Die Ausnehmungen, die durch den Laserstrahl hergestellt werden, erzeugen in der Halbleiterscheibe Gebiete hoher Spannung, die die Festigkeit der Halbleiterscheibe wesentlich verringern und so unvermeidlich zu höherer Bruchgefahr der Scheiben während der anschließenden Verarbeitung führen, selbst wenn mit extremer Sorgfalt darauf geachtet wird, daß die Scheiben sanft gehandhabt werden. Diese größere Bruchgefahr führt zu geringeren Ausbeuten an brauchbaren Vorrichtungen und steigert deshalb die Kosten des Verfahrens beträchtlich.

Es ist nicht nur erwünscht, Halbleitergebiete schnell herstellen zu können, die sich vollständig oder teilweise durch einen Halbleiterkörper erstrecken, sondern es ist weiter erwünscht, Nuten, Ausnehmungen, Fasen und dgl. auf Halbleiterkörpern schnell und ohne nennenswerte Schwächung der Halbleitervorrichtungen herstellen zu können. Weiter ist es erwünscht, Einrichtungen zu schaf-

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fen zum Unterteilen von Halbleiterscheiben, die mehrere gleichzeitig darauf hergestellte Vorrichtungen aufweisen, in diskrete Vorrichtungen, die dann getrennt benutzt werden können. Das wird bislang durch die Verwendung einer Anzahl von Prozessen, wie chemisches Ätzen, mechanisches Schleifen, Ritzen und Brechen, erreicht. Jede dieser Methoden zum Bearbeiten von Halbleitermaterialien hat /

Nachteile, die auf irgendeine Weise seine Brauchbarkeit beschränken. Beispielsweise ist die chemische Bearbeitung, insbesondere durch die Verwendung von nassen chemischen Ätzmitteln, unerwünscht, weil dadurch Abfallmaterialien erzeugt werden, die gewisse zunehmend lästigere Probleme bei der geeigneten Beseitigung derselben mit sich bringen. Weiter haben diese Materialien eine begrenzte Lebensdauer, sind im Gebrauch schwierig und können gewisse Sicherheitsrisiken im Gebrauch mit sich bringen, die umfangreiche Vorsichtsmaßnahmen während des Gebrauches erfordern, welche die Kosten erhöhen. Mechanische Abschleifverfahren, wie das Sandstäuben, Sandstrahlen, Sägen, Schleifen und dgl., ergeben Oberflächen, die unter dem Gesichtspunkt der Restspannung unerwünscht sein können, ähnlich wie oben beschrieben. Weiter können diese Verfahren nicht ohne weiteres so gesteuert werden, daß sich ein hoher Grad an Genauigkeit ergibt, und in einigen Fällen können sie ümweltgefahren mit sich bringen, die ihre Verwendung unerwünscht machen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird, kurz gesagt, ein Halbleitergebiet eines ausgewählten Leitungstyps in einem Halbleiterkörper hergestellt, indem die Kristallgitterstruktur des Körpers beschädigt wird, beispielsweise durch Fokussieren eines Lasers auf eine Fläche des Körpers, um ein beschädigtes Gebiet zu erzeugen, das sich von dieser Fläche aus in den Körper erstreckt, aber nicht vollständig durch ihn hindurchgeht.

Nach der Erzeugung des beschädigten Gebietes wird die Fläche des Körpers, von der das beschädigte Gebiet ausgeht, in einem reaktionsfähigen Plasma geätzt, um durch den Laser umgeschmolzenes und beschädigtes Silicium zu beseitigen, so daß eine Nut oder Rille zurückbleibt, die sich von der Fläche aus in den Körper, aber nicht vollständig durch diesen hindurch, erstreckt. Die Innenfläche der Rille ist relativ spannungsarm und hat eine geringe Versetzungsdichte. Wenn ein Halbleitergebiet eines besonderen ausgewählten Leitungstyps erwünscht ist, wird eine Fremdatomquelle auf die Fläche der Vorrichtung aufgebracht, wo das Halbleitergebiet des gewünschten Verunrexnxgungstyps hergestellt werden soll, und insbesondere auf die Innenfläche der Nut. Der Halbleiterkörper wird dann zur Diffusion in eine geeignete Umgebung gebracht, die Temperatur wird gesteigert, und die Diffusion findet von der Fläche der Rille aus nach außen in den Körper hinein statt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Beschädigung der Kristallstruktur des Halbleiterkörpers vor dem Plasmaätzen durch andere Maßnahmen bewirkt werden, beispielsweise durch Bestrahlen des Bereiches, wo die Beschädigung erforderlich ist, mit Teilchen hoher Energie, wie Elektronen, Ionen oder Protonen. Weiter kann es in einigen Fällen erwünscht sein, eine Nut oder Rille mechanisch herzustellen, beispielsweise durch Einsägen einer Scheibe. In jedem Fall schließt sich an die Beschädigung ein Plasmaätzschritt zum Beseitigen des beschädigten Gebietes an, um eine Rille zu erzeugen, die spannungsarm und relativ frei von Versetzungen ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

