JP2012012619A - コバルト粉末及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Sが100ppm以下、Na、K、Caがそれぞれ20ppm以下、Oが5000ppm以下、Cが100ppm以下であるコバルト粉末。コバルト塩水溶液に、シュウ酸を反応させてシュウ酸コバルトを沈殿させ、これを分取及び還元してコバルト粉末とする。
【選択図】なし
Description
このような中で、電子、デバイス機器がより微小化し、かつ集積度が高まる方向にある。これら多くの製造工程の中で多数の薄膜が形成されるが、コバルトは強磁性体として良く知られた材料である。そして、その特異な金属的性質からコバルト膜、コバルト合金膜、コバルト酸化膜、他の金属元素又は酸化物との混合物膜、コバルトシリサイド膜などとして、多くの電子機器薄膜の形成に利用されている。特に、金属及び酸化物系の磁性材ターゲットに用いられている。
スパッタリング法による薄膜の形成方法は、陰極に設置したターゲットに、Ar+などの正イオンを物理的に衝突させてターゲットを構成する金属原子をその衝突エネルギーで放出させる手法であり、コバルト若しくはその合金又はコバルトシリサイド等のターゲットを使用し、アルゴンガス雰囲気中でスパッタリングすることによって形成するものである。
(1)Na、K等のアルカリ金属元素、Ca等のアルカリ土類金属元素
(2)C、O等のガス成分
(3)硫黄
等の不純物をできるだけ含まないようにすることである。
Na、K等のアルカリ金属、Ca等のアルカリ土類金属は、ゲート絶縁膜中を容易に移動し、MOS−LSI界面特性の劣化の原因となり、また、C、O等のガス成分は、後述するように、スパッタリングの際のパーティクル発生の原因となるため好ましくない不純物である。
これらの方法で、溶液のpH調整のためにNaOH、KOH、Ca(OH)2を用いると、これら元素が不純物として高濃度に混入することが避けられない。そのためアンモニア等が用いられるが、アンモニアを用いる場合はコバルトとアンミン錯体を形成して再溶解するために、収率が悪いという問題があった。
このような薄膜の製造工程において、数百度に加熱される場合があり、また半導体装置を組み込んだ電子機器の使用中にも温度が上昇する。このような温度上昇は前記物質(不純物)の拡散をさらに促進し、拡散による電子機器の機能低下に大きな問題を生ずることとなる。
しかしながら、一方では粒径の細かいコバルト粉末が必要であるが、上記のような不純物を低減しようとした場合には、製造条件に制限があり、製造コストの増大を招くという問題を生じた。
しかし、後述する本願発明のように硫酸に富む液からSの少ないコバルトを回収する手法とは目的が異なる。
高純度硫酸コバルト溶液の製造に関しては、酸化とpH調整によりFeとSiを、硫化によりNiを除くとしている。水酸化物の製造方法は、得られた高純度の硫酸コバルト溶液にNaOHを加えて水酸化コバルトを沈殿させるものである。Naの含有の問題が存在し、これも本願発明の目的には適合しない。
具体的には、Na、K、Caなどの不純物の混入を避けつつ、同時に収率が高いコバルト粉末の製造方法であって、さらに微細な粉末を収率よく得ることを目的とする。
この知見に基づき、本発明は
1)Sが100ppm以下、Na、K、Caがそれぞれ20ppm以下、Oが5000ppm以下、Cが100ppm以下であることを特徴とするコバルト粉末
2)Sが40ppm以下であることを特徴とする上記1)記載のコバルト粉末
3)平均粒径が1μm以上、5μm以下であって、粒径の90%以上が0.3μmから10μmの範囲にあることを特徴とする上記1)又は2)記載のコバルト粉末
4)磁性材ターゲットの製造に用いることを特徴とする上記1)〜3)のいずれか一項に記載のコバルト粉末、を提供する。
5)コバルト塩水溶液に、シュウ酸を反応させてシュウ酸コバルトとして沈殿させ、これを分取及び還元してコバルト粉末とすることを特徴とするコバルト粉末の製造方法
6)コバルト塩水溶液に、シュウ酸を反応させてシュウ酸コバルトとして沈殿させ、これを分取及び還元して上記1)〜3)のいずれか一項に記載のコバルト粉末とすることを特徴とするコバルト粉末の製造方法
