JPH02173222A - 高純度多元合金製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、高純度多元合金製造装置に関し、特にヨウ化
物分解法により高ｌｌｌ１度多元合金を製造する装置に
関する。

（従来の技Ｖｉ　） 近年、高純度多元合金が半導体技術分野において注目さ
れており、特に強誘電体メモリの製造に際して重要視さ
れている。

この強誘電体メモリとは、強誘電体の特有の性質を利用
した橘成のものである。ここで、強誘電体の特有の性質
とは、強誘電体の両端子間に直流電圧を印加することに
より電気分極が生じた後は、印加主権を０にしても分極
はＯに成らないという残留分極が生じ、次いで、逆向き
に直流電流電圧を印加して印加電圧を上昇させていくと
分極が０になり、更に印加電圧を上界させると逆方向の
分極が生じることになる現象、即ち第４図に示す如くに
電圧Ｅに対し残留分極Ｐが変化するヒスプリシス特性を
描く性質をいう。

このような性質を有する強誘電体を用いたメモリ素子に
おいては、以下のような特長を有することになる。

■不揮発メモリである。

■リフレッシュが不必要である。

（■高集積化に向いている。

■ソフトエラー耐性にり−ぐれでいる。

■リークに強い。

一方、こうしたメモリ用の誘電体材料として、通常ＰＺ
Ｔと称されるＰｂ　　（Ｚｒｘ、　Ｔｉ　Ｉ−ｘ　）０
３が注目されている。このＰＺＴは、簿膜化されてメモ
リ素子に供されることになり、一般にスパッタリング法
によりＰＺＴｉｌｌとされる。係るスパッタリング法に
よりＰＺＴ薄膜を得る場合、スパッタリングターグツ１
−とじて、酸化物ターゲット又は金属ターゲットを用い
る。そして、特に１金属ターゲツトを用いた場合のほう
が、酸化物ターゲットを用いた場合に比べて、組成再現
性、成膜速度の観点から有利であるとされている。

しかしながら、現在、工業的に生産されている純ジルｒ
ニウム（Ｚｒ＞、［チタン（Ｔｉ　）には、重金属、ガ
ス元素等の不純物ｍ度が高いため、これらを材料として
なる金属ターゲラ１〜を用いた場合、成膜Ｔ稈において
金属ターゲット中の不純物に依存してＰＺＴ薄膜中に不
純物が混入したままとなるおそれが大きい。そこで、本
願出願人（よ、ヨウ化物分解法により高純度金属を精製
し得ることに着目した。

このヨウ化物反応法は、化学輸送法の一種であり、ジル
コニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、鉛（Ｐｂ　）など
の精製に使用される方法であって、ヨウ化物の生成、続
く解離反応により所望の金属を高純度化することができ
る。例えばＴｉでは以下の如くの反応が利用される。

１ｉ＋２１２→Ｔｉ　　１４　　（４５０〜６００℃）
・・・（１）Ｔｉ　　！４→Ｔｉ　＋２１２　　＜１１
００へ、１５００’Ｃ）・・・（２）即ら、上記（１）
式に示すようにＴＩとヨ・り索とは、４５０〜６００℃
の温度で反応し、７’ｉ　　＋４は、１１００〜１５０
０℃の温度でＴｉとヨウ素とに解離する。

具体的には、従来は第５図に示す如くの原理構成とされ
た絹製装置により高純度チタンを製造している。図中の
１は、原料Ｔｉとヨウ素とを収容する反応容器である。

この反応容器１の中央には０字状のフィラメント２が吊
るされ、このフィラメント２が給電治具３ａ、同３ｂを
介して電源４に接続されている。反応容器１全体は、４
００へ・６００℃に加熱される高温炉５の中に固定され
る。

