DE2300813A1

DE2300813A1 - Verfahren zum niederschlagen von stickstoffdotiertem beta-tantal sowie eine beta-tantal-duennschicht aufweisender artikel

Info

Publication number: DE2300813A1
Application number: DE2300813A
Authority: DE
Inventors: Henry Yasuo Kumagai
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1972-01-14
Filing date: 1973-01-09
Publication date: 1973-07-26
Also published as: HK45477A; FR2168065A1; AU465941B2; DE2300813C3; ATA27073A; ES410894A1; FR2168065B1; HU166797B; IT976349B; PL79063B1; CA978451A; CH558075A; SE375556B; GB1412998A; AU5095773A; JPS5138055B2; NL7300237A; US3723838A; BE791139A; ZA73257B

Description

Western Electric Company, Inc. Kumagai 2

Verfahren zum Niederschlagen von Stickstoff— dotiertem |ä -Tantal sowie eine J3 -Tantal-Dünnschicht aufweisender Artikel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Niederschlagen von Stickstoff-dotiertem β -Tantal und insbesondere ein Verfahren zum Niederschlagen von Stickstoff-dotierten β-Tantal-Schichten für die Herstellung von Stickstoffdotier ten-ß-Tantal-Kondensa toren.

Elektronische Systeme, insbesondere in der Nachrichtentechnik, werden schnell größer und komplexer. Mit der Entwicklung von zunehmend komplizierteren elektronischen Systemen, hat sich die Anzahl der Schaltungsbauelemente und der notwendigen Verbindungen um ein Vielfaches erhöht. Der Ausfall von nur einem Bauteil oder einer Leitungsverbindung kann den Ausfall des gesamten Systems und den damit verbundenen Verlust von dessen Dienstleistungsangebot bedeuten. Daher können Bauteile und Verbindungsverfahren, die bezüglich ihrer Zuverlässigkeit die Anforderungen von kleineren Systemen erfüllen nicht hinreichend zuverlässig sein, wenn sie im großen Umfang in komplizierten, modernen elektronischen Systemen eingesetzt werden.

. . 309830/0867

Es wurden intensive Forschungen in Richtung auf die Herstellung von Schaltungen und Schaltungsbauteilen gerichtet, die zuverlässig und in der Anwendung stabil sind und diese Eigenschaften bei verlängerten Lebensdauern auch beibehalten. Aufgrund dieser Erfordernisse wurde die integrierte Tantal-Dünnschicht—Schaltungstechnologie entwickelt.

Die Anwendung der Dünnschicht—Technologie erlaubt eine wesentliche Verminderung von Einzel1eitungsverbxndungen mit entsprechender Erhöhung der Zuverlässigkeit. Diese Verringerung von Einzelleitungsverbindungen wird möglich, weil eine Vielzahl von Schaltungsbauelementen häufig auf einem einzigen Substrat aus einer einzigen zusammenhängenden Schicht oder aus benachbarten, die Bauelemente verbindenden Schichten abbildet werden kann. Da die auf diese Weise miteinander verbundenen Schaltungsbauteile die erforderliche Zuverlässigkeit und Stabilität aufweisen, können hoch zuverlässige und stabile elektronische Systeme auf diese Weise aufgebaut werden.

Die Stabilität und Zuverlässigkeit von Dünnschicht-Schaltungskomponenten und deshalb von Dünnschxcht-Schaltungen hängt zu einem wesentlichen Ausmaß vom Material ab, welches zur Bildung der Dünnschichten verwendet wird. Aus diesem Grund besteht ein großes Bedürfnis für neue Materialjan zur Bildung verbesserter Dünnschicht-Schaltungselemente. Ein solches neues Material ist ,-—Tantal, welches im US-Patent

309830/0867

3 382 053 offenbart und beschrieben ist.

Reines j3 -Tantal ist ein sowohl für Dünnschicht-Kondensatoren als auch Dünnschicht-Widerstänfe hervorragend brauchbares Material. Es wurde gefunden, daß ein weiteres neues Material, nämlich Stickstoff-dotiertes ß-Tantal, zu noch weiterer Verbesserung der Stabilität und Zuverlässigkeit von Tantal-Dünnschicht-Komponenten führt.

Stickstoffdotierung von ^-Tantal bezieht sich auf die Vereinigung von Stickstoffatomen mit Tantalatomen zur Bildung einer ft-Tantal-Kristallstruktur mit in Zwischengitterplätzen eingebauten Stickstoff-atomen. Bisher wurde angenommen, daß bei Abscheidung von Tantal unter Bedingungen, bei denen sich ß -Tantal bildet, in Gegenwart von Stickstoffetomen auch in nur geringen Anteilen, d.h. bei einer Stickstoffdotierung des resultierenden Tantalniederschlags ein Übergang dieses Niederschlags von der β-Kristallphase zu kubisch raumzentrierten Aufbau von massivem oder 0( —Tantal mit entsprechendem Abfall des spezifischen Widerstands darfolgen würde. Überraschenderweise wurde jedoch gefunden, daß dies nicht der Fall ist, und daß Stickstoffdotierung von ß-Tantal ohne Änderung des Kristallaufbaus von fS-Tantal zu kubisch raumzentriertem Tantal und ohne Bildung anderer Tantal-Stickstoff-Verbindungen abweichender Kristallstruktur, beispielsweise Ta-N (hexagonale dichteste Fackung) oder TaK (Natriumchloridstruktur) durchgeführt

309830/0867

werden kann. Außerdem wurde überraschenderweise gefunden, daß die Stickstoffdotierung von ß-Tantal dessen spezifischen Widerstand erhöht und nicht verringert.

Die Erfindung betrifft demzufolge einen ein Substrat und eine Dünnschicht aus β-Tantal aufweisenden Artikel, der sidi dadurch auszeichnet, daß das β-Tantal in Konzentrationen von einem Minimum von 0,1 Atom% bis zu einem Maximum mit Stickstoff dotiert ist, wobei die Stickstoff-dotierte β Tantal-Schicht weiterhin die Kristallstruktur des (ί-Tantalbesitzt.

Weiterhin wird zur Herstellung eines Artikels, bei dem zur Bildung einer Dünnschicht aus Tantal mit ß>-Tantal-Kristallstruktur auf ein Sitetrat eine Vielzahl von diskreten Tantalatomen unter an sich bekannten Bedingungen gebildet und niedergeschlagen werden, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die diskreten Tantalatome mit Stickstoffatomen in einem Verhältnis zusammengebracht werden, welches so gewählt ist, daß eine Schicht aus Stickstoff-dotiertem (*> -Tantal niedergeschlagen wird, die im wesentlichen ausschließlich die Kristallstruktur des ß> -Tantal hat.

