JP5547094B2

JP5547094B2 - 高純度エルビウムスパッタリングターゲットの製造方法

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Publication number: JP5547094B2
Application number: JP2010548460A
Authority: JP
Inventors: 裕一朗新藤; 和人八木
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-01-13
Also published as: CN102301018B; KR101335208B1; KR20110099343A; CN102301018A; EP2383354A4; EP2383354A1; US20110300017A1; EP2383354B1; JPWO2010087227A1; TW201030155A; JP2014177698A; WO2010087227A1; TWI485263B

Description

本発明は、蒸気圧が高く金属溶融状態での精製が難しいエルビウムを高純度化する方法及びそれによって得られた高純度エルビウム並びに高純度エルビウムからなるスパッタリングターゲット及び高純度エルビウムを主成分とするメタルゲート膜に関する。

エルビウム（Ｅｒ）は希土類元素の中に含まれるものであるが、鉱物資源として混合複合酸化物として地殻に含有されている。希土類元素は比較的希（まれ）に存在する鉱物から分離されたので、このような名称がついたが、地殻全体からみると決して希少ではない。エルビウムの原子番号は６８、原子量１６７．３の灰色の金属であり、六方細密構造を備えている。融点は１５３０°Ｃ、沸点２８６０°Ｃ、密度９．０７ｇ／ｃｍ^３であり、空気中では表面が酸化され、水には徐々にとける。酸に可溶である。耐食性及び耐磨耗性に優れており、高い常磁性を示す。高温で酸化物（Ｅｒ_２Ｏ_３）を生成する。
希土類元素は一般に酸化数３の化合物が安定であるが、エルビウムも３価である。最近ではエルビウムをメタルゲート材料、Ｈｉｇｈ−ｋの用途等の電子材料として研究開発が進められており、注目されている金属である。

しかし、エルビウム金属は、精製時に酸化し易いという問題があるため、高純度化が難しく高純度品が存在していなかった。
また、エルビウムは磁気冷凍材として用いられたが、電子部品として利用するというようなことが考えられていなかったので、それほど着目されてきた金属とは言えない。したがって、エルビウムの実用的な抽出方法に関する文献は多くない。希土類金属の抽出という中で、その一部に挙げられてきた程度である、次に、これを紹介する。

Ｓｍ、Ｅｕ、Ｙｂの酸化物粉末とミッシュメタルとを混合後ブリケット状とし、真空熱還元法によりミッシュメタルを還元材としてＳｍ、Ｅｕ、Ｙｂの希土類元素を製造する方法で、ミッシュメタルを予め水素化処理して粒粉状の水素化ミッシュメタルとし、これを混合してブリケット状にして、ミッシュメタルの粒粉状化工程の酸化燃焼を防止するという技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、還元材であるミッシュメタルの利用に工夫があるが、さらに高純度化を達成しようとするものではなく、高純度化に制限があるという問題がある。

希土類のハロゲン化物をカルシウム又は水素化カルシウムにより還元し、得られた希土類金属とスラグを分離する際に、スラグ分離治具を溶融したスラグ中に入れ、スラグを凝固させて、この治具と共にスラグを除去する技術が提案されている。また、この希土類としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジウムが選択されている（例えば、特許文献２参照）。この技術は、スラグの除去が十分でないので、高純度化を達成することが難しいという問題がある。

希土類金属のフッ化物原料に還元剤を添加して高温加熱する熱還元法により希土類金属の製造方法であり、原料として希土類金属のフッ化物とフッ化リチウムの混合組成物又はこれにフッ化バリウム、フッ化カルシウムの１種以上を添加する提案がある。この場合、溶融塩電解浴を使用することができるという提案があり、これによって酸素含有量が１０００ｐｐｍとなるということが開示されている（例えば、特許文献３参照）。この技術は溶融塩電解浴の利用を基本とするものであり、複雑な工程が必要であり、また酸素除去の効果も十分ではないという問題がある。また、使用するリチウム、バリウム、カルシウム等が不純物として随伴する問題もある。

希土類金属のフッ化物、フッ化リチウムの混合組成物又はこれにフッ化バリウム、フッ化カルシウムの１種以上を添加した混合組成物と、希土類金属を混合し、加熱溶融して希土類を取り出すもので、希土類には熱還元した市販のものを使用し、混合組成物としては、希土類金属と鉄族遷移金属との合金製造用の溶融塩電解溶媒浴を使用する提案がある。
これによって酸素含有量が３００ｐｐｍ以下であり、カルシウム、リチウム、フッ素などの不純物が少ない高純度希土類金属を得ることが開示されている（例えば、特許文献４参照）。この技術も、上記と同様に溶融塩電解浴の利用を基本とするものであり、複雑な工程が必要であり、使用するリチウム、バリウム、カルシウム等が不純物として随伴する問題が残り、かつ酸素除去の効果も十分とは言えない。

