DE2609087A1

DE2609087A1 - Verfahren zum implantieren von ionen in glasschichten

Info

Publication number: DE2609087A1
Application number: DE19762609087
Authority: DE
Inventors: John Edward Baglin; Thomas Herman Distefano; King-Ning Tu
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-06-11
Filing date: 1976-03-05
Publication date: 1976-12-30
Also published as: GB1519695A; JPS557011B2; JPS51150975A; FR2334278A7; IT1056806B; US4001049A; CA1038504A

Description

Böblingen, den 1. März 1976 oe-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: YO 974 024

Verfahren zum Implantieren von Ionen in Glasschichten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in isolierende Glasschichten.

Das Implantieren von Ionen wird schon bisher, u.a. in der Halbleitertechnik für mehrere Zwecke benutzt. Beispielsweise sind Helium-Ionen durch eine isolierende SiO_-Schicht hindurch bis zur Grenzschicht zwischen der SiO₀-Schicht und einem Silizium-Substrat geschossen worden, um auf diese Weise unerwünschte Ladungszustände an der Grenzschicht zu neutralisieren. Helium-Ionen sind auch in eine auf einem Halbleiterkörper aufgebracht SiOp-Schicht implantiert worden, um freie Natrium-Ionen, die schädlich für die Punktion des Halbleiterbauteils sind, in der SiO_-Schicht zu neutralisieren.

In der Literatur ist berichtet worden, daß die Implantation von Ionen in eine dünne Isolatorschicht deren dielektrische Durchbruchsfeldstärke vermindert. Es wird angenommen, daß die in der Literatur beschriebene Verminderung der Durchbruchsfeldstärke aus einem der folgenden Gründe eingetreten ist:

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ORfGINAL

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1. Die implantierten Ionen wirken als Elektronenfallen in,dem dielektrischen Isolator.

2. Durch die Implantation wurde das Gitter des Isolators teilweise zerstört.

3. Die Implantation verschlechterte die relativ glatte Grenzschicht zwischen dem Isolator und seinen elektrischen Anschlüssen.

Isolierende Glasschichten, beispielsweise aus SiO-, finden Anwendung u.a. in Kondensatoren, Feldeffekttransistoren und magnetischen, zylindrischen Einzelwanddomänen. Für eine gute Funktion solcher Bauteile ist es wichtig, daß die isolierenden Glasschichten gute dielektrische Eigenschaften, beispielsweise eine hohe dielektrische Durchbruchsfeldstärke haben. Feldeffekttransistoren und magnetische, zylindrische Einzelwanddomänen finden in einer Technologie Anwendung, die durch eine fortschreitende Miniaturisierung und immer höhere Integration ausgezeichnet ist. Damit hängt es zusammen, daß die verwendeten dielektrischen Isolierschichten immer dünner werden. Gerade bei der Herstellung dünner Schichten ist es schwierig, gute dielektrische Eigenschaften zu erzielen. So hat beispielsweise ein dünner SiO₂-FiIm, welcher weniger als etwa 10 000 A dick ist, eine dielektrische Durchbruchsfeldstärke, die wesentlich unter der liegt, die sich aus theoretischen Berechnungen ergibt. Dieser Unterschied ist wahrscheinlich auf das Vorhandensein von Mikroporen in dünnen SiOp-Filmen zurückzuführen. Diese Tatsachen beeinträchtigen die Funktionsfähigkeit der mikrominiaturisierten Bauteile und erschweren eine weitere Verkleinerung der Bauteile die an sich wünschenswert und aufgrund der sonstigen technischen Gegebenheiten auch möglich wäre.

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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, in die dielektrische Durchbruchsfeldstärke insbesondere von dünnen isolierenden Glasschichten erhöht und die Streuung der Durch-Ibruchsfeidstärken in den Schichten vermindert werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zur Bestrahlung Ionen verwendet werden, deren Ionisationsenergie größer ist als der Bandabstand des Glasmaterials, daß die Ionenenergie maximal so hoch gewählt wird, daß die Eindringtiefe der Ionen in die Schicht maximal gleich deren Picke ist, daß die Ionendosis entsprechend der gewünschten Verdichtung festgelegt wird und daß durch die Bestrahlung in die

!Schicht eingeführte Ladungen entfernt werden.

bie Verbesserung der Durchbruchsfeldstärke und die Verminderung ideren Streuung in der bestrahlten Schicht ist, wie sich durch Messungen zeigen läßt, auf eine Verdichtung des Glasmaterials Zurückzuführen. Offenbar werden durch die Ionen in den Glas- !schichten vorhandene Mikroporen beseitigt, wodurch sich die !Dielektrizitätskonstante der Glasschichten erhöht und wodurch bie im ganzen homogener werden. Zwar ist im Stand der Technik bekannt, daß SiO₂-Massen (SiO₂-bulk) durch die Implantation von Wasserstoff- oder Heliumionen verdichtet werden können. Dieses Verfahren wurde aber bisher nicht auf Schichten, insbesondere nicht auf dünne Schichten, angewandt und vor allem wurde nicht eine Erhöhung der dielektrischen Durchbruchsfeldstärke festgestellt, sondern im Gegenteil, wie oben ausgeführt wurde, eine Erniedrigung. Der im Widerspruch zu den bisherigen Feststellungen günstige Effekt, der bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eintritt, wird erreicht, weil dabei keine ungünstige Beeinflussung der Ladungsbilanz in der Schicht und keine Verschlechterung der Grenzschicht zwischen der Isolierschicht und dem Substrat, auf dem sie aufgebracht ist und das als Elektrode wirkt, eintritt. Eine ungünstige Beeinflussung der Ladungsbilanz wird iadurch verhindert, daß implantierte Ladungen entfernt werden und laß zum Implantieren nur Ionen mit einer hohen Ionisationsenergie ^verwendet werden. Dadurch daß die Energie der auftreffenden

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Ionen begrenzt wird, dringen sie nicht tief genug ein, um die Grenzschicht zu erreichen und können deshalb diese nicht verändern,

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhaft auf - beispielsweise in der Halbleitertechnik außerordentlich häufig benutzte - SiOp-Schichten anwenden.

Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren anwenden auf Schichten, die dünner als 1 μ sind, wobei die günstigen Ergebnisse gerade auch bei Dicken unter 500 Ä erzielt werden. Aus diesen Zahlen ergibt sich die günstige Anwendungsmö'glichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung integrierter \ Schaltungen, speziell bei solchen, die Feldeffekttransistoren enthalten, und von zylindrischen, magnetischen Einzelwanddomänen und es ist einleuchtend, daß das Verfahren auch bei der zu erwartenden weiteren Miniaturisierung derartiger Schaltungen seine Brauchbarkeit behalten wird. ^;

Ionendosen zwischen etwa 10 ^ und 10 ' Ionen pro cm sind günstig, ^: um die bestrahlten Bereiche bis zur Eindringtiefe der Ionen maximal (SättigungsVerdichtung) zu verdichten.

■Das erfindungs gemäße Verfahren läßt sich sowohl mit Ionen einer Energie, als auch mit Ionen unterschiedlicher Energie durchführen. !Dies ist vorteilhaft, weil sich dadurch das erfindungs gemäße Verfahren der speziell angewandten Technologie.u.an zur Verfügung stehende Geräte anpassen läßt. Außerdem läßt sich ein Ionenstrom mit Ionen einheitlicher Energie leicht steuern, während sich bei einer \ Variation der Ionenenergie Energie sparen läßt. ■■

Ionen, deren Ionisationsenergie höher ist als die Bandbreite des Glasmaterials, lassen sich in vorteilhafter Weis« aus der Gruppe ■ Wasserstoff, Helium, Argon, Krypton, Neon und Xenon entnehmen. ^:

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Die dielektrischen Eigenschaften von dünnen SiO--Schichten lassen sich bereits durch eine Bestrahlung mit Heliumionen, deren Energie einige KeV beträgt unter Verwendung einer Dosis von etwa

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10 ^J Ionen/cm erreichen. Dabei dauert es nur relativ kurze Zeit, d.h. weniger als 15 Minuten, um die dielektrische Durchbruchsfeldstärke eines dünnen SiOp-Pilms von etwa 25 > 4 mm Durchmesser beachtlich zu erhöhen.

Die Verfahrensschritte des Hersteilens der Schicht, des Implantierens der Ionen und des Entfernens der bei der Implantation der Ionen eingebrachten Ladungen lassen sich so durchführen, daß zwei oder alle dieser Verfahrensschritte gleichzeitig oder daß die Verfahrensschritte nacheinander erfolgen. Durch diese vorteilhafte Flexibilität des Verfahrens läßt sich, sofern die apparativen Gegebenheiten vorliegen, die Durchlaufzeit und die Anzahl der Handhabungen der herzustellenden Bauteile wesentlich reduzieren.

In vorteilhafter und einfacher Weise läßt sich das Entfernen der durch die Implantation eingeführten Ladungen durch Sintern bei festgelegten Temperaturen und über einen festgelegten Zeitraum vornehmen.

Vorteilhafte Sintertemperaturen liegen zwischen 200 und 800° C, wobei ein günstiger Kompromiß zwischen dem Bestreben, empfindliche Bauteile nicht allzu hohen Temperaturen auszusetzten und dem Bestreben, die Durchlaufzeiten möglichst kurz zu halten, eine etwa einstündige Behandlung zwischen etwa 450 und etwa 500° C ist.

Die Erfindung wird anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben:

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Pig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ionenbeschleunigungsgerät, das geeignet ist, entsprechend den Prinzipien des beschriebenen Verfahrens Ionen in eine Isolierschicht zu implantieren.

Fig. 2 zeigt eine dünne Schicht aus SiOp, in die energiereiche Ionen eingeführt werden, wobei die dünne SiOp-Schicht zu einem elektrischen Schaltkreisbauelement gehört und zwischen einer Metallschicht und einer anderen Metallschicht oder einer Halbleiterschicht angeordnet ist, und wobei die Fig. 2 A die Bestrahlung des dünnen SiO₃-FiImS und Fig. 2B das vollständige Bauelement zeigt.

Fig. 3 zeigt die Anwendung des beschriebenen Verfahrens auf ein Bauelement mit magnetischen, zylindrischen Einzelwanddomänen, wobei die Fig. 3A das Bauteil vor der Herstellung der Leseleitung (Control sensor strip) und die Fig. 3B das fertiggestellte Bauteil mit der Leseleitung, nachdem in den dünnen SiOp-Isolierfilm entsprechend den Prirnzipien des beschriebenen Verfahrens Ionen implantiert worden waren, zeigt.

Fign. kk und 4B zeigen ein Bauteil mit einem Halbleiter-Feldeffekttransistor vor und nach der Behandlung entsprechend dem beschriebenen Verfahren, wobei die dielektrische Durchbruchsfeldstärke des Dünnfilm-Gate-Isolators verbessert wird.

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Pig. 5A zeigt eine Anordnung um Meßdaten zu erhalten, wobei etwa eine Hälfte einer SiO₂-Schicht mit
Ionen mit ausgewählten Energien bestrahlt wird Und die andere Hälfte der Schicht nicht bestrahlt ί wird, um die durch die Bestrahlung verursachte
Änderung der dielektrischen Durchbruchsfeldstärke ; feststellen zu können.

Fign. 5B und 5B2 zeigen in Diagrammen die elektrische Spannung- j

bzw. Strom-gegen-Zeit-Charakteristik von Mes- ι sungen der dielektrischen Durchbruchsfeldstärke

mit der in Fig. 5A gezeigten Anordnung. :

'Fig. 5C zeigt ein Histogramm der Verteilung yon Durch- j

bruchsfeldstärken mehrerer Beispiele eines 200 S

dicken SiO₂-FiImS _f in welchen z.T. Ionen implan- j

: tiert worden sind. :

Fign. 6A, 6b j

und 6C sind Diagramme, welche - aufgetragen gegen die

Eindringtiefe der Ionen - die durch diese Ionen
verursachte Verdichtung zeigen, wobei

ι Fig. 6k zeigt, wie Ionen mit steigender Energie

zunehmend tiefere Schichten des SiO₂ verdichten

und die

; Fign. 6b und 6ö einen anderen Weg zeigen, um

eine Sättigungsverdichtung in einem Film zu
erreichen, indem nämlich eine große Strahl- !

dosis einer einzigen Ionenenergie benutzt

wird, die so gewählt wird, daß fast der ganze

Bereich, in den die Ionen eindringen, bis zur
Sättigung verdichtet wird.

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Pign. 7A und 7B zeigen das Verhalten der physikalischen Verdichtung eines SiOp-Films, verursacht durch verschiedene Ionentypenj wobei

Fig. 7A die Verhältnisse für einige Ionentypen, die jeweils verschiedene Energien haben, und Fig. 7B die Verdichtung durch Ströme mehrerer repräsentativer Ionen, die jeweils eine Energie von zwei MeV haben, zeigen.