7)コバルト塩が硫酸コバルトであることを特徴とする上記5)又は6)記載のコバルト粉末の製造方法
8)硫酸コバルト水溶液にシュウ酸を反応させる際に、液温を35°C以上、80度以下に保持した状態でシュウ酸を添加し反応させて、シュウ酸コバルトを得ることを特徴とする上記5)〜7)のいずれか一項に記載のコバルト粉末の製造方法
9)反応させるときの液温を60°C以上、80°C以下に保持することを特徴とする上記8)記載のコバルト粉末の製造方法
10)硫酸コバルト水溶液のコバルト濃度が10g/L〜110g/Lであることを特徴とする上記5)〜9)のいずれか一項に記載のコバルト粉末の製造方法、を提供する。
具体的には、濃度1g/L〜飽和濃度の範囲の硫酸コバルト水溶液を用意する。硫酸コバルト水溶液を35°C〜80°C、好ましくは60°C〜80°Cの範囲に加熱して攪拌しつつ、シュウ酸2水和物の粉末を加え、シュウ酸コバルトを沈殿、乾燥させ、シュウ酸コバルト2水和物を得る。
この還元方法は既に知られている技術であり、本発明のシュウ酸コバルトの還元方法には制限はないが、シュウ酸コバルトを一旦焙焼して酸化物を経由し、還元雰囲気で加熱処理することで金属に還元し、それをボールミルなどで粉砕することが、量産性等を考慮すると好ましい。
いずれにしても、本発明のシュウ酸コバルト粉末を中間原料とすることにより、粒径が細かく、かつ粒径分布が狭いコバルト粉末を得ることができる。
なお、焙焼温度、水素還元温度が高いほど、処理時間が長いほど、Sなどの不純物が抜けやすく、かつ結晶性が高くなって粉砕しやすい。逆に粒径分布は広くなる傾向がある。
(1)シュウ酸塩としてコバルトを沈殿させることで、粒径の細かい塩が得られる。これを(いったん酸化物を経由する場合を含め)水素還元し、粉砕することで粒径の細かいコバルト粉とすることができる。シュウ酸コバルト塩が細かいため、酸化後の粉砕及び還元後の粉砕がより簡単なものとなる。
(2)シュウ酸塩としてコバルトを沈殿させることで、中和剤を用いたpH調整をしなくてもコバルトを回収することが可能である。また、シュウ酸塩は不純物の巻き込みも少ないため、溶液成分からの不純物残留も少ない。さらに、加熱しながらの反応により、不純物の巻き込みをより低減できる。
(3)シュウ酸塩としてコバルトを沈殿させることで、シュウ酸コバルトは難溶性のため、水酸化物と比べてコバルト回収率が良い。
また、平均粒径が1μm以上、5μm以下であって、粒径の90%以上が0.3μmから10μmの範囲にあるコバルト粉末を得ることが可能となる。
さらに、薄膜を構成する物質あるいはその薄膜に含まれる不純物が隣接する薄膜に拡散するという問題がなくなり、自膜及び隣接膜の構成物質のバランスを崩すことがなく、本来所有する膜の機能が低下するという問題もなくなる。
したがって、スパッタリング後に形成される磁性材、電極又は配線等が信頼性のある半導体動作性を十分に保証することができる。
コバルト濃度100g/Lの硫酸コバルト水溶液を35°Cに加熱して攪拌しつつ、シュウ酸2水和物粉末を加え、シュウ酸コバルト沈殿を得た。これを乾燥させて得られたシュウ酸コバルト2水和物の、Coの含有量と不純物濃度の分析結果は表1の通りである。また、このときのコバルトの回収率は91.0%であった。
この実施例1では、表1に示すように、Co32%、Na、K、Caはいずれも10ppm未満であり、硫黄(S)の含有量は、30ppmであり、本願発明の目的を達成するための十分な低減効果が得られた。
なお、本実施例1ではコバルト濃度100g/Lの硫酸コバルト水溶液を用いたが、硫酸コバルト水溶液のコバルト濃度が10g/L〜110g/Lの範囲にある場合にも、同等の結果が得られた。
また、コバルト粉末の平均粒径が1μm以上、5μm以下であって、粒径の90%以上が0.3μmから10μmの範囲にあった。
表2に示すように、Na、K、Caはいずれも10ppm未満であり、硫黄(S)の含有量は、90ppmであり、本願発明の目的を達成するための十分な低減効果が得られた。
