DE19981324C2 - Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials

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Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials bereit, umfassend eine Elektrolyse eines geschmolzenen Salzgemisches, welche ein Edelmetallsalz und ein Lösesalz enthält, um dadurch ein Edelmetall oder eine Edelmetallegierung abzuscheiden. Das Verfahren ermöglicht eine Vereinfachung von Verfahrensschritten und erzeugt hochreine Targetmaterialien. Zusätzlich wird das elektroabgeschiedene Edelmetall oder die elektroabgeschiedene Edelmetallegierung bei einer Temperatur von mindestens 800 DEG C, aber unterhalb des Schmelzpunkts des Edelmetalls wärmebehandelt, um dadurch ein Targetmaterial höherer Reinheit herzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials, das zur Herstellung von dünnen Edelmetallfilmen verwendet wird.
Seit kurzem wird ein Trend hin zu einer Größenverringerung von elektronischen und elektrischen Vorrichtungen ausgeprägter, zusammen mit einer Forderung zur Erhöhung der Integration von LSIs, welche verwendet werden, um Funktionen dieser Vorrichtungen zu kontrollieren. In anderen Worten, elektronische Schaltungen sowie jedes und alle elektronischen Elemente müssen ein höheres Integrationsmaß aufweisen.
Im Verlauf der Erhöhung der Integration wurden Edelmetalle, wie etwa Ruthenium oder Iridium als Materialien verwendet, die zur Bereitstellung einer Elektrode für einen Halbleitervorrichtungen-Wafer geeigneter sind, da Edelmetalle eine Dünnfilmelektrode mit hervorragenden Elektrodeneigenschaften liefern.
Eine Reihe von Verfahren, wie etwa Vakuumgasphasenabscheidung und CVD (Chemical Vapor Deposition) wurden zur Bildung von in Halbleitervorrichtungen enthaltenen dünnen Filmen verwendet. Von diesen Verfahren wird Sputtern, welches ein Typ eines physikalischen Gasphasenabscheidungsverfahrens ist, gegenwärtig am weitverbreitesten verwendet. Sputtern ist ein Verfahren zur Bildung eines dünnen Metallfilms und umfaßt die Schritte: Bewirken eines Kollidierens von Teilchen, wie etwa Argonionen, mit einem Target, welches das Material eines herzustellenden dünnen Films bildet, und Abscheiden von Metallpartikeln auf einem Substrat, die durch einen Impulsaustausch freigesetzt wurden. Eine hohe Reinheit ist deshalb ein kritisches Erfordernis für ein Targetmaterial, da die Eigenschaften des gebildeten dünnen Films wohl abhängig von den Charakteristika des Targetmaterials, wie etwa Reinheit variieren.
Ein Edelmetall-Targetmaterial wurde herkömmlich durch eine der folgenden typischen Verfahren hergestellt; das sind Pulvermetallurgie, wobei ein Edelmetallpulver geformt und durch Heißpressen (HIP) gesintert wird; und ein Gießverfahren, worin ein durch ein Heißpressen gebildeter Preßling aus Rutheniumpulver in einem Tiegel mittels Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl geschmolzen und verfestigt wird.
Im Fall des Gießverfahrens, wird die Reinheit eines Targetmaterials leicht kontrolliert, um dadurch ein Targetmaterial mit vergleichsweise hoher Reinheit zu erhalten. Es wird jedoch viel Energie zum Schmelzen eines Edelmetalls mit einem hohen Schmelzpunkt benötigt und während des Gießens muß ein Rohmaterial in einer größeren Menge bereitgestellt werden, als in den tatsächlichen Produkten gefunden wird. Zusätzlich weist das Verfahren einen Nachteil darin auf, daß die Anzahl an Herstellungsschritten groß ist, wodurch die Herstellungskosten und der Produktpreis erhöht werden.
Mit Pulvermetallurgie kann man ein Sputtertargetmaterial bei geringeren Energiekosten herstellen, als man es mit Gießen kann. Darüber hinaus weist Pulvermetallurgie den Vorteil auf, eine hohe Ausbeute zu liefern. Während der Herstellung eines Sputtertargetmaterials durch Pulvermetallurgie kann jedoch kein Bindemittel verwendet werden, da das Material eine hohe Reinheit aufweisen muß. Folglich muß ein Metallpulver, das ein Sputtertargetmaterial bildet, ohne die Verwendung eines Bindemittels gesintert und verfestigt werden. Ohne Verwendung eines Bindemittels ist ein entsprechendes Formen und Sintern eines Metallpulvers sehr schwierig, wie es auch die Bestimmung von Parametern für verschiedene Verfahrensbedingungen ist.