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die Fig. 1 bis 9 Schnittansichten einer Vorrichtung

während verschiedener Stufen eines Verfahrens nach der Erfindung, in denen die verschiedenen Verfalirensschritte dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines dreischichtigen Halbleiterkörpers 10, der zwei ebene Übergangszonen 11 und 13 enthält. Im allgemeinen werden mehrere Halbleitervorrichtungen gleichzeitig in einem solchen Körper hergestellt, der dann geteilt wird, um die Vorrichtungen zu trennen. Die Herstellung eines solchen Körpers kann durch irgendein bekanntes Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Diffusion von Dotierungsmitteln, durch die Schichten 14 und 16 eines Leitungstyps in einer Halbleiterscheibe des entgegengesetzten Leitungstyps, die die Schicht 12 bildet, hergestellt werden. Weitere Verfahren zum Herstellen einer solchen Struktur, wie beispielsweise epitaxiales Aufwachsen od.dgl., können bei der Erfindung gleichfalls benutzt werden.

Fig. 2 zeigt die Herstellung von Oxidschichten 17 und 18 auf der oberen und der unteren Fläche des Körpers 10. Wenn der Halbleiterkörper aus Silicium besteht, so kann das Oxid zweckmäßig Siliciumdioxid, Siliciumnitrid oder irgendein anderes Oxid/Nitrid od.dgl. oder irgendeine Kombination von zwei oder mehr als zwei Oxiden, Nitriden, od.dgl. sein, deren Herstellung ebenfalls bekannt ist.

Fig. 3 zeigt das Mustern der Oxidschicht 17, beispielsweise durch Photolithographie, wobei das Oxid in ausgewählter Weise entfernt wird, um eine öffnung herzustellen, bei der es sich um eine ringförmige öffnung handeln kann, durch die ein Teil der Fläche der Halbleiterscheibe freigelegt wird. Das ausgewählte Entfernen von Oxid, beispielsweise durch Auftragen einer Schicht

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Photoresist 19, Mustern des Photoresists durch Bestrahlen durch eine Maske od.dgl. hindurch, Entwickeln und Ätzen, um das unerwünschte Oxidgebiet zu entfernen, ist bekannt und wird hier nicht weiter beschrieben.

Eine Nut 20, bei der es sich um eine Einzelumfangsnut handeln kann, wie sie in Figur 4 gezeigt ist, wird nun durch ausgewähltes Ätzen des Halbleiterkörpers 10 durch die Öffnung 15 hindurch hergestellt. Vorzugsweise erstreckt sich die Rille 20 durch die Übergangszone 11 zwischen den Schichten 14 und 12 unter einem Winkel, der durch den Fachmann ausgewählt werden kann, indem die Form und die Tiefe der Rille verändert wird, so daß eine abgeschrägte Fläche an deren Ende hergestellt wird, die anschließend mit Glas oder anderem geeignetem Material passiviert wird, damit sich eine hohe Durchbruchspannung ergibt. Irgendeine Ätzlösung, mittels welcher das gewünschte Ausmaß an Halbleitermaterial von dem Körper 10 in einer geeigneten Zeit entfernt werden kann, kann benutzt werden, was ebenfalls bekannt ist. Der Halbleiterkörper 10 nach der Herstellung der Rille 20 ist in Figur 4 gezeigt, die außerdem zeigt, daß die Photoresistschicht 19 während des Ätzens entfernt worden ist. Die Rille 20 kann eine von mehreren derartigen Rillen sein, die auf der Halbleiterscheibe gebildet sind, um diese in isolierte Halbleiterelemente zur späteren Trennung und Einzelverwendung zu unterteilen.

