DE1104074B

DE1104074B - Method for cutting a semiconductor single crystal, e.g. B. of germanium, for semiconductor arrangements in thin slices, the cut surfaces of which are perpendicular to a desired crystal axis

Info

Publication number: DE1104074B
Application number: DET13941A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schaefer
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1957-07-30
Filing date: 1957-07-30
Publication date: 1961-04-06

Description

Verfahren zum Zerschneiden eines Halbleiter-Einkristalles, z. B. aus Germanium, für Halbleiteranordnungen in dünne Scheiben, deren Schnittflächen senkrecht zu einer gewünschten Kristallachse liegen Die Erfindung betrifft das Zerschneiden eines Einkristalls in dünne Scheiben, deren Schnittflächen senkrecht zu einer gewünschten Kristallachse liegen. Versuche haben ergeben, daß beispielsweise bei Legierungstransistoren mit Germaniumbasis die Orientierung der Kristallachsen im Halbleiterkörper einen Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften des Transistors hat. Man ist daher bestrebt, die Kristallachsen auf geometrische Vorzugsrichtungen im Transistor einzurichten. In der Regel wird das Halbleitermaterial als größerer einkristalliner barrenförmiger bzw. zylindrischer Körper mit einem Impfkristall aus einer Schmelze gezogen. Dieser barrenförmige Körper wird dann in dünne Scheiben gesägt. Diese dünnen einkristallinen Scheiben lassen sich auf einfache Weise in die gewünschten Basisplättchen zerlegen. Da die Achse der Schnittfläche der Scheiben dann gleichzeitig die Vorzugsrichtung der fertigen plättchenförmigen Halbleiterkörper ist, kommt es also darauf an, die Schnittflächen der Scheiben auf die gewünschte Kristallachse auszurichten.Method for cutting a semiconductor single crystal, e.g. B. off Germanium, for semiconductor arrangements in thin slices, the cut surfaces of which are perpendicular lying to a desired crystal axis The invention relates to cutting of a single crystal into thin slices, the cut surfaces of which are perpendicular to a desired Crystal axis lie. Tests have shown that, for example, with alloy transistors with germanium base the orientation of the crystal axes in the semiconductor body Has an influence on the electrical properties of the transistor. The aim is therefore to set up the crystal axes in preferred geometric directions in the transistor. As a rule, the semiconductor material becomes more ingot-shaped than a larger single-crystalline or cylindrical body drawn from a melt with a seed crystal. This Ingot-shaped body is then sawn into thin slices. These thin monocrystalline Slices can be easily dismantled into the desired base plates. Since the axis of the cut surface of the slices is then also the preferred direction is the finished platelet-shaped semiconductor body, so it depends on the Align the cut surfaces of the slices with the desired crystal axis.

Durch entsprechendes Einspannen des Impfkristalles läßt sich stets erreichen, daß die gewünschte Kristallachse grob mit der Längsrichtung des gezogenen Barrens bzw. Zylinders übereinstimmt. Wie jedem Fachmann außerdem bekannt ist, ist dem gezogenen Barren an vorhandenen abgeflachten Stellen die Lage seiner Kristallachsen anzusehen. So ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei welchem ein nach dem Kristallziehverfahren mit abwechselnden Schichten vom n-und p-Leitungstyp hergestellter Halbleiterstab so in einzelne Halbleiterkörper zerschnitten wird, daß in jedem herausgeschnittenen Halbleiterscheibchen beide Leitungstypen enthalten sind. Jedoch läßt sich auf diese Weise die Achsenlage nur mit einem Winkelfehler von günstigstenfalls etwa 7 bis 10° bestimmen. Es ist die Aufgabe des Verfahrens gemäß der Erfindung, den Winkelfehler auf unter 1° zu bringen.By appropriately clamping the seed crystal, it is always possible to achieve that the desired crystal axis coarse with the longitudinal direction of the pulled Barrens or cylinder matches. As is also known to anyone skilled in the art The position of its crystal axes on the drawn bar at existing flattened points to watch. So a method has become known in which a after the crystal pulling process Semiconductor rod made with alternating layers of the n and p conductivity types is cut into individual semiconductor bodies in such a way that each one is cut out Semiconductor wafers both types of conduction are included. However, one can draw on this Make the axis position only with an angular error of at best about 7 to Determine 10 °. It is the object of the method according to the invention to reduce the angle error to bring it below 1 °.

Zur genauen Lagebestimmung der Achsen hat man bekanntlich bisher Röntgendiagramme benutzt. Die Benutzung solcher Rötgendiagramme ist aber mit viel Aufwand verbunden. Außerdem müssen die gemessenen Werte von der Röntgenapparatur auf die Schneidvorrichtung übertragen werden, wobei sich oft nicht unerhebliche Übertragungsfehler ergeben.As is well known, X-ray diagrams have so far been used to determine the exact position of the axes used. The use of such X-ray diagrams is, however, associated with a lot of effort. In addition, the measured values must be transferred from the X-ray apparatus to the cutting device are transmitted, often resulting in not inconsiderable transmission errors.

