JP5019285B2 - Method for producing high purity zirconium powder - Google Patents
Method for producing high purity zirconium powder Download PDFInfo
- Publication number
- JP5019285B2 JP5019285B2 JP2006325242A JP2006325242A JP5019285B2 JP 5019285 B2 JP5019285 B2 JP 5019285B2 JP 2006325242 A JP2006325242 A JP 2006325242A JP 2006325242 A JP2006325242 A JP 2006325242A JP 5019285 B2 JP5019285 B2 JP 5019285B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- zirconium
- ingot
- purity
- zirconium powder
- hydrogenated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
この発明は、不純物の少ない、特にNa、Kなどのアルカリ金属元素、U、Thなどの放射性元素、Fe、Ni、Co、Cr、Cu、Mo,Ta、Vなどの遷移金属若しくは重金属又は高融点金属元素、さらにはC、O等のガス成分の含有量を極めて低減させた高純度ジルコニウム粉を安価に、かつ安全に得ることのできる高純度ジルコニウム粉の製造方法に関する。 The present invention is low in impurities, particularly alkali metal elements such as Na and K, radioactive elements such as U and Th, transition metals or heavy metals such as Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Mo, Ta, and V, or a high melting point. The present invention relates to a method for producing a high-purity zirconium powder , which can obtain a high-purity zirconium powder in which the content of gas components such as metal elements and gas components such as C and O is extremely reduced at a low cost.
従来、半導体デバイスにおけるゲート酸化膜としてシリコン(SiO2)膜使用されているが、半導体デバイスの最近の傾向として薄膜化小型化傾向が著しく、特にこのようなゲート酸化膜を薄膜化していくと、絶縁耐性、ボロンの突き抜け、ゲートリーク、ゲート空乏化等の問題が発生してくる。
このため、従来のシリコンでは役に立たず、シリコンよりも誘電率の高い材料を用いなければならないが、このような材料として20前後の高い誘電率を持ち、Siと混ざりにくいZrO 2 の使用が考えられる。
しかし、ZrO 2 は酸化剤を通過させ易いこと、また成膜時やその後のアニールにおいて誘電率の小さい界面層を形成させてしまう欠点があるので、ZrO 2 に替えてZrSi 2 の使用も考えられる。
このようなゲート酸化膜又はシリサイド膜として使用する場合には、Zrターゲット又はこれらのシリサイドターゲットをアルゴン等の不活性ガス雰囲気中又は反応性ガス雰囲気中でスパッタリングすることによって形成することが考えられるが、いずれの場合もZrが中心原料となる。
Conventionally, a silicon (SiO 2 ) film has been used as a gate oxide film in a semiconductor device. However, as a recent trend of semiconductor devices, a tendency toward thinning and downsizing is remarkable, and particularly when such a gate oxide film is thinned, Problems such as insulation resistance, boron penetration, gate leakage, and gate depletion occur.
Therefore, useless in conventional silicon, must be using a high dielectric constant material than silicon, it has a high dielectric constant of around 20 Such materials, contemplated for use mix hard ZrO 2 and Si .
However, ZrO 2 be easily passed through the oxidizing agent, and because there is a disadvantage that by forming a small interfacial layer dielectric constant in the film forming time and a subsequent annealing is believed the use of ZrSi 2 instead of ZrO 2 .
When used as such a gate oxide film or silicide film, it is considered that the Zr target or these silicide targets are formed by sputtering in an inert gas atmosphere such as argon or in a reactive gas atmosphere. In either case, Zr is the central raw material.
一方、半導体デバイスに使用される材料として、信頼性のある半導体としての動作性能を保証するためには、スパッタリング後に形成される上記のような材料中に半導体デバイスに対して有害である不純物を極力低減させることが重要である。
すなわち、
(1) Na、K等のアルカリ金属元素
(2) U、Th等の放射性元素
(3) Fe、Ni、Co、Cr、Cu等の遷移金属若しくは重金属又は高融点金属元素
(4) C、O、N、H等のガス成分元素
を極力減少させ、4Nすなわち99.99%(重量)以上の純度をもつことが必要である。なお、本明細書中で使用する%、ppm、ppbは全て重量%、重量ppm、重量ppbを示す。
上記半導体デバイス中に存在する不純物である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−LSI界面特性の劣化の原因となり、U、Th等の放射性元素は該元素より放出するα線によって素子のソフトエラーの原因となり、さらに不純物として含有されるFe、Ni、Co、Cr、Cu等の遷移金属若しくは重金属又は高融点金属元素は界面接合部のトラブルの原因となることが分かっている。
On the other hand, as a material used for a semiconductor device, in order to guarantee the operation performance as a reliable semiconductor, impurities that are harmful to the semiconductor device are included in the above-mentioned material formed after sputtering as much as possible. It is important to reduce it.