Gemäß Figur 5 kann irgendein Teil der Oxidschicht 18, die nach dem Ätzschritt von Figur 4 zurückbleibt, entfernt werden, und es können eine neue Oxidschicht 24 auf der oberen Fläche und eine Schicht 25 auf der unteren Fläche der Scheibe hergestellt werden. Bei Bedarf können diese Schichten über irgendwelchen Teilen der Oxidschicht 17 und 18 hergestellt werden, die nach der

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Herstellung der Rille 20 verbleiben. Eine obere und eine untere JPhotoresistschicht 28 bzw. 29 werden auf das Oxid aufgebracht und getrocknet.

Gemäß Figur 6 wird ein beschädigtes Gebiet 30 hergestellt, vorzugsweise durch Richten eines Laserstrahls auf die Fläche der Vorrichtung, beispielsweise am Grund der Rille 20. Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung wird ein YAG-Laser benutzt, der eine maxi-

2 male Ausgangsleistung von etwa 1/2 J/cm hat. Ein solcher

,.<-·>> Laser kann vorteilhafterweise im Impulsbetrieb mit einer FoIgefrequenz von etwa 8 kHz und einer Ablenkgeschwindigkeit von etwa 102 mm/s (4" per second) betrieben werden. Eine Wellenlänge von 1060 nm bei einer Divergenz von 1,5 nm wird bevorzugt.

Im Gegensatz zu den Angaben im Stand der Technik hat es sich bei der Erfindung weder als notwendig noch als erwünscht herausgestellt, irgendeine nennenswerte Menge an Halbleitermaterial mit dem Laser zu entfernen ; es wird stattdessen ein Gebiet erzeugt, in welchem eine beträchtliche Beschädigung des Siliciumgitters ohne das Abtragen von nennenswertem Material erzeugt wird. Vorzugsweise sollte die Beschädigung mittels Laser auf die oberen 90% der Dicke der Schicht 12 beschränkt werden. Das wird trotzdem anschließende Ätz- und Diffusionsschritte zum Erreichen der Schicht 16 gestatten, ohne daß die Halbleitervorrichtung unnötigerweise geschwächt wird. Bei der Erfindung hat es sich gezeigt, daß unmittelbar im Anschluß an den Laserbeschädigungsschritt die Halbleiterscheibe in etwas geschwächtem Zustand ist und mit Sorgfalt gehandhabt werden sollte, um ihr Zerbrechen zu verhindern.

Im Anschluß an das Herstellen des beschädigten Gebietes

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30 wird die Vorrichtung in einem Plasma geätzt, um einen in Figur 7 gezeigten Schlitz 36 herzustellen* Es können entweder zylindrische oder planare Plasmareaktoren benutzt werden. Es ist festgestellt worden, daß ein reaktionsfähiges Plasma, das eine Kombination aus etwa 96% CF₄- und 4% O₂-Gasen enthält, eine zufriedenstellende Ätzung ergibt. Es hat sich weiter gezeigt, daß während des Plasmaätzteils eines Verfahrens nach der Erfindung die Ätzgeschwindigkeit während der Zeit relativ hoch ist, während der das durch den Laserstrahl beschädigte Halbleitermaterial bewegt wird,und anschließend beträchtlich abnimmt, so daß der Ätzschritt besonders einfach kontrolliert werden kann. Die Ätzzeit braucht deshalb nicht besonders genau gesteuert zu werden, da die Abtragungsgeschwindigkeit des unbeschädigten Halbleitermaterials nach der Beendigung der Abtragung von beschädigtem Material nicht groß ist. Typischerweise können bei einem Druck zwischen etwa 0,67 mbar (1/2-Torr) und 1,33 mbar (1 Torr) und bei einem Leistungswert von etwa 400 W Zeiten in der Größenordnung von einer Stunde oder weniger, je nach der erwünschten Schlitztiefe, für den Ätzschritt benutzt werden, um günstige Ergebnisse zu erzielen. Es ist festgestellt worden, daß ein Schlitz, der sich über etwa 95% durch die Schicht 12 erstreckt, zufriedenstellende Ergebnisse bringt.

