JPH08127890A - 高純度コバルトの製造方法 - Google Patents

高純度コバルトの製造方法

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JPH08127890A
JPH08127890A JP8083095A JP8083095A JPH08127890A JP H08127890 A JPH08127890 A JP H08127890A JP 8083095 A JP8083095 A JP 8083095A JP 8083095 A JP8083095 A JP 8083095A JP H08127890 A JPH08127890 A JP H08127890A
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JP
Japan
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cobalt
hydrochloric acid
purity
concentration
impurities
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JP8083095A
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Yuichiro Shindo
裕一朗 新藤
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Eneos Corp
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Japan Energy Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 タ−ゲット材料等の用途に適したNi、Fe
等の不純物を最小限しか含まない5N(99.999
%)レベル以上の高純度コバルトを安定してかつ容易に
製造できる方法を開発する。 【構成】 少なくともFe及び/又はNiを不純物とし
て含有し、塩酸濃度が7〜12Nの塩化コバルト水溶液
を、陰イオン交換樹脂と接触させコバルトを吸着させた
後、1〜6Nの塩酸を用いてコバルトを溶離し、得られ
た溶離液を蒸発乾固又は濃縮した後、pH=0〜6の水
溶液とし、該水溶液を電解液として電解採取により電析
コバルトを作製し、必要に応じ更に該電析コバルトを真
空溶解することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高純度コバルトの製造
方法に関するものである。本発明により作製された高純
度コバルトは、VLSIの電極及び配線形成用のタ−ゲ
ット材等として好適に用いることができる。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体デバイスにおける電極材料
としてポリシリコンが主に用いられてきたが、LSIの
高集積化に伴い、モリブテン、タングステン等のシリサ
イドにかわり、さらにはチタン、コバルトシリサイドの
活用に関心が集まっている。また、従来から用いられて
きたAl、Al合金にかえてコバルトを配線材として用
いる試みも進んでいる。こうした電極や配線は代表的
に、コバルト製タ−ゲットをアルゴン中でスパッタする
ことにより形成される。
【0003】スパッタリング後に形成される半導体部材
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。つまり、 (1)Na、K等のアルカリ金属 (2)U、Th等の放射性元素 (3)Fe、Ni等の重金属 である。Na,K等のアルカリ金属は、ゲ−ト絶縁膜中
を容易に移動し、MOS−LSI界面特性の劣化の原因
となる。そして、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−の原因とな
る。一方、Fe、Ni等の重金属もまた界面接合部のト
ラブルの原因となる。
【0004】一般的に入手されるコバルト、いわゆる粗
コバルト塊は数十ppmのFeそして数百ppmのNi
を不純物として含有している。これからの高純度コバル
トの製造方法としては、まず電解精製法が考えられる。
しかしながら、電解精製では不純物であるNi及びFe
とコバルトとの標準電極電位が非常に近いため、単なる
電解精製法による高純度化は難しい。
【0005】従って、電解精製法による高純度化を行う
ためには、電解液中の不純物を溶媒抽出法等により除去
しながら、すなわち、例えばコバルト濃度が40〜60
g/Lの場合には、電解液中のNi濃度を平均1.3m
g/L以下そしてFe濃度を平均0.1mg/L以下に
しながら行わなくてはならず、非常に厳格なコントロ−
ルを必要とする。また、溶媒抽出によるNiの除去に
は、アルキルオキシム等の特殊な溶媒が必要であると共
にコバルトも共抽出されるため、複雑な操作が必要であ
り、更にこの抽出溶媒が電解液中に溶解しロスとなると
いう問題点もある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決したもので、本発明の目的は、タ−ゲット等の用
途に適したNi、Fe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
上の高純度コバルトを安定してかつ容易に製造できる方
