JP6067855B2 - 低α線ビスマス及び低α線ビスマスの製造方法 - Google Patents
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Description
最近の半導体装置等は、高密度化及び動作電圧やセルの容量が低下しているので、半導体チップ近傍の材料からのα線の影響により、ソフトエラーが発生する危険が多くなってきた。このようなことから、前記はんだ材料の高純度化の要求があり、またα線の少ない材料が求められている。
しかしながら、錫・ビスマス合金の材料を選択した場合には、錫とビスマスの双方について、α線量を低下させることが必要である。従来、錫や鉛については、低α化する技術が開示されているが、ビスマスについては、低α化の研究がなされていないのが現状である。
しかし、この場合、錫に添加した後で、Pbをさらに除去しなければならないという煩雑な工程が必要であり、また錫を精錬した3年後にはα線量が大きく低下した数値を示しているが、3年を経ないとこのα線量が低下した錫を使用できないというようにも理解されるので、産業的には効率が良い方法とは言えない。
しかし、このような材料の添加によっても放射線α粒子のカウント数を減少できたのは0.015cph/cm2レベルであり、今日の半導体装置用材料としては期待できるレベルには達していない。
さらに問題となるのは、添加する材料としてアルカリ金属元素、遷移金属元素、重金属元素など、半導体に混入しては好ましくない元素が用いられていることである。したがって、半導体装置組立て用材料としてはレベルが低い材料と言わざるを得ない。
これらはいずれも、放射線α粒子のカウント数の許容量が緩やかで、今日の半導体装置用材料としては期待できるレベルには達していない問題がある。
製造工程でのα線の発生は、この210Poから鉛の同位体206Pbへの壊変時と考えられたからである。しかし、実際には、製造時にPoが殆ど消失したと考えられていたのに、引き続きα線の発生が見られた。したがって、単に製造初期の段階で、高純度錫のα線カウント数を低減させるだけでは、根本的な問題の解決とは言えなかった。
この技術は極めて有効であり、これにより、錫については解決できたが、ビスマスについては依然として、α線量が高い材料のままであり、問題の解決には至っていない。
特許文献12は、錫−ビスマス合金めっき用硫酸錫塩及び硫酸ビスマス塩の電解製造方法に関し、陽極と陰極をアニオン交換膜か又はアニオン交換膜及びカチオン交換膜で分離した電解槽を使用し、電解液として硫酸溶液を使用し、陽極として錫又はビスマスを使用し、しかして直流電圧を陽極と陰極に印加して硫酸電解液中に錫又はビスマスを溶解させることからなり、且つ、得られた錫及びビスマス塩を用いてめっきした皮膜の放射性α粒子のカウント数が0.1cph/cm2未満であることを特徴とする錫−ビスマス合金めっき用の硫酸錫塩又は硫酸ビスマス塩の電解製造法が開示されている。
しかし、この塩酸浴を使用したビスマスの電解精製法は、鉛の除去という意味では有効であるが、塩酸濃度が高い浴を使用するために設備の腐食があるという問題がある。
本願発明は、上記電解精製に使用されたビスマス原料よりもさらに高いα線量を有するビスマス原料からでも、より低いα線量のビスマスを製造する方法を提供するものである。
1)α線量が0.007cph/cm2以下であることを特徴とする低α線ビスマス。
2)Pb含有量が0.1ppm以下であることを特徴とする上記1)記載の低α線ビスマス。
3)U、Thの含有量が、それぞれ5ppb以下であることを特徴とする上記1)又は2)記載の低α線ビスマス。
4)α線量0.15cph/cm2以下のビスマスを原料とし、電気分解によりビスマス濃度5〜50g/L、pH0.0〜0.4の硝酸ビスマス溶液を作製し、この溶液に20〜60%の水酸化ナトリウム水溶液を添加してポロニウムを巻き込んだ沈殿物を生じさせ、これをろ過して沈殿物1とろ液1に分離し、次にろ液1を電解採取してビスマスを回収することを特徴とする低α線ビスマスの製造方法。
α線放射に関与する同位体で半減期が長い同位体は209Biのみで、半減期は1.9×1019年と非常に長いので、実用上無害である。
しかし、ビスマスから放射されるα線量を調査した結果、他の金属では見られないビスマス特有のα線量変化をすることが分かった(図2参照)。
例えば、硝酸浴のみの電解液において、pH、電解液中のビスマス濃度、電流密度を制御することで、鉛を0.1ppm以下、ウラン、トリウムをそれぞれ5ppb以下、α線量を0.007cph/cm2以下を達成することが可能である。