Fig. 8a ist ein Querschnitt durch einen SiOp-FiIm,

mit einer aufliegenden Goldschicht, nachdem eine Eindrückung in der Oberfläche durch Ionenstrahlverdichtung geschaffen worden.war.

Fign. 8b und 8C zeigen in Diagrammen das Ergebnis von Messungen, an dem in Fig. 8A gezeigten verdichteten Film, wobei diese Messungen mit einem mechanischen Tiefenmeßgerät im einen Fall auf der Goldschicht und im anderen Fall auf der Oberfläche des SiOp, nachdem die Goldschicht entfernt worden war, durchgeführt worden sind. Die Diagramme zeigen die durch die Verdichtung verursachte Vertiefung.

Fig. 8D zeigt in Kurven die Ergebnisse von Messungen,

wie sie auch in den Fig. 8B und 8C wiedergegeben sind, an einem amorphen SiOp-FiIm, der mit Heliumionen verschiedener Energie bestrahlt worden war.

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- 9 Beschreibung der Figuren

Fig. 1 ist eine Darstellung in schematischer Form eines als Beispiel genannten Geräts, das für Ionenimplantation^ in eine Isolierschicht entsprechend den Prinzipien des beschriebenen Verfahrens geeignet ist. Zu den wesentlichen Elementen des Geräts gehören eine Ionenquelle 12, die auf das Ende 13 einer Beschleunigungseinheit 14 montiert ist. Ionen kommen aus der Beschleunigungseinheit 14 heraus und gehen durch einen Magnet 16 hindurch, der Ionen nach ihrem Impuls analysiert. Der Ionenstrahl 17, welcher aus dem analysierenden Magnet 16 austritt, geht durch ein Ionenablenkungssystem hindurch, zu welchem die Taster-(Scanner-)Platten 18-1 und 18-2-gehören. Der Ionenstrahl 30 tritt zwischen den Strahltasterplatten heraus und wird auf das Material 30-1, das verdichtet werden soll, gerichtet. Das Material 30-1 ist auf die Platte 30-2 montiert, welche durch die Halterung 30-3 gehalten wird. Die Ionenenergie, der Ionenfluß, der integrierte Strahlfluß (beam flux) und die Energieverteilung sollten genau kontrolliert werden.

Die Fign. 2A und 2B zeigen die Einführung von energiereichen Ionen in eine Schicht aus einem dünnen SiO₂-FiIm, der zu einem elektrischen Schaltkreisbauteil gehört, worin er sich zwischen einer Metallschicht und einer anderen Metallschicht oder einer Halbleiterschicht befindet. Die Fig. 2A zeigt die Bestrahlung eines dünnen SiOp-Films mit Ionen, deren Eindringtiefe in den Film geringer ist als seine Dicke. Fig. 2B zeigt das vollständige Bauteil.

In Fig. 2A fällt der Ionenstrahl 30 auf die obere Fläche 31 des dünnen SiOg-Films 32, welcher auf dem Substrat 34 aufliegt. Die Energie des Ionenstrahls ist so gewählt, daß die Ionen nicht in beachtlichem Maß unter die untere Oberfläche 32-1 des SiO_?-Films 32 gelangen, so daß die Ionen nur den SiO₂-FiIm 32 und nicht das Substrat 34 oder das Material der Zwischenschicht beeinflussen.

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Das Substrat 34 ist entweder metallisch oder ein Halbleiter. Der dünne SiOp-FiIm 32 in den Fign. 2A und 2B kann auf dem Substrat 34 mittels einer oder mehrerer konventioneller Techniken, wie z.B. Aufbringens aus der Dampfphase, Auf damp fers oder Kathodenzerstäubens, aufgebracht werden.

Das vollständige Bauteil 3¹I-I, welches den verdichteten SiCL-Film 32' enthält, ist in der Fig. 2B gezeigt. Die Metallelektrode 34'-2 ist im Kontakt mit der oberen Fläche 31' des Films 32' aufgebracht. Der Leiter 34'-3 ist einerseits an der Elektrode 34'-2 und andererseits mit einem Anschluß verbunden, an dem eine Spannung V liegt. Das Substrat 34 ist geerdet. Das Bauteil 34'-1 hat verbesserte elektrische Eigenschaften, weil der verdichtete Film 32' anstelle des ursprünglichen Films 32 verwendet wird.

Die Anwendung des beschriebenen Verfahrens zur Verbesserung von SiCL-Dünnfilmisolatorschichten bei der Technologie der magnetischen, zylindrischen Einzelwanddomänen ist beispielhaft dargestellt in den Fig. 3A und 3B, wobei die Fig. 3A das Bauteil vor der Herstellung der Leseleitung (Control sensor strip) und Fig. 3B das vollständige Bauteil mit der Leseleitung, nachdem in den SiOp-Dünnfilm-Isolator Ionen entsprechend dem beschriebenen Verfahren implantiert worden waren, zeigen. Auf dem geeigneten Substrat 40 ist ein magnetischer dünner Film 42 aufgebracht, welcher fähig ist, magnetische, zylindrische Einzelwanddomänen, von denen eine mit der Nr. 44 bezeichnet ist, zu tragen (to sustain). Ein dünner Film 46 aus SiOp, welcher mittels des Ionenstrahls 48, der auf seine obere Oberfläche 46-1 auftrifft, bestrahlt wird, ist auf dem magnetischen Dünnfilm 42 aufgebracht. Nach der Ionenimplantation in den dünnen Film 46 und damit nach der Verbesserung seiner dielektrischen Eigenschaften wird die geeignete Leseleitung aus Permalloy 50 auf der oberen Fläche 47' des verdichteten SiOp-Dünnfilmisolators 46' aufgebracht. Zur Illustration ist in der Fig. 3B eine funktionsfähige magnetische zylindrische Einzelwanddomäne 44'-1 unter dem Film 46' eingezeichnet, die von der Lese-

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leitung 5 abgefühlt werden kann.