Es ist oben angegeben worden, daß unmittelbar im Anschluß an den erfindungsgemäßen Laserbeschädigungsschritt die Festigkeit einer Halbleiterscheibe etwas geringer ist. überraschenderweise steigt nach dem Plasmaätzen die Festigkeit der Halbleiterscheibe unerwartet an, und die besondere Sorgfalt bei der Handhabung, die sowohl unmittelbar im Anschluß an die Laserbeschädigung nach der Erfindung als auch in den späteren Verarbeitungsstufen gemäß den bekannten Verfahren erforderlich ist, unnötig ist.

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Obgleich die Dicke der Scheiben in den Bereichen der plasmageätzten Rillen deutlich geringer ist, wird die Festigkeit der Scheibe nicht annähernd in dem Ausmaß verringert, das bislang erwartet worden wäre, weshalb ein vorzeitiges Brechen der Scheibe während der anschliessenden Verarbeitung nicht annähernd in dem Ausmaß, wie es bislang aufgetreten ist, auftritt.

Wenn das verfahren nach der Erfindung angewandt wird, um lediglich den Schlitz 36 herzustellen, nicht aber für die späteren Diffusionsprozesse, die im folgenden beschrieben sind, kann die Bearbeitung der Scheibe an diesem Punkt beendet werden. Die Erfindung ist zwar anhand einer besonderen Ausführungsform beschrieben, bei der ein Schlitz gebildet wird, es ist jedoch klar, daß andere Konfigurationen gleichfalls hergestellt werden können, beispielsweise Schlitze mit anderer Form, zu denen V-förmige Schlitze, umgedreht V-förmige Schlitze, quadratische Schlitze, Abschrägungen und dgl. gehören, deren Form gemäß der Erfindung relativ leicht hergestellt werden kann, und zwar wegen des hohen Grades an Steuerbarkeit eines Lasers und der sich dadurch ergebenden Vielseitigkeit bei der Herstellung des beschädigten Gebietes vor der Plasmaätzung. Formen, die bislang nur mit großer Schwierigkeit, wenn überhaupt, herstellbar waren, können durch die Anwendung der Erfindung relativ routinemäßig hergestellt werden. Beispielsweise können umgedreht V-förmige Schlitze, deren Breite am Grund größer als oben ist, gemäß der Erfindung relativ leicht hergestellt werden, im Vergleich zu der extrem schwierigen Herstellung solcher Strukturen gemäß dem Stand der Technik.

Wenn es erwünscht ist, eine Scheibe in Stücke zu teilen, d.h. eine Scheibe in mehrere diskrete Vorrichtungen gemäß der Erfindung zu teilen, ist es vorzuziehen, den

Schlitz 36 von Figur 7 in der Scheibe 10 noch tiefer auszubilden, so daß bei Beendigung der Plasmaätzung die Scheibe durch den Schlitz vollständig oder beinahe vollständig unterteilt wird. Wenn die Unterteilung von Scheiben in Stücke oder Tabletten erwünscht ist, ist es besonders vorteilhaft, einen Elektronenstrahl zur Herstellung des beschädigten Gebietes 30 zu verwenden. Es sei jedoch angemerkt, daß selbst dann, wenn sich das beschädigte Gebiet 30 vollständig durch die Scheibe 10 erstreckt, die Scheibe trotzdem eine ausreichende mechanische Festigkeit behält, so daß sie in dem Plasmareaktor als eine Einheit bearbeitet werden kann, und daß erst nach dem Abschluß des Plasmaätzschrittes die Unterteilung der Scheibe in einzelne Tabletten erfolgt. Solche einzelnen Tabletten haben einen überlegenen Ümfangsrand insoweit als es Spannungen und das Vorhandensein von Mikrorissen angeht.Speziell die Spannung ist äußerst gering, und Mikrorisse werden praktisch, wenn nicht gänzlich, beseitigt.

Nach dem Plasmaätzschritt, an den sich das Abstreifen der Photoresistschicht und der darunterliegenden Oxidschicht anschließt, kann bei Bedarf eine weitere Diffusion ausgeführt werden, wie es in Figur 8 gezeigt ist. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Dotierungsmittelquelle auf die Oberfläche der Vorrichtung in dem Schlitz 36 aufgebracht. Wenn die Herstellung von weiteren Gebieten in anderen Teilen der Halbleitervorrichtung erwünscht ist, wie dargestellt, beispielsweise Emittergebiete 50 der in Figur 8 gezeigten Vorrichtung, können Dotierungsmittelquellen für die zur Herstellung dieser Gebiete erforderlichen Verunreinigungen durch herkömmliche Maßnahmen ebenfalls aufgebracht werden. In Figur 8 ist eine Vierschichthalbleitervorrichtung, beispielsweise ein Thyristor,gezeigt, bei der die Gebiete 12, 14 und