不純物であるＴａ含有希土類金属にＭｇ又はＺｎを加えて、るつぼ内で溶解し、凝固させた後、るつぼ底部に存在する高Ｔａ含有部分を除去し、低Ｔａ含有部分を真空蒸留して高純度希土類を得る精製方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。しかし、これは、添加する金属が不純物として随伴する問題があり、またＴａの除去も十分でないので、高純度化のレベルは低いという問題がある。
上記の文献に示すように、エルビウムの精製効果は必ずしも十分ではなく、特に酸素の低減化を図るものは少なく、低減化を図っても十分ではないという問題がある。また、溶融塩電解を使用するものは工程が複雑となり、また精製効果が十分でないという問題がある。このように、高融点金属であり、蒸気圧が高く金属溶融状態での精製が難しいエルビウムを高純度化する技術については、効率的かつ安定した生産方法がないというのが現状である。

特開昭６１−９５３３号公報特開昭６３−１１６２８号公報特開平７−９０４１０号公報特表平７−９０４１１号公報特開平８−８５８３３号公報

本発明は、融点が高く金属溶融状態での精製が難しいエルビウムを高純度化する方法及びそれによって得られた高純度エルビウム並びに高純度材料エルビウムからなるスパッタリングターゲット及び高純度材料エルビウムを主成分とするメタルゲート用薄膜を効率的かつ安定して提供できる技術を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、粗原料の酸化エルビウムを還元金属と混合した後、真空中で加熱してエルビウムを還元及び蒸留してエルビウムを精製させ、さらにこれを不活性雰囲気中で溶解して高純度のエルビウムを得る高純度エルビウムの製造方法を提供する。この製造プロセスが本願発明の基本であり、それぞれの条件については、使用する原材料の純度、還元金属の種類に応じて、最適条件を適宜選択することができる。

一般に、酸化エルビウムと還元金属を混合し加熱してエルビウムの還元及び蒸留を行う際には、還元及び蒸留を効率的に行うために１５００〜２５００°Ｃの温度に加熱することが望ましい。通常、純度３Ｎ以下の粗原料を用いるが、本願発明の高純度エルビウムの製造方法の精製により、純度４Ｎの高純度エルビウムを得ることができる。
上記従来技術に記載するように、エルビウムは酸素と結合し易く、酸素の除去が難しい材料であるが、本願発明は、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上であり、さらに酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ以下の高純度エルビウムを得ることができる。以上の高純度エルビウムは新規な物質であり、本願発明はこれを包含するものである。

さらに、本願発明の高純度エルビウムの製造方法は、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上であり、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ以下、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｂ以下を達成することが可能である。
本願発明の高純度エルビウムの製造方法はこれらを包含する。さらに、このようにして得た高純度エルビウムは新規な物質であり、本願発明はこれを包含するものである。

上記の蒸留により得たエルビウムは、真空中で溶解し、これを凝固させてインゴットとする。このインゴットは、さらに所定サイズに裁断し、研摩工程を経てスパッタリングターゲットにすることができる。
したがって、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ以下、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｂ以下である高純度エルビウムスパッタリングターゲットを得ることができる。

さらに、上記のターゲットを使用してスパッタリングすることにより、基板上に、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ以下、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｂ以下である高純度エルビウムを主成分とするメタルゲート膜を得ることができる。これらのスパッタリングターゲット及びメタルゲート膜は、いずれも新規な物質であり、本願発明はこれを包含するものである。

本発明は、蒸気圧が高く金属溶融状態での精製が難しいエルビウムを高純度化する方法を提供するともに、それによって得られた高純度エルビウム並びに高純度材料エルビウムからなるスパッタリングターゲット及び高純度材料エルビウムを主成分とするメタルゲート用薄膜を効率的かつ安定して提供できるという優れた効果を有する。

本発明は、高純度化用のエルビウム原料として、純度３Ｎ以下の粗エルビウム酸化物の原料を使用することができる。これらの原料は、希土類元素を除き、主な不純物として、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｏ、Ｃ、Ｎ等が含有されている。
粗酸化エルビウムを還元性の金属と混合し、真空中１５００〜２５００°Ｃに加熱し還元する。還元性の金属としては、蒸気圧が低く還元力が高いイットリウム（Ｙ）金属が有効であるが、これ以外にランタン（Ｌａ）等の還元性金属を使用することも可能である。蒸気圧が低く還元力が高い金属であれば、その使用に特に制限はない。