Die Anwendung des beschriebenen Verfahrens zur Verbesserung von '■■ Festkörperbauteilen, die auf der Technologie der integrierten
Schaltkreise in Silicium basieren, ist gezeigt in den Fign. 4A ■ und 4B, wobei die Fign. 4A und 4B ein Halbleiter-Feldeffekttransistor-Bauteil vor und nach der Behandlung entsprechend dem
beschriebenen Verfahren zeigen, bei der der Dünnfilm-Gate-Iso-

lator in seiner dielektrischen Durchbruchsfeldstärke im Betriebszuf

i stand (for the operational device) verbessert wird. In dem j Siliciumsubstrat 60 wurden mittels des konventionellen Diffusions-ί Verfahrens die Quelle (Source-Region) 62 und die Senke (Drain j

region) 64 erzeugt. Der ursprüngliche Gate-Isolator aus dem SiO₂-

Dünnfilm 66 wird zwischen der Quelle und der Senke erzeugt und j

wird mittels des Ionenstrahls 68 entsprechend dem beschriebenen |

Verfahren bestrahlt. Anschließend wird die Gate-Elektrode 70' auf I der oberen Oberfläche 67* der Sxliciumdioxiddünnfilmschicht erzeugp,

um dadurch einen Feldeffekttransistor mit einem verbesserten di- ;

elektrischen Gatebereich zu vollenden. i

Fig. 5A zeigt die Anordnung, um Meßdaten zu erhalten, wobei etwa
eine Hälfte einer SiO^-Schicht mit Ionen von ausgewählten Energien bestrahlt ist und die andere Hälfte der Schicht unbestrahlt
J ist, um auf diese Weise die Änderung in der dielektrischen
• Durchbruchs feldstärke, welche aus der Bestrahlung resultiert, fest*- ;zustellen. Die Fign. 5Bl und 5B2 zeigen die elektrische Span-
;nungs- bzw. Strom-gegen-Zeit-Charakteristik, die aus den Messungen der dielektrischen Durchbruchsfeldstärke mittels der in Fig.
5A gezeigten Anordnung erhalten wurde.

Genauergesagt zeigt die Fig. 5A beispielhaft ein Plättchen 80
aus Silicium mit einer Schicht 82 aus Siliciumdioxid, von der
die eine Hälfte mit dem Ionenstrahl 84 bestrahlt worden ist. Ein
■ Satz von einzelnen Elektroden 86-1 bis 86-50 sind auf der Oberfläche 87 im bestrahlten Gebiet und ein anderer Satz von einzelnen Elektroden 86'-1 bis 86'-50 ist in dem nicht bestrahlten

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Gebiet 87'-1 aufgebracht. Die dielektrische Durchbruchsspannung wird von der Spannungsquelle 90 in Form einer Sägezahnspannung (ramp voltage) erhalten.

Die Fign. 5Bl und 5B2 zeigen die elektrische Charakteristik des Durchbruchs an dem Dünnfilm 82 in der Fig. 5A. Die Spannungskurve 92-1 ist aufgetragen gegen die Zeit in der Fig. 5Bl gezeigt. Wenn der Strom 92-2 - wie in der Fig. 5B2 gezeigt - scharf ansteigt bis zu einem kritischen Wert, ist der Durchbruch in dem dünnen SiOp-FiIm an dem Ort der gegebenen Elektrode eingetreten. Der Durchbruch wird sorgfältig registriert und die Meßdaten werden zur Verwendung in dem in Fig. 5C gezeigten Histogramm notiert.

Die Sonde 88 ist mittels des Leiters 88-1 über das Amperemeter 88-2 mit der Spannungsquelle 90 verbunden. Kittels des Voltmeters V wird die Spannung, welche an die Isolierschicht 82 über die entsprechenden Elektroden angelegt wird, gemessen. Die dielektrische Durchbruchspannung wird an jeder der einzelnen Elektroden gemessen. ;

Insbesondere wurde die dielektrische Stärke von durch Strahlung verdichteten SiOp an solchen Dünnfilmen gemessen, in die mit niedriger Energie Heliumionen implantiert worden waren. Ein anschließendes Sintern entfernte offenbar im wesentlichen jeden durch die Bestrahlung verursachten Schaden. Beispielsweise wurde die dielektrische Durchbruchsfeldstärke und die Dichte eines 200 S dicken Filmes erhöht.

Die dünnen SiOp-Filme wurden erzeugt, indem die (100)-Oberfläche von n-dotierten 2 0hm cm-Siliciumplättchen in trockenem Sauerstoff bei 1000° C thermisch oxydiert wurde. Eine Hälfte jedes Siliciumplättchens wurde mittels einer Dosis oder eines Flusses | Von 10 He -Ionen pro cm und einer Energie von 50 KeV verdich- · tet. Die Plättchen wurden eine Stunde in trockenem Helium bei < 450° C nach der Ionenimplantation gesintert, um irgendwelche Bestrahlungsschäden zu entfernen. Je 50 Aluminiumelektroden

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mit einem Durchmesser von etwa 0,41 mm und einer Dicke von 5000 A wurden bei Raumtemperatur auf jede Hälfte der gesinterten Plättchen gedampft. Die Durchbruchsspannung wurde an jeder Elektrode gemessen, indem eine Sägezahnspannung mit einer Rate von 0,01 V/sec angelegt wurde und die Spannung gemessen wurde, bei der der Strom

10 Ä überschritt. Solche Daten, die von solchen Elektroden erhalten worden waren, die einen anfänglichen Ohm'sehen Kontakt zeigten, wurden bei den endgültigen Ergebnissen nicht berücksichtigt, weil ein solcher ohm'scher Kontakt eine für die Messung der Wirkung der Ionenimplantation nicht akzeptable Elektrode charakterisiert.

Die Fig. 5C zeigt die Verteilung der Durchbruchsfeldstärke von verschiedenen Plättchen. Bei den bestrahlten Proben wurde ein durchschnittlicher Durchbruch bei 6,7 x 10 V/cm gemessen. Zusätzlich ergab sich bei den bestrahlten Proben eine Reduzierung der Zahl an Durchbrüchen, welche bei relativ niedrigen Spannungen erfolgten. D.h., daß durch die Bestrahlung des SiOp-Films sowohl die durchschnittliche dielektrische Durchbruchsfeldstärke verbessert, als auch die Zahl der Durchbrüche bei niedrigen elektrischen Feldern vermindert wurde.

Die Fign. 6A, 6B und 6C sind graphische Wiedergaben von Kurven, welche zeigen, wie entsprechend theoretischen Überlegungen die Energie von einfallenden Ionen eine von der Eindringtiefe der Ionen abhängige Verdichtung des Films.bewirkt.

