JPH07121807B2 - 高純度パラタングステン酸アンモニウム結晶の製造方法 - Google Patents

高純度パラタングステン酸アンモニウム結晶の製造方法

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JPH07121807B2
JPH07121807B2 JP32689687A JP32689687A JPH07121807B2 JP H07121807 B2 JPH07121807 B2 JP H07121807B2 JP 32689687 A JP32689687 A JP 32689687A JP 32689687 A JP32689687 A JP 32689687A JP H07121807 B2 JPH07121807 B2 JP H07121807B2
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巌 京野
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G41/00Compounds of tungsten

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高純度パラタングステン酸アンモニウム結晶
の製造方法に関するものであり、特には放射性金属及び
アルカリ金属のみならず鉄等の遷移金属をも充分に低減
した、高純度パラタングステン酸アンモニウム結晶を簡
易に製造する方法に関する。本方法により得られるパラ
タングステン酸アンモニウム結晶は、VLSI・MOSデバイ
スのゲート電極、ドレイン電極等に代表される半導体デ
バイスの電極、配線等の作製に用いられるタングステン
ターゲットのような電子工業用タングステン材料の製造
のための原料として殊に有用である。
発明の背景 半導体デバイスの電極及び配線、特にVLSI・MOSデバイ
スのゲート電極、ドレイン電極等としてはポリシリコン
が従来用いられてきたが、デバイスの高集積化に伴ない
ポリシリコンゲート電極、ドレイン電極等の抵抗による
信号伝搬遅延が問題化している。一方で、作製プロセス
面からセルフアライン法によるMOS素子形成を容易なら
しめるためゲート電極、ドレイン電極等として融点の高
い材料の使用が所望されるようになっている。
こうした状況において、ポリシリコンより抵抗率の低い
高融点金属ゲート電極、ドレイン電極等の研究が進む一
方で、シリコンゲートプロセスとの互換性を第1とした
高融点金属シリサイド電極の研究が活発に進行しつつあ
る。そうした高融点金属及び高融点金属シリサイドの内
特に有望視されまた実用化の進んでいるものの一つがタ
ングステン及びタングステンシリサイドである。
タングステンゲート電極、ドレイン電極等の薄膜は主と
して、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により生成され
る。スパッタ法はターゲット板にアルゴンイオンを衝突
させて金属を放出させ、放出金属をターゲット板に対応
させた基板に堆積させるものである。電子ビーム蒸着法
は、電子ビームにより蒸発源を溶解し、発生蒸気を基板
に堆積させるものである。いずれにせよ、生成膜の純度
は使用するターゲット板や蒸発源(両者を併せてターゲ
ットと称する)の純度に左右される。
タングステンターゲットは、市販の、主として99.9〜9
9.99%純度のタングステン粉を原料として粉末冶金法に
より製造されており、ターゲット純度は使用したタング
ステン粉原料により概ね決定されると云ってよい。
タングステンシリサイドの場合にも状況は同様である。
タングステンシリサイド電極、配線等の薄膜は、タング
ステンシリサイドターゲットを使用して或はタングステ
ンターゲットとシリコンターゲットとを併用して形成さ
れるが、シリコンについては高純度のものが入手し得る
ので、形成される薄膜の純度は原料タングステンによっ
て左右されるということが出来る。