Zur Herstellung eines Kondensators aus dem erfindungsgemäßen, Sticksfoff-dotiertem ^-Tantal wird so verfahren, daß zunächst ein Dünnschicht-Belag aus .(Stickstof f-doti6rtem) fi -Tantal auf einem geeigneten elektrischen nichtleitendem Substrat niedergeschlagen wird. Eine ausgewählte Fläche des Belages

3098 30/086 7

wird zur Bildung einer dielektrischen Deckschicht aus oxydiertem, Stickstoff-dotiertem i»-Tantal dann oxydiert. Schließlich wird auf der dielektrischen Schicht ein Gegen-

ge
belag niederschlagen, wodurch ein Kondensator mit besseren Kondensatoreigenschaften erhalten wird, was sich beispielsweise in geringeren Kriechströmen zeigt.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer typischen Wechselstrom-Zerstäubungsvorrichtung ;

Fig. 2 ein Diagramm, in dem der spezifische elektrische Widerstand in pH cm über zunehmendem Stickstoffgehalt aufgetragen ist, wobei die Ändenng des spezifischen Widerstands bei 25° C von zerstäubten Tantalschichten mit einer Dicke von wenigstens 1000 A gezeigt ist;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Dünnschicht-Kondensator; und

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 3.

Die Erfindung wird hauptsächlich im Zusammenhang mit der Herstellung von Stickstoff-dotierten j6-Tantal-Dünnschichten

309830/086 7

zur Herstellung von Kondensatoren durch katodische Zerstäubung beschrieben. Es ist jedoch festzuhalten, daß diese Beschreibung nur Beispielcharakter hat und nicht beschränkend ausgelegt werden kann. Das Stickstoff-dotierte (5-Tantalmaterial kann auch unter Anwendung üblicher Dampfphasenverfahren einschließlich der Aufdampfung und chemischer Dampfniederschlagverfahren anstelle der katodischen Zerstäubung niedergeschlagen werden. Dabei kann das Stickstoff-dotierte, im folgenden kurz N-dotiert genannte ß-Tantal mittels jedes bekannten Kathoden-Zerstäubungs-Apparat, einschließlich Gleichstrom verwendender Apparate, z.B. eines üblichen Vakuumglockenapparats, und Wechselstrom (Hochfrequenz u.a.) verwendende Apparate, die unter, elektrischer Vorspannung stehen können oder nicht, zerstäubt werden. Weiter ist darauf hinzuweisen, daß das erfindungsgemäße Verfahren und das hiermit hergestellte N-dotierte β-Tantalmaterial überall da verwendet werden kann, wo auch undotiertes ß-Tantal verwendet wird, beispielsweise bei der Herstellung von Widerständen.

Mit der Bezeichnung N-dotiertes |S-Tantal ist eine Kombination von Tantalatomen und Stickstoffatomen gemeint, die eine (ϊ-Tantal-Kristallstruktur mit in den Gitterzwischenplätzen eingelagerten Stickstoffatomen bilden. Die Kristallstruktur und dieEigenschaften des ß-Tantals sind in den oben erwähnten US-Patenten 3 382 053 und 3 295 offenbart und diskutiert.

309830/0867

In Fig. 1 ist eine vereinfachte Schnittansicht einer typischen Wechselstrom-Zerstäubungs-Vorrichtung 17 gezeigt, in welcher eine Gleichstromvorspannung vorgesehen ist, und die zur Niederschlagung einer gleichförmigen Schicht 18 aus N-dotiertem /S-Tantal auf einem lichtleitendem Substrat 15, z.B. auf Glas oder keramischem Material, geeignet ist. Die ZerstäuburiBvorrichtung 17

auf weist eine rechteckige Zerstäubungskammer 19, die aus einem elektrisch geerdeten, d.h. auf Erdpotential befindlichem leitenden Material, z.B. Stahl hergestellt ist. Durch die Kammer 19 erstreckt sich eine eine ebene Anordnung von langgestreckten zueinander parallelen zylindrischen Tantalelementen 22 und 22' aufweisende Zielanordnung 21, die sich in horizontaler Richtung durch die Kammer 19 erstreckt, ie Elemente 22 und 22' bestehen aus hoch-reinem Tantal und sind gegen die Zerstäubungskammer 19 elektrisch isoliert. Die Elemente 22 und 22' erstrecken sich vollständig durch die Kammer 19 und durchdringen die gegenüberliegenden senkrechten Wände dieser Kammer, wobei sie in üblicher Weise abgedichtet sind, beispielsweise durch Vakuumdichtungen und Dichtringe sowie keramischelsolat-oren.

Die Ebene der Anordnung der Elemente 22 und 22* verläuft parallel und in Querrichtung mit Abstand zur Ebene des Substrats 15, welches in vorbestimmtem Abstand von der Anordnung der Elemente 22 und 22^! in der Kammer 19 angeordnet und gehaltert ist. Dieser Abstand beträgt beispielsweise 8, 4 cm und die Halterung erfolgt mittels eines

309830/0867 "

üblichen Substrathalters 23. Der Substrathalter 23 seinerseits wird von einem Paar von identischen, metallischen, Profil-förmigen Schienen 24 gehaltert (von denen nur eine gezeigt ist), die oberhalb der Anordnung 21 angeordnet sind und sich in Längsrichtung durch die Zerstäubungskammer 19 erstre<ten. Die Schienen 24 sind mittels bekannter Einrichtungen starr in der Zerstäubungskammer gehaltert. Die Schienen 24 dienen zur verschiebbaren Halterung des Substrathalters 23 innerhalb der Zerstäubungskammer 19. Der Substrathalter 23 kann von einer Hilf skammer 26 aus, die an die Zerstäubungskammer 19 anstößt und verschiebbar an sie angeschlossen ist, in Längsrichtung verschoben v/erden. Die Kammer 26 steht mit der Kammer 19 über eine Durchlaßleitung 27 in Verbindung, die mit einer Durchlaßleitung 28 der Zerstäubungskammer 19 zusammenpaßt. Die Fläche 29 und 31 der Kammer 19 bzw. 26 sind vakuumdicht und die die Durchlaßleitungen 27 und 28 begrenzenden Oberflächen sind ebenfalls mittels bekannter (nicht gezeigter) Einrichtungen, beispielsweise durch Verwendung von O-Ring Dichtungen vakuumdicht ausgebildet.

Der Substrathalter 23 wird mittels einer am Substrathalter befestigten Stößelstange 3 2 verschoben, die sich vollständig durch die Hilfskammer 26 in die Zerstäubungskammer 19 erstrecken kann, wenn die Durchlaßleitungen 27 und 28 fluchtend oder aufeinandergepaßt sind. Die Hilfskammer 26 weist

3098 30/086 7

außerdem ein Paar von identischen metallischen, profilförmigen Schienen 33 (von denen nur eine gezeigt ist) auf, die bei fluchtender Ausrichtung der Durchlaßleitungen 27 und 28 ebenfalls fluchten. Diese Schienen 33 dienen zur verschiebbaren Lagerung des Substrathalters 23, wenn dieser sich in der Hilfskammer 26 befinfet.