Genauer gesagt zeigt die Fig. 6A, wie Ionen mit steigender Energie zunehmend tiefere SiOp-Schichten verdichten. Die Energie, mit der die optimalsten Ergebnisse erzielt werden, wird die sein, bei der der SiO₂-FiIm so stark wie möglich verdichtet wird, ohne daß dabei eine wesentliche Zahl von Ionen in das Substrat eindringt. Wird die Ionenenergie stetig erhöht, so wird eine Verdichtungsverteilung erzeugt, die einer integralen Summe von Kurven, wie sie in Fig. 6A gezeigt sind, und von denen jede das Sättigungsniveau der Verdichtung erreicht, äquivalent ist. Die

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Fign. 6 B und 6C zeigen einen anderen Weg, um die Sättigungsverdichtung in einem Film zu erreichen. Dabei wird eine große Dosis von Ionen gleicher Energie angewandt, so daß fast in dem ganzen Bereich, in den die Ionen eindringen, die Sättigungsverdichtung erreicht wird.

Im einzelnen zeigt die Fig. 6A eine graphische Illustration der Verdichtung eines SiOp-Films bei Anwendung des beschriebenen Verfahrens unter Verwendung von Ionen, die jeweils eine gegebene Energie haben. Auf der vertikalen Achse ist die prozentuale Verdichtung und auf der horizontalen Achse ist der Abstand von der Filmoberfläche, bei dem die Ionen ihre Energie aufgeben, aufgetragen. Die Fig. 6A zeigt, daß mittels Ionen von unterschiedlichen Ionenenergien E., E_ E , wobei E.> E_ > E

ist, eine Verdichtung bis zu bestimmten Abständen von der Oberfläche erreicht werden können. Den Beitrag zu der Verdichtung des Filmes durch die Ionen mit der höchsten Energie zeigt die Kurve 93-1, wobei angenommen wird, daß gerade eine solche Dosis verwendet wird, die ausreicht, um die Sättigung bei der den Ionen mit der höchsten Energie entsprechenden Eindringtiefe zu erreichen. Wird zunächst ein Strahl mit der höchsten Energie E. benutzt und werden in der Folge Strahlen mit den abnehmenden Energien Ep, E usw. jeweils mit einer solchen Dosis benutzt, daß die Sättigungsverdichtung eintritt und wird dieses Verfahren fortgesetzt, bis die Ionenenergie so gering ist, daß die Ionen nicht mehr in die Oberfläche eindringen, so ist es möglich, eine relativ wirkungsvolle und einheitliche Verdichtung in dem Film von der Oberfläche bis zur Eindringtiefe der energiereichsten Ionen zu erzielen.

Die Fig. 6B zeigt, wie die maximale Verdichtung erreicht werden kann, indem sukzessive die Dosis von Ionen einer einheitlich hohen Energie erhöht wird. Die Folge der Kurven 100-1, 100-2, 100-3 usw. stehen für eine Reihe von zunehmend größeren Ionendosen, die beginnt mit einer kleinen Dosis, deren Wirkung durch die Kurve 100-1 charakterisiert ist und bei der keine Sättigung ein-

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tritt. Die Kurve 100-2 ist auf eine gegenüber der Kurve 100-1 fast doppelt so starke Dosis zurückzuführen, die auch einen fast zweimal so großen Prozentsatz der Verdichtung hervorbringt. Die Kurve 100-3 zeigt die Sättigungsverdichtung bei der Eindringtiefe des Ions. Kurve 100-4 zeigt, was passiert, wenn der Strahl noch verstärkt wird. In dem Bereich, der bis zur Sättigung verdichtet ist, kann zwar keine ins Gewicht fallende weitere Verdichtung erreicht werden, jedoch wird mit zunehmender Strahlintensität die Verdichtung in den oberflächennahen Bereichen zunehmend höher. Dies zeigt die Kurve 100-5· Bei Fortsetzung des Ionenbeschusses schreitet die Sättigungsverdichtung allmählich bis zur Oberfläche fort.

Die über die Fig. 6A integrierte Verdichtung würde dasselbe Sättigungsniveau wie für den anhand der Fig. 6B erläuterten Fall ergeben. Es wurde festgestellt, daß bei Sättigung die Dichte sich lokal zwischen etwa 3>5 und etwa 5»5 % erhöht. Bei sehr dünnen SiOp-Filmen, wo deshalb schwere Ionen geringer Energen verwendet werden, nähert sich die Verdichtung einem maximalen Wert von etwa 5,5 %.

Die Fig. 6C zeigt eine Folge von Kurven, die denen in der IFig. 6B entsprechen, allerdings für Ionen von großer Masse oder !niedriger Energie.

i)ie Fign. 7A und fB zeigen den Einfluß verschiedener Ionentypen auf die Verdichtung eines SiOp-Films. Fig. 7A zeigt die Wirkung verschiedener Ionen mit unterschiedlichen Energien. Die Fig. 7B jzeigt die durch Strahlen (beams) von mehreren repräsentativen Ionen mit einer Ionenenergie von 2 MeV verursachten Verdichtungen. Die ausgezogenen Kurven zeigen die durch Ionen mit hoher Energie Verursachte Verdichtung. Gestrichelt sind aus den gemessenen Werten extrapolierte Werte angegeben. Es wird davon ausgegangen, daß ■bei Anwendung des beschriebenen Verfahrens unter Verwendung von. Ionen niedriger Energie die geschätzten Werte erreicht werden.

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- 16 Betrachtungen zu der Erfindung

Die Fig. 8A zeigt im Querschnitt eine Schicht aus geschmolzenem Quarz (fused quartz) (amorphem SiO_) 110. Diese Quarzschicht wurde mittels des Ionenstrahls 114, der auf die Oberfläche 111 gerichtet worden war, in einem 1 mm χ 2 mm großen Gebiet verdichtet, wodurch die Vertiefung 112 entstanden ist. Der Ionenstrahl 114 bestand aus He⁺-Ionen mit einer Energie von 2MeV und die Dosierung lag bei 10 ^ Ionen/cm . Der Goldfilm 113 wurde vor der Bestrahlung aufgedampft. Er wurde dazu benützt, um die Vertiefung 112 in der Oberfläche 111 deutlicher zu machen. Die Vertiefung ist auf die Verdichtung des SiO„ und nicht, wie aus der intakt gebliebenen Goldschicht ersichtlich ist, auf eine Zerstäubung des Goldes zurückzuführen.

Als Alternative wurde ein 200 S dicker Chromfilm auf die Oberfläche eines Plättchens aus geschmolzenem Quarz vor der Bestrahlung aufgebracht. Vor und nach der Verdichtung wurden Kernrüekstreuungs-(nuclear backscattering-) Messungen an der Chromschicht durchgeführt. Die Zahl der Chromimpulse änderte sich dabei nicht, was zeigt, daß die Vertiefung nicht auf eine Zerstäubung des Chroms zurückzuführen ist.