That is,
(1) Alkali metal elements such as Na and K (2) Radioactive elements such as U and Th (3) Transition metals or heavy metals such as Fe, Ni, Co, Cr and Cu, or refractory metal elements (4) C and O It is necessary to reduce the gas component elements such as N, H, and the like as much as possible and to have a purity of 4N, that is, 99.99% (weight) or more. In addition,%, ppm, and ppb used in this specification all indicate% by weight, ppm by weight, and ppb by weight.
Alkaline metals such as Na and K, which are impurities present in the semiconductor device, easily move through the gate insulating film and cause deterioration of MOS-LSI interface characteristics. Radioactive elements such as U and Th are more The emitted alpha rays cause a soft error of the device, and transition metals such as Fe, Ni, Co, Cr, and Cu, or heavy metals or refractory metal elements contained as impurities may cause trouble at the interface junction. I know.
一般に入手される3Nレベルの純度の原料ジルコニウムスポンジは表1に示すように、Co:10ppm、Cr:50ppm、Cu:10ppm、Fe:50ppm、Mn:25ppm、Nb:50ppm、Ni:35ppm、Ta:50ppm、C:2000ppm、O:5000ppm、N:200ppmなど大量の不純物が含有されている。
これらの不純物は、いずれも半導体としての動作機能を阻害するものばかりであり、このような半導体デバイスに対して有害である不純物を効率的に除去することが必要である。
しかし、従来はジルコニウムを半導体デバイスにおけるゲート酸化膜として使用するという実績が少なく、またこれらの不純物を除去する精製技術が特殊でありコスト高になるために、考慮されずに放置されているに等しい状態であった。
As shown in Table 1, the raw material zirconium sponge having a purity of 3N level, which is generally obtained, is Co: 10 ppm, Cr: 50 ppm, Cu: 10 ppm, Fe: 50 ppm, Mn: 25 ppm, Nb: 50 ppm, Ni: 35 ppm, Ta: A large amount of impurities such as 50 ppm, C: 2000 ppm, O: 5000 ppm, N: 200 ppm are contained.
All of these impurities impede the operation function as a semiconductor, and it is necessary to efficiently remove impurities that are harmful to such semiconductor devices.
However, in the past, zirconium has been rarely used as a gate oxide film in semiconductor devices, and the purification technology for removing these impurities is special and expensive, so it is equivalent to being left unconsidered. It was in a state.
一般に、ジルコニウムは電子ビーム溶解法によって、高純度化されるが、上記のように高純度化したジルコニウムを原料とするスパッタリングターゲットを製造する場合、高純度化したジルコニウムの粉末を製造する必要がある。
したがって、上記の電子ビーム溶解法によって得た高純度のジルコニウムをインゴットに鋳造した後、さらに粉末にする工程が必要となる。インゴットからの粉末化は通常、破砕によって行われるが、高純度のジルコニウム粉は発火爆発の危険があり、インゴットからの粉末化は危険を伴うものである。このようなことから、インゴットからの粉末化の工程は十分な管理が必要であり、コスト高となる問題があった。
Generally, zirconium is highly purified by an electron beam melting method. However, when manufacturing a sputtering target using the highly purified zirconium as a raw material as described above, it is necessary to manufacture highly purified zirconium powder. .
Therefore, after the high purity zirconium obtained by the above electron beam melting method is cast into an ingot, it is necessary to further form a powder. Powdering from an ingot is usually performed by crushing, but high-purity zirconium powder has a risk of ignition and explosion, and powdering from an ingot is dangerous. For this reason, there is a problem that the process of pulverizing from the ingot needs to be adequately controlled and the cost is increased.
本発明は、上記のような半導体の動作性能を保証するために障害となる不純物を低減する、すなわち特にNa、Kなどのアルカリ金属元素、U、Thなどの放射性元素、Fe、Ni、Co、Cr、Cu、Mo、Ta、Vなどの遷移金属若しくは重金属又は高融点金属元素の含有量を極めて低減させた高純度ジルコニウム粉を安価に、かつ安全に得ることのできる高純度ジルコニウム粉の製造方法であり、さらに酸素、炭素等のガス成分の発生を抑制してスパッタリング時のパーティクル発生を効果的に減少させることのできるガス成分の少ないジルコニウムスパッタリングターゲットに有用である高純度ジルコニウム粉の製造方法を得ることを課題とする。 The present invention reduces impurities that hinder the operation performance of the semiconductor as described above, that is, alkali metal elements such as Na and K, radioactive elements such as U and Th, Fe, Ni, Co, Method for producing high-purity zirconium powder capable of safely and inexpensively obtaining high-purity zirconium powder in which the content of transition metals such as Cr, Cu, Mo, Ta, V, or heavy metals or refractory metal elements is extremely reduced And a method for producing high-purity zirconium powder that is useful for a zirconium sputtering target with a small amount of gas components that can effectively reduce the generation of particles during sputtering by suppressing the generation of gas components such as oxygen and carbon. It is a problem to obtain.