Auch wenn ein Pulver ohne die Verwendung eines Bindemittels gesintert werden kann, wird ein Rohmaterialpulver leicht kontaminiert oder adsorbiert leicht Verunreinigungen und es ist eine sehr sorgfältige Lagerung des Rohmaterials zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials erforderlich. Folglich ist es schwierig, ein Targetmaterial mit gleichmäßiger Struktur und Reinheit herzustellen, welches die Verwendung des Targets zur Herstellung eines elektronischen Elements in der Elektronikindustrie erlaubt, wenn ein Sputtertargetmaterial durch Pulvermetallurgie hergestellt wird, wenn die Herstellungsbedingungen, einschließlich Lagerung des Rohmaterialpulvers, nicht sehr streng kontrolliert werden. Zusätzlich umfaßt die Herstellung durch Pulvermetallurgie beschwerliche Schritte, wie etwa das Herstellen eines Rohmaterialpulvers und Heißpressen. Diese Schritte erhöhten die Produktionskosten, wodurch nachteiligerweise der Produktpreis erhöht wird.
In JP 01-104769 A (Patents Abstract of Japan) wird die Herstellung eines Titantargets offenbart. Dabei wird zunächst mittels Schmelzsalzelektrolyse nadelförmiges Titan hergestellt, welches dann zur Entfernung noch vorhandener Verunreinigungen wie Sauerstoff, Eisen, Nickel und Chrom einer Schmelz- und Kaltverformungsnachbearbeitung unterworfen wird. Die Herstellung von reinen Edelmetalltargets durch Schmelzsalzelektrolyse ohne Nachbearbeitung wird darin nicht beschrieben.
In EP 0 286 175 A1 wird ein Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Metallen offenbart. Einen Hinweis auf Targetmaterialien findet sich in diesem Dokument nicht.
Wie zuvor beschrieben sind, auch wenn verschiedene praktische Verfahren zur Herstellung eines Edelmetall-Targetmaterials entwickelt worden sind, diese Verfahren nicht unbedingt zufriedenstellend im Hinblick auf Produkteigenschaften und Produktkosten. Folglich besteht ein Bedürfnis für ein effizienteres Verfahren zur Herstellung eines Edelmetall-Targetmaterials.
Im Hinblick auf das vorstehende besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials bereitzustellen, wobei das Verfahren Herstellungsschritte vereinfacht und ein hochreines Targetmaterial erzeugt.
Die Erfinder haben ernsthafte Untersuchungen durchgeführt, um das obige Ziel zu erreichen und haben festgestellt, daß ein Sputtertargetmaterial direkt durch Elektroabscheidung eines Edelmetalls oder einer Edelmetallegierung aus einem geschmolzenem Salzgemisch, welches ein Edelmetallsalz und ein Lösesalz umfaßt, hergestellt werden kann.
Die Erfindung, wie in Anspruch 1 angegeben, bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials, welches eine Elektrolyse eines geschmolzenen Salzgemisches umfassend ein Edelmetallsalz und ein Lösesalz umfaßt, um dadurch ein Edelmetall oder eine Edelmetallegierung zu erhalten, die als Targetmaterial dient. Kurz, das Verfahren ermöglicht eine direkte Herstellung eines Sputtertargetmaterials durch Elektrolyse eines geschmolzenen Salzes.