Zur Erzielung einer überall nahezu gleich tiefen Ablösung von Halbleitermaterial bei der Anbringung von Legierungselektroden ist es bekannt, auf der 1-1-1-Ebene eines Halbleiterkörpers zu legieren, weil in dieser Ebene die Lösung des Halbleiterkörpers isotrop erfolgt. Es ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, nach dem ein Kristall mit einfachen Mitteln auf die 1-1-1-Achse ausgerichtet werden kann. Die Lage der Achsen und der Kristallebenen werden hier durch die bekannten Millerschen Indizes bezeichnet. Die Achse ist die Richtung des Vektors, der diese Indizes zu Komponenten hat, und die Einheitsvektoren legen die Kanten der Elementarzellen fest. Jeder Achse ist eine Ebene mit denselben Indizes zugeordnet, die zu dieser Achse senkrecht steht. Dieses Verfahren nutzt die Tatsache aus, daß beim ungestörten Wachsen des Kristalls bei einem Rekristallisationsvorgang der Kristall vorzugsweise so wächst, daß 1-1-1-Flächen die Oberflächen bilden, da die Atome in der 1-1-1-Fläche die größte Flächendichte erreichen. Legiert man auf einen einkristallinen Körper, z. B. aus Germanium, ein Legierungsmaterial, z. B. Indium, auf, so löst das Indium beim Wärmeprozeß Germanium auf, das beim nachfolgenden Abkühlen wieder rekristallisiert und dabei mit ungestörter Oberfläche anwächst, die in kleine parallele 1-1-1-Flächen aufgeteilt ist. Trägt man nun das Legierungsmaterial durch ein Witzverfahren ab, so wird diese rekristallisierte Fläche freigelegt. Ein Lichtstrahl, der auf diese rekristallisierte Fläche fällt, wird so reflektiert, als ob er auf eine ebene spiegelnde Fläche fällt, die die 1-1-1-Achse zum Einfallslot hat. Unter Beobachtung des reflektierten Strahles läßt sich dann der Kristall auf seine 1-1-1-Achse ausrichten. Die Erfindung ist nun eine Weiterbildung dieses bereits vorgeschlagenen Verfahrens zur Ausrichtung auf eine beliebige vorgegebene Kristallachse.To achieve a detachment of semiconductor material almost equally deep everywhere in the application of alloy electrodes it is known to be on the 1-1-1 level of a semiconductor body because the solution of the semiconductor body is in this plane takes place isotropically. There has already been proposed a method according to which a Crystal can be aligned on the 1-1-1 axis with simple means. the The position of the axes and the crystal planes are here by the well-known Miller Called indices. The axis is the direction of the vector that indexes these to Has components, and the unit vectors define the edges of the unit cells. Each axis is assigned a plane with the same indices as this axis stands vertically. This method takes advantage of the fact that, with undisturbed growth of the crystal during a recrystallization process, the crystal preferably grows in such a way that that 1-1-1 faces form the surfaces since the atoms in the 1-1-1 face are the largest Achieve surface density. If you alloy a single crystal body, e.g. B. off Germanium, an alloy material, e.g. B. indium, so the indium dissolves in the heating process Germanium, which recrystallizes again during the subsequent cooling and thereby grows with an undisturbed surface, which is divided into small parallel 1-1-1 areas is. If you now remove the alloy material by a joke process, this becomes recrystallized area exposed. A ray of light that recrystallized on them Surface falls, is reflected as if it falls on a flat, reflective surface, which has the 1-1-1 axis as the perpendicular. While observing the reflected beam the crystal can then be aligned on its 1-1-1 axis. The invention is now a further development of this already proposed method for alignment on any given crystal axis.

Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zum Zerschneiden eines Halbleiter-Einkristalls, z. B. aus Germanium, für Halbleiteranordnungen in dünne Scheiben, deren Schnittflächen senkrecht zu einer gewünschten Kristallachse liegen, beispielsweise der 1-0-0-Achse. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß zunächst die Kristallachse sowie zwei 1-1-1-Achsen, die die Kristallachse in bekannten Winkeln in der durch die 1-1-1-Achsen bestimmten Ebene einschließen, in an sich bekannter Weise grob bestimmt werden, daß der Halbleiter-Einkristall an einem Ende dieser Kristallachse senkrecht zu dieser Kristallachse angeschnitten und mit dieser Anschnittfläche fest mit der Schneidapparatur, vorzugsweise durch Aufkitten, verbunden wird, daß dann der Halbleiter-Einkristall am anderen Ende der Kristallachse senkrecht zu den beiden grob bestimmten 1-1-1-Achsen angeschnitten wird, daß danach an diesen beiden Schnittflächen zur genauen Festlegung der 1-1-1-Achsen je eine dünne Probescheibe durch zu den beiden Schnittflächen parallele Schnitte mit genauer Markierung auf den Probescheiben und dem Halbleiter-Einkristall abgeschnitten wird, daß anschließend senkrecht auf jeder Probescheibe Legierungsmaterial auflegiert und danach abgeätzt wird, so daß ungestörte Kristallflächen auf der Oberfläche der Probescheiben entstehen, daß dann die beiden Probescheiben wieder in der ursprünglichen Lage auf den Schnittflächen des Halbleiter-Einkristalls fest verbunden werden, vorzugsweise durch Aufkleben mit einem dünnen Ölfilm, daß danach die eine 1-1-1-Achse senkrecht zur Schneidebene optisch ausgerichtet wird, daß dann der Halbleiter-Einkristall um eine feste, zur Schneidebene parallelen Achse in Richtung auf die zweite 1-1-1-Achse um den genau bekannten Winkel zwischen den beiden 1-1-1-Achsen gedreht wird, daß danach die zweite 1-1-1-Achse senkrecht zur Schneidebene nur durch Drehen um die erste 1-1-1-Achse optisch ausgerichtet wird und daß schließlich der Halbleiter-Einkristall um den bekannten Winkel zwischen der 1-1-1-Achse und der gewünschten Kristallachse um die feste, zur Schneidebene parallelen Achse zurückgedreht wird, so daß die gewünschte Kristallachse zwischen den beiden 1-1-1-Achsen senkrecht zur Schneidebene steht, und daß dann der Halbleiter-Einkristall in Scheiben geschnitten wird.The invention thus relates to a method for cutting up a semiconductor single crystal, e.g. B. made of germanium, for semiconductor arrangements into thin slices, the cut surfaces of which are perpendicular to a desired crystal axis lie, for example the 1-0-0 axis. This method is such according to the invention formed that first the crystal axis and two 1-1-1 axes that form the crystal axis at known angles in the plane determined by the 1-1-1 axes, can be roughly determined in a manner known per se that the semiconductor single crystal cut at one end of this crystal axis perpendicular to this crystal axis and with this cut surface firmly with the cutting device, preferably through Aufkitten, is connected that then the semiconductor single crystal at the other end of the Crystal axis cut perpendicular to the two roughly defined 1-1-1 axes that afterwards on these two intersections for the precise definition of the 1-1-1 axes a thin test disk each through cuts parallel to the two cut surfaces cut off with precise marking on the sample disks and the semiconductor single crystal is that then alloy material is alloyed vertically on each sample disc and then etched away, so that undisturbed crystal faces on the surface of the Test disks are created so that the two test disks return to the original one Position on the cut surfaces of the semiconductor single crystal are firmly connected, preferably by sticking with a thin film of oil, that one 1-1-1 axis is then vertical is optically aligned to the cutting plane that then the semiconductor single crystal around a fixed axis parallel to the cutting plane in the direction of the second 1-1-1 axis is rotated by the precisely known angle between the two 1-1-1 axes that then the second 1-1-1 axis perpendicular to the cutting plane just by rotating around the first 1-1-1 axis is optically aligned and that finally the semiconductor single crystal by the known angle between the 1-1-1 axis and the desired crystal axis is rotated back around the fixed axis parallel to the cutting plane, so that the desired Crystal axis between the two 1-1-1 axes is perpendicular to the cutting plane, and then the semiconductor single crystal is sliced.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden noch einmal an Hand der Zeichnungen erläutert.Preferred embodiments of the invention are again on hand of the drawings.

Fig.l zeigt skizzenhaft die ideale Form eines 1-0-0-Halbleiterkristalls, d. h. eines Halbleiterkristalls dessen längste Achse die 1-0-0-Achse ist. 1 ist die 1-0-0-Achse, zu der die 1-0-0-Ebene 4 senkrecht steht. 2 sind 1-1-1-Ebenen und 3 sind 1-1-0-Ebenen.Fig.l shows a sketch of the ideal shape of a 1-0-0 semiconductor crystal, d. H. of a semiconductor crystal whose longest axis is the 1-0-0 axis. 1 is the 1-0-0 axis to which the 1-0-0 plane 4 is perpendicular. 2 are 1-1-1 levels and 3 are 1-1-0 levels.

Fig.2 zeigt eine Einspannvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung mit einem daran befestigten Halbleiterkristall 25. Die Fig. 2 a ist die Seitenansicht der Einspannvorrichtung, die Fig.2b die Vorderansicht und die Fig.2c -die Draufsicht auf das Ende des eingespannten Halbleiterkristalls. Diese Einspannvorrichtung ist auf einem arretierbaren Support 21 eines Sägetisches mit einem Bolzen 17 befestigt. Der Support ist durch entsprechende Mittel in der horizontalen Ebene parallel verschiebbar und um eine senkrechte Achse A-A drehbar. Die Größe der Drehung kann nach einer genauen Gradeinstellung eingestellt werden. Die Achse A-A liegt parallel zum Sägeblatt. Mit dem Bolzen 17 ist ein Teil 16 durch einen Bolzen mit der Achse B-B verbunden. Nach dem Lösen einer Schraube 13 kann der Teil 16 um die Achse B-B gedreht werden. Auf dem Teil 16 befindet sich ein kleiner Spiegel 20, der bei einer Drehung um die Achse B-B weder verschoben noch geneigt wird. Ein im Spiegel 20 reflektierter Lichtstrahl wird also bei einer Drehung um die Achse B-B nicht beeinflußt. Bei der Durchführung des Verfahrens wird zunächst einmal der Lichtstrahl senkrecht zum Sägeblatt, das im allgemeinen ein Kreissägeblatt ist, ausgerichtet, indem zunächst einmal ein aufsteckbarer Spiegel auf das Sägeblatt aufgesteckt wird und der Lichtstrahl unter Beobachtung des reflektierten Strahles senkrecht zum Sägeblatt einjustiert wird. Nachdem der Lichtstrahl so auf das Sägeblatt ausgerichtet ist, wird auch der Support des Sägetisches 21 mit dem daran befestigten Bolzen 17 ausgerichtet, indem der im Spiegel 20 reflektierte Lichtstrahl beobachtet wird und die Anordnung so lange verstellt wird, bis dieser reflektierte Lichtstrahl in sich selber zurückfällt. Vorzugsweise stellt man aber die Gradeinteilung des Supports auf Null und richtet nur den Bolzen 17 auf den Lichtstrahl aus, nachdem man ihn in seiner Halterung auf dem Support 21 gelöst hat.2 shows a clamping device for carrying out the method according to the invention with a semiconductor crystal 25 attached thereto. FIG. 2a is the side view of the clamping device, FIG. 2b the front view and FIG Semiconductor crystal. This clamping device is fastened to a lockable support 21 of a saw table with a bolt 17. The support can be displaced in parallel in the horizontal plane by appropriate means and rotated about a vertical axis AA. The amount of rotation can be adjusted according to a precise degree setting. The axis AA is parallel to the saw blade. A part 16 is connected to the bolt 17 by a bolt with the axis BB. After loosening a screw 13, the part 16 can be rotated about the axis BB. On the part 16 there is a small mirror 20 which is neither displaced nor inclined when it is rotated about the axis BB. A light beam reflected in the mirror 20 is therefore not influenced by a rotation about the axis BB. When carrying out the method, the light beam is initially aligned perpendicular to the saw blade, which is generally a circular saw blade, by first attaching a clip-on mirror to the saw blade and adjusting the light beam perpendicular to the saw blade while observing the reflected beam. After the light beam is aligned on the saw blade, the support of the saw table 21 with the bolt 17 attached is aligned by observing the light beam reflected in the mirror 20 and adjusting the arrangement until this reflected light beam falls back on itself . Preferably, however, the graduation of the support is set to zero and only the bolt 17 is aligned with the light beam after it has been loosened in its holder on the support 21.