酸化エルビウムの還元の進行と共に、エルビウムが蒸留され純度が向上したエルビウムがコンデンサ部に貯留する。この蒸留物を坩堝で溶解し、凝固させてインゴットとする。この溶解及び凝固の操作は、不活性雰囲気中で行うのが良い。これによって、酸素含有率の上昇を抑制することができる。真空中で溶解・凝固の操作を行うこともできるが、歩留まりが悪くなる傾向があるので、上記の通り不活性雰囲気で行うのが望ましいと言える。しかし、真空中での操作を否定するものではない。

このようにして、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ以下、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｂ以下の高純度エルビウムを製造することができる。

前記アルカリ金属元素は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムであるが、これらは電気的に陽性であり、例えばエルビウムを電子部品に使用した場合には、原子半径が小さいものは素子中を容易に移動し、素子の特性を不安定にする問題がある。総量としては、５０ｗｔｐｐｍまでの混入、好ましくは１０ｗｔｐｐｍまでは許容できるが、できるだけ少ない方が良いのは当然である。そのため、アルカリ金属元素の含有量をそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、好ましくは、それぞれ１ｗｔｐｐｍ以下とする。
また、アルカリ土類金属元素についても同様の問題があり、その含有量をそれぞれ２０ｗｔｐｐｍ以下、好ましくは、それぞれ１ｗｔｐｐｍ以下とする。

前記遷移金属元素は、周期表３族〜１１族にある金属であるが、代表的なものとして、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛などがある。これらは、リーク電流の増加を引き起こし、耐圧低下の原因となる。総量としては、１０００ｗｔｐｐｍまでの混入、好ましくは５００ｗｔｐｐｍまでは許容できるが、できるだけ少ない方が良い。上記の通り、遷移金属元素は個々に分析及び管理するので、混入量はそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下に低減するのが望ましく、より好ましくはそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、さらに好ましくはそれぞれ１ｗｔｐｐｍ以下とする。

放射性元素の代表的なものとしては、ウラン、アクチニウム、トリウム、鉛、ビスマスが代表的なものであるが、メモリーセルの蓄積電荷が反転するというソフトエラーが発生する。したがって、これらの量を少なくすると共に、これらの元素から発生するα線量を制限する必要がある。総量としては、２０ｗｔｐｐｂまでの混入までは許容できるが、できるだけ少ない方が良い。上記の通り、それぞれの元素は個々に分析及び管理することができ、これらの元素については、それぞれ１０ｗｔｐｐｂ以下とすることが望ましく、好ましくは５ｗｔｐｐｂ以下とすることが望ましい。
本願発明のターゲットのα線量をガスフロー比例計数管方式の測定装置を用いて測定した結果、α線量は０．０１ｃｐｈ／ｃｍ^２以下であった。

上記において、高純度エルビウムから希土類元素を除外するのは、高純度エルビウムの製造の際に、他の希土類自体がエルビウムと化学的特性が似ているために、除去することが技術的に非常に難しいということ、さらにこの特性の近似性からして、不純物として混入していても、大きな特性の異変にはならないということからである。
このような事情から、ある程度、他の希土類の混入は黙認されるが、エルビウム自体の特性を向上させようとする場合は、少ないことが望ましいことは、言うまでもない。
また、ガス成分を除いた純度が４Ｎ以上とするのは、ガス成分は除去が難しく、これをカウントすると純度の向上の目安とならないからである。また、一般に他の不純物元素に比べ多少の存在は無害である場合が多いからである。

しかし、このような場合でもガス成分の中でも、特に酸素が混入し易く、２００ｗｔｐｐｍを超えるような場合には、後述するターゲットに混入した場合には、スパッタリング中に酸素が原因となるスプラッシュが生じ、均一な成膜ができなくなるからである。
また、酸化物が存在するとパーティクルやノジュール発生の原因となるので、好ましくない。また、後述するメタルゲート膜の性質に影響を少なからず与えるので、極力低減させる必要があることは言うまでもない。したがって、酸素については、厳重に制御することが望ましいことは言うまでもない。好ましくは１００ｗｔｐｐｍ以下、さらに望ましくは１０ｗｔｐｐｍ以下とする。

