(57)【要約】本発明は、還元法、電解法及びヨウ化物法のうち１つ又はそれより多くの方法を利用した、チタンをベースとする混合金属材料及びジルコニウムをベースとする混合金属材料を形成する方法を包含する。本発明は、また、ジルコニウムと、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択される１種又はそれより多い元素とを含んでなるスパッタリングターゲットを包含する。本発明は、また、チタン及びホウ素を含んでなるスパッタリングターゲットを包含する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンをベースとする混合金属生成物を形成する方法であって、ハロゲン化チタン及び少なくとも１種の金属ハロゲン化物の混合物を還元剤と組み合わせて、チタンと、該少なくとも１種の金属ハロゲン化物の該少なくとも１種の金属に対応する少なくとも１種の金属とを含んでなる混合金属生成物を生成することを含み；その際、
該少なくとも１種の金属ハロゲン化物の該少なくとも１種の金属が、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、Ｙｂ及びＺｒからなる群から選択され；
該混合金属生成物が少なくとも９９．９５％純粋であり；そして、
該混合金属生成物が、該少なくとも１種の金属を０．０５％より多く含んでなる、方法。
【請求項２】
混合金属生成物が少なくとも１種の金属を０．１％より多く含んでなる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
混合金属生成物が少なくとも１種の金属を０．５％より多く含んでなる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１種の金属がただ１種の金属だけである、請求項１記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１種の金属が２種の金属である、請求項１記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１種の金属がＺｒを含んでなる、請求項１記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１種の金属がＨｆを含んでなる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
チタンをベースとする混合金属生成物を形成する方法であって、該方法が、チタン及び少なくとも１種の他の金属の混合物を含んでなる混合金属生成物を電解析出させることを含み、該少なくとも１種の他の金属が、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、Ｙｂ及びＺｒからなる群から選択され；その際、
該混合金属生成物が少なくとも９９．９５％純粋であり；そして、
該混合金属生成物が、該少なくとも１種の他の金属を０．０５％より多く含んでなる、方法。
【請求項９】
混合金属生成物が少なくとも１種の他の金属を０．１％より多く含んでなる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
混合金属生成物が少なくとも１種の他の金属を０．５％より多く含んでなる、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１種の他の金属が１種の他の金属だけである、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１種の他の金属が２種の他の金属である、請求項８記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１種の金属がＺｒを含んでなる、請求項８記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１種の金属がＨｆを含んでなる、請求項８記載の方法。
【請求項１５】
チタンをベースとする混合金属生成物を形成する方法であって、
チタン及び少なくとも１種の他の金属の混合物を、ヨウ素ガス及び熱せられた基板を伴う反応装置中に提供し；該少なくとも１種の他の金属が、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、Ｙｂ及びＺｒからなる群から選択され；
該チタン及び該少なくとも１種の他の金属を該ヨウ素ガスと反応させて、ヨウ化チタン及び該少なくとも１種の他の金属のヨウ化物を形成し；
該ヨウ化チタン及び該少なくとも１種の他の金属の該ヨウ化物を、該熱せられた基板へと移し、該基板からの熱を利用して該ヨウ化物を分解しチタン及び該少なくとも１種の他の金属を含んでなる混合金属生成物を生成し；その際、
該混合金属生成物が少なくとも９９．９５％純粋であり；そして、
該混合金属生成物が、該少なくとも１種の他の金属を０．０５％より多く含んでなる、方法。
【請求項１６】
混合金属生成物が少なくとも１種の他の金属を０．１％より多く含んでなる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
混合金属生成物が少なくとも１種の他の金属を０．５％より多く含んでなる、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１種の他の金属が１種の他の金属だけである、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１種の他の金属が２種の他の金属である、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１種の金属がＺｒを含んでなる、請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１種の金属がＨｆを含んでなる、請求項１５記載の方法。
【請求項２２】
ジルコニウムをベースとする混合金属生成物を形成する方法であって、ハロゲン化ジルコニウム及び少なくとも１種の他の金属ハロゲン化物の混合物を還元剤と組み合わせて、ジルコニウムと、該少なくとも１種の他の金属ハロゲン化物の該少なくとも１種の金属に対応する少なくとも１種の他の金属とを含んでなる混合金属生成物を生成し；その際、
該少なくとも１種の他の金属ハロゲン化物の該少なくとも１種の金属が、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択され；
該混合金属生成物が少なくとも９９．９５％純粋であり；そして、
該混合金属生成物が、該少なくとも１種の他の金属を０．０５％より多く含んでなる、方法。
【請求項２３】
混合金属生成物が少なくとも１種の他の金属を０．１％より多く含んでなる、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
混合金属生成物が少なくとも１種の他の金属を０．５％より多く含んでなる、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１種の他の金属が１種の他の金属だけである、請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも１種の他の金属が２種の他の金属である、請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
少なくとも１種の金属がＴｉを含んでなる、請求項２２記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも１種の金属がＨｆを含んでなる、請求項２２記載の方法。
【請求項２９】
ジルコニウムをベースとする混合金属生成物を形成する方法であって、該方法が、ジルコニウム及び少なくとも１種の他の金属の混合物を含んでなる混合金属生成物を電解析出させることを含み、該少なくとも１種の他の金属が、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択され；その際、
該混合金属生成物が少なくとも９９．９５％純粋であり；そして、
該混合金属生成物が、該少なくとも１種の他の金属を０．０５％より多く含んでなる、方法。
【請求項３０】