このような配置構造とすることにより、４５０〜６００
℃の温度で反応容器中のＴｉとヨウ素とは、（１〉式に
従い反応し、Ｔｉ　　１４を生成する。

一方、フィラメント２は、通電加熱により１１００−１
５００℃に加熱されることになり、この温度において（
２）式の反応によってＴｉ　　１４から王と１２とに分
解する。そのため、分解したＴｉはフィラメント２上に
析出し、Ｉ２は再び原料Ｔ１と反応し、Ｔｉをフィラメ
ント２上に運ぶことになる。

この際、原料Ｔｉ中に含まれる不純物は、Ｔ１に比ベヨ
ウ索と反応性が低くヨウ化物を形成しにくかったり、仮
に形成してもそのヨウ化物の蒸気圧が低く気体化しにく
い場合は、原料Ｔ１中に残存する。

このようにしてＴｉの精製が行われ、フィラメント２Ｆ
に高純度Ｔｉが成長する。

また、ｚｒ　、ｐｂも上記と同様の原理及び装置により
高純度Ｚｒ高純度ｐｂを製造することができる。ＺｒＩ
４の生成、解離反応は以下の温度範囲で起こる。

Ｚｒ　＋２　Ｉ２−Ｚｒ　［４（２５０〜４００℃’）
−＜３＞Ｚｒ　Ｉ４−”Ｚｒ　＋２１２　　（１０００
〜１４００”Ｃ）　・（４）また、Ｐｂ　１２の生成、
解離反応は、以下の温度範囲で起こる。

ｐｂ＋１２→Ｐｂ　１２　（１００〜２００℃）　・・
・（５）Ｐｂ　Ｉ２→Ｐｂ　＋　１２　　（７００〜１
１００℃）　・・・（６）しかしながら、従来の場合に
おいては、ヨウ化物分解法は単金属について８純度精製
を行うものであって、上記金属ターゲットに用いること
ができる高純度多元合金を生成することができなかった
。

（発明が解決しようとする課題） 即ら、従来の場合にＪヲいては、ヨウ化物分解法の利用
は、あくまで単金属を高純度に精製するだめの利用でし
かなく、高純度多元合金を生成づ−るための工夫が全く
なされてなかった。従って、従来は、複数種類の高純度
金属を得た後、別工程で高純度多元合金を作らなければ
ならず、またこの別工程にて不純物が混入するお（れが
あるという不具合があった。

本発明は、係る課題に鑑みでなされたもので、高純度多
元合金を単一工程で生成し得る高純度多元合金製造装置
を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、上記の目的を達成するため、反応容器と、前
記反応容器内に配置された２種類以上の原料を各別に加
熱してそれぞれのヨウ化物を生成させるヨウ化物生成手
段と、館記ヨウ化物生成手段により生成した２種類以上
のヨウ化物を同時に解離させる析出手段と、を具＠する
ことを特徴とする高純度多元合金製造装置である。

即ち、本発明による高Ｉ４ｉ度多元合金製造装置は第１
図に示す如くの構成であって、ハステレイ日製の反応容
器６内に、基板７の配設位置を中心として全方位を等分
する位置関係で複数個の原料加熱装置８を反応容器６の
に径方向に移動可能に配設する。

原料加熱装置８は、原料の種類数に応じて配設すること
ができるものであり、原料が例えばＰｂ。

Ｚｒ、Ｔｉであれば、この数に応じて第２図に示すよう
に、原料加熱装置８８〜８Ｃが配設される。

この原料加熱装置８８〜８Ｃは、ヨウ化物生成手段とし
て機能されるもので、原料９ａへ−９０に対応させて加
熱ヒータ１０ａ〜１０ｃ及びリフレクタ１１ａ〜ｌｌｃ
を実装している。

そして、基板７の配設位置には、基板ステージ１２を設
けており、この基板ステージ１２は回転［１１３により
回転駆動される。

更に、基板７の−１一方には、反応容器６の石英製１１
４があり、この石英製窓１４を通して赤外線放射加熱ラ
ンプ１５の放射熱が基板７に加えるようになされている
。なお、１６は赤外線放射加熱ランプ１５の電源である
。

