DE3150748A1

DE3150748A1 - "verfahren zur herstellung einer halbleiter-vorrichtung"

Info

Publication number: DE3150748A1
Application number: DE19813150748
Authority: DE
Inventors: Thomas Richard 12308 Schenectady N.Y. Anthony
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-12-29
Filing date: 1981-12-22
Publication date: 1982-07-15
Also published as: JPS6342851B2; FR2497402B1; FR2497402A1; JPS57133627A; GB2090465B; GB2090465A; US4377423A

Description

Beschreibung

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Vorrichtung

Die Erfindung bezieht Sich allgemein auf pn-übergänge in Halbleiter-Materialien und auf das Verfahren zu deren Herstellung insbesondere durch Elektromigration.

Das Verfahren des Wandernlassens eines flüssigen Metalieinschlusses durch einen Feststoff unter Anwendung eines Wärmegradienten, als Temperaturgradienten-Zonenschmelzen (TGZM) bekannt, wurde von Pfann erfunden und ist z.B. in seiner US-PS 2 813 048 (12.11,1957) beschrieben. Bei dem Pfann-Verfahren wurden entweder Flächen oder Drähte aus einer geeigneten metallischen Flüssigkeit mit Hilfe eines Wärmegradienten durch ein Halbleiter-Material bewegt. Dotiertes flüssig-epitaxiales Material blieb mit fortschreitender Wanderung des flüssigen Drahtes zurück. Dann fanden mehrere Forscher, daß die planare flüssige Zone instabil war und daß Tröpfchen der Flüssigkeit aus der Zone ausbrachen und im umkristallisierten Material eingefangen waren. Aus diesem Grunde eignete sich das nach dem Pfann'sehen TGZM-Verfahren erzeugte Material nicht für die Herstellung von Halbleiter-

Vorrichtungen.

Das TGZM-Verfahren ist jedoch in jüngerer Zeit von Anthony und Cline zu einem beständigen gewerblichen Verfahren zur Herstellung von pn-Übergangsstrukturen in Halbleitern entwickelt worden, wie z.B. die in ihren US-PS'en 3 979 230 und 3 998 662 beschriebenen Isoliergitter, deren gesamter Offenbarungsgehalt durch diese Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Zur näheren Information über das jüngst entwickelte TGZM-Verfahren, die Vorrichtung und die dadurch hergestellten pn-Ubergangsvorrichtungen im allgemeinen kann z.B. auf die US-PS'en 4 075 038, 4 091 257 und 4 224 594 verwiesen werden, deren gesamter Offenbarungsinhalt durch diese Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.

Kurz zusammengefaßt werden bei der kommerziellen Version des TGZM-Verfahrens Halbleiter-Wafern zwischen einer Reihe von luftgekühlten Hochtemperatur-Quarzlampen und einem wassergekühlten Kühlkörper angeordnet. IR-Strahlung der Lampen wird absorbiert und durch die den Lampen gegenüberliegende Waferoberfläche in Wärme umgewandelt. Diese Wärme dringt dann durch die Wafer und wird wieder an den Kühlkörper durch die gegenüberliegende Waferoberfläche abgestrahlt. Der den TGZM-Prozeß antreibende Wärmegradient entsteht durch den Wärmefluß durch die Wafer. Eine typische Vorrichtung für die kommerzielle Durchführung des TGZM-Verfahrens ist in der US-PS 4 221 956 beschrieben, deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Wandernlassen einer oder mehrerer Schmelzzonen metallreichen Halbleitermaterials, d.h. von flüssigen Metalleinschlüssen, in einem festen Wirtskörper aus Halbleitermaterial geschaffen, um einen oder mehrere Bereiche aus umkristallisiertem Halbleitermaterial des Körpers zu bilden. Das Verfahren eignet sich besonders zur Herstel-

lung von Vorrichtungen, die eine scharfe Grenze erfordern, d.h. einen Übergang zwischen dem Material aus dem Wirtskörper und dem anschließenden Bereich aus umkristallisiertem Halbleiter-Material; insbesondere, wenn die geschmolzene Zone nur teilweise durch den Körper wandert und die scharfe Grenze an der Grenzfläche zwischen Wirtsmaterial und umkristallisiertem Material in Wanderungsrichtung gefordert wird.

Die Brauchbarkeit, Stabilität und Steuerbarkeit des Verfahrens rührt von der Verwendung eines elektrischen Potentialgradienten als Antriebskraft für die Wanderung flüssiger Metalleinschlüsse her, im Gegensatz zum Wärmegradienten als Triebkraft für das Temperaturgradienten-Zonenschmelzverfahren (TGZM). Da die Metallurgie der Wanderung flüssiger Metalleinschlüsse im wesentlichen die gleiche ist, ob nun die Triebkraft ein elektrischer Potentialgradient oder ein Wärmegradient ist, ist zu erwarten, daß alle Konfigurationen von pn-übergängen in Halbleiter-Kristallen, die durch das TGZM-Verfahren herstellbar sind, auch durch das erfindungsgemäße Elektromigrationsverfahren herstellbar sind.

Zu den erfindungsgemäßen Verfahrensstufen gehört allgemein zunächst die Auswahl eines Körpers aus einem Einkristall-Halbleiter-Material. Der ausgewählte Körper hat erste und zweite gegenüberliegende Hauptoberflächen mit einer äußeren Randkantenfläche, die die ersten und zweiten Oberflächen miteinander verbindet; eine bevorzugte kristallographische Orientierung für wenigstens die erste Oberfläche; eine bevorzugte kristallographische Richtung im wesentlichen senkrecht zur ersten Oberfläche und außerdem eine Leitfähigkeit ersten Typs und einen ersten spezifischen Widerstand.

Sodann wird wenigstens eine Metallmasse mit dem Körper in Kontakt gebracht. Das hier angewandte Konzept der Abscheidung von Metall in Kontakt mit dem Körper umfaßt die Situa-

- 49-

tion, bei der das Metall völlig in dem Körper angeordnet wird, d.h., nicht in Kontakt mit irgendeiner seiner Oberflächen, sowie die Situation, bei der das Metall auf einer Oberfläche des Körpers angeordnet wird. Die Masse kann eine tropfenähnliche, eine lineare oder planar-maschenartige Konfiguration haben. Wenn die Metallmasse eine lineare Konfiguration hat, ist deren Längsachse im wesentlichen mit einer kristallographisehen Drahtrichtung für den Körper und das für die Wanderung bestimmte Metall ausgerichtet. Wenn die Metallmasse eine maschenartige Konfiguration hat, sind die Längsachsen der linearen Elemente der Masche im wesentlichen mit kristallographischen Drahtrichtungen für den Körper und dem für die Wanderung bestimmten Metall ausgerichtet. Die Metallmasse kann ein Element oder eine Legierung sein, wie es für die Erzeugung der gewünschten physikalischen Eigenschaften erforderlich ist, wie Leitfähigkeitstyp und spezifischer Widerstand im umkristallisierten Bereich der im Wirtskörper zu bildenden Halbleitfähigkeit. Wenn die Metallmasse auf einer freien Oberfläche abgeschieden wird, erfolgt die Abscheidung bevorzugt mit Hilfe z.B. der Elektronenstrahlverdampfung in einem Vakuum, was eine praktisch sauerstoffreie Metallmasse erzeugt. Dann werden Elektroden mit den ersten und zweiten Oberflächen in Kpntakt gebracht.