Der Germaniumkristall 25 ist grob in Richtung der 1-0-0-Achse aus der Schmelze gezogen worden. Dieser Einkristall ist an dem Teil 11 der Apparatur mit einer Anschnittfläche aufgekittet und am anderen Ende an den Ebenen 22, 23 und 24 angeschnitten. Die Ebene 24 ist so die grob bestimmte 1-0-0-Ebene, und die Ebenen 22 und 23 sind zwei grob bestimmte 1-1-1-Ebenen. An den beiden 1-1-1-Ebenen 22 und 23 sind je eine dünne Probescheibe, die durch doppelte Linien in der Fig. 20 angedeutet sind, abgeschnitten. Bekanntlich schließen die beiden 1-1-1-Achsen die 1-0-0-Achse im halben Winkel ein. Beim Germanium ist der Winkel zwischen 1-1-1-Achse und 1-0-0-Achse 54144' und zwischen den beiden 1-1-1-Achsen 109"-98'. Im spitzen Winkel zwischen den beiden 1-1-1-Achsen befindet sich dann die 1-1-0-Achse, die in anderen Fällen von Interesse sein könnte. Auf einem mittleren Teil der beiden Probescheiben an der Stelle 22 bzw. 23 wurden ungestörte rekristallisierte Zonen erzeugt, indem je ein Indiumtropfen auflegiert und nach dem Auflegieren wieder abgeätzt worden ist. Die rekristallisierten Zonen reflektieren einen Lichtstrahl so, daß das Einfallslot die jeweilige 1-1-1-Achse ist. Die Schnittfläche 24 ermöglicht es, daß der Kristall und die beiden Probescheiben eindeutig so markiert sind, daß die Probescheiben in ihrer ursprünglichen Lage und ohne Verwechselungsgefahr wieder auf den Kristall aufgebracht werden können. Vorzugsweise werden die abgesägten Probescheiben vor der Weiterbehandlung geläppt und mit einer geeigneten Beize geätzt, so daß selbstverständlich ihre Planparallität erhalten bleiben muß. Dadurch wird die Weiterbehandlung erleichtert, und die rekristallisierten Zonen heben sich deutlich von der übrigen Oberfläche ab.The germanium crystal 25 is roughly in the direction of the 1-0-0 axis the melt has been drawn. This single crystal is on part 11 of the apparatus cemented with a cut surface and at the other end on the levels 22, 23 and 24 trimmed. So level 24 is roughly the 1-0-0 level and the levels 22 and 23 are two broadly determined 1-1-1 levels. On the two 1-1-1 levels 22 and 23 are each a thin sample disk, which is indicated by double lines in FIG are cut off. As is well known, the two 1-1-1 axes close the 1-0-0 axis at half an angle. For germanium, the angle is between the 1-1-1 axis and the 1-0-0 axis 54144 'and between the two 1-1-1 axes 109 "-98'. At the acute angle between the two 1-1-1 axes are then the 1-1-0 axis, which in other cases might be of interest. On a central part of the two test discs the point 22 and 23, undisturbed recrystallized zones were generated by each an indium drop has been alloyed on and has been etched off again after alloying. The recrystallized zones reflect a beam of light so that the perpendicular is the respective 1-1-1 axis. The cut surface 24 enables the crystal and the two trial discs are clearly marked so that the trial discs are in their original position and without risk of confusion back on the crystal can be applied. The sawn-off test disks are preferably pre-cut lapped after further treatment and etched with a suitable stain, so that of course their plan parallelism must be preserved. This will facilitate further treatment, and the recrystallized zones stand out clearly from the rest of the surface away.