法を開発することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、高純度コ
バルトが安定して製造できるように鋭意検討した結果、
陰イオン交換法−電解採取法、そして必要に応じて真空
溶解法を組み合わせることにより、高純度コバルトを安
定してかつ容易に、しかも低コストで大量生産が可能で
あることが判明した。これに基づき、本発明は、 (1)少なくともFe及び/又はNiを不純物として含
有し、塩酸濃度が7〜12Nの塩化コバルト水溶液を、
陰イオン交換樹脂と接触させコバルトを吸着させた後、
1〜6Nの塩酸を用いてコバルトを溶離し、得られた溶
離液を蒸発乾固又は濃縮した後、pH=0〜6の水溶液
とし、該水溶液を電解液として電解採取により電析コバ
ルトを得ることを特徴とする高純度コバルトの製造方
法。 (2)前記電析コバルトを更に真空溶解することを特徴
とする前記(1)記載の高純度コバルトの製造方法。を
提供する。
【0008】
【発明の具体的説明】本発明で用いる塩化コバルト水溶
液は、特に限定されるものではないが、通常市販されて
いる、いわゆる数十ppmのFeそして数百ppmのN
iを不純物として含有している粗コバルトを塩酸で溶解
したものが用いられる。
【0009】一方、粗コバルトの溶解に使用する塩酸
は、特に限定されるものではないが、工業用の純度の悪
い塩酸でもかまわない。この理由は、塩酸中に含まれる
不純物も本発明を実施することにより、除去することが
できるからである。
【0010】コバルトを溶解する際の装置は、塩酸の有
効利用の為冷却筒や塩化水素ガスの回収装置を設けたも
のが望ましい。材質は、石英、グラファイト、テフロ
ン、ポリ容器等が好ましい。
【0011】溶解する温度は、50〜100℃、好まし
くは80〜95℃である。50℃未満では、溶解する速
度が遅く、また、100℃を超えると、蒸発が激しく水
溶液のロスが大きい。
【0012】塩化コバルト水溶液中の塩酸濃度は、最終
的には、7〜12Nとすることが好ましい。7N未満又
は12Nを超えると、イオン交換する際、コバルトがあ
まり吸着しない。コバルト濃度は、10〜70g/Lが
好ましい。コバルト濃度が10g/L未満であると、大
量の塩酸が必要であり、コスト増を招く。一方、70g
/Lを超えると、塩酸濃度の高い溶液では、室温即ち約
20℃で塩化コバルトが析出してしまうため好ましくな
い。
【0013】陰イオン交換においては、上記塩化コバル
ト水溶液を用いコバルトの吸着を行う。本発明におい
て、用いる樹脂は、陰イオン交換樹脂であれば特に限定
されないが、DOWEX(ダウエックス)1×8、DO
WEX2×8(室町化学(株)製)、ダイヤイオンSA
10A等が例示される。コバルトは、高濃度の塩酸中で
は塩化物錯体を形成し、陰イオンとして存在するため樹
脂に吸着する。Fe及びUもコバルトと同様な挙動を示
し陰イオン交換樹脂に吸着するが、主要不純物であるN
iそしてNa、K等のアルカリ金属及びThは、塩化物
錯体を形成しないため、吸着せずカラムより流出する。
【0014】さらに、カラム内に残留した不純物を取り
除くために、7〜12Nの塩酸で洗浄する。この範囲外
では、コバルトと陰イオン交換樹脂との結び付きが弱い
ため、コバルトが溶離されるため好ましくない。
【0015】次に、陰イオン交換樹脂に吸着したコバル
トを溶離するために1〜6N、好ましくは3N〜4Nの
塩酸を使用する。1N未満では、不純物として吸着した
Fe及びUも溶離してしまうため好ましくない。6Nを
超えると、コバルトが樹脂からなかなか溶離せず使用す
る塩酸量が多くなり好ましくない。なお、コバルト溶離
後の陰イオン交換樹脂に吸着しているFe及びUについ
ては、1N未満の塩酸を用いることにより容易に溶離す
ることができる。従って、陰イオン交換樹脂の吸着容量
等を考慮に入れ、適当な時期にFe及びUの溶離をする
ことにより、陰イオン交換樹脂を再生することができ
る。以上の操作により、不純物であるNi、Fe等の重
金属、Na、Ka等のアルカリ金属及びU、Th等の放
射性元素とコバルトを分離することができる。
【0016】溶離した塩化コバルト水溶液は、塩酸濃度
が高いためそのままでは電解採取に用いることができな
い。そこで、本発明においては、溶離した塩化コバルト
水溶液を蒸発乾固又は濃縮した後、水を加えることによ
り、pH=0〜6の水溶液とし、該水溶液を電解液とし
て用いる。蒸発乾固又は濃縮する方法は、ロ−タリ−エ
バポレ−ション装置等を使用して行うと良い。蒸発乾固
又は濃縮する温度は、80℃以上、好ましくは100℃
以上である。80℃未満では、蒸発乾固又は濃縮するの
に時間がかかってしまう。また、その際アスピレ−タ−
等で弱減圧下にしながら行うと蒸発乾固又は濃縮がスム
−ズに行える。蒸発乾固又は濃縮するときの装置材質
は、石英、グラファイト、テフロン等が好ましい。この
際発生する塩酸ガスは、冷却・凝縮させコバルト溶解等
に再利用することができる。
【0017】この様にして作製された電解液のpHは、
0〜6、好ましくは1〜4である。pH0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。pH6を超えると、コバルトが水酸化コバ
ルトとなり沈殿するので好ましくない。
【0018】電解採取における電解液中のコバルト濃度
は、10〜160g/L、好ましくは30〜130g/