以上から、本発明は、
1.ジルコニウム原料を電子ビーム溶解し高純度化してインゴット化する工程、得られた高純度ジルコニウムインゴットを酸洗浄した後、水素雰囲気中で500°C以上に加熱して水素化し、水素化ジルコニウム粉をインゴットから剥落させて水素化高純度ジルコニウム粉を得る工程、又は前記高純度ジルコニウムインゴットを切削して得た切粉等を酸洗浄した後、水素雰囲気中で500°C以上に加熱して水素化し水素化ジルコニウム粉を得る工程、及び前記水素化高純度ジルコニウム粉の水素を除去する工程からなり、ガス成分を除く不純物含有量が100ppm未満であることを特徴とする高純度ジルコニウム粉の製造方法、を提供する。
また、本願発明は、
2.ジルコニウム原料を電子ビーム溶解し高純度化してインゴット化する工程、得られた高純度ジルコニウムインゴットを酸洗浄した後、水素雰囲気中で500°C以上に加熱して水素化し、水素化ジルコニウム粉をインゴットから剥落させて水素化高純度ジルコニウム粉を得る工程、又は前記高純度ジルコニウムインゴットを切削して得た切粉等を酸洗浄した後、水素雰囲気中で500°C以上に加熱して水素化し水素化ジルコニウム粉を得る工程、及び前記水素化高純度ジルコニウム粉の水素を除去する工程からなり、Na、Kなどのアルカリ金属元素の含有量が総計で1ppm以下、U、Thなどの放射性元素の含有量が総計で5ppb以下、Hfを除くFe、Ni、Co、Cr、Cuなどの遷移金属若しくは重金属又は高融点金属元素が総計で50ppm以下、残部がジルコニウム及びその他の不可避不純物であることを特徴とする高純度ジルコニウム粉の製造方法、を提供する。
From the above, the present invention
1. Zirconium raw material is melted by electron beam and purified to ingot, and the resulting high purity zirconium ingot is acid washed and then heated to 500 ° C or more in a hydrogen atmosphere to hydrogenate the zirconium hydride powder. A step of obtaining hydrogenated high-purity zirconium powder by peeling off from the substrate, or acid-washing the chips obtained by cutting the high-purity zirconium ingot, and then heating to 500 ° C or higher in a hydrogen atmosphere to hydrogenate hydrogenated hydrogen A method for producing high-purity zirconium powder, comprising a step of obtaining zirconium fluoride powder , and a step of removing hydrogen from the hydrogenated high-purity zirconium powder, wherein an impurity content excluding gas components is less than 100 ppm. provide.
In addition, the present invention
2. Zirconium raw material is melted by electron beam and purified to ingot, and the resulting high purity zirconium ingot is acid washed and then heated to 500 ° C or more in a hydrogen atmosphere to hydrogenate the zirconium hydride powder. A step of obtaining hydrogenated high-purity zirconium powder by peeling off from the substrate, or acid-washing the chips obtained by cutting the high-purity zirconium ingot, and then heating to 500 ° C or higher in a hydrogen atmosphere to hydrogenate hydrogenated hydrogen Comprising a step of obtaining zirconium oxide powder and a step of removing hydrogen from the hydrogenated high-purity zirconium powder. The total content of alkali metal elements such as Na and K is 1 ppm or less, and the content of radioactive elements such as U and Th The total amount is 5 ppb or less, and transition metals such as Fe, Ni, Co, Cr and Cu excluding Hf or heavy metals or refractory metal elements There is provided a method for producing high-purity zirconium powder, characterized in that the total is 50 ppm or less and the balance is zirconium and other inevitable impurities .
