JPS62294176A - 高純度金属板の製造方法 - 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】 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、高純度金属板の製造方法に関し、特にスパッ
タリングターゲット等に適した高純度金屑板の製造方法
に係わる。

（従来の技術） 現在、大規模集積回路（ＬＳＩ）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大きくなり、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＠討されている。特に、チタンは機械的性質に
優れ、加工性も良好であり、しかも耐食性、耐熱性も優
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ＩＡ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高純度で
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。

■、Ｎａ、になどのアルカリ金属は、ＭＯＳ−ＬＳＩの
界面特性の劣化を招く。

■、　１．．１．　Ｔｈなどの放射性元素は、ソフトエ
ラーを招く。

■、ｌ”ｅ、　Ｏｒなどの重金属は、界面接合部のトラ
ブルをひき起こす。

■、酸素は、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、極微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、化学輸送性の一種であり、チタンを始め八ツ
ニウム、ジルコニウム等活性金属の１＃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）Ｔｉｌ＋→Ｔ＋＋２１２　　　（１１００〜
１５００℃）・・、（２）即ち、上記（１）式に示すよ
うにチタン（融点１８００℃）はヨウ素（ＩＩ点１１４
℃、沸点１８５°Ｃ）と４５０〜６００℃の温度で激し
く反応し、Ｔｉｒ＋を生成する。更に、Ｔｉ！＋は１１
００〜１５００℃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、次に説明する第５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５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４ａ、４ｂ
により保持されており、かつ各給電冶具４ａ、４ｂはリ
ード線を介して電Ｈ５に接続されている。このような装
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
、電源５から給電治具４ａ、４ｂを通してフィラメンｈ
　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、４５０〜６００℃の低温で反応し
てＴｉ１４８を性成する。生成したＴｉｌ＋８は、高温
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、極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ＰＪ、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、特殊な高周波誘導加熱を利用したハロゲン化物分
解法により基体上に高純度の金属を効率よく、かつ直接
析出することにより、同等再溶解等の加工を施さずに、
そのままターゲット等に適用できる高純度金属板を製造
し得る方法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、基体衣０面にハロゲン化物分解法により直接
金属を析出する高純度金属板の製造において、前記基体
をその厚さ方向に磁束が横切るように誘導加熱せしめる
ことを特徴とする高純度金属板の製造方法である。

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、基体としての例
えばチタン板１３がその厚さ方向を鉛直方向に対して直
交するように吊架されている。このチタン板１３を挟ん
で両側には、同一鉛直方向面内で渦巻き状に巻回した誘
導加熱コイル１４ａ、１４ｂが夫々配置されており、か
つ各誘導加熱コイル１４ａ、１４ｂは高周波電源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、高周波電源１５から誘
導加熱コイル１４ａ、１４ｂに高周波電力を供給するこ
とにより、各コイル１４ａ、１４ｂの間で発生した磁束
がチタン板１３の厚さ方向に貫通し、これにより誘導さ
れる電流によってチタン板１３が１１００〜１５００℃
程度に加熱される。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、４５０〜６
００℃の低温で前述した（１）式に示すように反応して
Ｔｉｌ＋１８を生成する。

生成したＴｉｌ＋１８は、高温のチタン板１３上で＃述
した（２式に示すように分解し、分解生成物のうちＴｉ
はチタン壱′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板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、チタン蓄１
３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。このような横磁束誘導加熱方式
は、高周波電源からの電力の周波数が５０〜１００００
　Ｈｚであり、磁束をチタン板の長さ方向に貫通させる
縦磁束誘導加熱方式に比べて高い周波数を必要とせず、
設備費用の低減、製造コストの低減化を図ることができ
る。なお、誘導加熱コイル１４　ａｌｌ　４　ｂハ４５
０〜６００℃ノヨウ素雰囲気ニ曝されるため、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ｖＡ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。

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図及び第３図に示す製
造装置を用いてもよい。即ち、この製造装置ではチタン
板１３をモリブデン又はタングステンからなる吊り下げ
冶具１９により水平状態に吊架し、かつ該チタン板１３
の上方に第３図に示すように該チタン板１３の上方に近
接して同一水平面内で渦巻き状に巻回した誘導加熱コイ
ル２０が配置されている。つまり、前記誘導加熱コイル
２０はその面が前記チタン板１３の面と平行に配置され
ている。また、前記誘導加熱コイル２０は高周波型［１
５に接続されいる。かかる装置において、高周波電源１
５から誘導加熱コイル２０に高周波電力を印加すること
によって、誘導加熱コイル２０から発生した磁束はチタ
ン板１３の厚さ方向に貫通し、これにより誘導される電
流によってチタン板１３が１１００〜１５００°Ｃ程度
に加熱され、チタンがチタン板１３表面に析出される。

