DE2146662B2 - Verfahren zur herstellung einer elektrisch leitfaehigen schicht - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenes Verfahren, wie es z. B. aus der DT-OS 15 90 768 bekannt ist.

Ans der deutschen Offenlegungsschrift 18 06 821 ist ein Verfahren zur Herstellung chemisch und physikalisch stabiler Festkörper-Oberflächenschichten bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Material der Oberflächenschicht durch Aufdampfen unter gleichzei-

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tigern lonenbeschuß hergestellt. Es entstehen durchgehende elektrisch leitende Mischschichten.

Aus der Veröffentlichung in »Optik«, Bd. 28 (1968/69), S. 190 und 191, ist es bekannt, hochohmige, feldstärkefeste Metallschichtwiderstände nach dem Verfahren der vorangehend genannten Offenlegungsschrift herzustellen. Bei den für diese Metallschicht-Widerstände verwendeten Schichten handelt es sich um zusammenhängende Schichten, die höchstens Löcher aufweisen. Insbesondere sollen dort Unebenheiten der Schicht vermieden sein.

Aus der »Zeitschr. f. angewandte Physik«, Bd. 31. S. 51 bis 53 geht lediglich eine Vorrichtung hervor, mit der ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Schicht durchführbar ist, wobei über das durchzuführende Verfahren selbst nicht angegeben ist, was für die nachfolgend noch zu beschreibende vorliegende Erfindung wesentlich wäre.

Aus der US-PS 35 62 022 ist es bekannt. Halbleiterkörper durch indirekte Ionenimplantation zu dotieren.

Aus der US-Patentschrift 28 86 476 geht lediglich eine geometrische Form eines Widerstandes hervor, die auch ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Widerstand haben kann.

Bei den bekannten Metallschichtwiderständen tritt ein Alterungseffekt auf, durch den sich insbesondere der Wert des elektrischen Widerstandes ändert. Durch die Alterung wird auch die Feldstärkefestigkeit, die Spannungsunabhängigkeit und der Temperaturkoeffizient verändert bzw. beeinträchtigt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das bekannte Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß damit hochohmige, feldstärkefeste elektrische Widerstände, insbesondere Mikrowiderstände, herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird mit einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 umrissenen Verfahren gelöst, daß erfindungsgemäß gekennzeichnet ist, wie dies im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben ist. Weitere Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Gesamtheit der Merkmale des Anspruches 1 wesentlich.

Bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schicht ist die Oberfläche der Bereiche im wesentlichen frei von einzelnen Teilchen des oder der Stoffe bzw. Stoffkombinationen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die aufzudampfenden bzw. aufzustäubenden Stoffe bzw. Stoffkombinationen und die einzuschießenden hochenergetischen Teilchen in so geringer Menge in bezug auf die Gesamtfläche der Schicht aufgebracht, daß nur voneinander getrennte Inseln des aufgedampften oder aufgestäubten Stoffes entstehen. Der Beschüß erfolgt vorzugsweise gleichzeitig mit dem Aufdampfen bzw. Aufstäuben.

Eine wie erfindungsgemäß hergestellte Schicht eignet sich vorzugsweise für sehr hochohmige Mikrowiderstände mit geringer Induktivität oder Kapazität.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sehr hochohmige Schichten auf einer entsprechend noch höherohmigeren Unterlage dadurch erreicht werden können, daß der für die hochohmige Schicht vorgesehene Stoff bzw. Stoffkombination (bzw. die für die Schicht vorgesehenen Stoffe oder Stoffkombinationen) derari aufgebracht wird, daß auf der Unterlage nur relativ dünnschichtige Inseln entstehen und die dazwischenliegenden, angrenzenden, hochohmigen Bereiche der Oberflächenschicht der Unterlage Strahlenschäden

aufweisen. Insbesondere liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß die Bereiche zwischen den einzelnen Inseln möglichst weitgehend frei von einzelnen Teilchen des oder der Stoffe bzw. Stoffkombinationen sind. Unter dünnschichtig im Zusammenhang mit den Inseln ist eine Dicke zu verstehen, die sehr klein im Verhältnis zum Durchmesser der jeweiligen Inseln ist. Dies ist so zu verstehen, daß Inseln mit größerer Fläche etwas dicker sein können, sich aber von einer Kugelkappenform noch wesentlich unterscheiden. Im Regelfall besteht eine Insel aus einer einzigen oder aus nur wenigen Atomlagen. Unter Inseln im Sinne der Erfindung sind bereits Ansammlungen von nur wenigen Atomen zu verstehen. Es ist der Regelfall, daß die Inseln der erfindungsgemäßen Schicht Durchmesser in der Größenordnung von 1 nm besitzen. Im Regelfall liegen die Abstände zwischen den einzelnen Inseln in der gleichen Größenordnung. Die Dicke der Inseln ist insbesondere für die Spannungsunabhängigkeit der spezifischen Leitfähigkeit der Schicht maßgebend.