さらに本願発明は、
3.Na、Kなどのアルカリ金属元素の含有量が総計で1ppm以下、U、Thなどの放射性元素の含有量が総計で5ppb以下、Hfを除くFe、Ni、Co、Cr、Cuなどの遷移金属若しくは重金属又は高融点金属元素が総計で50ppm以下、残部がジルコニウム及びその他の不可避不純物であることを特徴とする上記1記載の高純度ジルコニウム粉の製造方法。
4.水素雰囲気中で700°C以上に加熱して水素化することを特徴とする上記1〜3のいずれかに記載の高純度ジルコニウム粉の製造方法。
5.冷却時にアルゴン等の不活性ガスを導入することを特徴とする上記1〜4のいずれかに記載の高純度ジルコニウム粉の製造方法。
6.インゴット又は切粉等を500°C以下に冷却して水素化高純度ジルコニウム粉を得ることを特徴とする上記1〜5のいずれかに記載の高純度ジルコニウム粉の製造方法。
7.インゴットから剥落した高純度ジルコニウム粉を、さらに粉砕することを特徴とする上記1〜6のいずれかに記載の高純度ジルコニウム粉の製造方法。
8.真空下又は不活性雰囲気中で加熱することにより水素を除去することを特徴とする上記1〜7のいずれかに記載の高純度ジルコニウム粉の製造方法、を提供する。
Furthermore, the present invention
3. The total content of alkali metal elements such as Na and K is 1 ppm or less, the total content of radioactive elements such as U and Th is 5 ppb or less, transition metals such as Fe, Ni, Co, Cr and Cu excluding Hf, or 2. The method for producing high-purity zirconium powder according to 1 above, wherein the total amount of heavy metals or refractory metal elements is 50 ppm or less, and the balance is zirconium and other inevitable impurities .
4). 4. The method for producing high-purity zirconium powder according to any one of 1 to 3, wherein the hydrogenation is performed by heating to 700 ° C. or higher in a hydrogen atmosphere.
5. The method for producing high-purity zirconium powder according to any one of the above 1 to 4, wherein an inert gas such as argon is introduced during cooling.
6). 6. The method for producing a high purity zirconium powder according to any one of the above 1 to 5, wherein an ingot or cutting powder is cooled to 500 ° C. or less to obtain a hydrogenated high purity zirconium powder .
7). The high-purity zirconium powder spalled from the ingot further process for producing a high-purity zirconium powder according to any one of the above 1 to 6, characterized in that grinding.
8). The method for producing high-purity zirconium powder according to any one of 1 to 7 above, wherein hydrogen is removed by heating in a vacuum or in an inert atmosphere.
電子ビーム溶解法により、半導体の動作機能を保証するために障害となる不純物、すなわちNa、Kなどのアルカリ金属元素、U、Thなどの放射性元素、Fe、Ni、Co、Cr、Cu、Mo,Ta、Vなどの遷移金属若しくは重金属又は高融点金属元素を極めて低減させた高純度ジルコニウム粉を、発火や爆発等の危険を防止し、かつ安価に製造することができるという優れた効果を有する。
また、酸素、炭素等のガス成分の発生を抑制してスパッタリング時のパーティクル発生を効果的に減少させることのできるガス成分の少ないジルコニウムスパッタリングターゲットを得ることができ、半導体デバイスにおけるゲート酸化膜等の製造に有用である高純度ジルコニウム粉を得ることができる著しい特徴を有している。
By the electron beam melting method, impurities that hinder the operation function of the semiconductor, that is, alkali metal elements such as Na and K, radioactive elements such as U and Th, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Mo, A high-purity zirconium powder in which transition metals such as Ta and V or heavy metals or refractory metal elements are extremely reduced has an excellent effect of preventing dangers such as ignition and explosion and can be produced at low cost.
Moreover, it is possible to obtain a zirconium sputtering target with a small amount of gas components that can effectively reduce the generation of particles during sputtering by suppressing the generation of gas components such as oxygen and carbon, and the like such as a gate oxide film in a semiconductor device. It has the remarkable feature that high purity zirconium powder useful for production can be obtained.
本発明は、電子ビーム溶解する原料として一般に市販されている2N〜3Nレベルのジルコニウムスポンジ原料を使用する。これらの表面には有機物(不純物Cの増加となる)や無機物等の多量の汚染物質が付着しているが、これを強力な洗浄効果を持つ弗硝酸により除去する。
スポンジの表面を清浄にした後電子ビーム溶解ができるように、通常は該スポンジ原料をプレスにより圧縮してコンパクトにするが、この場合ジルコニウムスポンジ原料が非常に脆いためにぼろぼろと崩れてしまう問題がある。
このため、Al、Zn、Cu、Mg等の揮発性元素の箔で包んでコンパクト材とする。このコンパクト材を電子ビーム溶解炉に投入しつつ電子ビーム溶解するのが望ましい。
上記コンパクト材は、電子ビーム溶解は真空中で実施するため、前記揮発性金属元素は溶解直後に、ガス成分や溶湯またはそこに浮上しているその他の不純物と共に揮発除去されるので、汚染物質とはならない。
In the present invention, a zirconium sponge raw material of 2N to 3N level which is generally commercially available is used as a raw material for electron beam melting. A large amount of contaminants such as organic substances (impurities C increase) and inorganic substances adhere to these surfaces, which are removed by hydrofluoric acid having a strong cleaning effect.
