DE1621289B2 - METHOD OF PREPOSITING NIOB, VANADINE, TANTALUM, ZIRCONIUM OR TITANIUM - Google Patents

METHOD OF PREPOSITING NIOB, VANADINE, TANTALUM, ZIRCONIUM OR TITANIUM

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DE1621289B2 DE19671621289 DE1621289A DE1621289B2 DE 1621289 B2 DE1621289 B2 DE 1621289B2 DE 19671621289 DE19671621289 DE 19671621289 DE 1621289 A DE1621289 A DE 1621289A DE 1621289 B2 DE1621289 B2 DE 1621289B2
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Niederschlagen von Niob, Vanadin, Tantal, Zirkonium oder Titan auf ein erhitztes Substrat durch Überleiten eines Gasgemisches aus einer gasförmigen Halogenverbindung des schwerschmelzbaren Metalls und Wasserstoff über das Substrat.The invention relates to a method for depositing niobium, vanadium, tantalum, or zirconium Titanium on a heated substrate by passing a gas mixture of a gaseous halogen compound over it of the refractory metal and hydrogen over the substrate.

Im Hinblick auf den niedrigen Dampfdruck kann man hochschmelzende oder schwerschmelzende Kristalle nur sehr schwierig im Vakuum niederschlagen. Es ist bereits ein Verfahren zum Niederschlagen dieser schwerschmelzbaren Metalle auf ein Substrat bekannt, bei dem das schwerschmelzbare Metall in eine Halogenverbindung mit verhältnismäßig hohem Dampfdruck überführt und diese dann verdampft und reduziert, thermisch zersetzt oder einer anderen Reaktion unterworfen und dadurch das schwerschmelzbare Metall aus der Dampfphase chemisch niedergeschlagen wird.In view of the low vapor pressure, high-melting or low-melting crystals can be used very difficult to precipitate in a vacuum. There is already a method of knocking this down Known refractory metals on a substrate, in which the refractory metal is converted into a halogen compound transferred with a relatively high vapor pressure and then evaporated and reduced, thermally decomposed or subjected to another reaction and thereby the refractory metal from the vapor phase is chemically deposited.

Halogenide von schwerschmelzbaren Metallen können mit Wasserstoff gemäß folgender Gleichung reduziert werdenHalides of refractory metals can be reduced with hydrogen according to the following equation will

MXn+ -H2
2
MX n + -H 2
2

M + mHXM + mHX

worin M ein Metall, wie Nb, Ta, V, Ti oder Zr, und X ein Halogen, wie Cl, Br, F, J, und η eine ganze Zahl bedeuten.wherein M is a metal such as Nb, Ta, V, Ti or Zr, and X is a halogen such as Cl, Br, F, J, and η is an integer.

Bei der Reduktion von Niobpentachlorid mit Wasserstoff kann ein metallischer Niobfilm aus der Dampfphase auf einem Substrat, wie einem elektrischen Isolator oder einem Metall, gemäß der folgenden Gleichung niedergeschlagen werden:When niobium pentachloride is reduced with hydrogen, a metallic niobium film can be formed from the Vapor phase on a substrate such as an electrical insulator or a metal according to the following Equation to be put down:

NbCl5 + — H2
2
NbCl 5 + - H 2
2

Nb + 5 HClNb + 5 HCl

Es ist ferner bekannt, daß man ein schwerschmelzbares Metall durch thermisches Zersetzen einer Halogenverbindung niederschlagen kann.It is also known that a refractory metal can be obtained by thermal decomposition of a halogen compound can knock down.

Zum Niederschlagen eines schwerschmelzbaren Metalls auf ein Substrat durch Reaktion der entsprechenden Halogenverbindung mit Wasserstoff oder durch thermische Zersetzung dieser Verbindung muß man das Substrat auf eine bestimmte Temperatur erhitzen. Zur Erzielung befriedigender ErgebnisseFor depositing a refractory metal onto a substrate by reacting the corresponding Halogen compound with hydrogen or by thermal decomposition of this compound must you heat the substrate to a certain temperature. To achieve satisfactory results