混合金属生成物が少なくとも１種の他の金属を０．１％より多く含んでなる、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
混合金属生成物が少なくとも１種の他の金属を０．５％より多く含んでなる、請求項２９記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも１種の他の金属が１種の他の金属だけである、請求項２９記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも１種の他の金属が２種の他の金属である、請求項２９記載の方法。
【請求項３４】
少なくとも１種の金属がＴｉを含んでなる、請求項２９記載の方法。
【請求項３５】
少なくとも１種の金属がＨｆを含んでなる、請求項２９記載の方法。
【請求項３６】
ジルコニウムをベースとする混合金属生成物を形成する方法であって、
ジルコニウム及び少なくとも１種の他の金属の混合物を、ヨウ素ガス及び熱せられた基板を伴う反応装置中に提供し；該少なくとも１種の他の金属が、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択され；
該ジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属を該ヨウ素ガスと反応させて、ヨウ化ジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属のヨウ化物を形成し；
該ヨウ化ジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属の該ヨウ化物を、該熱せられた基板へと移し、該基板からの熱を利用して該ヨウ化物を分解しジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属を含んでなる混合金属生成物を生成し；その際、
該混合金属生成物が少なくとも９９．９５％純粋であり；そして、
該混合金属生成物が、該少なくとも１種の他の金属を０．０５％より多く含んでなる、方法。
【請求項３７】
混合金属生成物が少なくとも１種の他の金属を０．１％より多く含んでなる、請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
混合金属生成物が少なくとも１種の他の金属を０．５％より多く含んでなる、請求項３６記載の方法。
【請求項３９】
少なくとも１種の他の金属が１種の他の金属だけである、請求項３６記載の方法。
【請求項４０】
少なくとも１種の他の金属が２種の他の金属である、請求項３６記載の方法。
【請求項４１】
少なくとも１種の金属がＴｉを含んでなる、請求項３６記載の方法。
【請求項４２】
少なくとも１種の金属がＨｆを含んでなる、請求項３６記載の方法。
【請求項４３】
チタンをベースとする混合金属インゴットを形成する方法であって：
ハロゲン化チタン及び１種又はそれより多い他の金属ハロゲン化物を還元剤と組み合わせて、混合金属生成物を生成し；その際、該１種又はそれより多い他の金属ハロゲン化物が、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、Ｙｂ及びＺｒのハロゲン化物からなる群から選択され、
該混合金属生成物を融解して、溶融混合金属生成物を形成し；そして、
該溶融混合金属生成物を冷却して、混合金属インゴットとすること（その際、該インゴットは、チタン及び１種又はそれより多い他の金属を含んでなり；該１種又はそれより多い他の金属は、該１種又はそれより多い他の金属ハロゲン化物の該１種又はそれより多い他の金属に対応し；該インゴットは少なくとも９９．９５％の純度のチタン及び該１種又はそれより多い他の金属を有する）を含んでなる、方法。
【請求項４４】
ハロゲン化チタンが塩化チタンであり、他の金属ハロゲン化物が金属塩化物である、請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
インゴットが少なくとも９９．９９５％の純度のチタン及び１種又はそれより多い他の金属を有する、請求項４３記載の方法。
【請求項４６】
インゴットが少なくとも９９．９９９５％の純度のチタン及び１種又はそれより多い他の金属を有する、請求項４３記載の方法。
【請求項４７】
１種又はそれより多い他の金属がジルコニウムを含んでなる、請求項４３記載の方法。
【請求項４８】
１種又はそれより多い他の金属がただ１種の他の金属であり、ジルコニウムからなる、請求項４３記載の方法。
【請求項４９】
更に、インゴットからスパッタリングターゲットを形成することを含んでなる、請求項４３記載の方法。
【請求項５０】
ジルコニウムをベースとする混合金属インゴットを形成する方法であって：
ハロゲン化ジルコニウム及び１種又はそれより多い他の金属ハロゲン化物を還元剤と組み合わせて、混合金属生成物を生成し；
該混合金属生成物を融解して、溶融混合金属材料を形成し；そして、
該溶融混合金属材料を冷却して、混合金属インゴットとすること（その際、該インゴットは、ジルコニウムと、該１種又はそれより多い他の金属ハロゲン化物の該１種又はそれより多い他の金属に対応する１種又はそれより多い他の金属とを含んでなり；該ジルコニウムは該インゴットの大部分の元素であり；該インゴットは少なくとも９９．９５％の純度のジルコニウム及び該１種又はそれより多い他の金属を有する）を含んでなる、方法。
【請求項５１】
ハロゲン化ジルコニウムが塩化ジルコニウムであり、他の金属ハロゲン化物が金属塩化物である、請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
インゴットが少なくとも９９．９９５％の純度のジルコニウム及び１種又はそれより多い他の金属を有する、請求項５０記載の方法。
【請求項５３】
インゴットが少なくとも９９．９９９５％の純度のジルコニウム及び１種又はそれより多い他の金属を有する、請求項５０記載の方法。
【請求項５４】
１種又はそれより多い他の金属が、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択される、請求項５０記載の方法。
【請求項５５】
１種又はそれより多い他の金属がチタンを含んでなる、請求項５０記載の方法。
【請求項５６】
１種又はそれより多い金属がただ１種の他の金属であり、チタンからなる、請求項５０記載の方法。
【請求項５７】
還元剤が、ナトリウム金属及びマグネシウム金属からなる群から選択される、請求項５０記載の方法。
【請求項５８】
更に、インゴットからスパッタリングターゲットを形成することを含んでなる、請求項５０記載の方法。
【請求項５９】
チタンをベースとする混合金属インゴットを形成する方法であって：
チタン及び少なくとも１種の他の金属の混合物を電解析出させ（該析出させた混合物は混合金属生成物である）；
該混合金属生成物を融解させて、溶融混合金属材料を形成し；そして、
該溶融混合金属材料を冷却して混合金属インゴットとすること（該インゴットは該チタン及び該少なくとも１種の他の金属を含んでなり；該インゴットは少なくとも９９．９５％の純度のチタン及び該少なくとも１種の他の金属を有する）を含んでなる、方法。
【請求項６０】
析出させた少なくとも１種の他の金属が、Ｔｉ２＋の元素状態のＴｉへの転化についての還元電位の±０．７ボルト以内の析出還元電位を有する、請求項５９記載の方法。
【請求項６１】
析出させた少なくとも１種の他の金属が、Ｔｉ２＋の元素状態のＴｉへの転化についての還元電位の±０．５ボルト以内の析出還元電位を有する、請求項５９記載の方法。
【請求項６２】
析出させた少なくとも１種の他の金属にＺｒが含まれる、請求項５９記載の方法。
【請求項６３】
析出させた少なくとも１種の他の金属がただ１種の他の金属であり、Ｚｒからなる、請求項５９記載の方法。
【請求項６４】
更に、ハロゲン化チタン及び金属ハロゲン化物の混合物を還元剤と組み合わせて、混合金属供給原料を生成すること（該金属ハロゲン化物は少なくとも１種の他の金属である）を含んでなり；そして、
その際、電解析出が、該混合金属供給原料をアノードとして利用し、チタン及び該少なくとも１種の他の金属を、アノードから、その上に該チタン及び少なくとも１種の他の金属が混合金属生成物として析出されるカソードへと移すことを含んでなる、請求項５９記載の方法。