Der Grund, warum ein geschmolzenes Salzgemisch, umfassend ein Edelmetallsalz und ein Lösemittelsalz verwendet wird, wird beschrieben werden. Wenn eine hochreine Rohmaterialverbindung verwendet wird und geeignete Elektrolysebedingungen eingesetzt werden, kann ein hochreines Edelmetall abgeschieden werden, um dadurch direkt ein Targetmaterial mit hoher Qualität in einem einzigen Schritt bereitzustellen. Weiterhin ist in der vorliegenden Erfindung, da das Edelmetall von Interesse elektrochemisch abgeschieden wird, eine Metallkomponente, die reaktiver als das Edelmetall ist, nicht in der gebildeten Abscheidung vermengt. Deshalb liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials, das eine sehr kleine Menge an radioaktiven Isotopen, wie einem Thoriumisotop oder einem Uranisotop enthält, welche die Eigenschaften eines Halbleiters beeinflussen können. Im Gegensatz dazu können während einer Herstellung durch Gießen metallische Verunreinigungen, wie etwa radioaktive Isotope in die gebildete Abscheidung vermengt werden, unabhängig von den elektrochemischen Eigenschaften der Verunreinigungen. Somit liefert das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen hervorragenden Effekt zur Verhinderung einer Inkorporation solcher Verunreinigungen.
Ein weiterer Vorteil einer Elektrolyse eines geschmolzenen Salzes, wie in der vorliegenden Erfindung eingesetzt, besteht darin, daß ein Metall von Interesse durch eine Elektroabscheidung erhalten werden kann, die bei einer Temperatur durchgeführt wird, die viel geringer als der Schmelzpunkt eines Edelmetalls ist, ohne daß eine hohe Temperatur erforderlich ist, wie dies bei Edelmetallschmelzen der Fall ist. Kurz, ein Targetmaterial kann mit weniger Energie als beim Gießen erforderlich hergestellt werden. Zusätzlich sind in der vorliegenden Erfindung Gießformen mit einer dem Target von Interesse entsprechenden Form nicht erforderlich und es wird ein Targetmaterial, das eine Form aufweist, die nahezu gleich der eines endgültigen Targets ist, direkt durch Verwenden einer Kathode erhalten, die eine Form aufweist, die der des endgültigen Targets entspricht. Im einem abschließenden Schritt wird das so erhaltene Targetmaterial einem einfachen physikalischen Polieren unterzogen, um dadurch ein Endprodukt zu erhalten. Die Anzahl dieser im erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführten Schritte ist viel geringer als die der in herkömmlichen Verfahren ausgeführten.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird als nächstes mit den beim Pulversintern ausgeführten Schritten verglichen. Die Oberfläche eines Pulvers, das in dem Verfahren gesintert wird, wird leicht oxidiert und kontaminiert. Deshalb muß das Pulver mit maximaler Sorgfalt unter strenger Kontrolle gelagert werden. Aus der allgemeinen Sicht eines Herstellungsverfahrens erfordert ein Pulversinterverfahren eine Anzahl von Schritten, wie etwa Einstellen der Teilchengröße des Pulvers, Formen des Pulvers und Sintern des geformten Pulvers. Im Gegensatz dazu kann beim Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Elektrolyse eines geschmolzenen Salzes eine beträchtliche Zahl von Schritten zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials weggelassen werden.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Ausdruck "Lösesalz" ein geschmolzenes Salz, wie etwa eine Chlorid- oder eine Cyanidverbindung, die als Ionenleiter während einer Elektrolyse dient. Insbesondere ist, wie in Anspruch 3 angegeben, ein ternäres Salzgemisch, umfassend Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Cäsiumchlorid als Lösesalz bevorzugt. Cyanidverbindungen werden in einem industriellen Maßstab nicht bevorzugt verwendet, da diese Verbindungen während eines Betriebs aufgrund ihrer Toxizität schwierig zu handhaben sind und den menschlichen Körper beeinflussen können und Umweltprobleme verursachen können, was seit kurzem bedeutsam wurde.
Das ternäre Salzgemisch, umfassend Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Cäsiumchlorid kann ein Edelmetallsalz leicht lösen. Durch Verwendung eines Mehrkomponentensalzbades kann eine verunreinigungsfreie Abscheidung erhalten werden, die eine geringe interne Spannung aufweist. Das geschmolzene Salzgemisch umfaßt bevorzugt Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Cäsiumchlorid in Anteilen von 25 bis 35 Mol-%, 20 bis 30 Mol-% bzw. 40 bis 50 Mol-%, besonders bevorzugt von 30 Mol-%, 24,5 Mol-% bzw. 45,5 Mol-%. Wenn die Zusammensetzungsanteile innerhalb der angegebenen Bereiche liegen, löst sich ein Edelmetallsalz leicht in dem geschmolzenen Salz.
