DD243720A1

DD243720A1 - Verfahren zum herstellen von hochreinem duktilem chrom

Info

Publication number: DD243720A1
Application number: DD27974885A
Authority: DD
Inventors: Jens-Ingolf Moench; Horst-Heiner Uhlisch
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1985-08-16
Filing date: 1985-08-16
Publication date: 1987-03-11

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der chemischen Verfahrenstechnik und ist bei der Herstellung von hochreinen, duktilen Chromschichten anwendbar, die beispielsweise als Targets fuer Sputterprozesse in der Mikroelektronik verwendet oder umformtechnisch zu Halbzeugen verarbeitet werden koennen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Chrom mittels elektrolytischer Abscheidung unter Anwendung eines schmelzfluessigen Elektrolyten so zu gestalten, dass die Konzentration von Verunreinigungen, insbesondere von Alkalimetallen, im schmelzelektrolytisch abgeschiedenen Chrom verringert wird. Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch geloest, dass die Abscheidung in einer Elektrolysezelle mit einem Diaphragma zwischen Anoden- und Katodenraum sowie einer Leckrate von 10 3 Pam3/s vorgenommen und als Haupt- und Zusatzelektrolyse mit gleichem Elektrodenpaar ausgefuehrt wird, wobei die Katodenstromdichte bei der Hauptelektrolyse 0,3 bis 0,5 mA/mm2 und bei der Zusatzelektrolyse 0,1 mA/mm2 betraegt. Die Zusatzelektrolyse wird dabei entweder nur vor der Hauptelektrolyse oder vor der Hauptelektrolyse und waehrend einer oder mehrerer zeitlicher Unterbrechungen der Hauptelektrolyse angewandt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der chemischen Verfahrenstechnik und ist bei der Herstellung von hochreinen duktilen Chromschichten anwendbar, die beispielsweise als Targets für Sputterprozesse in der Mikroelektronik verwendet oder umformtechnisch zu Halbzeugen verarbeitet werden können.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Hochreines Chrom findet in Wissenschaft und Technik ein immer größeres Anwendungsgebiet. Insbesondere mittels physikalischer Beschichtungsmethoden hergestellte dünne Chromschichten bzw. Chromverbindungen erfordern ein Ausgangsmaterial hoher Reinheit.

Die Herstellung strukturell zusammenhängender, feinkristalliner Chromschichten mit Hilfe wäßriger Gewinnungselektrolyse ist bekannt. Die erhaltbaren Schichten zeigen jedoch eine sehr zerklüftete, narbige Oberfläche, sind brüchigjjnd enthalten als Hauptverunreinigungen 0,5% Sauerstoff und 0,14% Eisen. Sie sind nicht duktil, so daß eine umformtechnische Weiterverarbeitung nicht möglich ist. Derartige Schichten sind aufgrund ihrer hohen Verunreinigungskonzentration als . Targetmaterial für Sputterprozesse ungeeignet.

Die Herstellung umformbarer Chromschichten ist durch eine schmelzflußelektrolytische Raffinationselektrolyse möglich. Bekannt ist die Elektrolyse in einem Lithium-, Natrium-, Kalium- und Chromfluorid enthaltenden Elektrolyten. Die Raffination wird bei Temperaturen von 800⁰C mit einer katodischen Stromdichte von 0,25 bis 0,60 mA/mm² unter Schutzgas durchgeführt. Die abgeschiedene Schicht hat die theoretische Dichte des Chroms von 7,1 g/cm³, besitzt eine Vickershärte von 145 und ist mechanisch deformierbar. Derartiges Material enthält jedoch mindestens lOOppm Alkalien und ist somit für Sputterprozesse ebenfalls nicht verwendbar.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Voraussetzungen für die Herstellung von hochreinem duktilem Chrom.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Chrom mittels elektrolytischer Abscheidung unter Anwendung eines schmelzflüssigen Elektrolyten so zu gestalten, daß die Konzentration von Verunreinigungen, insbesondere von Alkalimetallen, im schmelzflußelektrolytisch abgeschiedenen Chrom verringert wird.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Abscheidung in einer Elektrolysezelle mit einem Diaphragma zwischen Anoden- und Katodenraum sowie einer Leckrate von <10~³PaM³/s vorgenommen und als Haupt- und Zusatzelektrode mit gleichem Elektrodenpaar ausgeführt wird, wobei die Katodenstromdichte bei der Hauptelektrolyse 0,3 bis 0,5 mA/mm² und bei der Zusatzelektrolyse < 0,1 mA/mm² beträgt. Die Zusatzelektrolyse wird dabei entweder nur vor der Hauptelektrolyse oder vor der Hauptelektrolyse und während einer oder mehrerer zeitlicher Unterbrechungen der Hauptelektrolyse angewandt. Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung wird eine Elektrolysezelle mit einer Leckrate von 10~⁵Pam³/s verwendet und die Zusatzelektrolyse mit einer Schrittdauer von jeweils 0,2 bis 2 h durchgeführt. Vorteilhaft ist es, die Abscheidung auf grob- oder einkristallinem Chrom vorzunehmen, Argon als Schutzgas zu verwenden und mit einer Elektrolyttemperatur im Bereich von 780 bis 860⁰C zu arbeiten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Voraussetzungen geschaffen, um in effektiver Weise Chrom mit geringer Oberflächenrauhigkeit und mit sehr geringem Gehalt an interstitiellen Verunreinigungen herstellen zu können. Besonders hervorzuheben ist der geringe Alkalimetallgehalt von <5ppm. Das erfindungsgemäß hergestellte Chrom kann ohne Schwierigkeiten kalt umgeformt werden und ist vorteilhaft als Targetwerkstoff zur Herstellung von Schichten in der Mikroelektronik einsetzbar.

Ausführungsbeispiel

Zum Ansatz des für die Raffination benötigten Elektrolyten wird eine eutektische Mischung aus KF-NAF-LiF in einem Platintiegel an Luft geschmolzen und in eine Kupferkokille abgegossen. Dieser Grundelektrolyt mit einem Schmelzpunkt von 454°C wird in einen für die Elektrolyse verwendeten Ni-Tiegel mit Chromanode überführt, 10Gew.-% CrF₃ zugegeben und in einen vakuumdichten Edelstahlrezipienten mit einer Lackrate von < 1CT³Pa · m³/s eingeschleust. Im Rezipienten sind an beweglichen Halterungen eine durch eine wäßrige Elektrolyse gewonnene Chromanode und eine Chromkatode in Form eines 1mm dicken grobkristallinen Bleches der Abmessungen 100 χ 100mm befestigt. Es ist vorteilhaft, bereits schmelzflußelektrolytisch gereinigtes Chrom aus vorangegangenen Versuchen zu verwenden, bei denen eine Reinigung des Elektrolyten bei einer Katodenstromdichte von 0,3mA/mm² durchgeführt, die Abscheidung auf Kupferblechen erfolgte und das Kupfer nach Beendigung der Elektrolyse mit HNO3 entfernt wurde. Zwischen Anoden- und Katodenraum ist ein Diaphragma angeordnet. Nach mehrfachem Evakuieren und Spülen mit gereinigtem Argon wird der Elektrolyt unter 10⁴Pa Argon auf 850⁰C erhitzt. Währenddessen werden die Elektroden vorgewärmt und nach Erreichen der Elektrolyttemperatur in die Schmelze eingetaucht. Zur Durchführung des ersten Teilprozesses wird mit einer Katodenstromdichte von 0,1 mA/mm²für eine Zeit von 10 Stunden elektrolysiert. Unmittelbar anschließend wird die Elektrolyse mit einer Katodenstromdichte von 0,5mA/mm² bis zur Erreichung einer Schichtdicke von 6 mm durchgeführt. Nach Beendigung der Elektrolyse wird die Katode aus dem Elektrolyten entfernt, auf Raumtemperaturabgekühltundausdem Rezipienten ausgeschleust. Das so gewonnene Chrom kann entweder sofort zu Targets für Sputterprozesse konfektioniert oder durch walztechnische Umformung bei Raumtemperatur zu einer größeren Platte verarbeitet werden. Es ist prinzipiell auch die Herstellung anderer Halbzeuge möglich.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von hochreinem duktilem Chrom mittels elektrolytischer Abscheidung unter Anwendung eines schmelzflüssigen Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung in einer Elektrolysezelle mit einem Diaphragma zwischen Anoden-und Katoden raum sowie einer Leckrate von S 10~³Pam³/s vorgenommen undalsHaupt-und Zusatzelektrolyse mit gleichem Elektrodenpaar ausgeführt wird, wobei die Katodenstromdichte bei der Hauptelektrolyse 0,3 bis 0,5mA/mm² und bei der Zusatzelektrolyse <0,1 mA/mm² beträgt und wobei die Zusatzelektrolyse entweder nur vor der Hauptelektrolyse oder vor der Hauptelektrolyse und während einer oder mehrerer zeitlicher Unterbrechungen der Hauptelektrolyse angewandt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse in einer Elektrolysezelle mit einer Leckrate von 10~⁵Pam³/s durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzelektrolyse mit einer Schrittdauer von jeweils 0,2 bis 2 h durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung auf grob- oder einkristallinem Chrom vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Elektrolyse Argon als Schutzgas verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung bei einer Elektrolyttemperatur im Bereich von 780 bis 860⁰C vorgenommen wird.