Lである。10g/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、塩化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。
【0019】電流密度の範囲は、0.001〜0.1A
/cm2である。0.001A/cm2未満では、生産性が低
下し効率的でない。0.1A/cm2を超えると、不純物
濃度が上がり更に電流効率も低くなり好ましくない。
【0020】電解温度は、10〜90℃、好ましくは3
5〜55℃である。10℃未満では、電流効率が低下
し、90℃を超えると、電解液の蒸発が多くなり好まし
くない。
【0021】カソ−ドとしては、コバルト、チタン板等
を用いる。電解槽の材質は、塩ビ、ポリプロピレン、ポ
リエチレン等が好ましい。なお、電解採取の場合には、
カソ−ドより、塩素ガスが発生するが、この塩素ガスは
粗コバルトの溶解等に利用することができる。電解採取
により、電解液中に残存する微量のU、Th等の放射性
元素とコバルトを分離することができる。
【0022】回収した電析コバルトは、必要に応じて、
エレクトロンビ−ム溶解等の真空溶解方法で溶解し、そ
こに含まれる微量のNa、K等の揮発性元素を取り除く
ことができる。エレクトロンビ−ム溶解は、電極(ここ
では電析コバルト)をまず作製し、それを再溶解して高
純度のインゴットを得る方法である。電極の高温・高真
空下での溶解中に、揮発成分が蒸発する。例えば、次の
条件で、エレクトロンビ−ム溶解が実施される。 [溶解量5kgの場合] 電流:0.7A、電圧:20KV、真空度:10-5mm
Hg、時間:2hr 以上の操作により製造した高純度コバルト中には、不純
物含有量が少なく、半導体製造用のタ−ゲット材料等と
して好ましい。
【0023】
【実施例】以下に、本発明の実施例を呈示するが、これ
によって、本発明は、何ら制限されるものではない。
【0024】表1に示すような純度の粗コバルト塊60
gを、約1250mLの11.6Nの塩酸水溶液の容器
に装入した。そして、温度を95℃にあげ7時間後に塩
酸濃度9N、コバルト濃度50g/Lの塩化コバルト水
溶液を得た。この液1200mLを、陰イオン交換樹脂
(室町化学:DOWEX、2×8)1200mLを充填
したガラス製のカラム(50mmφ×700mmL)に
通液し、コバルトを吸着させた後、9Nの塩酸1200
mLで洗浄した。
【0025】次にコバルトを溶離するために4Nの塩酸
1800mLを通液した。得られた精製塩化コバルト水
溶液を、ロ−タリ−エバポレ−ション装置を用いて温度
140℃で蒸発乾固させた。蒸発乾固物は、CoCl2
・2H2Oであり160gを得た。これを純水に溶かし
て1Lとした。この時のコバルト濃度は、60g/Lで
あった。
【0026】そして、電解液のpHを1とし、電流密度
0.02A/cm2、温度50℃とし、粗コバルト板をカ
ソ−ドとして電解採取をおこなった。そして、コバルト
濃度が30g/Lになった時、電解採取を中断した。得
られた電析物は、28.5gであり、電流効率は95%
であった。この電析コバルトをEB溶解して27gの高
純度コバルトを得た。以上の操作により得られたコバル
トの純度を、表1に示す。
【0027】
【表1】
【0028】
【発明の効果】
(1)5N以上の高純度コバルトが、陰イオン交換法−
電解採取法、そして必要に応じて真空溶解法を組み合わ
せることにより、品質が安定してかつ操作が容易に、し
かも低コストで得ることができる。 (2)得られた高純度コバルトは、半導体デバイス製造
用のタ−ゲット材料等として好適に用いられる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともFe及び/又はNiを不純物
    として含有し、塩酸濃度が7〜12Nの塩化コバルト水
    溶液を、陰イオン交換樹脂と接触させコバルトを吸着さ
    せた後、1〜6Nの塩酸を用いてコバルトを溶離し、得
    られた溶離液を蒸発乾固又は濃縮した後、pH=0〜6
    の水溶液とし、該水溶液を電解液として電解採取により
    電析コバルトを得ることを特徴とする高純度コバルトの
    製造方法。
  2. 【請求項2】 前記電析コバルトを更に真空溶解するこ
    とを特徴とする請求項1記載の高純度コバルトの製造方
    法。
JP8083095A 1994-09-08 1995-03-14 高純度コバルトの製造方法 Withdrawn JPH08127890A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5810983A (en) * 1995-03-14 1998-09-22 Japan Energy Corporation High purity cobalt sputtering targets
US6391172B2 (en) 1997-08-26 2002-05-21 The Alta Group, Inc. High purity cobalt sputter target and process of manufacturing the same
JP2016030847A (ja) * 2014-07-29 2016-03-07 住友金属鉱山株式会社 塩化コバルト溶液の浄液方法

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