コバルト濃度100g/Lの硫酸コバルト水溶液を60°Cに加熱して攪拌しつつ、シュウ酸2水和物粉末を加え、シュウ酸コバルト沈殿を得た。これを乾燥させて得られたシュウ酸コバルト2水和物のCoの含有量と不純物濃度分析結果は表1の通りである。また、このときのコバルト回収率は90.3%であった。
この実施例2では、表1に示すように、Co31.9%、Na、K、Caはいずれも10ppm未満であり、硫黄(S)の含有量も、10ppm未満であった。いずれも、本願発明の目的を達成するための十分な低減効果が得られた。
なお、本実施例2ではコバルト濃度100g/Lの硫酸コバルト水溶液を用いたが、硫酸コバルト水溶液のコバルト濃度が10g/L〜110g/Lの範囲にある場合にも、同等の結果が得られた。
表2に示すように、Na、K、Caはいずれも10ppm未満であり、硫黄(S)の含有量は、60ppmであり、本願発明の目的を達成するための十分な低減効果が得られた。
コバルト濃度100g/Lの硫酸コバルト水溶液を80°Cに加熱して攪拌しつつ、シュウ酸2水和物粉末を加え、シュウ酸コバルト沈殿を得た。これを乾燥させて得られたシュウ酸コバルト2水和物の不純物濃度分析結果は、表1のとおりである。また、このときのコバルト回収率は89.8%であった。
この実施例3では、表1に示すように、Co32.0%、Na、K、Caはいずれも10ppm未満であり、硫黄(S)の含有量も、10ppm未満であった。いずれも、本願発明の目的を達成するための十分な低減効果が得られた。
なお、本実施例3ではコバルト濃度100g/Lの硫酸コバルト水溶液を用いたが、硫酸コバルト水溶液のコバルト濃度が10g/L〜110g/Lの範囲にある場合にも、同等の結果が得られた。
また、コバルト粉末の平均粒径が1μm以上、5μm以下であって、粒径の90%以上が0.3μmから10μmの範囲にあった。
表2に示すように、Na、K、Caはいずれも10ppm未満であり、硫黄(S)の含有量は、32ppmであり、本願発明の目的を達成するための十分な低減効果が得られた。
コバルト濃度100g/Lの硫酸コバルト水溶液を室温で攪拌しつつ、シュウ酸2水和物粉末を加え、シュウ酸コバルト沈殿を得た。これを乾燥させて得られたシュウ酸コバルト2水和物の不純物濃度分析結果は表1のとおりである。このときのコバルト回収率は91.6%であった。
表1に示すように、Co32.4%、Na、K、Caはいずれも10ppm未満であったが、硫黄(S)の含有量は、310ppmと増加した。いずれも、本願発明の目的を達成することはできなかった。
なお、本比較例1では濃度100g/Lの硫酸コバルト水溶液を用いたが、硫酸コバルト水溶液の濃度が10g/L〜110g/Lの範囲にある場合にも、同等の結果となった。
表2に示すように、Na、K、Caはいずれも10ppm未満であったが、硫黄(S)の含有量は、1000ppmであり、本願発明の目的を達成するための十分な低減効果が得られなかった。
また、Sはコバルトが粉砕できそうな温度(700°C)で水素還元しても除去しきれなかった。
コバルト濃度100g/Lの硫酸コバルト水溶液をアンモニア水でpH=8に中和して水酸化コバルトを得た。水酸化コバルトの不純物濃度分析結果は表1の通りである。このときのコバルト回収率は60.5%であった。
表1に示すように、Co59.8%、Na、K、Caはいずれも10ppm未満であったが、硫黄(S)の含有量は、55000ppmと著しく増加した。いずれも、本願発明の目的を達成することはできなかった。
なお、本比較例2ではコバルト濃度100g/Lの硫酸コバルト水溶液を用いたが、硫酸コバルト水溶液のコバルト濃度が10g/L〜110g/Lの範囲にある場合にも、同等の結果となった。
表2に示すように、Na、K、Caはいずれも10ppm未満であったが、硫黄(S)の含有量は、33000ppmと著しく増大し、本願発明の目的を達成するための十分な低減効果が得られなかった。
また、Sはコバルトが粉砕できそうな温度(700°C)で水素還元しても除去しきれなかった。
混合比は、52.26wt.%Co‐8.21wt.%Cr‐33.18wt.%Pt‐6.35wt.%SiO2である。これらのターゲットを使用してスパッタリングによる成膜のパーティクルの発生個数を比較した。
