DE2557786A1

DE2557786A1 - Verfahren zur herstellung duenner dielektrikumsschichten

Info

Publication number: DE2557786A1
Application number: DE19752557786
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Phys Pachonik
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-12-22
Filing date: 1975-12-22
Publication date: 1977-06-30
Also published as: DE2557786C3; DE2557786B2

Description

Verfahren zur Herstellung dünner Dielektrikumsschichten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dünner Dielektrikumsschichten für elektrische Bauelemente.
insbesondere für elektrische Kondensatoren, durch Polymeri.sation eines dampfförmigen Monomeren auf einem Träger, bei dem das Monomere einer UV-Strahlung ausgesetzt wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus IBM-Journal, März 1968, S. 140, 147 bis 151 bekannt. Bei derartigen Verfahren darf allerdings der Monomerendampf nur mit geringem Druck vorliegen, de er für die Polymerisation die UV-(Ultraviolett-)Strahlung absorbieren muß, aber trotzdem die Strahlung bis auf den Träger durch den Dampf hindurehdringen muß, um dort eine Polymerisation zu ermöglichen. Dadurch bedingt sind nach dem bekannten Verfahren nur sehr geringe Polymerisationsgeschwindigkeiten zu erreichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art die Geschwindigkeit der Polymerisation und damit der Schlchtbildung zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird ecmß der Erfindung dadurch gelöst, daß einem dampffö7migen Monomere, das keine Absorptionsbanden im UV-Bereich besitzt, ein Sensibilisator beigemischt wird, welcher zumindest eine Absorptionsbande im Frequenzbereich der eingestrahlten UV-Strahlung besitzt, daß die UV-Strahlung zwischen der Eintrittsstelle in das'Monomere und dem zu beschichtenden Trager nicht merklich abgeschwächt wird, und daß der Anteil des Sensibilisators im so hergestellten Dampfgemisch noch so viel der UV-Strahlung bis auf den Träger durchdringen läßt, daß die dort adsorbierten I.iolelcüle des Monomeren. zumindest teilweise polvmerisiert erden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß ein Monomeres mit hohem Dampfdruck polymerisiert und zur Bildung einer Schicht auf einem Träger verwendet werden kann. Wird ein Monomeres, welches die eingestrahlte UV-Strahlung absorbiert, mit hohem Druck verwendet, so wird die W-Strahlung bereits in dessen äußerer Schicht absorbiert; die Polymerisation findet nur in dieser äußeren, dampfförmigen Schicht statt, es bildet sich keine Polymerisationsschicht auf dem Träger. Das Polymerisat fällt dann aus und schlägt sich im Gefäß, vorzugsweise als Staub, nieder. Dieser Nachteil wird durch die Erfindung überwunden, da nur die in geringer Konzentration vorhandenen Moleküle des Sensibilisators das UV-Licht absorbieren. Die Erfindung hat außerdem den Vorteil, daß pro eingestrahltes Lichtquant bis zu 103 Polymerisationsreaktionen ausgelöst werden.
Als Monomere eignen sich Kohlenwasserstoffe mit der Summenformel (CH )n. Besonders für die Herstellung dünmer Schichten ist es vorteilhaft, wenn der Träger unmittelbar vor der Beschichtung einem Hochvakuum ausgesetzt wird. Dadurch werden angelagerte Wassermoleküle, Sauerstoffmoleküle oder dgl. abgepumpt.
Diese würden die Haftung der dünnen Schichten und deren Einheitlichkeit und Gleichmäßigkeit stören.
Als Sensibilisator hat sich Styroldampf als besonders vorteilhaft herausgestellt. Er ist im Gegensatz zu dem ebenfalls in Prage kommenden Quecksilberdampf nicht giftig und ein gut isolierender Stoff.
Eine besonders temperaturfeste und dichte Schicht erhält man, indem dampfförmige monomere Perfluorkohlenstoffe mit der Summenformel (OF2)n polymerisiert werden und die erhaltene Schicht anschließend zusammengesintert wird. Bei diesen Stoffen löst ein Lichtquant bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bis zu 103 Polymerisationsreaktionen aus. Unter einer Sinterung von Kunststoffen wird eine Temperaturbehandlung verstanden, durch die einzelne Körner eines Granulats des Kunststoffs miteinander verkleben, jedoch kein Schmelzen des Kunststoffs eintritt.
Bei dem er;findungsgemäßen Verfahren bildet sich sowohl im Dampfraum als auch auf dem Träger Polymerisat. Die im Dampfraum befindlichen Polymerisatteile schlagen sich teilweise auch auf dem Träger nieder und werden dort durch den noch nicht abgeschlossenen Polymerisationsvorgang mit der Schicht auf dem Träger verbunden. Durch die Sinterung bildet sich dann aus diesem noch rauhen Belag von Polymerisat eine glatte und dichte Polymerisationsschicht. Als Sintertemperatur kann für Perfluorkohlenstoffe eine Temperatur von 30000 vorteilhaft angewandt werden.
Schichten guter Qualität und eine hohe Abscheidegeschwindigkeit werden erreicht, indem der Dampfdruck der monomeren Perfluorkohlenstoffe auf etwa 105 N/m2 eingestellt wird. Dabei geht auf den verwendbaren Dampfdruck auch die Entfernung zwischen der Strahlungsquelle und dem Träger ein. Für einen Abstand zwischen dem Träger und dem Eintritt der UV-Strahlung in den Dampf von Monomeren von etwa 3 cm ist der Dampfdruck des monomeren Styrols vorteilhaft nicht größer als 1,5d103 N/m2.
Ein günstiger Dampfdruckbereich für das Monomere Styrol liegt zwischen 100 - 500 N/m2. Bei kleinerem Abstand darf der Dampfdruck des monomeren Styrols größer sein.
Als UV-Strahlungsquelle eignet sich besonders eine Niederdruck-Quecksilberdampflampe. Die von-dieser Lampe ausgesandte Strahlung mit der Wellenlänge von 254 nm bewirkt in den monomeren Dämpfen eine schnelle Polymerisation. Unabhängig von der Lampenart ist es daher vorteilhaft, wenn eine UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 254 nm in die monomeren Dämpfe eingestrahlt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Polymerisation von Monomeren, die durch kein naßchemisches Verfahren polymerisiert werden können. So läßt sich beispielsweise Cyclofiuorbutan bei einem Druck von etwa 5¢104 - 105 N/m2 einwandfrei polymerisieren, wenn Styrol mit einem Dampfdruck von 100 N/m2 beigefügt wird. Damit erreicht man Polymerisations raten mit einer Quantenausbeute von 10² - 1 o3 Polymerisationereaktionen pro Quant.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Muster von nicht beschichteten und beschichteten Plächen auf dem Träger erzeugen, indem zwischen dem Träger und der UV-Strahlungsquelle vor dem Einschalten der UV-Strahlung eine Maske angeordnet wird, welche die UV-Strahlung von nicht zu beschichtenden Bereichen auf dem Träger abhalt.
9 Patentansprüche.