ίο mußte man bei den bekannten Verfahren eine Erhitzungstemperatur von mindestens 7000C anwenden. Beim Niederschlagen von Tantal durch Erhitzen eines gasförmigen Gemisches von Tantalhalogenid und Wasserstoff, wie dies in der USA.-Patentschrift 2 604 395 beschrieben ist (vgl. insbesondere Spalte 2, Zeilen 43 bis 46), erfolgte das Niederschlagen von Metall bei Temperaturen über etwa 500 bis etwa 6000C. Dieses Metall wird jedoch in Pulverform niedergeschlagen, und das Niederschlagen eines Metallfilms war mit Schwierigkeiten verbunden. Die hohe Temperatur des Gasgemisches ist deshalb erforderlich, weil die Reduktion mit Wasserstoff und die thermische Zersetzung bei niedrigeren Temperaturen nicht vollständig ist, so daß der niedergeschlagene Film aus einem Gemisch des schwerschmelzbaren Metalls und dessen niedrigen Halogeniden besteht. Infolge seiner gefärbten, weichen und hygroskopischen Natur hat dieser Film vollkommen andere Eigenschaften wie ein reiner Metallfilm.ίο you had to use a heating temperature of at least 700 0 C with the known methods. When tantalum was deposited by heating a gaseous mixture of tantalum halide and hydrogen, as described in US Pat. No. 2,604,395 (cf. in particular column 2, lines 43 to 46), the metal was deposited at temperatures above about 500 up to about 600 ° C. However, this metal is deposited in powder form, and the deposition of a metal film has been difficult. The high temperature of the gas mixture is necessary because the reduction with hydrogen and the thermal decomposition are not complete at lower temperatures, so that the deposited film consists of a mixture of the refractory metal and its lower halides. Due to its colored, soft and hygroscopic nature, this film has completely different properties than a pure metal film.

Gemäß den bekannten Verfahren kann man zwar einen Metallfilm guter Qualität auf ein auf über 700° C erhitztes Substrat niederschlagen; dies setzt jedoch voraus, daß das Substrat durch das Erhitzen während des Niederschiagens nicht zerstört wird oder in unerwünschter Weise mit dem niedergeschlagenen Metall reagiert. Aus diesem Grund ist die Anzahl der für diesen Zweck brauchbaren Substrate beschränkt.According to the known method, a good quality metal film can be heated to over 700.degree knock down heated substrate; However, this assumes that the substrate by heating during The deposit is not destroyed or undesirably with the deposited metal reacted. For this reason, the number of substrates that can be used for this purpose is limited.

Gemäß dem bekannten Verfahren zum Niederschlagen von Niob wird beispielsweise ein Gasgemisch aus gasförmigem Niobpentachlorid (NbCl5) und Wasserstoff (H2) durch einen Gaseinlaß in ein Quarzreaktionsrohr eingeleitet. Ein Substrat wird auf einer auf einem stabf örmigen Träger befindlichen Heizunterlage angebracht, und letztere wird auf eine optimale Temperatur über 700° C, je nach dem verwendeten Substrat, durch Hochfrequenzinduktionsheizung erhitzt. Dabei wird auf der Oberfläche des Substrats ein metallischer Niobfilm gemäß folgender Gleichung niedergeschlagen:According to the known method for depositing niobium, for example, a gas mixture of gaseous niobium pentachloride (NbCl 5 ) and hydrogen (H 2 ) is introduced into a quartz reaction tube through a gas inlet. A substrate is placed on a heating pad on a rod-shaped support, and the latter is heated to an optimum temperature above 700 ° C., depending on the substrate used, by high-frequency induction heating. A metallic niobium film is deposited on the surface of the substrate according to the following equation:

55

NbCl5 + — H2 -»■ Nb + 5 HCl
2
NbCl 5 + - H 2 - »■ Nb + 5 HCl
2

Das Gasgemisch wird dann durch eine Auslaßleitung aus der Röhre ausgetragen.The gas mixture is then discharged from the tube through an outlet conduit.

Bei diesem Verfahren tritt aber keine vollständige Reduktion ein, wenn die Temperatur des Substrats unter 7000C liegt, und man erhält einen Niederschlag eines stark hygroskopischen und instabilen Gemisches aus Niob und dessen niedrigen Chloriden, wie z. B. Niobtetrachlorid (NbCl4), Trinioboctachlorid (Nb3Cl8) u. dgl., auf dem Substrat, dessen Eigenschaften sich vollkommen von denjenigen eines reinen Niobfilms unterscheiden.In this process, however, no complete reduction occurs when the temperature of the substrate is below 700 ° C., and a precipitate of a highly hygroscopic and unstable mixture of niobium and its low chlorides, such as, for. B. niobium tetrachloride (NbCl 4 ), triniobium octachloride (Nb 3 Cl 8 ) and the like, on the substrate, the properties of which are completely different from those of a pure niobium film.