Die Hilfskammer 26 dient zur Beschickung und Entnahme des Substrats 15 und als Haltekammer während der Vorζerstäubung sowie "als Erwärmungskammer für das Substrat 15. Die Hilfskammer 26 ist auf Führungsschienen 34 verschiebbar gelagert, die an der Zerstäubungskammer 19 angeschlossen sind, wodurch die Hilfskammer 26 in eine (nicht gezeigte) obere Stellung vor der Beschickung der Zerstäubungskammer 19 verfahren werden kann, und in welcher sie mittels (nicht gezeigter) konventioneller Einrichtungen, z.B. durch eine Klemmeinrichtung, festgestellt werden kann. Wenn die Zerstäubungskammer 19 beschickt werden soll, wird die Hilfskammer 26 * in eine (dargestellte) untere Stellung abgesenkt und dort mittels (nicht gezeigter) Einrichtungen, z.B. einer Klemmeinrichtung, festgestellt. Eine (nicht gezeigte) Heizvorrichtung zur Erwärmung des Substrats 15 ist in der Hilfskammer 26 vorgesehen.

Jedes der Tantal-Elemente 22 und 22' hat gleichen Abstand voneinander und ist Lm Querschnitt kreisförmig mit gleichförmLqem Durchmesser· Jodes dor KLemente 22 und 22' weist eine ί-ί i tt^Lbohrur.i ί 7 auf, durch die ein geeignetes (nicht

3098 30/0067

gezeigtes) Kühlmittel während des Zerstäubungsvorgangs hindurchtreten kann, dem das Substrat 15 unterzogei werden soll. Das Kühlmittel dient zur Verhinderung einer übermäßigen Erhitzung und/oder eines Schmelzeris der Tantal-Elemente 22 und 22'. Die Elemente 22 sind mittels üblicher Leiter 40 elektrisch zusammengeschaltet, wobei der Leiter durch eine elektrisch isolierende, vakuumdichte Halterung 38 und über einen Schalter 39 zu einem Anschluß einer üblichen Wechselstrom-Hochspannungsquelle 41 geführt ist, der von den Wänden der Kammer 19 elektrisch isoliert ist . Die Elemente 22' sind über einen weiteren üblichen Leiter 42 gemeinsam mit dem anderen Anschluß der Wechselstrom-Hoohspannungsquelle zusammengefaltet, wobei der Leiter 42 durch eine elektrisch isolierende, vakuumdichte Halterung 43 in die Kammer 19 verläuft. Infolgedessen kann im wesentlichen das gesamte Potential der Wechselstromquelle an den benachbarten Elementen 22 und 22' in der Anordnung 21 angelegt werden, um ein intensiv oszilierendes elektrisches Feld zwischen den benachbarten Elementen 22 und 22' zu erzeugen. Während der ersten halben Periode der angelegten Wechselspannung, bei welcher die Elemente 22 relativ zum Rest der Elemente 22' negativ sind, bilden die Elemente 22 eine kathodische Tantalquelle, d.h. eine Tantalkathode der Zerstäubungsvorrichtung.-In ähnlicher Weise bilden die Elemente 22' die Kathode, wenn die Tantalelemente 22' relativ zu den Elementen 22 negativ sind. Auf diese Weise bildet jedes der Elemente 22 und 22' eine kathodische QuelLe der Zerstäubungsvorrichtung 17. Eine

■Si

getrennte Anode der üblicherweise in bekannten DioilGn-

3 09830/0067

Zerstäubungs-Vorrichtungen zur Halterung des Substrats 15 verwendeten Art ist deshalb nicht erforderlich.

Um die Niederschlagsraten und die Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen,.ist ein leitendes HiIfs—Vorspann-Bauelement 44 in der Nähe der Ebene der Anordnung 21 in der Kammer vorgesehen. Das Bauelement 44 wird von einer dielektrischen, an der Basis 48 der Kammer 19 befestigten Halterung 47 parallel und mit der Anordnung 21 elektrisch gekoppelt gehalten. Eine Leitung 49 erstreckt sich in üblicher Weise von einer elektrisch isolierenden, vakuumdichten Halterung

51 in der Basis 48 aus nach oben und ist an der Halterung 47 angeschlossen. Die Leitung 49 ist an einer einstellbaren, geerdeten Gleichstromvorspannquelle 52 angeschlossen. Das Bauelement 44 ist auf diese Weise an einem stabilen Potential wählbarer Polarität der Gleichstrom-Vorspannquelle

52 angeschlossen.

Bei jedem vorgegebenen Druck in der Kammer 19 erhöht die Anwendung des Vorspann-Bauelements 44 in Verbindung mit der an die Wechselstromquelle angeschlossene Anordnung die Kathodenstromdichte während des Zerstäubungsvorgangs, dem das Substrat 15 unterzogen werden soll, dtekt proportional zur Spannung der Vorspannquelle 52 bis zu Vorspannungen von mehreren hundert Volt.-

309830/0867

nicht-Reaktives Zerstäuben findet, verglichen mit reaktivem Zerstäuben,innerhalb einer reagierenden Atmosphäre statt, die ein Gas, beispielsweise Stickstoff-enthaltendes Gas, z.B. N_?, NH_ usw. enthält. Ein Gaseinlaß 53 durchsetzt eine Deckplatte 54 der Hilfskammer 26 und stellt eine Verbindung mit dem Innern der Kammer * 26 her. Der Gaseinlaß 53 dient zum Einbringen eines inerten Zerstäubungsgases, beispielsweise Argon, Helium, Neon, Krypton usw., von einer Gasquelle 56 in die·.Kammer 26 und schließlich in die Kammer 19, um die Zerstäubungsvorrichtung 17 für den Verstäubungsvorgang einzurichten. Außerdem dient der Gaseinlaß 53 auch zum Einbringen eines reagierenden, Stickstoff-enthaltenden Gases, beispielsweise N„, NH- usw., welches von einer Gasquelle 57 in den Einlaß 53 stömt und sich dort mit dem nichtreagierenden oder inerten Gas, beispielsweise A, He, Ne, Kr, usw. mischt, wobei ein Zerstäubungs-Gasgemisch gebildet wird. Die Gase des Gasgemisches (inert und reagierend) weisen normalerweise eine Überzahl von elektrisch neutralen Gasmolekülen auf, jedoch wird während eines Zerstäubungsvorgangs ein Teil dieser Moleküle ionisiert, so daß positive Ionen und Elektronen, d.h. ein Plasma, entstehen. Eine übliche Absaugquelle 58, z.B. eine Vakuumpumpe, ist übexeinen die Deckplatte 59 der Kammer 19 durchsetzenden Durchlaß mit dem Innern der Kammer 19 ,verbunden« Die Absaugquelle 58 dient zur anfänglichen Evakuierung der Kammern

während 19 und 26, sowie der Evakuierung eines Spülvorgongs m±

3 0 9 C 3 U / ü ί j 6 7

inertem Gas, während der Einbringung desZerstaubungsgasgemisch und währenddes gesamten Zerstäubungsvorgangs.