Die Temperatur des geschmolzenen Salzes während einer Elektrolyse beträgt bevorzugt 450°C bis 650°C, besonders bevorzugt 500°C bis 580°C. Wenn die Temperatur 400°C oder weniger beträgt, wird das geschmolzene Salz leicht verfestigt, wodurch der geschmolzene Zustand nicht mehr aufrechterhalten werden kann, wohingegen wenn die Temperatur 700°C oder mehr beträgt, keine gleichmäßige Abscheidung einer säulenförmigen Struktur gebildet wird. Eine Temperatur im Bereich von 500 bis 580°C ist am meisten bevorzugt, da ein Targetmaterial mit hervorragender Gleichmäßigkeit durch eine Elektrolyse bei einer in diesem Bereich liegenden Temperatur erhalten wird.
Anspruch 2 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials, wie in Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung beansprucht, worin das Edelmetallsalz ein Iridiumsalz oder ein Rutheniumsalz sein kann. Iridium- und Rutheniumsalze sind besonders bevorzugt, da eine Herstellung von Iridium und Ruthenium durch eine typische Elektrolyse einer wäßrigen Lösung herkömmlicherweise im Hinblick auf Kosten und Betriebskontrolle schwierig gewesen ist und die Verwendung eines geschmolzenen Salzes ermöglicht, daß das Verfahren zur Herstellung eines Targetmaterials durch Elektrolyse kommerziell annehmbar wird. Die Konzentration eines Edelmetalls (Metallkonzentration) im geschmolzenen Salz beträgt bevorzugt 0,5 bis 10,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 3,0 bis 6,0 Gew.-%.
Das Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine Vorrichtung zur Elektrolyse eines geschmolzenen Salzes, worin die Vorrichtung ein hohles zylindrisches Gefäß umfaßt, das oben eine Öffnung aufweist; einen Flansch, der einen Einlaß zum Einführen einer Elektrode aufweist und als Deckel für das zylindrische Gefäß dient; einen aus Graphit hergestellten Elektrolysebehälter; eine evakuierbare Kammer zum Einbringen oder Entfernen eines Kathodenteils; und Rotationsmittel zum Rotieren eines Platierungssubstrats.
Es kann entweder eine sich selbst auflösende oder eine sich nicht auflösende Anode als in dem aus Graphit hergestellten Elektrolysebehälter als Anode verwendet werden. Wenn eine selbst­ auflösende Anode verwendet wird, ist eine Präparation einer Edelmetallkomponente während einer Elektrolyse nicht erforderlich und ein Arbeitsvorgang zur Herstellung eines Elektrolysebades kann weggelassen werden. Insbesondere wird eine aus einem Edelmetall oder einer Edelmetallegierung von Interesse gebildete selbst auflösende Anode elektrochemisch aufgelöst und das Metall von Interesse wird elektrochemisch auf einer Kathode abgeschieden, um dadurch vergleichsweise einfach ein hochreines Targetmaterial herzustellen, das aus dem Edelmetall oder der Edelmetallegierung gebildet ist. In diesem Fall ist die selbst auflösende Anode nicht notwendigerweise von hoher Reinheit und es kann ein Material verwendet werden, das eine geringere Reinheit als die des Targetmaterials von Interesse aufweist; z. B. ein bereits zum Sputtern verwendetes Targetmaterial.
Die Stromdichte während einer Elektrolyse eines geschmolzenes Salzes beträgt bevorzugt 0,5 bis 10 A/dm2. Wenn die Stromdichte oberhalb des oberen Grenzwertes liegt, wird die Struktur des erhaltenen Targets grob, wohingegen wenn sie geringer als der untere Grenzwert ist, die Abscheidungsgeschwindigkeit nachteilig langsam ist, was industriell ungeeignet ist.
Außer Gleichstrom kann als in der vorliegenden Erfindung zugeführter Strom auch Pulsstrom und PR (positiver Rück-) Strom verwendet werden. Insbesondere die Zuführung eines PR-Stroms erhöht vorteilhafterweise die Gleichmäßigkeit der Oberfläche des abgeschiedenen Produkts, wodurch ein Nachpolierschritt einfacher gemacht wird.
Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfassend eine Elektrolyse eines geschmolzenen Salzes können Targetmaterialien, die aus einer Edelmetallegierung sowie aus einem Einkomponentenedelmetall gebildet sind, einfach durch Modifizieren der Zusammensetzung des geschmolzenen Salzbades hergestellt werden. Insbesondere kann ein hochreines Targetmaterial, das aus einer Edelmetallegierung gebildet wird, ebenfalls vergleichsweise einfach hergestellt werden, wenn eine selbst auflösende Anode, die aus der Edelmetallegierung von Interesse gebildet ist, in einer zur Abscheidung eines Einkomponentenedelmetalls ähnlichen Weise durch elektrochemische Auflösung der Edelmetallanode verwendet wird, während die Edelmetallkomponente dem geschmolzenen Bad zugeführt wird.
Das Edelmetall oder die Edelmetallegierung, das oder die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung elektroabgeschieden wird, kann einer Wärmebehandlung, wie in Anspruch 4 beansprucht, unterzogen werden, um ein in der Abscheidung enthaltenes Alkalimetall zu entfernen, um dadurch die Reinheit des gebildeten Targetmaterials weiter zu erhöhen. Da das Verfahren gemäß der Erfindung eine Elektroabscheidung aus einem ein Alkalimetallsalz enthaltenden geschmolzenen Salz umfaßt, kann das hergestellte Sputtertargetmaterial ein Alkalimetall als Verunreinigung in einer Menge von einigen 100 ppb (Teilen pro Milliarde) enthalten. Die Verunreinigung kann Eigenschaften eines Halbleiters nachteilig beeinflussen, der den dünnen Film, gebildet durch die Verwendung des Targetmaterials, aufweist. Somit verleiht die Wärmebehandlung dem gebildeten Targetmaterial eine höhere Reinheit, um dadurch dem gebildeten dünnen Film günstige Eigenschaften zu verleihen.
Die Wärmebehandlung wird bevorzugt bei 800°C oder mehr, aber unterhalb des Schmelzpunkts des verwendeten Edelmetalls ausgeführt, da die Behandlung bevorzugt bei einer Temperatur höher als die Umkristallisationstemperatur des Edelmetalls ausgeführt wird.
Die Wärmebehandlung wird bevorzugt unter Vakuum oder unter einem Inertgas, wie etwa Stickstoff oder Argon, wie in Anspruch 5 angegeben, ausgeführt, um eine Bildung eines Oxidfilms auf einem Targetmaterial während der Wärmebehandlung zu vermeiden. Wenn die Behandlung in Luft ausgeführt wird, werden Verunreinigungen in das Targetmaterial aus einem Heizofen eingemengt, wodurch die Wirkung der Wärmebehandlung beeinträchtigt wird. Zusätzlich wird eine Alkalimetallverunreinigung durch eine Wärmebehandlung unter Vakuum wirksamer entfernt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 ist eine schematische Strukturdarstellung einer Vorrichtung zur Elektrolyse eines geschmolzenen Salzes, eingesetzt in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird als nächstes unter Hinweis auf Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung beschrieben.
Ausführungsform 1
Das Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung wurde mittels einer Vorrichtung 1 zur Elektrolyse eines geschmolzenen Salzes ausgeführt, die in Fig. 1 gezeigt ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die Vorrichtung 1 ein hohles zylindrisches Gefäß 2 mit einer Öffnung oben; einen Flansch 3, der einen Einlaß zum Einführen einer Elektrode aufweist und als Deckel für das zylindrische Gefäß dient; einen aus Graphit hergestellten Elektrolysebehälter 4; eine evakuierbare Kammer 5 zum Einbringen oder Entfernen eines Kathodenteils; und Rotationsmittel 6 zum Rotieren eines Platierungssubstrats.