Die Erfindung schafft nun ein Verfahren zum Niederschlagen von reinem Niob, Vanadin, Tantal oder Zirkonium auf einem Substrat, dessen Besonderheit darin besteht, daß man das Gasgemisch durch eineThe invention now provides a method for depositing pure niobium, vanadium and tantalum or zirconium on a substrate, the specialty of which is that the gas mixture is passed through a

in einem Reaktionssystem angeordnete maschenförmige oder poröse Vorheizvorrichtung leitet. Das Substrat wird bei diesem Verfahren auf über 3500C, jedoch unter 7000C erhitzt.meshed or porous preheater arranged in a reaction system conducts. However, the substrate is heated in this process to over 350 0 C, below 700 0 C.

Gemäß der Erfindung läßt sich ein reiner Film von Niob, Vanadin, Tantal oder Zirkonium erstmals bei niedriger Temperatur niederschlagen. Das Niederschlagen gemäß der Erfindung erfolgt dadurch, daß das Gasgemisch durch eine in einem Reaktionssystem angeordnete maschenförmige oder poröse Vorheizvorrichtung geleitet wird.According to the invention, a pure film of niobium, vanadium, tantalum or zirconium can be added for the first time precipitate at a lower temperature. The deposition according to the invention is carried out in that the Gas mixture through a mesh-shaped or porous preheater arranged in a reaction system is directed.

Die Vorheizvorrichtung wird auf Temperaturen zwischen 600 und 1300° C, jedoch höher als das Substrat erhitzt. Als Substrat eignen sich keramische Stoffe, Quarz, Metall oder Halbleiter, und das Substrat wird auf 350 bis 7000C erhitzt. Zweckmäßigerweise wird die Vorheizvorrichtung in einem Abstand zwischen 0,3 und 2,0 cm von dem Substrat angeordnet.The preheater is heated to temperatures between 600 and 1300 ° C, but higher than the substrate. As a substrate for ceramic materials, quartz, metal or semiconductor are suitable, and the substrate is heated to 350 to 700 0 C. The preheating device is expediently arranged at a distance of between 0.3 and 2.0 cm from the substrate.

Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen weiter erläutert.The invention will now be further explained with reference to the following description and the drawings.

F i g. 1 bedeutet einen schematischen Querschnitt durch eine bekannte Vorrichtung zum chemischen Niederschlagen;F i g. 1 denotes a schematic cross section through a known device for chemical Knock down;

F i g. 2 bedeutet einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäß bevorzugten Vorrichtung zum Niederschlagen eines schwerschmelzbaren Metalls.F i g. 2 denotes a schematic cross section of a device preferred according to the invention for Precipitation of a refractory metal.

Gemäß dem bekannten, in der Vorrichtung gemäß F i g. 1 ausgeführten Verfahren erfolgt beispielsweise das Niederschlagen von Niob auf ein Substrat, indem man ein Gasgemisch aus gasförmigem Niobpentachlorid (NbCl5) und Wasserstoff (H3) durch einen Gaseinlaß 2 in das Quarzrohr 1 einleitet. Ein Substrat 5 befindet sich auf der von einem Stab 6 getragenen Heizunterlage 4, und diese Heizunterlage 4 wird durch eine Hochfrequenzinduktionsheizvorrichtung 3 auf eine optimale Temperatur über 700° C erhitzt. Dabei wird auf der Oberfläche des Substrats 5 ein metallischer Niobfilm gemäß folgender Gleichung niedergeschlagen:According to the known, in the device according to FIG. 1, for example, niobium is deposited on a substrate by introducing a gas mixture of gaseous niobium pentachloride (NbCl 5 ) and hydrogen (H 3 ) through a gas inlet 2 into the quartz tube 1. A substrate 5 is placed on the heating pad 4 carried by a rod 6, and this heating pad 4 is heated to an optimum temperature above 700 ° C. by a high frequency induction heater 3. A metallic niobium film is deposited on the surface of the substrate 5 according to the following equation:

NbCl5 + — H, -> Nb + 5HCl
2
NbCl 5 + - H, -> Nb + 5HCl
2

Das Gasgemisch wird dann aus dem Rohr 1 durch Auslaßleitung 7 ausgetragen.The gas mixture is then discharged from the pipe 1 through outlet line 7.

Bei diesem Verfahren ist jedoch die Reduktionsreaktion nicht vollständig, falls die Temperatur des Substrats5 unter 7000C liegt; daher erhält man oft einen stark hygroskopischen, aus einem instabilen Gemisch von Niob und dessen niedrigen Chloriden, z. B. Niobtetrachlorid (NbCl4), Trinioboctachlorid (Nb3Cl8) u. dgl. bestehenden Niederschlag auf dem Substrat 5, dessen Eigenschaften sich vollkommen von denjenigen eines reinen metallischen Niobfilms unterscheiden. In this process, however, the reduction reaction is not complete if the temperature of the substrate5 is below 700 ° C .; therefore, one often obtains a highly hygroscopic one made from an unstable mixture of niobium and its lower chlorides, e.g. B. niobium tetrachloride (NbCl 4 ), triniobium octachloride (Nb 3 Cl 8 ) and the like. Existing precipitate on the substrate 5, the properties of which are completely different from those of a pure metallic niobium film.