Claims

Patentansgrüche 1. Verfahren zur Herstellung dünner Dielektrikumsschichten für elektrische Bauelemente, insbesondere für elektrische Kondensatoren, durch Polymerisation eines dampfförmigen Monomeren auf einem Träger, bei dem das Monomere einer UV-Bestrahlung ausgesetzt wird, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß einem dampfförmigen Monomeren, das keine Absorptionsbanden im UV-Bereich besitzt, ein Sensibilisator beigemischt wird, welcher zumindest eine Absorptionsbande im Frequenzbereich der eingestrahlten UV-Strahlung besitzt, daß die UV-Strahlung durch das Monomere zwischen der Eintrittsstelle in das Monomere und dem zu beschichtenden Träger nicht merklich abgeschwächt wird und daß der Anteil des Sensibilisators im so hergestellten Dampfgemisch so viel der UV-Strahlung bis auf den Träger durchdringen läßt, daß die dort adsorbierten Moleküle des Monomeren zumindest teilweise polymerisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n- -z e i c h n e t , daß der Träger unmittelbar vor der Be-Schichtung einem Hochvakuum ausgesetzt wird.
3, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Sensibilisator Styroldampf beigemischt wird und daß als UV-Strahler ein Quecksilber-Niederdruckstrahler eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüchl 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dampfförmige-monomere Perfluorkohlenstoffe mit der Summenformel (CF2)n polymerisiert werden und daß die so erhaltene Schicht anschließend zusammengesintert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Dampfdruck der monomeren Perfluorkohlenstoffe auf etwa 105 N/m2 eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Abstand zwischen dem Träger und dem Eintritt der W-Strahlung in den Dampf von Monomeren auf 3 cm und der Dampfdruck des monomeren Styrols auf höchstens 1,5d103 N/m2 eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine UV-Strahlung mit der Wellenlänge von 254 nm in die monomeren Dämpfe eingestrahlt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem Träger und der UV-Strahlungsquelle vor dem Einschalten der UV-Strahlung eine Maske angeordnet wird, welche die UV-Strahlung von nicht zu beschichtenden Bereichen auf dem Träger abhält.
9. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß Cyclofuorbutan polymerisiert wird, daß dessen Dampfdruck auf 5.1ob - 105 N/m2 eingestellt wird und daß als Sensibilisator Styrol mit einem Dam pfdrucs von 100 N/m² beigefügt wird.