Usually, the sponge raw material is compressed by a press to make it compact so that the electron beam can be melted after cleaning the surface of the sponge, but in this case, the problem is that the zirconium sponge raw material is very brittle and collapses. is there.
For this reason, a compact material is formed by wrapping with a foil of a volatile element such as Al, Zn, Cu, and Mg. It is desirable to melt the electron beam while putting this compact material into the electron beam melting furnace.
In the compact material, since the electron beam melting is performed in a vacuum, the volatile metal element is volatilized and removed together with the gas component, the molten metal, or other impurities floating on the molten metal element immediately after melting. Must not.
この電子ビーム溶解による精製によって、酸素、炭素などのガス成分を除く不純物含有量が100ppm未満である高純度ジルコニウムを得ることができる。すなわち、4N(99.99%)の高純度ジルコニウムを製造することができる。
なお、ジルコニウムにはハフニウムがかなりの量で含有されており、これらの間の分離精製が難しいということがあるが、それぞれの材料の使用目的からして害とならないもので無視し得る。
By this purification by electron beam melting, high-purity zirconium having an impurity content excluding gas components such as oxygen and carbon of less than 100 ppm can be obtained. That is, 4N (99.99%) high-purity zirconium can be produced.
Zirconium contains a considerable amount of hafnium, and it may be difficult to separate and purify between them, but it is not harmful for the intended use of each material and can be ignored.
以上により、高純度ジルコニウムにおいては、半導体材料の機能を低下させる不純物、すなわちNa、Kなどのアルカリ金属元素の含有量が総計で1ppm以下、U、Thなどの放射性元素の含有量が総計で5ppb以下、Hfを除くFe、Ni、Co、Cr、Cuなどの遷移金属若しくは重金属又は高融点金属元素が総計で50ppm以下となり、問題となるレベル以下に低減することができる。 As described above, in high purity zirconium , the content of impurities that lower the function of the semiconductor material, that is, the content of alkali metal elements such as Na and K is 1 ppm or less in total, and the content of radioactive elements such as U and Th is 5 ppb in total. Hereinafter, transition metals or heavy metals such as Fe, Ni, Co, Cr, and Cu other than Hf, or refractory metal elements are 50 ppm or less in total, and can be reduced to a problem level or less.
上記電子ビーム溶解し高純度化したジルコニウムはインゴットに鋳造する。次に、この高純度ジルコニウムインゴット又は切粉にし表面積を大きくして酸洗浄したものを、水素雰囲気中で500°C以上に加熱して水素化する。この工程がジルコニウムの微細な粉末を得る上で重要な工程である。
水素化に際しては、上記のようにインゴット又は切粉を水素雰囲気又は気流中の炉に入れ、500°C以上に加熱する。ジルコニウムインゴットは約500°Cから水素化し始め、700°Cに至ると急速に水素化の進行が速くなる。この炉中温度で10分以上保持するとかなりの量が水素化する。
Zirconium melted and purified to high purity is cast into an ingot. Next, this high-purity zirconium ingot or chips that have been subjected to acid cleaning with a large surface area are heated to 500 ° C. or higher in a hydrogen atmosphere to be hydrogenated. This step is an important step in obtaining fine zirconium powder.
At the time of hydrogenation, the ingot or chips are put into a furnace in a hydrogen atmosphere or air stream as described above, and heated to 500 ° C. or higher. The zirconium ingot starts to be hydrogenated at about 500 ° C., and the hydrogenation progresses rapidly at 700 ° C. If kept in this furnace temperature for 10 minutes or more, a considerable amount is hydrogenated.
これを500°C以下の温度に冷却していくと、水素化したジルコニウムがインゴットに表面から剥落(剥離)する。冷却炉中の雰囲気はアルゴン等の不活性ガス雰囲気とするのが望ましい。水素化が十分でない場合には、上記の操作を繰返し行うことによって、容易に水素化が可能である。
剥落した材料はその状態でも粉末化しているものもあるが、薄片状のものは、必要に応じてこれを粉砕し微細な水素化ジルコニウム粉を得ることができる。
このようにして得た微細な水素化ジルコニウム粉は、単独のジルコニウム粉とは異なり、発火爆発の虞が無く、安定して容易に製造できるという著しい効果を有する。さらに、還元性(水素)雰囲気中での粉末化工程なので、インゴットの酸化や粉末の酸化が防止できる利点がある。
また、水素化ジルコニウム粉は、用途に応じてこのままの水素化粉末を使用できるが、脱水素が必要な場合には、真空下又は不活性雰囲気下で加熱することによって、水素を容易に除去することができる。これによって、外部からの汚染及び酸化が防止でき、高純度のジルコニウム粉を容易に得ることができるという優れた特徴を有する。
When this is cooled to a temperature of 500 ° C. or less, the hydrogenated zirconium peels off (peels) from the surface of the ingot. The atmosphere in the cooling furnace is preferably an inert gas atmosphere such as argon. When hydrogenation is not sufficient, hydrogenation can be easily performed by repeating the above operation.