カソード電流密度は大き過ぎると精製効果が悪くなる、すなわち、Pbなどの不純物が除去しきれず残存する。また、カソード電流密度が高いとアノード表面が不動態化する、電着物がデンドライト状に成長するといった現象が起こるため、1A/dm2以下が好ましい。電流密度の下限値は特に制限はないが、余り低いと生産性が低下するので、0.1A/dm2以上とするのが良い。
Poは上記の通り、Biを低α化するうえで最重要の不純物(除去すべきターゲット)である。実際に原料Biのα線は大部分がPo起因であると考えられるからである。
なお、α線量を測定する場合に注意を要することがある。それはα線測定装置(機器)からα線(以下、必要に応じて「バックグラウンド(BG)α線」という用語を使用する。)が出ることである。
本願発明で上記のα線量は、α線測定装置から出るα線を除去した実質のα線量である。本願明細書で記載する「α線量」は、この意味で使用する。
α線量が0.105cph/cm2である原料ビスマスを電気分解により硝酸溶液に溶解し、ビスマスよりも電位的に貴な元素を除去した。この硝酸ビスマス溶液は、Bi濃度36.3g/L、pH=0.2、100Lを用いた。
この硝酸ビスマス溶液に水酸化ナトリウム水溶液(48%)を2.5L添加した。これにより白い沈殿物が生じた。次に、ろ過により沈殿物とろ液に分離した。分離後のろ液のBi濃度は25.8g/Lであり、pH=0.5であった。
α線量が0.143cph/cm2である原料ビスマスを電気分解により硝酸溶液に溶解し、ビスマスよりも電位的に貴な元素を除去した。この硝酸ビスマス溶液は、Bi濃度42.3g/L、pH=0.3、100Lを用いた。
この硝酸ビスマス溶液に水酸化ナトリウム水溶液(48%)を2.5L添加した。これにより白い沈殿物が生じた。次に、ろ過により沈殿物とろ液に分離した。分離後のろ液のBi濃度は29.5g/Lであり、pH=0.5であった。
そして、金属ビスマスをα線測定装置でα線量を測定した。原料ビスマスのα線量と精製して得られたビスマスのα線量を表2に示す。表2に示すように、原料の表面α線量は0.143cph/cm2であったが、精製後は0.006cph/cm2となり、α線量の低下は顕著であった。また、GDMS(グロー放電質量分析法)により得られたビスマスを分析したところ、Pbの含有量は0.1ppm以下であった。
α線量が0.265cph/cm2である原料ビスマスを電気分解により硝酸溶液に溶解し、ビスマスよりも電位的に貴な元素を除去した。この硝酸ビスマス溶液は、Bi濃度39.6g/L、pH=0.5、100Lを用いた。
この硝酸ビスマス溶液に水酸化ナトリウム水溶液(48%)を2.5L添加した。これにより白い沈殿物が生じた。次に、ろ過により沈殿物とろ液に分離した。分離後のろ液のBi濃度は22.1g/Lであり、pH=0.7であった。
そして、金属ビスマスをα線測定装置でα線量を測定した。原料ビスマスのα線量と精製して得られたビスマスのα線量を表3に示す。この表3に示すように、原料の表面α線量は0.265cph/cm2であったが、精製後は0.021cph/cm2となり、α線量は原料の1/10以下に低下しているが、上記実施例1に示すほどの低下はなかった。
α線量が0.093cph/cm2である原料ビスマスを電気分解により硝酸溶液に溶解し、ビスマスよりも電位的に貴な元素を除去した。この硝酸ビスマス溶液は、Bi濃度37.6g/L、pH=0.1、100Lを用いた。
この硝酸ビスマス溶液に水酸化ナトリウム水溶液(48%)を2.5L添加した。これにより白い沈殿物が生じた。次に、ろ過により沈殿物とろ液に分離した。分離後のろ液のBi濃度は22.7g/Lであり、pH=0.4であった。
そして、金属ビスマスをα線測定装置でα線量を測定した。原料ビスマスのα線量と精製して得られたビスマスのα線量を表4に示す。この表4に示すように、原料の表面α線量は0.093cph/cm2であったが、精製後は0.013cph/cm2となった。原料のα線量よりもやや低下しているが、その程度は小さかった。
Claims (4)
- α線量が0.007cph/cm2以下であることを特徴とする低α線ビスマス。
- Pb含有量が0.1ppm以下であることを特徴とする請求項1記載の低α線ビスマス。
- U、Thの含有量が、それぞれ5ppb以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の低α線ビスマス。
- α線量0.15cph/cm2以下のビスマスを原料とし、電気分解によりビスマス濃度5〜50g/L、pH0.0〜0.4の硝酸ビスマス溶液を作製し、この溶液に20〜60%の水酸化ナトリウム水溶液を添加してポロニウムを巻き込んだ沈殿物を生じさせ、これをろ過して沈殿物1とろ液1に分離し、次にろ液1を電解採取してビスマスを回収することを特徴とする請求項1、2又は3記載の低α線ビスマスの製造方法。
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