In der Vorrichtung 1 zur Elektrolyse eines geschmolzenen Salzes, die in Fig. 1 gezeigt ist, wurden Rutheniumplatten 7 als selbst auflösende Anoden verwendet. Diese Rutheniumplatten wurden derart angeordnet, daß sie Kontakt mit einem Bodenteil des Elektrolysebehälters 4 behielten. Ein elektrischer Strom wurde über den Elektrolysebehälter 4 durch Verwendung eines stabförmigen Graphits 8 als Kathode zugeführt, um dadurch eine Elektrolyse eines geschmolzenen Salzes durchzuführen. Die Zusammensetzung des geschmolzenen Salzgemisches für ein Rutheniumtargetmaterial ist in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Es wurde eine Elektroabscheidung des geschmolzenen Salzes unter den folgenden Bedingungen ausgeführt: Badtemperatur von 520°C, Kathodenstromdichte von 2 A/dm2 und eine Abscheidungszeit von 150 h, um dadurch eine Abscheidung mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten. Die Abscheidung wurde mit Salzsäure gewaschen und von der Graphitelektrode entfernt, um dadurch scheibenförmige Rutheniumplatten zu erhalten.
Die geformten Rutheniumplatten wurden in einen Vakuumofen gegeben. Die Atmosphäre des Ofens wurde unter Verwendung von Stickstoff gespült und unter Verwendung einer Vakuumpumpe evakuiert, um einen Druck so gering wie 1,33 Pa (1 × 10-2 Torr) zu erzielen. Die Rutheniumplatten wurden bei 1080°C für 24 Stunden unter den obigen Bedingungen erwärmt, um die Reinheit zu erhöhen.
Die Konzentrationen von in dem Rutheniumtargetmaterial enthaltenen Alkalimetallen, wie nach Elektroabscheidung und nach Wärmebehandlung der abgeschiedenen Proben gemessen, sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Messung wurde unter Verwendung einer GD-MS-Methode ausgeführt. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, wurde die Konzentration von Alkalimetall des wärmebehandelten Targetmaterials auf etwa 1/100 bis 1/10 von der des abgeschiedenen Produkts verringert. Folglich wurde festgestellt, daß das Targetmaterial, das durch das Verfahren der Erfindung hergestellt wurde, aus sehr hochreinem Edelmetall gebildet ist.
Tabelle 2
Unter Verwendung des Rutheniumtargetmaterials, das durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden war, wurden dünne Filme durch Sputtern hergestellt. Die Konzentration von Verunreinigungen wurde in den hergestellten dünnen Filmen gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Zum Vergleich sind die Verunreinigungskonzentrationen von dünnen Filmen, die durch Verwendung von Sputtertargetmaterialien gebildet wurden, die durch Gießen und Pulvermetallurgie hergestellt wurden, ebenfalls in Tabelle 3 gezeigt. Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, weist der dünne Film, der durch Verwendung des Sputtertargetmaterials gebildet wurde, das durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, eine Verunreinigungskonzentration auf, die geringer ist als solche von dünnen Filmen, die unter Verwendung von Sputtertargetmaterialien gebildet werden, die durch andere Verfahren hergestellt wurden. Somit stellt das Targetmaterial, das durch das Verfahren der Erfindung hergestellt wird, einen dünnen Film von hervorragender Qualität bereit.
Tabelle 3
Ausführungsform 2
In einer Ausführungsform 2 wurde ein weiteres Rutheniumtargetmaterial unter Bedingungen hergestellt, die sich von obigen zur Abscheidung von Ruthenium unterschieden. Insbesondere wurde Rutheniumchlorid in einer vorbestimmten Menge einem geschmolzenen Salzgemisch (Lösemittel) zugegeben, welches Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl) und Cäsiumchlorid (CsCl) in Anteilen von 30 Mol-%, 24,5 Mol.-% bzw. 45,5 Mol.-% umfaßte, um dadurch die Konzentration an Edelmetall einzustellen. Aus den so hergestellten geschmolzenen Salzproben wurde Ruthenium bei einer Reihe von Salztemperaturen und Stromdichten abgeschieden. Die verwendete selbst-auflösende Anode war aus einem hochreinen Ruthenium gebildet, das einen Edelmetallgehalt (andere als Ru) von 10 ppm (Teile pro Million) oder weniger aufwies. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Der Verunreinigungselementgehalt von Targetmaterialien, die unter den obigen Bedingungen hergestellt wurden, wurde in einer Weise ähnlich der in Ausführungsform 1 verwendeten gemessen. Alle Proben hatten einen Gesamtverunreinigungsgehalt von 10 ppm oder weniger.