MOS素子等の半導体デバイスにおいては、その不純物規
制への要求は益々厳しいものとなっている。ちなみに、
MOS素子等の半導体デバイスに影響する不純物は大きく
分けて次の3種類に分類させる: (1)Na,K等のアルカリ金属、 (2)U,Th等の放射性金属、 (3)Fe等の遷移金属 Na,K等のアルカリ金属はゲート絶縁膜中を容易に移動
し、MOS界面を特性劣化させる。U,Th等の放射性金属は
放射するα線によってMOS素子の動作信頼性に致命的影
響を与える。Fe等の遷移金属はMOS素子の動作の信頼性
を阻害する。
従って、MOS素子等の半導体デバイスにおけるタングス
テン或はタングステンシリサイド薄膜の高純化を達成す
るには、その作製にも用いられるターゲットの、結局は
原料タングステン粉末自体の純度のグレードアップを計
る必要がある。
こうした要請に答えて、本件出願人等は、タングステン
の高純化について多くの研究を重ね、実績を積み重ねて
きた。
しかしながら、まだ多くの改善の余地は残されており、
半導体デバイスの進展にともない、一層高品質のタング
ステン原料を安定して且つ安価に製造する技術の開発が
待望されている。特に、Fe等の遷移金属を充分に低減す
る簡易な技術の確立が望まれている。
従来技術とその問題点 タングステンの湿式精製法としては、一般に、酸性領域
でタングステン酸結晶を析出させる方法と、中性領域に
てパラタングステン酸アンモニウム結晶を析出させる方
法とが知られている。
前者のタングステン酸結晶析出方法としては、例えば
タングステン含有アルカリ溶液を沸騰塩酸中に徐々に滴
下しタングステン酸結晶を析出させる方法とメタタン
グステン酸アンモニウムを水に溶解し、この母液に酸を
添加して6〜7規定に調整しそして酸調節した母液を加
熱してタングステン酸結晶を析出させる方法とがある。
の方法で生成するタングステン酸の結晶は一般に、微
細で、洗浄及び過性が悪く、しかも同ケーキを還元し
てタングステン粉にした場合一部焼結するので粉末冶金
用途には不適である。の方法はU等の放射性金属及び
Na等のアルカリ金属に対する精製効果には優れるが、Fe
等の遷移金属に対しては精製効果はほとんど無く、大き
な問題を残している。
他方、後者のパラタングステン酸アンモニウム結晶析出
方法としては、タングステン酸をアンモニア水で溶解
し、この母液にPH6〜8の範囲に酸を加えるか又はこの
母液を濃縮することによりパラタングステン酸アンモニ
ウム結晶を析出させる方法と、メタタングステン酸ア
ンモニウムを水で溶解し、この母液にPH6〜8の範囲に
アンモニア水を加えることによりパラタングステン酸ア
ンモニウム結晶を析出させる方法とがある。しかしなが
ら、これら方法で得られる結晶は、大きくて取扱にはよ
い反面、U等の放射性金属、Na等のアルカリ金属、並び
にFe等の遷移金属に対する精製効果は充分とは言えな
い。
そうした状況に鑑み、本件出願人は先に、特開昭62−10
8732号において、2段階による高純度パラタングステン
酸アンモニウム結晶の製造方法を開示した。即ち、この
方法は、 (1)メタタングステン酸アンモニウムを水に溶解して
含タングステン水溶液を生成し、該含タングステン水溶
液を無機酸に添加し水溶性タングステン酸結晶を析出さ
せる段階と、(2)この水溶液タングステン酸結晶を再
度水に溶解して精製パラタングステン酸アンモニウム結
晶析出母液を生成し、該精製パラタングステン酸アンモ
ニウム結晶析出母液を加熱しそしてアンモニアの添加に
よりPHを調整することによりパラタングステン酸アンモ
ニウム結晶を析出させる段階を特徴とするものである。
上記方法により、U等の放射性金属、Na等のアルカリ金
属、並びにFe等の遷移金属に対する精製効果において、
かなりの改善が実現された。例えばつぎのような結果が
得られた。
Na/W <0.04 ppm K /W <0.04 ppm Fe/W 0.62 ppm U /W <0.002 ppm しかし、まだ尚、将来に向け精製効果を一段の向上を計