Some of the peeled material is powdered even in this state, but the flaky material can be pulverized as necessary to obtain fine zirconium hydride powder .
The fine zirconium hydride powder thus obtained has a remarkable effect that it can be stably and easily produced, unlike the case of a single zirconium powder , without the risk of ignition and explosion. Furthermore, since it is a powdering step in a reducing (hydrogen) atmosphere, there is an advantage that oxidation of the ingot and oxidation of the powder can be prevented.
The zirconium hydride powder can be used as it is depending on the application. However, when dehydrogenation is required, the hydrogen can be easily removed by heating in a vacuum or in an inert atmosphere. be able to. As a result, external contamination and oxidation can be prevented, and high-purity zirconium powder can be easily obtained.
次に、実施例に基づいて本発明を説明する。実施例は発明を容易に理解するためのものであり、これによって本発明を制限されるものではない。すなわち、本発明は本発明の技術思想に基づく他の実施例及び変形を包含するものである。
(実施例1)
表1に示す純度(3Nレベル)の原料ジルコニウムスポンジを弗硝酸で洗浄し、表面に付着している不純物を除去した後、これをZn箔で包んでコンパクトとした。なお、表1に示す原料ジルコニウムスポンジは主な不純物のみを表示した。
次に、このコンパクトを電子ビーム溶解炉に導入し電子ビーム溶解を実施した。電子ビーム溶解の条件は次の通りである。
真空度: 2×10−4Torr
電流: 1.25A
鋳造速度: 20kg/hr
電力源単位: 4kwh/kg
Next, the present invention will be described based on examples. The examples are for easy understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereby. That is, the present invention includes other embodiments and modifications based on the technical idea of the present invention.
Example 1
The raw material zirconium sponge of purity (3N level) shown in Table 1 was washed with hydrofluoric acid to remove impurities adhering to the surface, and then wrapped with Zn foil to make it compact. The raw material zirconium sponge shown in Table 1 shows only main impurities.
Next, this compact was introduced into an electron beam melting furnace to perform electron beam melting. The conditions for electron beam melting are as follows.
Degree of vacuum: 2 × 10 −4 Torr
Current: 1.25A
Casting speed: 20kg / hr
Power source unit: 4kwh / kg
電子ビーム溶解後、鋳造し高純度ジルコニウムインゴットとした。電子ビーム溶解の際、Zn箔は電子ビーム溶解時に揮発し、ジルコニウムに含有される量は0.1ppm未満であり、不純物としては問題とならない混入量であった。
なお、このようなZn等の箔で包まずプレスによりジルコニウムスポンジだけで押し固めコンパクトにしようとしたが、プレスの作業の途中でボロボロと崩れてしまい、コンパトとすることができなかった。したがって、Al、Zn、Cu、Mg等の揮発性元素の箔で包んでコンパクトにすることは、上記高純度ジルコニウムを製造するための望ましい条件である。
After melting the electron beam, it was cast into a high purity zirconium ingot. At the time of electron beam melting, the Zn foil was volatilized at the time of electron beam melting, and the amount contained in zirconium was less than 0.1 ppm.
Although it was attempted to make it compact by compacting only with a zirconium sponge by pressing without being wrapped with such a foil of Zn or the like, it collapsed in the middle of the pressing operation and could not be made compact. Therefore, wrapping with a foil of a volatile element such as Al, Zn, Cu, and Mg is a desirable condition for producing the high-purity zirconium.
次に、高純度ジルコニウムインゴットから1kgを取り、これを水素雰囲気炉に入れ、水素気流中で800°C30分間保持し、その後冷却した。冷却により400°Cに達した時点で水素をアルゴンに置換え、室温まで冷却した後、インゴットを取出した。
この結果、インゴットの30%、すなわち300gが水素化したジルコニウム粉が得られた。この後、水素化しなかったジルコニウムについて、再度同じ操作を実施したところ、残り全て水素化したジルコニウム粉が得られた。粉体になっていないものは、粉砕処理により容易に粉とすることができた。
また、この水素化したジルコニウム粉の製造工程中、発火や爆発の虞がなく、安全に操業できた。さらに、水素化したジルコニウム粉を真空下又はアルゴンガス等の不活性雰囲気下で加熱することによって、容易にジルコニウム粉が得られた。
これによって得た高純度ジルコニウム粉の分析結果を表2に示す。
Next, 1 kg was taken from the high-purity zirconium ingot, put into a hydrogen atmosphere furnace, kept in a hydrogen stream at 800 ° C. for 30 minutes, and then cooled. When the temperature reached 400 ° C. by cooling, hydrogen was replaced with argon, and after cooling to room temperature, the ingot was taken out.
