DE69027070T2

DE69027070T2 - Nicht-monokristalliner stoff enhaltend iridium, tantal und aluminium

Info

Publication number: DE69027070T2
Application number: DE69027070T
Authority: DE
Inventors: Kenji Hasegawa; Isao Kimura; Atushi Shiozaki; Kouichi Touma
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: CA2028124C; CA2028124A1; ATE124915T1; WO1990009887A1; EP0412171B1; US5148191A; CA2028123A1; EP0428730A1; WO1990010089A1; WO1990009888A1; EP0428730B1; DE69019671T2; CA2028125A1; DE69020864D1; EP0425679B1; US5234774A; DE69020864T2; DE69019671D1; US5142308A; EP0412171A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein nicht einkristallines Material, das Ir, Ta und Al als notwendige Bestandteile enthält und in rundherum allen Beständigkeitseigenschaften einschließlich der chemischen Beständigkeit, der elektrochemischen Beständigkeit, der Oxidationsbeständigkeit, der Lösungsmittelbeständigkeit, der Wärmebeständigkeit, der Beständigkeit gegen thermischen Schock, der mechanischen Beständigkeit und dergleichen hervorsticht. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Element, das das nicht einkristalline Material umfaßt, das eine hervorragende Haftung an einem Träger aufweist. Dieses nicht einkristalline Material und das gemäß der Erfindung bereitgestellte Element kann wirksam in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden.
Das bekannte anorganische Material, das auf dem Gebiet der anorganischen Materialien eine nicht einkristalline Legierung oder ein nicht einkristallines metallisches Material genannt wird, wird im allgemeinen hergestellt durch Verfestigen eines geschmolzenen Zustandes, der die Aufbauelemente in festgelegten Mengen in einer Mischung enthält und aus der sich ergebenden Mischung mit einer angemessenen Abkühlungsgeschwindigkeit abgekühlt wird. Und bei seiner Anwendung wird er oft geformt. In anderer Weise als der eben genannten wird anorganisches Material manchmal hergestellt, indem pulverige Aufbauelemente einheitlich gemischt werden und die sich ergebende Mischung dem Drucksintern bei einer angemessenen Temperatur unterworfen wird. Was das anorganische Material betrifft, gibt es weiter einen amorphen Feststoff, der hergestellt wird, durch ein Verfahren, bei dem eine Schmelze zum Feststoff abgeschreckt wird, bei der also ein geschmolzenes Metall durch Abschrecken verfestigt wird, indem das geschmolzene Metall auf eine Metallplatte getropft wird, die auf einer festgelegten Temperatur gehalten wird, während die Umgebungstemperatur angemessen gesteuert wird, um eine insgesamt hohe Abkühlungsgeschwindigkeit bereitzustellen, oder ein Aggregat, das durch ein Vakuumverdampfungsverfahren hergestellt wird, in dem die Aufbauelemente unter Hitze verdampft werden und dann auf einem festgelegten Träger in einem ausreichen evakuierten Behälter abgeschieden werden.
So ist eine Vielzahl von nicht einkristallinen Legierungen bekannt, die durch verschiedene Verfahren hergestellt werden, und sie werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Diese nicht einkristallinen Legierungen werden in bandartige, feine linienartige, pulverige, filmartige, blockartige oder ähnliche Formen bei ihrer Anwendung umgeformt.
Als spezifisches Beispiel der genannten, nicht einkristallinen Legierungen offenbart die japanische Offenlegungsschrift Nr. 96971/1984 ein Ta-Al-Legierung, die als Material verwendbar ist, um einen Wärmeerzeugungswiderstand einer Flüssigkeitsstromaufzeichnungsvorrichtung (liquid jet recording device) aufzubauen. Diese Ta-Al-Legierung ist der Aufmerksamkeit wert, da sie leicht hergestellt werden kann, leicht in den amorphen Zustand zu verbringen ist, einen hohen Schmelzpunkt besitzt und relativ hervorragende mechanische Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen bereitstellt.
Allerdings ist diese Ta-Al-Legierung ein nicht zufriedenstellendes Material, wenn es darum geht, die Bedingungen zu erfüllen, die für die Materialien gefordert werden, die die verschiedenen kürzlich entwickelten Vorrichtungen aufzubauen, insbesondere in Bezug auf Beständigkeit gegen chemische Reaktion und elektrochemische Reaktion.
Nun wurde in den kürzlich entwickelten verschiedenen Vorrichtungen, deren Aufbauelemente jeweils aus einem bestimmten Material hergestellt sind, beim Einsatz oft mit schwierigen Umgebungsbedingungen konfrontiert, wie zum Beispiel die Situation, daß sie wiederholt chemischen oder elektrochemischen Reaktionen, starken Schlägen und dergleichen ausgesetzt sind. Es ist deshalb für solche Aufbauelemente erforderlich, eine Beständigkeit gegen solche schwierigen Umgebungsbedingungen beim Einsatz zu besitzen, nämlich rundherum alle Beständigkeitseigenschaften einschließlich der chemischen Beständigkeit, der elektrochemischen Beständigkeit, der Oxidationsbeständigkeit, der Lösungsmittelbeständigkeit, der Wärmebeständigkeit, der Beständigkeit gegen thermischen Schock, der Abriebbeständigkeit, der mechanischen Beständigkeit und dergleichen. Weiter ist es im Falle der Vorrichtung, die unter der Bedingung erhöhter Temperatur verwendet werden soll, erforderlich, daß das Aufbauelement eine hohe Wärmebeständigkeit besitzt. Insbesondere in diesem Fall beeinflussen die Wärmebedingungen das Aufbauelement in komplizierter Weise zusammen mit den chemischen und elektrochemischen Bedingungen und den Bedingungen, die mit der mechanischen Festigkeit zu tun haben. Deshalb ist es für das Aufbauelement erforderlich, einen weiter verbesserten Wert für rundherum alle Beständigkeitseigenschaften zu besitzen.
Zusätzlich werden die vorstehend genannten, komplizierten Einflüsse in dem Fall ausgesprochen groß, in dem das Material, das das Element ausmacht, Temperaturschwankungen mit extremen Unterschieden im Bereich von erhöhten Temperaturen bis zu erniedrigten Temperaturen in extrem kurzer Zeit ausgesetzt sind. Weiter gibt es zusätzlich bei den Anwendungszwecken einen Fall, daß unter Verwendung eines gegebenen Materials präzise und zuverlässige Messungen selbst unter schwierigen Umweltbedingungen durchgefährt werden müssen.
Außer den genannten Anwendungen wird, um den Hauptkörper einer Anwendung oder Komponente zu schützen, seine Oberfläche mit einem festgelegten Material im filmartigen Zustand beschichtet. In diesem Fall ist es für den Beschichtungsfilm erforderlich, nicht nur die bereits erwähnten allumfassenden Beständigkeitseigenschaften zu besitzen, sondern auch eine hohe Haftfähigkeit am Hauptkörper, der der Träger sein soll.
Allerdings ist keines der bekannten anorganischen Materialien ausreichend, die genannten Anforderungen zu erfüllen.
Im Hinblick auf die vorstehende Beschreibung ist eine anwachsende Forderung nach der Bereitstellung eines Materials vorhanden, das im ausreichenden Maße sämtliche der allumfassenden Beständigkeitseigenschaften erfüllt, wie zum Beispiel chemische Beständigkeit, elektrochemische Beständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit, Wärmebeständigkeit, Beständigkeit gegen thermischen Schock, Abriebbeständigkeit, mechanische Beständigkeit und dergleichen, unter allen erhaltenen Materialien eine bemerkenswerte geringe Schwankung der Eigenschaften aufweist eine lange Lebenszeit besitzt und leicht hergestellt werden kann.