る必要がある。特に、鉄を0.5ppm以下のもっと低い水準
に低減することが望まれる。
発明の目的 本発明の目的は、上記に鑑み、U,Th等の放射性金属やN
a,K等のアルカリ金属のみならず、Fe等の遷移金属に対
する精製効果にも優れ、しかも過性及び洗浄性が良好
なタングステン粉末原料結晶の製造技術を開発すること
である。
発明の概要 上記目的に向け、本発明者等は、これら条件における結
晶の溶解挙動について検討を重ねた。その結果、メタタ
ングステン酸アンモニウムを水に溶解して、含タングス
テン水溶液を生成し、そして得られた該含タングステン
水溶液に無機酸を添加しそして加熱して得られたタング
ステン酸結晶は、アンモニア水に溶解すると、少量の溶
解残渣が残存し、そこには鉄等の遷移金属不純物が濃縮
しているとの知見を得た。これは斯界で初めて見出され
たものである。
この新たな知見に基ずいて、本発明は、 メタタングステン酸アンモニウムを水に溶解して含タン
グステン水溶液を生成し、該含タングステン水溶液に無
機酸を添加しそして加熱してタングステン酸結晶を析出
させ、 固液分離後、該タングステン酸結晶をアンモニア水に溶
解して精製パラタングステン酸アンモニウム結晶析出母
液と鉄等の不純物を含む溶解残渣とを生成し、 該溶解残渣を分離除去し、 該精製パラタングステン酸アンモニウム結晶析出母液を
加熱しそして無機酸の添加によりPHを調整することによ
りパラタングステン酸アンモニウム結晶を析出させる ことを特徴とする高純度パラタングステン酸アンモニウ
ム結晶の製造方法を提供する。
発明の具体的説明 本発明は、出発原料としてメタタングステン酸アンモニ
ウムを用いる。メタタングステン酸ナトリウム、メタタ
ングステン酸カリウム等のアルカリ塩も使用出来なくは
無いが、アルカリ金属を回避するため実用上メタタング
ステン酸アンモニウムの使用が好ましい。
メタタングステン酸アンモニウムは先ず、水に溶解され
る。過後に得られる含タングステン水溶液に無機酸を
添加してPHをコントロールする。この場合、酸として
は、硝酸、硫酸、塩酸或はその混酸いずれでも良いが、
蒸留等によって高純化し易い硝酸の使用が好ましい。水
としてはアルカリ金属元素の少ないイオン交換水や超純
水の使用が好ましい。添加後の酸濃度は、4〜7規定の
範囲とすることが好ましい。より好ましい酸濃度は6〜
7規定である。また、溶液中のタングステン濃度に関し
ては、100〜250g/l,より好ましくは150〜200g/lとする
のが良い。
次に、該酸調整した溶液は、50℃以上、好ましくは80〜
95℃の間に保持し、撹拌しながらタンダステン酸の結晶
を析出させる。温度が50℃以下では結晶の析出スピード
が遅い。
所定の時間析出させたタングステン酸結晶は、固液分離
後、アンモニア水に溶解し、そして過することにより
精製パラタングステン酸アンモニウム結晶の析出母液と
する。ここで、重要なこととして、タングステン酸結晶
をアンモニア水で溶解すると溶解残渣が発生し該残渣中
にFe等の遷移金属が濃縮分離し、精製効果を助成するこ
とである。これが、本発明が高純度パラタングステン酸
アンモニウム結晶を生成し得る大きな要因である。
不純物を含む溶解残渣は分離除去される。
上記パラタングステン酸アンモニウム結晶析出母液を加
熱すると共に、無機酸を添加して母液のPHを6.0〜8.0の
範囲に調整してパラタングステン酸アンモニウムの結晶
を析出せしめる。酸としては、硝酸、硫酸、塩酸或はそ
の混酸いずれでも良いが、蒸留等によって高純化し易い
硝酸の使用が好ましい。パラタングステン酸アンモニウ
ムの結晶析出時の温度は、50℃以上、好ましくは80℃以
上とする。パラタングステン酸アンモニウム結晶を低温
で析出させると、12水塩も析出する。この12水塩は潮解
性が強く、乾燥操作がなかなかうまくいかない。50℃〜
70℃では5水塩が析出し、80℃を越えると無水塩が析出
する。析出時のPHに関しては、6よりも低いとパラタン
ダステン酸アンモニウム以外の結晶が析出し、他方8よ
りも高いと、パラタングステン酸アンモニウム結晶の回
