Способ получения проводящего слоя в полиимиде

(55 С 087/18 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯский институт и Суворов4491605, кл, 427/38, др, "Вое о т)е у оп Ьеагп Ггабасоп остпд ргорегбез о 1 пег апб Мейобз и 8, ВЗЗ, М 1 - 4, р,136 ное чется анд является одним из енных полимеров, об (до 550 С) термостойко ю к агрессивным среда сса полиимидов являю лектриками и использу ких диэлектрических по х микроэлектроники. В тивным является испо Полиими распростран щий высокой устойчивость териалы кла пичными диэ качестве гиб в устройства тем перспек широко ладаюстью и м. Матся тиются в дложек месте с льзоваью ци а - е 4 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Патент США Мопублик. 1985.Оачепаз игпобИсасопз пбосеб Ьи Фе ортса апб сопброуГпбе". ИцсеагР)узсз йезеагс)., 198141.(54) .СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОВОДЯЩЕГО СЛОЯ В ПОЛИИМИДЕ Изобретение относится к технологии получения тонких проводящих слоев в полимерах, в частности к получению проводящих слоев в термостойком полимере-полиимиде путем ионного облучения. Данные пленки используются для создания проводящих приконтактных областей, а также в качестве термочувствительных элементов,(57) Название: способ получения проводящего слоя в полиимиде. Использование; создание проводящих контактов и термочувствительных элементов для электронной и электротехнической промышленности. Сущность изобретения: для повышения проводимости полиимид облучают последовательно ионами инертного газа с энергией 30 - 50 кэВ, дозой 10 - 10 см при плотности ионного тока 10 - 12 мкА/см и затем ионами тяжелых металлов с энергией 90 - 100 кэВ, дозой 3 10 - 102см при плотности ионного тока 5 - 7 мкА/см, при этом конкретные значения энергий выбирают исходя из равенства глубин проникновения ионов тяжелых металлов и инертного газа. ние данного материала и в качестве про дя щего.Известные в настоящее время спос повышения проводимости полиимида, пример, химическое легирование, ион облучение, не позволяет увеличить зн ние проводимости выше 400 Ом см.В связи с этим актуальным являе дальнейшее усовершенствование указ ных методов с целью получения в полии де слоев с повышенной проводимост приближающейся к проводимости тради онных металлических проводников,Известен способ получения прова щих слоев в полиимиде, включающий о чение пленки исходного полиим (толщиной 125 мм) легкими ионами газ азота с энергией 0,3-1,0 МэВ в вакуум 10 Торр. При этом исходный полиимидзогревается под действием облучения до 300-400 С. Слои, полученные в полиимиде данным способом, представляют собой тонкие толщиной до 1 мкм разупорядоченные области вблизи поверхности. Проводимость таких слоев зависит от энергии (Е) дозы облучения 0) и ионного тока О) и рля интервала энергии 0.3-1,0 МэВ дозы 1017 см 2 и плотности ионного тока 0,5 мкА/см составляет порядка 100 Ом 1 см 1.Таким образом, недостатком слоев, полученных по способу-аналогу, является невысокая проводимость при комнатной температуре азюИзвестен также наиболее близкий по технической сущности и достигаемому положительному эффекту способ формирования проводящих слоев в полиимиде, принятой за прототип, включающий облучение исходного полиимида ускоренными легкими ионами инертного гака-неона (Ме о энергией 150 кэВ, с дозой 2 10 см и ионным током плотностью 0,5-2 мкА/см 2 в вакууме 10 Торр.Преимуществом прототипа перед аналогом является более высокое значение проводимости облученного слоя, ее величина составляет 280 Ом см 1.Вместе с тем недостатком пленок, полученных по способу-прототипу, является низкая, но сравнению с традиционными проводящими материалами, проводимость ка 300 кИзвестно облучение полиимида и ионами тяжелых инертных газов Хе; Кг, но и тогда озоо, непревышает 4200 м" смЦелью изобретения является повышение проводимости формируемого слоя.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения проводящего слоя в полиимиде, включающем облучение исходного полиимида легкими ионами инертного газа, согласно формуле изобретения, упомянутое облучение провод 1 ят ионами с энергией 30-50 кэВ. дозой 10 10 см 2 при плотности ионного тока 10-12 мкА/см, после чего полиимид дополнительно облучают ионами тяжелых металлов с энергией 90-100 кэВ, дозой 3 101 -101 см 2 при плотности ионного тока 5-7 мкА/см 2, при этом конкретные значения энергий из указанных диапазонов выбирают исходя из равенства глубин проникновения ионов тяжелых материалов и инертного газа. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в результате первого этапа облучения достигается необходимая10 15 глубина разупорядочения полиимида и обеспечение стока зарядов в процессе легирования, а в результате второго этапа - карбонизация и легирование. Все это приводит к повышению проводимости озоо кОдним из существенных признаков заявленного способа является энергия облучения легкими инертными ионамиинертного газа, Она должна лежать в интервале 30-50 кэВ.Как было установлено авторами, при та-. ких энергиях облучения происходит эффективное разупорядочение поверхности полиимида на необходимую глубину, При энергиях, лежащих30 кэВ, проводимость получаемых пленок ниже, чем у прототипа, а при энергиях выше 50 кэВ происходит локальный пробой облучаемой пленки, что ведет к сильным неоднородностям 20. азоо на поверхности полиимида.Следующим необходимым признакомявляется величина плотности ионного тока,которая должна ограничиваться интервалом 10-12 мкА/см 2,25 Превышение верхней границы интервала плотности тока приводит к перегреву облучаемой пленки и к процессу еетермического разложения,При более низких, чем 10 мкА/см 2, плот 30 ностях тока происходит недостаточный нагрев пленки, что ведет к низкойэффективности разупорядочения.Также необходимым признаком является доза облучения инертным газом - она35 должна лежать винтервале 10 -10 бсм .При дозах меньше 10 см не образуется проводящий слой на поверхности полиимида, вследствие отсутствия стока зарядовпри последующем облучении.40 Использование доз более 106 см является нецелесообразным, поскольку это неприводит к дальнейшему увеличениюозоо к в данном интервале энергий.Кроме того, существенным для достиже 45 ния цели изобретения является дополнительное облучение полиимида ионамитяжелых металлов,При этом существенным признаком является энергия облучения, которая должна50 лежать в интервале 90-100 кэВ,При энергиях, меньших 90 кэВ не происходит достаточного нагрева, необходимого для карбонизации и легированияприповерхностного слоя полиимида.55 При энергиях, больших 100 кэВ глубинапроникновения ионов металла не будет соответствовать глубине проникновенияионов инертного газа. Кроме того, будетпроисходить большое выделение энергии, 1778118которое ведет к термическому разложениюпленки полиимида.Следующим необходимым признакомявляется величина плотности ионного тока,которая должна ограничиваться интервалом 5 - 7 мкА.Превышение верхней границы интервала плотности тока приводит к локальномуперегреву пленки и к процессу ее термического разложения,При более низких, чем 5 мкА/см плотностях тока, выделяемая при облучениимощность является недостаточной для карбонизации.Также необходимым признаком является доза облучения ионами тяжелых металлов (например, ба ), она Бдолжнаограничиваться интервалом 3 10 - 10см .При дозах меньших 3 10 см г не на. блюдается значительного легирования иозоок при этом не превосходитозоо к прототипа.При дозах, превышающих 10 см, наблюдается насыщение значений озоо., атакже локальный перегрев и деструкцияпленки.Таким образом, для достижения целиизобретения критическим являются не только значения энергий, доз и плотности ионного тока при облучении легкими ионамиинертного газа, но и значения энергий, дози плотности ионного тока при облученииионами тяжелых металлов, что свидетельствует о существенности перечисленных признаков способа. Повышение проводимостиполучаемого слоя происходит только присоответствии режимов облучения заявленным интервалом.Авторами впервые было установлено,что последовательное облучение полиимида сначала легкими ионами инертного газа,а затем ионами тяжелых металлов при строго определяемых режимах предлагаемогоспособа формирует слои с более высокойпроводимостью,Что касается предлагаемых режимовпервичного и дополнительного облучения,то закономерность влияния их на повышение проводимости также не была известна,а установлена авторами впервые экспериментально,Таким образом, предложенный способпредставляет собой новую совокупность неразрывных существенных признаков, которая приводит к проявлению новогосвойства - обеспечению в облученных слояходинаковой глубины проникновения легкихионов инертного газа и ионов тяжелых ме таллов, приводящего к новому положительному эффекту - повышению проводимости до величины 1100 Ом см 1,Дополнительно сущность изобретения иллюстрируется фигурой, на которой представлена зависимость проводимости формируемого слоя от дозы облучения галлием,Примеры конкретной реализации,1, Получение проводящего слоя в пол 10 Для измерения проводимости использовались универсальные цифровые приборы ЩЗОО, Щ 68003, В 7 - 21, источник питания Б 5-49.