【請求項６５】
ジルコニウムをベースとする混合金属インゴットを形成する方法であって：
ジルコニウム及び少なくとも１種の他の金属の混合物を電解析出させ（該析出させた混合物は混合金属生成物である）；
該混合金属生成物を融解させて、溶融混合金属材料を形成し；そして、
該溶融混合金属材料を冷却して混合金属インゴットとすること（該インゴットは該ジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属を含んでなり；該インゴットは少なくとも９９．９５％の純度のジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属を有する）を含んでなる、方法。
【請求項６６】
析出させた少なくとも１種の他の金属が、Ｚｒ２＋の元素状態のＺｒへの転化についての還元電位の±０．７ボルト以内の析出還元電位を有する、請求項６５記載の方法。
【請求項６７】
析出させた少なくとも１種の他の金属が、Ｚｒ２＋の元素状態のＺｒへの転化についての還元電位の±０．５ボルト以内の析出還元電位を有する、請求項６５記載の方法。
【請求項６８】
析出させた少なくとも１種の他の金属にＴｉが含まれる、請求項６５記載の方法。
【請求項６９】
析出させた少なくとも１種の他の金属がただ１種の他の金属であり、Ｔｉからなる、請求項６５記載の方法。
【請求項７０】
更に、ハロゲン化ジルコニウム及び金属ハロゲン化物の混合物を還元剤と組み合わせて、混合金属供給原料を生成すること（該金属ハロゲン化物は少なくとも１種の他の金属である）を含んでなり；そして、
その際、電解析出が、該混合金属供給原料をアノードとして利用し、ジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属を、アノードから、その上に該ジルコニウム及び少なくとも１種の他の金属が混合金属生成物として析出されるカソードへと移すことを含んでなる、請求項６５記載の方法。
【請求項７１】
チタンをベースとする混合金属インゴットを形成する方法であって：
チタン及び少なくとも１種の他の金属の混合物を、ヨウ素ガス及び熱せられた基板を伴う反応装置内に供給し；
該チタン及び該少なくとも１種の他の金属を該ヨウ素ガスと反応させて、ヨウ化チタン及び該少なくとも１種の他の金属のヨウ化物を形成し；
該ヨウ化チタン及び該少なくとも１種の他の金属の該ヨウ化物を、該熱せられた基板へと移し、該基板からの熱を利用して該ヨウ化物を分解し混合金属生成物を生成し（該混合金属生成物はチタン及び該少なくとも１種の他の金属を含んでなる）；
該混合金属生成物を融解して、溶融混合金属材料を形成し；そして、
該溶融混合金属材料を冷却して混合金属インゴットとすること（該インゴットは該チタン及び該少なくとも１種の他の金属を含んでなり、該チタンは該インゴットの大部分の元素であり；該インゴットは少なくとも９９．９５％の純度のチタン及び該少なくとも１種の他の金属を有する）を含んでなる、方法。
【請求項７２】
少なくとも１種の他の金属が、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、Ｙｂ及びＺｒからなる群から選択される、請求項７１記載の方法。
【請求項７３】
少なくとも１種の他の金属がジルコニウムを含んでなる、請求項７１記載の方法。
【請求項７４】
少なくとも１種の他の金属がただ１種の他の金属であり、ジルコニウムからなる、請求項７１記載の方法。
【請求項７５】
更に、ハロゲン化チタン及び金属ハロゲン化物の混合物を還元剤と組み合わせて混合物を生成することにより、チタン及び少なくとも１種の他の金属の混合物を形成すること（該金属ハロゲン化物は該少なくとも１種の他の金属を含んでなる）を含んでなる、請求項７１記載の方法。
【請求項７６】
更に、チタン及び該少なくとも１種の他の金属の混合物を電解析出することにより、チタン及び少なくとも１種の他の金属の混合物を形成することを含んでなる、請求項７１記載の方法。
【請求項７７】
更に、ハロゲン化ジルコニウム及び金属ハロゲン化物の混合物を還元剤と組み合わせて、混合金属供給原料を生成すること（該金属ハロゲン化物は少なくとも１種の他の金属を含んでなる）を含んでなり；そして、
その際、電解析出が、該混合金属供給原料をアノードとして利用し、ジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属を、アノードから、その上に該ジルコニウム及び少なくとも１種の他の金属がジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属の混合物として析出されるカソードへと移すことを含んでなる、請求項７６記載の方法。
【請求項７８】
ジルコニウムをベースとする混合金属インゴットを形成する方法であって：
ジルコニウム及び少なくとも１種の他の金属の混合物を、ヨウ素ガス及び熱せられた基板を伴う反応装置内に供給し；
該ジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属を該ヨウ素ガスと反応させて、ヨウ化ジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属のヨウ化物を形成し；
該ヨウ化ジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属の該ヨウ化物を、該熱せられた基板へと移し、該基板からの熱を利用して該ヨウ化物を分解し混合金属生成物を生成し（該混合金属生成物はジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属を含んでなる）；
該混合金属生成物を融解して、溶融混合金属材料を形成し；そして、
該溶融混合金属材料を冷却して混合金属インゴットとすること（該インゴットは該ジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属を含んでなり、該ジルコニウムは該インゴットの大部分の元素であり；該インゴットは少なくとも９９．９５％の純度のジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属を有する）を含んでなる、方法。
【請求項７９】
少なくとも１種の他の金属が、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択される、請求項７８記載の方法。
【請求項８０】
少なくとも１種の他の金属がチタンを含んでなる、請求項７８記載の方法。
【請求項８１】
少なくとも１種の他の金属がただ１種の他の金属であり、チタンからなる、請求項７８記載の方法。
【請求項８２】
更に、ハロゲン化ジルコニウム及び金属ハロゲン化物の混合物を還元剤と組み合わせて混合物を生成することにより、ジルコニウム及び少なくとも１種の他の金属の混合物を形成すること（該金属ハロゲン化物は該少なくとも１種の他の金属を含んでなる）を含んでなる、請求項７８記載の方法。
【請求項８３】
更に、ジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属の混合物を電解析出することにより、ジルコニウム及び少なくとも１種の他の金属の混合物を形成することを含んでなる、請求項７８記載の方法。
【請求項８４】
更に、ハロゲン化ジルコニウム及び金属ハロゲン化物の混合物を還元剤と組み合わせて、混合金属供給原料を生成すること（該金属ハロゲン化物は少なくとも１種の他の金属を含んでなる）を含んでなり；そして、
その際、電解析出が、該混合金属供給原料をアノードとして利用し、ジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属を、アノードから、その上に該ジルコニウム及び少なくとも１種の他の金属がジルコニウム及び該少なくとも１種の他の金属の混合物として析出されるカソードへと移すことを含んでなる、請求項８３記載の方法。
【請求項８５】
Ｚｒと、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択される１種又はそれより多くの元素とを含んでなり；Ｚｒが該ターゲットの大部分の元素である、スパッタリングターゲット。
【請求項８６】
ターゲット内Ｚｒ濃度が少なくとも７０％である、請求項８５記載の方法。