Unter niederenergetischen Teilchen sind im vorliegenden Falle im wesentlichen Teile thermischer Energie bis zu höchstens einigen Elektronenvolt zu verstehen. Bei den hochenergetischen Teilchen handelt es sich um Ionen oder neutrale Teilchen, die zuvor als Ionen elektrisch beschleunigt worden sind. Die Energien dieser Teilchen liegen im wesentlichen höher als 5 keV, vorzugsweise höher als 20 keV. Teilchen dieser Energien dringen in das Material der Unterlage wenigstens einige, im Regelfall viele Atomlagen tief ein und verbleiben dort. Der Verbleib der Teilchen ist wesentlich für die angestrebten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schicht. Auf diesen Umstand ist insbesondere im Zusammenhang mit der gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorzunehmenden Erwärmung (Temperung) zu achten.

Für den Aufbau der erfindungsgemäßen Schicht auf der hochohmigen Unterlage ist zu achten, daß die Rate der adsorbierten Teilchen größer ist als die Zerstäubungsrate, die durch den Beschüß mit hochenergetisehen Teilchen gegeben ist. Andernfalls würde die Bildung von Inseln unterbleiben. Die Größe des Teilchenstromes der hochenergetischen Teilchen ist auch für die Dicke der Inseln maßgeblich.

Im Falle, daß die hochernergetischen Teilchen Ionen sind, liegen Jie Stromdichten des Beschüsses bei Werten in der Größenordnung von 1 mA/cm². Bei nicht geladenen hochenergetischen Teilchen ist die Teilchendichte des Beschüsses entsprechend groß. Für den Beschüß werden Zeitdauern von einigen Sekunden vorgesehen. Bei einem derartig starken Beschüß liegt die Strahlenschädigung bereits im Sättigungsbereich. Dementsprechend sind die erfindungsgemäßen Schichten bzw. die nach der Erfindung hergestellten Widerstände strahlungsresistent, was insbesondere bei ihrer Verwendung in der Reaktortechnik oder Raumfahrt von Vorteil ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird dafür gesorgt, daß die Oberfläche der Bereiche zwischen den Inseln im wesentlichen frei von einzelnen adsor- jo Werten Teilchen des Stoffes der Inseln ist. Durch eine entsprechend hoch gewählte Teilchendichte des Stromes der hochenergetischen Teilchen kann dies bewirkt werden.

Die Oberfläche der Bereiche kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch durch Erwärmung der Schicht (Tempern) von einzelnen adsorbierten Teilchen befreit werden, wobei angenommen wird, daß diese einzelnen Teilchen den einzelnen Inseln zudiffundieren und sich dort anlagern.

Als Stoffe für die Inseln bzw. für den Beschüß mit hochenergetischen Teilchen kommen bevorzugte Metall oder Halbleiter in Betracht. Es kommen elektronen- und löcherleitende Stoffe in Frage. Insbesondere eignen sich dafür Gold, Silber, Platin, Nickel, Eisen, Chrom, Aluminium und Legierungen aus diesen mit anderen Metallen und aus anderen Metallen, sowie Kohlenstoff, Silizium, Germanium und Verbindungshalbleiter. Besonders bewährt hat sich Gold, da dieses zu besonders stabilen Schichten geführt hat.

Als Material für die hochohmige Unterlage können sowohl entsprechend hochohmige Halbleitermaterialien, wie eigenleitendes Silizium und Oxyde und Nitride, insbesondere Siliziumdioxid, sowie andere Isolatoren, wie Kunstharze, Bernstein oder Glas verwendet werden.

Das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Schicht wird vorzugsweise mittels einer in »Zeitschrift für angewandte Physik«, Bd. 31 (1971), S. 51 f, beschriebenen Vorrichtung durchgeführt.

Weitere Erläuterungen zur Erfindung gehen aus den Figuren und der Beschreibung eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles nach der Erfindung hervor.

F i g. 1 zeigt im Schnitt das Prinzip einer erfindungsgemäßtn Schicht;

F i g. 2 zeigt in einer Aufsicht einen elektrischen Widerstand mit einer Schicht nach der Erfindung.