In EP-A 0247262 wird eine Anode offenbart, die eine Beschichtung aus Iridium besitzt, das auf amorphen Metallegierungen basiert und die Verwendung dieser Anode als Halogenelektrode. Die amorphe Metallegierung auf Iridiumbasis wird durch die allgemeine Formel IriDdEeFf dargestellt, wobei D Ta oder Ti, Zr, Nb, Ru, W, Mo und Mischungen daraus darstellt, E Al, oder C, B, Si, P, Ge, As, N, Sb und Mischungen daraus darstellt, F, Rh, Pt, Pd, und Mischungen davon darstellt, I im Bereich von 35 bis 96 liegt, D im Bereich von 0 bis 40% liegt, E im Bereich von 4 bis 40% liegt und F im Bereich von 0 bis 45% liegt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein anorganisches Material bereitzustellen, das die genannten verschiedenen Anforderungen für Materialien erfüllt, die verwendet werden zur Herstellung von verschiedenen Vorrichtungen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht dann, ein nicht einkristallines Material bereitzustellen, das Iridium (Ir), Tantal (Ta) und Aluminium (Al) als notwendige Bestandteile enthält und in rundherum allen Beständigkeitseigenschaften einschließlich der chemischen Beständigkeit, der elektrochemischen Beständigkeit, der Oxidationsbeständigkeit, der Lösungsmittelbeständigkeit, der Wärmebeständigkeit, der Beständigkeit gegen thermischen Schock, der Abriebbeständigkeit, der mechanischen Beständigkeit und dergleichen hervorsticht und wünschenswert in der Herstellung von verschiedenen Vorrichtungen verwendet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein nicht einkristallines Material bereitzustellen, das Iridium (Ir), Tantal (Ta) und Aluminium (Al) als notwendige Bestandteile enthält und in rundherum allen Beständigkeitseigenschaften einschließlich der chemischen Beständigkeit, der elektrochemischen Beständigkeit, der Oxidationsbeständigkeit, der Lösungsmittelbeständigkeit, der Wärmebeständigkeit, der Beständigkeit gegen thermischen Schock, der Abriebbeständigkeit, der mechanischen Beständigkeit und dergleichen hervorsticht, das in der Haftung an einem Träger hervorsticht und wünschenswert in der Herstellung von verschiedenen Vorrichtungen verwendet werden kann.
Im Rahmen der Erfindung wurden intensive Untersuchungen an bekannten Ta- Al-Legierungen durchgeführt, um ein neues Material bereitzustellen, das in der Lage ist, den vorstehend erwähnten Erfordernissen zu entsprechen, die für Aufbaumaterialien von verschiedenen kürzlich entwickelten Vorrichtungen gewünscht werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde eine Vielzahl von Materialien hergestellt, die die drei Elemente Iridium (Ir), Tantal (Ta) und Aluminium (Al) umfassen, und Untersuchungen an diesen so erhaltenen Materialien durchgeführt. Als Ergebnis wurde gefunden, daß von den erhaltenen Materialien die nicht einkristallinen Materialien, die Ir, Ta beziehungsweise Al in einem bestimmten Zusammensetzungsverhältnis enthalten, in ausreichend hohem Maße rundherum alle Eigenschaften befriedigen, einschließlich der chemischen Beständigkeit, der elektrochemischen Beständigkeit, der Oxidationsbeständigkeit, der Lösungsmittelbeständigkeit, der Wärmebeständigkeit, der Beständigkeit gegen thermischen Schock, der Abriebbeständigkeit, der mechanischen Beständigkeit und dergleichen, und wirksam zur Herstellung von Aufbauelementen für verschiedene Vorrichtungen ohne die Begleiterscheinung von Unregelmäßigkeit in den Aufbauelementen eingesetzt werden können, und diese Aufbauelemente können für lange Zeit verwendet werden. Die Erfindung wurde auf Grundlage dieser Feststellungen erhalten.
Das erfindungsgemäße, nicht einkristalline Material ist ein amorphes Material, ein polykristallines Material oder eine Mischung aus einem polykristallinen Material und einem amorphen Material, das die drei Elemente Iridium (Ir), Tantal (Ta) und Aluminium (Al) in jeweiligen Zusammensetzungsanteilen von 28 bis 90 Atom-%, 5 bis 65 Atom-% und 1 bis 45 Atom-% und unausweichliche Verunreinigungen enthält, wobei die Gesamtmenge der Komponenten 100% beträgt (diese Materialien werden im folgenden als nicht einkristalline "Ir-Ta-Al-Verbindung" oder "Ir-Ta-Al-Legierung" bezeichnet). Die nicht einkristalline Ir-Ta-Al-Verbindung ist eine nach dem Stand der Technik unbekannte, neue Verbindung, die durch Experimente im Rahmen der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde.
Insbesondere wurden im Rahmen der Erfindung Iridium (Ir) ausgewählt im Hinblick auf ein Material, das eine hohe Wärmebeständigkeit und hohe Oxidationsbeständigkeit aufweist und chemisch stabil ist, Tantal (Ta) ausgewählt im Hinblick auf ein Material, das eine mechanische Festigkeit besitzt und Oxide bereitstellt, die die Eigenschaft einer hohen Lösebeständigkeit gegenüber Lösungsmitteln aufweisen, und Aluminium (Al) ausgewählt im Hinblick auf ein Material, das eine hohe Bearbeitbarkeit und Haftfähigkeit besitzt und Oxide bereitstellt, die die Eigenschaft einer hohen Lösebeständigkeit gegenüber Lösungsmitteln aufweisen, und dann wurde durch Sputtertechnik eine Vielzahl nicht einkristalliner Verbindungsproben hergestellt, die die drei Elemente in festgelegten Zusammensetzungsanteilen enthalten.
Die einzelnen Proben wurden hergestellt durch Bildung eines Filmes auf einem einkristallinen Si-Träger und durch Bildung eines Filmes auf einem einkristallinen Si-Träger, der mit einem thermisch aufoxidierten, 2,5 µm dicken SiO&sub2;-Film auf seiner Oberfläche versehen war, unter Verwendung einer Sputtervorrichtung (Handelsname: Sputtervorrichtung CFS-8EP, hergestellt von Kabushiki Kaisha Tokuda Seisakusho), dargestellt in Fig. 2. Unter Bezug auf Fig. 2 bedeutet die Bezeichnungszahl 201 eine Filmbildungskammer. Die Bezeichnungszahl 202 bedeutet einen Trägerhalter zum Tragen eines Trägers 203, der in der Filmbildungskammer 201 angebracht ist. Der Trägerhalter 202 besitzt eine darin eingebaute Heizvorrichtung (nicht dargestellt) zum Erhitzen des Trägers 203. Der Trägerhalter 202 ist ausgelegt für die Auf- und Abbewegung und auch für das Drehen mit Hilfe einer drehbaren Welle 217, die aus einem Ansteuermotor (nicht dargestellt) herausragt, der außerhalb des Systems eingebaut ist. Ein Targethalter 205 zum Halten eines Targets zur Bildung eines Filmes wird an einer Position in der Filmbildungskammer 201 bereitgestellt, die dem Träger 203 gegenüber liegt. Die Bezeichnungszahl 206 bezeichnet ein Al-Target, das eine Al-Platte umfaßt, die auf der Oberfläche des Targethalters 205 angebracht ist, wobei die Al- Platte eine Reinheit von mehr als 99,9 Gew.-% besitzt. Die Bezeichnungszahl 207 bezeichnet ein Ir-Target, das ein Ir-Plättchen umfaßt, das eine Reinheit von mehr als 99,9 Gew.-% besitzt und auf dem Al-Target angebracht ist. Entsprechend bezeichnet die Bezeichnungszahl 209 ein Ta-Target, das ein Ta-Plättchen umfaßt, das eine Reinheit von mehr als 99,9 Gew.-% besitzt und auf dem Al-Target angebracht ist. Das Ir-Target 207 und das Ta-Target 208, die jeweils eine festgelegte Fläche besitzen, werden individuell zu mehreren Stücken in einer festgelegten Abstandsbeziehung voneinander auf der Oberfläche des Al-Targets 206 angebracht, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Flächen und Positionen der einzelnen Ir-Targets 207 und Ta-Targets 208 sind festgelegt gemäß Kalibrierkurven, die gemäß dem Ergebnis von Untersuchungen erzeugt werden, die im voraus gemacht wurden bezüglich der Frage, wie ein Film, der das gewünschte Ir, Ta und Al in jeweils entsprechend festgelegten Zusammensetzungsanteilen enthält, aus der Beziehung der Verhältnisse der Flächen der drei Targets erhalten werden kann.
Bezeichnungszahl 218 bedeutet eine Schutzwand zur Abdeckung der Seitenflächen der Targets 206, 207 und 208, so daß sie durch Plasma von ihren Seitenflächen her nicht zerstäubt werden können. Bezeichnungszahl 204 bezeichnet eine Verschlußplatte, die bereitgestellt ist für die horizontale Bewegung, so daß sie den Raum zwischen dem Träger 203 und den Targets 206, 207 und 208 an einer Position oberhalb des Targethalters 205 abtrennt. Die Verschlußplatte 204 wird in der folgenden Weise verwendet. Insbesondere wird vor dem Beginn der Filmbildung die Verschlußplatte 204 auf eine Position oberhalb des Targethalters 205 bewegt, auf dem die Targets 206, 207 und 208 angebracht sind, und dann wird ein Inertgas, wie zum Beispiel Argon (Ar), in das Innere der Filmbildungskammer 201 über eine Gasversorgungsleitung 212 eingeleitet. Dann wird eine Hochfrequenzenergie von einer Hochfrequenzenergiequelle 215 angelegt, um das Gas in ein Plasma zu verwandeln, so daß die Targets 206, 207 und 208 durch das so hergestellte Plasma zerstäubt werden, um fremde Materialien von den Oberflächen der einzelnen Targets zu entfernen. Die Verschlußplatte 204 wird dann in eine andere Position bewegt (nicht dargestellt), an der sie nicht mit der Filmbildung in Konflikt gerät.
Die Hochfrequenzenergiequelle 215 ist über einen Leiter 216 elektrisch mit einer Umgebungswand der Filmbildungskammer 201 verbunden, und sie ist auch über einen anderen Leiter 217 elektrisch an den Targethalter 205 angeschlossen. Die Bezeichnungszahl 214 bedeutet einen Abgleichkasten.
