JPH06192874A - コバルトの精製方法 - Google Patents
コバルトの精製方法Info
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Abstract
(5Nレベル以上)のコバルトを得る方法の確立。 【構成】 粗コバルト金属をアノードとし、硫酸コバル
ト水溶液を電解液として電解条件をpH:1〜3、コバ
ルト濃度:40〜160g/l、カソード電流密度:
0.001〜0.1A/cm2 としてカソード板上に精
製コバルト金属を電析させる電解精製方法。電析コバル
ト中のニッケル及び鉄濃度は1ppm、特には0.5p
pm以下に低減されうる。好ましくは、硫酸コバルト水
溶液中のニッケル平均濃度は1.3mg/l以下そして
鉄の平均濃度は0.1mg/l以下とされる。
Description
精製方法に関するものであり、特に半導体デバイス製造
用のコバルト・スパッタリングターゲット材等として重
要である5N以上の高純度のコバルトの生成のための電
解精製方法に関する。本発明により精製された高純度コ
バルトは、半導体デバイスに有害な金属不純物、特に鉄
及びニッケルが1ppm以下、特には0.5ppm以下
に低減されており、半導体デバイス製造用のコバルト・
スパッタリングターゲット材等として好適である。
リングにより各種半導体デバイスの電極、ゲート、配
線、素子、保護膜等を基板上に形成するためのスパッタ
リング源となる、通常は円盤状の板である。加速された
粒子がターゲット表面に衝突するとき運動量の交換によ
りターゲットを構成する原子が空間に放出されて対向す
る基板上に堆積する。スパッタリングターゲットとして
は、Al合金ターゲット、高融点金属及び合金ターゲッ
ト、シリサイドターゲット等が代表的に使用されてい
る。こうしたものの内、有用性の高いターゲットの一つ
がコバルト及びコバルト合金ターゲットである。
イス部材は、信頼性のある半導体動作性能を保証するた
めには、半導体デバイスに有害な金属不純物が最小限し
か含まれていないことが重要である。こうしたコバルト
系ターゲットは一般に、コバルト粉末を粉末冶金法によ
り、すなわち冷間プレス後焼結するか或いは熱間プレス
することにより生成されるので、コバルトターゲットの
純度を確保するにはターゲット原料自体の高純度化が必
須である。
コバルト塊は数十ppmの鉄そして数百ppmのニッケ
ルを不純物として含有している。高純度コバルトの製造
方法としては、純度の低いコバルトを電気化学的に溶解
し、イオン交換法を用いて、コバルト水溶液中の不純物
を取り除き、溶液を濃縮して、さらに電解採取により高
純度電解コバルトを製造する方法が、Bourahl
a,Acad.Sci,Ser,C.278(10)6
79−680(1974)に記載されている。しかし、
この方法は、バッチ式であり、従って少量生産向きであ
リ、工程が多くコストが高い等の問題があった。
として、不溶性のアノードを用いて電解液を電気分解し
てカソードに目的金属を析出させる方法である。そのた
め、例えば硫酸コバルト水溶液からのコバルトの電解採
取法においては、アノードにおける酸素ガス発生のため
の過電圧が必要であり、目的金属を可溶性アノードとし
て電解してカソードに目的金属を析出させる電解精製法
と比較して、上記の問題以外にも槽電圧が約2V程度高
くなり、又コバルト濃度及びpH調整が必要である等種
々の問題点があった。
製法では不純物であるニッケル及び鉄とコバルトとの標
準電極電位が非常に近いため、電解精製法による高純度
化は難しいとされ、これまでほとんど検討されたことが
ないといっていいのが現状であった。
ゲット等の用途に適したニッケル及び鉄等の不純物を最
小限しか含まない5N(99.999%、以下単に5N
と記す)レベル以上の水準の高純度のコバルト精製する
ための方法を開発することである。
コバルトが大量に安定して生成できるように鋭意検討し
た結果、電解精製法によっても、電解条件をうまく選択
することにより、各金属の過電圧の差が生じて精製可能
であり、さらに、この精製率も水溶液中の不純物濃度に