Die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung gemäß der Erfindung ist der in F i g. 1 dargestellten bekannten Vorrichtung sehr ähnlich. Sie unterscheidet sich jedoch von der bekannten Vorrichtung, daß sich eine maschenförmige oder poröse Vorheizvorrichtung 8, z. B. 0,3 bis 2,0 cm von dem Substrat 15 entfernt, zwischen dem Substrat 15 und einer Gaseinlaßleitung 12 befindet. Das Substrat 15 befindet sich in einem Quarzrohr 11 auf einer auf einem Stab 16 befindlichen und durch eine Hochfrequenzinduktionsheizvorrichtung 13 erhitzten Heizunterlage 14. Eine Hochfrequenzinduktionsheizvorrichtung 9 ist um das Quarzrohr 11 gegenüber der maschenförmigen porösen Heizvorrichtung angebracht, wodurch die Vorheizvorrichtung auf 600 bis 13000C erhitzt werden kann.The in F i g. The device according to the invention shown in FIG. 2 is that in FIG. 1 shown known device very similar. However, it differs from the known device that a mesh-shaped or porous preheating device 8, for. B. 0.3 to 2.0 cm away from the substrate 15, between the substrate 15 and a gas inlet line 12 is located. The substrate 15 is housed in a quartz tube 11 on one located on a rod 16 and heated by a high frequency induction heating 13 heating pad 14. A high frequency induction 9 is attached to the quartz tube 11 relative to the mesh-shaped porous heater, thereby heating the preheater at 600-1300 0 C. can be.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Substrat 15 auf der Heizunterlage 14, im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren gemäß F i g. 1, auf eine Temperatur unter 700° C erhitzt.In the method according to the invention, the substrate 15 is on the heating pad 14, in contrast to the known method according to FIG. 1, heated to a temperature below 700 ° C.

Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 2 wird das durch Gaseinlaßleitung 12 in das Quarzrohr 11 eingeleitete Gasgemisch aus einer gasförmigen HalogenverbindungIn the device according to FIG. 2 is that introduced into the quartz tube 11 through the gas inlet line 12 Gas mixture from a gaseous halogen compound

ίο eines schwerschmelzbaren Metalls und Wasserstoff nicht direkt auf das Substrat 15 geblasen, sondern durch die auf 600 bis 1300° C erhitzte Vorheizvorrichtung 8 geleitet; dadurch wird das Gasgemisch vorerhitzt, bevor es über die Oberfläche des Substrats 15 zur Erzielung der erwünschten Wasserstoffreduktion geleitet und anschließend über Gasauslaßleitung 17 ausgetragen wird.ίο a refractory metal and hydrogen not blown directly onto the substrate 15, but rather through the preheating device heated to 600 to 1300 ° C 8 headed; as a result, the gas mixture is preheated before it passes over the surface of the substrate 15 to achieve the desired hydrogen reduction and then passed through gas outlet line 17 is carried out.

Die Vorheizvorrichtung 8 gemäß der Erfindung unterscheidet sich beträchtlich hinsichtlich Struktur, Stellung und Wirkung von den bekannten Heizvorrichtungen, einschließlich des Raums um und dem Zustrom zu dem Substrat 15. Die Vorheizwirkung gemäß der Erfindung erzielt man, indem man die Vorheizvorrichtung 8 unmittelbar in dem zuströmenden Gasstrom vor dem Substrat 15 anordnet.The preheating device 8 according to the invention differs considerably in terms of structure, Position and effect of the known heating devices, including the space around and the inflow to the substrate 15. The preheating effect according to the invention is achieved by using the preheating device 8 is arranged directly in front of the substrate 15 in the inflowing gas stream.