As a result, zirconium powder in which 30% of the ingot, that is, 300 g was hydrogenated was obtained. Thereafter, the same operation was performed again on the non-hydrogenated zirconium, and as a result, all the remaining hydrogenated zirconium powder was obtained. Those not in powder form could be easily made into powder by pulverization.
Moreover, there was no risk of ignition or explosion during the production process of the hydrogenated zirconium powder, and it was possible to operate safely. Furthermore, the zirconium powder was easily obtained by heating the hydrogenated zirconium powder in a vacuum or in an inert atmosphere such as argon gas.
Table 2 shows the analysis results of the high-purity zirconium powder thus obtained.
これにより、酸素、炭素などのガス成分を除く不純物含有量が100ppm未満となり、4N(99.99%)レベルの高純度ジルコニウム粉が得られた。
特に、Na、Kなどのアルカリ金属元素の含有量が総計で1ppm以下、U、Thなどの放射性元素の含有量が総計で5ppb以下、Hfを除くFe、Ni、Cr、Zrなどの遷移金属若しくは重金属又は高融点金属元素が総計で50ppm以下、残部がジルコニウム及びその他の不可避不純物である高純度ジルコニウム粉が得られた。
表2に表示する通り、上記以外のその他の不純物については、そられの殆どが0.1ppm未満であった。
As a result, the impurity content excluding gas components such as oxygen and carbon became less than 100 ppm, and a 4N (99.99%) level high-purity zirconium powder was obtained.
In particular, the content of alkali metal elements such as Na and K is 1 ppm or less in total, the content of radioactive elements such as U and Th is 5 ppb or less in total, transition metals such as Fe, Ni, Cr and Zr excluding Hf or A high-purity zirconium powder in which heavy metals or refractory metal elements were 50 ppm or less in total and the balance being zirconium and other inevitable impurities was obtained.
As shown in Table 2, most of the impurities other than the above were less than 0.1 ppm.
(実施例2)
実施例1と同様にして製造したジルコニウムインゴットを旋盤で切粉にし弗硝酸洗浄後、同様の条件で水素化を実施した。これにより容易に粉にすることができた。分析結果は、表2とほぼ同様であった。
(Example 2)
A zirconium ingot produced in the same manner as in Example 1 was cut into chips with a lathe, washed with hydrofluoric acid, and then hydrogenated under the same conditions. As a result, the powder could be easily made into powder. The analysis results were almost the same as in Table 2.
電子ビーム溶解法により、半導体の動作機能を保証するために障害となる不純物、すなわちNa、Kなどのアルカリ金属元素、U、Thなどの放射性元素、Fe、Ni、Co、Cr、Cu、Mo,Ta、Vなどの遷移金属若しくは重金属又は高融点金属元素を極めて低減させた高純度ジルコニウム粉を、発火や爆発等の危険を防止し、かつ安価に製造することができるという優れた効果を有する。また、酸素、炭素等のガス成分の発生を抑制してスパッタリング時のパーティクル発生を効果的に減少させることのできるガス成分の少ないジルコニウムスパッタリングターゲットを得ることができ、半導体デバイスにおけるゲート酸化膜等の製造に有用である高純度ジルコニウム粉を得ることができる著しい特徴を有している。
したがって、酸素、炭素等のガス成分の発生を抑制してスパッタリング時のパーティクル発生を効果的に減少させることのできるガス成分の少ないジルコニウムスパッタリングターゲットの製造に有用である。
By the electron beam melting method, impurities that hinder the operation function of the semiconductor, that is, alkali metal elements such as Na and K, radioactive elements such as U and Th, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Mo, A high-purity zirconium powder in which transition metals such as Ta and V or heavy metals or refractory metal elements are extremely reduced has an excellent effect of preventing dangers such as ignition and explosion and can be produced at low cost. Moreover, it is possible to obtain a zirconium sputtering target with a small amount of gas components that can effectively reduce the generation of particles during sputtering by suppressing the generation of gas components such as oxygen and carbon, and the like such as a gate oxide film in a semiconductor device. It has the remarkable feature that high purity zirconium powder useful for production can be obtained.