こうした装置においても、前述した第１図図示の装置と
同様に高周波電源からの電力の周波数が５０〜１０００
０　）１ｚで済み、高い周波数を必要とせず、股備費用
の低減、製造コストの低減化を図ることができる。なお
、誘導加熱コイル２０は、第１図の製造装置で用いたコ
イル１４ａ、１４ｂと同様に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。

また、第２図の製造￥７Ａ胃の変形例として第４図に示
すように反応容器１１の上部に絶縁性及び耐熱性を有す
る仕の板２１を設置し、この仕切板２１の下面にチタン
板１３を水平状態に吊架する吊り下げ冶具１９を設け、
かつ該仕切板２１上方に第３図図示と同様な形状の誘導
加熱コイル２０を配置した構造の製造装置を使用しても
よい。前記仕切板、２１としては、例えば耐熱性を有す
るアルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミックを
挙げることができる。かかる構造の製造装置では、誘導
加熱コイル２０が仕切板２１により反応容器１１に対し
て遮断され、ヨウ素雰囲気に曝されないため、そのコイ
ル２ｏの材質は充分な耐熱性を有していれば足り、ヨウ
素に対する耐食性は問題とならない。

なお、本発明方法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。

また、使用するハロゲンはヨウ素の他に塩素、臭素など
いずれでもよい。

（作用） 本発明によれば、特殊な高周波誘導加熱を利用したハロ
ゲン化物分解法により基体上に高純度の金属を効率よく
、かつ直接析出でき、ひいては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
る際のターゲット等に好適な高純度金属板を低コストで
製造できる。

（発明の実施例） 以下、本発明の実施例を前述した製造装置を用いて詳細
に説明する。

実施例１ まず、第１図図示の製造装置におけるハステロイ−８製
の反応容器１１内に２００ｇのスポンジチタン１６と２
．５ｇのヨウ素１７を収容した後、真空排気した。つづ
いて、同一鉛直方向面内で渦巻き状に巻回した２つの同
ハステロイーＢ製の誘導加熱コイル１４ａ、１４ｂの間
に幅６ａＲ１長さ１０ｃｔｎ、厚ざ０．ＩＣ，のチタン
板１３を設置し、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。次いで、縦型恒温炉１２の
温度を５００℃に促持しながら、高周波電源１５から誘
導加熱コイル１４ａ、１４ｂに１０００Ｈｚ　テ１　、
２　ｋＷの電力を入力して１４００℃まで加熱し、この
温度を２時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０．３ｃＩＩのチタン板を製造した。

本実施例１により得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 （ψ位；岨　ｐｐｍ　） 上記第１表より明らかなように本実施例１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。

実施例２ まず、第２図図示の製造装置におけるハステロイ−Ｂ製
の反応容器１１内に２００ｇのスポンジチタン１６と２
．５ｇのヨウ素１７を収容した後、真空排気した。つづ
いて、直径１５α、厚ざ０．５αの円板状チタン板１３
を吊り下げ冶具１９で水平状態に吊架し、該チタン板１
３の上方に水平方向を同一面として渦巻き状に巻回した
表面を金でコーティングした水冷銅バイブからなる誘導
加熱コイル２０を配置し、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。次いで、縦型恒温
炉１２の温度を５００℃に保持しながら、高周波電源１
５から誘導加熱コイル２０に１０ｋＨｚで３ｋＷの電力
を入力して１４００℃まで加熱し、この温度を２０時間
保持してチタン板１３表面にチタンを析出させて厚さ約
１．００のチタン板を製造した。

本実施例２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 （中位：ｗｔ　　ｐｐｍ　） 上記第２表より明らかなように本実施例２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Ｊ［解法、
帯溶融法１、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
一層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、本発明によれば特殊な高周波誘導加
熱を利用したハロゲン化物分解法により基体上に高純度
の金属を効率よく、かつ直接析出でき、ひいては同等再
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際のターゲット等に好適な高純度金
属板を低コストで製造し得る方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高純度チタン板を１ｑ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図は第２図の要部拡大斜視図、第４図は本発明の高純
度チタン板を得るための製造装置の池の形態を示す概略
図、第５図は従来のクリスタルバーチタンをｉｑ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・Ｗ体（チタン板）、１４ａ、１４ｂ、２０・・
・誘導加熱コイル、１５・・・高周波電源、１６・・・
スポンジチタン、１７・・・ヨウ累、１９・・・吊り下
げ冶具、２１・・・仕切板。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、基体表面にハロゲン化物分解法により直接金属
   を析出する高純度金属板の製造において、前記基体をそ
   の厚さ方向に磁束が横切るように誘導加熱せしめること
   を特徴とする高純度金属板の製造方法。
2. （２）、誘導加熱の工程を、横磁束誘導加熱方式により
   行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高
   純度金属板の製造方法。
3. （３）、誘導加熱の工程を、誘導加熱コイルを同一平面
   内で渦巻き状に巻回し、該基体を該コイル面に平行に配
   置して誘導加熱を行なう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の製造方法。