Bei der weiteren Durchführung des Verfahrens wird die 1-1-1-Achse beispielsweise von der Stelle 22 optisch zum Lichtstrahl ausgerichtet, indem zunächst eine Schraube 14 gelöst wird, wodurch der Teil 15, der mit einem Bolzen mit dem Teil 16 verbunden ist, um eine Achse C-C drehbar wird. Danach wird eine Schraube 12 gelöst, wonach der Teil 1i mit dem aufgekitteten Germaniumkrista1125 um eine Achse D-D um einen Bolzen drehbar wird. Nachdem der Germaniumkristall in dieser Weise ausgerichtet ist, ist eine der 1-1-1-Achsen, in diesem Fall also die auf der Fläche 22, parallel zur Achse B-B ausgerichtet. Nachdem der Kristall so weit ausgerichtet ist, wird der Support gemäß einer genauen Gradeinteilung um den Winkel zwischen den beiden 1-1-1-Achsen gedreht, im. Beispiel des Germaniums und bei der. Einstellung auf die 1-0-0-Achse also um 1091128'. Die erste 1-1-1-Achse verbleibt dabei in der horizontalen Ebene und parallel zur Achse B-B. Nach der Verdrehung wird der reflektierte Lichtstrahl an der rekristallisierten Fläche auf der Fläche 23 beobachtet. Da der Winkel zwischen den beiden 1-1-1-Achsen genau festliegt, kann nur noch eine Abweichung des reflektierten Strahles in der Vertikalen vorliegen. Diese Abweichung wird durch eine Drehung um die Achse B-B korrigiert. Nach dieser Korrektion liegen beide 1-1-1-Achsen senkrecht zur Achse A-A in der horizontalen Ebene. Durch eine Drehung um die Achse A-A, deren Größe nach der genauen Gradeinteilung eingeregelt wird, kann also eine beliebige Achse in der Ebene zwischen den beiden 1-1-1-Achsen senkrecht zur Schneidvorrichtung eingestellt werden, insbesondere also die 1-0-0-Achse, die im halben Winkel zwischen den beiden 1-1-1-Achsen liegt.In the further implementation of the method, the 1-1-1 axis is optically aligned, for example, from the point 22 to the light beam by first loosening a screw 14, as a result of which the part 15, which is connected to the part 16 by a bolt an axis CC becomes rotatable. Then a screw 12 is loosened, after which the part 1i with the cemented germanium krista1125 can be rotated around an axis DD around a bolt. After the germanium crystal is aligned in this way, one of the 1-1-1 axes, in this case the one on surface 22, is aligned parallel to axis BB. After the crystal has been aligned so far, the support is rotated according to a precise graduation around the angle between the two 1-1-1 axes, im. Example of germanium and the. Setting on the 1-0-0-axis so around 1091128 '. The first 1-1-1 axis remains in the horizontal plane and parallel to the axis BB. After the rotation, the reflected light beam is observed on the recrystallized surface on the surface 23. Since the angle between the two 1-1-1 axes is exactly fixed, there can only be a deviation of the reflected beam in the vertical. This deviation is corrected by turning around the axis BB. After this correction, both 1-1-1 axes are perpendicular to axis AA in the horizontal plane. By rotating around the axis AA, the size of which is regulated according to the exact graduation, any axis in the plane between the two 1-1-1 axes can be set perpendicular to the cutting device, in particular the 1-0-0- Axis that is half the angle between the two 1-1-1 axes.

Fig. 3 zeigt nochmals die Ausbildung einer ungestörten rekristallisierten Zone. Auf eine einkristalline Halbleiterprobescheibe 30 wird ein Legierungsmaterial auflegiert und nach dem Abkühlen abgeätzt. Auf der Halbleiterprobescheibe hat sich die rekristallisierte Zone 32 beim Abkühlen des Legierungsmaterials gebildet, die an der Fläche 31 an den ursprünglichen einkristallinen Körper wieder angewachsen ist. Die Fläche 31 bildet beispielsweise einen pn-Übergang. Die Fläche 33 ist die ursprünglich glatte Oberfläche der Scheibe, und die Fläche 34 liegt parallel zu den Flächen des rekristallisierten Halbleitermaterials, d. h. zur 1-1-1-Fläche des einkristallinen Körpers. Der zwischen den Flächen 33 und 34 liegende Winkel ist die Abweichung zwischen der tatsächlichen 1-1-1-Achse von ihrer grob bestimmten Richtung.Fig. 3 shows again the formation of an undisturbed recrystallized Zone. On a single crystal semiconductor test disk 30, an alloy material is placed alloyed and etched off after cooling. On the semiconductor specimen disk has the recrystallized zone 32 formed upon cooling of the alloy material, the grown again at the surface 31 on the original single-crystal body is. The surface 31 forms a pn junction, for example. The area 33 is the originally smooth surface of the disc, and the surface 34 is parallel to the surfaces of the recrystallized semiconductor material, d. H. to the 1-1-1 area of the single crystal body. The angle between surfaces 33 and 34 is the deviation between the actual 1-1-1 axis from its roughly determined one Direction.