【請求項８７】
ターゲット内Ｚｒ濃度が少なくとも９０％である、請求項８５記載の方法。
【請求項８８】
ターゲット内Ｚｒ濃度が少なくとも９４％である、請求項８５記載の方法。
【請求項８９】
ターゲット内Ｚｒ濃度が少なくとも９７％である、請求項８５記載の方法。
【請求項９０】
ターゲット内Ｚｒ濃度が９８％未満である、請求項８５記載の方法。
【請求項９１】
ターゲットの非ジルコニウム金属含量が全体で、インゴットの０．００１％〜５０％の範囲である、請求項８５記載のスパッタリングターゲット。
【請求項９２】
ターゲットの非ジルコニウム金属含量が全体で、インゴットの０．００１％〜１０％の範囲である、請求項８５記載のスパッタリングターゲット。
【請求項９３】
ターゲットの非ジルコニウム金属含量が全体で、インゴットの少なくとも０．０１％である、請求項８５記載のスパッタリングターゲット。
【請求項９４】
ターゲットの非ジルコニウム金属含量が全体で、インゴットの少なくとも０．１％である、請求項８５記載のスパッタリングターゲット。
【請求項９５】
ターゲットの非ジルコニウム金属含量が全体で、インゴットの少なくとも１％である、請求項８５記載のスパッタリングターゲット。
【請求項９６】
ターゲットの非ジルコニウム金属含量が全体で、インゴットの少なくとも２％である、請求項８５記載のスパッタリングターゲット。
【請求項９７】
Ｚｒ及びＴｉからなる、請求項８５記載のスパッタリングターゲット。
【請求項９８】
Ｚｒ及びＴｉを含んでなるスパッタリングターゲットであって；Ｚｒが、該ターゲットの大部分の元素であり、少なくとも５５％の該ターゲット内濃度で存在する、ターゲット。
【請求項９９】
ターゲット内Ｚｒ濃度が少なくとも７０％である、請求項９８記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１００】
ターゲット内Ｚｒ濃度が少なくとも９０％である、請求項９８記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１０１】
ターゲット内Ｚｒ濃度が少なくとも９４％である、請求項９８記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１０２】
ターゲット内Ｚｒ濃度が少なくとも９７％である、請求項９８記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１０３】
ターゲット内Ｚｒ濃度が９８％未満である、請求項９８記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１０４】
Ｔｉ及びＢを含んでなるスパッタリングターゲットであって；Ｔｉが該ターゲットの大部分の元素であるターゲット。
【請求項１０５】
ターゲット内Ｔｉ濃度が少なくとも７０％である、請求項１０４記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１０６】
ターゲット内Ｔｉ濃度が少なくとも９０％である、請求項１０４記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１０７】
ターゲット内Ｔｉ濃度が少なくとも９４％である、請求項１０４記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１０８】
ターゲット内Ｔｉ濃度が少なくとも９７％である、請求項１０４記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１０９】
ターゲットのＢ含量が５ｐｐｍより多い、請求項１０８記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１１０】
ターゲットのＢ含量が５０ｐｐｍより多い、請求項１０８記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１１１】
ターゲットのＢ含量が５００ｐｐｍより多い、請求項１０８記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１１２】
ターゲットのＢ含量が千分の一部より多い、請求項１０８記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１１３】
ターゲット内Ｔｉ濃度が９８％未満である、請求項１０４記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１１４】
ターゲットのＢ含量が５ｐｐｍより多い、請求項１０４記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１１５】
ターゲットのＢ含量が５０ｐｐｍより多い、請求項１０４記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１１６】
ターゲットのＢ含量が５００ｐｐｍより多い、請求項１０４記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１１７】
ターゲットのＢ含量が千分の一部より多い、請求項１０４記載のスパッタリングターゲット。
【請求項１１８】
Ｔｉ及びＢからなる、請求項１０４記載のスパッタリングターゲット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、チタンをベースとした混合金属材料及びジルコニウムをベースとした混合金属材料を形成する方法に関する。また、本発明は、スパッタリングターゲットに関し、特定の用途においては、ジルコニウムを含有するスパッタリングターゲット及び／又はチタンを含有するスパッタリングターゲットに関する。
【０００２】
発明の背景
混合金属生成物を形成することが望まれる用途は数多く存在する。本開示と添付する特許請求の範囲を解釈する目的のため、「合金」及び「混合金属生成物」という語は、どちらも、少なくとも二種の元素があらゆる金属不純物の総量よりも多い量か又はそれに等しい量で存在する組成物に関するものと定義する。例えば、純度が４Ｎ５である（すなわち、純度９９．９９５％）材料は、全ての金属不純物が合計で５０ｐｐｍか又はそれより少ない。本明細書中では、Ｔｉ及びＺｒの４Ｎ５合金（又は混合金属生成物）は、Ｔｉ及びＺｒの両方を５０ｐｐｍより多い量か又はそれに等しい量で含むと定義する。典型的には、Ｔｉ及びＺｒのうち一方は他方よりもはるかに高い濃度で存在するが、とにかく、その両方が金属不純物合計の濃度よりも高い濃度で存在する。他の例示的な混合金属材料としては、３Ｎ５混合金属材料があり、本明細書中の定義に従えば、５００ｐｐｍより多い濃度に至るまで各々存在する少なくとも二種の元素を含んでなり；また、５Ｎ５混合金属材料があり、本明細書中の定義に従えば、５ｐｐｍより多い濃度に至るまで各々存在する少なくとも二種の元素を含んでなる。本明細書中にいうパーセント及び濃度は、もちろん、重量パーセント及び濃度以外であることを具体的に示した濃度及びパーセントを除いて、重量パーセント及び濃度である。
【０００３】
混合金属生成物又は合金を形成することが望ましい用途の中には、高純度合金のインゴットを形成することが望ましい用途がある。高純度合金のインゴットを形成して、それらインゴットからスパッタリングターゲット（物理蒸着ターゲットとも言う）の形成を可能とすることが望ましい。均一な組成の高純度合金からなるインゴットから形成される結果として、スパッタリングターゲットは、全体に亘って均一な合金分布を有する。
【０００４】
典型的には、合金は、元素状態の合金諸成分をバルク金属の溶融プールに添加するか、又は種々の融解供給原料材料を互いに予混合しブレンドしてから、それらの材料を実際に一緒に融解させることにより製造する。これまでに説明した方法の限界は、インゴット材料全体が決して同時には溶融しないという点で、それらの方法が溶融バッチ融解法に向いていないということである。このために、均一な耐熱性金属合金を形成させるためには、幾つかの連続的な融解操作を行わなければならない。多段の融解操作をしないと、得られるインゴット材料には化学的組成の変動が生まれてしまう。そのような化学的組成の変動は、そのインゴット材料から形成される構造において諸問題につながる可能性がある。例えば、そのインゴット材料からスパッタリングターゲットを形成すると、そのスパッタリングターゲットは、インゴット内部の非均一な組成を反映して非均一な化学的組成を有する可能性がある。半導体製造においてスパッタリングターゲットを利用する場合は、材料をターゲットからスパッタリングして半導体基板上にフィルムを析出させる。理想的には、そのフィルムは材料全体に亘って均質且つ均一である。しかし、スパッタリングターゲット内部の化学的組成及び均質性の変動は、析出されたフィルムの組成及び均質性の変動へとつながり、フィルムを含んでなるデバイスの品質が低下する可能性がある。