Das Niederschlagsverfahren gemäß der Erfindung unter Vorerhitzung des Gasgemisches durch die oben beschriebene Vorheizvorrichtung 8 ist den bekannten Vakuumniederschlagsverfahren, bei denen ein Gasgemisch von niedrigerer Temperatur als die Temperatur des Substrats direkt über das Substrat geführt wird, überlegen; dies beruht darauf, daß nicht nur ein Abfallen der Oberflächentemperatur des Substrats verhindert wird, sondern auch eine Aktivierung der Reaktionspartner und eine Beschleunigung der Wasserstoffreduktion eintritt, wodurch das Niederschlagen eines schwerschmelzbaren Metalls auf dem Substrat erleichtert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt ferner den
The deposition method according to the invention with preheating of the gas mixture by the preheating device 8 described above is superior to the known vacuum deposition methods in which a gas mixture of lower temperature than the temperature of the substrate is passed directly over the substrate; This is due to the fact that not only is the surface temperature of the substrate prevented from falling, but also activation of the reactants and acceleration of the hydrogen reduction occur, whereby the deposition of a refractory metal on the substrate is facilitated.
The inventive method also has the

4" Vorteil, daß sich infolge einer teilweisen Reduktion der Halogenverbindung auf der Oberfläche der Vorheizvorrichtung ein Halogenwasserstoff bildet, der eine reinigende Wirkung auf die Oberfläche des Substrats ausübt, wodurch sich das schwerschmelzbare Material besser niederschlagen läßt.4 "Advantage that as a result of a partial reduction in Halogen compound forms a hydrogen halide on the surface of the preheater, which is a has a cleaning effect on the surface of the substrate, causing the refractory material better to knock down.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine kleine oder gegebenenfalls größere Menge Metall auf dem auf hohe Temperatur erhitzten Vorerhitzer niedergeschlagen. Die Hauptmenge wird jedoch nicht auf dem Vorerhitzer niedergeschlagen, und eine bestimmte Menge des Metalls wird auf dem stromabwärts angeordneten Substrat niedergeschlagen, welches auf eine relativ niedrige Temperatur von 350 bis 7000C erhitzt wird.According to the process according to the invention, a small or possibly larger amount of metal is deposited on the preheater, which is heated to a high temperature. The main amount is not deposited on the pre-heater, and a certain amount of metal is deposited on the downstream substrate, which is heated to a relatively low temperature from 350 to 700 0 C.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt ferner den Vorteil, daß die Halogenverbindung des schwerschmelzbaren Metalls in der Vorheizvorrichtung zuerst in niedrigere Halogenide überführt wird, die dann beim Erreichen der Substratoberfläche zum Metall reduziert werden, das sich in Form eines reinen Metallfilms niederschlägt.The inventive method also has the advantage that the halogen compound of the refractory metal in the preheating device first is converted into lower halides, which are then converted to metal upon reaching the substrate surface can be reduced, which is deposited in the form of a pure metal film.

Die Vorheizvorrichtung 8 weist eine maschenförmige oder poröse Struktur auf, durch die das Gas zu dem Substrat geleitet wird; dadurch ergibt sich der zusätzliehe Vorteil, daß sich auf der Substratoberfläche ein Metallfilm von einheitlicher Stärke bildet, da die Vorheizvorrichtung ähnlich wie eine Vielzahl von Düsen wirkt.The preheater 8 has a mesh-shaped or porous structure through which the gas to the Substrate is passed; this has the additional advantage that there is a Metal film of uniform thickness forms, as the preheater similar to a variety of Nozzles works.

5 65 6

Bei der Erfindung erzielt man die besten Ergebnisse, Falls die Temperatur des Substrats unter 700° CThe invention achieves the best results if the temperature of the substrate is below 700 ° C

wenn man die Temperatur der Vorheizvorrichtung 8 liegt, so besteht der erhaltene niedergeschlagene Film,at the temperature of the preheater 8, the deposited film obtained is

auf 900 bis 1200° C einstellt und die Vorheizvorrich- ohne Anwendung der Vorheizvorrichtung 8, aus einemadjusts to 900 to 1200 ° C and the Vorheizvorrich- without using the preheater 8, from one

tung 8 in einer Entfernung von 0,3 bis 1,2 cm von dem Gemisch aus metallischem Niob, Niobtetrachlorid,device 8 at a distance of 0.3 to 1.2 cm from the mixture of metallic niobium, niobium tetrachloride,

Substrat 15 anordnet. Die Vorheizvorrichtung 8 kann 5 Trinioboctachlorid und anderen niedrigen Chloriden, aus einem Metall, wie Molybdän oder Tantal, oder ausSubstrate 15 is arranged. The preheater 8 can 5 trinioboctachloride and other low chlorides, from a metal such as molybdenum or tantalum, or from

einem Nichtmetall, wie Kohlenstoff, bestehen. An Stelle Beispiel 2
des oben beschriebenen Hochfrequenzinduktionsheiz-
a non-metal such as carbon. Instead of example 2
of the above-described high-frequency induction heating