Ein Mechanismus (nicht dargestellt) für die innere Kreislaufführung von Kühlwasser, um die Targets 206, 207 und 208 während der Filmbildung auf einer festgelegten Temperatur zu halten, ist auf dem Targethalter 205 bereitgestellt.
Die Filmbildungskammer 201 ist mit einer Absaugleitung 210 zum Evakuieren des Inneren der Filmbildungskammer versehen. Die Absaugleitung ist über ein Absaugventil 211 an eine Vakuumpumpe angeschlossen (nicht dargestellt). Die Bezeichnungszahl 202 bezeichnet eine Gasversorgungsleitung zum Einleiten von Sputtergas, wie zum Beispiel Argongas (Ar-Gas) oder Heliumgas (He-Gas), in die Filmbildungskammer 201. Die Bezeichnungszahl 213 bedeutet ein Ventil zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit des Sputtergases, das für die Gasversorgungsleitung bereitgestellt ist. Bezeichnungszahl 209 bezeichnet eine isolierende Porzellanauskleidung, die zwischen dem Targethalter 205 und der Bodenwandung der Filmbildungskammer 201 zur elektrischen Isolierung des Targethalters 205 von der Filmbildungskammer 201 eingebracht ist. Die Bezeichnungszahl 219 bezeichnet ein Vakuummeßgerät, das für die Filmbildungskammer 201 bereitgestellt ist. Der innere Druck der Filmbildungskammer 201 wird durch das Vakuummeßgerät automatisch festgestellt.
Während die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung so gestaltet ist, daß, wie vorstehend beschrieben, nur ein Targethalter bereitgestellt ist, kann anderseits eine Vielzahl von Targethaltern bereitgestellt sein. In diesem Fall sind die Targethalter in einer Beziehung gleichen Abstandes auf konzentrischen Kreisen an Positionen gegenüber dem Träger 203 in der Filmbildungskammer 201 angeordnet. Dann werden einzelne, unabhängige Hochfrequenzenergiequellen mit den einzelnen Targethaltern über individuelle Abgleichkästen elektrisch verbunden. Im Falle der vorstehend beschriebenen Anordnung werden, da drei Arten von Targets, das heißt, ein Ir-Target, ein Ta-Target und ein Al-Target verwendet werden, drei Targethalter in der Filmbildungskammer 201 wie vorstehend beschrieben angeordnet, und die Targets werden individuell auf den entsprechenden Targethaltern angebracht. Da in diesem Fall die festgelegten Hochfrequenzenergien unabhängig voneinander an die einzelnen Targets angelegt werden können, können die Zusammensetzungsanteile der Filmbildungselemente für die Filmbildung zur Bildung eines Filmes variiert werden, worin eines oder mehrere der Elemente Ir, Ta und Al in der Dickenrichtung variiert werden.
Die Herstellung individueller Proben unter Verwendung der Vorrichtung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, wurde unter den folgenden Filmbildungsbedingungen durchgeführt, mit der Ausnahme, daß jedesmal, wenn eine Probe hergestellt werden sollte, die Anordnung der Ir-Targets 207 und der Ta-Targets 208 auf dem Al-Target 206 unter Berücksichtigung der Kalibrierkurven durchgeführt wurde, die im voraus für eine nicht einkristalline Verbindung (Film) mit festgelegten zu erhaltenen entsprechenden Zusammensetzungsverhältnissen von Ir, Ta und Al hergestellt wurden.
Träger, die auf dem Trägerhalter 202 angebracht wurden: Ein einkristalliner Si- Träger mit einem Durchmesser von 4 inch (hergestellt von Wacker, ein Stück) und ein einkristalliner Si-Träger mit einem Durchmesser von 4 inch, auf dem ein SiO&sub2;-Film von 2,5 µm Dicke gebildet wurde (hergestellt von Wacker, 3 Stücke)
Trägertemperatur: 50ºC
Grunddruck: 12,6 · 10&supmin;&sup4; Pa oder weniger
Hochfrequenzenergie (RF): 1000 Watt
Sputtergas und Gasdruck: Argongas, 0,4 Pa
Filmbildungszeit: 12 min.
Es wurde eine Elektronensondenmikroanalyse durchgeführt, um eine Bestandteilsanalyse von einigen der in der vorstehend beschriebenen Art erhaltenen Proben durchzuführen, die jeweils durch Bildung eines Filmes auf einem Träger mit einem SiO&sub2;-Film unter Verwendung eines EPM-810, hergestellt von Kabushiki Kaisha Shimazu Seisakusho, hergestellt wurden, und dann wurden die Proben, die hergestellt wurden, indem jeweils ein Filmes auf einem einkristallinen Si-Träger gebildet wurde, bezüglich ihrer Kristallinität mit Hilfe eines Röntgendiffraktometers (Handelsname: MXP³, hergestellt von MacScience) untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse wurden gemeinsam in Fig. 3 dargestellt. Insbesondere ist ein Fall, bei dem die Probe eine polykristalline Verbindung ist, durch die Markierung " " bezeichnet, ein anderer Fall, worin die Probe eine Verbindung ist, die eine polykristalline Verbindung und eine amorphe Verbindung umfaßt, durch die Markierung "x" bezeichnet und ein weiterer Fall, worin die Probe eine amorphe Verbindung ist, durch die Markierung " " bezeichnet. Darauffolgend wurde unter Verwendung einiger der übriggebliebenen Proben, die jeweils durch Bildung eines Filmes auf einem Träger mit einem SiO&sub2;-Film hergestellt wurden, ein Flüssigkeitseintauchtest zur Untersuchung der Eigenschaften einer Beständigkeit gegenüber einer elektrochemischen Reaktion und einer Beständigkeit gegenüber einem mechanischen Schock durchgeführt, und weiter wurde unter Verwendung der übriggebliebenen Proben, die durch Bildung eines Filmes auf einem Träger mit einem SiO&sub2;-Film hergestellt wurden, ein Schrittbelastungstest (SST) durchgeführt zur Beobachtung der Wärmebeständigkeitseigenschaft und der Schockbeständigkeitseigenschaft in Luft. Der genannte Flüssigkeitseintauchtest wurde mit einer ähnlichen Technik durchgeführt wie bei einem "Blubberbeständigkeitstest in einer Flüssigkeit niedriger Leitfähigkeit", der im folgenden beschrieben wird, mit der Ausnahme, daß als Flüssigkeit für das Eintauchen eine Flüssigkeit verwendet wurde, die Natriumacetat umfaßte, das zu 0,15 Gew.-% in einer Lösung aufgelöst wurde, die zu 70 Gew.-% aus Wasser und 30 Gew.-% aus Diethylenglycol bestand. Der genannte SST wurde mit einer ähnlichen Technik durchgeführt wie beim "Schrittbelastungstest", der im folgenden beschrieben wird. Die folgenden Ergebnisse wurden durch synthetische Untersuchung der Ergebnisse, die im Flüssigkeitseintauchtest erhalten wurden, und der Ergebnisse die im SST erhalten wurden, gewonnen. Insbesondere wurde deutlich, wie durch die Abschnitte (a), (b)und (c) in Fig. 5 dargestellt, daß Proben, die gebrauchsfähig sind, solche Proben darstellen, die im Bereich von (a) + (c) liegen, und weiter bevorzugte Proben im Bereich von (a) und (b) liegen und besonders bevorzugte Proben im Bereich von (a) liegen. Dann wurde weiter klar, daß die besonders bevorzugten Proben eine vergleichsweise große Menge polykristalliner Verbindungen enthalten, und eine Verbindung enthalten, die eine Mischung aus einer polykristallinen Verbindung und einer amorphen Verbindung enthält, und eine amorphe Verbindung enthalten. Nachfolgend wurden die Zusammensetzungsanteile von Ir, Ta und Al bei den Proben im wünschenswerten Bereich [(a)+(b)+(c)] untersucht, wie er vorstehend beschrieben wurde, und es wurde gefunden, daß sie 28 bis 90 Atom-% Ir, 5 bis 65 Atom-% Ta und 1 bis 45 Atom-% Al enthalten. Ahnlich wurde, was die Proben im weiter bevorzugten Bereich [(a)+(b)] betrifft, gefunden, daß sie 35 bis 85 Atom-% Ir, 5 bis 50 Atom-% Ta und 1 bis 45 Atom-% Al enthalten. Weiter wurde, was die Proben im besonders bevorzugten Bereich [(a)] betrifft, gefunden, daß sie 45 bis 85 Atom-% Ir, 5 bis 50 Atom-% Ta und 1 bis 45 Atom-% Al enthalten.
Aus den vorstehend beschriebenen Ergebnissen wurde im Rahmen der Erfindung sichergestellt, daß eine nicht einkristalline Ir-Ta-Al-Verbindung, die Ir, Ta und Al als notwendige Bestandteile in den entsprechenden Zusammensetzungsanteilen enthält, die im folgenden dargestellt sind, in der chemischen Stabilität, der elektrochemischen Stabilität, der Wärmebeständigkeit, der Beständigkeit gegen thermischen Schock, der Beständigkeit gegen Aushöhlung und der Beständigkeit gegenüber Erosion hervorsticht:
28 Atom-% ≤ Ir ≤ 90 Atom-%,
5 Atom-% ≤ Ta ≤ 65 Atom-% und
1 Atom-% ≤ Al ≤ 45 Atom-%.
