DE1200403B

DE1200403B - Verfahren zur Herstellung einer elektrisch isolierenden Schicht zwischen zwei duennen, elektrisch leitenden Schichten

Info

Publication number: DE1200403B
Application number: DEJ20420A
Authority: DE
Inventors: Donald Stripple Weed
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1960-08-29
Filing date: 1961-08-18
Publication date: 1965-09-09
Also published as: GB974667A; NL268538A; US3100723A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIb

Deutsche KL: 21c-2/33

Nummer: 1200403

Aktenzeichen: J 20420 VIII d/21 c

Anmeldetag: 18. August 1961

Auslegetag: 9. September 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch isolierenden Schicht zwischen zwei dünnen, elektrisch leitenden Schichten, bei dem in zeitlicher Folge eine erste Leitschicht, eine Isolierschicht und eine zweite Leitschicht übereinander auf einem Träger niedergeschlagen werden.

Dünne, auf einem Trägermaterial niedergeschlagene Leit- und Isolierschichten werden verwendet zur Darstellung von elektrischen Schaltelementen, wie z. B. Widerständen, Kondensatoren und Supraleitelementen. Diese werden in bekannter Weise in Vakuum in einer Schichtendicke von annähernd 10~⁵bis 10~^ecm auf das Trägermaterial aufgedampft. Bei der Herstellung solcher Schichten besteht die Schwierigkeit, daß leitende Schichten durch kleine Löcher einer isolierenden Schicht Kurzschlüsse bilden, die erst nach der Herstellung eines Elementes festgestellt werden können. Bei den bekannten Herstellungsverfahren besteht daher der Nachteil, daß ein hoher Prozentsatz der hergestellten Elemente als unbrauchbar ausgeschieden ao werden muß.

Es ist bei der Herstellung von Kondensatoren bekannt, im Dielektrikum befindliche leitende Einschlüsse, die durch Verunreinigungen, wie Metallsplitter, Kupfer- oder Eisenspäne od. dgl. entstanden sind, dadurch unschädlich zu machen, daß man vor dem Wickeln der Kondensatoren oder nach ihrer Fertigstellung zwischen der dielektrischen Schicht und einer mit ihr verbundenen Metallschicht eine Spannung anlegt. Der sich einstellende Strom brennt die Einschlüsse oder den Metallbelag im Bereich der Einschlüsse aus. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß Verbrennungsrückstände zurückbleiben und beim Ausbrennen in der Umgebung der Durchbrennstelle entstehende Dämpfe kondensieren, die ihrerseits unter Umständen einen halbleitenden Charakter besitzen. Weiterhin ist es bekannt, zur Ermittlung und Überwachung der Schichtdicke beim Beschichten eines bandförmigen Trägers mit einem dünnen Isolierüberzug zwischen dem Überzug und einer den Träger führenden Metallwalze eine Meßspannung anzulegen. Durch Meßung der Kapazität und Vergleich mittels einer Wechselstrommeßbrücke mit dem Meßergebnis einer zweiten Meßstelle am unbeschichteten Träger wird die aufgetragene Schichtdicke fortlaufend kontrolliert.

Aufgabe der Erfindung ist es, beim Niederschlagen einer leitenden Schicht auf einer Isolierschicht eine Ablagerung von leitendem Material an denjenigen Stellen zu vermeiden, an denen sich kleine Löcher oder Poren in der Isolierschicht befinden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß wäh-Verfahren zur Herstellung einer elektrisch
isolierenden Schicht zwischen zwei dünnen,
elektrisch leitenden Schichten

Anmelder:

International Business Machines Corporation^

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Donald Stripple Weed, Hurley, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 29. August 1960 (52 452)

rend der Dauer des Niederschiagens der zweiten Leitschicht über im Bereich der Leitschichten angeordnete Elektroden eine Spannung angelegt wird.

Diese Maßnahme verhindert die Entstehung von Kurzschlüssen während der Herstellung der Elemente, indem die beim Niederschlagen von leitendem Material in den Poren oder in kleinen Löchern der Isolierschicht entstehenden leitenden Verbindungen durch Wirkung des sich auf Grund der anliegenden Spannung sofort einstellenden Stromes zerstört werden. Wie Versuchsreihen gezeigt haben, werden Kurzschlüsse, die durch das Bohren von Löchern probeweise herbeigeführt wurden, durch die genannte Maßnahme beseitigt.

Beispiele zur Durchführung des Verfahrens werden an Hand der Abbildungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens;

Fig. 2 zeigt die Querschnittsdarstellung von zwei Kondensatoren, die nach dem Verfahren hergestellt wurden;

F i g. 3 ist die Darstellung von bistabilen in Reihe angeordneten Kippschaltungen, deren Supraleitelemente durch dünne Schichten gebildet werden;

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt in Ebene A-A der Darstellung nach Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Glasglocke 11 schließt die Grundplatte 13 luftdicht ab. Ein Vakuum wird in der so hergestellten Kammer durch eine nicht darge-

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stellte Pumpe erzeugt, deren Saugleitung an der öffnung 15 der Grundplatte 13 angeordnet ist. Die durch die Glasglocke gebildete Kammer wird evakuiert bis in der Kammer ein niedriger Druck herrscht. Die Unterlage 17 und die Maske 19 werden in Aufdampfungslage durch nicht gezeigte bekannte Mittel festgehalten.

Ein durch Drähte 23 mit elektrischer Energie versorgtes Heizelement 21 kann die Unterlage 17 erhitzen. Ein auf der drehbaren Welle 27 angeordneter Verschluß 25 wird durch den Knopf 29 gesteuert. Durch Betätigung des Verschlusses können ausgewählte Teile der Maske freigegeben werden, um den Bereich der Aufdampfung auf der Unterlage zu steuern. Ein erster, durch die Spule 33 erhitzter Tiegel 31 enthält das Verdampfungsmaterial der elektrisch leitenden Schicht, die auf die Unterlage 17 niedergeschlagen wird. Ein zweiter, durch die Spule 37 erhitzter Tiegel 35 enthält das Verdampfungsmaterial der isolierenden Schicht, die auf der Unter- lage 17 niedergeschlagen wird. Durch nicht gezeigte Mittel werden den Spulen 33, 37 über Leitungen 34 bzw. 38 gesteuerte veränderliche Mengen elektrischer Energie zugeführt. Die den Spulen 33 und 37 zugeleiteten Energien werden getrennt gesteuert, um durch Regelung der aufgedampften Materialmenge eine vorgegebene Schichtendicke zu erreichen. Anschlußstellen 39 und 41 sind an der Unterlage befestigt, und diese sind mit Leitungen 43 bzw. 45 verbunden, die an eine Spannungsquelle 47 angeschlossen sind. Die Aufdampfstoffe kondensieren auf der Unterlage an die Stellen, die durch die Maske und den Verschluß festgelegt sind.

Unter Verwendung der beschriebenen Anordnung wurden die in F i g. 2 dargestellten Kondensatoren 40 und 42 hergestellt. Die Unterlage 17 besteht aus Feinglas, an dem die Anschlußstellen 39 und 41 angeordnet sind.

Der Kondensator 40 ist in Querschnittsdarstellung gezeigt, um die mehrfachen Schichten aus dielektrisehen, isolierenden und leitenden Schichten zu zeigen.

An den Anschlußstellen 39^4 und 41A des Kondensators 40 wurden die Drähte 43 A und 45^4 befestigt. Dann wurde die Unterlage in die in Fig. 1 dargestellte Vakuumkammer eingebracht. In den Tiegel 31 wurde Blei und in den Tiegel 35 Siliziummonoxyd eingefüllt. Dann wurde die Glasglocke 11 auf die Grundplatte 13 gesetzt und das Vakuum erzeugt. Danach wurden die Maske 14 und der Verschluß 25 in die richtige Lage gebracht. Die richtige Maskenform wurde dadurch bestimmt, daß der Verschluß 25 wahlweise bewegt wurde, um die Stellen auf der Unterlage 17 freizulegen, auf die das Verdampfungsmaterial für den in Fig. 2 dargestellten Leiter 49 aufgebracht werden sollte. Anschließend wurde der Tiegel 31 erhitzt, wodurch das Blei im Tiegel 31 verdampfte. Das Blei kondensierte auf der Unterlage 17 in der Schicht 49, deren Muster durch die Maske und den Verschluß bestimmt wird, der mit den Anschlußstellen 41A und 41B verbunden ist. Anschließend wird die richtige Form für die dielektrische Schicht durch wahlweise Bewegung des Verschlusses 25 in der Weise bestimmt, daß die Stellen auf der Unterlage 17 freigegeben werden, auf die das dielektrische Siliziummonoxyd aufzudampfen ist. Durch Erhitzung des Tiegels 35 wird das darin enthaltene Siliziummonoxyd verdampft, das auf der Unterlage 17 kondensiert und die in Fig. 2 dargestellte dielektrische Schicht 51 des Kondensators 40 über der leitenden Bleischicht 49 bildet.