Der Wirtskörper und die abgeschiedene Masse oder Massen des Metalls werden dann auf eine gleiahförmig konstant erhöhte Temperatur erwärmt, die zur Bildung einer oder mehrerer Schmelzen, d.h. Flüssigmetalleinschlüssen, aus metallreichem Halbleitermaterial ausreicht. Dann wird ein elektrischer Potentialgradient über den Körper hinweg zwischen den Elektroden aufgebaut. Der Potentialgradient wird im allgemeinen im wesentlichen parallel mit der bevorzugten kristallographischen Richtung aufgebaut. Die Richtung, in der die Einschlüsse auf den elektrischen Potentialgradienten hin wandern, wird durch die Art des Körpers und das abgeschiedene Metall nach den erfindungsgemäßen Lehren bestimmt.

Danach wird jede Schmelze oder Schmelzen aus metallreichem Halbleiter-Material gleichzeitig, d.h. durch Elektromigration, als geschmolzene Zone durch den oder in den festen Körper aus Halbleiter-Material aufgrund des angewandten elektrischen Potentialgradienten bewegt. Das Verfahren kann z.B. ausgeführt werden, um eine oder mehrere geschmolzene Zonen ganz durch den Körper von einer ersten Oberfläche zu einer zweiten Oberfläche zu bewegen. Ebenfalls beispielsweise kann die geschmolzene Zone zwischen den Oberflächen gestoppt und ein umgekehrter Gradient angelegt werden/ um die geschmolzene Zone, vorzugsweise entlang dem gleichen Anfangsweg, zur ersten Zone zurückzubewegen, wodurch eine scharfe Grenze zwischen bearbeitetem und Unbearbeitetem Halbleiter-Material des Körpers insbesondere in Wanderungsrichtung zurückbleibt. Die Bewegung einer jeden geschmolzenen Zone durch den festen Körper aus Halbleiter-Material schafft einen Bereich aus umkristallisiertem Halbleiter-Material des Körpers mit fester Löslichkeit des abgeschiedenen Materials, d.h. des Dotierungsmittels, darin. Der so erzeugte Bereich hat eine praktisch gleichförmige Querschnittsfläche, einen im wesentlichen gleichförmigen zweiten spezifischen Widerstand durch den gesamten Bereich hindurch und kann eine andere Art von Leitfähigkeit haben, verglichen mit der des Wirts-Halbleiters, in Abhängigkeit von der Art des gewanderten Metalls.

Die Erfindung ist aufgrund der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Figuren besser zu verstehen; von diesen ist

Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung der Elektromigration eines Flüssigmetalleinschlusses innerhalb eines Körpers aus Halbleiter-Material als Folge eines angelegten elektrischen Potentialgradienten;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung der Elektromigration zweier Flüssigmetalleinschlüsse verschiedener Zusammensetzung

in entgegengesetzten Richtungen in dem gleichen Körper aus Halbleiter-Material als Folge des gleichen angelegten elektrischen Potentialgradienten;

Fig. 3 eine schematische Querschnittszeichnung der für die Elektromigration verwendeten Vorrichtung;

Fig. 3A ein schematischer Querschnitt einer Vergrößerung des durch einen Kreis in Fig. 3 festgelegten Bereichs;

Fig. 4 ein Diagramm der Elektromigrationrichtungen und der Elektromigrationsgeschwindigkeit, dividiert durch den angewandten Stromparameter für 8 Typen metallreicher Einschlüsse, die in Silicium elektrisch wandern, gegen die Elektromigrationstemperatur;

Fig. 5 ein Diagramm der Elektromigrationsgeschwindigkeit, dividiert durch den Stromparameter als Funktion der Elektromigrationstemperatur für silberreiche Flüssigmetalleinschlüsse, die in Silicium elektrisch wandern;

Fig. 6 ein Diagramm der Elektromigrationsgeschwindigkeit, dividiert durch den Stromparameter als Funktion der Legierungszusammensetzung für eine Reihe von Silber/Gold-Flüssigmetall-Legierungseinschlüssen, die in Silicium elektrisch wandern; .

Fig. 7 ein Diagramm der Austrittsarbeit gegen die Legierungszusammensetzung für Gold/Silber-Legierungen;

Fig. 8 ist eine schematische Schnittansicht einer

- η*

Elektromigration eines Flüssigmetalleinschlusses in einem Körper aus eigenleitendem Halbleiter-Material als Folge eines angelegten elektrischen Potentialgradienten mit Ausbildung einer Spur aus umkristallisiertem Halbleiter-Material des p-Typs;

Fig. 9 eine schematische Schnittdarstellung des Phänomens der durch die Bildung eines gleichrichtenden Übergangs verursachten Stromablenkung;

Fig.10 eine schematische Schnittdarstellung der Bildung von gleichrichtenden Übergängen des Schottky-Typs;

Fig.11 ein Diagramm der Leitfähigkeit als Funktion

der Temperatur für eigenleitendes Silicium und eine Gallium-dotierte Spur, abgeschieden durch einen elektrisch wandernden galliumreichen Flüssigmetalleinschluß; und

Fig.12 eine schematische Darstellung der Elektromigration eines dünnen Films.

Bezüglich Fig. 1 ist gefunden worden, daß ein Flüssigmetalleinschluß 1 in einem Halbleiter-Einkristall 2, durch den ein elektrischer Gleichstrom geht, entlang den Stromflußlinien entweder zur Anode 3 oder zur Kathode 4 wandert. Die Bewegung des Flüssigeinschlusses 1, wie durch den Pfeil in Fig. 1 und den folgenden Figuren angedeutet, wird durch einen Strom gelöster Halbleiter-Atome durch den Einschluß 1 hindurch verursacht, induziert durch den durch den Flüssigeinschluß 1 gehenden elektrischen Strom. Um diesen Strom von Halbleiter-Atomen zu speisen, lösen sich Atome des Halbleiters 2 im Einschluß 1 an dessen Vorderfläche 5, während gelöste Halbleiter-Atome an der hinteren Fläche 6 abgeschieden werden. Für die Zwecke der Erfindung fließt der Gleichstrom von der Kathode

zur Anode 3, somit ist auch die Richtung, d.h. die Polarität, des elektrischen Potentialgradienten durch den Halbleiter-Körper 2 hindurch ebenfalls von der Kathode 4 zur Anode 3. Der Einschluß 1 liegt vorzugsweise in Richtung oder im Wege des elektrischen Potentialgradienten. Er wandert als Folge des elektrischen Potentialgradienten praktisch entlang diesem Weg, entweder zur Kathode 4 oder zur Anode 3.