Um eine möglichst gleichmäßig rekristallisierte Zone zu erzeugen, schmilzt man vorzugsweise das Legierungsmaterial zunächst auf eine Seite eines Trägerplättchens auf, so daß es vermöge der Oberflächenspannung eine konvexe Oberfläche bildet, und legt es nach dem Erstarren mit dieser konvexen Oberfläche auf die Halbleiterprobescheibe auf und legiert es dort auf. Danach wird das Trägerplättchen entfernt und das Legierungsmaterial abgeätzt. Besonders bewährt hat sich ein Verfahren nach einem älteren Vorschlag, gemäß dem das Legierungsmaterial beim Aufschmelzen auf das Trägerplättchen mit dem Halbleitermaterial, aus dem die Probescheibe besteht, in Berührung steht, so daß sich die Schmelze beim Legierungsprozeß mit diesem Halbleitermaterial sättigt. Beim Aufschmelzen wird dann eine Temperatur angewendet, die etwa um 50 bis 100° C niedriger liegt als die Temperatur, die bei dem nachfolgenden Auflegieren auf die Probescheibe angewendet wird, jedoch mindestens bei etwa 450 bis 550° C. Dann wird das aufgeschmolzene Legierungsmaterial möglichst schnell, aber mindestens innerhalb einer Minute auf eine Temperatur abgekühlt, die unterhalb des Schmelzpunktes des Eutektikums des Legierungsmaterials und des Halbleitermaterials liegt. Dabei entstehen im Legierungsmaterial und an seiner Oberfläche feinste Kristallite, die eine Benetzung des Halbleitermaterials unterhalb einer Temperatur, die dicht unter der angewendeten Aufschmelztemperatur liegt, verhindert. Wird der Temperaturbereich beim Auflegieren auf die Halbleiterprobescheibe zwischen dieser Temperatur, bei der die Benetzung beginnt, und der endgültigen Legierungstemperatur möglichst schnell durchlaufen, so wird eine gute und gleichmäßige Benetzung der vorgegebenen Fläche erzielt, und die rekristallisierte Zone bildet sich besonders gleichmäßig aus. Das schnelle Durchlaufen dieses Temperaturbereiches wird am einfachsten dadurch erreicht, daß die Temperatur im Legierungsofen um 50 bis 100° C höher gewählt wird als die Legierungstemperatur und die Temperatur an der Legierungsstelle durch geeignete Mittel, z. B. ein Thermoelement, überwacht wird. Wird die Legierungstemperatur erreicht, so wird der Legierungsvorgang abgebrochen, indem das Material aus der heißen Zone des Ofens herausgeschoben wird. Vorzugsweise verwendet man als Träger ein Plättchen aus dem gleichen Halbleitermaterial, aus dem die Halbleiterprobescheibe besteht. Das hat einmal den Vorteil, daß dem Legierungsmaterial beim Aufschmelzen auf das Trägerplättchen nicht zusätzlich noch Halbleitermaterial zugeführt werden muß, zum anderen wächst bei der Rekristallisation auch am Trägerplättchen wieder das Halbleitermaterial an, wodurch sich an der Halbleiterprobescheibe praktisch nur die Hälfte desjenigen Materials ausscheidet, das sich bei der Verwendung eines passiven Trägerplättchens dort ausscheiden würde, wodurch auch die Unebenheiten der rekristallisierten Fläche auf die Hälfte reduziert werden.In order to create a recrystallized zone that is as uniform as possible, the alloy material is preferably first melted onto one side of a carrier plate so that it forms a convex surface due to the surface tension, and after solidification it is placed with this convex surface on the semiconductor test disc and alloyed there on. The carrier plate is then removed and the alloy material is etched away. A method according to an older proposal, according to which the alloy material is in contact with the semiconductor material of which the sample disk is made, when it is melted onto the carrier plate, so that the melt becomes saturated with this semiconductor material during the alloying process, has proven particularly successful. During melting, a temperature is then used that is around 50 to 100 ° C lower than the temperature that is used in the subsequent alloying on the test disc, but at least around 450 to 550 ° C. Then the melted alloy material is as fast as possible , but cooled within at least one minute to a temperature below the melting point of the eutectic of the alloy material and the semiconductor material. This creates very fine crystallites in the alloy material and on its surface, which prevent wetting of the semiconductor material below a temperature that is just below the melting temperature used. If the temperature range between this temperature at which the wetting begins and the final alloy temperature is run through as quickly as possible during alloying on the semiconductor test disk, good and even wetting of the specified area is achieved and the recrystallized zone is particularly uniform. The easiest way to quickly run through this temperature range is to select the temperature in the alloy furnace to be 50 to 100 ° C. higher than the alloy temperature and the temperature at the alloy point by suitable means, e.g. B. a thermocouple is monitored. When the alloy temperature is reached, the alloying process is terminated by pushing the material out of the hot zone of the furnace. A plate made of the same semiconductor material as the semiconductor test disk is preferably used as the carrier. On the one hand, this has the advantage that the alloy material does not have to be additionally supplied with semiconductor material when it is melted onto the carrier plate; If a passive carrier plate were used there would be precipitated there, which also reduces the unevenness of the recrystallized surface by half.

Fig.4 zeigt grobschematisch die Vorrichtung zur Erzeugung eines scharf gebündelten Lichtstrahles. Das Licht einer Lichtquelle 40 wird durch eine Blende 41 begrenzt und durch eine Optik 42 gebündelt. Die endgültige scharfe Begrenzung des Lichtstrahles erfolgt durch die Blende 43, die auf der Seite, die der reflektierenden Fläche zugewandt ist, zur Beobachtung des reflektierten Strahles weiß angestrichen ist und eine solche Ausdehnung besitzt, daß der reflektierte Strahl bis zu einer gewissen, nicht zu kleinen Winkelabweichung noch aufgefangen wird. An der Stelle 44 befindet sich der Einkristall, der die Probescheibe 45 trägt. Auf der Probescheibe 45 befindet sich die rekristallisierte Zone 46, die den Lichtstrahl mit der Achse 47 in Richtung der Achse 48 auf die Blende reflektiert. Der Kristall 44 wird in der beschriebenen Weise so lange verdreht, bis die Richtung des reflektierten Strahles 48 mit der des primären Strahles 47 zusammenfällt.4 shows roughly schematically the device for generating a sharp bundled light beam. The light from a light source 40 is through a diaphragm 41 bounded and bundled by optics 42. The final sharp limit of the light beam passes through the aperture 43 on the side that is reflective Face facing, painted white to observe the reflected beam and is of such an extent that the reflected beam is up to one certain angular deviation that is not too small is absorbed. At the point 44 is the single crystal that carries the sample disk 45. On the test disc 45 is the recrystallized zone 46, which the light beam with the axis 47 reflected in the direction of the axis 48 onto the diaphragm. The crystal 44 is in twisted in the manner described until the direction of the reflected beam 48 coincides with that of the primary ray 47.

Das Verfahren läßt sich nun noch weiter ausbilden, wenn der Kristall nach einer Achse ausgerichtet und in Scheiben geschnitten werden soll, die nicht mit den beiden 1-1-1-Achsen in einer Ebene liegt, wenn die Kristallachse so weit bekannt ist, daß man den Winkel kennt, den die Projektion der vorgegebenen Achse in der Ebene der beiden 1-1-1-Achsen mit einer 1-1-1-Achse bildet, sowie den Winkel, den die vorgegebene Achse mit ihrer Projektion bildet. Dann richtet man zunächst den Einkristall so aus, daß die projizierte Achse senkrecht zur Schneidvorrichtung steht, und dreht dann die Einspannvorrichtung um den Winkel, den die projizierte Achse mit der vorgegebenen Kristallachse bildet. Diese Drehung erfolgt um eine Achse, die parallel zur Schneidvorrichtung und senkrecht zur ersten vorgegebenen, zur Schneidvorrichtung parallelen Achse ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 muß also der Support 21 des Sägetisches um eine arretierbare horizontale Achse E-E gedreht werden und die Größe der Drehung nach einer genauen Gradeinteilung einstellbar sein.The process can now be further developed when the crystal to be aligned along an axis and cut into slices that are not is in one plane with the two 1-1-1 axes if the crystal axis is that far what is known is that one knows the angle made by the projection of the given axis forms in the plane of the two 1-1-1 axes with a 1-1-1 axis, as well as the angle, which the given axis forms with its projection. Then you judge first the single crystal so that the projected axis is perpendicular to the cutting device stands, and then rotates the jig the angle that the projected Forms axis with the given crystal axis. This rotation takes place around an axis, the parallel to the cutting device and perpendicular to the first given, to the cutting device parallel axis is. According to the embodiment of FIG. 2, the support must 21 of the saw table can be rotated about a lockable horizontal axis E-E and the size of the rotation can be adjusted according to an exact graduation.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for cutting up a semiconductor single crystal, z. B. of germanium, for semiconductor devices in thin slices, the cut surfaces are perpendicular to a desired crystal axis, for example the 1-0-0 axis, through this characterized in that first the crystal axis and two 1-1-1 axes, which are the crystal axis at known angles in that through the 1-1-1 axes include a certain level, roughly determined in a manner known per se, that the semiconductor single crystal at one end of this crystal axis perpendicular to this Cut crystal axis and with this cut surface fixed with the cutting device, preferably by cementing. is connected that then the semiconductor single crystal at the other end of the crystal axis perpendicular to the two roughly defined 1-1-1 axes is cut that then on these two cut surfaces for precise definition Place a thin test disc each of the 1-1--1. ox to the two cut surfaces parallel cuts with precise marking on the sample discs and the semiconductor single crystal is then cut off that then perpendicular to each sample disc alloy material alloyed and then etched away, so that undisturbed crystal faces on the surface of the trial disks arise that then the two test disks are back in the original Position on the cut surfaces of the semiconductor single crystal are firmly connected, preferably by sticking with a thin film of oil, that one 1-1-1 axis is then vertical is optically aligned to the cutting plane that then the semiconductor single crystal around a fixed axis parallel to the cutting plane in the direction of the second 1-1-1 axis rotated by the precisely known angle between the two 1-1-1 axes "- that then the second 1-1-1 axis perpendicular to the cutting plane just by rotating around the first 1-1-1-Aclise is optically aligned and that finally the semiconductor single crystal by the known angle between the 1-1-1 axis and the desired crystal axis is rotated back around the fixed axis parallel to the cutting plane, so that the desired The crystal axis between the two 1-1-1 oxen is perpendicular to the cutting plane, and then the semiconductor single crystal is sliced.