ゲート絶縁膜又はメタルゲート用薄膜等の電子材料の薄膜を形成する場合には、その多くはスパッタリングによって行われ、薄膜の形成手段として優れた方法である。したがって、上記のエルビウムインゴットを用いて、高純度エルビウムスパッタリングターゲットを製造することは有効である。
ターゲットの製造は、鍛造・圧延・切削・仕上げ加工（研磨）等の、通常の加工により製造することができる。特に、その製造工程に制限はなく、任意に選択することができる。

以上から、本願発明は、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ以下、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｂ以下である高純度エルビウムスパッタリングターゲットを提供するものである。ターゲットの製作に際しては、上記高純度エルビウムインゴットを所定サイズに切断し、これを切削及び研摩した作製する。

さらに、この高純度ターゲットを用いてスパッタリングすることにより高純度エルビウムを基板上に成膜することができる。これによって、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ以下、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｂ以下である高純度エルビウムを主成分とするメタルゲート膜を基板上に形成できる。基板上の膜はターゲットの組成が反映され、高純度のエルビウム膜を形成できる。

メタルゲート膜としての使用は、上記高純度エルビウムの組成そのものとして使用することができるが、他のゲート材と混合又は合金若しくは化合物としても形成可能である。この場合は、他のゲート材のターゲットとの同時スパッタ又はモザイクターゲットを使用してスパッタすることにより達成できる。本願発明はこれらを包含するものである。不純物の含有量は、原材料に含まれる不純物量によって変動するが、上記の方法を採用することにより、それぞれの不純物を上記数値の範囲に調節が可能である。

本願発明は、上記のエルビウムを高純度化する方法及びそれによって得られた高純度エルビウム並びに高純度材料エルビウムからなるスパッタリングターゲット及び高純度材料エルビウムを主成分とするメタルゲート用薄膜を効率的かつ安定して提供できる技術を提供するものである。

次に、実施例について説明する。なお、この実施例は理解を容易にするためのものであり、本発明を制限するものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲内における、他の実施例及び変形は、本発明に含まれるものである。

（実施例１）
本発明は、エルビウム原料として、３Ｎの粗酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）を使用した。この原料に含まれる不純物を、表１に示す。
次に、これを還元性の金属であるイットリウム（Ｙ）と混合し、真空蒸留装置を使用して、真空中１６００°Ｃに加熱し還元した。酸化エルビウムの還元の進行と共に、エルビウムが蒸留され純度が向上し、エルビウムがコンデンサ部に貯留した。
蒸留熱還元反応は、次の通りである。
Ｅｒ_２Ｏ_３（固体）＋２Ｙ（固体）→２Ｅｒ（気体）＋３Ｙ_２Ｏ_３（固体）
上記コンデンサに貯留したエルビウム蒸留物から１０ｋｇを取り出し、ＣａＯ坩堝を使用し、Ａｒ雰囲気中で溶解し、凝固させてインゴットとした。

このようにして、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上であって、酸素含有量が４０ｗｔｐｐｍ、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ２０ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ５ｗｔｐｐｂ以下の高純度エルビウムを製造することができた。この結果を同様に、表１に示す。
ターゲットのα線量をガスフロー比例計数管方式の測定装置を用いて測定した結果、α線量は０．０１ｃｐｈ／ｃｍ^２以下であった。
このインゴットから得たスパッタリングターゲットは、同様に高純度を維持することができ、これをスパッタすることにより均一な特性の高純度エルビウムの薄膜を基板上に形成することができた。

（実施例２）
実施例１と同様の原料を用いて、還元を行った。還元剤としてＬａを用いた以外は、全て実施例１と同様に実施した。
この結果、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上であって、酸素含有量が６０ｗｔｐｐｍ、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｂ以下の高純度エルビウムを製造することができた。実施例１および実施例２のいずれも、酸素含有量が１００ｗｔｐｐｍ以下とすることが出来たが、実施例２の場合は放射性元素Ｕ，Ｔｈの含有量がやや高かった。
このインゴットから得たスパッタリングターゲットは、同様に高純度を維持することができ、これをスパッタすることにより均一な特性の高純度エルビウムの薄膜を基板上に形成することができた。この結果を、同様に表１に示す。

（実施例３）
原料として３Ｎレベルの酸化エルビウムを用い、還元・蒸留温度を２５００°Ｃとした以外は、全て実施例１と同様に実施した。
この結果、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上であって、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ５ｗｔｐｐｂ以下の高純度エルビウムを製造することができた。この実施例では、還元・蒸留温度が高かったことから、全体に不純物が多いが許容範囲に収めることができた。
このインゴットから得たスパッタリングターゲットは、同様に高純度を維持することができ、これをスパッタすることにより均一な特性の高純度エルビウムの薄膜を基板上に形成することができた。この結果を、同様に表１に示す。