【０００５】
これまでに説明した理由については、全体に亘って均一且つ均質な組成を有するインゴットを形成するための方法論を開発することが望ましい。
【０００６】
従来技術の別の側面は、集積回路相互接続技術がアルミニウム基板法から銅デュアルダマシン法へと変化していることである。アルミニウムから銅へのシフトは、新規なバリア層材料の開発をもたらしている。具体的には、アルミニウム技術において、アルミニウム原子が、近接している誘電性材料へと拡散しデバイス故障を引き起こさないように、窒化チタン（ＴｉＮ）フィルムがバリア層として利用されてきた。ＴｉＮフィルムは、例えば、チタンターゲットを窒素雰囲気中で反応スパッタリングすることにより形成することができる。ＴｉＮフィルムは、ＴｉＮフィルム中の銅原子の拡散率が余りに高いことから、銅と比較すると不十分なバリア層であることが分かっている。
【０００７】
チタン材料をバリヤ層として利用しようと試みる際に起こりうる別の問題は、チタン材料を誘電性材料に付着しようと試みる際に起こりうる。具体的には、多くの場合、チタン材料は広く使用されている誘電性材料（例えば、二酸化ケイ素など）には不十分に付着することと、そのような不十分な付着により回路欠陥が起こりうることとが分かっている。
【０００８】
チタンに関連する問題を避ける努力のため、拡散層のための非チタンバリア材料が開発されている。開発された材料の中には、窒化タンタル（ＴａＮ）がある。ＴａＮは、ナノメートルサイズに近い粒子組織と銅拡散を防ぐためのバリア層として良好な化学安定性とを有していることが分かっている。しかし、ＴａＮに関連する困難は、タンタルが高コストであるため、ＴａＮ層を半導体製造プロセスへと組み込むことが経済的に困難であることである。
【０００９】
チタンは、タンタルよりも低コストな材料である。したがって、銅拡散を抑制するためのバリア層としてタンタルを含む材料の代わりにチタンを含む材料を利用するための方法論が開発できれば、銅相互接続技術の利用に関して、マイクロエレクトロニクス産業についての材料コストを低減することが可能であろう。したがって、銅拡散を妨げたり防いだりするバリア層として適する、新規なチタンを含む材料を開発することと、かかる新規な材料を含んでなるスパッタリングターゲットを形成するための方法論を開発することが望ましい。
【００１０】
バリア層として適している新規なチタンを含有する材料を開発する望ましさに加えて、バリア層として適しており、現在利用されているタンタル材料よりも低コストであるか又は良好な性質を有する他の材料を開発することも望ましい。更に、そのような他の材料を含んでなるスパッタリングターゲットを形成するための方法論を開発することが望ましい。
【００１１】
発明の要旨
一の側面においては、本発明は、チタンをベースとするか又はジルコニウムをベースとする混合金属材料を形成する方法を包含する。この開示と特許請求の範囲とを解釈する目的のため、“チタンをベースとする”材料は、チタンが大部分の元素である材料と定義し、“ジルコニウムをベースとする”材料はジルコニウムが大部分の元素である材料と定義する。“大部分の元素”は、材料のうち他のあらゆる元素よりも大きい濃度で存在する元素と定義する。大部分の元素は材料のうち支配的な元素であるが、材料の５０％未満で存在する。例えば、チタンが３０％までで存在し、材料中３０％より多いか又はそれに等しい濃度までで存在する他の元素がない場合に、チタンはその材料の大部分の元素である。チタンをベースとする混合金属インゴットを形成する例示的な方法においては、ハロゲン化チタン及び少なくとも１種の他の金属ハロゲン化物の混合物を還元剤と組み合わせて、混合金属生成物を生成することにより、そのようなインゴットを形成することができる。次いで、混合金属生成物を溶融して溶融混合金属材料を形成する。溶融混合金属材料を混合金属インゴットへと冷却する。インゴットは、チタンと少なくとも１種の他の金属を含んでなる。チタンはインゴットのうち大部分の元素であり、インゴットは少なくとも９９．９５％の純度のチタン及び少なくとも１種の他の金属である。
【００１２】
別の側面においては、本発明は、チタンをベースとする混合金属材料を電気的に形成する方法を包含する。チタンと少なくとも１種の他の金属の混合物を、混合金属生成物として電気的に析出させる。混合金属生成物を溶融して溶融混合金属材料を形成する。溶融混合金属材料は冷却して混合金属インゴットとすることができる。インゴットはチタンと少なくとも１種の他の金属を含んでなる。チタンのインゴットのうち大部分の元素であり、インゴットは少なくとも９９．９５％の純度のチタン及び少なくとも１種の他の金属である。かかる方法は、チタンをジルコニウムに代えることによりジルコニウムをベースとする混合金属インゴットを電気的に形成するために利用することができる。
【００１３】
別の側面においては、本発明は、チタン又はジルコニウムをベースとする混合金属材料を形成するヨウ化物移動法を包含する。チタンか又はジルコニウムのいずれかを含んでなる混合物を、ヨウ素ガスと熱せられた基板とを備えた反応装置に提供する。チタン又はジルコニウムをヨウ素ガスと反応させて、ヨウ化物を形成させ、続いて、そのヨウ化物を熱せられた基板へと移す。基板からの熱を利用してヨウ化物を分解して、チタン又はジルコニウムを含んでなる混合金属生成物を生成する。混合金属生成物は溶融して、溶融混合金属材料を形成させてから、混合金属インゴットへと冷却することができる。
【００１４】
更に別の側面においては、本発明は、ジルコニウムと、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択される１種又はそれより多い元素とを含んでなるスパッタリングターゲットを包含する。
【００１５】
更に別の側面においては、本発明は、チタン及びホウ素を含んでなるスパッタリングターゲットを包含する。
【００１６】
本発明の好ましい態様を、以下の添付図面を参照しながら以下に説明する。
【００１７】
好ましい態様の具体的な説明
本発明は、混合金属材料を形成するための新規な方法を含み、特定的な用途においては、金属の混合物を含んでなるインゴットを形成する新規な方法を包含する。特定の態様においては、還元法、電解法若しくはヨウ化物法のうち１種又はそれより多くによって混合金属供給原料を生成し、続いてかかる供給原料を溶融してそれら金属の均質な溶融混合物を形成する。次いで、溶融混合物冷却して、混合金属インゴットを形成し、それら金属は、例えば、合金組成のようにインゴット全体に亘って均質に混合される。続いて、インゴットを利用して、均質な混合金属組成が望まれる材料を形成する。例えば、インゴットをスパッタリングターゲットを形成するのに利用することができる。種々の還元法、電解法及びヨウ化物法が、これまでに米国特許第６，０６３，２５４号及び６，０２４，８４７号；並びに米国特許出願番号０８／９９４，７３３号に記載されていることに銘記すべきである。米国特許第６，０６３，２５４号及び６，０２４，８４７号並びに米国特許出願番号０８／９９４，７３３号は全て参照により本明細書中に援用される。
【００１８】