In der Halbleiter-Abscheidungsspμr 7 hinter dem elektrisch wandernden Einschluß 1 hinterbleiben Spurenmengen des Metalls oder der Metalle des Einschlusses 1 bis zur Feststofflöslichkeitsgrenze des Metalls im kristallinen Halbleiter 2. Wenn das den Einschluß 1 bildende Metall ein elektrisch aktives Dotierungsmittel für den Halbleiter 2 ist, dann wird die Halbleiter-Abscheidungsspur 7 entweder zum n- oder p-Typ dotiert, in Abhängigkeit vom Wertigkeitszustand und der Konzentration des Dotierungsmittels. Durch Elektromigration eines Flüssigmetalleinschlusses 1 des p-Typs durch ein Halbleiter-Material 2 des η-Typs oder eines Flüssigmetalleinschlusses des η-Typs durch ein Halbleiter-Material des p-Typs können pn-Ubergänge 8 in dem Halbleiter-Kristall 2 gebildet werden. Da die Elektromigrationsgeschwindigkeiten von FlÜssigmetalleinschlüssen Größenordnungen größer sind als die Diffusionskoeffizienten der gleichen Metalle im festen Zustand, bietet die Elektromigration von FlÜssigmetalleinschlüssen eine Möglichkeit zur Bildung von pn-übergängen in Halbleiter-Körpern innerhalb von Minuten anstelle von Tagen.

Nicht alle Flüssigmetalleinschlüsse wandern elektrisch in der gleichen Richtung in einem gegebenen Halbleiter-Material als Folge eines gegebenen elektrischen Potentialgradienten. Wie erfindungsgemäß gefunden wurde und schematisch in Fig. 2 veranschaulicht ist, wandert ein Flüssigmetalleinschluß 9 aus einem Metall A mit einer Austrittsarbeit über 4,55 eV elektrisch zur Anode 3, während ein Flüssigmetalleinschluß 10

aus einem Metall B mit einer Austrittsarbeit kleiner als 4,55 eV gleichzeitig elektrisch zur Kathode 4 in Silicium wandert. Tabelle I zeigt teilweise die Elektromigrationsrichtungen von 9 Metallen in Silicium und ihre Austrittsarbeit O

labeile I

Element Elektromigrations- Austritts- Aktivierungs- Vorexponentialrichtung arbeit energie, Q Faktor*

eV (kcal/Mol) (V/I) (αη³/Ο

Palladium	Anode(+)	5,12
Gold	Anode	5,10
Kupfer	Anode	4,65
Antimon	keine Elektro-	4,55
	migration
Zinn	Kathode(-)	4,42
Aluminium	Kathode	4,28
Silber	Kathode	4,26
Gallium	Kathode	4,20
Indium	Kathode	4,12

26,1 21,3 18,3

24,8 20,8 17,3 14,5 24,7

1,5 χ 10

5,6 χ 10

3,2 χ 10

2.4 χ 10 8,2 χ 10~

9.5 χ 10 2,1 χ 10 5,0 χ 10

* Erläuterungen s. Seite 13, Abs. 1.

Tabelle I wurde aus Daten zusammengestellt, die im Verlauf der Konzipierung der Erfindung erhalten wurden. Zu ihrer Erlangung wurden die Elektromigrationsapparatur 20, die in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, und ein Standard-Diffusionsofen (nicht dargestellt) verwendet. Die Vorrichtung 20 umfaßte zwei sich gegenüberliegende Molybdänstäbe 11 von 6,4 mm (0,25") Durchmesser, an zwei Stellen getragen von zylindrischen keramischen Einschüben 12 von 51 mm (2") Durchmesser, die 76 mm (3") lang waren. Zwecks Struktursteifigkeit waren die Molyb-

dänstäbe 11 in ihren keramischen Trägern 12 in ein Rohr 13 aus rostfreiem Stahl von 51 mm (2ⁿ) Innendurchmesser bei . einer Länge von 508 mm (20") und mit einer Wanddicke von 3,2 mm (1/8") eingeschoben. Zur weiteren Unterstützung waren die Molybdänstäbe 11 über den Bereich des rostfreien Stahlrohrs 13 hinaus durch eine Klemmschelle 14 aus einem inerten, elektrisch nicht leitfähigen, steifen Material befestigt. Gemäß Fig. 3A wurden ersetzbare Molybdänstäbe 15 von 3,2 mm (1/8") Durchmesser als Elektrodenkontakte zu einer Siliciumprobe 16 verwendet. Wolframfedern 17 lieferten den Kontaktdruck zwischen den Molybdänelektroden 15 und der Siliciumprobe 16 während der Hochtemperatur-Elektromigrationsversuche, die im Verlauf der Erfindung durchgeführt wurden. Ein Keramikstück 18 lieferte die elektrische Isolierung zwischen den Federn 17.

Proben 16 von 4 χ 1 χ 1 cm wurden aus einem Siliciumblock den η-Typs von lO^acm geschnitten. Die lange Abmessung der rechtwinkligen Proben 16 war parallel zur -<111 >-Richtung. Die obere Fläche und die Seitenflächen waren jeweils senkrecht zur <iTo >- und <112 >-Richtung. Von der oberen (iTo)-Fläche der Probe 16 wurden mit Ultraschall zwei Löcher halb durch die Probe 16 gebohrt. Die in Fig. 3A gezeigten Löcher lagen jeweils symmetrisch 1,5 cm von den sich gegenüberliegenden Enden der Probe 16. Das größere Loch 19, 2 mm im Durchmesser, wurde als Loch für ein Thermoelement verwendet, während das kleinere Loch 21, 0,75 mm im Durchmesser, als Einschlußloch verwendet wurde. Die obere und die Seitenflächen der Probe wurden auf 1 pm poliert und Bezuglinien auf ihnen mit einem Diamantschreiber gezogen, um das Fortschreiten der Elektromigration mit IR-Transmissionsmikroskopie beobachten zu können. Ein Draht des für die Wanderung bestimmten Metalls von 0,70 mm Durchmesser wurde in das kleinere Loch 21 eingeführt. Die Probe 16 wurde dann in einen (nicht dargestellten) Glühofen mit strömendem H- bei 11OO°C für 3 h gebracht, um die metallreiche Halbleiter-Lösung zu bilden, die dann als Flüs-

sigmetalleinschluß elektrisch wandern sollte. Die Probe 16 wurde dann gekühlt und aus dem Glühofen genommen.

Bei der Untersuchung der Elektromigrationsparameter wurden das Ende der Vorrichtung 20, die die Probe 16 hielt, und etwa die Hälfte der Menge des rostfreien Stahlrohres 13 in den (nicht dargestellten) Diffusionsofen eingeführt und auf die Elektromigrationstemperatur erhitzt. Ein Strom aus 95 % N„+

5 % H» wurde verwendet _t um die Oxidation der Apparatur 20 zu verhindern. Nach der Temperatur-Gleichgewichtseinstellung wurde ein konstanter Gleichstrom von 3 bis 30 A viermal durch die Siliciumprobe 16 für Zeiten von 20 bis 240 h geleitet. Feste Temperaturen von 400 bis 1100 ⁰C wurden angewandt und kontinuierlich mit einem Chromel-Alumel-Thermoelement erfaßt, das in das' Thermoelemeritloch 19 eingeführt war. Nach der Elektromigration wurde die Vorrichtung 20 aus dem Diffusionsofen genommen und konnte sich abkühlen. Die Probe 16 wurde entnommen und IR-Transmissionsmikrobilder aufgenommen, um die Bewegung des metallreichen Flüssigeinschlusses durch die Siliciumprobe 16 zu bestimmen. Messungen der Einschlußverschiebung erfolgten auf den Mikrobildern relativ zu den mit Diamant eingeritzten Bezugslinien auf der Probenoberfläche.