Im Betrieb wird die Deckplatte 54 der Hilfskammer 26 entfernt und das Substrat 15 wird auf den Substrathalter 23 aufgesetzt, der zunächst in der Hilfskammer 26 gehalten wird. Die Deckplatte 54 wird dann wieder-auf die Hilfskammer 26 aufgesetzt und die Zerstäubungskammer 19 wird mittels der Absaugquelle 58 auf einen Druck von beispielsweise etwa 2 χ 10" Torr evakuiert. Die Kammern 19 und 26 werden dann mit einem inerten Gas, beispielsweise einem Angehörigen der Familie der Edelgase wie Helium, Argon oder Neon, gespült, Vielehe über den Gaseinlaß 53 von der Gasquelle 56 zugeführt wird. Die Kammern 19 und 26 werden dann erneut evakuiert, d.h. es wird eine Umgebung satmosphäre niedrigen Drucks aufrecht erhalten. Dann wird das Substrat 15 in der Hilfskammer 26 mittels (nicht gezeigter) bekannter Einrichtungen auf eine geeignete Anfangstemperatur, beispielsweise 400 C, während einer Vorzerstäubungsperiode von etwa 15 - 45 Minuten erhitzt, worauf das Substrat auf eine geeignete Zerstäubungstemperatur, beispielsweise 200° C, abgekühlt wird. Das Substrat 15 wird dann mittels der Stößelstange 32 in die Zerstäubungskammer 19 verschoben, wobei der Substratträger 23 und das Substrat 15 entlang der Schienen 33 durch die Durchlaßleitung 27 und auf den Schienen 24 durch die Durchlaßleitung 28 in die ^erstäubungskammer 19 verfahren werden-, Das reaktive, Stickstoff-enthaltende Gas, z.B. N₃ wird

309830/0867

von der GasquelLe 57 in vorbestimmtem Mengenstrom, beispielsweise mit 0,6 cm /min zugeführt und mit dem inerten Gas, z.B. Argon gemischt, welches von der Gasquelle 56 in vorbestimmtem Mengenstrom, beispielsweise mit 25 cm /min zugeführt wird, um ein reaktives Gasgemisch, z.B. ein Gasgemisch mit 2,3 Volumen% N„ (Rest. Argon) zu bilden, und dieses Gasgemisch wird dann mit

3 vorbestimmtem Mengenstrom, z.B. mit 25 cm /min über den

Einlaß 53 überführt, um den Druck auf einen vorbestimmten

—3
Wert, beispielsweise 30 χ 10 Torr zu erhöhen.

Nach Erreichen des entsprechenden Drucks, beispielsweise

„3

30 χ 10 Torr, wird der in Reihe mit der Wechselstrom-Hochspannungsquelle 41 liegende Schalter 39 geschlossen, so daß die Wechselstrom-Hochspannung der Quelle 41 zwischen benachbarten Elementen 22 und 22' liegt. Das resultierende elektrische Feld (beispielsweise 5000 V Wechselipannung (effektiv)) zwischen den benachbarten Elementen 22 und 22' ionisiert die eingeführten Gase (inert und reaktiv) wodurch ein Strom entsteht, beispielsweise 500 mA bei einer Spannung von 5000 V und einem Druck von 30 χ 10~ Torr, so daß positive Ionen des Gases auf die Elemente auftreffen, die augenblicklich gerade negativ sind. Eine Spannung von beispielsweise -200 V Gleichspannung wird am Vorspann-Bauelement 44 angelegt, welches in Verbindung mit der Wechselspannungs erregten Zielanordnung 21 verwendet wird, wodurch die Kathodenstromdichte anwächst, beispielsweise um 60 % bei einer Kathodenspannung von 5 kV Wechselstrom (effektiv)

303830/0867

- ¹⁵ - 23ÜÜ813

und einem Strom von 500 mA und einem Druck von 30 χ 10~ TDrr.

Der hierdurch erfolgende Beschüß verursacht die Äussendung einer Vielzahl von diskreten Oberflächen—Tantal-Atomen oder-teilchen der beschossenen Elemente 22 und 22' und ihre Bindung mit Stickstoffatomen aus dem reaktiven Gasgemisch, welches beispielsweise 2,3 Volumen % Stickstoff und Rest Argon enthält (N_ mit einem Mengenstrom von 0,6 cm ³/min zugeführt). Die vereinigten Tantal- und Stickstoffatome werden dann, beispielsweise mit einer Rate von 350 A/min bei 5000 V Wechselspannung, einem Vorspannfeld von -200 V Gleichspannung und einem Druck von

_ 3

30 χ 10 «ρorr auf dem Substrat 15 niedergeschlagen, wodurch eine N-dotierte β-Tantal-Schicht 18 entsteht. Dabei ist festzuhalten, daß eine Vielzaiil von Wechselspannungs-Zerstäubungsparametern in breitem Bereich verwendet werden können, up N-dotiartes |2>-Tantal zu erhalten, und die oben angegebenen Parameter dienen ohne Beschränkung lediglich der beispielsweisen Erläuterung . Die verschiedenen Parameter sind in der Zerstäubungstechnik bekannt und ihre gegensei tigs Abhängigkeit relativ zur Erzeugung vom im wesentlichen lediglich N-dotiertem β-Tantal ohne Entstehung von kubisch raumzentriertem Tantal oder anderen Tantal-Sickstoff-Verbindungen bestimmter Kristallstruktur, z.B. Ta_?1, (hexagonal e dichteste Packung) ,' TaN (Natriumchloridstruktur), kann vom Fachmann leicht ermittelt werden. Die vers hiedenen Wechsel strom-ZerrtBubungi-parameter r.ind

3 D 3 ß 3 0 / 0 ι-, h V

- IS -

mit Ausnahme des beim Zerstäuben bestehenden Verhältnisses von Tantalatomen zu Stickstoffatomen nicht kritisch. Wesentlich ist,dass die Menge der in Form eines reaktiven, Stickstoff enthaltenden Gases, z.B. N₂, NH₃ usw. ins System angeführten Stickstoffatome in Kombination mit den Tantalatomeh einen oberen Grenzwert nicht übersteigt, bei dem die ß-Tantal-Kristallstruktur in kubisch raumzentrierte Struktur übergeht. ·

Ein solcher Übergang kann leicht durch dauernde Überwachung des spezifischen Flächenwiderstands der resultierenden aufgestäubten Schicht ermittelt werden, da ein scharfer Abfall des spezifischen Flächenwiderstands auftritt, wenn N-dotiertes (2>-Tantal in kubisch raumzentrierten Kristallaufbau übergeht, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Der in der resultierenden N-dotierten aufgestäubten Schicht mit ß-Tantal-K&stallaufbau enthaltene Stickstoff ist in einer wirksamen Menge vorhanden, die von einem Minimum reicht, welches mehr als eine zufällige Dotierstoffkonzentration ist,· bis zu einem Maximum, welches den spezifischen Flächenwiderstand der resultierenden aufgestäubten Schicht über den Wert von unter identischen Zerstaubungsbedingun gen aufgestäubtem, undotiertem ^- Tantal (im wesentlichen Stickstoff-frei) anhebt . Die in der resultierenden Schicht vorhandene Stickstoffkonzentration kann beispielsweise bei 0,1 Atom % bis zu etwa 10 Atom % Stickstoff liegen, wodurch eine N-dotierte .3 -Tantal.schicht ohne Umwandlung in kubisch

.30983 0/086 7

raurazentrierten Aufbau erhalten wird. Mit anderen Worten, wenn Dampf-Niederschlagverfahren, z.B. reaktive Zerstäbung verwendet werden, liegt das Verhältnis der Tantalatome zu den Stickstoffatomen, die auf eine Substratoberfläche auftreffen typischerweise im Bereich von 90 bis 99,9/1. Es ist jedoch festzuhalten, daß solch eine Stickstoffkonzentration lediglich beispielsweise und nicht im begrenzenden Sinn genannt ist, und daß größere Stickstoffkonzentrationen in die resultierende Schicht inkorporiert werden können, wobei β-Tantal Struktur und verbesserte Stickstoff-Dotier-Eigenschaften erhalten werden.

Die strukturellen Eigenschaften der resultierenden N-dotierten β-Tantal-Schicht scheinen denen von reinem, undotiertem |2>-Tantal, wie es in den oben erwähnten US-Patenten 3 382 053 und 3 275 915 beschrieben ist, ähnlich zu sein. RÖntgenstrahl-Beugungsmessungen zeigen, daß die Stickstoffeinlagerung (Dotierung) in die resultierende, niedergeschlagene Schicht wenig Einfluß auf die Kristallstruktur derSchicht haben. N-dotiertes j^-Tantal kann auch in einer Vakuummaschine mit geschlossenen Enden erzeugt werden, wie sie im US-Patent 3 521 765 beschrieben ist. Eine solche Maschine verwendet eine Eintritts- und Austrittsluftschleuse, durch welche ein kontinuierlicher Strom von Substraten hindurchtritt, auf denen N-dotiertes ß-Tantal aufzustäuben ist. Jedes Substrat wird durch die Eintritts-Luftschleuse eingebracht und mittels einer Förder-

309830/0 867

kette in eine zentrale Zerstäubungs— oder Niederschlagskammer geführt, wo es eine Beschichtung aus zerstäubtem Material aufnimmt. Das Substrat tritt dann durch die Ausgangsluftschleuse und wird abgenommen .

Die Substrate, z.B. Glas, Keramik und dergl. werden im wesentlichen parallel durch die Niederschlagskammer zu einer Tantal-Kathode geführt, wobei sie von der Kathode einen Abstand von 6,4 bis 7,6 cm haben. Die Kathode ist im wesentlichen rechteckig und hat eine Breite, d.h. eine Abmessung quer zur Förderrichtung des Substrats, von 12,7 bis 15,2 cm größer als die Breite der Substrate. Die Substrate werden relativ zur Breitenerstreckung der Kathode mittig ausgerichtet auf die Kathode zugeführt, so daß die Kathode von 6,4 bis 7,6 cm auf beiden Seiten des Substrats übersteht. Vor Eintritt in die Niederschlagskammer werden die Substrate entgast durch etwa lOminütige Vorwärmung im Vakuum bei einer Temperatur oberhalb von 150° C. Im Betrieb wird die Niederschlagskammer auf einen Druck von etwa 2 χ 10~ Torr evakuiert. Auch hier wird wieder ein reaktionsfähiges oder reaktives Gasgemisch, beispielsweise aus 1,8 Volumen % N„ (das N„ wird beispielsweise mit einem

Mengeristrom von 0,8 cm /min zugeführt), Rest Argon, in die Niederschlagskammer eingebracht, beispielsweise mit

3
einem Mengenstrom von 45 cm /min, um den Druck auf einen

309830/0867

vorbestimmten Wert, z.B. 30 χ 10 Torr zu erhöhen. Nachdem der erforderliche Druck, beispielsweise 30 χ 10"" Torr eingestellt ist, wird eine Gleichspannung, beispielsweise 5000 V zwischen dem Substrat und der Kathode angelegt. Diese Spannungseinwirkung erzagt einPlasma, d.h. ionisiert die Gase (inert und reaktionsfähig) des Gasgemischs, wodurch

2 eine zerstäubende Kathodenstromdichte., z.B. 0,31 mA/cm bei einer Gleichspannung von 5000 V und einem Druck von 30 χ T.orr, erzeugt wird, und es wird eine N-dotierte /3-Tantal-Schicht auf dem Substrat niedergeschlagen, z.B. mit einer Rate von 200 Ä/min bei einer Gleichspannung von 5000 V,

—3 2

einem Druck von 30 χ 10 Torr und 0,28 mA/cm .

Auch Iier ist wieder darauf hinzuweisen, daß verschiedene Gleichstrom-Zerstäubungs-Parameter in breitem Bereich verwendet werden können, um N—dotiertes r*—Tantal zu erzeugen, wobei die vorstehend angegebenen Parameter nur als Beispiel und nicht als Begrenzung dienen. Die verschiedenen Zerstäubungs—Parameter sind in der Zerstäubungstechnik bekannt und ihre Abhängigkeit bezüglich der Herstellung von im wesentlichen nur N-dotiertem β -Tantal, das im wesentlichen frei von kubisch raumzentrierten¹. Tantal oder anderen Tantal-

N ^ist Stickstoff-Verbindungen ist, z.B. Ta₂ , ist, vom Fachmann leicht feststellbar. Die verschiedenen Gleichstrom-Zerstäubungsparameter sind nicht kritisch, vorausgesetzt, daß der Parameter der Konzentration der Stickstoffatome im Vergleich zur Konzenication der Tantalatome im System und der resultierenden Schicht gesteuert wird (in der im vorstehenden

309830/0867

diskutierten und in Fig. 2 graphisch dargestellten Weise).

Auch hier ist wieder festzuhalten, daß, obwohl eine Wechselstrom-Zerstäubungsvorrichtung und ein Verfahren und eine Gleichstrom-Zerstäubungsvorrichtung und ein Verfahren zum Niederschlagen von N-dotiertem β-Tantal beschrieben wurde, Stickstoff-dotiertes 0 -Tantal unter Verwendung jeder b&annten Wechselstrom- oder Gleich-Stromvorrichtung oder Verfahren ebenso wie mit jeder bekannten Gasphasen-Niederschlagtechnik, einschließlich der Aufdampfung und der chemischen Dampfphasenniederschlagstechnik, hergestellt werden kann.

Es ist ersichtlich, daß eine Stickstoffquelle, z.B. ein festes Nitrid, mit dem Tantal, beispielsweise durch Sintern kombiniert werden kann, um die Elemente 22 und 22^! mit geeignetem Stickstoffatom/Tantalatom-Verhältnis zu bilden, worauf deren Beschüß während des Zerstäuburrsvorgangs die gewünschte N-dotierte /^-Tantal-Schicht 18 erzeugt. Weiter ist festzuhalten, daß wie β-Tantal eine N-dotiertes ß-Tantal und wenigstens ein weiteres geeignetes, metallisches oder nichtmetallisches Material aufweisende Legierung durch gleichzeitige Zerstäubung hergestellt werden&ann,

Fig. 3 und 4 zeigen einen typischen Dünnschicht-Kondensator, der in seiner Gesamtheit mit 61 bezeichnet ist. Der

309830/0867

Kondensator 61 weist einen Basisbelag 62, vorzugsweise aus einer dünnen Schicht aus N-dotiertem ß Tantal als Niederschlag auf einem geeigneten dielektrischen Substrat 63, z.B. Glas, Keramik oder dergl. auf. Eine dielektrische Schicht 64 aus oxydiertem^ Tantal, vorzugsweise oxydiertem, N-do-tferten ρ -Tantal, bedekt eine vorgegebene Fläche des Belags 62, und ein Gegenbelag 66, z.B. ein Gold-Gegenbelag mit einer Nichrom-Haftschicht (80 Gewicht % Nickel, 20 Ge'wicht % Chrom) liegt über der dielektrischen Schicht 64. Die di-elektrische Schicht 64 trennt die Beläge 62 und 66 und bildet den Dünnschicht-Kondensator 61.

Bei der Herstellung des Kondensators 61 mit einer dielektrischen Schicht eines Oxydationsprodukts aus N-dotiertem β-Tantal wird zunächst eine N-dotierteß-Tantalschicht auf dem Substrat 63 niedergeschlagen, wobei die vorstehend beschriebenen Techniken und Vorrichtungen verwendet werden können. Die auf dem Substrat

63 erzeugte N-dotierte (3>-Tantalschicht wird dann auf bekannte Weise, z.B. durch Ätzen, so geformt, daß sie die Form des Belages 62 hat. Ein bevorzugtes Formverfahren ist im US-Patent 3 3 91 373 beschrieben, welches sich auf ein Photoätzverfahren bezieht. Im Anschluß an die.Formung des Belages 62 wird die dielektrische Schicht

64 durch Anodisierung einer vorgewählten Fläche der Elektrode 62 leicht gebildet. Ein geeignetes Anodisierungsverfahren, welches zur Umwandlung von N-dotiertemA -

309830/0 86 7

Tantal in ein Oxydationsprodukt verwendet werden kann, z.B. in ein Oxyd, ist im US-Patent 3 148 129 beschrieben. Durch Maskieren des Belages 62 wird die Anodisierung des Belages 62 auf eine vorbestimmte Fläche beschränkt.

Der Gegenbelag 66 kann durch Vakuumaufdampfung von leitendem Material, z.B. Nichrom (80 % Ni, 20 % Cr) und anschließend Gold, auf die dielektrische Schicht 64 durch eine geeignete Maske niedergeschlagen werden. Es ist festzuhalten, daß der Gegenbelag 66 alternativ durch Aufdampfung und nachfolgende Formätzung gebildet werden kann. Die dielektrische Schicht 64 trennt den Gegenbelag 66 und hält ihn vom Basisbelag 62 auf Abstand, wodurch der Kondensator 61 gebildet wird.

Geeignete N-do ti erte {^»-Tantal" Kondensator schichten zeigen erhöhten spezifischen Widerstand typischerweise im Bereich von etwa 10 bis 50 % höher als den von ähnlich erzeugten reinen β -Tantalschichten, was natürlich von dem Grad des Stickstoffeinbaus abhängt. Auch der Temperaturkoeffizient des spezisischen Widerstands von N-dotierten 3-Tantalschichten hat eine stärker negative Tendenz als in ähnlicher Weise erzeugte reine />-Tantalschichten. Obgleich reine β-Tantalschichten zu hervorragenden Kondensieren verwendet werden können, zeigen Versuche über die Koridensatorzuverlässigkeit, die Kapazitätsdichte, die Umgebungsempfindlichkeit, den Temperaturkoeffizienten der Kapazität und den Verteilungsfaktor, dass aus N-dotierten P-Tantal-

309830/0667

schichten aufgebaute Kondensatoren bezüglich dieser Eigenschaft den nicht mit Stickstoff dotierten Gegenstücken wenigstens gleich sind, tatsächlich jedoch eine Verbesserung diesen gegenüber darstellen.

Es muß darauf hingewiesen und hervorgehoben werden, daß N-dotierte jo-Tantalschichten, die gute Kondensatoren ergeben,

innerhalb eines breiten Bereiches von Zerstäubungszuständen erzeugt werden können. Mit anderen Worten, die Herstellungsparameter für die Erzeugung von qualitativ hochwertigen Kondensatorschichten sind nicht kritisch, wenn Stickstoffatome (in gesteuerten Mengen) in das Zerstäbungssystem eingeführt werden. In diesem Zusammenhang wurde gefunden, daß, wenn N-dotierte ρ-Tantalschichten in dem Niederschlagsverfahren in einer kontinuierlichen Zerstäubungsvorrichtung, wie sie im US-Patent 3 521 765 beschrieben ist, hergestellt werden, der relative Stickstoffgehalt dieser Schichten in geeigneter Weise durch termoelektrische Leistungsmessungen bestimmt werden kann.

Es ist ersichtlich, daß obgleich der Dünnschicht-Kondensator 61 einen N-dotierten ß-Tantal-Basisbelag 62 hat auch andere leitende Materialien verwendet werden können. So kann beispielsweise normales Tantal, ^-Tantal, Tantalnitrid, Niob usw. verwendet werden. Wenn ein anderes leitendes Material für den Basisbelag 62 verwendet wird, wird eine Dünnschicht aus N-dotiertem (*>-Tantal über dem Belag 62 erzeugt und anschließend oxydiert, um so die dielektrische Schicht 64 aus

309830/0 66 7

^-dotiertem β-Tantaloxyd zu bilden. Weiter ist ersichtlich, daß jedes für die Herstellung von normalen Tantal-Dünnschicht-Kondensatoren und von I^-Tantal-Dünnschicht-Kondensatoren geeignete Verfahren auch zur Herstellung von N-dotierten $> -Tantal-Dünnschicht-Kondensatoren verwendet werden kann.

In. der sich mit Nachrichtentechnik befassenden Industrie wird als geeignetes Kriterium bezüglich der Schaltungsanforderungen von Kondensatoren der Gleichspannungs-Leckstrom unter speziellen Testbedingungen angesehen. Tantal-PürrEchicht-Kondensatoren mit einer dielektrischen T^p^S" Schicht, die durch Anodisierung einer |3-Tantal-Dünnschicht (N-dotiert oder/indotiert) in einem auf Raumtemperatur befindlichen Anodisierungselektrolyten bei 230 V Gleichstrom in einer Stunde erzeugt wurde, haben eine Kapazitätsdichte

2
von etwa 56 nP (T 3 %) pro cm Fläche des Gegenbelags..

Solche Kondensatoren mit Gleichstrom-Leckströmen von weniger als 2 A/F bei einer 15 Sekurrfen lang angelegten Gleichspannung von 55 V wurde als zuverlässig und geeignet für Geräte befunden. ,

Ein üblicher bekannter Leckstromtest wild ausgeführt, indem eine Gleichspannung von 55 zwischen dem Basisbelag 62, beispielsweise einem N-dotiertera A -Tantalbelag und dem Gegenbelag 66, beispielsweise einem Nbnrom'Gold-Belag, angelegt wird, wobei der Basisbelag 62 relativ zum Gegenbelag 66 positiv vorgespannt wird. Der Leckstrom wird mittel.

• · eir

30 98 30/086 7

geeigneten Instuments 15 Sekunden nach Anlegen der Spannung gemessen. An N—dotierten ρ-Tantalschicht—Kondensatoren durchgeführte Versuche haben geringes Gleichstrom-Leckverhalten und auf der Basis der oben erörterten Leckstrom— kriterien, die bei 15-sekündigem Anlegen einer Gleichspannung von 55 V bis zu 2 A/F zulassen, eine dementsprechend, hohe Ausbeute erbracht.

Beispiel I

A. Eine Vielzahl von käuflich erhältlichen gläsernen Objektträger! der Größe 11,4 χ 9,5 χ 0,13 cm wurden mit einer etwa 1000 8 dicken Schicht von theiiisch oxydiertem Ta₃O₅ beschichtet. Die Ta₉O₅-Schicht wurde durch 5stündiges thermisches Oxydieren einer 500 A* dicken reinen (ä-Tantalschicht bei 550° C in Luft erzeugt. Der mit Ta₂ ⁰S ^be~ schichtete Objektträger oder das Substrat wurde dann in einer Vakuumvorrichtung mit geschlossenen Enden der im US-Patent 3 521 765 beschriebenen Art mit einer Rate von 20 Substraten/Stunden behandelt. Gleichstrom-Zerstäubung von ^-Tantalschichten mit einer Dicke von etwa 4000 A* wurde dann in drei aufeinanderfolgenden Durchläufen bei einem Zerstäubungsdruck von 30 χ 10" Torr und einer Substrattemperatur von 300° C durchgeführt. Die Zerstäubungs-

en
bedingung für diese drei Durchläufe waren wie folgt:

309830/08 6.7

Durch- Zerstäubungs- Stickstoff- Argon- Schichtlauf bedingungen Dotierrate Einlaß--, niederschlags-

(cm /min.) rate(cm /min.) rate (A/min.)

	Span nung, V	Strom, mA	0.8	45
1	4200	500	keine	45
2	4200·	500	0.8	45
3	4200	500

190 190 190

Die Durchiaufnummern entsprechen der chronologischen Reihenfolge der Niederschlagsdurchläufe. Der Durchlauf 1 wurde also zuerst und der Durchlauf 3 zuletzt durchgeführt. Wie aus der vorstehenden Tabelle zu entnehmen ist, waren die drei Durchläufe identisch mit der Ausnahme, daß das Produkt des Durchlaufs 2 ein reiner, undotierter β-Tantalniederschlag war.

Eine Vielzahl von Schaltungen, mit 10 den in den Fig. 3 und 4 beschriebenen Kondensatoren ähnlichen Kondensatoren mit einer Gesamtkapazität von 47 mF pro Schaltung wurden hergestellt. Bei jedem Kondensator wurde die resultierende, niedergeschlagene ß-Tantalschicht (dotiert und undotiert) mittels eines brannten photolithographischen Verfahrens zur Bildung eines Basisbelags 62 des Kondensators 61 (Fig'. 3 und 4) formgeätzt. Der Belag 62 wurde in geeigneter Weise maskiert und anodisiert in einer auf 25° C gehaltenen verdünnten (0,01 Gewicht %) Zitronensäurelösung für eine Stunde bei 230 V, wobei eine dielektrische Schicht 64 gebildet wurde, die ein Oxydationsprodukt von N-dotiertem {^-Tantal war-. Ein Gegen-

309830/0867

belag 66 aus einer 500 Ä dicken Nichrom-Haftschicht (80 Gewicht % Cr) und einer 10000 A dicken Goldschicht wurde auf die dielektrische Schicht 64 aufgedampft. Der Gegenbelag 66 wurde mittels bekannter Photolack- und Ätzverfahren in die gwünschte Form gebracht.

Diese, jeweils 10 solcher Kondensatoren 61 enthaltenden Schaltungen wurden dann einem Gleichstrom-Lecktest unterzogen, indem zwischen dem Basisbelag 62 (elektrisch parallel geschaltet) und dem Gegenbelag 66 eine Gleichspannung von 55 V angelegt wurde. Der Basisbelag 62 war relativ zum Gegenbelag 66 positiv vorgespannt. Der Leckstrom wurde dann nach 15-sekündiger Spannungseinwirkung mit einem üblichen Instrument gemessen. Dieser Leckstromtest der Schaltungen (mit jeweils 10 Kondensatoren) ist überzeugender als das Testen der Einzelkondensatoren selbst. Da jede Schaltung eine Gesamtkapazität von 47 nF li'egt der erlaubte Leck-

—9

strom bei 94 χ 10 A. Die Ergebnisse des Leckstromversuchs

waren wie folgt:

Durchlauf 1 Durchlauf 2 Durchlauf3 (Stickstoff- (keine Do- (Stickdotierung) tierung) stoffdotierunq)

Gesamtzahl von untersuchten

Schaltungen (10 Kondensieren/ 3299 882 1176

Sch&tung)

Schaltung mit Leckströmen von weniger als 25 χ 10*" A

Schaltung mit Leckströmen von 25 bis 50 χ 10 A

Schaltung mit Leckströmen von 50 bis 93,5 χ 10 A -

Schaltungsausbeute, %

309830/0867

1910 (57,9%)	21 (2,4%)	830 - (70,6%)
592 (17,9%)	74 (8,3%)	104 (8,8*)
145 (4,4%)	72 (8,2%)	25 (2,';o)
80,2%	18,9%	81,5%

B. Eine Vielzahl der Substrate des Beispiels I-A wurde mit einer Geschwindigkeit von 20,5 Substrate/Stundn durch die Vakuumapparatur des Beispiels I-A hindurchgeführt . Dann wurde eine Gleichstrom-Zerstäubung von N-dotierten ß-Tantalschichten(etwa 4000 8 dick) bei einem

—3

Zerstäubungsdruck von 30 χ 10 Torr durchgeführt. Das umgebende Gas enthielt Argon und Stickstoff (1,0 Volumen % Stickstoff, wobei Stickstoff mit einem Mengenstrom von 0,3 cm /min in das System eingeführt wurde). Die Substrattemperatur betrug 300° C bei einer Kathodenspannung von 4000 V und einem Kathodenstrom von 420 mA und einer Strom-

2
dichte von 0,25 mA/cm . Die Zerstäubungs-Nfederschlagsrate betrug 150 S in der Minute.

Die so erhaltene mit N-dotiertem Ja-Tantal beschichteten Substrate wurden dann in der in Verbindung mit dem Beispiel I-A beschriebenen Weise zu Kondensatoren weiter verarbeitet. Der Stickstoffgehalt cfer N-dotierten Kondensatorschichten wurde berechnet im Bereich von 2,3 bis 4,0 Atom% für die Mehrzahl der Muster, die unter den oben genannten Bedingungen erzeugt wurden.

C. Die Verfahrensweise gemäß Beispiel I-A wurde mit einer Vielzahl von Substraten wiederholt, die mit einer Geschwindigkeit von 30 Substraten/Stunde durch die Vakuumapparatur des Beispiels I-A hindurchgeführt wurden. Dann erfolgte eine ^Gleichstrom-Zerstäubung von N-dotierten. .

309830/0867

^-Tantal schichten (etwa 4000 Ä dick) bei einem Zer-

—3
stäubungsdruck von 30 χ 10 Torr, in einer Argon- und Stickstoff (2,7 Volumen % Stickstoff, wobei Stick-

3 stoff mit einem Mengenstrom von 1,2 cm /min in das System eingeführt wurde) enthaltenden G-asumgebungtei einer Temperatur von 350° C, einer Kathoden-Gleichspannung von 4500 V, einem Kathodenstrom von 800 mA, einer Stromdichte von 0,45 mA/cm und
schlagsrate von 300 S/min·

dichte von 0,45 mA/cm und einer Zerstäubungs-Nieder-

Die so erhaltenen N-dotierten ρ-Tantal beschichteten Substrate wurden dann in der in Verbindung mit dem Beispiel I-A beschriebenen Weise zu Kondensatoren weiter verarbeitet. Der Stickstoffgehalt der N-dotierten Kondensatorschichten wurde berechnet im Bereich zwischen 4,8 und 7,9 Atom% für die Mehrzahl der Muster, die unter den oben erwähnten Zerstäubungsbedingungen hergestellt wurden.

Beispiel II

A. Eine der in Fig. 1 gezeigten ähnliche Zerstäubungsvorrichtung wurde zur Erzeugung einer N- dotierten (i Tantalschicht 18 auf einem Substrat 15 gemäß Beispiel I-A verwendet. Die Kathodenanordnung 21 der Vorrichtung 17 umfaßt sechs Elemente 22 und 22' aus hochreinem Tantal mit einer Länge von 23 cm und einem Durchmesser von 0,95 cm, die mit einem Mittelabstand von 4 cm angeordnet waren. Die Zerstäubungskammer 19 wurde nach dem Spülen mit Argongas

309830/0 86 7

- JU -

auf einen Druck von 2 χ 10" Torr evakuiert. Ein Argon und Stickstoff enthaltendes Gasgemistι würde dann durch den Einlaß 53 in die Zerstäubungskammer 19 mit einem

3
Mengenstrom von 25 cm /min eingebracht, wobei der Druck

_3
auf 30 χ 10 Torr erhöht wurde. Das N_? wurde mit dem Argongas aus der Gas-quelle 57 mit einem Mengenstrom von 0,6 cm /min gemischt, wobei eine Stickstoffkonzentration im Gas von 2,3 Volumen % des gesamten Gasgemisches aus Argon und Stickstoff erhalten wurde.

Das Substrat 15 wurde auf einerTemperatur von 200° C gehalten und die Zerstäubung wurde mit einer Wechselspannung von 5000 V, einem Kathodenstrom von 500 mA, einer Feldvorspannung von -200 V (Gleichspannung) und einem Feldspannungsstrom von 240 mA durchgeführt. Nach zwölf Minuten wurde eine 3840 A dicke N-dotierte (2>-Tantalschicht 18 auf der thermisch erzeugten -Ta₂O₅-Schicht des Substrats 15 erhalten. Die so erzeugte N-dotierte ß-Tantalschicht 18 hatte einen Stickstoffgehalt von wenigstens 3,5 Atom %, wie durch spektralphotometrische Untersuchungen ermittelt wurde.

B. Das Verfahren gemäß Beispiel II-A wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß eine Vielzahl von N—dotierten, mit einer /i-Tantalschicht belegten Substraten gemäß Beispiel H-A erhalten wurden und zur Herstellung einer Vielzahl von Kondensatoren verwendet wurden, die den in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 beschriebenen Kondensaboren

309830/086 7

ähnlich waren.

Die so erhaltene Viel-zahl von N-dotierten p-Tantal-Kondensatoren wurde jeweils eine Minute lang bei einer Temperatur von 25° C einem Potential von 50 V (Gleichstrom) ausgesetzt, wobei LeckStrommessungen vorgenommen wurden. Ein mittlerer Leckstrom von 0,37 χ 10 A pro Bauelement wurde bei den Kondensatoren ermittelt. Als an-

—9 nehmbarer Leckstrom gilt solchen Bedinungen 11 χ 10 A/ Bauelement.

Es wird darauf hingewiesen, daß die vorstehenden Ausführungsbeispiele lediglich zu Zwecken der Erläuterung des erfindungsgemäßen Prinzips beschrieben wurden. Von den Fachleuten können verschiedene Abwandlungen und Ändenngenim Rahmen des Erfindungsgedankens durchgeführt waden.

309830/086 7

Claims

Patentansprüche

Ein Substrat und eine Dünnschicht aus /p-Tantal aufweisender Artikel, dadurch gekennzeichnet, daß das ß-Tantal in Konzentrationen von einem Minimum von 0,1 Atom % bis zu einem Maximum mit Stickstoff dotiert ist, wobei die Stickstoff-dotierte A-Tantal-Schicht weiterhin die Kristallstruktur des/^-Tantals besitzt.
2. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stickstoff-dotierte p>-Tantal-Schicht von 0,1 bis 10 Atom % Stickstoff aufweist.
3. Artikel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Artikel einen Dünnschicht-Kondensator mit einem Dünnschicht-Belag aus _schicht-bildendem Metall, einer dielektrischen Schicht aus einem Oxyd eines ^schicht -bildenden Metalls und einem leitendem Gegenbelac ist, wobei

die dielektrische Oxydschicht ein Oxydationsprodukt des Stickstoff-dotierten ^-Tantal ist.
4. Artikel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß

auch der Dünnschicht-Belag .aus Stickstoff-dotiertem Αι

Tantal besteht.

3 0 9 8 3 0/0 b I) V

--33 -

?300813
5. Verfahren zur Herstellung eines Artikels nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zur Bildung einer Dünnschicht aus Tantal mit 3-Tantal-Kristallstruktur auf einem Substrat eine Vielzahl von diskreten Tantalatomen unter an sich bekannten Bedingungen gebildet und niedergeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die diskreten Tantalatome mit Stickstoffatomen in einem Verhältnis zusammengebracht werden, welches so gewählt ist, daß eine Schicht aus Stickstoff-dotiertem ß-Tantal niedergeschlagen wird, die im wesentlichen ausschließlich die Kristallstruktur "des ß-Tantal hat.
6« Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis im Bereich von 9Q bis 99,9 Atomen Tantal zu einem Atom Stickstoff gewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoff-dotierte ^»-Tantal-Schult durch an sich bekanntes Zerstäuben von Tantalteilchen in einer gasförmigen Umgebung niedrigen Drucks durchgeführt wird, die ein inertes Gas und ein Stickstoff enthaltendes reaktionsfähiges Gas in solcher Konzentration aufweist, daß die zerstäubten Tantalteilchen sich mit den Stickstoffatomen zur Bildung der Stickstoff-dotierten Tantal-Schicht mit p-Tantal Kristallstruktur verbinden.

0 9 8 3(1/0867