このとき、パーティクルの発生個数が、比較例1では100ケ/ウエハーで、著しく多いのに対し、実施例1及び実施例2ではそれぞれ8ケ/ウエハー、10ケ/ウエハーであり、いずれも低く本発明の方が優れていた。
このように本発明の純度が向上したことにより、電気抵抗が減少し、またスパッタリング時のパーティクルの発生個数も著しく減少しているのが分かる。
5)コバルト塩水溶液に、シュウ酸を反応させてシュウ酸コバルトとして沈殿させ、これを分取及び還元してコバルト粉末とすることを特徴とするコバルト粉末の製造方法
6)コバルト塩水溶液に、シュウ酸を反応させてシュウ酸コバルトとして沈殿させ、これを分取及び還元して上記1)〜3)のいずれか一項に記載のコバルト粉末とすることを特徴とするコバルト粉末の製造方法
7)コバルト塩が硫酸コバルトであることを特徴とする上記5)又は6)記載のコバルト粉末の製造方法
8)硫酸コバルト水溶液にシュウ酸を反応させる際に、液温を35°C以上、80°C以下に保持した状態でシュウ酸を添加し反応させて、シュウ酸コバルトを得ることを特徴とする上記5)〜7)のいずれか一項に記載のコバルト粉末の製造方法
9)反応させるときの液温を60°C以上、80°C以下に保持することを特徴とする上記8)記載のコバルト粉末の製造方法
10)硫酸コバルト水溶液のコバルト濃度が10g/L〜110g/Lであることを特徴とする上記5)〜9)のいずれか一項に記載のコバルト粉末の製造方法、を提供する。
コバルト濃度100g/Lの硫酸コバルト水溶液を室温で攪拌しつつ、シュウ酸2水和物粉末を加え、シュウ酸コバルト沈殿を得た。これを乾燥させて得られたシュウ酸コバルト2水和物の不純物濃度分析結果は表1のとおりである。このときのコバルト回収率は91.6%であった。
表1に示すように、Co32.4%、Na、K、Caはいずれも10ppm未満であったが、硫黄(S)の含有量は、310ppmと増加した。いずれも、本願発明の目的を達成することはできなかった。
なお、本比較例1ではコバルト濃度100g/Lの硫酸コバルト水溶液を用いたが、硫酸コバルト水溶液のコバルト濃度が10g/L〜110g/Lの範囲にある場合にも、同等の結果となった。
Claims (10)
- Sが100ppm以下、Na、K、Caがそれぞれ20ppm以下、Oが5000ppm以下、Cが100ppm以下であることを特徴とするコバルト粉末。
- Sが40ppm以下であることを特徴とする請求項1記載のコバルト粉末。
- 平均粒径が1μm以上、5μm以下であって、粒径の90%以上が0.3μmから10μmの範囲にあることを特徴とする請求項1又は2記載のコバルト粉末。
- 磁性材ターゲットの製造に用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のコバルト粉末。
- コバルト塩水溶液に、シュウ酸を反応させてシュウ酸コバルトとして沈殿させ、これを分取及び還元してコバルト粉末とすることを特徴とするコバルト粉末の製造方法。
- コバルト塩水溶液に、シュウ酸を反応させてシュウ酸コバルトとして沈殿させ、これを分取及び還元して請求項1〜3のいずれか一項に記載のコバルト粉末とすることを特徴とするコバルト粉末の製造方法。
- コバルト塩が硫酸コバルトであることを特徴とする請求項5又は6記載のコバルト粉末の製造方法。
- 硫酸コバルト水溶液にシュウ酸を反応させる際に、液温を35°C以上、80度以下に保持した状態でシュウ酸を添加し反応させて、シュウ酸コバルトを得ることを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載のコバルト粉末の製造方法。
- 反応させるときの液温を60°C以上、80°C以下に保持することを特徴とする請求項8記載のコバルト粉末の製造方法。
- 硫酸コバルト水溶液のコバルト濃度が10g/L〜110g/Lであることを特徴とする請求項5〜9のいずれか一項に記載のコバルト粉末の製造方法。
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