Die Ströme wurden über eine (nicht dargestellte) Hewlett-Packard 6269B-Energiequelle mit konstantem Gleichstrom zugeführt. Eine Stromquelle mit konstantem Strom war notwendig wegen der scharfen Änderung des spezifischen Widerstandes der Siliciumprobe 16 mit der Temperatur. Je nach der Elektromigrationstemperatur war eine Spannungssenkung von etwa 1 bis

6 V durch die Stromquelle erforderlich, um die Gleichströme von 3 bis 30 A, die erfindungsgemäß angelegt wurden, fließen zu lassen. Der Spannungsabfall trat größtenteils an verschiedenen elektrischen Kontaktpunkten in der Schaltung statt in der Siliciumprobe 16 selbst auf.

Das Erwärmen der Probe auf die vorgewählte Elektromigrationstemperatur kann durch Joulesche Erwärmung, durch eine äußere Wärmequelle, wie einen Ofen,oder eine Kombination von beiden erfolgen. Die Joulesche Erwärmung ist die einfachste und liefert letztlich die höchsten Elektromigrationsgeschwindigkeiten, ist aber am wenigstens steuerbar, da das angelegte Potential sowohl Joulesche Wärme als auch Elektromigrationspotential liefert. Externes Erhitzen unter Anwendung des Potentialgradienten zur Steuerung der Bewegung der Zone ist am besten steuerbar und ideal geeignet für die Herstellung von Ein- und Aus-Übergängen/mit geringer Tiefe unter der Oberfläche, von der aus sie gewandert sind J (im Englischen in-and-out

genannt)

Im allgemeinen wurde gefunden, daß die Elektromigrationsgeschwindigkeiten der metallreichen Einschlüsse eine lineare Funktion der Stromdichte sind, ob die Einschlüsse nun zur Anode oder zur Kathode gewandert sind, und zwar über einen Strom-

dichtebereich von 3 bis 30 A/cm . So wurde gefunden, daß die Elektromigration mit ähnlichen Geschwindigkeiten verläuft wie man sie bei der Thermomigration bei relativ geringen

2 Stromdichten in der Größenordnung von 5 A/cm findet, wenn beide Verfahren bei der gleichen Nenntemperatur durchgeführt werden. Fig. 4 zeigt die Elektromigrationsrichtungen und die Elektromigrationsgeschwindlgkeiten, dividiert durch den Stromparameter für die acht Typen metalireicher Flüssigeinschlüsse, elektrisch gewandert in Silicium, als Funktion der Elektromigrationstemperatur.

Die metallreichen Einschlüsse sind theoretisch zur Elektromigration über den durch die Metall-Halbleiter-Eutektikumstemperatur und den Schmelzpunkt des Halbleiters begrenzten Temperaturbereich befähigt. Die Einschluß-Elektromigrationsgeschwindigkeit, dividiert durch den Strom für die Flüssigmetalleinschlüsse, folgt der Arrhenius-Funktion der Temperatur

(D I

wie es typischerweise in Fig. 5 für silberreiche Einschlüsse, die in Silicium elektrisch wandern, gezeigt ist. In Gleichung (1) ist V die Elektromigrationsgeschwindigkeit in cm/s, I die Stromdichte in A/cm , Q die Aktivierungsenergie in kcal/mol, R die Gaskonstante, T die absolute Temperatur, bei der die Elektromigration stattfindet, und (V/I) ist der Vorexponentialfaktor in cm / Die Aktivierungsenergien lagen zwischen 14,5 kcal/mol für Ga und 26,1 kcal/mol für Pd. Die Aktivierungsenergien für Vorexponentialfunktionen für die acht Elemente, die in Silicium elektrisch zu wandern vermögen, sind ebenfalls in Tabelle I zusammmengefaßt.

Die Mechanismen, die zur Elektromigratioh beitragen, wurden unter Heranziehung der Daten der Tabelle I analytisch untersucht. Es wurde gefunden, daß die Hauptantriebskraft für die Elektromigration von Flüssigmetalleinschlüssen der Elektronen-Atom-Momentaustausch oder der sogenannte Elektronenwindeffekt war. Ferner wurde gefunden, daß die Richtung der Elektromigration in Silicium mit den Austrittsarbeiten der die Flüssigeinschlüsse bildenden Metalle korrelieren, d.h., Einschlüsse eines Metalls mit einer Austrittsarbeit über 4,55 eV wandern elektrisch zur Anode, während Einschlüsse eines Metalls mit einer Austrittsarbeit unter 4,55 eV elektrisch zur Kathode wandern. Schließlich könnte die relative Größenordnung der Elektromigrationsgöschwindigkeiten von Flüssigmetalleinschlüssen innerhalb der zur Anode gerichteten und zur Kathode gerichteten Gruppen begründet sein durch die Größe der Abweichung der Austrittsarbeit des Einschlusses von dem Wert der Austrittsarbeit, bei der keine Elektromigration eintrat, und Faktoren, die verantwortlich sind für die Löslichkeit gelösten Siliciums in dem Einschluß und die Massenerhaltung.

Zur Herstellung einer besonderen Halbleitervorrichtung kann es wünschenswert sein, einen flüssigen Einschluß zu haben, der elektrisch zur Anode wandert und das Silicium zum p-Typ dotiert. Tabelle I ist zu entnehmen, daß alle reinen p-dotie-

-J.O-

renden Einschlüsse (Al, Ga und In) elektrisch zur Kathode wandern. Folglich muß, um einen Einschluß zu erhalten, der sowohl elektrisch zur Anode wandert als auch das Silicium zum p-Typ dotiert, ein Legierungseinschluß mit der geeigneten Austrittsarbeit, z.B. aus Al und Pd in den richtigen Verhältnissen, gebildet werden.

Um in diesem und anderen Fällen die richtige Einschlußzusammensetzung zu erhalten, wurde nach Informationen über die Elektromigrationsrichtungen von Einschlüssen gesucht, die aus mehr als einem Metall bestanden» A priori würde man erwarten, daß Tröpfchen aus mehr als einem Metall einer Mischungsregel folgen würden, so daß eine Misch—Austrittsarbeit 0 der Legierung gegeben wäre durch

worin 0_a, 0_, 0_n *'* usw. jeweils die Austrittsarbeiten der

A. Jj v*

reinen Elemente und X-, X , X ""' usw. der Atomanteil der den Legierungseinschluß bildenden Elemente sind. Wenn die Misch-Austrittsarbeit der Legierung größer als 4,55 eV ist, wäre zu erwarten, daß der flüssige Legierungseinschluß in Silicium elektrisch zur Anode wandert. Wenn andererseits die Misch-Austrittsarbeit der Legierung kleiner als 4,55 eV ist, wäre zu erwarten, daß der flüssige Legierungseinschluß in Silicium elektrisch zur Kathode wandert.