Der Goldfilm 113, welcher schlecht auf Glasoberflächen haftete, wurde von den Substraten abgezogen und die Vertiefungen 112 in den Glasoberflächen wurden anschließend direkt mit einem Tiefenmeßgerät gemessen. Die Pign. 8D und 8C zeigen die Konturen der mit dem Goldfilm bedeckten Oberfläche bzw. von einer Quarzoberfläche, nachdem der Goldfilm abgezogen worden war. Da die Oberflächenkonturen im wesentlichen identisch sind, muß die Bildung der Vertiefung durch ein Zusammenfallen des bestrahlten amorphen SiO₂ verursacht worden sein. Die Tiefe der Vertiefung lag bei etwa 1700 S. Es wird geschätzt, daß die Eindringtiefe der Ionen in das geschmolzene Quarz über etwa 4 μ liegt. Deshalb hat in dem Glas eine Volumschrumpfung in der Größenordnung von einigen Prozent stattgefunden.

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Die Verdichtung von thermisch gewachsenen SiO₂-Pilmen von etwa 4000 8 Dicke wurden mittels Ellipsometrie gemessen. Bei der Ellipso· metrie wird das Maß der Drehung der Polarisationsebene von Licht durch eine optisch reflektierende Oberfläche gemessen. Daraus kann man die Dicke der SiOp-Schicht erhalten. Die Dickenänderung ist zu klein, um mittels eines mechanischen Tiefenmeßgeräts bestimmt zu werden. Der Heliumionenstrom hatte eine Energie von 50 KeV, so daß die Ionen das Oxid nicht bis zum Siliziumsubstrat durchdrangen. Die Tabelle 1 zeigt beispielhaft Verdichtungsergebnisse, die an Si0_o-Filmen, die mit He⁺-Ionen mit einer Energie von 50 KeV und einer Dosis von 2 χ 10 Ionen/cm , erzielt worden waren. Die Tabelle enthält auch ellipsometrische Messungen der Dicke und des Brechungsindexes von Oxidfilmen vor der Implantation. Aus der Änderung der Pilmdicke wurde eine Dichteerhöhung von etwa 1 % in dem Oxid gemessen und der Brechungsindex der Oxidfilme erhöhte sich um etwa 2 %.

TABELLE 1

Verdichtung von thermisch gewachsenem SiO₀ durch die Implantation

+

von He -Ionen der Energie 60 KeV bei einer Dosis von 2 χ 10

Ionen/cm .	Plättchen Nr.	Dicke SiO₂	des	Dickenänderung durch die Im plantation	Brechungs index
	4	3,820	2		1.464
Vor der	5	3,749	2		1.465
Implantation	4	3,779	crt	-41 2	I.4907
Nach der	VJl	3,712	2	-37 2	I.49OI
Implantation

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Die mittels eines mechanischen Tiefenmeßgeräts in Angström gemessene Vertiefung in den Quarzplättchen ist in der Fig. 8D als Punktion von He⁺-Ionenenergien zwischen 1 und 3 MeV und Ionen-Dosen zwischen 10 und 10¹^ Ionen/cm² aufgetragen. Es ist ersichtlich, daß bei Ionen-Dosen, die größer als etwa 5 x 10 ^J Ionen/cm sind, die Verdichtung einen konstanten Wert annimmt.

Die Prinzipien der Erfindung

Es ist bekannt in dem Stand der Technik, daß mit sehr hohen Ionen-Dosis-Raten (ion dose rates) gespeicherte Ladung sowohl an der Oberfläche als auch innerhalb eines SiO_-Isolators aufgebaut werden kann bis ein irreversibler katastrophaler Schaden in dem Isolator auftritt. Bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens sollten entweder die Dosisraten (dose rates) niedrig genug gehalten werden, um ein Aufbauen einer gespeicherten Ladung zu verhindern oder sollten die ankommenden positiven Ladungen mittels eines gleichzeitig auftreffenden Elektronenstrahls neutralisiert werden.

Ein Anstieg der Dichte um etwa 1 bis 5j5 % wurde in thermisch gewachsenen dünnen SiOp-Filmen durch Verdichtung mittels Ionenstrahlen erreicht. Unterhalb des Sättigungsbereichs gftorchte das Maß der Verdichtung etwa der Beziehung Έ? . Die Verdichtung von auf Siliziumplättchen thermisch gewachsenen Si0₂~Filmen, deren Dicke im Bereich zwischen etwa 1000 und etwa 4000 S lag, wurde mittels Ellipsometrie aus den Änderungen des Brechungsindexes, welcher ein Anhaltspunkt für die Dichte ist, bestimmt.

Durch die Anwendung des beschriebenen Verfahrens wird die dielektrische Durchbruchsfeldstärke von Si0₂-Filmen verbessert. Obwohl vorher bekannt war, daß SiOp-Massen (bulk SiO₂) durch ausreichende Dosen von auffallenden Ionen, wie z.B. von Wasserstoff- und Helium-Ionen, verdichtet werden kann, so war doch weder bekannt, daß ein dünner SiO₂-FiIm durch einen Ionenstrahl verdichtet werden kann, noch daß durch eine solche Verdichtung

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die dielektrische Durchbruchsfeldstärke eines solchen Films verbessert werden kann. Für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens, ist die bevorzugte Dicke eines SiOg-Filmes geringer als etwa In und ist bei Feldeffektbauteilen im allgemeinen geringer als etwa 500 8. Jedoch sind auch dickere Filme für die Anwendung des beschriebenen Verfahrens vorgesehen. Eine dünne Schicht aus thermisch gewachsenem SiO- hat im allgemeinen eine höhere Dichte und eine bessere dielektrische Durchbruchsfeldstärke als eine Schicht vergleichbarer Dicke, die mittels anderer Methoden, beispielsweise mittels chemischen Niederschiagens aus der Dampfphase, aufgewachsen worden sind. Jedoch erreicht die Anwendung des beschriebenen Verfahrens eine hinreichende Verdichtung eines ther- I misch gewachsenem SiO₂-Filmes, um für praktische Zwecke seine dt· } elektrische Durchbruchsfeldstärke zu verbessern. Beispielsweise \ verbessert die Anwendung des beschriebenen Verfahrens die dielektrische Durchbruchsfeldstärke von SiO₂~Filmen, die als Gate-Isola-> tor oder als Passivierungsschicht in einem Feldeffektbauteil be- ; nutzt werden. Die übliche Dicke einer Gate-Isolationsschicht aus

^: I

SiOp in einem Feldeffektbauteil ist bevorzugt geringer als etwa ! 500 8. Es war bekannt, daß hinreichende Dosen von Ionen, wie z.B. Wasserstoff- und Helium-Ionen in der Lage sind, SiOp-Massen zu verdichten. Obwohl Wasserstoff- und Helium-Ionen benutzt worden waren, um SiO.-Filme zu bestrahlen, ist bisher nicht festigest eilt worden, daß durch die Verdichtung eines amorphen SiOp-Filmes mittels eines Ionenstrahls irgendeine nützlich* dielektrische Eigenschaft eines solchen Filmes verbessert würde. Eine für die Anwendung des beschriebenen Verfahrens geeignete Dicke eines SiOg-Films ist geringer als etwa 1 μ d.h. 10 000 8.

Spezielle Ionen, die ausgewählt worden sind, um SiOp entsprechend dem beschriebenen Verfahren zu verdichten, sollen nur eine so !große Energie haben, daß die Ionen innerhalb der SiOp-Schicht gestoppt werden. Es ist wichtig, daß die Ionen innerhalb der Schicht gestoppt werden, um dadurch eine Beschädigung der Grenzschicht zwischen dem SiOp-FiIm und dem Substrat zu vermeiden.

-Die Effizienz der Verdichtung ist auch größer, wenn die Ionen

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innerhalb der Schicht gestoppt werden.

Die Ionendosis oder der Ionenfluß ist definiert als die Zahl von Ionen/cm , die zum SiO₂-FiIm hin während der Zeit des Ionenbeschusses gebracht wird. Die Sättigungsdosis für eine gegebene Ionenenergie und eine gegebene Ionenart, ist definiert als die Zahl von Ionen pro Einheitsfläche, bei der keine weitere Verdichtung in dem iSiO₂ eintritt. Dieses Niveau der Verdichtung wird Sättigungsverdichtung genannt.

Bei der Anwendung des beschriebenen Verfahrens wird die Ionendosis,

d.h. die Zahl der Ionen/cm so gewählt, daß ein wesentlicher Teil der Dosis erreicht wird., die notwendig ist, um die Sättigungsverdichtung für ein gegebenes Ion und eine gegebene Ionenenergie zu erzielen. Bei den bekannten Verfahren zur Implantierung von Ionen ¹Xn und durch SiOp-Pilme wurde nur ein sehr geringer Anteil des iSättigungsverdichtung erreicht. Für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist es wünschenswert, eine Ionendosis tsu verwenden, welche mindestens 10 % der Sät tigungs dos is für ein gegebenes Ion und eine gegebene Ionenenergie beträgt. Als Wesentlicher Teil der für die Sättigung notwendigen Dosis kann man Anteile von mehr als 50 % bezeichnen. Fremdatome sollten hicht im wesentlichem Maße in den SiO₂-FiIm eingebaut werden, !sofern sie mit einer Energie, die kleiner ist als der Bandabjstand des SiOg-Films ionisiert werden können. Es ist im Stand der Technik bekannt, daß Fremdatome in SiO₂ dessen dielektrische Durchbruchsfeldstärke reduzieren können. Um den Einbau von Fremdatomen in das SiO₂ während der Ionenimplantation bei der Durchjführung des beschriebenen Verfahrens zu vermeiden, ist es wünbchenswert, daß die Ionenimplantation direkt in das SiO₂ hinein erfolgt und nicht durch eine Zwischenschicht hindurch. Erfolgt die Ionenimplantation durch eine Zwischenschicht hindurch, können Ionen aus dieser Schicht in die SiO₂-Schicht hineingestoßen werden, wo sie eine Verunreinigung bilden, welche die dielektrische Stärke des SiO₂ reduziert. Ist die Oberfläche des SiO₂ während der Ionenimplantation mit einer Metallschicht bedeckt, so können

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aus dieser Schicht Atome in das SiO₂ hineingestoßen werden, die schädlich für die dielektrischen Eigenschaften der SiO₂-Schicht sind. Es ist desshalb wichtig, daß bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens Ionen in das SiO₂ nicht durch eine solche metallische Oberflächenschicht hindurch implantiert werden.

Unter bestimmten speziellen Umständen kann allerdings bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens eine Schicht auf der Oberfläche des SiO₂ während der Bestrahlung einen günstigen Einfluß haben. Ein solcher Oberflächenfilm sollte ein Material enthalten, dessen Ionisationsenergie größer als etwa 5 eV ist, d.h. größer als die Ionisationsenergie von SiO₂. Das Hineinstoßen dieser Atome in die SiO₂-Schicht wird nicht deren dielektrische Durchbruchsfeldstärke verschlechtern, weil die Ionisationsenergie solcher Ionen groß ist im Verhältnis zu dem Bandabstand des SiO₂. Bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens brauchbare Ionen schließen ein, Ionen des Wasserstoffs, des Argons, des Xenons, des Kryptons, des Neons und des Heliums.

Die Theorie und die Praxis des beschriebenen Verfahrens.

Die Ionendosen, denen SiO₂-Filme bei den nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren ausgesetzt worden waren, sind wesentlich kleiner als die, die bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens angewandt werden. Ionen, die mittels anderer Techniken in die SiO₂~Schicht eingeführt werden., beispielsweise durch Diffusion aus einem der Oberfläche benachbarten Plasma, können nicht mit hinreichender Energie in die Schicht hineingebracht werden, um eine Verdichtung bis zu einer beachtlichen Tiefe unter der Oberfläche zu erreichen. Das höchste elektrische Feld, welches das SiO₂ tragen kann, beträgt etwa 0,1 V/S. Ein Ion das in dieses Feld eingebracht wird, wird beschleunigt werden. Da das Ion beim Zusammenstoß mit dem SiOp-Gitter auch Energie verlieren wird und zwar in einer Rate, die größer ist als 0,1 V/A, wird das Ion in dem Gitter notwendigerweise abgebremst. Interne elektrische Felder in dem SiO₂ können nicht dazu benutzt werden, um eine

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wesentliche Verdichtung zu erreichen. Deshalb müssen Ionen in das SiO₂ mit einer hinreichenden Energie eintreten, um eine wesentliche Verdichtung zu bewirken. Bei der Anwendung des beschriebenen Verfahrens wird die Verdichtung von SiOp dirch einen Elektronenstrahl nicht betrachtet. Die Verdichtung von SiOp mittels eines Elektronenstrahls unterscheidet sich technisch von der Verdichtung mittels Wasserstoff- und Heliumionen, wie sie bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens angewandt wird. Theoretisch gibt es zwei physikalische Aspekte der Verdichtung von SiO₂ bzw. anderer ähnlicher Glasmaterialien, nämlich die Impulsübertragung durch atomare Kollision und durch atomare Ionisation. Elektronenstrahlen, Gammastrahlen und Röntgenstrahlen verdichten, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, Glas lediglich durch atomare Ionisation welche mehrere Größenordnungen kleiner ist als die Verdichtung durch atomare Kollision. Deshalb ist die Verdichtung von Filmen aus Si0_? und ähnlichen Materialien durch Ionen so viel wirkungsvoller als die Verdichtung durch Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen, daß die letzteren für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens nicht akzeptabel sind. Es wird auch als wahrscheinlich angesehen, daß nur die durch Ionenkollision verursachte Verdichtung bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens wirkungsvoll ist. Obwohl die Verdichtung von SiOp-Massen auch mit Meutronen erreicht werden kann, so ist es doch niemals möglich, die Reichweite der Neutronen genügend genau zu definieren, wie es für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens notwendig und mit Ionenstrahlen möglich ist. Deshalb ist ein Neutronenstrom nicht geeignet, bei der Verdichtung einer Isolierschicht auf einem elektrischen Bauteil benutzt zu werden. Beispielsweise gehen bei der Herstellung von Siliciumhalbleiterbauteilen auftreffende Neutronen durch die sehr dünne SiOp-Schicht in das darunterliegende Siliciumhalbleitermaterial hinein, wobei die Grenzschicht beschädigt und die Punktionsfähigkeit des Bauteils verschlechtert wird.

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Die Verdichtung von amorphen SiO -Massen (amorphous SiO- in bulk form structure) durch auffallende Ionen ist im Stand der Technik beschrieben und erklärt. Für die festgestellte Verdichtung von SiOp-Massen sind mehrere Mechanismen vorgeschlagen worden. Es wurdei vorgeschlagen, daß die dichtere Struktur dadurch erzielt wird, daß die Silicium- oder Sauerstoffatome auf Zwischengitterplätze gestoßen werden. Es wurde auch vorgeschlagen, daß es die Umwandlung von einer SiO^-Molekularstruktur in eine andere unter Aufweitung des Winkels zwischen benachbarten Silicium-Sauerstoff-Silicium-Bindungen ist, welches die Verdichtung der Struktur bewirkt. Es ist auch vorgeschlagen worden, daß das Zusammenfallen von Mikroporen in dem i die Verdichtung der Struktur bewirkt. I

Es wird angenommen, daß bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens die beobachtete unter dem Einfluß der Ionenstrahlen leintretende Dichteerhöhung in dem SiOp-PiIm hauptsächlich auf ;das Zusammenfallen von Mikroporen in der amorphen Struktur des Films zurückzuführen ist. Entsprechend wird weiter angenommen, |daß die Zunahme der dielektrischen Durchbruchsfeldstärke in dem mit Ionen behandelten SiO₃-FiIm eine direkte Folge der Dichtezunahme in dem Film ist. Die Filme sind von Natur mikroporös. Durch jdie Implantation von Ionen geeigneter Energie in die als Beispiele benutzten SiOp-Filme wurde diese Porösität reduziert. Die jGesamtverdichtung jedes dieser Beispiele durch Ionenimplantation [lag etwa bei 4 Volumprozent. Ein anderer als Beispiel benutzter J200 S dicker SiO₃-FiIm wurde auf einem Siliciumsubstrat durch thernji sehe Oxydation der Siliciumoberfläche erzeugt und wurde dann isowohl verdichtet als auch gesintert. Es wurde bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens festgestellt, daß sowohl das Verdichten als auch das Sintern der SiOp-Filme die folgenden drei praktisch wichtigen Ergebnisse bewirkten:

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1. Eine Zunahme in der durchschnittlichen dielektrischen Durchbruchsfeldstärke der Filme,

2. Eine Abnahme in der Zahl der Beispiele, welche bei einer ge— gebenen Spannung durchbrechen, welche für Bereiche derselben Filme viel kleiner ist als die eigentliche (intrinsic) Durchbruchsspannung, ohne die Verdichtung und die Sinterung gemäß dem hier beschriebenen Verfahren.

3. Bewirkt die Verdichtung mittels Ionenimplantation einen Anstieg der dielektrischen Durchbruchsfeldstärke auf einen Wert, der sich dem theoretischen Wert für einen homogenen Isolator annähert.

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Claims

- 25 PATENTANSPRÜCHE

1. "Verfahren zum Implantieren von Ionen in isolierende Glasschichten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestrahlung
Ionen verwendet werden, deren Ionisationsenergie größer
ist als der Bandabstand des Glasmaterials, daß die Ionenenergie maximal so hoch gewählt wird, daß die Eindringtiefe der Ionen in die Schicht maximal gleich der Dicke ist, daß die Ionendosis entsprechend der gewünschten Verdichtung festgelegt wird und daß durch die Bestrahlung in die
Schicht eingeführte Ladungen entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Glasschicht aus SiO₂ implantiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen in weniger als 1 μ dicke Schichten implantiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ionen in weniger als 500 2 dicke Schichten implantiert werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß Ionen-Dosen zwischen etwa

13 17 2

10 ^J und 10 ' Ionen pro cm angewandt werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß Ionen einer einzigen Energie
verwendet werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Ionen unterschiedlicher Energie verwendet werden.

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2B03087

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Implantieren Ionen aus der Gruppe Wasserstoff, Helium, Argon, Krypton, Neon und Xenon verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

Heliumionen mit einer Energie von mindestens einigen KeV

* -ζ ο

mit einer Dosis von mindestens 10 Ionen pro cm in eine dünne SiO^-Schicht implantiert werden.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig die Glasschicht hergestellt und die Ionen implantiert werden.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig Ionen implantiert und die durch die Implantation eingebrachten Ladungen entfernt werden.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Ionen implantiert und anschließend die durch die Implantation eingeführten Ladungen entfert werden.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen der Ladungen durch Sintern bei festgelegten Temperaturen und über einen festgelegten Zeitraum vorgenommen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen zwischen 200 und 800° C gesintert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen etwa 450 und etwa 500° C etwa eine Stunde lang gesintert wird.

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