（実施例４）
実施例１で得た金属エルビウムを再蒸留して、金属エルビウムを製造した。この不純物の含有量を表１に示す。
この結果、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上であって、酸素含有量が１０ｗｔｐｐｍ以下、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ５ｗｔｐｐｂ以下の高純度エルビウムを製造することができた。この場合、再蒸留の効果により不純物濃度が極めて少ない結果が得られた。
このようにして製造したインゴットから得たスパッタリングターゲットは、表１に示すように、さらに高純度化することができ、これをスパッタすることにより均一な特性の高純度エルビウムの薄膜を基板上に形成することができた。

（実施例５）
原料として３Ｎレベルの酸化エルビウムを用い、還元・蒸留温度を２０００°Ｃとした以外は、全て実施例１と同様に実施した。
この結果、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上であって、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ５ｗｔｐｐｂ以下の高純度エルビウムを製造することができた。この実施例では、還元・蒸留温度が実施例１と実施例３の中間であり、それらの中間程度の、不純物含有量となった。
このインゴットから得たスパッタリングターゲットは、同様に高純度を維持することができ、これをスパッタすることにより均一な特性の高純度エルビウムの薄膜を基板上に形成することができた。この結果を、同様に表１に示す。

（比較例１）
実施例１と同様の原料を用い、還元剤としてＣａを用いたが、還元することができなかった。これは、Ｃａが還元剤としての役割をすることができなかったためである。

（実施例の結果の総合評価）
以上の実施例においては特に示していないが、エルビウムの還元及び蒸留を行う際の温度１５００〜２５００°Ｃの温度の範囲で、所望の結果が得られたことを確認した。
また、実施例においては特に示していないが、純度３Ｎを超える高純度の原料を用いた場合には、いずれも本願発明の精製条件で純度４Ｎの高純度エルビウムであって、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ以下、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｂ以下を達成できることを確認した。特に、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ以下とすることが可能であることを確認した。

これらの高純度エルビウムは、ターゲットに加工した場合でも、その純度は維持可能であり、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ以下、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｂ以下である高純度エルビウムスパッタリングターゲットが得られた。

さらに、これを基板上にスパッタリングにより成膜した場合も、そのターゲットの純度は反映され、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ以下、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｂ以下である高純度エルビウムを主成分とするメタルゲート膜が得られることを確認した。
以上については、重複する煩雑さを避けるために、実施例として掲載していないが、具体的な条件として確認されたものである。

本発明によって得られる高純度エルビウムの製造方法は、高融点で蒸気圧が高く金属溶融状態での精製が難しいという従来の方法を解決することが可能であり、エルビウムを高純度化することが容易となり、その具体的な方法を提供するともに、それによって得られた高純度エルビウム並びに高純度材料エルビウムからなるスパッタリングターゲット及び高純度材料エルビウムを主成分とするメタルゲート用薄膜を効率的かつ安定して提供できるという優れた効果を有するものである。特にシリコン基板に近接して配置される電子材料として、電子機器の機能を低下又は乱すことがないので、ゲート絶縁膜又はメタルゲート用薄膜等の材料として有用である。

Claims

酸化エルビウムを還元金属と混合した後、真空中で加熱して金属エルビムに還元しつつ蒸留し、さらに蒸留物を不活性雰囲気中で溶解し鋳造して得たインゴットからターゲットに作製した、希土類元素及びガス成分を除いた純度が４Ｎ以上、酸素含有量が２００ｗｔｐｐｍ以下、アルカリ金属の各元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｍ以下、遷移金属の各元素がそれぞれ１００ｗｔｐｐｍ以下、放射性元素がそれぞれ１０ｗｔｐｐｂ以下であり、α線量を０．０１ｃｐｈ／ｃｍ²以下とすることを特徴とする高純度エルビウムスパッタリングターゲットの製造方法。
エルビウムの還元及び蒸留を行う際に、１５００〜２５００°Ｃの温度に加熱することを特徴とする請求項１記載の高純度エルビウムスパッタリングターゲットの製造方法。
純度３Ｎ以下の酸化エルビウムを原料に用い、これを精製して純度４Ｎ以上の高純度エルビウムを得ることを特徴とする請求項１又は２記載の高純度エルビウムスパッタリングターゲットの製造方法。