特定的な用途においては、インゴット内に提供される混合金属はチタンをベースとする材料であり（すなわち、チタンがそれら金属内の大部分の元素となる）、他の用途においては、混合金属はジルコニウムをベースとする混合物である（すなわち、ジルコニウムがそれら金属内の大部分の金属となる）。チタンをベースとする混合物又はジルコニウムをベースとする混合物のいずれかを、最終的にスパッタリングターゲットを形成するのに利用することができる。チタンをベースとするスパッタリングターゲット又はジルコニウムをベースとするスパッタリングターゲットについての使用は、チタンをベースとするか又はジルコニウムをベースとするフィルムを半導体基板上にスパッタ析出させるためである。チタンをベースとするフィルム又はジルコニウムをベースとするフィルムをバリア層として利用して、半導体基板に付随する銅を含有する成分から他の成分への銅の原子移動を妨げることができる。具体的には、フィルムを半導体基板の銅含有性成分と他の成分との間に提供し、そのフィルムを利用して、半導体基板に付随する銅含有性成分から他の成分への銅の原子移動を防ぐことができる。特許請求の範囲の解釈を助けるため、“半導電性基板”及び“半導体基板”の語は、半導電性材料を含んでなるあらゆる構造物を意味するものと定義する。半導電性材料は、これらに限定するものではないが、半導電性ウェーハ（単独か又はその上に他の材料を含んでなるアセンブリのいずれか）及び半導電性材料層（単独か又はその上に他の材料を含んでなるアセンブリのいずれか）などのバルクの半導電性材料を含む。“基板”の語は、これに限定されるものではないが、これまでに説明した半導電性構造を含むあらゆる支持構造を言う。例示的な半導電性材料は、例えば、単結晶ケイ素などのケイ素である。特に有用であろうチタンをベースとするバリヤ層の中には、チタンとＺｒ及びＨｆのうち一方若しくは両方とを含んでなるか、それらから本質的になるか、又はそれらからなる層があり；かかる層は、チタンとＺｒ及びＨｆのうち一方若しくは両方とを含んでなるか、それらから本質的になるか、又はそれらからなるスパッタリングターゲットから形成することができる。特に有用であろうジルコニウムをベースとするバリヤ層の中には、ジルコニウムとＴｉ及びＨｆのうち一方若しくは両方とを含んでなるか、それらから本質的になるか、又はそれらからなる層があり；かかる層は、チタンとＺｒ及びＨｆのうち一方若しくは両方とを含んでなるか、それらから本質的になるか、又はそれらからなるスパッタリングターゲットから形成することができる。
【００１９】
本発明により包含される方法を図１の流れ図に示す。最初の工程１０で、金属状態の元素の混合物が提供される。混合物は、典型的には、チタン又はジルコニウムを含んでなり、特定の態様においては、チタン及びジルコニウムの両方を含んでなる。それら元素は、工程１０の混合物中で元素状態の形態であるか、又は分子の成分として提供することができる。例として、チタンを、例えば、元素状態のＴｉ又はＴｉＣｌ４として提供することができる。
【００２０】
工程１０の混合物を、還元法１２、電解法１４、若しくはヨウ化物法１６のうち１種又はそれより多い方法に提供する。図１の線図において、還元法１２は電解法１４へと破線矢印でつなげて示し、電解法１４はヨウ化物法１６へと破線矢印でつなげて示す。破線矢印は、方法１２、１４及び１６を、場合により、互いに連続して行うことができることを示している。例えば、工程１０からの材料を還元法１２へ提供してから、続いて、還元法１２から電解法１４へ提供し、続いて、電解法１４からヨウ化物法１６へ提供することができる。別法として、工程１０からの材料を還元法１２へ提供してから、電解法１４又はヨウ化物法１６のいずれも行わないことも可能である。更に、方法１２、１４及び１６の間の矢印は特定の方向に進むように示しているが、破線矢印によりつないだ方法は示した方法論と逆につなぐことができることを理解すべきである。例えば、示した流れは還元法１２から電解法１４へ進んでいるが、電解法１４からの材料を還元法１２へ提供することができる。しかし、電解法は一般的に還元法の後の材料の更なる精製のための方法だと考えられており、ヨウ化物法は、電解法１４又は還元法１２のいずれかにより成される精製を越える追加の精製をもたらすことができる方法だと考えられている点で、示した流れは好ましい流れ方向である。
【００２１】
方法１２、１４及び１６のうち一つ又はそれより多くを流れた後、材料は生成物とみなされる。生成物を、生成物を溶融し続いて溶融材料を冷却することを含んでなる工程１８の処理にかけて、インゴットを形成する。インゴットはその中に元素の混合物を含有し、そのような混合物は、工程１０の組成に利用された、はじめの金属状態の元素の混合物の少なくとも一部を反映している。しかし、方法１２、１４及び１６の速度論及び／又は熱力学は、ある金属状態の材料については他のものと比較して好都合であることから、工程１８のインゴット中に形成される最終の組成は、工程１０の混合物とは異なる化学量論的関係の成分元素を有してもよい。
【００２２】
工程１２、１４及び１６の方法を図２〜６により詳細に説明する。はじめに図２をみると、工程１２の還元法を更に説明する。示した方法により、チタン／ジルコニウム合金から本質的になるか、又はそれからなる混合金属材料が形成される。はじめに、四塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ４）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）、及び還元剤（例えば、ナトリウム又はマグネシウム金属）を混合する。得られる発熱反応により、チタン及びジルコニウムの合金が生成される。合金内部のチタン及びジルコニウムの比率は、四塩化ジルコニウム及び四塩化チタンの割合におよそ比例している。したがって、四塩化ジルコニウムに対して高い割合の四塩化チタンを利用することにより、チタンをベースとする合金を形成することができ、四塩化チタンに対して高いパーセントの四塩化ジルコニウムを利用することにより、ジルコニウムをベースとする合金を形成することができる。金属塩化物反応体を利用する態様を参照しながら本発明を説明したが、金属塩化物に加えて、又はその代わりに、他の金属ハロゲン化物を利用することができることを理解すべきである。
【００２３】
図２の還元法に利用される反応体は、典型的には、気体又は液体の形態である。例えば、反応体は溶融ナトリウムを含んでなることができ、四塩化ジルコニウム及び四塩化チタンは気体の形態であることができる。したがって、還元法において起こる反応は以下の反応（１）及び（２）としてまとめることができる（式中、ｓ＝固相；ｌ＝液相、及びｇ＝気相）。
【００２４】
（１）  ４Ｎａ（ｌ） ＋ ＴｉＣｌ４（ｇ） → Ｔｉ（ｓ） ＋ ４ＮａＣｌ（ｌ）
（２）  ４Ｎａ（ｌ） ＋ ＺｒＣｌ４（ｇ） → Ｚｒ（ｓ） ＋ ４ＮａＣｌ（ｌ）
Ｔｉ（ｓ）及びＺｒ（ｓ）は海綿状混合金属を形成することができる。かかる海綿は、続いて融解し冷却してインゴットを形成するか、又は図１の電解法１４若しくは図１のヨウ化物法１６の供給原料として利用することができる。
【００２５】
還元法をチタン及びジルコニウムからなる合金を形成するための方法であるとして図２に説明するが、還元法は他の金属材料を形成できることを理解すべきである。例えば、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、Ｙｂ及びＺｒからなる群から選択される１種又はそれより多い金属をチタンと組み合わせて利用して、合金を形成することができる。より具体的には、列挙した元素の塩化物（又は他のハロゲン化物）を還元法において四塩化チタンと組み合わせて利用して、合金を形成することができる。別法として、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択されされる１種又はそれより多い金属をジルコニウムと組み合わせて利用して、合金を形成することができる。
【００２６】
形成した合金がチタンをベースとする合金である場合、図１の方法により生成された材料の非チタン金属含量は全体で、例えば、０．００１％〜１０％の範囲など、０．００１％〜５０％の範囲であることができる。特定の態様において、材料の非チタン金属含量は全体で、少なくとも０．０１％であり、更なる態様においては、少なくとも０．１％であり、更に他の態様においては、少なくとも１％であり、更に他の態様においては、少なくとも２％である。混合金属材料中少なくとも１種の非チタン金属の量は、純度５Ｎ５までの材料においては５ｐｐｍより多く、純度４Ｎ５までの材料においては５００ｐｐｍより多く、又は純度３Ｎまでの材料においては千分の一部より多くまで材料中に存在するのに充分な濃度で提供される。
【００２７】
