JPS62294175A

JPS62294175A - 高純度金属板

Info

Publication number: JPS62294175A
Application number: JP13748286A
Authority: JP
Inventors: Minoru Obata; 稔小畑; Emiko Higashinakagaha; 東中川　恵美子; Kazumi Shimotori; 霜鳥　一三; Fumio Morishita; 森下　文夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-06-13
Filing date: 1986-06-13
Publication date: 1987-12-21

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】３、発明の詳細な説明［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、スパッタリングターゲット等に適した高純度
金属板に係わる。

（従来の技術）現在、大規模集積回路（ＬＳ　Ｉ　）の配線、電極用金
属にはアルミニウムが用いられている。しかしながら、
今後さらに高集積化が進むに伴って、構造が微細化し、
アルミニウム配線中を流れる電流密度は更に太き（なり
、種々の問題を生じる可能性がある。例えば、アルミニ
ウム原子が電子の運動方向に運ばれるエレクトロマイグ
レーションにより、それが堆積される場所ではアルミニ
ウムの隆起が起ったりする。また、その反対側のアルミ
ニウムが欠乏する場所では空孔が発生する。このような
欠陥は、他の配線との短絡や配線抵抗の増大による断線
の原因となる。したがって、今後、高集積化の進行に対
応してモリブデン、タングステン等の高融点金属又はチ
タンの使用が検討されている。特に、チタンは機械的性
質に浸れ、加工性も良好であり、しかも耐食性、耐熱性
も浸れ、エレクトロマイグレーションも起り難いという
特性を有する。このため、高集積化による配線の細線化
に充分対応でき、将来の大規模集積回路用金属材料とし
て有望視されている。

しかしながら、半導体素子に用いられる金属はａ１１！
度であることが要求され、特に次のような不純物は半導
体素子に悪影響を及ぼす恐れがある。

■、Ｎ３）、になどのアルカリ金属は、ＭＯＳ−ＬＳＩ
の界面特性の劣化を招く。

■、Ｕ、Ｔｈなどの放射性元素は、ソフトエラーを招く
。

■、Ｆｅ、Ｏｒなどの重金属は、界面接合部のトラブル
をひき起こす。

■１Ｍ素は、特性劣化を引起こす。

ところが、現在、工業的に製造されている純チタンは重
金属元素、ガス成分の他、上述した元素を多量に含有し
ている。これらの元素は、極ｙ＆量でも素子の性能に悪
影響を及ぼすため、純チタンを更に高純度化する必要が
ある。その一つにハロゲン化物分解法があり、特にヨウ
化物分解法は、チタンの精製に用いられている。ヨウ化
物分解法は、化学輸送法の一種であり、チタンを始めハ
フニウム、ジルコニウム等活性金属の精製に使用されて
いる方法である。例えばチタンの精製は、次式（１）、
（２）の反応を利用して行われる。

Ｔｉ＋２１２　→Ｔｉｌ＋　　　（４５０〜６００　℃
）・・・（１）Ｔｉ１＋→Ｔｉ＋２１２　　（１７００
〜１５００℃）・・・（２１即ち、上記（１）式に示す
ようにチタン（融点１８００℃）はヨウ素（融点１１４
℃、沸点１８５℃）と４５０〜６００℃の温度で激しく
反応し、Ｔｉ１４を生成する。更に、Ｔｉ１４は１１０
０〜１５００℃の高温で上記＋２］式に示すようにチタ
ンとヨウ素に分解する性質を有する。具体的には、従来
１次に説明する第３図に示す装置によりクリスタルバー
チタンを製造していた。第３図中の１は、原料であるス
ポンジチタンとヨウ素とを収容する反応容器である。

この容器１は、４５０〜６００℃に加熱された恒温槽（
又恒温炉）２の中に固定されている。前記容器１内には
、例えばＵ字状をなすフィラメント３が吊架されている
。このフィラメント２の両端部は、給電冶具４３）、４
ｂにより保持されており、かつ各給電冶具４３）、４ｂ
はリード線を介して電源５に接続されている。このよう
な＠置によりクリスタルバーチタンを製造するには、ま
ず、反応容器１内にスポンジチタン（場合によっては他
のチタン又はチタン合金も使用可能）６とヨウ素７を収
容し、電ｉ１５から給電冶具４３）、４ｂを通してフィ
ラメント３に通電加熱して１１００〜１５００℃程度に
保持する。つづいて、反応容器１全体を恒温槽２により
加熱して４５０〜６００℃に保持する。

原料であるスポンジチタン６とヨウ素７は、４５０〜６
００℃の低温で反応して７　ｉ　Ｉ４８を生成する。生
成したＴｉｌ＋８は、＾温のフィラメント３上で分解し
、分解生成物のうちＴｉはフィラメント３に付着し、ヨ
ウ素（Ｉ２）は再び原料のスポンジチタン６と反応する
。つまり、ヨウ素はキャリアとしてチタンをフィラメン
ト３上に運ぶ働きをする。