systems kann als Heizsystem für die Vorheizvorrich- Ein Gemisch von gasförmigem Vanadintetrachlorid tung auch ein elektrisches Heizsystem oder ein Infrarot- io und Wasserstoff im Molverhältnis 1:100 wurde in die heizsystem angewandt werden. An Stelle der in F i g. 2 Vorrichtung gemäß F i g. 2 durch die Gaseinlaßleitung dargestellten senkrecht angeordneten Vorrichtung 12 mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 Liter pro kann man praktisch die gleiche Wirkung mit einer Minute eingeleitet. In dieser Vorrichtung wurde die horizontal angeordneten Vorrichtung erzielen. Vorheizvorrichtung 8 mit der außerhalb der Quarz-Trotz der Tatsache, daß der nach dem erfindungs- 15 röhre 11 mit einem Innendurchmesser von 50 mm begemäßen Verfahren erhaltene metallische Niobium bei findlichen Hochfrequenzinduktionsheizvorrichtung 9 einer Substrattemperatur unter 700° C niedergeschlagen auf 1200° C erhitzt. Das Gasgemisch wurde die Vorwird, ist der Metallfilm vollkommen frei von einge- heizvorrichtung 8 auf das mit der Heizvorrichtung 13 schlossenen, nicht reduzierten niedrigeren Halogeni- auf 350 bis 700°C erhitzte Substrat 15 geleitet; dabei den, ist chemisch äußerst stabil, besitzt einen guten 20 schlug sich ein metallischer Vanadinfilm auf dem metallischen Glanz, und die Bindefestigkeit des Films Substrat 15 nieder.systems can be used as a heating system for the preheater. A mixture of gaseous vanadium tetrachloride tion also an electric heating system or an infrared io and hydrogen in the molar ratio 1: 100 was in the heating system can be applied. Instead of the in FIG. 2 device according to FIG. 2 through the gas inlet pipe illustrated vertically arranged device 12 with a flow rate of 2 liters per practically the same effect can be initiated with a minute. In this device the achieve horizontally arranged device. Preheater 8 with the outside of the quartz defiance the fact that the tube 11 according to the invention would have an inner diameter of 50 mm Metallic niobium obtained in a method with sensitive high-frequency induction heating device 9 a substrate temperature below 700 ° C precipitated heated to 1200 ° C. The gas mixture became the pre-will, the metal film is completely free of the heating device 8 on the one with the heating device 13 closed, unreduced lower halogen substrate 15 heated to 350 to 700 ° C.; included Den, is chemically extremely stable, has a good 20 struck a metallic vanadium film on the metallic luster, and the bond strength of the film substrate 15 down.

auf dem Substrat ist keineswegs geringer als bei einem Vanadin kann als fester Film auf viele Substrate, wieon the substrate is by no means inferior to a vanadium can be used as a solid film on many substrates, such as

Metallfilm, der auf einem auf über 700° C erhitzten keramische Stoffe, Quarz, Metalle, und anderen Stoffen,Metal film that is deposited on ceramic materials, quartz, metals and other materials heated to over 700 ° C,

Substrat niedergeschlagen wurde. wie z. B. Halbleiter, aufgebracht werden. Die bestenSubstrate has been precipitated. such as B. semiconductors are applied. The best

Die Verwendung einer Vorheizvorrichtung, die ein 25 Ergebnisse erhält man, wenn sich die Vorheizvorrich-The use of a preheater that gives 25 results when the preheater is

besonderes Merkmal der Erfindung darstellt, ist nicht tung 8 in Strömungsrichtung 0,5 bis 1,2 cm vor demrepresents a special feature of the invention is not device 8 in the flow direction 0.5 to 1.2 cm before

nur bei einem auf 350 bis 700° C erhitzten Substrat Substrat 15 befindet,
möglich, sondern auch in denjenigen Fällen, in denen
only in the case of a substrate 15 heated to 350 to 700 ° C,
possible, but also in those cases where

ein Temperaturbereich zwischen 700 und 1000° C an- B e i s ρ i e 1 3a temperature range between 700 and 1000 ° C. B e i s ρ i e 1 3

gewandt wird. Im letztgenannten Fall kann die Vor- 30is turned. In the latter case, the pre-30

heizvorrichtung sowohl zur Reinigung der Substrat- Tantalpentachlorid (TaCl5) kann auf ähnliche Weise, oberfläche als auch zum Niederschlagen des reinen wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben, mit Wasser-Metallfilms verwendet werden. stoff unter Bildung eines metallischen Tantalfilmsheating device both for cleaning the substrate tantalum pentachloride (TaCl 5 ) can be used in a similar manner, surface as well as for depositing the pure as described in Examples 1 and 2, with water-metal film. substance to form a metallic tantalum film