図１の方法の工程１８に示すように、混合金属材料を続いて融解しインゴットを形成するのに利用する場合、そして還元法と融解法との間に起こる介在する方法無しでかかる融解を行う場合、形成されるインゴット中の非チタン金属の比率は、図２の還元法により形成される混合金属生成物のものと同じである。
【００２８】
形成された合金がジルコニウムをベースとする合金である場合には、図１の方法により製造された材料の非ジルコニウム金属含量は、全体で、０．００１％〜５０％の範囲、例えば、０．００１％〜１０％の範囲であろう。特定の態様においては、非ジルコニウム金属含量は、全体で、少なくとも０．０１％であり、更なる態様においては、少なくとも０．１％、更に他の態様においては、少なくとも１％、更に他の態様においては、少なくとも２％である。混合金属材料における少なくとも１種の非ジルコニウム金属の量は、純度５Ｎ５までの材料においては５ｐｐｍより多く、純度４Ｎ５までの材料においては５０ｐｐｍより多く、純度３Ｎ５までの材料においては５００ｐｐｍより多く、又は純度３Ｎまでの材料においては千分の一部より多く材料中に存在するのに充分な濃度で提供される。
【００２９】
特定の態様においては、示すように、図２の還元法を利用して、チタン及びジルコニウムからなる合金の形成することができる。かかる方法においては、材料はチタンをベースとし、チタンを除いた唯一の他の金属がジルコニウムであるか；又は、ジルコニウムをベースとし、ジルコニウムを除いた唯一の他の金属がチタンであることができる。
【００３０】
次に図３をみると、図１の電解法がより詳しく説明される。具体的には、図３は、本発明の電気分解による手順のために利用することができる装置５０を示す。装置５０は炉５２を含んでなる。炉５２内部にはアノード５４及びカソード５６が備えられている。金属供給原料５８はアノード５４に接して提供される。金属供給原料５８は、例えば、チタン及びジルコニアの一方か又は両方を含んでなることができる。特定の態様においては、金属供給原料は、チタンを、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、Ｙｂ及びＺｒからなる群から選択される少なくとも１種の他の金属とともに含んでなるか；又はジルコニウムを、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択される少なくとも１種の他の金属とともに含んでなることができる。例示的な態様においては、チタンは供給原料中に提供される大部分の元素であり、別の例示的な態様においては、ジルコニウムは供給原料中に提供される大部分の元素である。
【００３１】
アノードとカソードの間には電解質６０が提供される。電解質は、例えば、塩化ナトリウム又は塩化マグネシウムのような塩を含んでなることができ、炉５２によって維持される温度により溶融した形態であることができる。
【００３２】
操作の際には、アノード５４とカソード５６の間に電圧を供給し、金属を混合物５８からカソード５６へと電気的に移動させて、カソード５６において混合金属生成物６２を形成させる。混合物５８はアノード５４に接して提供されたものと説明しているが、アノード５４は混合物５８への電気的連結であると考えることができ、混合物５８は電解移動反応の間効果的な“アノード”であると考えることができることを理解すべきである。混合金属生成物６２の組成は、一部分、装置５０へと供給される電圧により決めることができる。図４は、種々の元素の還元に関する標準還元電位の図を示す。図４は、また、Ｔｉ２＋／Ｔｉに関する還元の±０．５ボルト以内に形成される領域を示す。したがって、装置５０へと供給されるボルト数がＴｉ２＋／Ｔｉに関する還元電位の±０．５ボルト以内であれば、示した領域内の元素だけが混合金属生成物６２中に形成される。したがって、装置５０は、アノード５４において提供される材料５８に関して、混合金属生成物の精製のために利用することができる。Ｔｉ２＋／Ｔｉの還元の±０．５ボルト以内に還元電位を有する元素には、Ｅｕ、Ｚｒ、Ｔｉ及びＺｎが含まれる。
【００３３】
本発明の一側面は、カソード５６において混合金属生成物を形成することがである。例えば、大部分の元素がチタンである場合は、カソード５６における材料は、好ましくは、チタン以外の元素を少なくとも０．００１％含んでなり；大部分の元素がジルコニウムである場合は、生成物６２は、好ましくは、ジルコニウム以外の元素を少なくとも０．００１％含んでなる。カソード５６において提供される元素の量及びタイプは、装置５０のために利用されるボルト数によってと出発材料５８とによって決めることができる。具体的には、Ｔｉ２＋／Ｔｉの転化のための還元電位から±０．７ボルトのボルト数領域を利用する場合は、Ｔｉ２＋／Ｔｉの転化のための還元電位から±０．５ボルトのボルト数領域を利用する場合よりも、広範囲の数の元素を生成物６２に組み込むことができる。好ましくは、過度な不純物を生成物６２に添加するのを避けるため、ボルト数領域は、大部分の元素（例えば、チタン又はジルコニウムのいずれか）についての還元電位から±０．７ボルトを超えない。
【００３４】
次に図５をみると、図１の工程１６に利用することができるヨウ化物法を図示している。具体的には、図５は、反応チャンバー１０２を含んでなる装置１００を示す。供給原料１０６が反応チャンバー１０２内に提供され、熱せられた基板１０４が反応チャンバー１０２へと伸びている。供給原料１０６は、少なくとも２種の異なる金属を含んでなり、例えば、大部分の金属としてチタン又はジルコニウムのいずれかを含んでなることができる。ヨウ素ガス１０８は反応チャンバー１０２内に提供される。操作の際には、ヨウ素ガス１０８により金属が供給原料１０６から熱せられた基板１０４へと運ばれる。次いで、金属は基板１０４上に析出して、生成物１１０を形成する。金属の供給原料１０６から熱せられた基板１０４への輸送を、反応（３）〜（５）に関連して以下に説明するが、具体的には、チタン金属の形成に関連して説明する。
【００３５】
（３）  Ｔｉ（ｓ） ＋ Ｉ２（ｇ） → ＴｉＩ２（ｇ）
（４）  ＴｉＩ２（ｇ） ＋ Ｉ２（ｇ） → ＴｉＩ４（ｇ）
（５）  ＴｉＩ４（ｇ） → Ｔｉ（ｓ） ＋ ２Ｉ２（ｇ）
したがって、チタンはヨウ化物（具体的には、ＴｉＩ４）へと転化され、ヨウ化物は、続いて、熱せられた基板１０４で分解してチタン材料１１０を析出させる。これまでに説明した反応は、単に例示的な反応であり、装置１００中の金属輸送の化学は、説明したものに加えて、又はその代わりに他の反応を含んでなることができることを理解すべきである。
【００３６】
供給原料１０６から生成物１１０への材料の移動の速度は、特に、供給原料１０６と基板１０４の温度差、ヨウ素の濃度、及び特定の金属がヨウ素とヨウ化物を形成する反応速度論、並びに特定の金属ヨウ化物が分解して金属状態の元素を形成する反応速度論に依存しうる。したがって、供給原料１０６が元素の混合物を含んでなる場合は、生成物１１０は、例えば、種々の金属ヨウ化物のヨウ化物形成の速度論の違い、及び／又は種々の金属ヨウ化物のヨウ化物分解の速度論の違いにより、供給原料１０６としてはじめに存在するものとは異なる化学量論を有する混合物を含んでなることができる。
【００３７】
供給原料１０６は、優先的にジルコニウムを含んでなることができ、更に、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択される１種又はそれより多い元素を含んでなることができる。また、供給原料１０６は、優先的にチタンを含んでなることができ、更に、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、Ｙｂ及びＺｒからなる群から選択される１種又はそれより多い元素を含んでなることができる。また、生成物１１０は、優先的にジルコニウムを含んでなることができ、更に、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択される１種又はそれより多い元素を含んでなることができる。また、生成物１１０は、優先的にチタンを含んでなることができ、更に、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、Ｙｂ及びＺｒからなる群から選択される１種又はそれより多い元素を含んでなることができる。
【００３８】