Weiter untersuchte man im Rahmen der Erfindung diese nicht einkristalline Ir- Ta-Al-Verbindung in Bezug auf verschiedene Untersuchungspunkte, und als Ergebnis wurde die folgenden Tatsachen gefunden. Das heißt, daß die nicht einkristalline Ir-Ta-Al-Verbindung bemerkenswert hervorsticht in den allumfassenden Beständigkeitseigenschaften, einschließlich der chemischen Stabilität, der elektrochemischen Stabilität, der Beständigkeit gegen Oxidation, der Lösungsmittelbeständigkeit, der Wärmebeständigkeit, der Beständigkeit gegen thermischen Schock, der Abriebbeständigkeit, der mechanischen Beständigkeit und dergleichen. Die nicht einkristalline Ir-Ta-Al-Verbindung sticht auch in der Haftung an einer Verbindung hervor, und ein Element, das mit einem Beschichtungsfilm versehen ist, der diese Verbindung umfaßt, kann in verschiedenen Anwendungen verwendet werden.
Entsprechend besteht ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung darin, eine nicht einkristalline Verbindung bereitzustellen, die im wesentlichen aus Ir, Ta und Al besteht und das Ir, Ta, Al in den folgenden entsprechenden Zusammensetzungsanteilen enthält:
28 Atom-% ≤ Ir ≤ 90 Atom-%,
5 Atom-% ≤ Ta ≤ 65 Atom-% und
1 Atom-% ≤ Al ≤ 45 Atom-% und
unausweichliche Verunreinigungen, wobei die Gesamtmenge der Bestandteile 100% ausmacht.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine nicht einkristalline Verbindung bereitzustellen, die im wesentlichen aus Ir, Ta und Al besteht und das Ir, Ta, Al in den folgenden entsprechenden Zusammensetzungsanteilen enthält:
35 Atom-% ≤ Ir ≤ 85 Atom-%,
5 Atom-% ≤ Ta ≤ 50 Atom-% und
1 Atom-% ≤ Al ≤ 45 Atom-% und
unausweichliche Verunreinigungen, wobei die Gesamtmenge der Bestandteile 100% ausmacht.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, eine nicht einkristalline Verbindung bereitzustellen, die im wesentlichen aus Ir, Ta und Al besteht und das Ir, Ta, Al in den folgenden entsprechenden Zusammensetzungsanteilen enthält:
45 Atom-% ≤ Ir ≤ 85 Atom-%,
5 Atom-% ≤ Ta ≤ 50 Atom-% und
1 Atom-% ≤ Al ≤ 45 Atom-% und
unausweichliche Verunreinigungen, wobei die Gesamtmenge der Bestandteile 100% ausmacht.
Wen auch die Gründe, warum die bestimmte, nicht einkristalline Ir-Ta-Al- Verbindung gemäß vorstehender Beschreibung solche verschiedenen bemerkenswerten Wirkungen aufweist, wie vorstehend beschrieben, nicht klar sind, so wird doch in der vorliegenden Erfindung vermutet, daß einer der Gründe darin besteht, daß das Ir durch die Eigenschaft hoher Wärmebeständigkeit und die Eigenschaft hoher Oxidationsbeständigkeit und chemische Stabilität hervorsticht und deshalb das Auftreten einer Reaktion verhindert, das Ta eine mechanische Festigkeit bereitstellt und die Eigenschaft einer Lösebeständigkeit mitbringt, und das Al, das gemeinsam mit den anderen Elementen vorhanden ist, dem Legierungsmaterial eine Ausbreitungseigenschaft bereitstellt, die Spannung optimiert und die Haftfähigkeit und die Rauhigkeit erhöht.
Im Rahmen der Erfindung wurde durch Experimente bestätigt, daß im Fall, in dem eine nicht einkristalline Ir-Ta-Al-Verbindung, die nicht der spezifischen Ir- Ta-Al-Verbindung gemäß vorstehender Beschreibung entsprach, (das heißt, eine amorphe Ir-Ta-Al-Legierung, eine polykristalline Ir-Ta-Al-Legierung oder eine Mischung dieser Legierungen) verwendet wird, solche Probleme auftreten, wie sie im folgenden beschrieben werden.
Das heißt, das Produkt wird derart, daß es ungenügend ist im Bezug auf die Beständigkeit gegen Aushöhlung, die Beständigkeit gegen Erosion, die chemische und elektrochemische Beständigkeit, die Wärmebeständigkeit, die Haftfähigkeit, die innere Spannung und dergleichen und keine ausreichende Beständigkeit bereitstellt im Fall, in dem Aushöhlungserosion und thermischer Schock in einer Atmosphäre mit erhöhter Temperatur, einer sauren Atmosphäre oder einer korrosiven Atmosphäre verursacht werden. Wenn zum Beispiel das Ir im Überschuß vorhanden ist, wird oft die Entfernung eines Filmes verursacht. Wenn das Ta und/oder das Al im Überschuß vorhanden sind, gibt es eine Neigung, Oxidation oder Erosion signifikant zu verursachen.
Die vorstehende, nicht einkristalline Ir-Ta-Al-Verbindung, die von der Erfindung bereitgestellt wird, sticht in rundherum alle Beständigkeitseigenschaften einschließlich der chemischen Beständigkeit, der elektrochemischen Beständigkeit, der Oxidationsbeständigkeit, der Lösungsmittelbeständigkeit, der Wärmebeständigkeit, der Beständigkeit gegen thermischen Schock, der Abriebbeständigkeit, der mechanischen Beständigkeit und dergleichen hervor und kann deshalb wirkungsvoll in verschiedenen Anwendungen verwendet werden. Zum Beispiel kann sie wirkungsvoll als Beschichtungsmaterial verwendet werden, um die Oberfläche einer Langmuir-Sonde zu beschichten, die unter schwierigen Umgebungsbedingungen im Hochtemperaturplasma, bei plötzlichen Druckänderungen und dergleichen verwendet wird.
Jede der erfindungsgemäßen, spezifischen, nicht einkristallinen Ir-Ta-Al-Verbindungen wird normalerweise in Form einer Einzelschichtstruktur verwendet. Sie kann in einigen Fällen auch in Form einer Mehrschichtstruktur verwendet werden. Weiter ist es, was eine Schicht, die aus einer der nicht einkristallinen Ir-Ta- Al-Verbindungen gebildet ist, betrifft, nicht immer notwendig, daß die Zusammensetzung der drei Elemente, die die Verbindung ausmachen, das heißt, Ir, Ta und Al, gleichmäßig über die gesamte Fläche der Schicht verteilt ist. Insbesondere kann beziehungsweise können eines oder mehrere der drei Elemente ungleichmäßig in Richtung der Dicke der Schicht verteilt sein, soweit das Zusammensetzungsverhältnis der verschiedenen Elemente Ir, Ta und Al innerhalb eines der spezifischen Bereiche bleibt, die vorstehend beschrieben wurden. In dem Fall zum Beispiel, in dem eine Einzelschichtstruktur, die die erfindungsgemäße nicht einkristalline Verbindung umfaßt, auf einem Träger gebildet wird, wenn die Schicht, die die nicht einkristalline Ir-Ta-Al-Verbindung umfaßt, so gebaut ist, daß das Al darin in einer relativ hohen Konzentration im Schichtbereich in Nachbarschaft zum Träger verteilt ist, wird die Haftung zwischen der Schicht und dem Träger weiter verbessert.
Wenn in dem Fall, in dem eine Zweischichtstruktur, die zwei Schichten umfaßt, die jeweils die erfindungsgemäße nicht einkristalline Ir-Ta-Al-Verbindung umfassen und aufeinandergeschichtet sind, auf einem Träger ab geschieden wird, und eine der zwei Schichten, die in Nachbarschaft zum Träger positioniert ist, so gestaltet wird, daß das Al in einer relativ hohen Konzentration im Schichtbereich in Nachbarschaft zum Träger verteilt ist, genau wie im vorstehenden Fall, wird sichergestellt, daß die Haftung zwischen der Schichtstruktur und dem Träger wünschenswerter Weise ähnlich ist wie im vorstehenden Fall.
Während weiter im allgemeinen die Oberfläche oder das Innere einer Schicht manchmal oxidiert wird, während sie mit der atmosphärischen Luft in Berührung kommt, oder während ihrer Bildung, werden die Wirkungen der erfindungsgemäßen Verbindung nicht verschlechtert durch eine solche geringe Oxidation der Oberfläche oder des Inneren eines Produktes. Als damit zusammenhängende Verunreinigung kann wenigstens ein Element genannt werden, ausgewählt aus zum Beispiel beginnend mit O durch die vorstehend beschriebene Oxidation, C, Si, B, Na, Cl und Fe.
Die erfindungsgemäße nicht einkristalline Verbindung kann zum Beispiel durch ein Gleichspannungssputterverfahren hergestellt werden, worin einzelne Materialien gleichzeitig oder abwechselnd aufgehäuft werden, ein Hochfrequenzsputterverfahren, ein Ionenstrahlsputterverfahren, ein Vakuumabscheidungsverfahren, ein CVD-Verfahren oder eine Filmbildungsverfahren, worin eine Paste aufgebracht und gebrannt wird, die ein organisches Metall enthält, oder dergleichen.
Als Träger zur Verwendung für die Bildung einer Schicht, die die vorstehende nicht einkristalline Ir-Ta-Al-Verbindung umfaßt, auf seiner Oberfläche, um ein Element zu erhalten, kann ein geeigneter Träger selektiv verwendet werden, abhängig von der Art einer Vorrichtung, die hergestellt werden soll. Unter dem Gesichtspunkt der Absicherung der Haftung zwischen Träger und nicht einkristalliner Ir-Ta-Al-Verbindung ist einer wünschenswert, der wenigstens eine Sorte umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus W, Re, Ta, Mo, Os, Nb, Ir, Hf, Ru, Fe, Ni, Co, Cu und Al oder rostfreiem Edelstahl oder Messing.