16 in der oben beschriebenen Weise hergestellt werden und bei der zusätzliche Gebiete 50 hergestellt werden, beispielsweise von einer Fremdatomquelle aus, die auf die Oberfläche der Vorrichtung aufgebracht und dann auf eine Temperatur erhitzt wird, die ausreicht, um eine Diffusion in den Halbleiterkörper hinein hervorzurufen. Eine Oxidschicht 54 dient in bekannter Weise als Maske für die Herstellung der Gebiete 50. Gleichzeitig kann ein Isolationsgebiet 52 von der Premdatomquelle auf der Innenfläche der Rille 20 aus gebildet werden, und zwar durch Eindiffundieren dieser Verunreinigung in den Körper der Vorrichtung entweder gleichzeitig mit oder unabhängig von der Herstellung der Gebiete 50. Die Verwendung des oben beschriebenen Schlitzes 36 macht die Herstellung des Isolationsgebietes zusammen mit dem n-leitenden Emittergebiet in im wesentlichen demselben Ausmaß an Zeit möglich, im Vergleich zu der wesentlich längeren Zeit, die üblicherweise zum Herstellen von tiefen Isolationsgebieten erforderlich ist.

Die Erfindung ist zwar in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben worden, die eine Rille aufweist, an deren Oberfläche wenigstens eine Übergangszone endigt und von deren Grund aus sich ein Schlitz zur Herstellung einer Isolationsdiffusion durch die Scheibe erstreckt, es ist jedoch nicht notwendig, daß sich der Schlitz von dem Grund der Rille aus in die Scheibe erstreckt. Beispielsweise liegt es im Rahmen der Erfindung, einen Schlitz von einer Fläche eines Halbleiterkörpers aus in den Körper hinein herzustellen und innerhalb der Grenzen der Vorrichtung eine Passivierungsrille gesondert herzustellen. Als ein weiteres Beispiel sei angegeben, daß dort, wo eine Rille überhaupt nicht erwünscht ist, der Schlitz und die Isolationsdiffusion trotzdem in der vorstehend beschriebenen Weise ausgeführt werden können, denn die Kombination aus der Rille und dem

Jjehlltz, dor sich von ihr aus in den Körper erstreckt, ist in gewissen Fällen nur eine besonders vorteilhafte Struktur.

Figur 9 zeigt eine im wesentlichen fertiggestellte Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung, die Kontaktmetallisierungsgebiete 58 auf den Emittern 50 der mehreren Halbleitervorrichtungen und eine Metallisierung 60 auf der unteren Fläche der Vorrichtung aufweist. Weiter ist Glas oder anderes Passivierungsmaterial 62 auf die Innenfläche der Rille 20 zur Passivierung sowohl der Übergangszone zwischen den Schichten 14 und 12 als auch der Übergangszone zwischen der Schicht 12 und dem Gebiet 52 aufgebracht. Die in Figur 9 gezeigte Vorrichtung kann in Tabletten geteilt werden, indem auf bekannte Weise die Scheibe im Bereich des Schlitzes 3 6 durch irgendein zweckmäßiges Verfahren zerbrochen, zerschnitten oder anderweitig unterteilt wird und anschließend die einzelnen Vorrichtungen in ein Gehäuse eingeschlossen werden. Bei dem Verfahren des Unterteilens in Tabletten sollte sich die außergewöhnliche Festigkeit der Scheiben und deren mangelnde Neigung, längs des Schlitzes zu brechen, wie zu erwarten wäre, zeigen.

In einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung wird eine η-leitende Scheibe, die einen spezifischen Widerstand in dem Bereich von 20 bis 50 Ωοπι hat, von jeder ihrer Flächen aus bis zu einer Tiefe von etwa 0,05 mm (1.8 mils) mit einen Akzeptor erzeugenden Verunreinigungen diffundiert, um p-leitende Oberflächenschichten herzustellen. Die Oxidschicht, die während der Diffusion hergestellt wird, wird mit Photoresist gemustert, und eine Rille wird durch herkömmliche Maßnahmen hergestellt, die sich durch wenigstens eine der p-leitenden Schichten hindurch in den η-leitenden Teil