図６は、図１の工程１８の処理のために利用することができる系のブロック図による説明である。具体的には、図６は、フィード口１５４、冷却炉１５６、及び鋳型１５８を含んでなる系１５０を説明する。操作の際には、供給材料を口１５４を通して注ぎ、真空溶解（例えば、電子ビーム銃など）により溶解させて、供給材料中に存在する元素の均質な溶融混合物を形成する。続いて、溶融混合物を冷却炉１５６中に注いでから、鋳型１５８へと流す。鋳型１５８は、例えば、インゴット缶の形態であることができる。したがって、鋳型１５８へと流された材料は冷却されてインゴットを形成することができる。インゴットは、好ましくは、供給材料中にはじめに存在する元素の均質な組成を有する。
【００３９】
装置１５０へと提供される供給材料は、図１の工程１２の還元法、図１の工程１４の電気分解法、又は図１の工程１６のヨウ化物法のいずれかの生成物であることができる。とにかく、供給原料は、好ましくは、例えば、非チタン金属を少なくとも０．００１％有するチタンをベースとする材料；又は非ジルコニウム金属を少なくとも０．００１％有するジルコニウムをベースとする材料などの金属の混合物を含んでなる。供給原料がチタンをベースとする場合には、インゴットの非チタン金属含量は、例えば、０．００１％〜１０％の範囲など、０．００１％〜５０％の範囲であることができる。非チタン含量は、例えば、少なくとも０．０１％であり、特定的な態様においては、少なくとも０．１％であることができる。また、インゴット中に形成される材料がジルコニウムをベースとする場合は、例えば、０．００１％〜１０％などの、０．００１％〜５０％の範囲であることができる。更に、非ジルコニウム含量は少なくとも０．０１％であり、特定的な態様においては、少なくとも０．１％であることができる。
【００４０】
図６の方法により形成された冷却インゴットは、スパッタリングターゲットを形成するために利用することができる。金属状態の元素の均質な混合物を含んでなるスパッタリングターゲットは、銅拡散を防ぐためにチタンをベースとするか又はジルコニウムをベースとするバリア層を形成することが望まれるスパッタリング法において特に有用である。
【００４１】
バリア層がチタンをベースとする材料である場合は、例えば、チタンを、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、Ｙｂ及びＺｒからなる群から選択される１種又はそれより多い元素と組み合わせて含んでなるターゲットからのスパッタ析出により、そのようなバリア層を形成することができる。本発明のスパッタリングターゲットに利用される元素の多くは、典型的には、従来技術のチタンをベースとするスパッタリングターゲットから除外された元素であることを銘記すべきである。したがって、チタンと列挙した元素のうちの１種又はそれより多くとの均質な混合物を形成するために、従来技術において開発された方法は存在しない。しかし、本発明のスパッタリング用途については、ターゲットがそのスパッタリングターゲット中に存在する元素の全ての均質な混合物を含んでなることが望ましい。本発明の方法論によれば、かかる均質な混合物を形成することが可能となる。具体的には、本発明の方法論により混合金属供給原料が融解されることから、本発明の方法論により、均質な混合金属インゴットを形成することができ、それにより、全体に亘って均質な混合金属組成を有するスパッタリングターゲットを形成するために利用することができる。
【００４２】
バリア層がジルコニウムをベースとする材料である場合は、例えば、ジルコニウムを、Ａｌ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｃｓ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｈｆ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｎｉ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ及びＹｂからなる群から選択される１種又はそれより多い元素と組み合わせて含んでなるターゲットからのスパッタ析出により、そのようなバリア層を形成することができる。ジルコニウムは、少なくとも５５％、少なくとも７０％、少なくとも９０％、少なくとも９４％、又は少なくとも９７％の例示的な濃度まででスパッタリングターゲット中に存在する。特定的な用途においては、非ジルコニウム金属の量は、ジルコニウムが９９％未満か又は９８％未満まで存在し依然としてターゲットの大部分の元素であるのに充分な濃度まででスパッタリングターゲット内に提供されることができる。したがって、ターゲットは、例えば、約５０％〜約９８％の範囲の濃度のジルコニウムを含んでなることができ、又は、約５０％〜約９９％の範囲の濃度のジルコニウムを含んでなることができる。更に、スパッタリングターゲットはジルコニウム及びチタンから本質的になるか又はそれらからなることができる。
【００４３】
本明細書中に説明したタイプのジルコニウムをベースとするスパッタリングターゲットは、チタンをベースとするスパッタリングターゲットと同様の性質を有することができるので、銅を含有する材料から半導体基板に付随する他の成分への銅拡散を妨げたり防いだりするため、拡散バリアを形成するのに使用することができる。ジルコニウムと列挙した元素のうち１種又はそれより多くとの均質な混合物からなるスパッタリングターゲットを形成するための従来技術において開発された方法は存在しなかったが、本発明の方法論により、そのような均質な混合物を形成することが可能となる。具体的には、本発明の方法論により混合金属供給原料が融解されることから、本発明の方法論により、均質な混合金属のジルコニウムをベースとするインゴットを形成することができ、それを利用して、全体に亘って均質なジルコニウムをベースとする混合金属組成を有するスパッタリングターゲットを形成することができる。
【００４４】
バリア層がチタンをベースとする材料である場合は、かかるバリア層は、チタン及びホウ素を含んでなるか、本質的にそれらからなるか、又はそれらからなるターゲットからのスパッタ析出により形成することができる。チタンは、少なくとも７０％、少なくとも９０％、少なくとも９４％、又は少なくとも９７％の例示的な濃度まででスパッタリングターゲット中に存在することができる。特定的な用途においては、ホウ素の量は、ホウ素が、純度５Ｎ５までのターゲットにおいては５ｐｐｍより多く、純度４Ｎ５までのターゲットにおいては５０ｐｐｍより多く、純度３Ｎ５までのターゲットにおいては５００ｐｐｍより多く、又は純度３Ｎまでのターゲットにおいては千分の一部より多く存在するのに充分な濃度でスパッタリングターゲット内に提供されることができる。チタン／ホウ素混合金属スパッタリングターゲットは拡散バリアを形成するために使用して、銅を含有する材料から半導体基板に付随する他の成分への銅拡散を妨げたり防いだりすることができる。チタンとホウ素との均質な混合物からなるスパッタリングターゲットを形成するために、従来技術において開発された方法は存在しないが、本発明の方法論によれば、かかる均質な混合物を形成することが可能となる。具体的には、本発明の方法論により混合金属供給原料が融解されることから、本発明の方法論により、均質な混合金属チタン／ホウ素インゴットを形成することができ、それを利用して、全体に亘って均質なチタン及びホウ素混合金属組成を有するスパッタリングターゲットを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明により包含される方法論を説明するフローチャート図である。
【図２】図２は、本発明の例示的な還元法を説明するフローチャート図である。
【図３】図３は、本発明の電解法に利用される装置の概略断面図である。
【図４】図４は、一シリーズの元素についての標準還元電位を示し、更に、Ｔｉ２＋／Ｔｉ反応の±０．５ボルト内の標準還元電位を有する元素を包含する範囲を示す図である
【図５】図５は、本発明により包含されるヨウ化物法の概略断面図である。
【図６】図６は、本発明により包含される溶融インゴット形成法のブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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