Значения проводимости облученных слоев ПМ; Аг: ба, как видно из фигуры, возрастала с ростом дозы облучения ба и достигали величины 1,1 - 10 Ом 1 см 1 при Рва = 1 10 см-. Значения аз 0 ок более17 гчем в 2 раза превышают значения оз 00, полученные при облучении ионами инертных газов. 50 55 имиде проводилось в рабочем объеме установки ИЛУ-Ч. В качестве исходного материала использовалась пленка промыш. ленного полиимида марки ПМ, толщиной 40 15 мкм, которая закреплялась в держателе. Облучение исходного полиимида проводилось последовательно ионами разных типов в вакууме 10 тор,В качестве легких ионов инертного газа+20 использовались ионы Аг, а в качестве ионовтяжелого металла - ионы ба .Облучение ионами Аг велось с Е = 40кэВ, Р = 10 см г,= 10 мкА/см.Затем полиимид дополнительно облу чался ионами ба+с Е =90 кэВ, 0 =31015 в10 см,= 7 мкА/см,.При этих условиях глубины проникновения ионов Аг и ионов ба, согласно данным для кристаллических полупроводников, со измеримы и составляли порядка 500 А.Для измерения проводимости на поверхность слоев ПИ методом термического напыления в вакууме 10 Торр наносились золотые контакты, к которым крепились 35 подводящие провода.Измерения велись в планарной геомет. рии, при этом величина проводимости изотропного слоя определялась по формуле1 1 1о= - = -40 Р Й Гп 0где р- удельное сопротивление облученного слоя Ом см;й - сопротивление слоя Ом 1:- длина слоя см 1;45 а - ширина слоя см 1;б - толщина слоя см 1;В полном соответствии с вышеописанным примером проводилось получение проводящих слоев и при других режимахоблучения, входяцих в интервалы, указанные в формуле изобретения. Данные по режимам и параметрам полученных слоевприведены в табл,1.Таким образом, как видно из данных,приведенных в табл,1, увеличивается болеечем в 3 раза по сравнению со способом-прототипом и величина проводимости приближается к величине материалов сметаллическим характером проводимости.Это стало возможным в результатесформирования при ионном облучении особой структуры проводящих слоев, в которойглубины проникновения ионов при первоми втором облученил совпадают.Кроме того, досгоинством предлагаемого способа является высокая однородность 20в проводимости получен н х слоев и воспроизводимость их параметров, Необходимотакже отметить высокую временную стабильность свойств полученных слоев.2, В ходе дальнейших исследований авторами проводилось облучение полиимидадругими различными типами ионов инертного газа (Кеи тяжелых металлов (1 п,Рб ), Что касается режимов этих облучений,то они варьировались в пределах, представленных в формуле изобретения. При этомдостигалось величение проводимостивплоть до оР 3:=;:0 Омс:,. что аналогично значению провод:.,оси, приведенному в примере конкреп:ой реализацииописания изобретения, Пр,ставление таблиц, аналогичных приведенным в первоначальных материалах заявки, считаемнецелесообразным, поскольку они носяттождественный характер и не привносятпринципиально новой информации,3. Методика пяябора оежимов облучения, обеспеч",лающих равенство глубин проникновения различных ионов, заключается в следующем:1) задается условие - создание в полиимиде проводящего слоя определенной глубины путем облучения ионами;2) исходя из формулы, описывающей максимальный пробег ионовЙмакс = Йр + Ьйр + А (2)где Йр - проецируемый пробег ионов при определенной энергии облучения,Ьйр - разброс по уровню 0,5 - распределения,А - погрешность (А м 30 А)определяется энергия облучения мишени при условии равенства Вцакс для разных видов ионов.Например, для ионов Аг и ба, указанных в примере конкретной реализации, при выбранной глубине Ямакс550 А, энергия облучения (Е) составляет (данные приведены в табл,2),3) После чего производится формирование проводящего слоя,Формула изобретения Способ получения проводящего слоя в полиимиде путем облучения его ускоренными легкими. ионами инертного газа, о т л и ча ю щ и й с я тем, что, с целью повышения проводимости получаемого слоя, облучение проводят ионами с энергией 30 - 50 кэВ, дозой 10 - 10 см при плотности ионного тока 10 - 12 мкА/смпосле чего полиимид2,дополнительно облучают ионами тяжелых металлов с энергией 90-100 кэВ, дозой 3 10 - 10 см 2 при плотности ионного тока 5 - 7 мкА/см, при этом конкретные значения2энергий выбирают исходя из равенства глубин проникновения ионов тяжелых металлов и инертного газа.1778118 Табли ца 1 о ВООКмкА/см 2 Ом см Оба фсмЗА мкА/см2080010 1 О 6 11001110термическоеохлаждение 1 О" 90 10 6 90 1 О 1 О 6 10 В 90 1 О 6 10 10 10 9 С 40 1 О 90 1 О 40 деструкцияпленки Таблица 2 Составитель Л.Платонова ехред М.Моргентал Корректор З.Салка едактор Заказ 4162 ВНИИПИ Го Тиражственного комитета 113035,Москва,Ж Подписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