des Substrats erstreckt, wobei diese Rille eine Breite von etwa 0,51 mm (20 mils) und eine Tiefe von etwa 0,05 bis 0,08 mm (2 bis 3 mils) hat. Eine neue Photoresistschicht wird auf die Scheibe wenigstens in der Rille aufgebracht, und ein durch einen Laser beschädigtes Gebiet wird vom Grund der Rille aus unter den oben angegebenen Bedingungen erzeugt, die sich bis zu einer Gesamttiefe von etwa 0,15 mm (6 mils) in die Scheibe erstreckt. Diese Tiefe wird gewählt, damit sich nach dem Plasmaätzen ein Schlitz ergibt, der sich bis nahe an die untere p-leitende Schicht erstreckt, diese aber nicht berührt. Vorzugsweise wird die Tiefe des Schlitzes so gewählt, daß die Diffusion eines Gebietes, das sich zu der unteren p-leitenden Schicht von einer auf die Innenwände des Schlitzes aufgebrachten Verunreinigungsquelle aus erstreckt, in ungefähr derselben Zeit ausgeführt werden kann, die erforderlich ist, um das Katodengebiet durch Diffusion herzustellen. Die mittels Laser beschädigte Scheibe wird dann in einem Plasmareaktor gemäß dem oben beschriebenen Verfahren geätzt, wodurch ein relativ spannungsfreier Schlitz hergestellt wird, der eine Breite von etwa 0,01 mm (1/2 mil) und eine Tiefe von etwa 0,10 mm (4 mils) hat. In dieser Phase wird die relative Zerbrechlichkeit der Scheibe wesentlich verringert, und gewöhnliche Handhabungsvorsichtsmaßnahmen sind ausreichend, um die Gefahr eines Zerbrechens in akzeptablem Ausmaß zu verringern.

Nachdem der Schlitz plasmageätzt worden ist, wird die Photoresistschicht entfernt, und es erfolgt eine Borvoraufbringung in dem Schlitz. Die Scheibe wird oxidiert, gemustert, und es wird Phosphor aufgebracht, um eine Quelle für n-leitende Katodengebiete herzustellen. Die Bor- und Phosphordiffusionen werden gleichzeitig ausgeführt, woran sich bei Bedarf eine Phosphorgetterung

von der Oberfläche aus anschließt. Eine Oxidschicht wird aufgewachsen und gemustert, und es erfolgt eine ausgewählte Glaspassivierung der beiden Übergangszonen, die an der Innenfläche der Rille endigen. Die Vorrichtung wird dann in bekannter Weise metallisiert, damit sie Kontakte erhält, und in Tabletten zerteilt.

Die angewandte Technik des Zerteilens in Tabletten muß mit Rücksicht auf die Tatsache gewählt werden, daß Scheiben, die durch das Verfahren nach der Erfindung hergestellt worden sind, nicht dieselbe Tendenz zum Brechen längs des Schlitzes zeigen wie Scheiben, die durch bekannte Verfahren (US-PS 4 137 100) hergestellt worden sind. Demgemäß können Verfahren zum Zerteilen von Scheiben in Tabletten ohne Schlitze geeigneterweise benutzt werden, wie beispielsweise das mechanische oder mittels Laser ausgeführte Einritzen der unteren Fläche der Scheibe und das Zerbrechen der Scheibe längs der Einritzlinie. '

Die Erfindung kann gleichermaßen vorteilhaft unter Verwendung von sich schneidenden parallelen Isolationsgebieten, um mehrere Vorrichtungen auf einer Scheibe zu begrenzen, sowie unter Verwendung von sich nicht schneidenden Grabenstrukturen, die die nicht unterteilten Vorrichtungen umgeben, durchgeführt werden. Es wird gegenwärtig bevorzugt, die Grabenstruktur zu verwenden, um die einzelnen Vorrichtungen auf der Scheibe zu isolieren.

Die Erfindung ist zwar in Verbindung mit einer besonderen Vorrichtung und gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform derselben beschrieben worden, im Rahmen der Erfindung bieten sich dem Fachmann jedoch gewisse Abwandlungs- und Änderungsmöglichkeiten.

