Способ изготовления полупроводниковых элементов на основе кремния Советский патент 1993 года по МПК C30B33/06 C30B29/06 H01L21/18 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в технологических процессах формирования полупроводниковых кремниевых структур для нужд электроники и электротехники.

Изобретением решается задача упрощения и ускорения процессов изготовления полупроводниковых элементов на основе кремния.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематически изображено устройство для осуществления процесса изготовления элементов на основе кремния.

Способ изготовления полупроводниковых элементов может быть осуществлен с помощью устройства, которое содержит неподвижный зажим 1, в котором закрепляют один из кристаллов 2, подвижный зажим 3,

в котором фиксируют другой кристалл 4, зажим 3 соединен с двигателем 5, который совместно с упомянутым зажимом может линейно перемещаться по направляющим 6.

Полупроводниковые элементы изготавливают следующим образом.

Кристаллы кремния с противоположными типами проводимости (n-кремния и р- кремния), полученные, например, методом Чохральского, срезают с торцов перпендикулярно направлению их роста (так, чтобы сохранилась естественная ориентация). Затем один из кристаллов (безразлично с каким типом проводимости) закрепляют с помощью зажима 1, а другой - с помощью зажима 3. После этого, перемещая двигатель 5 по направляющим 6, приводят кри00

Ј

о

сталлы в контакт сопрягаемыми плоскостями. Внешнее давление на кристаллы создается в данном случае за счет использования веса двигателя. В принципе величина давления может быть любой, но не достигать коитического значения, равного 9,47 кг/мм2. После включения двигателя 5 взаимное скольжение сжатых плоскостей кристаллов происходит с выделением теплоты, образующейся за счет производства работы против сил трения. Скорость вращения подвижного кристалла не ограничивается конкретными значениями. Важным является только принцип, согласно которому чем больше скорость вращения, тем быстрее идет процесс сращивания. Когда температура стыка достигает точки плавления коем- ния ( 1467°С), между кристаллами образуется прослойка из жидкого кремния. Момент ее образования сопровождается резким уменьшением силы трения между кристаллами, что выражается в резком падении нагрузки на двигатель. В этот момент его останавливают и образовавшийся при кинетическом разогреве жидкий слой кристаллизуется за счет ухода тепла через твердую фазу.

Если сращиваются монокристаллы, то в условиях формирования на ориентированных плоскостях как на подложках (при теп- лоотводе по твердой фазе) жидкий слой кристаллизуется упорядочение.

Изготовление полупроводниковых элементов производится в атмосфере, лишенной кислорода, поскольку при нагреве выше 600°С кремний интенсивно взаимодействует с ним. Это можно осуществлять, поместив устройство в герметичную камеру, заполняемую инертным газом или вакууми- руемую. Однако жестких требований к газовому составу или к глубине вакуума нет, поскольку слой жидкого кремния сосредоточен между сопрягаемыми плоскостями кристаллов и практически не имеет контакта с окружающей средой.

Сращенные таким образом кристаллы содержат зону, в которой произошло сплав- ление (вызаимопроникновение) материалов с противоположными типами проводимости и обладающей ценными полупроводниковыми характеристиками. Эта зона может

быть вырезана в виде пластины, а образовавшиеся новые плоскости чистых кристаллов кремния совмещены для повторения операции сращивания. Таким образом из

одной пары кристаллов можно получить несколько полупроводниковых элементов.

Использование описанного способа изготовления полупроЁодниковых элементов позволяет упростить и ускорить процесс

сращивания путем применения новой технологии.

Упрощение технологического процесса происходит, в основном, на этапе подготовки поверхностей. Наиболее трудоемким и

сложным процессом этого этапа является полировка высшего класса точности. В изобретении этот этап сводится к обрезанию торцов кристаллов на алмазном круге. Дальнейшего уменьшения шероховатости поверхности не проводят. Это обстоятельство не только упрощает технологию, но и сокращает время, идущее на подготовку кристаллов к сращиванию. Значительный выигрыш времени получается в результате применения способа на стадии сращивания кристал- лов. Если процесс сращивания по известному способу длится часы, то по изобретению - минуты. Таким образом процесс ускоряется в десятки раз.

в применению к кремнию способ обладает наибольшей эффективностью благодаря тому, что теплопроводность кремния мала и энергия, выделяющаяся в контактной зоне с достаточной инерцией, может

накапливаться в ней, быстро повышая температуру трущихся плоскостей. Формула изобретения Способ изготовления полупроводниковых элементов на основе кремния, включающий предварительную обработку кристаллов противоположного типа проводимости и приведение их в контакт сопрягаемыми поверхностями при нагреве в газовой атмосфере, отличающийся

тем, что, с целью упрощения и ускорения процесса, контакт осуществляют в условиях внешнего давления при вращении одного из кристаллов до образования жидкой прослойки в зоне контакта, и после застывания

прослойки зону контакта вырезают в виде пластины.

i

Использование: в металлургии полупроводников. Сущность изобретения: кристаллы п и р-типа приводят в контакт, прикладывают внешнее напряжение, затем один из кристаллов приводят во вращение, которое осуществляют до тех пор, пока в зоне контакта не образуется жидкая прослойка. После остановки вращения кристаллы остывают, в результате чего происходит их сращивание, после чего зону контакта определяют в виде пластины. Способ позволяет упростить процесс за счет исключения полировки, довольно сложной предварительной операции, а также значительно ускорить его (время сращивания составляет несколько минут). 1 н.з.п.ф-лы, 1 ил., 1 пр.