また、反応容器６内は、ヨウ素雰囲気をつくるようにな
されており、この反応容器６の周囲はヒータ１７で覆わ
れている。

前述した各部構成において、反応容器６内の温度はヒー
タ１７の加熱により２００〜３００℃に保持され、これ
によりヨウ化物が浮遊中に固化されないようにされる。

複数個の原料加熱装置８における各加熱装置８８〜８Ｃ
は、それぞれ原料を異なる温度で各別に加熱してヨウ化
物を生成できるものである。例えば加熱装Ｍ　８　ａに
装着した原料９ａがＴｉのとき、このＴｉを加熱装置８
ａにより６００℃に加熱保持し、また加熱装置８ｂに装
着した原料９ｂが７ｒのとき、この７「を加熱装置８ｂ
により３００℃に加熱保持し、また加熱装置８ｃ１．：
装着した原料９Ｃがｐｂのとき、このＰｂを２００℃に
加熱保持することにより、それら各原料のヨウ化物を生
成することができる。

基板ステージ１２に搭載した基板７は、上記３種類の原
料に基づく３種類のヨウ化物がそれぞれ解離する例えば
１１００″Ｃ以上に赤外線放射加熱ランプ１５の熱放射
により加熱保持するようになされている。

反応容器６は、ヨウ素に対して耐食性が良好なハステロ
イやインコネルなどのニッケル基合金あるいは内面にヨ
ウ素に対して耐食性の良好な金属であるモリブデン（Ｍ
ｏ　）やタングステン（Ｗ＞の被覆層を設けてもよい。

基板７の加熱手段としては、第３図に示す如く誘導加熱
用コイル１８及びこの電源１９からなる誘導加熱式加熱
手段を用いることができる。なお、第３図において第１
図と同一符号は対応する部分を小している。

基板７の代りに、通電加熱により高温に加熱されるフィ
ラメントを適用することができる。

更に、条件設定は、以下のように行える。

即ら、基板７上での金属の析出速度がヨウ化物生成温度
及び解離温度に依存することに対応させて、それら各温
度を種々に変えることにより、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉの析出
速度を変えることができ、つまり、組成の異なるＰｂ　
−Ｚｖ−Ｔｉ合金を作ることができる。

原ＩＪ９ａ〜９Ｃから基板７への拡散が律速するような
条件で析出が進行する場合には、原料９ａ〜９Ｃと基板
７との距離を変えることにより、組成をコントロールで
きる。

（作用） このような本発明による高純度多元合金製造装置であれ
ば、ヨウ素雰囲気中で２種類以上の原料を各別に加熱し
ヨウ化反応を生じせしめ、解離反応により所望の高純度
多元合金を析出づ−ることができる。

例えば、原料としてＰｂ、７ｒ、Ｔｉが選択された場合
には、そのＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉを各別に加熱しヨ・り化反
応を生じせしめ、解離反応により高１ｌＩｌ！度Ｐｂ　
−Ｚｒ−Ｔｉ合金を析出することができる。この高１１
１ｉ度Ｐｂ　−Ｚｒ−Ｔｉ合金は、ＬＳＩ用Ｐ　Ｚ　Ｔ
　ＩＩＩ作成のターゲットの素材として使用することが
できる純度を有している。他にも、１３ｉＣｕ、３ｒ、
Ｃａの如くヨウ素との反応性が高く會 ヨウ化物解法により生成可能な元素がある。これら元素
の何れか２種類以上を原料として選択し、高純度多元合
金を作成することができる。こうして得られる高純度多
元合金は、酸化物超電導薄膜作成用ターゲットの素材と
して使用することができる。