Therefore, it is useful for the production of a zirconium sputtering target with a small amount of gas components, which can suppress the generation of gas components such as oxygen and carbon and effectively reduce the generation of particles during sputtering.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006325242A JP5019285B2 (en) | 2000-11-09 | 2006-12-01 | Method for producing high purity zirconium powder |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000341301 | 2000-11-09 | ||
| JP2000341301 | 2000-11-09 | ||
| JP2006325242A JP5019285B2 (en) | 2000-11-09 | 2006-12-01 | Method for producing high purity zirconium powder |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001059769A Division JP2002206103A (en) | 2000-10-02 | 2001-03-05 | Method for manufacturing high-purity zirconium or hafnium powder |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007169782A JP2007169782A (en) | 2007-07-05 |
| JP5019285B2 true JP5019285B2 (en) | 2012-09-05 |
Family
ID=38296717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006325242A Expired - Fee Related JP5019285B2 (en) | 2000-11-09 | 2006-12-01 | Method for producing high purity zirconium powder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5019285B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114192787A (en) * | 2021-08-03 | 2022-03-18 | 有研工程技术研究院有限公司 | Preparation method of high-purity zirconium-aluminum 16 alloy powder |
| CN114284055B (en) * | 2021-12-28 | 2024-02-23 | 江西大有科技有限公司 | Amorphous powder and preparation method thereof |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4219357A (en) * | 1978-03-30 | 1980-08-26 | Crucible Inc. | Method for producing powder metallurgy articles |
| JPS6223909A (en) * | 1985-07-24 | 1987-01-31 | Daido Steel Co Ltd | Manufacturing method of irregularly shaped powder |
| JPH0742530B2 (en) * | 1986-08-15 | 1995-05-10 | 株式会社高純度化学研究所 | Manufacturing method of low oxygen alloy compact |
| JPH0762184B2 (en) * | 1986-09-30 | 1995-07-05 | 住友電気工業株式会社 | Method for manufacturing Ti alloy product |
| JPS63143209A (en) * | 1986-12-04 | 1988-06-15 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Production of iva metal powder |
| JP2921799B2 (en) * | 1990-02-15 | 1999-07-19 | 株式会社 東芝 | Method for manufacturing high-purity sputter target for semiconductor element formation |
| JPH04350105A (en) * | 1991-05-27 | 1992-12-04 | Kawasaki Steel Corp | Production of high fusion point active metal or alloy fine powder |
-
2006
- 2006-12-01 JP JP2006325242A patent/JP5019285B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2007169782A (en) | 2007-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100572262B1 (en) | Manufacturing method of high purity zirconium or hafnium | |
| EP2494084B1 (en) | Zr-BASED AMORPHOUS ALLOY AND PREPARING METHOD THEREOF | |
| EP2641982A1 (en) | Production method for high-purity lanthanum, high-purity lanthanum, sputtering target composed of high-purity lanthanum, and metal gate film containing high-purity lanthanum as main component | |
| JP4104039B2 (en) | Method for producing high-purity zirconium or hafnium | |
| JP5019285B2 (en) | Method for producing high purity zirconium powder | |
| JP6253494B2 (en) | Contact material for vacuum valve and vacuum valve | |
| JP3819487B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP2002206103A (en) | Method for manufacturing high-purity zirconium or hafnium powder | |
| JP4917055B2 (en) | Method for producing high-purity zirconium or hafnium | |
| JP5019286B2 (en) | Method for producing high-purity hafnium powder | |
| JP2009057634A (en) | Manufacturing method for high-purity zirconium or hafnium powder | |
| JP3673919B2 (en) | High-purity titanium recovery method | |
| JPS63303017A (en) | Production of w-ti alloy target | |
| JPH03107453A (en) | Ti-w target and production thereof | |
| JP2954711B2 (en) | W-Ti alloy target and manufacturing method | |
| JP3251779B2 (en) | Manufacturing method of contact material for vacuum valve | |
| JPH05179435A (en) | Titanium target for sputtering | |
| JPH1161392A (en) | Method of manufacturing sputtering target for forming Ru thin film | |
| JPH07331301A (en) | Method and device for processing mechanical alloying powder | |
| CN86108695A (en) | The production method of contact alloy for vacuum tube | |
| JPH0682532B2 (en) | Method for manufacturing contact alloy for vacuum valve | |
| JPH083664A (en) | Vacuum device member and vacuum device | |
| JPS62214620A (en) | Titanium silicide target and manufacture thereof | |
| JPH0711434A (en) | W-Ti alloy target | |
| JPH0887934A (en) | Method for manufacturing contact alloy for vacuum switchgear |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091110 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20100813 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110118 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120329 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120604 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5019285 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150622 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |