DE1521507B1

DE1521507B1 - Process for the vapor deposition of an insulating material on a carrier using concentrated electron beams

Info

Publication number: DE1521507B1
Application number: DE19661521507
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Friedrich Beyerlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-09-13
Filing date: 1966-09-13
Publication date: 1970-02-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufdampfen eines Isolierstoffes auf einen Träger durch gebündelte Elektronenstrahlen.The invention relates to a method for vapor deposition of an insulating material onto a support by collimated electron beams.

Es ist bereits bekannt, durch gebündelte Elektronenstrahlen selbst schwer verdampfbare Isolierstoffe, wie z. B. Quarz, zu verdampfen. Es ist weiterhin bekannt, dieses Verfahren zur Herstellung von Quarzschichten u. dgl. auf Unterlagen zu verwenden. Bei der Verdampfung hochisolierender Stoffe hat es sich jedoch als nachteilig erwiesen, daß offenbar infolge einer örtlichen Aufladung des Verdampfergutes durch die Elektronenstrahlen die Strahlen von der ursprünglichen Auftreffstelle abgelenkt und gleichzeitig defokussiert werden: Versucht man beispielsweise, einen quaderförmigen Körper aus hochisolierendem Isolierstoff zu verdampfen und richtet auf diesen Körper einen gebündelten Elektronenstrahl, so wandert dieser nach kurzer Zeitdauer von der ersten Auftreffstelle weg zu einer benachbarten Stelle, wo er nach entsprechender Aufladung wieder zu einem weiteren, noch nicht bestrahlten Bereich des Körpers ausweicht. Die Auftreffstelle ändert sich daher fortlaufend. Gleichzeitig wird der Strahl immer breiter, wodurch die zur Ingangsetzung des Verdampfungsvorganges notwendige Energiekonzentration verhindert wird. Dies führt entweder zu einer vollständigen Unterbindung der Verdampfung oder erst nach längerer Zeit zu einer zur Verdampfung ausreichenden Erwärmung des Verdampfergutes. Man erhält also bestenfalls mit großer zeitlicher Verzögerung, die oft mit einer Verschlechterung des Vakuums verbunden ist, eine Verdampfung an einer energetisch und in Bezug auf den zu bedampfenden Träger ungünstigen Stelle.It is already known by focussed electron beams themselves Difficult to vaporize insulating materials, such as B. quartz to evaporate. It is still known, this process for the production of quartz layers and the like on substrates to use. In the case of the evaporation of highly insulating substances, however, it has proven to be proved disadvantageous that apparently as a result of a local charge of the evaporated material by the electron beams the rays from the original point of impact be distracted and defocused at the same time: If you try, for example, a Cuboid body made of highly insulating insulating material to evaporate and align a bundled electron beam hits this body, it then wanders after a short time Time from the first point of impact to an adjacent point where it after charging to another area that has not yet been irradiated the body evades. The point of impact therefore changes continuously. Simultaneously the jet becomes wider and wider, thereby initiating the evaporation process necessary energy concentration is prevented. This either leads to a full Prevention of evaporation or evaporation only after a long time sufficient heating of the vaporizer material. So at best you get with a large time lag, often associated with a deterioration in the vacuum is, an evaporation at an energetic and in relation to the to be evaporated Carrier awkward point.

Diese Erscheinungen und auch Möglichkeiten zu ihrer Unterdrückung sind bereits bekannt. So beschreibt beispielsweise die deutsche Patentschrift 1154 853 ein Verfahren der eingangs genannten Art, wonach das Eelektronenstrahlenbündel auf eine Erhebung des zu verdampfenden Isolierstoffkörpers oder auf die dieser Erhebung benachbarte Umgebung gerichtet wird. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Strahlrichtung und die Strahlfokussierung konstant bleiben, der Strahl also weder abwandert noch defokussiert wird, wenn der Elektronenstrahl auf einen erhabenen Bereich der Oberfläche des Isolierstoffkörpers gerichtet ist.These phenomena and also ways of suppressing them are already known. For example, German patent specification 1154 describes 853 a method of the type mentioned at the outset, according to which the electron beam on an elevation of the insulating body to be evaporated or on this elevation neighboring environment is directed. It has been shown that the beam direction and the beam focusing remains constant, so the beam neither wanders nor is defocused when the electron beam hits a raised area of the surface of the insulating body is directed.

Es ist auch bereits bekanntgeworden, die Oberfläche der zu verdampfenden Körper aus Isolierstoff mit Stoffen zu behandeln, welche die Elektronenemission begünstigen (deutsche Patentschrift 1154 583). Diese Maßnahme hat jedoch vor allem den Nachteil, daß die aufgebrachten, die Elektronenemission begünstigenden Stoffe ebenfalls verdampft werden und daher Bestandteile der aus dem Isolierstoff hergestellten Isolierstoffschichten bilden, wodurch die isolierenden Eigenschaften dieser Schichten verändert und in der Regel verschlechtert werden.It has also already become known to treat the surface of the insulating body to be vaporized with substances which promote electron emission (German patent specification 1 154 583). The main disadvantage of this measure, however, is that the applied substances which favor electron emission are also evaporated and therefore form components of the insulating material layers made from the insulating material, whereby the insulating properties of these layers are changed and, as a rule, deteriorated.

Zur Vermeidung dieses Nachteils hat man daher bereits vorgeschlagen, die Elektronen von der Auftreffstelle des Elektronenstrahlenbündels über einen Stromweg geringen Widerstandes abzuleiten, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform dieses Vorschlages der zu bedampfende Isolierstoff mit einer elektrisch gutleitenden Seele versehen ist. Diese Seele, deren Längsachse vorzugsweise mit der Strahlenachse des Elektronenstrahlenbündels zusammenfällt, soll aus einem hochhitzebeständigen, unter der Wirkung des Elektronenstrahlenbündels nicht verdampfbaren Stoff bestehen.To avoid this disadvantage, it has therefore already been proposed that the electrons from the point of impact of the electron beam via a current path derive low resistance, in a preferred embodiment this Proposal of the insulating material to be vaporized with a highly electrically conductive core is provided. This soul, whose longitudinal axis preferably coincides with the beam axis of the Electron beam collapses, is said to come from a highly heat-resistant, under the effect of the electron beam consist of a non-evaporable substance.

Aus den deutschen Patentschriften 947 844, 883 546 und 895 687 sind Verfahren zum Aufbringen von Metalloxiden auf Unterlagen bekannt. Es wird dabei das Metall aufgedampft und dieses dann oxydiert. Der bei der Verdampfung von Isolierstoff mittels Elektronenstrahlen auftretende Effekt der Raumladung zeigt sich bei dem bekannten Verfahren nicht, da als Verdampfungsgut elektrisch leitende Metalle verwendet werden.From German patents 947 844, 883 546 and 895 687 are Process for applying metal oxides to substrates is known. It will be there the metal is evaporated and then oxidized. The one in the evaporation of insulating material The effect of the space charge, which occurs by means of electron beams, can be seen in the known processes, since electrically conductive metals are used as the evaporation material will.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art besteht die Erfindung darin, daß der zu verdampfende Isolierstoff während der Verdampfung in einen elektrisch leitenden Zustand und im aufgedampften Zustand wieder in den elektrisch isolierenden Zustand übergeführt wird. Durch die - betrachtet über den Verdampfergutkörper - etwa angenähert gleichmäßige Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit wird an sämtlichen Bereichen des Verdampfergutes eine angenähert gleich gute Abführung der Elektronen bewirkt. Zudem erübrigt sich eine besondere Gestaltung des Verdampfergutkörpers, wie z. B. dessen Ausbildung mit Erhebungen oder entsprechenden Ausnehmungen, in denen eine elektrisch leitende Seele geführt ist.The invention consists in a method of the type mentioned at the outset in that the insulating material to be evaporated during the evaporation in an electrical conductive state and in the vapor-deposited state back into the electrically insulating state State is transferred. Through the - viewed over the evaporator body - approximately even distribution of the electrical conductivity will be at all Areas of the material to be evaporated an approximately equally good dissipation of the electrons causes. In addition, there is no need for a special design of the evaporator body, such as B. its training with elevations or corresponding recesses, in which have an electrically conductive core.

Gemäß einem Vorschlag nach der Erfindung kann das Verdampfergut durch seine während der Verdampfung erfolgende Erwärmung wenigstens teilweise in einen elektrisch leitfähigen Zustand übergeführt werden.According to a proposal according to the invention, the material to be evaporated can through its heating which takes place during the evaporation at least partially in a electrically conductive state are transferred.

Sollte sich das Verdampfergut durch Erwärmung nicht in einen elektrisch leitfähigen Zustand überführen lassen oder die Erwärmung, beispielsweise bedingt durch das Aufheizen und damit Gasen der Wände einer Vakuumanlage, unerwünscht sein, so kann gemäß einem weiteren Vorschlag nach der Erfindung als Verdampfergut ein Isolierstoff dienen, der mit einem elektrisch leitenden Material mit großer Affinität zu Sauerstoff versetzt wird, so daß das Verdampfergut elektrisch leitfähig ist. Gegebenenfalls kann an Stelle des elektrisch leitenden Materials, wie z. B. Zinn oder Aluminium, auch ein halbleitendes Material, wie beispielsweise Germanium oder Silizium, zum Isolierstoff zugesetzt werden. Zur Beschleunigung der Oxydation dieser elektrisch leitenden oder halbleitenden Materialien empfiehlt es sich, die normalerweise im Vakuum auf einen Träger aufgedampften Schichten einer oxydierenden Atmosphäre auszusetzen. Gegebenenfalls läßt sich durch eine zusätzliche Erhitzung des Verdampfergutes eine weitere Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit erzielen.Should the evaporated material not be converted into an electric Let the conductive state transfer or the heating, for example conditional due to the heating up and thus gases of the walls of a vacuum system, be undesirable, according to a further proposal according to the invention, a material to be evaporated can be used Serve insulating material with an electrically conductive material with great affinity is added to oxygen, so that the evaporated material is electrically conductive. Optionally, instead of the electrically conductive material, such as. B. Tin or aluminum, also a semiconducting material such as germanium or Silicon, to be added to the insulating material. To accelerate the oxidation of this electrically conductive or semiconducting materials it is recommended that normally layers of an oxidizing atmosphere vapor-deposited on a support in vacuo suspend. If necessary, additional heating of the material to be evaporated achieve a further increase in electrical conductivity.

Gemäß einem weiteren Vorschlag nach der Erfindung kann ein fotoleitendes Verdampfergut, wie beispielsweise Selen, verwendet werden, das während der Verdampfung durch Belichtung in seinen leitfähigen Zustand versetzt und, falls erforderlich, im aufgedampften Zustand in oxydierender Atmosphäre aufoxydiert wird.According to a further proposal according to the invention, a photoconductive Evaporation material, such as selenium, can be used during the evaporation converted into its conductive state by exposure and, if necessary, is oxidized in the vapor-deposited state in an oxidizing atmosphere.

Als Verdampfergut kann auch ein mit einem elektrisch leitenden oder halbleitenden Material versetzter Isolierstoff dienen, wobei - bezogen auf den zu bedampfenden Träger - das elektrisch leitende oder halbleitende Material ein niedrigeres Absorptionsvermögen aufweisen soll als der Isolier-Stoff.A material with an electrically conductive or can also be used as the material to be evaporated semiconducting material offset insulating material are used, with - based on the to Fuming carrier - the electrically conductive or semiconducting material a lower one Should have absorption capacity than the insulating material.

Claims

Claims: 1. Method for vapor deposition of an insulating material onto a carrier by collimated electron beams, characterized in that the insulating material to be evaporated at least during the evaporation into an electrical one conductive state and in the vapor-deposited state back into the electrically insulating state State is transferred.

2. The method according to claim 1, characterized in that that an insulating material is used as evaporation material, which by its during The heating resulting from evaporation is converted into the electrically conductive state will.

3. The method according to claim 1, characterized in that the evaporation material an insulating material is used that is electrically conductive or semiconducting Material with a high affinity for oxygen is added, so that the evaporation material is electrically conductive, and the vapor-deposited goods in an oxidizing atmosphere is exposed.

4. The method according to claim 3, characterized in that the evaporation material is additionally heated to increase the electrical conductivity.

5. Procedure according to claim 1, characterized in that photoconductive material to be evaporated is used that during evaporation by exposure to its conductive state is moved.

6. The method according to claim 1, characterized in that the evaporation material an insulating material mixed with an electrically conductive or semiconducting material is used, whereby - based on the carrier to be vaporized - the electrical conductive or semiconducting material has a lower absorption capacity than the insulating material.