Die Erfindung wurde im vorangegangenen an Hand reduziert werden. Zur Erzielung eines guten metallides chemischen Niederschiagens von Niob durch 35 sehen Tantalfilms auf dem Substrat 15 wurde ein Mol-Wasserstoff reduktion eines Niobhalogenids erläutert; verhältnis Tantalpentachlorid zu Wasserstoff von durch Anwendung der Vorheizvorrichtung lassen sich 1:100 und eine Fließgeschwindigkeit des Gasjedoch auch Metallfilme anderer schwerschmelzbarer gemisches von 1,5 Liter pro Minute angewandt. Die Metalle, wie Zirkonium, Titan, Vanadin und Tantal, Temperatur der Vorheizvorrichtung 8 betrug 900° C in ähnlicher Weise bei niedrigerer Temperatur als bei 40 und die Temperatur des Substrats 15 350 bis 700° C; den bekannten Verfahren durch Wasserstoffreduktion die Vorheizvorrichtung 8 war in einer Entfernung von eines entsprechenden Metallhalogenide niederschlagen. 0,5 bis 1,1 cm vor dem Substrat 15 angeordnet.The invention has been reduced on the basis of the foregoing. To achieve a good metallide chemical deposition of niobium through 35 see tantalum film on the substrate 15 became a mole hydrogen explains reduction of a niobium halide; ratio of tantalum pentachloride to hydrogen of however, by using the preheater, 1: 100 and a flow rate of the gas can be made metal films of other refractory mixtures of 1.5 liters per minute were also used. the Metals such as zirconium, titanium, vanadium and tantalum, the temperature of the preheater 8 was 900 ° C similarly at a lower temperature than 40 and the temperature of the substrate 15 350 to 700 ° C; the known method by hydrogen reduction the preheater 8 was at a distance of precipitate a corresponding metal halide. 0.5 to 1.1 cm in front of the substrate 15.

Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden Bei- Tantal kann auch als fester Film auf vielen Substra-The invention is now based on the following Bei- Tantalum can also be used as a solid film on many substrates

spiele weiter erläutert. ten, wie keramischen Stoffen, Quarz, Metallen, undgames further explained. th, such as ceramics, quartz, metals, and

45 anderen Stoffen, wie z. B. Halbleiter, niedergeschlagen45 other substances, such as B. Semiconductors, dejected

Beispiel 1 werden.Example 1 will be.

Wie sich aus den vorangegangenen Beispielen ergibt,As can be seen from the previous examples,

Gasförmiges Niobpentachlorid und Wasserstoff ist die Anordnung einer Vorheizvorrichtung, inGaseous niobium pentachloride and hydrogen is the arrangement of a preheater, in

wurden im Molverhältnis 1:100 miteinander ver- Strömungsrichtung gesehen, unmittelbar vor demwere seen in a molar ratio of 1: 100 with each other in the direction of flow, immediately before the

mischt und in die Vorrichtung gemäß F i g. 2 durch die 50 Substrat so wirksam, daß man beim chemischenmixes and in the device according to FIG. 2 by the 50 substrate so effective that one at the chemical

Gaseinlaßleitung 12 mit einer Fließgeschwindigkeit Niederschlagen eines schwerschmelzbaren Metalls, wieGas inlet conduit 12 at a flow rate precipitating a refractory metal such as

von 1 Liter pro Minute eingeleitet. Die Vorheiz- Titan, Zirkonium, Niob, Vanadin oder Tantal, unterinitiated by 1 liter per minute. The preheating titanium, zirconium, niobium, vanadium or tantalum, among

vorrichtung 8 wurde durch eine Hochfrequenzinduk- Verwendung des entsprechenden MetallhalogenideDevice 8 was made by a high frequency induction using the appropriate metal halide

tionsvorrichtung 9, die sich außerhalb des Quarz- einen reinen Metallfilm erzielen kann, obwohl dietion device 9, which can achieve a pure metal film outside of the quartz, although the

rohrs 11 mit einem Innendurchmesser von 50 mm 55 Temperatur des Substrats unter 700° C liegt,tube 11 with an inner diameter of 50 mm 55 temperature of the substrate is below 700 ° C,

befand, auf 900° C erhitzt. Das Gasgemisch wurde Das Niederschlagsverfahren gemäß der Erfindung,located, heated to 900 ° C. The gas mixture was The precipitation method according to the invention,

durch die Vorheizvorrichtung 8 auf das auf der Vor- bei dem ein Niederschlagen eines schwerschmelzbarenby the preheating device 8 on the on the front in which a precipitation of a refractory

heizvorrichtung 14 befindliche und mit der Heizvor- Metalls bei beträchtlich niedrigerer Temperatur mög-heating device 14 located and possible with the heating pre- metal at a considerably lower temperature

richtung 13 auf 350 bis 700°C erhitzte Substrat geleitet; lieh ist als bei den bekannten Verfahren, bei denendirection 13 to 350 to 700 ° C heated substrate passed; is borrowed than with the known methods in which

dabei schlug sich ein metallischer Niobfilm auf dem 60 Substrattemperaturen über 700° C erforderlich sind,a metallic niobium film formed on the 60 substrate temperatures above 700 ° C are required,

Substrat 15 nieder. stellt einen wesentlichen Fortschritt der Technik dar.Substrate 15 down. represents a significant advance in technology.