Herstellungsbeispiel 1

Ein einkristalliner Si-Träger (hergestellt von Wacker) und ein anderer einkristalliner Si-Träger mit einem SiO&sub2;-Film von 2,5 µm Dicke (hergestellt von Wakker), der auf seiner Oberfläche gebildet ist, wurden als die Träger 203 in Position gebracht zum Sputtern auf dem Trägerhalter 202 in der Filmbildungskammer 201 der vorstehend beschriebenen Hochfrequenzsputterapparatur, die in Fig. 2 dargestellt ist, und unter Verwendung eines zusammengesetzten Targets, das eine Ta-Platte 208 und eine Ir-Platte 207 mit großer Reinheit, die größer als 99,9 Gew.-% ist, einschließt, die auf einem Al-Target 206 angeordnet sind, das aus einem Material ähnlicher Reinheit hergestellt ist, wurde ein Sputtern durchgeführt unter den folgenden Bedingungen, um eine Legierungsschicht mit einer Dicke von etwa 2000 Å zu bilden.
Sputterbedingungen:
Targetflächenverhältnis: Al:Ta:Ir = 70 : 12 : 18
Targetfläche: 5 inch (127 mm) Durchmesser
Hochfrequenzenergie: 1000 Watt
Festgelegte Trägertemperatur: 50ºC
Filmbildungszeit: 12 min
Grunddruck: 2,6 · 10&supmin;&sup4; Pa oder weniger
Sputtergastemperatur: 0,4 Pa (Argon).
Was weiter den Träger mit einem SiO&sub2;-Film betrifft, auf dem die Legierungsschicht gebildet wurde, wurde das zusammengesetzte Target nachfolgend durch ein anderes Target ersetzt, das nur aus Al hergestellt war, und es wurde mit einem gewöhnlichen Sputterverfahren auf der Legierungsschicht eine Al-Schicht gebildet, die dazu diente, die Elektroden 4 und 5 zu bilden und eine Schichtdicke von 6000 Å besaß, wodurch das Sputtern vervollständigt wurde.
Danach wurde ein Fotoresist zweimal in einem festgelegten Muster durch eine Fotolithografietechnik gebildet und die Legierungsschicht wurde trocken geätzt, zuerst durch Naßätzen der Aluminiumschicht und zum zweiten durch Ionentrimmen, zur Bildung eines Wärmeerzeugungswiderstandes 3 und der Elektroden 4 und 5 der Gestalt, die in Fig. 1(c) dargestellt ist. Die Abmessungen des Wärmeerzeugungsbereiches betrugen 30 µm · 170 µm, während der Abstand der Wärmeerzeugungsbereiche 125 µm betrug, und eine Gruppe, in der 24 solcher Wärmeerzeugungsbereiche in einer Reihe angeordnet waren, wurde auf dem Träger mit einem SiO&sub2;-Film gemäß vorstehender Beschreibung gebildet.
Nachfolgend wurde ein SiO&sub2;-Film auf seiner Oberfläche durch Sputtern gebildet, und der SiO&sub2;-Film wurde unter Verwendung einer Fotolithografietechnik und dem reaktiven Ionenätzen in einer solchen Weise gemustert, daß Bereiche von 10 µm Breite auf gegenüberliegenden Seiten der Wärmeerzeugungsbereiche und der Elektroden abgedeckt sind, zur Bildung einer Schutzschicht 6, wodurch eine Vorrichtung erhalten wurde, die in Fig. 1(a) und 1(b) dargestellt ist. Die Abmessungen der Wärmewirkbereiche 7 betrug 30 µm · 150 µm.
Das Produkt in einem solchen Zustand wurde für jede der Gruppen einer Schneideoperation unterworfen zur Herstellung einer Vielzahl von Vorrichtungen, und eine Untersuchungsprüfung, die im folgenden beschrieben wird, wurde für einige davon durchgeführt.

(1) Analyse der Filmzusammensetzung

Eine EPMA (Elektronensondenmikroanalyse) wurde für den Wärmewirkbereich der keinen Schutzfilm trug, unter den folgenden Bedingungen durchgeführt unter Verwendung des Meßinstrumentes, das vorstehend beschrieben wurde, zur Durchführung einer Zusammensetzungsanalyse.
Beschleunigungsspannung 15 kV
Sondendurchmesser 10 µm
Sondenstrom 10 nA.
Die Ergebnisse der Analyse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Es ist festzustellen, daß eine quantitative Analyse nur für die Hauptbestandteile der Targets als Rohmaterialien durchgeführt wurde, nicht aber für das Argon, das normalerweise durch Sputtern in einen Film aufgenommen wird. Weiter wurde durch gleichzeitigen Einsatz einer qualitativen Analyse und einer quantitativen Analyse bestätigt, daß andere Verunreinigungselemente jeder Probe niedrigere Konzentrationen besaßen als ein Nachweisfehler (etwa 0,1 Gew.-%) der Analysevorrichtung.

(2) Messung der Filmdicke

Die Messung der Filmdicke wurde durchgeführt durch schrittweise Messung unter Verwendung einer Konturmeßvorrichtung von Tracer-Typ (alpha-step 200, hergestellt von Tencor Instruments).
Die Ergebnisse der Messung sind in der Tabelle 1 dargestellt.

(3) Messung der Kristallinität des Filmes

Ein Röntgenbeugungsmuster wurde gemessen unter Verwendung eines Meßinstrumentes, daß vorstehend beschrieben wurde, und die Proben wurden in drei Typen eingeteilt, die den kristallinen Typ (C) einschlossen, bei dem durch das Kristall ein scharfer Peak zu sehen war, solche (A), die keinen scharfen Peak ergaben und als im amorphen Zustand vorliegend angesehen wurden, und solche (M) bei denen die zwei in einem gemischten Zustand vorhanden waren.
Die Ergebnisse der Messung sind in Tabelle 1 dargestellt.

(4) Messung der Dichte des Filmes

Die Veränderung des Gewichtes des Trägers vor und nach der Bildung eines Filmes wurde gemessen unter Verwendung einer Ultramikrowaage, hergestellt von Inaba Seisakusho Ltd., und die Dichte wurde berechnet aus einem Wert, der bei der Messung erhalten wurde, und den Flächen und der Dicke des Filmes.