大きく依存することを究明するに至った。即ち、不純物
であるニッケル及び鉄とコバルトとの標準電極電位が非
常に近いため電解精製は難しいとされてきた従来からの
定説を覆し、電解液のpH、コバルト濃度及びカソード
電流密度を特定範囲に限定することにより鉄及びニッケ
ルの析出を回避しつつコバルトの電析が可能であること
が判明した。
コバルト金属をアノードとしそして硫酸コバルト水溶液
を電解液としてカソード板上に精製コバルト金属を電析
させるに際して、電解液のpHを1〜3、電解液のコバ
ルト濃度を40〜160g/l、そしてカソード電流密
度を0.001〜0.1A/cm2 の条件としたことを
特徴とする5N以上のコバルトを生成するためのコバル
トの電解精製方法を提供するものである。精製率は、硫
酸コバルト水溶液中の不純物濃度に大きく依存すること
も判明した。そこで、本発明は更には、(2)硫酸コバ
ルト水溶液中の不純物ニッケル濃度が平均1.3mg/
l以下でありそして不純物鉄濃度が平均0.1mg/l
以下であることを特徴とする前記(1)のコバルト電解
精製方法をも提供する。尚、本発明において平均濃度と
は、初期濃度と終了時濃度との和の平均した値を意味す
る。
コバルト水溶液である。その電解液中の最適コバルト濃
度は、一般に40〜160g/lであり、より好ましく
は、70〜130g/lである。40g/l未満では、
水素の発生量が多くなるため電流効率が非常に悪くな
り、また電析コバルト中の不純物濃度も上がるため好ま
しくない。160g/lを超えると、硫酸コバルトが析
出して電析状態に悪影響を及ぼすため好ましくない。
であり、より好ましくは1.5〜2.5である。pH1
未満では、水素の発生量が多くなり電流効率が非常に低
下するため好ましくない。pH3を超えると、電析コバ
ルト中の不純物、特にニッケルの含有量が急激に増加す
るため好ましくない。
〜0.1A/cm2 である。0.001A/cm2 未満
であれば、生産性が低下し、効率的でない。他方、0.
1A/cm2 を超えると、電析コバルト中の不純物濃度
が上がりさらに電流効率も低くなり好ましくない。
く、より好ましくは、35〜55℃である。10℃未満
であれば、電流効率が低下し、好ましくない。65℃を
超えると、電解液の蒸発が多くなり、電解液中のコバル
ト濃度が変動したり、硫酸コバルトが析出したりして好
ましくない。
濃度は、電析コバルト中の不純物含有量に予想以上に強
く影響を及ぼすことが判明した。図1及び図2は、初期
電解液中のニッケル及び鉄濃度と電析コバルト中のニッ
ケル及び鉄濃度の関係をそれぞれ示したグラフである。
ッケル含有量の関係式を求めたところ、Y=0.78X
で表わされることが判明した。これより、5N以上を目
指すには、電析コバルト中のニッケル含有量を1ppm
以下にするため、液中の初期ニッケル濃度を1.3mg
/l以下、すなわち平均濃度においても1.3mg/l
以下にしなければならないことがわかる。
されることが判明した。これより、鉄濃度を1ppm以
下にするためには、液中の初期濃度を0.1mg/l以
下、すなわち平均濃度においても0.1mg/l以下に
する必要があることがわかる。
は、溶媒抽出法、イオン交換法等の使用によりなしう
る。
塊或いはスクラップを使用することができる。それらは
通常10〜30pmの鉄及び100〜500ppmのニ
ッケルを含有している。電解は隔膜でアノードボックス
(アノライト)とカソードボックス(カソライト)を仕
切った隔膜電解を採用するのが不純物混入を防止するた
めに好ましい。コバルト源を適宜の網目状の容器に入れ
アノードボックスに装入するのが便宜である。カソード
の母板の材質には、コバルト、チタン板等を用いる。電
解精製の容器は、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエ
チレン等製とする。
ト中には、不純物、特にニッケル及び鉄含有量が1pp
m以下、特には0.5ppm以下に低減され、特に半導
体デバイス用のスパッタリングターゲット材料として好
ましい。
る。
バルト塊2kgを、約100リットルの硫酸水溶液を収
納する電解槽のアノードボックスに装入した。カソード