Mit 1 ist ein Teilstück eines vorzugsweise hochohmigen Substrates, z. B. aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, bezeichnet. Mit 3 ist die hochohmige, vorzugsweise isolierende Unterlage auf dem Substrat 1 bezeichnet. Das Substrat kann auch die Unterlage bilden, soweit es den obigen Bedingungen für das Material der Unterlage genügt. Die erfindungsgemäße Schicht besteht aus dem mit 5 bezeichneten Inseln und aus den mit 7 bezeichneten dazwischenliegenden angrenzenden hochohmigen Bereichen der Oberflächenschicht der Unterlage 3. Mit 9 und 11 sind Teilstücke zweier Elektroden auf der Unterlage 3 auf dem Substrat 1 bezeichnet. Ein angenommener Stromfluß zwischen den Elektroden 9 und 11 verläuft mit Rücksicht auf die gegenüber der erfindungsgemäßen Schicht sehr hochohmige Unterlage im wesentlichen durch die aus 5 und 7 zusammengesetzte elektrisch leitfähige, jedoch erfindungsgemäß sehr hochohmige Schicht. Unterhalb der Inseln 5 fließt in dem Material der Unterlage praktisch kein elektrischer Strom, da die Inseln jeweils einen demgegenüber geringeren elektrischen Widerstand haben. Die Bereiche 7 sind, wie oben angegeben, durch Beschüß mit hochenergetischen Teilchen durch die darin befindlichen Teilchen und durch die in dem Material der Unterlage entstandenen Strahlenschäden entstanden. Es sei darauf hingewiesen, daß sich auch unterhalb der Insel 5 eingeschossene, zuvor hochenergetische Teilchen befinden und dementsprechend auch dort Strahlenschäden vorhanden sind. Für die Erfindung sind diese Teilchen und Strahlenschäden bereits insofern von Bedeutung, als sie zu einem guten Anhaften der Inseln auf der Unterlage beitragen. Es ist zu beachten, daß die Darstellung der F i g. 1 sehr schematisch ist. Sowohl die Größenverhältnisse der Inseln 5 und der Bereiche 7 sind gegenüber der Dicke der Unterlage 3 stark vergrößert dargestellt. Außerdem sind die Inseln nicht nur in ungleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet, sondern sind über die in der Schnittdarstel-

lung der F i g. 1 nicht sichtbare Oberfläche der Unterlage 3 statistisch verteilt.

Die F i g. 2 zeigt in einer Aufsicht einen elektrischen Widerstand mit Anschlüssen mit einer erfindungsgemäßen Schicht. Mit 3 ist die bereits im Zusammenhang mit F i g. 1 beschriebene Unterlage auf dem Substrat bezeichnet. 9 und 11 sind die als Anschlüsse dienenden Elektroden. Mit 21 ist die auf der Unterlage 3 befindliche Widerstandsbahn bezeichnet, die mikroskopisch aus den im Zusammenhang mit F i g. 1 beschriebenen Inseln 5 und den dazwischenliegenden Bereichen 7 zusammengesetzt ist.

Infolge der nach der Erfindung erreichbaren außer-5 ordentlich großen Hochohmigkeit der Schicht 21 können selbst sehr hochohmige V/iderstände noch als gradlinige Bahn ausgeführt werden. Diese Form hat den Vorzug, daß sie die geringsle Induktivität und Kapazität aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche: 21

1. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Schicht auf einer Unterlage, insbesondere eines Metallschicht-Widerstandes, bei der bzw. bei dem sich Inseln eines elektrisch leitfähigen Materials auf der Unterlage befinden, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer relativ hochohmigen Unterlage (3) eine Schicht aus relativ dünn- ίο schichtigen Inseln (5) durch Aufdampfen oder Aufstäuben entsprechender Menge niederenergetischer Teilchen und Beschüß mit hochenergetischen Teilchen eines oder mehrerer Stoffe(s) oder Stoffkombinationen hergestellt wird, wobei die Rate der absorbierten Teilchen größer iu wählen ist als die durch den Beschüß bedingte Zerstäubungsrate und wobei das Aufdampfen bzw. das Aufstäuben einerseits und der Beschüß andererseits gleichzeitig oder nacheinander vorgenommen werden, und daß das Material der Unterlage (3) in den zwischen den Inseln (5) liegenden, angrenzenden, hoc^Kohmigen Bereichen (7) mit Teilchen dotiert wird, die durch den Beschüß mit hochenergetischen Teilchen dort derart eingebracht werden, daß das Material in der Oberflächenschicht der Unterlage (3) Strahlenschäden aufweist, wobei der oder die Stoff(e) oder Stoffkombinationen so ausgewählt sind, daß bei Vorliegen eines elektrischen Feldes in der Schicht ein Ladungsträgertransport durch die Inseln (5) und durch die Bereiche (7) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspiuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ionen als hochenergetischen Teilchen beschossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Stromes der hochenergetischen Teilchen so groß gewählt wird, daß die Oberfläche der Bereiche (7) ΐ,τι wesentlichen frei von einzelnen Teilchen des aufgedampften bzw. aufgestäubten Stoffes wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beseitigung der einzelnen Teilchen des aufgedampften bzw. aufgestäubten Stoffes von der Oberfläche der Bereiche (7) durch Erwärmen (Tempern) der Unterlage (3) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beseitigung der einzelnen Teilchen des aufgedampften bzw. aufgestäubten Stoffes von der Oberfläche der Bereiche (7) durch eine Oberflächenzerstäubung der Schicht erfolgt, deren Intensität so gewählt ist, daß die Inseln (5) noch nicht wesentlich abgetragen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit den Inseln (5) an vorgegebenen Stellen ihres Randes mit Elektroden (9,11) versehen wird.