(5) Messung der inneren Spannung des Filmes

Eine Verwerfung wurde gemessen für die zwei verlängerten Glasträger vor und nach Bildung des Filmes, und eine innere Spannung wurde herausgefunden durch eine Berechnung aus dem Wert einer solchen Änderung und einer Länge, einer Dicke, einem Young'schen Modul, dem Poisson'schen Verhältnis und der Filmdicke.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

(6) Blasenbeständigkeitstest in einer schlecht leitenden Flüssigkeit

Die Vorrichtung, die mit einer Schutzschicht 6 versehen war, die gemäß vorstehender Beschreibung erhalten wurde, wurde mit einem Bereich, an dem die Schutzschicht 6 bereitgestellt war, in eine Flüssigkeit mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit eingetaucht, die im folgenden beschrieben wird, und eine Rechteckspannung mit einer Breite von 7 µs und einer Frequenz von 5 kHz wurde von einer externen Energiequelle zwischen den Elektroden 4 und 5 angelegt, während die Spannung allmählich erhöht wurde, um eine Schwellenspannung der Blasenerzeugung (Vth), bei der die Flüssigkeit anfing, Blasen zu bilden, zu erhalten.

Zusammensetzung der Flüssigkeit

Wasser 70 Gew.-%
Diethylenglycol 30 Gew.-%
elektrische Leitfähigkeit 25 µS/cm.
Darauffolgend wurde eine Pulsspannung die dem 1,1-fachem der Spannung Vth entsprach, in der Flüssigkeit angelegt, um die Erzeugung von Blasen zu wiederholen, um die Zahl der angelegten Pulse zu messen, bis jeder der 24 Wärmewirkbereiche 7 in einen Zustand mit Unterbrechung überführt war, und ein Mittelwert der Pulse wurde berechnet (dieser Blasenbeständigkeitstest in Flüssigkeiten wird in folgenden allgemein als "Flüssigkeitseintauchtest" bezeichnet). Die erhaltenen Werte sind in Tabelle 1 als relative Werte dargestellt (die Spalte "klar" des "Flüssigkeitseintauchtest" aus Tabelle 1) relativ zum Referenzwert, der durch einen mittleren Wert der Ergebnisse der Messung im Blasenbeständigkeitstest bereitgestellt wurde, der durchgeführt wurde in einer Flüssigkeit mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit in Vergleichsbeispiel 7, das im folgenden beschrieben wird.
Es ist festzustellen, daß, weil die Flüssigkeit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung eine niedrige elektrische Leitfähigkeit aufweist, der Einfluß einer elektrochemischen Reaktion niedrig ist und ein Hauptfaktor des Bruches durch thermischen Schock, Höhlungsbildung, Erosion und dergleichen verursacht wird. Die Beständigkeit ihnen gegenüber kann herausgefunden werden durch den folgenden Test.

(7) Blasenbeständigkeitstest in einer Flüssigkeit mit hoher elektrischer Leitfähigkeit

Darauffolgend wurde ein Blasenbeständigkeitstest in einer Flüssigkeit mit hoher elektrischer Leitfähigkeit durchgeführt, die im folgenden beschrieben wird, in der gleichen Weise wie im Fall (6). In diesem Fall wurde nicht nur eine Zahl der angelegten Impulse, sondern auch eine Veränderung des Widerstandes der Wärmeerzeugungsbereiche vor und nach dem Anlegen der Impulssignale gemessen.

Flüssigkeitszusammensetzung

Wasser 70 Gew.-%
Diethylenglycol 29,85 Gew.-%
CH&sub3;COONa 0,15 Gew.-%
Elektrische Leitfähigkeit 1,0 mS/cm.
Die Werte der Messung wurden als Mittelwerte in der gleichen Weise, wie in (6) vorstehend beschrieben, berechnet, und die erhaltenen Werte sind in Tabelle 1 aufgeführt (die Spalte "schwarz" des "Flüssigkeitseintauchtestes" von Tabelle 1) als relative Werte relativ zum Referenzwert, der durch einen mittleren Wert der Ergebnisse der Messung, die im Blasenbeständigkeitstest in einer Flüssigkeit mit hoher elektrischer Leitfähigkeit in Vergleichsbeispiel 7 erhalten wurde, das im folgenden beschrieben wird.
Es ist anzumerken, daß die Flüssigkeit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung eine so hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, daß der elektrische Strom auch in der Flüssigkeit fließt, wenn eine Spannung angelegt wird. Deshalb kann gemäß dem beschriebenen Test die Situation unterschieden werden, ob oder ob nicht eine elektrochemische Reaktion Schaden an den Wärmeerzeugungsbereichen zusätzlich zu einem Schock oder Erosion durch Aushöhlung verursacht.
Zusätzlich macht es die Veränderung des Widerstandes im Wärmeerzeugungsbereich möglich, eine Änderung der Qualität der nicht einkristallinen Verbindung aufgrund von Wärme oder elektrochemischer Reaktion abzuschätzen.

(8) Schrittbelastungstest (SST)

Ein Schrittbelastungstest, worin die pulsförmige Spannung allmählich in festgelegten Stufen angehoben wurde (6 · 10&sup5; Impulse, 2 min), während eine ähnliche Pulsbreite und Frequenz wie in (6) und (7) eingesetzt wurden, wurde in Luft durchgeführt, und ein Verhältnis (M) zwischen einer Durchbruchsspannung (VDurchbruch) und Vth, die in (6) gefunden wurde, wurde gefunden, und eine Temperatur, die die Wärmewirkfläche bei VDurchbruch erreichte, wurde abgeschätzt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Es ist festzustellen, daß aus den Ergebnissen des Testes eine Wärmebeständigkeitseigenschaft und eine thermische Schockbeständigkeitseigenschaft des Materials, das an Luft untersucht werden mußte, unterschieden werden können.

(9) Gesamtbewertung

Eine Gesamtbewertung wurde durchgeführt auf Grundlage der im folgenden beschriebenen Kriterien, und die Ergebnisse wurden in Tabelle 1 dargestellt.
: Das Verhältnis (relativer Wert) des Ergebnisses des Beständigkeitstestes durch den Flüssigkeitseintauchtest in eine Flüssigkeit mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit: ≥ 7,
das Verhältnis (relativer Wert) des Ergebnisses des Beständigkeitstestes durch den Flüssigkeitseintauchtest in eine Flüssigkeit mit hoher elektrischer Leitfähigkeit: ≥ 4,
Widerstandsschwankung: ≤ 5%, SST M: ≤ 1,7.
: Im Fall, in dem der Wert des SST M des Bewertungspunktes im Fall des vorstehenden ≥ 1,55 ist.
: Im Fall, in dem der Wert des SST M des Bewertungspunktes im Fall des vorstehenden ≥ 1,50 ist.
x: Im Fall, in dem ein beliebiges der Ergebnisse des Flüssigkeitseintauchtestes in Flüssigkeit mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, der Widerstandsschwankung und des SST M bei der Untersuchung niedriger liegt als im Fall des in der Gesamtbewertung.

Herstellungsbeispiele 2 bis 12 und 14 bis 19

Vorrichtungen wurden in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Flächenverhältnis der einzelnen Rohmaterialien des Sputtertargets auf verschiedene Weise geändert wurde, wie in Tabelle 1 dargestellt. Analyse und Bewertung wurden durchgeführt mit jeder der so erhaltenen Vorrichtungen in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 13

Eine Vorrichtung wurde in der gleichen Weise hergestellt wie in Herstellungsbeispiel 1, mit der Ausnahme, daß der Film (nicht einkristalline Verbindung), der in Herstellungsbeispiel 12 erhalten wurde, 12 min lang in einem Infrarotstrahlungsofen in einer Stickstoffatmosphäre auf 1000ºC erhitzt wurde, um ihn zu kristallisieren.
Analyse und Bewertung wurden mit jedem der so erhaltenen Vorrichtungen in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Beispiel 20

Die Sputtervorrichtung, die in Herstellungsbeispiel 1 verwendet wurde, wurde in eine Filmbildungsvorrichtung abgewandelt, die drei Targethalter in der Filmbildungskammer besaß und eine Hochfrequenzenergie konnte an jedem der Targethalter unabhängig voneinander angelegt werden. Weiter wurden Targets aus Al, Ta und Ir, die jeweils eine Reinheit von mehr als 99,9 Gew.-% besaßen, auf den drei Targethaltern der Vorrichtung befestigt, so daß die drei Arten von Metallen unabhängig voneinander und gleichzeitig miteinander zerstäubt werden konnten. Mit der vorliegenden Vorrichtung wurde eine Filmbildung durch mehrdimensionales, gleichzeitiges Sputtern unter dem im folgenden beschriebenen Bedingungen unter Verwendung von Trägern ähnlich denen in Herstellungsbeispiel 1 durchgeführt. Sputterbedingungen Target Nr. Verbindung angelegte Energie (W)
Targetfläche: jeweils 5 inch (1,27 mm) Durchmesser
Trägertemperatur: 50ºC
Filmbildungszeit: 6 min
Grunddruck: 2,6 · 10&supmin;&sup4; Pa oder weniger
Sputtergasdruck: 0,4 Pa (Ar).
Die an das Ir-Target und das Ta-Target angelegten Spannungen wurden kontinuierlich vergrößert in Form einer linearen Funktion bezüglich der Filmbildungszeit.
Analyse und Bewertung ähnlich denen in Herstellungsbeispiel 1 wurden mit den so erhaltenen Filmen durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Was die Zusammensetzung des Filmes betrifft, wurde die Filmbildung getrennt unter festgelegten Bedingungen durchgeführt, während die anfänglich angelegte Energie oder die nach Beendigung angelegte Energie konstant gehalten wurde, und eine quantitative Analyse durch EPMA wurde in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse der Analyse waren die folgenden:
Im Fall, in dem die anfänglich angelegte Spannung auf einem festen Wert gehalten wurde:
Al:Ta:Ir=35 : 26 : 39 (1)
Im Fall, in dem die nach Beendigung angelegte Spannung auf einem festgelegten Wert gehalten wurde:
Al:Ta:Ir=21 : 32 : 47 (2)
Aufgrund dieser Ergebnissen wurde angenommen, daß der Bereich der Trägerseite und der Bereich der Oberflächenseite des vorstehend erhaltenen Filmes die Zusammensetzungen (1) beziehungsweise (2) gemäß vorstehender Beschreibung besitzen, und sich die Zusammensetzung vom Bereich der Trägerseite zum Bereich der Oberflächenseite kontinuierlich von (1) auf (2) ändert. Durch Änderung der Zusammensetzung in Richtung der Dicke in dieser Art und Weise kann die Haftfähigkeit eines Filmes auf dem Träger weiter verbessert und die innere Spannung wünschenswert gesteuert werden.

