DE1011528B - Verfahren zur Oberflaechenbehandlung eines Kristalles aus einer halbleitenden Verbindung - Google Patents

Verfahren zur Oberflaechenbehandlung eines Kristalles aus einer halbleitenden Verbindung

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DE1011528B DEL18858A DEL0018858A DE1011528B DE 1011528 B DE1011528 B DE 1011528B DE L18858 A DEL18858 A DE L18858A DE L0018858 A DEL0018858 A DE L0018858A DE 1011528 B DE1011528 B DE 1011528B
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Description

  • Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Kristalles aus einer halbleitenden Verbindung Halbleitende Verbindungen weisen gegenüber halbleitenden, Elementen weitere: Quellen, elektrisch wirksamer Störungen der Kristallstruktur auf. Während bei halbleitenden Elementen die elektrische Leitfähigkeit durch Störungen, der Kristallstruktur, wie Gitterstörungen, Korngrenzen; und Einlagerungen von störstellenbildenden Stoffen, beeinflußt wird, verursachen bei halbleitenden Verbindungen außerdem die Abscheidungen nicht umgesetzter Komponenten einer halbleitenden Verbindung derartige: Störungen der Kristallstruktur. Es ist selbstverständlich, d.a,ß Abweichungen: der Stöchiometrie dar Schmelze. vermieden, werden., denn eine nicht stöchiometrische Zusammensetzung der Schmelze hätte eine en.tspreehende Abscheid.ung der überschüssigen Komponenten. zur Folge. Aber auch aus stöahiometrischen Schmelzen erstarrende Kristalle zeigen Abscheidungen von nicht umgesetzten Komponenten der halbleitenden Verbindung. Je nach der Größe der Löslichkeit der Komponenten in der halbleitenden Verbindung geht ein eintsprechender Anteil der nicht umgesetzten. Komponenten in dem Gitter der halbleitenden Verbi_. ' -_1g in Lösung. Der Rest der nicht umgesetzten. Komponenten scheidet sich inselförmig innerhalb der Kristallite oder längs der Korngrenzen ab:.
  • Bei einer Reihe von halbleitenden Verbindungen, beispielsweise bei halbleitenden Verbindungen. aus Elementen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems, ist nun die Löslichkeit der Komponenten in der halbleitenden Verbindung äußerst gering. Dann scheiden sich die nicht umgesetzten ko:mponenten solcher Verbindungen angenähert vollständig ab-.
  • So zeigen ausführliche Untersuchungen an. Aluminiumantimonidkristallen recht beträchtliche Ausscheidungen. Derartige Ausscheidungen von Komponenten, halbleitender Verbindungen. können in Schliffbildern dieser Halbleiterkristalle sichtbar gemacht werden. Besonders aus Untersuchungen von, Schliffbildern, hat sich ergeben, daß Ausscheidungen an der Oberfläche der Halbleiterkristalle. einen, außerordentlich starken Angriff dar Luftfeuchtigkeit auf die Kristalle aus halbleitenden Verbindungen. ermöglichen.. Die Einwirkung der Luftfeuchtigkeit kann durchaus zu einem mehr oder weniger raschen, chemischen, oder/und physikalischen, Zerfall der Kristalle einer halbleitenden Verbindung führen. Versuche:, die unternommen wurden, die schädlichen Ausscheidungen, zu beseitigen, waren darauf gerichtet, die Herstellung mit besonderer Sorgfalt zu führen, so- daß die Kristalle aus halbleitenden Verbindungen mit ausreichend verminderten Ausscheidungen erhalten werden, können..
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Kristalls aus einer h.alb-le,itenden Verbindung, insbesondere einer Verbindung aus Elementen, der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems oder einer intermetallischen Verbindung.
  • Gemäß der Erfindung wird so verfahren, daß bei der Bildung der halbleitenden Verbindung nicht umgesetzte. Komponenten, und Verunreinigungen. an der Oberfläche des Kristalls mit Hilfe eines Elektronenstrahles abgedampft werden.
  • Während nach bekannten. Verfahren versucht wird, den Gehalt eines Kristalls aus einer halbleitenden. Verbindung an Abs.cheidungen von, nicht umgesetzten Komponenten durch den ganzen Kristall hindurch zu vermindern, ist es das Ziel der Erfindung, die schädlichen Abscheidungen an der Oberfläche durch ein-. Oberflächenbehandlung zu entfernen. Dem Verfahren gemäß der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es besonders vorteilhaft ist, Abscheidungen. der nicht umgesetzten Komponenten. und Verunreinigungen. nur an der Oberfläche, also an der Stelle zu beseitigen, an der die Einswirkung der- Luftfeuchtigkeit einsetzt. Wird nämlich die Angriffsmöglichkeit der Luftfeuchtigkeit gemäß der Erfindung beseitigt, so kann. die den Kristall aus einer halbleitenden Verbindung sonst unter, der Einwirkung der Luftfeuchtigkeit zersetzende chemische Reaktion. gar nicht in Gang kommen. Die Abscheidung en. von nicht umgesetzten, Komponenten, und Verunreinigungen, die im Innern eines Kristalls aus einer halbleitenden, Verbindung liegen, geben. der Luftfeuchtigkeit keine Angriffsmöglichkeit. Dadurch, daß die Abscheidungen im Innern eines Kristalls aus einer halbleitenden Verbindung nicht beseitigt werden, tritt aber kein Nachteil für die elektrischen Eigenschaften der ha1b-leitenden, Verbindung ein, denn, der Einfluß der Ab:-scheidungen im Innern, eines Halbleiterkristalls ist verschwindend gering. Auch die Wirkung der Verünreinigungen im Innern tritt gegenüber der von Verunreinigungen an der Oberfläche -erheblich zurück. In den Teilen des Halbleiterkristalls, wo eine Inhomogenität von Bedeutung ist, nämlich an der Oberfläche, wird -sie gemäß der Erfindung beseitigt.
  • Allgemein enthalten Kristalle aus einer halbleitenden Verbindung je nach dem zu .ihrer Herstellung angewandten, Verfahren eine bestimmte Menge an Verunreinigungen. Diese Fremdstoffe können bereits in Spuren - in chemischem Sinne - elektrisch wirksam sein und dann die elektrischen Eigenschaften der Halbleiterkristalle wesentlich verändern. Daher erstreben, alle Herstellungsverfahren. eine außerordentliche Reinigung des Halbleitermaterials und eine sorgfältige Rennhaltung bei dessen weiteren. Bearbeitung. Bei der Herstellung von Verbindungen beginnt die Reinigung bereits bei der Gewin: nung der Komponenten: und wird z. B. bei dem Erschmelzen der Verbindung durch besondere Maßnahmen noch verbessert. Aber auch auf einem derartigen Weg erhaltene halbleitende Verbindungen sind nicht absolut rein. An der Oberfläche eines Kristalls aus einer halbleitenden Verbindung wird die Entfernung der Verunreinigungen gemäß der Erfindung zusammen mit der Beseitigung nicht umgesetzter Komponenten vorgenommen.
  • Den Halbleiterkristallen werden allgemein sehr kleine, aber bestimmte Mengen an störstellenbildenden Stoffen zugegeben.. Diese Stoffe bewirken durch die Elektronenstruktur ihrer Atome und deren Einbau in den Halb,leiterkrista.ll, ob Elektronen- oder Defektel.ektronenleitung überwiegt und zufolge der zugegebenen Menge eine große bzw. eine kleine Leitfähigkeit. An der Oberfläche stellen jedoch die in, den Halbleiter eingebrachten störstellenhildenden Stoffe neben, anderen Fremdstoffen. Verunreinigungen dar, die die elektrischen oder/und chemischen Eigenschaften der Halbleiterkristalle, insbesondere aus halbleitenden Verbindungen, in nachteiliger Weise beeinflussen. Mit der Oberflächenbehandlung gemäß der Erfindung werden aber auch diese Verunreinigungen an der Oberfläche, der Kristalle wirksam entfernt.
  • In weiterer Ausbildung der Erfindung ist das Verfahren mit besonderem Vorteil anzuwenden, wenn die Komponenten einer halbleitenden Verrbindung bei einer Temperatur schmelzen., die niedriger ist als die Schmelztemperatur - der halbleitenden Verbindung. Eine halbleitende Verbindung, deren Schmelztemperatur unter der ihrer Komponenten liegt, ist z. B. Aluminiumantimonid. Bei der Oberflächenbehandlung gemäß der Erfindung einleer derartigen halbleitenden. Verbindung kann mit einer größeren Intensität des Elektronenstrahlers gearbeitet werden. als bei der Behandlung anderer halbleitenden Verbindungen., denn ein Schmelzen des Halbleiterkristalls an der Oberfläche ist gegebenenfalls leichter zu vermeiden.
  • Gemäß der Erfindung kann; mit Hilfe eines Elektronenstrahles nicht nur das Abdampfen nicht umgesetzter Komponenten einer halbleitenden Verbindung und von Verunreinigungen an der Oberfläche eines Kristalls., sondern auch eine Neukristallisation, der zu behandelnden Oberfläche des Kristalls vorgenommen werden. Eine Neukristallisation ergibt vorteilhaft eire gut ausgebildete Oberfläche der Halbleiterkristalle. Beispielsweise wird durch eine gut ausgebildete Oberfläche das. Aufsetzen, von Metallspitzen auf die Oberfläche von Halbleiterkristallen, wie es bei der Herstellung von, z. B. Spitzengleichrichtern er= folgt, besonders begünstigt.
  • Die einwandfreie Entfernung von fleckenartig die Oberfläche durchsetzenden. Ausscheidungen der reicht umgesetzten. Komponenten und von Verunreinigungen gelingt gemäß der Erfindung durch das Abdampfen der Ausscheidungen und Verunreinigungen mit Hilfe eines Elektronenstrahles. Die Anwendung eines Elektronenstrahles ermöglicht die örtliche Erhitzung durch die auftreffenden Elektronen zweckmäßig auszudehnen, d. h. den Elektronenstrahl gerade über den Bereich zu führen, der von. einer Ausscheidung oder einer Verunreinigung eingenommen wird. Mit Hilfe eines Elektronenstrahles können somit einzelne Bereiche einer Oberfläche bearbeitet werden, die eines' Behandlung unterzogen werden sollen, ohne daß die^; übrige Oberfläche bzw. der ganze Kristall hierdurch, b.eeinflußt wird. Beispielsweise wird eine Erwärmung ° der ganzen, Oberfläche des Kristalls durch das ört7 liehe Abdampfen, das z. B. nach und nach die, ganze, zu behandelnde Oberfläche erfassen: kann, in un,-bedenklichen Grenzen. gehalten. Weiterhin ist mit der Verwendung eines Elektronenstrahles der Vorteil verbunden, daß kennerlei neue Verunreinigungen in den Halbleiterkristall eingebracht werden.
  • Die Einwirkung der Elektronenstrahlens auf die Oberfläche eines Kristalls aus einer halbleitenden Verbindung wird im wesentlichen durch die Dosis der durch die Elektronenstrahlen an die einzelnen Stellen gebrachten Energie bestimmt. Diese setzt sich aus dr Energie des Elektronenstrahles, d. h. aus Elektronauedichte und Geschwindigkeit der Elektronen;, zusammen, wenn der Elektronenstrahl unveränderlich auf eine Stelle gerichtet ist. Wird aber der Elek,-tronenstrahl, insbesondere durch Strahlablenkum " über die Oberfläche eines Kristalls oder überenn' Bereich davon geführt; so hat die Geschwind#igl#ea'@;, mit der der Elektronenstrahl geführt wird, atif "ctie' Dosis der an eine bestimmte Stelle gebrachten En;ex-,;;i gie ebenfalls EinfluP. Die an dem einzelnen Ort zur Einwirkung gelangende Energiedosis kann oft auf eine vorteilhafte Weise dadurch festgelegt werden,; daß der Elektronenstrahl periodisch mit einer festen. Frequenz über die zu behandelnde Oberfläohe wird. Eine Änderung der Energiedosis ist dann,, einfach durch eine Änderung der Frequenz der periodisehen Bewegung zu erzielen.
  • Wird gemäß der Erfindung eine Oberflächenbehandlung, insbesondere eine Neukristallisation, der Oberfläche, eines Kristalls aus einer halbleitenden. Verbindung vorgenommen, so kann der Halblestarkristall vorteilhaft unabhängig oder abhäi. der Elektronenstrahleinwirkung erwärmt werd. Einer solche Erwärmung erhöht die Eindringtiefe der N` kristallisation, in einfacher Weise.
  • Soll bei der Oberflächenbehandlung die Einwirkung',' eines Elektronenstrahles auf. eine möglichst obet' flächennahe Schicht beschränkt werden, so kann der Halbleiterkristall von der der Elektroneneinstrahlung abgewandten Seite her gekühlt werden. Kommt es aal eine äußerst enge Beschränkung dar örtlichen Erhitzung durch die Elektronenstrahleinwirkung an, s"@, ist es sehr günstig, in Abhängigkeit von, dßr Elektronenstrahleinwirkung zu kühlen. Zum Beispiel kan'Iii, ein strömendes. Kühlmittel zweckmäßig deraxt.. vF :' gesehen werden, daß das zufließende Kühlmittel .au"y die Stelle größter Erwärmung trifft und auf sei.n@z Weg nach Stellen geringerer Erwärmung bis .zum Abfließen noch weitere Wärme aufnimmt. D'4 Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels läßt s" nunmehr entsprechend. der Dosierung der durch den Elektronenstrahl zur Einwirkung gelangenden, Energie bemessen. Außerdem kann die Strömung des Kühlmittels noch derart gesteuert werden, daß auch bei einer Bewegung des Elektronens.truhles das zufließende Kühlmitteil immer auf die - sich bewegende - Stelle größter Erwärmung trifft.
  • Eine. günstige: Anordnung von zu behandelnder Oberfläche und auf diese einwirkendem Elektronen, strahl wird, erzielt, wenn die zu behandelnde Oberfläche feststehend angeordnet und über, diese Oberfläche der Elektronenstrahl durch. Strablablenkung geführt wird. Durch. elektrische oder/und magnetische Ablenkfelder kann, der Elektronenstrahl an jede Stelle der zu behandelnden Oberfläche geführt werden:.
  • In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung eine obigem Beispiel entsprechende Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung skizziert. Es bezeichnet 1 eineElektroneniqueslle:,2eine Anode, 3 eine elektrische Linse als einfachstes Beispiel eines elektronenoptischen Abbildungsmittels, 4 zwei Kondensa:torelektroden zur Erzeugung eines elektrischen. Feldes als Beispiel für ein Mittel der Strahlablenkung, 5 ein: Kristall aus einer haffileitenden Verbindung und 6 ein Kristallträger, der auch zur Bewegung des Kristalls dienen kann..
  • Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann mittels einer derartigen oder ähnlichen Apparatur ein: Elektronenstrahl hoher Intensität und scharfer Bündelung erzeugt und a:uf der zu behan, delnden Oberfläche abgebildet. werden. Die Abbildung und Bündelung kann, wie in der Figur beispielsweise angegeben, durch eine elektrische Linse erfolgen:. Es ist auch möglich, mehrere elektrische Linsen oder eine bzw. mehrere, magnetische Linsen als elektronenoptische Abbildungsmittel zu verwenden.. In Einzelfällen der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann, es zweckmäßig sein, magnetische Linsen und magnetische Mittel zur Strahlablenkung elektrischen Linsen und elektrischen Ablenkungsmitteln vorzuziehen. Zum Beispiel wird, man von magnetischen, Mitteln Gebrauch machen, wenn: die Gefahr einer Verschmutzung der Abbildunigs- oder/ und Ablenkmittel infolge des Niederschlagens von verdampftem Material auftreten kann.
  • Es kann zweckmäßig sein, die Richtung des Elektronenstrahles nicht veränderlich vorzusehen, und. den Elektrone.nstrah:l durch eine Bewegung des Kristalls relativ zu dem Elektronenstrahl über die zu behandelnde Oberfläche zu, führen.
  • Handelt es sich beispielsweise darum, eine größere Oberfläche von Absaheidungen und Verunreinigungen zu befreien: und soll hierbei die Einfallsrichtung des Elektronenstrahles zurr Oberfläche möglichst unverändert bleiben, so ist. eine kombinierte Führung des Elektronenstrahles besonders vorteilhaft. Die Führung-des Elektronenstrahles über die zu behandelnde Oberfläche kann sich dann aus der mechanischen Be,-wegung des Kristalls und der Ablenkung des Ele#ktronenstrahles zusammensetzen. Für eine Feinbewegung des Elektronenstrahles eignest sich besonders die Strahlablenkung, während es günstig ist, eine Grobbewegung durch die mechanische Bewegung des Kristalls relativ zu dem Elektronenstrahl auszuführen..
  • Zur Vereinfachung der Beschreibung der Erfindung wurde varanstehend bei der Verwendung von Elektronenstrahlen immer von: einem Elektroalenstrahl gesprochen oder auf die Verwendung eines Elektronenstrahles Bezug genommen.. Es ist aber kein Erfordernis., sich bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung auf die Verwendung eines einzigen El-eIctronenstrahles zu beschränken. Vielmehr ist es bei. vielen Anwendungen zweckmäßig, mehr als einen: Elektronenstrahl anzuwenden. Es können dann die- Elektronenstrahlen auch miteinander gekoppelt zur Einwirkung gebracht wurden. Für eine Reihe von, Anwendungen ist jedoch ein: Elektrone:n.-strahl völlig ausreichend und häufig auch zweckmäßiger.
  • Nach dem Verfahren: gemäß der Erfindung behandelte; Kristalle aus einer halbleitenden, Verbindung können mit Vorteil als Halbleiterkristalle in: ungesteuerten oder gesteuerten: Gleichrichtern, vorzugsweise Transistoren., oder anderen Halbleitervorrichtungen verwendet werden. Denn gemäß der Erfindung behandelte Kristalle sind gegen einen Angriff durch Luftfeuchtigkeit besonders geschützt und weisen daher eine gute Beständigkeit auf.
  • Werden die zur Anwendung gelangenden Kristalle aus einem größeren, etwa durch Erschmelzen im Vakuum oder unter einem Schutzgas gewonnenen Kristall durch Zerschneiden: hergestellt, so erhalten diese meist kleinen Kristalle durch das Zuschneiden neue Oberflächen, die aus dein Innern des größeren Kristalls stammen. Würde nun die Oberflächenbehandlung gemäß der Erfindung vorgenommen, bevor die Kristalle in eine ihrer Anwendung entsprechende Form gebracht worden sind, so wäre häufig das Ziel der Erfindung, gegen chemische od,e;r/ und physikalische Angriffe geschützte Halbleiterkristalle aus halbleitenden: Verbindungen zu erhalten, nicht. zu erreichen. Daher ist es. besonders zweckmäßig, einen: Kristall einer Oberflächenbehandlung zu unterziehen,, der vor Durchführung dieser Oberflächenbehandlung in eine seiner Anwendung entsprechende Form gebracht wird.
  • Mitunter ist es aber möglich, die Kristalle in eine ihrer Anwendung entsprechende Form zu ])ringen, ohne daß hierbei Luftfeuchtigkeit Zutritt zu den Kristallen erhält. Dann, kann es auch zweckmäßig sein, einen größeren Kristall gemäß der Erfindung zu behandeln und danach aus diesem Kristall die zur Anwendung gelangenden kleineren.Kris,talle herzustellen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Oberflächenb ehandlung eines Kristalls aus einer, halbleitenden. Verbindung, insbesondere einer Verbindung aus Elementen, der III. und V. Gruppe des Periodischen. Systems oder einer intermeta:llischen Verbindung, dadurch .gekennzeichnet, daß bei der Bildung der halbleitenden Verbindung nicht umgesetzte Komponenten und Verunreinigungen an der Oberfläche des Kristalls mit Hilfe eines Elektronenstrahles abgedampft werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geke.n:n, zeichnet, daß mit Hilfe eines Elektronenstrahles nicht nur das Abdampfen von nicht umgesetzten. Komponenten und. Verunreinigungen, sondern, auch eine Neukristallisation der zu behandelnden Oberfläche des Kristalls vorgenommen, wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da:ß die Dosierung der örtlich zur Einwirkung gelangenden, Energie durch die, Energie oder/und. diel Führung, insbesondere die- Ahlenkung, des Elektronenstrahles vorgenommen wird. 4. Verfahren. nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Oberflächenbehandlung des Kristalls dieser unabhängig oder abhängig von der Elektronenstrahleinwirkung erwärmt oder abgekühlt wird. 5. Verfahren, nach Anspruch 1 oder einem folgendem, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnde Oberfläche feststehend angeordnet und über diese Oberfläche der Elektronenstrahl durch Strahlablenkung geführt wird. 6. Verfahren, nach Anspruch 1 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Elektron,enstrah,les nicht veränderlich vorgesehen, und der Elektronenstrahl durch eine Bewegurig des Kristalls relativ zu dem Elektronenstrahl über die zu behandelnde Oberfläche geführt wird. 7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des. Elektroneavs.trahles über die zu behandelnde, Oberfläche sich aus der mechanischen. Bewegung des Kristalls und der Ablenkung des Elektronenstrahles zusammensetzt. B. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung mehrerer Elektronenstrahlen.. 9. Verfahren nach Anspruch. 1 oder einem fol "', genden., dadurch gekennzeichnet, daß ein. Kristall einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird, der. vor Durchführung dieser Oberflächenbehandlung in eine seiner Anwendung entsprechende Farm gebracht wird. 10. Kristall aus einer halbleitenden Verbindung, dessen. Oberfläche nach denn Verfahren gemäß' Anspruch 1 oder einem der folgenden. behandelt' ist, dadurch gekennzeichnet, da,ß dieser als Halbleiter .in. einem ungesteuerten oder einem gwtälxsr-' ten Gleichrichter, vorzugsweise einem Transistor.' oder einer anderen Halbleitervorrichtung ver-' wendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 895 473; Zeitschrift für Naturforschung, Bd. 7a, 1952, S. 744 bis 749.
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