Die richtige Maskenform für die zweite leitende Bleischicht ergibt sich dadurch, daß der Verschluß 25 wahlweise so bewegt wird, daß die Stellen auf der Unterlage 17 freiliegen, auf welche die leitende Bleischicht aufgebracht werden soll. Dann wird eine konstante Spannung von 5 Volt der Spannungsquelle 47 zwischen den Anschlüssen 39 A und 41^4 des Kondensators 40 angelegt.

Unmittelbar mit dem Niederschlag von leitendem Material der zweiten leitenden Schicht in den Poren oder kleinen Löchern der Isolierschicht stellt sich durch die zwischen den Anschlüssen 39^4 und 41A anliegende Spannung ein Stromfluß ein, der diesen Niederschlag ohne Rückstände beseitigt bzw. von vornherein verhindert, so daß keine leitenden Brücken entstehen können. Dieser Vorgang findet so lange statt, bis der Aufdampfprozeß der zweiten leitenden Schicht beendet ist.

Nach dem Aufdampfen der zweiten leitenden Bleischicht 53 wurde die zwischen den Anschlüssen 39 A und 41A wirksame Spannung unterbrochen. Zuletzt wurde die isolierende Schicht 55 aus Siliziummonoxyd auf die Unterlage 17 aufgedampft, um die Kondensatoren abzudecken und zu schützen.

Eine Anwendung des Verfahrens für die Herstellung von Kryotron-Kippschaltungselementen, die in Reihe angeordnet sind, zeigt die Fig. 3. Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt in Ebene A-A der Darstellung nach Fig. 3. Die Isolierschichten aus Siliziummonoxyd sind in Fig. 4, aber nicht in Fig. 3 gezeigt. Die verschiedenen Schichten wurden in derselben Weise aufgedampft, wie es für die Kondensatoren bereits beschrieben wurde. Gemäß den Fig. 3 und 4 wurde zunächst eine Bodenschicht 65 aus Blei auf die Unterlage 17 aufgedampft und elektrisch an die Anschlüsse 70^1 bis 7OK angeschlossen. Als nächstes wurde die in Fig. 4 dargestellte Isolierschicht 66 aus Siliziummonoxyd über der Bodenschicht aufgedampft. Dann wurden die Torleiter 6OA bis 6OD aus Zinn angeordnet. Danach wurden Bleileiter 61^4 bis 61F aufgedampft, die an den angegebenen Stellen elektrischen Kontakt machen. Darauf wurde die in F i g. 4 dargestellte Schicht aus Siliziummonoxyd 67 aufgedampft. Ferner wurden die Antriebssteuerleiter 62, 63, die Leiter 68, 69 und zum Schutz der Anordnung die in Fig. 4 dargestellte Abschlußschicht 71 aus Siliziummonoxyd aufgedampft. Jede der Schichten hat eine Dicke von etwa 8000 A.

Das Verfahren eignet sich besonders gut zur Verhinderung von Kurzschlüssen bei der Herstellung von Schaltelementen, die aus mehreren dünnen Schichten bestehen. In solchen Fällen wird zuerst eine Spannung zwischen der ersten und der zweiten leitenden Schicht während des Aufdampfens der zweiten leitenden Schicht angelegt. Dann wird eine Spannung zwischen der zweiten und dritten leitenden Schicht während des Aufdampfens der dritten leitenden Schicht angelegt. Dieser Vorgang wird während des Aufdampfens nachfolgender leitender und isolierender Schichten fortgesetzt, bis die Herstellung abgeschlossen ist.

Die für die dielektrischen und leitenden dünnen Schichten verwendeten Substanzen sind nur als Beispiele genannt worden. An ihrer Stelle können auch andere bekannte dielektrische, isolierende und

leitende dünne Schichten benutzt werden. Ferner können die Schichten an Stelle des Aufdampfens durch ein anderes Verfahren niedergeschlagen werden. Die während des Niederschiagens der zweiten leitenden Schicht angelegte Spannung kann je nach der Dicke der niedergeschlagenen Schichten und je nach dem verwendeten Material fortlaufend verändert werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch isolierenden Schicht zwischen zwei dünnen, elektrisch leitenden Schichten, bei dem in zeitlicher Folge eine erste Leitschicht, eine Isolierschicht und eine zweite Leitschicht übereinander auf einem Träger niedergeschlagen werden, dadurchgekennzeichnet, daß während der Dauer des Niederschiagens der zweiten Leitschicht über im Bereich der Leitschichten angeordnete Elektroden eine Spannung angelegt wird.

2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die leitenden Schichten eine veränderbare Spannung angelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die leitenden Schichten eine Gleichspannung von annähernd 5 Volt angelegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Leit- und Isolierschichten Kondensatoren- oder Kryotronelemente gebildet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 918 827, 918 882,
967352,871635.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen