DD300309A7

DD300309A7 - METHOD FOR PRODUCING HIGHLY CLEAN GRANALS OF HIGH-MELTING METALS

Info

Publication number: DD300309A7
Application number: DD32475289A
Authority: DD
Inventors: Hans Boettcher; Wolfgang Jahn; Gerhardt Kutschan; Hans-Henning Reis
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1989-01-02
Filing date: 1989-01-02
Publication date: 1992-06-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochreiner Granalien hochschmelzender Metalle, wie Wolfram und Molybdaen. Diese Granalien werden zur Herstellung von Targets zum Sputter-Beschichten hochintegrierter Schaltungen benoetigt. Aufgabengemaesz soll waehrend des Schmelzens mittels Elektronenstrahl ein Groszteil der Verunreinigungen aus dem Metall entfernt und keine neuen aufgenommen werden. Erfindungsgemaesz wird diese Aufgabe durch eine UEberhitzung beim Abschmelzen und eine bestimmte Fallhoehe der Metalltropfen geloest.{Verfahren, rein; Granalie, hochschmelzend; Metall; Elektronenstrahl; Schmelzen; Tropfen; UEberhitzen; Hoehe, fallen; Dichte; Platte, gekuehlt}The invention relates to a process for producing high-purity granules of refractory metals, such as tungsten and molybdenum. These granules are needed to make targets for sputter coating of large scale integrated circuits. Taskgemaesz should be removed during the melting by electron beam, a majority of the impurities from the metal and no new recorded. According to the invention, this object is achieved by overheating during melting and a certain drop in height of the metal drops. {Process, pure; Granalie, high melting; Metal; electron beam; Melt; Drops; Superheated; Height, fall; Density; Plate, cooled}

Description

Application blot of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochreiner Granalien hochschmelzender Metalle, insbesondere solche aus Wolfram und Molybdän. Sie werden als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Targets für das Beschichten hochintegriertor Halbleiterschaltungen mittels Sputterns benötigt.The invention relates to a process for producing high-purity granules of refractory metals, in particular those of tungsten and molybdenum. They are needed as a starting material for the production of targets for the coating of highly integrated semiconductor circuits by means of sputtering.

Characteristic of the be. 'th prior art

Es ist allgemein bekannt, Metalle, darunter auch hochschmelzende, mittels Elektronenstrahl-Abtropfschmelzens weiterverarbeiten. Dabei tropft das Metall in einen sogenannten Kristallisator, wo es erstarrt, in einen sogenannten Vorschmelzhafen zum späteren Gießen in eine Form, oder es tropft unmittelbar auf eine rotierende gekühlte Walze, wodurch es pelletiert wird (Schiller/Heisig/Panzer), Elektronenstrahltechnologie, Berlin 1976, S.203 bis 206). Bei allen diesen Verfahren erfolgt durch den sofortigen Kontakt des geschmolzenen Metalls mit den Materialien von Kristallisator, Vorschmelzhafen oder Walze eine Aufnahme von Bestandteilen derselben durch das Metall, also generell eine Verschlechterung des Reinheitszustandes, was für den vorgesehenen Anwendungszweck nicht akzeptabel ist.It is well known to process metals, including refractory ones, by electron beam drop-on-melt. The metal drips into a so-called crystallizer, where it solidifies, into a so-called pre-melt port for later casting into a mold, or it drips directly onto a rotating cooled roller, whereby it is pelleted (Schiller / Heisig / Panzer), electron beam technology, Berlin 1976 , P.203 to 206). In all of these methods, the immediate contact of the molten metal with the materials of the crystallizer, pre-melt port or roller will cause them to be taken up by the metal, generally deteriorating the purity state, which is unacceptable to the intended application.

Es ist auch bekannt, hochschmelzende Metalle im Vakuum induktiv abzuschmelzen, die Tropfen induktiv weiter zu erhitzen und dann durch ein Gasstrom feinerzu zerteilen (DE 3528169). Aufgabe ist hier die Erzeugung feinen Metallpulvers und nicht dessen Reinigung. Selbst wenn hier eine Reinigung beim freien Fall der Metalltropfon im Vakuum aufträte, würde sie durch den Gaseintritt wieder zunichte gemacht. Im übrigen scheint es zweifelhaft, ob bei einer induktiven Erhitzung die Energie genügend konzentriert werden kann, um hochschmelzende Metalle bis zu ihrem Schmelzpunkt zu erhitzen.It is also known to inductively melt refractory metals in vacuo, inductively heat the drops further and then finely divided by a gas flow (DE 3528169). The task here is the production of fine metal powder and not its cleaning. Even if a cleaning during free fall of the metal droplet occurred in a vacuum, it would be destroyed by the gas inlet again. Incidentally, it seems doubtful whether inductive heating can concentrate the energy sufficiently to heat refractory metals to their melting point.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Erfüllung der Reinheitsanforderungen der Halbleiterindustrie an Targets aus hochschmelzenden Metallen durch einfache technische Mittel.The aim of the invention is to meet the purity requirements of the semiconductor industry to targets of refractory metals by simple technical means.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Anwendung des Etektronenstrahl-Abtropfschmelzens möglichst viele Verunreinigungen aus den genannten hochschmelzenden Metallen zu entfernen, ohne daß neue aus den Tiegelmaterialien oder dergleichen aufgenommen werden können, und den Schmelzzustand zur Zerkleinerung des Metalls zu nutzen. Erfindungsge näß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das aufgeschmolzene Ende des Rohmaterials vor der Tropfenbildung durch den Elektronenstrahl um mindestens 500K über den Schmelzpunkt überhitzt wird und anschließend die abgeschmolzenen Metalltropfen im Vakuum eine Höhe durchfallen, die sich zum Tropfendurchmesser wie 400:1 bis 100:1 verhält, bevor sie im noch teilweise flüssigem Zustand auf eine gekühlte Platte treffen, wobei im genannten Verhältnisse den Metallen höherer Dichte zugeordnet werden.The invention has for its object to remove using the Etektronenstrahl Abtropfschmelzens as many impurities from said refractory metals, without that new can be taken from the crucible materials or the like, and to use the melt state for crushing of the metal. According to the invention, this object is achieved in that the melted end of the raw material is overheated by at least 500K above the melting point prior to droplet formation by the electron beam and then the melted metal drops fall through a height in the vacuum, which is the droplet diameter as 400: 1 to 100: 1 behaves before they meet in still partially liquid state on a cooled plate, wherein said higher-density metals are assigned in said ratio.

Es ist zweckmäßig, wenn die gekühlte Platte in Abhängigkeit von der Dichte des hochschmelzenden Metalls um 30 bis 50" zur Horizontalen geneigt ist.It is expedient if the cooled plate is tilted by 30 to 50 "to the horizontal, depending on the density of the refractory metal.

From the application of the method, the following beneficial effects result:

- Abdampfen der in aller Regel niedriger schmelzenden Verunreinigungen- Evaporation of the usually lower melting impurities

- kein Eintrag neuer Verunreinigungen- no entry of new impurities

- Teilerstarrung während des Falls; damit sind Reaktionen mit dem Material der gekühlten Platte ausgeschlossen- partial solidification during the fall; thus reactions with the material of the cooled plate are excluded

- Erstarrung von außen nach innen mit quasi-isotroper Gefügeausbildung. Daraus resultiert ein Zerspringen beim Auftreffen bzw. die Möglichkeit der leichten mechanischen Zerkleinerung im Anschluß daran.- Solidification from outside to inside with quasi-isotropic microstructure. This results in a shatter on impact or the possibility of easy mechanical comminution following it.

embodiments

Die Erfindung wird nachstehend an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Erläuterung besteht im wesentlichen aus einer tabellarischen Aufstellung der Verfahrensparamotir zur Herstellung von Granalien aus Wolfram (W), einer Legierung aus Wolfram mit 6Ma.-% Rhenium (W-Re)₁ was die o. e. Erstarrung von außen nach innen fördert, und aus Molybdän (Mo).The invention will be explained in more detail below with reference to three exemplary embodiments. The explanation consists essentially of a tabular list of Verfahrensparamotir for the production of granules of tungsten (W), an alloy of tungsten with 6Ma .-% rhenium (W-Re) ₁ which promotes the oe solidification from the outside in, and molybdenum (Mo).

Parameterparameter WW W-ReW-Re MoMo Querschnitt Rohmaterial in mm² Cross-section of raw material in mm ² 10x 1010x 10 10x 1010x 10 2Ox 202Ox 20 Vakuum in PaVacuum in Pa 0,030.03 0,030.03 0,030.03 Leistung des Elektronenstrahls in kWPower of the electron beam in kW 30. ..4030. ..40 25. „3025. "30 2020 Tropfendurchmesser in mmDrop diameter in mm 3...53 ... 5 2.„32. "3 5...75 ... 7 Fallhöhe in mmFall height in mm 550550 550550 10001000 Neigung der Kupferplatte in °Inclination of the copper plate in ° 3535 3535 5050 Elektronenstrahldurchmesser in mmElectron beam diameter in mm 3...83 ... 8 3.„83. "8 3...83 ... 8 Verunreinigungen in ppmImpurities in ppm vorher/nachherbefore, afterwards NaN / A 42/0,842 / 0.8 42/0,842 / 0.8 56/0,956 / 0.9 KK 56/0,656 / 0.6 66/0,666 / 0.6 43/0,743 / 0.7 FeFe 70/570/5 70/570/5 75/475/4 NiNi 30/22.30 30/22.30 40/340/3 UU 2/0,22 / 0.2 2/0,22 / 0.2 3/0,13 / 0.1

Beim Aufprall auf die gekühlte Platte haben die Kugeln bereits eine feste Außenhaut, so daß Reaktionen mit der auf max. 40°C gekühlten Kupferplatte unterbleiben. Sie zerspringen dabei in kleinere Teilchen bzw. sind anschließend leicht mechanisch zu zerkleinern, was in Einrichtungen aus dem gleichen hochschmelzenden Metall erfolgen muß. Die Neigung der Kupferplatte dient dem leichteren Sammeln der Granalien bzw. Bruchstücke derselben.When impacting the cooled plate, the balls already have a solid outer skin, so that reactions with the max. Leave at 40 ° C cooled copper plate. They shatter into smaller particles or are then easily mechanically crushed, which must be done in facilities made of the same refractory metal. The inclination of the copper plate serves to facilitate collecting the granules or fragments thereof.

Claims

Anspruch [en] A process for producing high purity granules of refractory metals by electron drop dripping, characterized in that the molten end of the raw material overheats at least 500K above the melting point prior to droplet formation by the electron beam, and then the molten metal drops precipitate in vacuum to a height adjacent to Diameters such as 400: 1 to 100: 1 behave before they meet in a still partially liquid state on a cooled plate, wherein in the said ratio range, the smaller ratios are assigned to the metals of higher density.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cooled plate is inclined in dependence on the density of the refractory metal by 30 to 50 ° to the horizontal.