Beispielsweise wird es gegenwärtig zwar vorgezogen, das beschädigte Gebiet in der Scheibe durch Schmelzen mittels Laser zu erzeugen, es können jedoch andere Mittel, wie beispielsweise Elektronenstrahlen oder Ionenstrahlen, benutzt werden, um die beschädigten Gebiete herzustellen. Die wesentlichen Schritte beinhalten die Herstellung des beschädigten Gebietes und das Ätzen dieses Gebietes, um einen spannungsarmen Schlitz herzustellen und das beschädigte Material aus ihm zu entfernen.

Die Erfindung ist zwar unter Verwendung eines ununterbrochenen Schlitzes als einem Ort beschrieben worden, von dem aus die Isolationsdiffusion durchgeführt wird, im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, eine Zeile von relativ engen Abstand aufweisenden, aber voneinander isolierten säulenförmigen beschädigten Gebieten herzustellen, die dann auf dieselbe Weise wie ein die Form einer ununterbrochenen Rille aufweisendes beschädigtes Gebiet geätzt werden können, um eine Zeile von isolierten säulenförmigen Löchern herzustellen, die sich in oder durch die Scheibe erstrecken. Der Abstand zwischen den säulenförmigen Gebieten wird so gewählt, daß laterale Diffusionsstrecken von wenigstens der Hälfte des Abstands in derselben oder in geringerer Zeit wie bei der vertikalen Diffusion von dem Grund der Gebiete bis zu der unteren Schicht erzielt werden. Es kann eine Scheibe mit noch größerer Festigkeit als mit einer geschlitzten Struktur erzielt werden.

Claims

Patentansprüche:

Verfahren zum Herstellen einer eine geringe Restspannung aufweisenden Ausnehmung in einem Körper aus Halbleitermaterial, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

selektives Beschädigen des Halbleiterkörpers in dem Bereich der herzustellenden Ausnehmung, wobei in diesem Schritt eine relativ hohe Restspannung in der Ausnehmung erzeugt wird, und

Trockenätzen des Körpers wenigstens in dem beschädigten Gebiet, um im wesentlichen das gesamte beschädigte Material zu entfernen und dadurch die spannungsarme Ausnehmung in dem Körper herzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockenätzschritt das selektive Ätzen des Körpers zum Entfernen des beschädigten Materials mit einer größeren Geschwindigkeit als das unbeschädigte Material beinhaltet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockenätzschritt das Ätzen des Körpers in einem Plasma beinhaltet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen des Körpers in einem Plasma das fitzen des Körpers in einem reaktionsfähigen Plasma beinhaltet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Plasma ein Plasma verwendet wird, welches CF₄ als Hauptbestandteil enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma außerdem Sauerstoff enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockenätzschritt das Ätzen in einer gasförmigen Umgebung beinhaltet.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ätzschritt das Ätzen mit einem Gas beinhaltet, welches HCL oder HBr als Hauptbestandteil enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das selektive Beschädigen des Körpers ein mechanisches Beschädigen des Körpers beinhaltet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das selektive Beschädigen des Körpers ein mechanisches Beschädigen des Körpers beinhaltet, bei dem ein Strom von Teilchen hoher Energie auf den Körper gerichtet wird, so daß die Beschädigung aus Kollisionen zwischen den Teilchen und dem Körper resultiert.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des selektiven Beschädigens ein Beschädigen des Körpers beinhaltet, bei dem ein Strom von Teilchen hoher Energie, wie Elektronen, Ionen oder Protonen, auf den Körper gerichtet wird, so daß die Beschädigung durch Kollisionen zwischen den

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Teilchen und dem Körper erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschädigungsschritt eine Beschädigung des Halbleiterkörpers ohne Beseitigung einer nennenswerten Menge an Material von dem Ort der Beschädigung beinhaltet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschädigen des Körpers ein

'''''V örtliches Erhitzen des Körpers, durch das ein kleiner Teil desselben geschmolzen wird, beinhaltet.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschädigen des Körpers das Erhitzen desselben beinhaltet, bei dem ein Laserstrahl auf einen ausgewählten Teil des Körpers gerichtet wird, um diesen Teil zu schmelzen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschädigungsschritt beinhaltet, einen Laserstrahl auf den Körper zu richten und den