Das Niob kann auf einer Reihe von Substraten, wie Ferner kann man bei dem erfindungsgemäßen Verfahkeramischen Stoffen, Quarz, Metall und anderen ren viele Materialien als Substrate verwenden, da der Stoffen, wie z. B. Halbleiter, als reiner und kompakter Metallfilm auch auf solche Stoffe niedergeschlagen Film niedergeschlagen werden. Die besten Ergebnisse 65 werden kann, die sich bei Temperaturen über 600° C erzielt man, wenn die Vorheizvorrichtpng 8, in Gas- zersetzen oder bei denen chemische Reaktionen an der Strömungsrichtung gesehen, 0,5 bis 1,2 cm vor dem Grenzfläche zwischen dem niedergeschlagenen Metall-Substrat 15 angebracht ist. film und dem Substrat bei diesen Temperaturen ein-The niobium can be deposited on a number of substrates, such as can also be used in the ceramic process according to the invention Fabrics, quartz, metal and other ren use many materials as substrates as the Substances such as B. semiconductors, deposited as a pure and compact metal film on such substances Film will be knocked down. The best results 65 can be obtained at temperatures above 600 ° C is achieved when the Vorheizvorrichtpng 8, decompose in gas or where chemical reactions at the Direction of flow seen, 0.5 to 1.2 cm in front of the interface between the deposited metal substrate 15 is attached. film and the substrate at these temperatures

treten. Verunreinigungen in dem erhaltenen Metallfilm sind vollkommen vernachlässigbar. Der Film besitzt eine äußerst kompakte Struktur und vermag die Oberfläche eines Substrats fest zu metallisieren, da das Metall selbst in kleine Poren auf der Substratoberflächestep. Impurities in the metal film obtained are completely negligible. The film owns an extremely compact structure and is able to firmly metallize the surface of a substrate, since the Metal even in small pores on the substrate surface

niedergeschlagen werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man leicht eine glänzende Oberfläche erhalten, indem man das Metall auf einer äußerst glattgeschliffenen Substratoberfläche niederschlägt. can be knocked down. In the method according to the invention one can easily get a shiny Obtain surface by depositing the metal on an extremely smoothly ground substrate surface.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

209 534/345209 534/345

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Niederschlagen von Niob, Vanadin, Tantal, Zirkonium oder Titan auf ein erhitztes Substrat durch Überleiten eines Gasgemisches aus einer gasförmigen Halogenverbindung des schwerschmelzbaren Metalls und Wasserstoff über das Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch durch eine in einem Reaktionssystem angeordnete maschenförmige oder poröse Vorheizvorrichtung geleitet wird.1. Process for depositing niobium, vanadium, tantalum, zirconium or titanium on a heated substrate by passing a gas mixture of a gaseous halogen compound over it of the refractory metal and hydrogen over the substrate, characterized in that that the gas mixture through a arranged in a reaction system mesh or porous preheater is passed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheizvorrichtung auf Temperaturen zwischen 600 und 13000C5 jedoch höher als das Substrat erhitzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the preheating device is heated to temperatures between 600 and 1300 0 C 5 but higher than the substrate. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat keramische Stoffe, Quarz, Metall oder Halbleiter verwendet und das Substrat auf 350 bis 7000C erhitzt wird.3. The method of claim 1 or 2, characterized in that used as the substrate ceramics, quartz, metal or semiconductor and the substrate is heated to 350 to 700 0 C. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorheizvorrichtung in einem Abstand zwischen 0,3 und 2,0 cm von dem Substrat angeordnet wird.4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the preheating device in a distance between 0.3 and 2.0 cm from the substrate.
DE19671621289 1966-06-20 1967-06-20 Process for depositing niobium, vanadium, tantalum, zirconium or titanium Expired DE1621289C (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3028313A1 (en) * 1979-07-26 1981-02-12 Us Energy UNIFORMALLY COVERED FIBERS, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND USES THEREFOR

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NL149232B (en) 1976-04-15
BE700185A (en) 1967-12-01
NL6708168A (en) 1967-12-21
CH485867A (en) 1970-02-15
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