更に、高純度多元合金の組成を異らせたい場合、各原料
を加熱する温度を種々変更することにより達成できる。

また、原料から基板への拡散が律速するような条件では
、原料と基板との距離を変えることで対応できる。

これらの他にも利点があり、例えば溶解などによる合金
化のプロレスが省けるばかりでなく、溶解時の雰囲気あ
るいはるつぼや鋳型からの汚染を防ぐことができる。

（実施例） 第１図に示された構成による実施例を以下に詳述する。

加熱装置８ａに１００ｇのスポンジＴｉを原料９ａとし
て装着し、加熱ｇ置８ｂに１００ｏのスポンジＺｒを原
料９ｂとして￥＆着し、加熱′ＪＡ置８Ｃに１００ｇの
Ｐｂを原料９Ｃとして［ｉして、各原料９ａ〜９Ｃを基
板７の中心から７Ｑ＋ａｍの位置に固定配置した。そし
て、原料９ａのスポンジＴ１を６００℃に加熱保持し、
原料９ｂのスポンジｌｒを３００℃に加熱保持し、原料
９ＣのＰｂを２００℃に加熱保持した。

また、反応容器６内は、５ｇのヨウ素によりヨウ素雰囲
気をつくるとともに、反応容器６内の温度を２００℃に
加熱保持した。

そして、基板７としてモリブデン（Ｍｏ）ＦＪの基板を
用い、この基板７を赤外線放射加熱ランプ１５により１
１００’Ｃに加熱保持した。

更に、基板ステージ１２を回転１ａ構１３により定速度
で回転さゼて、基板７面内のヨウ化物のイ・」肴溌度分
布が一定となるように基板７を回転させた。

こうした条件下において、上記した（１）〜（６）式に
従ってヨウ化物生成反応及び解離を行わせることを、２
０時間継続したところ、約３６ａのＰｂ１ｒ−７ｉ合金
を作成することができた。

反応容器６を充分に冷却した後、基板７を反応容器６内
から取り出し、基板７上のＰｂ　−Ｚｒ　−Ｔｉ合金に
ついてエネルギー分散型のＸ線分析装置により組成分析
を行ったところ、組成のばらつぎが小さくほぼ均一な２
６ａｔ％Ｚｒ−２４ａｔＴｐｂ合金であった。

このようにして、本発明の一実施例装置により得られた
Ｚｒ　−Ｔｉ−Ｐｂ合金の不純物潤度を分析した結果を
第１表に示す。但し、第１表において、Δは本発明によ
る２６ａｔ％Ｚｒ−２４ａｔＴｐｂ合金を示し、Ｂは従
来の溶解法により製造した２５ａｔ％Ｚｒ−２５ａｔＴ
ｉ−Ｐｂ合金を示す。

なお、単位はＷｔ　、　１）ｐｌである。

第１表 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、強誘電体メモリ
のＰＺＴ膜を作成するために用いる金属ターゲット等の
素材となる高純度多元合金を単工程で生成することがで
きるから、半導体技術分野等の如く高純度多元合金を用
いる技術分野の発展に大ぎく寄与することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明が適用された一実施例の高純度多元合金
製造装置の概略を示す構成図、第２図は３種類の原料を
用いる５１合の原料加熱装置の配置状態を承り配置図、
第３図は本発明が適用された他実施例の高純度多元合金
製造装置の概略を示す構成図、第４図は強誘電体の電圧
−分極のヒステリシス特性を示す特性曲線図、第５図は
従来の高純度金属製造装置の概略を示す構成図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応容器と、前記反応容器内に配置された２種類
   以上の原料を各別に加熱してそれぞれのヨウ化物を生成
   させるヨウ化物生成手段と、前記ヨウ化物生成手段によ
   り生成した２種類以上のヨウ化物を同時に解離させる析
   出手段と、を具備することを特徴とする高純度多元合金
   製造装置。
2. （２）前記析出手段は、回転駆動手段を備えていること
   を特徴とする請求項１記載の高純度多元合金製造装置。