板(母板)は、2mm厚さのコバルト板を用いた。電解
液中の初期ニッケル及び鉄濃度はいずれも0.01mg
/l未満(分析下限値以下)であった。電解条件を、 (1)pH:2、 (2)電解液中のコバルト濃度:100g/l (3)カソード電流密度:0.02A/cm2 、 (4)温度:50℃、 (5)電解時間:40hr (6)電着量:870g として実施した。この時の液中の平均ニッケル濃度は
0.8mg/lそして平均鉄濃度は0.1mg/lであ
った(平均濃度=初期濃度と終了時濃度との和の平均
値)。
含有量及び収率を表1に示す。ニッケル含有量は0.5
ppmまで低減されそして鉄含有量は0.4ppmまで
低減された。収率も98%の水準を有している。
コバルト電解精製を行った。電解条件は、 (1)pH:2.5、 (2)電解液中のコバルト濃度:50g/l、 (3)カソード電流密度:0.005A/cm2 (4)温度:20℃、 (5)電解時間:40hr (6)電着量:875g として実施した。液中の平均ニッケル濃度は0.8mg
/lでありそして平均鉄濃度は0.1mg/lであっ
た。
含有量及び収率を表1に示す。ニッケル含有量は0.5
ppmまで低減されそして鉄含有量は0.5ppmまで
低減された。収率も90%の水準を維持している。
コバルト電解精製を行った。電解条件は、 (1)pH:4.0、 (2)電解液中のコバルト濃度:100g/l (3)カソード電流密度:0.02A/cm2 (4)温度:50℃、 (5)電解時間:40hr (6)電着量:870g として実施した。pHが本発明の指定条件より高い。液
中の平均ニッケル濃度は0.8mg/lそして平均鉄濃
度は、0.1mg/lであった。
含有量及び収率を表1に示す。Ni濃度が70ppmと
高いことがわかる。
コバルト電解精製を行った。電解条件は、 (1)pH:4.0、 (2)電解液中のコバルト濃度:100g/l (3)カソード電流密度:0.2A/cm2 (4)温度:50℃、 (5)電解時間:40hr (6)電着量:520g として実施した。pH及びカソード電流密度が本発明の
指定する条件より高い。液中の平均ニッケル濃度は0.
8mg/lでありそして平均鉄濃度は0.1mg/lで
あった。
含有量及び収率を表1に示す。ニッケル含有量は100
ppmでありそして鉄含有量は10ppmであった。収
率も70%と低い。
コバルト電解精製を行った。電解条件は、 (1)pH:2.0、 (2)電解液中のコバルト濃度:10g/l (3)カソード電流密度:0.02A/cm2 (4)温度:50℃、 (5)電解時間:40hr (6)電着量:610g として実施した。電解液中のコバルト濃度は本発明指定
範囲より低い。液中の平均ニッケル濃度は0.8mg/
lそして平均鉄濃度は平均0.1mg/lであった。
含有量及び収率を表1に示す。ニッケル含有量は200
ppmでありそして鉄含有量は10ppmであった。収
率も低い。
した高純度コバルトが、電解精製により容易に得ること
ができ、得られた高純度コバルトは、半導体デバイス製
造用のターゲット用材料として好適である。
ルト中のニッケル含有量の関係を示すグラフである。
鉄含有量の関係を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 粗コバルト金属をアノードとしそして硫
酸コバルト水溶液を電解液としてカソード板上に精製コ
バルト金属を電析させるに際して、電解液のpHを1〜
3、電解液のコバルト濃度を40〜160g/l、そし
てカソード電流密度を0.001〜0.1A/cm2 の
条件としたことを特徴とする5N以上のコバルトを生成
するためのコバルトの電解精製方法。 - 【請求項2】 硫酸コバルト水溶液中の不純物ニッケル
濃度が平均1.3mg/l以下でありそして不純物鉄濃
度が平均0.1mg/l以下であることを特徴とする請
求項1のコバルト電解精製方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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