Um die Regel der Gemisch-Hypothese zu testen, wurden die Elektromigrationsrichtungen einer Reihe von Gold-Silber-Legierungen gemessen. Gold und Silber wurden aus mehreren Gründen gewählt. Zuerst sind beide Edelmetalle chemisch ähnlich und haben fast identische Atomradien. Außerdem bilden sie stetige feste und flüssige Lösungen, so daß äußerliche Faktoren, wie Eutektika, intermetallische Verbindungen oder Flüssigkeits-Unmischbarkeitslücken die Untersuchung nicht komplizieren würden. Von besonderer Bedeutung war die Tatsache, daß Einschlüsse dieser beiden edlen Elemente elektrisch

in entgegengesetzte Richtungen wandern. Auch konnte auf der Grundlage der erfindungsgemäßen Feststellungen zur Elektromigration von Elementen in Silicium eine Temperatur (884°C) gewählt werden, bei der die absoluten Größen der entgegengesetzt gerichteten Geschwindigkeiten der Gold- und Silbereinschlüsse gleich waren. Schließlich waren die Austrittsarbeiten von Au-Ag-Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzung in der Literatur verfügbar, so daß ein Vergleich der Elektromigrationsrichtung einer bestimmten Legierungszusammensetzung mit ihrer Austrittsarbeit möglich war.

Unter Verwendung der Apparatur 20 und unter Anwendung der oben beschriebenen Techniken wurden 11 verschiedene Au-Ag-Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzung von O bis 100 % Ag bei 10 % Zusammensetzungsintervallen (d.h. 0, 10, 20 % Ag usw.) in 11 separaten Probenlöchern in einer einzigen Siliciumprobe 16 bei 884 C der Elektromigration unterworfen. Fig. zeigt die Elektromigrationsgeschwindigke.iten der 11 Au-Ag-Legierungen gegen ihre Zusammensetzung. Wie gefunden wurde, wandern Legierungen mit Silber über etwa 21 % zur Kathode, während Legierungen mit weniger als etwa 21 % Silber elektrisch zur Anode wandern.

Zur Erklärung der Elektromigrationsrichtungen von Legierungen aus Gold und Silber in Silicium kann eine einfache Theorie für verdünnte Lösung unter Ausnutzung des Unterschiedes der Äustrittsarbeit des den Einschluß bildenden Metalls und einer empirischen Nullpunkts-Austrittsarbeit aufgestellt und herangezogen werden.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm der Austrittsarbeit von Au-Ag-Legierungen gegen die Zusammensetzung. Auf der Grundlage der Nullpunkts-Austrittsarbeit für Silicium von 4,55 eV wäre eine Elektromigrations-Nullpunkts-Zusammensetzung von 40 % Ag-60 % Au zu erwarten. Da aber bei der Elektromigrationstemperatur die Elektromigrationsgeschwindigkeiten von Einschlüssen aus

- ZT.-

reinem Gold und reinen. Silber gleich und entgegengesetzt sind, würde eine einfache lineare Extrapolation anzeigen, daß die Nullpunkts-Zusammensetzung bei 50 % Au-50- % Ag sein sollte. Bei den im Verlauf der Erfindung durchgeführten Versuchen wurde stattdessen eine Verschiebung des Nullpunkts zu einer goldreichen Zusammensetzung festgestellt.

Eine Verschiebung zu einer goldreichen Zusammensetzung war qualitativ vorausgesagt durch die nicht-lineare Austrittsarbeit von Au-Ag-Regierungen, die eine viel steilere Änderung auf der goldreichen Seite des Austrittsarbeits/Zusammensetzungs-Diagramms als auf der Silberseite zeigt. So bestand qualitative Übereinstimmung zwischen dem beobachteten experimentellen Nullpunkt und dem durch die Austrittsarbeiten der Legierungen vorausgesagten Nullpunkt, was die Verschiebung zur goldreichen Seite des Diagramms betrifft. Quantitativ jedoch stimmt die vorausgesagte Nullpunkts-Legierungszusammensetzung von 60 % Au-40 % Ag nicht mit der festgestellten Nullpunkts-Zusammensetzung von 79 % Au-21 % Ag überein. Diese quantitative Abweichung ist nicht überraschend, da die Austrittsarbeit ei|ier reinen Legierung bei Raumtemperatur zweifellos nicht gleich der Austritt^arbeit der gleichen Legierungsflüssig ist, die bei 884 ⁰C gelöstes Silicium enthält. Im Hinblick auf die quantitative Abweichung zwischen der Elektromigrationsrichtung und der Austrittsarbeit für die Au-Ag-Legierungen ist die im wesentlichen perfekte Korrelation der Elektromigratiopsrichtungen mit den hier für die reinen Flüssigmetalleinschlüsse gefundenen Austrittsarbeiten umso überraschender.

Da die Metallurgie der Flüssigeinschlußmigration im wesentlichen die gleiche ist, ob die Antriebskraft ein elektrischer Potentialgradient oder ein Wärmegradient ist, sind alle Konfigurationen von pn-Ubergängen in Halbleiterkristallen, die nach dem TGZM-Verfahren produzierbar sind, nach dem erfindungsgemäßen Elektromigrationsverfahren theoretisch produzierbar. Für ein tieferes Verständnis der TGZM-Techniken, die

-as-

auf die praktische Durchführung der Erfindung anwendbar sind, einschließlich z.B. die Herstellung von Halbleiter- und Einschlußmaterialien für Flüssigmetalleinschlußwanderung, und dem daraus resultierenden Erzeugnis sei auf die oben genannten US-Patentschriften und z.B. die US-PS 3 901 736 mit dem Titel "Method of Making Deep Diodes", 3 902 925 mit dem Titel "Deep Diode Device and Method", 3 898 106 mit dem Titel "High Velocity Thermomigration Method of Making Deep Diodes", 3 902 925 mit dem Titel "Deep Diode Device and Method", 3 899 361 mit dem Titel "The Stabilized Droplet Method of Making Deep Diodes Having Uniform Elektrical Properties", 3 899 962 mit dem Titel "Thermomigration of Metal-Rich Liquid Wires Through Semiconductor Materials" und 4 006 040 mit dem Titel "Semiconductor Device Manufacture" verwiesen, deren Offenbarungsgehalte durch diese Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen v/erden.

Es versteht sich jedoch für den Fachmann, daß die erfindungsgemäßen Feststellungen Vorteile liefern, die nicht notwendigerweise durch die praktische Durchführung des TGZM-Verfahrens zur Verfügung stehen, wie es durch die oben genannten und einbezogenen US-Patentschriften beispielsweise dargestellt wird. Beispielsweise ist es unter Anwendung der erfindungsgemäßen Feststellungen möglich, Dioden herzustellen, die von einer Oberfläche tief in das Innere des Halbleiterkörpers reichen, die sehr scharfe Übergänge zwischen dem rekristallisierten Weg und dem Wirtskristall in Richtung der Elektromigration aufweisen.Dieser scharfe übergang beruht auf dem Vermögen, die Richtung des angelegten ölektrischen Potentialgradienten rasch umzukehren.

Beim Auffinden der Erfindung wurden drei Phänomene aufgefunden, die die Triebkraft des elektrischen Potentialgradienten für das Elektroraigrationsverfahren beeinflussen könnten. Es sind die Bildung gleichrichtender übergänge, die Stromkanalisierung in den Flüssigmetalleinschluß und in die dotier-

315G748

'if-

te Spur.