^- Strahl abzulenken, um im wesentlichen den Bereich der . Ausnehmung zu überstreichen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschädigen des Körpers beinhaltet, einen Laserstrahl auf mehrere diskrete, gegenseitigen Abstand aufweisende Beschädigungsstellen innerhalb des zu beschädigenden Bereiches zu richten, um dadurch den Körper an den diskreten, gegenseitigen Abstand aufweisenden Beschädigungsstellen zu schmelzen.
17. Verfahren zum Herstellen eines Gebietes eines ersten Leitungstyps wenigstens teilweise durch ein Gebiet eines

zweiten Leitungstyps hindurch, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

selektives Beschädigen der Kristallstruktur des Gebietes des zweiten Leitungstyps bis in eine Tiefe, die kleiner ist als die Dicke des Gebietes;

Trockenätzen des beschädigten Gebietes, um das beschädigte Material zu entfernen und einen relativ spannungsfreien Schlitz zurückzulassen, der sich weniger als vollständig durch das Gebiet erstreckt; und

Aufbringen einer Fremdatomquelle auf die Innenfläche des Schlitzes und Diffundieren der Fremdatome in das Gebiet des zweiten Leitungstyps von dem Schlitz aus.
18. Verfahren zum Herstellen von mehreren Halbleitervorrichtungen auf einer einzelnen Halbleiterscheibe, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Herstellen einer Halbleiterscheibe mit Schichtaufbau, die wenigstens drei abwechselnde Zonen unterschiedlichen Leitungstyps aufweist, welche zwischen sich eine erste und eine zweite Ubergangszone bilden;

Herstellen einer ringförmigen Rille in einer ersten Fläche des Halbleiterkörpers derart, daß sie von den Übergangszonen die obere schneidet, wobei die Rille den aktiven Teil wenigstens einer der Vorrichtungen umgibt;

selektives Beschädigen des Körpers bis zu einer Tiefe, die sich der zweiten Übergangszone wenigstens nähert;

Trockenätzen des Halbleiterkörpers, um beschädigtes Material zu entfernen und einen spannungsarmen Schlitz

zu schaffen, der sich wenigstens teilweise durch das Halbleitergebiet zwischen der ersten und der zweiten Übergangszone erstreckt;

Vorsehen einer Quelle von Verunreinigungen auf der Innenfläche des Schlitzes und Diffundieren der Verunreinigungen in den Körper wenigstens auf einer Strecke, die ausreicht, um das durch die Diffusion erzeugte Gebiet zu veranlassen, sich bis zu der zweiten Ubergangs-,*·*. zone zu erstrecken, wodurch die zweite Ubergangszone in der Rille endigt;

Passivieren sowohl der ersten als auch der zweiten Ubergangszone durch Aufbringen einer Schicht von Passivierungsmaterial auf die Innenfläche der Rille; und

Zerteilen der Halbleiterscheibe in mehrere einzelne Vorrichtungen an dem Schlitz.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschädigung ein Beschädigen des Halbleiterkörpers ohne Abtragung irgendeiner nennenswerten Menge an Material von dem Körper während des Beschädigungsschrittes beinhaltet.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschädigen des Körpers beinhaltet, diesen örtlich zu erhitzen, um einen kleinen Teil desselben zu schmelzen.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Erhitzen des Körpers ein Laserstrahl auf einen ausgewählten Teil des Körpers gerichtet wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschädigungsschritt beinhaltet/ einen Laserstrahl auf den Körper zu richten und den Laserstrahl abzulenken, um eine ununterbrochene beschädigte Bahn in dem Körper zu erzeugen.
23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Beschädigen des Körpers ein Laserstrahl auf mehrere diskrete, gegenseitigen Abstand aufweisende Beschädigungssteilen gerichtet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Erhitzen des Körpers ein Elektronenstrahl auf ausgewählte Teile desselben gerichtet wird, um dessen Kristallstruktur örtlich zu beschädigen.
25. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Beschädigen des Körpers ein Strom von Ionen selektiv auf den Körper gerichtet und dadurch das Kristallgitter beschädigt wird.
26. Verfahren zum Herstellen eines Gebietes eines ersten Leitungstyps in einem Körper eines zweiten Leitungstyps, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

selektives Beschädigen der Kristallstruktur des Körpers bis zu einer Tiefe, die kleiner ist als die Dicke des Körpers;

Ätzen des Körpers, um das beschädigte Material zu entfernen und einen relativ spannungsfreien Schlitz zurückzulassen, der sich weniger als vollständig durch den Körper erstreckt; und

Aufbringen einer Quelle von Fremdatomen auf die Innenfläche des Schlitzes und Diffundieren der Fremdatome in den Halbleiterkörper von dem Schlitz aus.