2. Jig for carrying out the method according to claim 1, characterized. that one optical device is provided which parallel a sharply focused beam Light generated perpendicular to the cutting plane and that on a reflective plane reflected light makes observable that the jig is rotatable about a first, fixed, predetermined axis parallel to the cutting plane, with a rotation by the angle between the two 1-1-1 axes of the semiconductor single crystal to be processed and by the angle that the crystal axis forms with a 1-1-1 axis, can be precisely regulated by appropriate means that means for parallel displacement the jig or the light beam with its means for observation are provided that the clamped semiconductor single crystal is rotatable about a zt: -side axis that is perpendicular to the first axis, the direction of which when rotated the first axis is rotated, and which is parallel to the light beam when the The first axis is rotated to the end position that corresponds to the setting on the first 1-1-1 axis of the semiconductor single crystal corresponds to that of the clamped semiconductor egg crystal is rotatable about a third axis which is perpendicular to the second axis and its Direction is rotated with a rotation of the second axis, and that a fourth Axis is provided which is perpendicular to the third axis and its direction is rotated with a rotation of the third axis.

3. Clamping device according to claim 2, characterized in that it (Fig. 2) on a lockable support (21) a saw table which can be moved parallel in the horizontal plane, its Saw blade is vertical and around a first vertical axis (A-A) with a precisely adjustable graduation is rotatable, fastened with a first bolt (17) is that on the bolt (17) clamped on the support (21) a clamp (16) with a second bolt (13) perpendicular to the second, perpendicular to the first axis Axis (B-B) of the first bolt (17) is attached and when loosening a screw (13) is rotatable about this second axis (B-B) that preferably for optical alignment of the support (21) with the first bolt (17) or after releasing a lock the first bolt (17) only with a fixed support (21) on the light beam and a small mirror (20) is attached to the saw blade on the bracket (16), which is neither displaced nor inclined during a rotation about the axis (B-B), that a semiconductor single crystal receiving part (15) with a third bolt the third axis (C-C) perpendicular to the second axis is attached to the bracket (16) is and when loosening a screw (14) is rotatable about this third axis (C-C) and that a part (11) on which the end of the semiconductor crystal is attached, preferably cemented, is, with a bolt (12) with the fourth, parallel to the second axis Axis (D-D) is attached to the semiconductor single crystal receiving part (15) and when loosening .einer screw (12) can be rotated about this fourth axis (D-D).

4. Jig according to claim 2, characterized in that an attachable mirror for the cutting device provided for the purpose of adjusting the light beam perpendicular to the cutting plane is.

5. The method according to claim 1, characterized in that the semiconductor single crystal is first cut in the roughly determined semiconductor crystal axis and that then the two thin test disks roughly parallel to the two 1-1-1 planes in this way cut so that the first cut surface has a straight edge on each specimen slice leaves, after which the test slices are good, unambiguous and are unmistakably alignable.

6. The method according to claim 1, characterized in that that to produce the undisturbed crystal surfaces the alloy material first is melted on one side of a carrier plate, that then the alloy material is placed on the sample disk and alloyed and that finally the carrier plate removed and the alloy material is etched away.

7. The method according to claim 6, characterized in that the alloy material is melted onto the carrier plate is in contact with semiconductor material from which the sample disk is made, that the temperature when melting is about 50 to 100 ° C lower, but at least to about 450 to 550 ° C, is selected as in the subsequent alloying on the Disk that after this melting on the Platelets the alloy material as quickly as possible, at least within a minute, to a temperature below the melting point of the eutectic between the alloy material and the semiconductor material is cooled and that in the subsequent alloying process the temperature range of the temperature just below the temperature of the melting on the carrier plate is run through as quickly as possible up to the final alloy temperature, for which purpose the temperature in the alloy furnace is preferably selected to be 50 to 100 ° C. higher than the alloy temperature and the temperature at the alloy site by appropriate ones Means, e.g. B. a thermocouple, monitored and the process is controlled. B.

procedure according to claim 7, characterized in that a small plate is used as the carrier plate the same semiconductor material from which the sample disc is made is used.

9. The method according to claim 1, characterized in that the sawn off sample disks lapped and pickled in a suitable stain before further treatment.

10. Modification of the method according to Claim 1, characterized in that the semiconductor single crystal aligned and sliced along an axis that does not match the both 1-1-1 axes lie in one plane, the direction of which is projected into this plane as well as whose angles with this projected direction are exactly known, by first aligning this projected direction perpendicular to the cutting plane and then the jig about an axis that is parallel to the cutting plane and is perpendicular to the first predetermined axis parallel to the cutting plane is rotated the angle that the projected direction with the direction of the semiconductor crystal axis forms.

11. Clamping device for performing the method according to claim 10 according to claim 2, characterized in that a fifth axis is provided to which the first predetermined axis is rotatable in its direction, so that a rotation by the angle that the desired axis forms with its projected direction, can be precisely adjusted by appropriate means.

12. Clamping device according to claims 3 and 11, characterized in that the support (21) of the saw table (Fig. 2) is rotatable about a lockable horizontal fifth axis perpendicular to the first axis (EE) and that the size of the rotation according to a precise graduation is adjustable. Publications considered: German Auslegeschriften No. 1008 416, L 19199 VIII c / 21 g (published May 24, 1956).