収率が低下して好ましくない。所定の時間析出させたパ
ラタングステン酸アンモニウムの結晶は通常の過及び
洗浄を経て、高純度パラタンダステン酸アンモニウムの
結晶として回収される。結晶の過及び洗浄性は良好で
ある。
原料の不純物含有量によっては、1回の精製操作では目
的を達しないことがあるので、この時には得られた結晶
を酸で分解し、タングステン酸結晶とした後再度アンモ
ニア水に溶解し、上記の操作を少なくとも1回繰り返し
てもよい。
溶解、過、晶出などの湿式精製工程あるいは蒸留工程
に用いる容器等の材質としては、汚染を最大限に回避す
るために、アルカリガラスは避けるべきでテフロン、ポ
リプロピレン、或は石英ガラスのようなアルカリや放射
性元素を含有しない耐食材を選択すべきである。
水としては、超純水の使用が好ましい。アンモニア水も
高純度のものを使用すべきである。
尚、外部汚染を防止するために、特に結晶の晶出工程及
び得られたタングステン酸アンモニウム結晶の取扱には
充分な配慮が必要であり、例えばクリーンブース等の内
部で取扱が為される。
上記の方法で得られたパラタンダステン酸アンモニウム
の結晶は、乾燥・仮焼して無水のタングステン酸とし、
更に、高温度で水素還元を行ない高純度タングステン粉
末を得る。これらは、従来態様で実施される。
発明の効果 本発明により、過性及び洗浄性の良好な、高純度パラ
タングステン酸アンモニウム結晶が容易に製造される。
不純物は、次の水準にまで低減される。
Na/W <0.01 ppm K /W <0.01 ppm Fe/W 0.5 ppm U /W <0.001 ppm それを原料としたタングステン粉末、更にはその粉末か
ら作成されるターゲット等の電子デバイス製造用部材、
セラミックス等の品質向上とコスト低減化に寄与する。
実施例 透明石英製のビーカー内で、市販のメタタングステン酸
アンモニウムを所定量、比抵抗18MΩ−cmの超純水に溶
解し、テフロン製のフィルターで過した。その後、電
子工業用の硝酸を添加して、酸濃度6規定そしてタング
ステン濃度200g/lに調整した水溶液を95℃において24時
間撹拌しながらタングステン酸結晶を析出させた。
このタングステン酸結晶を超純水で充分に洗浄しそして
ポリプロピレン製のフィルターで過した。次いで、該
タングステン酸結晶を電子工業用のアンモニア水で溶解
した。僅かの溶解残渣が生じた。テフロン製の0.2μm
フィルターで過することによりアンモニア水溶解残渣
を完全に分離した精製パラタングステン酸アンモニウム
結晶析出母液を生成した。
その後、該母液を80℃に加熱しそして電子工業用の硝酸
を添加してPHを7.2に調整した。
20時間保持してパラタングステン酸アンモニウム結晶を
析出成長させた。その後、該結晶をポリプロピレン製の
フィルターで過・分離し、高純度パラタングステン酸
アンモニウム結晶を得た。各段階での不純物含有量比を
表1に示す。
放射性金属含有量及びアルカリ金属含有量は極めて低い
値まで低減されそして遷移金属含有量も充分に低い水準
まで低減されている。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メタタングステン酸アンモニウムを水に溶
    解して含タングステン水溶液を生成し、 該含タングステン水溶液に無機酸を添加しそして加熱し
    てタングステン酸結晶を析出させ、 固液分離後、該タングステン酸結晶をアンモニア水に溶
    解して精製パラタングステン酸アンモニウム結晶析出母
    液と鉄等の不純物を含む溶解残渣とを生成し、 該溶解残渣を分離除去し、 該精製パラタングステン酸アンモニウム結晶析出母液を
    加熱しそして無機酸の添加によりPHを調整することによ
    りパラタングステン酸アンモニウム結晶を析出させる ことを特徴とする高純度パラタングステン酸アンモニウ
    ム結晶の製造方法。
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