このようにしてヨウ素と反応するチタンのみがフィラメ
ント３上に運ばれ、精製が行われる。このプロセスを繰
返すことによって、純チタンがフィラメント３上に成長
する。

ところで、大規模集積回路の配線や電極は、最近、ター
ゲットを用いるスパッタリング装置により該ターゲット
材料を半導体基板上に堆積し、バターニングすることに
より形成されるが、かかるターゲットは板状の形態で使
用される。このため、上述した方法により得られたクリ
スタルバーチタンを素材として例えばスパッタリングタ
ーゲットを製造する場合には、再溶解により板状に成形
するか、もしくは熱間加工することによりターゲット形
状にする必要がある。しかしながら、チタンは非常に活
性な金属であり、特に酸素と反応し易く、前述した再溶
解や熱間加工中に酸素を吸収し、純度が著しく低下する
。既述の如く、大規模集積回路用の配線、電極の材料と
して用いられる場合には、准微量の酸素でも半導体素子
の性能に悪影響を及ぼすため、ターゲットの加工途中で
の酸素吸収は非常に大きい問題となる。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は上記従来の問題点を解決するためになされたも
ので、ハロゲン化物分解法により板状の基体上に高純度
の金属を直接析出することにより、同等再溶解等の加ｉ
を施さずに、そのままターゲット等に適用できる高純度
金属板を提供しようとするものである。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、板状の基体表面にハロゲン化物分解法により
直接金属を析出してなることを特徴とする高純度金成板
である。

次に、本発明の高純度金属板の製造方法を第１図に示す
製造装置を参照して詳細に説明する。

第１図中の１１は、原料であるスポンジチタンとヨウ素
とを収容する反応容器である。この容器１１は、４５０
〜６００℃に加熱された恒温槽（又恒温炉）１２の中に
固定されている。前記容器１１内には、板状基体として
の例えばチタン箔（又はチタン板）１３が吊架されてい
る。このチタン箔１３の上下端部は、給電冶具１４３）
、１４ｂにより保持されており、かつ各給電冶具１４３
）、１４ｂはリード線を介してＮ源１５に接続されてい
る。このような装置により高純度チタン板を製造するに
は、まず、反応容器１１内にスポンジチタン（場合によ
っては他のチタン又はチタン合金も使用可能）１６とヨ
ウ素１７を収容し、電源１５から給電冶具１４３）、１
４ｂを通してチタン箔１３に通電加熱して１１００〜１
５００℃程度に保持する。つづいて、反応容器１１全体
を恒温槽１２より加熱して４５０〜６００℃に保持する
。原料であるスポンジチタン１６とヨウ素１７は、４５
０〜６００℃の低温で前述した（１）式に示すように反
応してＴｉ１＋１８を生成する。生成したＴｉｌ＋１８
は、高温のチタン箔１３上で前述した２式に示すように
分解し、分解生成物のうちＴｉはチタン箔１３に付着し
、ヨウ素（Ｉ２）は再び原料のスポンジチタン１６と反
応してチタンをチタン箔１３上に運ぶ。スポンジチタン
中の不純物はヨウ素と反応せず、スポンジチタン１６中
に残留するため、チタン箔１３上に析出するチタンは純
度が高く、その結果、高純度チタン板を製造できる。こ
の場合、チタン箔１３にチタンが析出して厚さが増加す
るに伴って、電気抵抗が低下するため、チタン箔１３自
体の温度が低下し、析出速度の低下もしくは析出停止が
生じることが考えられる。このため、チタン箔１３の温
度が低下しないようにチタン箔１３へのチタンの成長に
対応して電源１５からの入力を増大させるようにするこ
とが必要である。

なお、本発明の高純度金属板を製造する場合、前述した
第１図図示の製造装置の他に例えば第２図に示す誘導加
熱方式の製造装置を用いてもよい。

即ち、この製造装置ではチタン箔１３は高周波電源１９
に接続されたＭ導加熱コイル２０の内部に固定され、該
高周波電源１９から該コイル２０への高周波電力の印加
により該チタン箔１３は誘導加熱されて１１００〜１５
００℃の温度に保持され、チタンがチタン箔１３表面に
連続的に析出される。この場合、チタン箔１３の位置は
誘導加熱コイル２０の電ｔａ誘導作用により該チタン箔
１３が加熱されれば、必ずしも第２図に示すように誘導
加熱コイル２０内部に配置しなくてもよい。また、誘導
加熱コイルは４５０〜６００℃のヨウ素雰囲気に曝され
るため、ヨウ素に対して耐食性の良好なインコネル、ハ
ステロイ、モリブデン等の金属又は銅製のコイル表面に
ヨウ素に対して耐食性の良好な金、白金、タングステン
、モリブデン等をコーティングしたものを使用すること
が必要である。

なお、上述した製造方法において、基体としてのチタン
箔（又はチタン板）の加熱を誘導加熱により行なったが
、これに限定されない。例えば、アーク加熱、電子ビー
ム加熱、レーザ加熱等の基体全体を均一な温度に加熱で
きれば、いずれの方法でもよい。また、使用するハロゲ
ンはヨウ素の他に塩素、臭素などのいずれでもよい。

本発明に使用する基体の材料は、一般にはその表面上に
析出される高純度金属（例えばチタン、タンタル、クロ
ム、ジルコニウム、ハフニウム等〉と同種のものを用い
るが、ターゲツト材を考慮した場合にはモリブデン、タ
ングステン等の高融点金属を用い、この基体上に高純度
チタン等を析出してもよい。

（作用）本発明によれば、ハロゲン化物分解法により板状の基体
上に高純度の金属を直接析出することにより、同等再溶
解等の加工を施さずに、そのまま大規模集積回路の配線
やＮ極を形成する際のターゲット等に好適な高純度金属
板を得ることができる。

（発明の実施例）以下、本発明の実施例を前述した第２図図示の誘導加熱
方式の製造装置を用いて説明する。

まず、ハステロイ−Ｂｔｕの反応容器１１内にスポンジ
チタン１６とヨウ素１７を収容し、更に同ハステロイ−
Ｂ！ｌ！の誘導加熱コイル２ｏを設置し、この誘導加熱
コイル２０内に外径１５ｃｘｓ厚さ０．５ｃｒｎのチタ
ン板１３をハステロイ−Ｂ製油具を使用して固定し、反
応容器１１全体を抵抗加熱方式の縦型恒温炉１２内に装
入した。つづいて、縦型恒温炉１２の温度を５００℃に
保持しながら、電動発電機式の高周波電源１９から誘導
加熱コイル２０に１ＱｋＨｚで３ｋＷの電力を入力して
１３００℃まで加熱し、この温度を１０ＦＲ間保持して
チタン板１３表面にチタンを析出させて厚さ約１．３１
のチタン板を製造した。

得られたチタン板を分析したところ、下記第１表に示す
結果となった。なお、同第１表中には原料のスポンジチ
タンの分析結果も併記した。

第１表（単位；ｗｔｐｐｍ）上記第１表より明らかなように本実施例におけるヨウ化
物分解法による精製効果は顕著であり、高純度チタン板
が得られることがわかる。

また、本実施例により得た高純度チタン板から同等加工
せずに作製したチタンターゲット、及び従来法により得
たクリスタルバーチタンを素材とし、電子ビーム溶解に
より作製したチタンターゲット（比較例）の中の不純物
量を分析した。その結果を下記第２表に示した。

第２表（１位；ｗｔｐ囲）上記第２表より明らかなように本実論例の高純度チタン
板から得たチタンターゲットは比較例の同ターゲットに
比べてガス成分の不純物濃度が極めて低く、高純度のも
のであることがわかる。

なお、上記実施例では原料としてスポンジチタンを用い
た場合について説明したが、この代わりに溶融電解法、
帯溶融法、ハロゲン化物分解法により製造した高純度金
属を用いてもよい。このような原料を用いれば、より一
唐高純度の金属板を得ることができる。

上記実施例では、高純度チタン板を例にして説明したが
、タンタル、ジルコニウム、ハフニウム、クロム等の高
純度金属板も同様に得ることができた。

［発明の効果］以上詳述した如く、本発明によればハロゲン化物分解法
により板状の基体上に高純度の金属を直接析出すること
により、同等再溶解等の加工を施さずに、そのまま大規
模集積回路の配線や電極を形成するためのＨ堆積に使用
されるターゲット等に適用し得る高純度金属板を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高純度チタン板を得るための製造装置
の一形態を示す概略図、第２図は本発明の高純度チタン
板を得るための製造装置の他の形態を示す概略図、第３
図は従来のクリスタルバーチタンを得るための製造装置
を示す概略図である。１１・・・反応容器、１２・・・恒温槽（又は恒温炉）
、１３・・・基体（チタン箔又はチタン板）、１５・・
・電源、１６・・・スポンジチタン、１７・・・ヨウ素
、１９・・・高周波電源、２０・・・誘導加熱コイル。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、板状の基体表面にハロゲン化物分解法により直
接金属を析出してなることを特徴とする高純度金属板。
（２）、スパッタリングターゲットとして用いることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高純度金属板。
（３）、基体がチタン、モリブデン、タングステンのい
ずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の高純度金属板。