Beispiel 21

Unter Verwendung der gleichen Vorrichtung, wie sie in Herstellungsbeispiel 20 verwendet wurde, wurde eine Filmbildung durchgeführt unter den gleichen Bedingungen wie hier, mit der Ausnahme, daß die angelegte Energie in einer solchen Weise geändert wurde, wie nachfolgend beschrieben, und die Analyse und die Bewertung ähnlich denen in Herstellungsbeispiel 1 wurden mit den so erhaltenen Vorrichtungen durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Bedingungen der angelegten Energie Target Nr. Verbindung angelegte Energie (W) 0 bis 3 min 3 bis 6 min
In diesem Fall wurde ein Film mit Schichtstruktur, der die obere und die untere Schicht umfaßte, erhalten, und die Zusammensetzungen der oberen Schicht und der unteren Schicht waren verschieden voneinander. Und, da das Al in einem vergleichsweise großen Menge in der Bereich der Schicht in Nachbarschaft zum Träger enthalten ist, ist die Haftung des zweischichtigen Körpers auf dem Träger sichergestellt.

Vergleichsbeispiele 1 bis 6

Vorrichtungen wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Flächenverhältnis der einzelnen Rohmaterialien des Sputtertargets während der Filmbildung auf verschiedene Weise geändert wurde, wie in Tabelle 1 dargestellt.
Analysen und Untersuchung wurden mit den so erhaltenen Vorrichtungen in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 7

Eine Vorrichtungen wurde in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein Al-Target, auf dem ein Ta-Plättchen bereitgestellt war, als ein Sputtertarget bei der Filmbildung verwendet wurde, und das Flächenverhältnis der Rohmaterialien des Sputtertargets so geändert wurde, wie in der Spalte des Vergleichsbeispiels 7 in Tabelle 2 dargestellt.
Analyse und Bewertung wurden mit den so erhaltenen Vorrichtungen in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Es ist festzustellen, daß die Ergebnisse des Flüssigkeitseintauchtestes im vorliegenden Vergleichsbeispiel als Referenzwert für die Ergebnisse des Flüssigkeiteintauchtestes der anderen Beispiele (Herstellungsbeispiele und andere Vergleichsbeispiele) verwendet wird. Insbesondere wurde, wie in Tabelle 2 dargestellt, der Wert des Flüssigkeitseintauchtestes im vorliegenden Vergleichsbeispiel auf 1 festgelegt sowohl für den Fall bei der Verwendung einer Flüssigkeit mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit und dem Fall der Verwendung einer Flüssigkeit mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Im vorliegenden Vergleichsbeispiel betrug das Ergebnis des Flüssigkeitseintauchtestes unter Verwendung einer Flüssigkeit mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit etwa das 0,7-fache des Ergebnisses des Flüssigkeitseintauchtestes unter Verwendung der Flüssigkeit mit hoher elektrischer Leitfähigkeit.

Vergleichsbeispiele 8 bis 11

Vorrichtungen wurden in der gleichen Weise hergestellt wie in Herstellungsbeispiel 1, mit der Ausnahme, daß ein Al-Target auf dem ein Ta-Plättchen bereitgestellt war, als Sputtertarget bei der Filmbildung verwendet wurde, und das Flächenverhältnis der einzelnen Rohmaterialien des Sputtertargets wurden, wie in Tabelle 2 dargestellt, geändert.
Analyse und Auswertung wurden mit den so erhaltenen Vorrichtungen in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.

Vergleichsbeispiele 12, 13 und 14

Vorrichtungen wurden in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein Al-Target, auf dem ein Ir-Plättchen bereitgestellt wurde, als Sputtertarget bei der Filmbildung verwendet wurde, und das Flächenverhältnis der einzelnen Rohmaterialien des Sputtertargets geändert wurde, wie in Tabelle 3 dargestellt.
Analyse und Bewertung wurden mit den so erhaltenen Vorrichtungen in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 15

Eine Vorrichtungen wurde in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein Ta-Target als ein Sputtertarget bei der Filmbildung verwendet wurde.
Analyse und Bewertung wurden mit der so erhaltenen Vorrichtung in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.

Vergleichsbeispiele 16 bis 21

Vorrichtungen wurde in der gleichen Weise wie in Herstellungsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein Ta-Target, auf dem ein Ir-Plättchen bereitgestellt war, als ein Sputtertarget bei der Filmbildung verwendet wurde, und das Flächenverhältnis der einzelnen Rohmaterialien des Sputtertarget wurde variiert, wie in Tabelle 4 dargestellt.
Analyse und Bewertung wurden mit den so erhaltenen Vorrichtungen in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 1 Beispiel Nr. Vergleichsbeispiel Nr. Target-Flächenverhältnis Filmzusammensetzung (Atom-%) Filmdicke Kristallinität Dichte interne Spannung Flüssigkeitseintauchtest klar schwarz Beständigkeitsvariation Temperatur Gesamtbewertung Beispiel Vergleichsbeispiel Tabelle 2 Vergleichsbeispiel Nr. Target-Flächenverhältnis Filmzusammensetzung (Atom-%) Filmdicke Kristallinität interne Spannung Flüssigkeitseintauchtest klar schwarz Beständigkeitsvariation Temperatur Gesamtbewertung Vergleichsbeispiel Bemerkung: Der Ausdruck "0,0" bedeutet ein vernachlässigbares Verhältnis Tabelle 3 Vergleichsbeispiel Nr. Target-Flächenverhältnis Filmzusammensetzung (Atom-%) Filmdicke Kristallinität interne Spannung Flüssigkeitseintauchtest klar schwarz Beständigkeitsvariation Temperatur Gesamtbewertung Vergleichsbeispiel Bemerkung: Der Ausdruck "0,0" bedeutet ein vernachlässigbares Verhältnis Tabelle 4 Vergleichsbeispiel Nr. Target-Flächenverhältnis Filmzusammensetzung (Atom-%) Filmdicke Kristallinität Dichte interne Spannung Flüssigkeitseintauchtest klar schwarz Beständigkeitsvariation Temperatur Gesamtbewertung Vergleichsbeispiel Filmentfernung wurde gefunden

[Anwendungsbeispiel]

Im folgenden wird ein Beispiel dargestellt, worin die erfindungsgemäße Ir-Ta-Al- Legierung in einer Langmuir-Sonde verwendet wurde.
Die Langmuir-Sonde ist ein Element zur Messung der Parameter eines Plasmas, nämlich des Plasmapotentials, der Elektronentemperatur, der Ionentemperatur und der Plasmadichte, indem ein Sondenstrom i (V-i-Charakteristik) gemessen wird, der fließt, wenn sich eine Sondenvorspannung V ändert, wo hinein die Langmuir-Sonde innerhalb des Plasmas positioniert wird.
Wenn dieses Element zum Beispiel in einer Sputtervorrichtung zur Filmbildung verwendet wird, gibt es technische Probleme, die darin bestehen, daß, wenn das Element innerhalb des Plasmas angeordnet wird, es Aufschläge von zerstäubten Ionen empfängt wegen der Ionenhülle in der Umgebung der Sonde insbesondere im positiven Vorspannungsbereich, was die Temperatur des Elementes anhebt, was eine Änderung seiner Oberflächenqualität und eine Schwankung in der V-i- Charakteristik bewirkt, wodurch die Zuverlässigkeit der gemessenen Daten verringert wird. Auf Grund dessen wird das Sondenelement üblicherweise aus einem hochschmelzendem Metall hergestellt, wie zum Beispiel Wolfram. Allerdings ist selbst ein solches Element aus Wolfram, wenn es reaktiven Materialien in einem Zustand hoher Temperatur in einem Bereich mit verringertem Vakuum ausgesetzt ist, wie zum Beispiel im Fall des Sputterns, es nicht ausreichend davor geschützt, seine Oberflächenqualität zu ändern, und nicht ausreichend widerstandsfähig insbesondere gegenüber Oxidation.
Unter Berücksichtigung der Situation der erfindungsgemäßen Ir-Ta-Al-Legierung, daß sie in der chemischen Stabilität, der Wärmebeständigkeit und der Adhäsion an ein Grundelement hervorsticht, wurde die Legierung bei der Herstellung einer Langmuir-Sonde verwendet. Insbesondere wurde ein zylindrischer Sondenkörper bereitgestellt, der aus Wolfram hergestellt wurde, mit 0,5 mm Durchmesser und 5,0 mm Länge. Ein 2000 Å dicker Film, der die Verbindung umfaßte, die in Herstellungsbeispiel 15 erhalten wurde, wurde gleichmäßig auf der Oberfläche des Körpers durch das Hochfrequenzsputterverfahren aufgebracht.
Das so hergestellte Sondenelement wurde in eine Vakuumkammer einer Sputtervorrichtung gegeben, die den folgenden Inhalt besaß:
Target: Fe (Reinheit 99,9%) 60 mm Durchmesser
Sputtergas: Ar (Reinheit 99,9%)
Entladungsstrom: 1 A
Fokusiermagnetfeld: 500 e
Entfernung zwischen Target und Träger: 55 mm.
Die Position, auf die das Sondenelement gebracht werden muß:
27,5 mm Entfernung von der Oberfläche des Targets in vertikaler Richtung.
Ein einkristalliner Si-Träger mit Abmessungen von 35 · 35 mm und 0,5 mm Dicke wurde an einer Seite einer Anode angebracht. Nach Evakuieren wurde eine Plasmaentladung mit einem Argongasdruck von 2,0 mTorr und einer angelegten Spannung von 1000 V aufrechterhalten, wobei ein Plasmapotential gemessen wurde durch eine konventionelles Verfahren unter Verwendung des genannten Sondenelementes, wobei ein Wert von Vp = +7 V erhalten wurde.
Danach wurde die Vakuumkammer auf atmosphärischen Druck gebracht und die genannten Verfahrensschritte zum Messen des Plasmapotential wiederholt, bis die Schweißzeit des Sondenelementes 12 min erreicht hatte, um eine Veränderung der gemessenen Vp-Daten zu beobachten. Es wurde gefunden, daß die Schwankung im Bereich von 3% lag, und deshalb das Sondenelement ausreichend zuverlässig war.
Für Vergleichszwecke wurde ein Sondenelement, das ausschließlich aus Wolfram bestand, bereitgestellt, und die beschriebenen Verfahrensschritte der Messung des Plasmapotentials wurden unter Verwendung des Sondenelementes in der gleichen Weise wie vorstehend durchgeführt. Die Schwankung der gemessenen Vp-Daten waren groß, nämlich 20%.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1(a) ist eine schematische Draufsicht der Vorrichtung, die zur Untersuchung einer erfindungsgemäßen, nicht einkristallinen Verbindung verwendet wird.
Fig. 1(b) ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie aus abwechselnd langen und kurzen Strichen X-Y in Fig. 1(a).
Fig. 1(c) ist eine schematische Draufsicht der Vorrichtung, worin eine Schicht, die die nicht einkristalline Verbindung umfaßt, und Elektroden bereitgestellt sind.
Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Beispieles einer Hochfrequenzsputterapparatur, die verwendet wird für die Herstellung von Filmen, die eine erfindungsgemäße, nicht einkristallinen Verbindung oder dergleichen umfassen.
Fig. 3 ist eine Ansicht, die die Zusammensetzungsbereiche von erfindungsgemäßen, nicht einkristallinen Verbindungen darstellt.

Claims

1. Nicht einkristallines Material, dadurch gekennzeichnet, daß es Ir, Ta und Al in den folgenden entsprechenden Zusammensetzungsanteilen enthält:

28 Atom-% ≤ Ir ≤ 90 Atom-%

5 Atom-% ≤ Ta ≤ 65 Atom-%, und

1 Atom-% ≤ Al ≤ 45 Atom-%

und unausweichliche Verunreinigungen, wobei die Gesamtmenge der Komponenten 100% beträgt.

2. Nicht einkristallines Material, dadurch gekennzeichnet, daß es Ir, Ta und Al in den folgenden entsprechenden Zusammensetzungsanteilen enthält:

35 Atom-% ≤ Ir ≤ 85 Atom-%

5 Atom-% ≤ Ta ≤ 50 Atom-%, und

1 Atom-% ≤ Al ≤ 45 Atom-%

3 Nicht einkristallines Material, dadurch gekennzeichnet, daß es Ir, Ta und Al in den folgenden entsprechenden Zusammensetzungsanteilen enthält:

45 Atom-% ≤ Ir ≤ 85 Atom-%

5 Atom-% ≤ Ta ≤ 50 Atom-%, und

1 Atom-% ≤ Al ≤ 45 Atom-%

4. Nicht einkristallines Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ein polykristallines Material darstellt.

5. Nicht einkristallines Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ein amorphes Material darstellt.

6. Nicht einkristallines Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ein polykristallines Material und ein amorphes Material in Mischung umfaßt.

7. Nicht einkristallines Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das in Filmform vorliegt.

8. Nicht einkristallines Material nach Anspruch 7, worin die Zustände für die Elemente, die im Film verteilt sind, in Richtung der Dicke geändert werden.

9. Nicht einkristallines Material nach Anspruch 7, worin der Film eine Mehrschichtstruktur aufweist, die eine Vielzahl von Schichten umfaßt, die übereinander gelagert sind.

10. Nicht einkristallines Material nach Anspruch 7, worin die Dicke des Filmes 0,03 µm (300 Å) bis 1 µm beträgt.

11. Nicht einkristallines Material nach Anspruch 7, worin die Dicke des Filmes 0,1 µm bis 0,5 µm (1000 Å bis 5000 Å) beträgt.

12. Element, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Träger und einen Beschichtungsfilm, der auf dem Träger aufgebracht ist, besitzt, wobei der Beschichtungsfilm aus einem nicht einkristallinen Material gebildet wird, daß es Ir, Ta und Al in den folgen den entsprechenden Zusammensetzungsanteilen enthält:

28 Atom-% ≤ Ir ≤ 90 Atom-%

5 Atom-% ≤ Ta ≤ 65 Atom-%, und

1 Atom-% ≤ Al ≤ 45 Atom-%

13. Element, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Träger und einen Beschichtungsfilm, der auf dem Träger aufgebracht ist, besitzt, wobei der Beschichtungsfilm aus einem nicht einkristallinen Material gebildet wird, daß es Ir, Ta und Al in den folgenden entsprechenden Zusammensetzungsanteilen enthält:

35 Atom-% ≤ Ir ≤ 85 Atom-%

5 Atom-% ≤ Ta ≤ 50 Atom-%, und

1 Atom-% ≤ Al ≤ 45 Atom-%

14. Element, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Träger und einen Beschichtungsfilm, der auf dem Träger aufgebracht ist, besitzt, wobei der Beschichtungsfilm aus einem nicht einkristallinen Material gebildet wird, daß es Ir, Ta und Al in den folgenden entsprechenden Zusammensetzungsanteilen enthält:

45 Atom-% ≤ Ir ≤ 85 Atom-%

5 Atom-% ≤ Ta ≤ 50 Atom-%, und

1 Atom-% ≤ Al ≤ 45 Atom-%

15. Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin das nicht einkristalline Material ein polykristallines Material darstellt.

16. Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin das nicht einkristalline Material ein amorphes Material darstellt.

17. Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin das nicht einkristalline Material ein polykristallines Material und ein amorphes Material in Mischung umfaßt.

18. Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin die Zustände für die Elemente, die im Film verteilt sind, in Richtung der Dicke geändert werden.

19. Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin der Film eine Mehrschichtstruktur aufweist, die eine Vielzahl von Schichten umfaßt, die übereinander gelagert sind.

20. Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin die Dicke des Filmes 0,03 µm (300 Å) bis 1 µm beträgt.

21. Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin die Dicke des Filmes 0,1 µm bis 0,5 µm (1000 Å bis 5000 Å) beträgt.

22. Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin der Träger aufgebaut ist aus wenigstens einer Sorte von Materialien, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus W, Re, Ta, Mo, Os, Nb, Ir, Hf, Ru, Fe, Ni, Co, Cu und Al.

23. Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin der Träger aus rostfreiem Edelstahl besteht.

24. Element nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin der Träger aus Messing besteht.