DE2146662C3 - Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Schicht - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen SchichtInfo
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Description
60
Die Erfindung bezieht sich auf ein wie im Oberbegriff des Patentanspruches I angegebenes Verfahren,
wie es z. B. aus der DT-OS 15 90 768 bekannt ist.
Aus 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-Wirierstände
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 Metallschichtvviderständen tritt ein Aherungseffekt 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 Mikrowiderständc, 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)
derart 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 gröflerer 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 Insein
der erfmdungsgemäßen 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 (Temporung)
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 hochencrgetisehen
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 die Stromdichten des Beschüsses bei Werten in der Größenordnung von I mA/cm2. Bei nicht geladenen
hochenergetischen Teilchen ist die Teilchendichte des Beschüsses entsprechend groß. Für den Bcschuß
werden Zeitdauern von einigen Sekunden vorgesehen. Bei einem derartig starken Beschieß liegt die
Strahlenschädigung bereits im Sättigungsbercich. Dementsprechend sind die erfindungsgcmäßen 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·
bierten 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 h5
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 Legierunger aus diesen mit anderen Metallen und aus anderen Metallen, sowie Kohlenstoff,
Silizium. Germanium und Verbindungshalbleiter. Besonders bewährt hat sich GokL 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. 5 If, 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 erfindungsgemäßen Schicht;
F i g. 2 zeigt in einer Aufsicht einen elektrischen Widerstand mit einer Schicht nach der Erfindung.
Mit t 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 Teilstückc zweier Elektroden
aul der Unterlage 3 auf dem Substrat 1 bezeichnet. Ein angenommener Stromfluß zwischen den Elektroden
9 und ti 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 Injeln 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
Str^hlenschäden vorhanden sind. Für die Erfindung ;nd 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-
ung 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 außerordentlich
großen Hochohmigkeit der Schicht 21 können selbst sehr hoehohmige Widerstände noch als
gradlinige Bahn ausgeführt werden. Diese Form hat den Vorzug, daß sie die geringste Induktivität und Kapazität
aufweist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch IeH-fähigen
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 dünnschichtigen
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 zu 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, hochohmigen 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 Anspruch 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) im 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 at getragen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit den
Inseln (5) an vorgegsbenen Stellen ihres Randes mit Elektroden (9.11) versehen wird.
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