Die Bildung der gleichrichtenden Übergänge hängt von der Temperatur und der Art der Leitfähigkeit, d.h. des p-Typs, n-Typs oder der eigenleitenden, ausgeübt durch den Wirts-Halbleiter und die rekristallisierte Spur hinter dem Elektromigrations-Flüssigmetalleinschluß, ab. Bei ausreichend hohen Temperaturen hat sowohl der Halbleiter-Stammkristall als auch die abgeschiedene Halbleiterspur hinter einem Elektromigrationseinschluß eine Leitfähigkeit des eigenleitenden Typs. Bei Temperatursenkung wird eine erste Übergangstemperatur erreicht, bei der die Spur Fehlstellen aufweisend wird, d.h. vom p- oder η-Typ, während das Wirtsmaterial· eigenleitend bleibt. Die Spur ändert sich zu fehlstellenhaltig vor dem Wirtsmaterial, weil es entweder Dotierungsatome oder eine höhere Konzentration an dotierenden Atomen im Vergleich zum Wirtskristall hat. Eine typische Situation ist schematisch in Fig. 8 dargestellt, wobei ein Einschluß geschmolzenen/ flüssigen Metalls 1 elektrisch zur Kathode 4 wandert und eine rekristallisierte Spur 7 des p-Typs hinterläßt, während der Halbleiter-Wirtskristall 2 eigenleitend bleibt. Der Übergang 22 zwischen der Spur 7 und dem Wirtskristall 2 wird vom Fachmann auf dem Halbleitergebiet als in Sperrichtung betrieben erkannt werden. Der gleichrichtende Übergang kann dazu führen, daß der angelegte Strom 23 um den Einschluß herum abgelenkt wird, wie schematisch in Fig. 9 dargestellt, was einen Verlust der elektrischen Potentialtriebkraft und letztlich ein Aufhören der Elektromigration verursacht.

Bei weiterem Temperaturabfall ändert sich der Leitfähigkeitstyp des Wirts-Halbleiters von Eigenleitung zu Fehlstellenleitung bei einer zweiten Übergangstemperatur. Eine typische Situation ist schematisch in Fig. 10 dargestellt, wobei die gleichrichtenden Übergänge in Form von Metall-Halbleiter-Übergängen, d.h. des Schottky-Typs an der Front 24 und am Hinterende 25 des Elektromigrationseinschlusses sind.

Wenn ein großer Unterschied zwischen den elektrischen Leitfähigkeiten des Halbleiter-Wirtskristalls und des Flüssigmetalleinschlusses besteht, könnte angenommen werden, daß die Stromdichte im Flüssigmetalleinschluß von der Stromdichte im Wirtskristall verschieden sein könnte. Ferner könnte die Folge dieser Stromdichte-Fehlanpassung eine Zunahme der Elektromigrationsgeschwindigkeit durch einen Stromkonzentrationseffekt sein, der eine genaue Steuerung des Verfahrens hindern könnte. Es kann gezeigt werden, daß die tatsächliche Stromdichte in dem Flüssigmetalleinschluß der dem Wirtskristall angelegten Stromdichte gleicht und daß folglich kein die Geschwindigkeit erhöhender Effekt eintritt.

Neben dem großen Unterschied zwischen den elektrischen Leitfähigkeiten des Halbleiter-Wirtskristalls und des Flüssigkristalleinschlusses existiert bei den meisten Temperaturen ein großer Unterschied zwischen der elektrischen Leitfähigkeit des Halbleiter-Wirtskristalls und der metalldotierten, abgeschiedenen Halbleiterspur hinter dem Elektromigrationseinschluß. Dieser Unterschied in den elektrischen Leitfähigkeiten zwischen dem Wirtshalbleiter und der wieder-abgeschiedenen Spur läßt den angelegten Strom sich am Flüssigmetalleinschluß konzentrieren. Dieser Effekt ist in Fig. 11 für in Silicium elektrisch wandernden galliumreichen Einschluß gezeigt.

Aus Fig. 11 ist zu ersehen, daß dieser Effekt mit sinkender Elektromigrationstemperatur zunehmend Überhand gewinnt. Da der Effekt durch die Menge der wieder-abgeschiedenen Spur verstärkt wird, wird die Stromtrichterung in die dotierte Spur ein Faktor für Einschlüsse, wie Fingerdioden, die tief in den Halbleiter-Wirtskristall wandern. Wie jedoch im Verlauf der Konzipierung der Erfindung gefunden, kann experimentell die fehlende Wirts/Spur-Leitfähigkeitsübereinstimmung kompensiert werden. Die Möglichkeit einer solchen Kompensation stammt aus der gleichzeitigen Feststellung, daß die Ein-

dringtiefe eines Flüssigmetalleinschlusses in den Wirtshalbleiter von einer Oberfläche direkt proportional der Anzahl

2
von C/cm ist, die durch den Halbleiter gehen. So kann

2 eine Eichkurve der Eindringtiefe gegen die C/cm für eine Reihe von Elektromigrationstemperaturen erstellt werden. Diese Eichkurve schließt von sich aus die Einflüsse der Stromkanalisierung in die dotierte Spur ein.

In der Praxis kann man nun Fingerdioden mit sehr genauen Eindringtiefen in einem Halbleiter-Wirtskörper herstellen, wenn die Eichkurve einmal erstellt ist. Die Eindringtiefe des Tröpfchens kann auf etwa 1/100 eines Mikrometers gesteuert

werden, da die aufgewandte Strommenge auf etwa -10 C gemessen werden kann. Wenn z.B. die Eiphkurve zeigt, daß 25 χ 10

C/cm zu einer Elektromigration eines galliumreichen Flüssigkeitstropfens um 100 um in einem Siliciumkörper bei 900 ⁰C

führt, dann kann eine Fingerdiode des p-Typs hergestellt wer-

4 ■ 2
den, indem zuerst 25 χ 10 C/cm durch den Körper geschickt werden, wobei die Eingangsoberfläche bei einem positiven Potential relativ zur gegenüberliegenden Oberfläche ist. Dann

4 würde die Stromrichtung umgekehrt und etwas mehr als 25x10 C durch den Körper- geschickt, wobei die Eingangsoberfläche bei einem negativen Potential relativ zur gegenüberliegenden Oberfläche der Wafer ist, um das galliumreiche Tröpfchen zur Eingangsoberfläche zurückzuführen.

Weiter wurde nun gefunden, daß bei der Elektromigration flüssiger Metalleinschlüsse in einer Masse von Wirtskristallen die Elektromigration in dünnen Filmen durchgeführt werden kann.

In Fig. 12 ist schematisch ein Verbundkörper aus einem Substrat 26 und einem dünnen Film 25 praktisch gleichförmiger Dicke dargestellt. Der dünne Film 25 ist aus einem abgeschiedenen oder anderweitig vorgelegten Material auf und an wenigstens einem Teil der Oberfläche 26. Das Substrat mit oberer

-Vt-

und unterer Hauptoberfläche, die sich gegenüberliegen, und einer äußeren Randkantenfläche, die die Hauptoberflächen miteinander verbindet, kann ein Metall (z.B. Kupfer) oder ein Halbleiter (z.B. Silicium, Germanium, eine Verbindung der Gruppen H-V oder IH-VI) sein. Um den elektrischen Strom in dem dünnen Film 25 zu konzentrieren, sollte das Substrat 26 elektrisch nicht leitfähig sein. Andererseits kann ein dünner Isolierfilm, wie SiO₂, A^O-, oder Diamant, an der Grenzfläche 31 zwischen der oberen Substratoberfläche und der Bodenfläche des dünnen Films abgeschieden sein, um den Strom auf den dünnen Film zu beschränken. Zu geeigneten Materialien für den dünnen Film 25 gehören Silicium, Germanium, Galliumphosphid, Galliumarsenid, Indiumantimonid, Cadmiumtellurid und Zinksulfid. Wenn der dünne Film 25 Silicium ist und das Substrat 26 Saphir, kann die Film-Elektromigration mit dem Siliciumauf-Saphir-Material praktisch durchgeführt werden, wie es für Halbleiter-Fachleute vertraut ist.

Eine Kathode 4 und eine Anode 3 sind über Verbindungen 27 bzw. 28, die auf der dünnen Randkantenfläche des dünnen Films 25 einander praktisch gegenüber liegen, mit dem dünnen Film 25 verbunden. Ein oder mehrere Einschlüsse 29 des Metalls für die Elektromigration werden sodann auf der freien oberen Oberfläche 30 des dünnen Films 25 abgeschieden.

Die Temperatur des dünnen Film 25/Substrat 26-Verbundes wird dann auf die Elektromigrationstemperatur nach irgend einer der oben angegebenen Methoden erhöht. Für dünne Filme25 mit einer Dicke unter oder von etwa 25,4 pm (etwa 1 mil bzw. 0,001") diffundiert das Tröpfchen 29 rasch durch die Dicke des dünnen Films 25. Sind die Einschlüsse 29 einmal verflüssigt und liegen durch die Dicke des dünnen Films 25 hindurch vor, wird ein elektrisches Gleichstrompotential zwischen Anschlüssen 27 und 28 angelegt und mit der Elektromigration begonnen.

Für dünne Filme 25, die dicker als etwa 25,4 pm (etwa 1 mil) sind, muß das Tröpfchen zwangsweise durch die Dicke des dün-

nen Films 25 gebracht werden, wenn eine Durchdringung der Dicke in einer vernünftigen Zeitspanne gefordert ist. So besteht zumindest unter diesem Umstand eine Gelegenheit zur gleichzeitigen Durchführung des Wärmegradienten-Zonenschmelzens und der Elektromigration. Dazu würden der dünne Film 25/ das Substrat 26 mit den metallreichen Einschlüssen, die der

Elektromigration unterzogen werden sollen, in eine geeignete Vorrichtung gebracht, um die Temperatur des dünnen Films auf die Elektromigrationstemperatur zu steigern, wobei gleichzeitig ein Wärmegradient zwischen der freien, d.h. obersten Oberfläche 30 des dünnen Films 25 und der freien Oberfläche 32, d.h. der Bodenfläche des Substrats 26 aufgebaut würde, wobei die Oberfläche 30 bei einer kälteren Temperatur als die Oberfläche 32 gehalten würde. Die Elektromigration würde dann die Einschlüsse durch den dünnen Film 25 zwischen den Kontakten 27 und 28 wandern lassen, während das TGZM zugleich für das Vorliegen des Einschlusses dpirch die Dickenrichtung des dünnen Films 25 hindurch sorgen würde. In diesem Falle nun wäre der Wärmegradient praktisch senkrecht zum elektrischen Gradienten.

Die Geschwindigkeit der Flüssigzonen-Elektromigration in dünnen Filmen ist aus zwei Gründen gegenüber den Maximalwerten in Feststoffmassen stark gesteigert. Zunächst sind Oberflächenelektromigrationsgeschwindigkeiten von Hause aus 100 bis 1000 mal größer als Elektromigrationsgeschwindigkeiten in der Masse, hauptsächlich aufgrund der Tatsache, daß die Schnittlinie der freien Oberfläche und der flüssigen Zone eine reiche Quelle von Keimbildungsstellen bietet, wie atomare Stufen und Schichten, die einer flüssigen Zone in der Kristallmasse nicht zur Verfügung stehen. Somit liegen Keimbildungssperren für die Zonenwanderung nicht vor, wenn die Flüssigzone eine freie Oberfläche schneidet, wie das der Fall ist bei der Elektromigration bei dünnem Film.

Zweitens kann die Stromdichte in einem dünnen Film Größenordnungen größer als die Stromdichte in einer Kristallmasse sein, ohne

ein Schmelzen zu verursachen. Sehr hohe Stromdichten (d.h. in der Größenordnung von 1O⁶ A/cm²) können in dünnen Filmen trans portiert werden, da die Joulesche Erwärmung, die Massematerialien schmelzen würde, durch das darunter liegende Substrat abgeführt wird.

Die Kombination einer höheren Intrinsik-Elektromigrations-

2 3 geschwindigkeit (um einen Faktor von etwa 10 bis 10 höher) und einer höheren möglichen Stromdichte (um einen Faktor von

3 4
etwa 10 bis 10 höher) führt zu hohen Elektromigrationsgeschwindigkeiten dünner Filme,die 10 bis 10 größer sind als solche in Masse- oder Schüttgut-Materialien, d.h., in der Größenordnung von etwa 200 bis 3000 cm/h.

Die Bearbeitungskosten dünner Filme durch Elektromigration werden geringer sein als die Kosten für die Bearbeitung von Massenkristallen durch TGZM oder Elektromigration, und zwar aus zwei Gründen. Zunächst ist, wenngleich sehr hohe Stromdichten angewandt werden, die tatsächlich erforderliche Strommenge nicht groß, da der Film entlang dem Stromweg sehr dünn ist. Der zweite Grund für die geringen Kosten der Elektromigration bei dünnen Filmen sind die geringen Kosten der Bearbeitungsvorrichtung, da sie nicht die Kapazität der für die Elektromigration in Massekristallen verwendeten Vorrichtung haben muß.

Wenngleich die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf Silicium-Halbleitermaterial beschrieben worden ist, ist die erfindungsgemäße neue Technologie des Wandernlassens von Flüssigmetalleinschlüssen in Wirtsmasse-Halbleitermaterialien mit einer reversiblen und steuerbaren elektrischen Potential-Triebkraft breit auf andere Materialien des Halbleitergebiets anwendbar, dazu gehören z.B. Germanium (Ge), Galliumphosphid (GaP), Galliumarsenid (GaAs), Indiumantimonid (InSb), Cadmiumtellurid (CdTe) und Zinksulfid (2nS).

3O

Leerseite

Claims

Ansprüche

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Vorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Auswählen eines Körpers eines Einkristall-Halbleiter-Materials mit einander gegenüberliegender erster und zweiter Hauptoberfläche, einer äußeren Randkantenfläche, die die erste und zweite einander gegenüberliegende Oberfläche verbindet, einer Leitfähigkeit vorgewählter erster Art, eines vorgewählten ersten spezifischen Widerstands, einer bevorzugt planaren kristallographischen Orientierung wenigstens der ersten Oberfläche und einer bevorzugten kristallographischen Richtung, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Oberfläche steht,

b) Abscheiden eines vorgewählten festen metallischen Materials in Kontakt mit dem Körper, daswenigstens ein dotierendes Material liefert und in dem Halbleiter-Material unter Bildung einer Lösung mit einer Schmelztemperatur unter der

Sclimelztemperatur des Halbleiter-Materials löslich ist,

c) Erwärmen des Körpers auf eine praktisch konstante, erhöhte Temperatur im Bereich zwischen der Schmelztemperatur des Halbleiter-Materials und der Schmelztemperatur der Lösung, die im wesentlichen gleichförmig über den Körper ist, zur Bildung eines Flüssigmetall-Einschlusses aus metallreichem Halbleiter-Material,

d) Aufbauen eines elektrischen Potentialgradienten durch den Körper im wesentlichen parallel zur kristallographischen Richtung und mit einer vorgewählten Polarität und einer vorgewählten Größe, wobei das metallische Material entlang dem Weg des elektrischen Potentialgradienten liegt, und

e) Elektromigration des Flüssigmetall-Einschlusses mit Hilfe des Potentialgradienten unter Bildung eines Bereichs rekristallisierten Halbleiter-Materials, mit dem Körper integriert, wobei das rekristallisierte Material das dotierende Material in Lösung bis zur Feststoff-Löslichkeitsgrenze des Dotierungsm.|ttels in dem Halbleiter-Material enthält und einen praktisch gleichförmigen zweiten Wert des spezifischen Widerstandes und eine zweite Art Leitfähigkeit aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung in den Körper hineingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Material unter Gallium, Silber, Kupfer, Aluminium, Gold, Zinn, Indium, Palladium und deren Legierungen ausgewählt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Material unter Silicium, Germanium, Galliumarsenid, Galliumphosphid, Indiumantimonid, Cadmiumtellurid und Zinksulfid ausgewählt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte des Tn-Kontakt-Bringens einer ersten Elektrode mit der ersten Oberfläche und In-Kontakt-Bringens . einer zweiten Elektrode mit der zweiten Oberfläche.
6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Vorrichtung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Auswählen eines Verbundkörpers, der ein Substrat und einen dünnen Film praktisch gleichförmiger Dicke darauf aufweist, wobei das Substrat einander gegenüberliegende obere und untere Hauptoberflächen und eine äußere, die Hauptoberflächen miteinander verbindende Randkantenfläche aufweist und aus einem ersten Material besteht, wobei der dünnt,-Film auf und an wenigstens einem Teil der oberen Hauptoberfläche liegt und aus einem zweiten Material ist,

b) Abscheiden eines vorgewählten, festen,metallischen Materials in Kontakt mit dem dünnen Film, wobei das metallische Material wenigstens ein dotierendes Material liefert und in dem zweiten Material unter Bildung einer Lösung mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Materials des zweiten Materials löslich ist,

c) Erwärmen des Verbundkörpers auf eine praktisch konstante, erhöhte Temperatur, die niedriger ist als die Schmelztemperatur des ersten Materials und im Bereich zwischen der Schmelztemperatur des zweiten Materials und der Schmelztemperatur der Lösung ist und im wesentlichen gleichförmig über den Film ist, zur Bildung eines Flüssigitietall-Einschlusses aus metallreichem Halbleiter-Material über die Dicke des dünnen Films hinweg,

d) Aufbauen eines elektrischen Potentialgradienten im wesentlichen senkrecht zur Dicke des dünnen Films und mit einer vorgewählten Polarität und einer vorgewählten Größe,

wobei das metallische Material entlang dem Weg des elektrischen Potentialgradienten liegt, und

e) Elektromigration des Flüssigmetall-Einschlusses mit Hilfe des Potentialgradienten zur Bildung eines Bereichs rekristallisierten, mit dem dünnen Film integralen Halbleiter-Materials , das das dotierende Material in Lösung bis zur Feststoff-Löslichkeitsgrenze des Dotierungsmittels in dem zweiten Material enthält und einen praktisch gleichförmigen Wert des spezifischen Widerstandes und eine zweite Art Leitfähigkeit aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen durch Wärmeeinwirkung von einer äußeren Quelle erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen durch Joulesche Erwärmen erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen durch eine Kombination der Anwendung von Wärme einer äußeren Quelle und Joulesche Erwärmung erfolgt.
10. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Vorrichtung mit folgenden Schritten:

a) Auswählen eines Verbundkörpers mit einem Substrat und einem dünnen Film praktisch gleichförmiger Dicke darauf, wobei das Substrat einander gegenüberliegende obere und untere Hauptoberflächen und eine die Hauptoberfläche verbindende äußere Randkantenfläche aufweist und aus einem ersten Material ist, wobei der dünne Film auf und an wenigstens einem Teil der oberen Hauptoberfläche liegt und aus einem zweiten Material ist,

b) Abscheiden eines vorgewählten festen metallischen Materials in Kontakt mit dem dünnen Film, wobei das metallische Material wenigstens ein dotierendes Material liefert und in dem zweiten Material unter Bildung einer Lösung mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Materials aus dem zweiten Material löslich ist,

c) Aufbauen und Halten eines vorgewählten endlichen Temperaturgradienten in dem Verbundkörper zwischen der obersten Oberfläche des dünnen Films und der Bodenoberfläche des Substrats, wobei die Temperatur der obersten Oberfläche niedriger ist als die Temperatur der Bodenoberfläche, wobei die Temperatur der obersten Oberfläche und die Temperatur der Bodenoberfläche niedriger sind als die Schmelztemperatur des ersten Materials und im Bereich zwischen der Schmelztemperatur des zweiten Materials und der Schmelztemperatur der Lösung liegen, zur Bildung eines Flüssigmetall-Einschlusses aus metallreichem Halbleiter-Material über die Dicke des dünnen Films hinweg,

d) Aufbauen eines elektrischen Potentialgradienten im wesentlichen senkrecht zur Dicke des dünnen Films und mit einer vorgewählten Polarität und einer vorgewählten Größe und im wesentlichen senkrecht zum vorgewählten endlichen Temperaturgradienten, wobei das metallische Material entlang dem Weg des elektrischen Potentialgradienten liegt, und

e) Elektromigration des Flüssigmetall-Einschlusses mit Hilfe des Potentialgradienten unter Bildung eines Bereichs rekristallisieren, mit dem dünnen Film integralen Halbleiter-Materials, das das dotierende Material in Lösung bis zur Feststoff-Löslichkeitsgrenze des Dotierungsmittels in dem zweiten Material aufweist und einen im wesentlichen gleichförmigen Wert des spezifischen Widerstands und eine zweite Art Leitfähigkeit besitzt.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material unter Kupfer, Saphir, Germanium, Galliumphosphid, Galliumarsenid, Indiumantimonid, Cadmiumtellurid und Zinksulfid ausgewählt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material unter Silicium, Germanium, Galliumphosphid, Galliumarsenid, Indiumantimonid, Cadmiumtellurid und Zinksulfid ausgewählt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Art Leitfähigkeit die gleiche wie die erste vorgewählte Art Leitfähigkeit ist.
14. Verfahren nach Anspruch 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein dünner Isolierfilm in der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem dünnen Film liegt und unter Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Diamant ausgewählt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 6 oder 10, gekennzeichnet durch die Schritte des In-Kontakt-Bringens einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode mit Randkantenfläche des dünnen Films, wobei die erste Elektrode praktisch gegenüber der zweiten Elektrode angeordnet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Material der Kontaktelektroden Kohlenstoff gewählt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Material der Kontaktelektroden Molybdän gewählt wird.