DE1295309B

DE1295309B - Verfahren und Anordnung zur Herstellung eines Oberflaechenschutzes bei Festkoerpern

Info

Publication number: DE1295309B
Application number: DE1963L0046425
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Kurt; Lertes
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1963-11-26
Filing date: 1963-11-26
Publication date: 1969-05-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Oberflächenschutzes bei Festkörpern, vorzugsweise bei Halbleiterkörpern mit oder ohne einem oder mehreren pn-übergängen, durch Vorbehandlung der Oberfläche und anschließende Schichtbildung mittels Gasentladung in einem zweckentsprechenden Gas.
In der Technik tritt häufig die Forderung auf, eine Festkörperoberfläche, beispielsweise zur Konservierung oder elektrischen Isolierung, mit einer Schutzschicht zu versehen. Speziell bei Halbleiterbauelementen wird eine optimale Wirkungsweise häufig nur dadurch gewährleistet, daß die Oberfläche einer geeigneten Behandlung unterzogen und gegen äußere Einflüsse geschützt wird. Besonders bewährt haben sich Schutzschichten, beispielsweise Oxydschichten, die sowohl günstige elektrische Eigenschaften aufweisen als auch in vorteilhafter Weise konservierend wirken.
Solche vorteilhafte Oberflächenschichten können nach bereits bekannten Verfahren, beispielsweise thermisch in bestimmter Atmosphäre und anodisch in einem geeigneten Elektrolyten, auf einen bestimmten Körper erzeugt werden. Die Reinheit sowie die Dichte einer mittels der vorgenannten, bekannten Verfahren aufgebrachten Schicht entspricht jedoch nicht den aus der technischen Verwendung sich ergebenden Erfordernissen. Insbesondere müssen die Oberflächen von Halbleiterbauelementen in besonderer Weise vorbehandelt werden, um günstige elektrische Oberflächeneigenschaften- -zu -erhalten, die wesentlich die Funktion eines Halbleiterbauelementes bestimmen. Es ist auch bekannt, eine Metalloberfläche in einer Glimmentladung zu behandeln, wobei die Oberfläche zur Reinigung zunächst einer Lichtbogenentladung ausgesetzt wird. Die vorbereitende Behandlung führt aber zu so starker Abtragung und Aufrauhung der Oberfläche, daß deren Eigenschaften in vielen Fällen, beispielsweise bei Halbleiteroberflächen, den technischen Anforderungen nicht genügen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bildung einer Schicht auf einer Oberfläche anzugeben, deren Eigenschaften vor der Schichtbildung in gewünschter Weise-eingestellt werden sollen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Oberfläche zunächst einem in einer Gasentladung erzeugten, gerichteten Ionenstrom eines Gases zur Vorbehandlung und bedarfsweise noch einem Ionenstrom eines zweiten Gases zur Schichtbildung ausgesetzt und anschließend den durch Funkenentladung erzeugten Ionen eines schichtbildenden Gases ausgesetzt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nicht nur die Erzeugung einer dünnen Schicht, beispielsweise einer Oxydhaut, in überraschend kurzer Zeit, sondern erzielt auch noch eine Dichte des Überzuges in einer gewünschten Reinheit und mechanischen Festigkeit, die den Anforderungen eines technischen Einsatzes vollauf genügen. Außerdem bewirkt die Oberflächenbehandlung gemäß der Erfindung bei Halbleiterbauelementen eine günstige Ausbildung vorteilhafter elektrischer Oberflächeneigenschaften.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt sich aus zwei prinzipiellen Verfahrensschritten zusammen, wodurch in überaus vorteilhafter Weise eine den geforderten Bedingungen entsprechende Oberflächenvergütung erzielt wird. Im ersten Verfahrensschritt wird durch Beschuß mit den in einer Gasentladung in bekannter Weise erzeugten gerichteten Ionenstrom eine reinigende und die elektrischen Eigenschaften bestimmende Oberflächenbehandlung bewirkt und eine Schichtbildung vorbereitet und auch bedarfsweise eingeleitet. Der Ionenbeschuß in der Gasentladung ruft dabei an der ausgewählten Oberfläche lediglich eine begrenzte Wärmeeinwirkung hervor, so daß keine Volumeneffekte auftreten können. Die technische Schwierigkeit, eine chemisch gereinigte Oberfläche bis zum Zeitpunkt der vorgesehenen Weiterbehandlung, beispielsweise einer gewünschten Oxydation, rein zu halten, tritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr auf.
Der zweite Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nun darin, die in einer Gasentladung eingeleitete Oberflächenbehandlung in einer Funkenentladung weiterzuführen. Die zur Erzielung einer Schicht bestimmter Dicke erforderliche Zeit ist bei der Schichtbildung durch Funkenentladung bedeutend kürzer als bei der Schichtbildung durch Gasentladung, so daß durch das übergehen von der Gasentladung zur Funkenentladung ein schnelles Anwachsen der Schicht erzielt wird.
Bei der Oberflächenbehandlung kann der Übergang der Gasentladung, die einen gerichteten Ionenstrom erzeugt, in eine Funkenentladung kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen, so daß die Gasentladung und die Funkenentladung sowohl über eine Entladungsstrecke als auch über--zwei voneinander verschiedenen Entladungsstrecken in vorteilhafter Weise in dem gleichen Rezipienten vor sich gehen kann.
Die Gasentladung und die Funkenentladung können in einem ausgewählten, strömenden oder ruhenden Gas stattfinden. Bedarfsweise kann auch die eine Entladungsform unter strömendem und die andere Entladungsform unter ruhendem Gas bestimmter Zusammensetzung ablaufen und so zur Erzielung einer optimalen, günstigen Einwirkung -auf die Oberfläche des behandelnden Körpers dienen. Als Gas kann je nach dem verfolgten Zweck ein Edelgas, eine gasförmige Stickstoff- oder Sauerstoffverbindung, ein stickstoff- oder sauerstoffhaltiges Gas in für die beiden Verfahrensschritte übereinstimmender oder unterschiedlicher Zusammensetzung dienen. In einigen Fällen wird es auch vorteilhaft sein, das Gas mit einer zweckentsprechenden Flüssigkeit zu beladen.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren an der Festkörperoberfläche erzielte Schicht wird nicht nur in kürzerer Zeit als die bisher bekannten Schichten ähnlicher Güte hergestellt, sondern weist auch noch besondere Vorteile auf.
Sowohl die durch die Oberflächenbehandlung erzielten elektrischen als auch die mechanischen Oberflächeneigenschaften zeigen gegenüber den Eigenschaften der mit bisher bekannten Verfahren erreichten Schichten überraschende Verbesserungen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines Oberflächenschutzes bei Festkörpern, vorzugsweise bei Halbleiterkörpern mit oder ohne einem oder mehreren pn-übergängen, durch Vorbehandlung der Oberfläche und anschließende Schichtbildung mittels Gasentladung in einem zweckentsprechenden Gas, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche zunächst einem in einer Gasentladung erzeugten, gerichteten Ionenstrom eines Gases zur Vorbehandlung und bedarfsweise noch einem Ionenstrom eines zweiten Gases zur Schichtbildung ausgesetzt und anschließend den durch Funkenentladung erzeugten Ionen eines schichtbildenden Gases ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung wahlweise unter strömendem Gas betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas verwendet wird, das mit einer Flüssigkeit beladen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gasentladung zunächst ein inertes Gas verwendet wird, so daß nur eine Reinigung der Oberfläche auftritt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schichtbildung Sauerstoff, ein sauerstoffhaltiges Gas oder eine gasförmige Sauerstoffverbindung verwendet wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schichtbildung Stickstoff, ein stickstoffhaltiges Gas oder eine gasförmige Stickstoffverbindung verwendet wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung kontinuierlich in eine Funkenentladung übergeführt wird. B. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas- und Funkenentladung über die gleiche Entladungsstrecke vorgenommen wird.