Folglich zeigen die Ergebnisse, daß die vorliegende Erfindung durch Auswahl von geeigneten Bedingungen zur Elektrolyse Edelmetall- Targetmaterialien bereitstellen kann, die eine gewünschte Dicke aufweisen.
Ausführungsform 3
In Ausführungsform 3 wurde ein Iridiumtargetmaterial durch Verwendung der gleichen Vorrichtung wie in Ausführungsform 1 verwendet, hergestellt. Folglich wird eine Wiederholung der Beschreibung hinsichtlich des Herstellungsverfahrens ausgelassen und es werden nur Bedingungen beschrieben, die von den in Ausführungsform 1 eingesetzten unterschiedlich sind. In Ausführungsform 3 wurde ein geschmolzenes Salzgemisch mit einer wie in Tabelle 5 gezeigten Zusammensetzung zur Abscheidung von Iridium verwendet.
Tabelle 5
Eine Elektroabscheidung des geschmolzenen Salzes wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt: Badtemperatur von 600°C, Kathodenstromdichte von 3 A/dm2 und Abscheidungszeit von 100 h, um dadurch eine abgeschiedene Schicht mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten. Die Iridiumabscheidung wurde mit Säure gewaschen, geformt und in der gleichen Weise wie in Ausführungsform 1 verwendet, wärmebehandelt, um dadurch Verunreinigungen von dem Material zu entfernen.
Ausführungsform 4
In Ausführungsform 4 wurde ein weiteres Iridiumtargetmaterial unter Bedingungen hergestellt, die sich von den obigen zur Abscheidung von Iridium unterschieden. Die Zusammensetzung des geschmolzenen Salzes war ähnlich der in Ausführungsform 2 verwendeten und Iridiumchlorid wurde dem geschmolzenen Salz in einer vorbestimmten Menge zugegeben, um dadurch die Konzentration an Edelmetall einzustellen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.
Eine Messung des Verunreinigungselementgehalts der in Ausführungsform 4 hergestellten Targetmaterialien zeigte, daß alle Targetmaterialien Eigenschaften aufwiesen, die eine industrielle Verwendung erlaubten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Sputtertargetmaterial, das ein Edelmetall oder eine Edelmetallegierung umfaßt, mittels vergleichsweise einfacher Herstellungsschritte hergestellt werden. Zusätzlich liefert das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfassend eine Elektroabscheidung ein Targetmaterial, das vollständig frei von radioaktiven Isotopen, wie etwa einem Thoriumisotop oder einem Uranisotop ist, und es liefert auch ein sehr hochreines Edelmetall- Sputtertargetmaterial durch eine zusätzliche Wärmebehandlung des abgeschiedenen Produkts, um in dem abgeschiedenen Produkt in einer Mikroquantität enthaltenes Alkalimetall zu entfernen. Weiterhin liefern die Targetmaterialien, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, dünne Filme mit hoher Qualität und geringem Verunreinigungsgehalt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials, worin das Verfahren eine Elektrolyse eines geschmolzenen Salzgemisches umfaßt, welches ein Edelmetallsalz und ein Lösesalz umfaßt, um dadurch eine Abscheidung des Edelmetalls oder einer Edelmetallegierung zu bewirken.
2. Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials nach Anspruch 1, worin als Edelmetallsalz ein Iridiumsalz oder ein Rutheniumsalz eingesetzt wird.
3. Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials nach Anspruch 1 oder 2, worin als Lösesalz ein Gemisch aus Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Cäsiumchlorid eingesetzt wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials, worin das Edelmetall oder die Edelmetallegierung, das oder die durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 elektroabgeschieden worden ist, einer Wärmebehandlung bei 800°C oder höher, aber unterhalb des Schmelzpunkts des Edelmetalls unterzogen wird.
5. Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials, worin das Edelmetall oder die Edelmetallegierung, das oder die durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 elektroabgeschieden worden ist, einer Wärmebehandlung bei 800°C oder mehr, aber unterhalb des Schmelzpunktes des Edelmetalls unter Vakuum unterzogen wird, um dadurch Alkalimetallverunreinigungen zu entfernen.
DE19981324T 1998-06-16 1999-06-16 Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargetmaterials Expired - Fee Related DE19981324C2 (de)

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