[发明专利]高纯度镧、包含高纯度镧的溅射靶以及以高纯度镧为主成分的金属栅膜

说明书

本申请是申请日为2008年10月31日、申请号为200880123161.2的中国专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及高纯度镧、包含高纯度镧的溅射靶以及以高纯度镧为主成分的金属栅膜。 

背景技术

镧(La)包含在稀土元素中，作为矿产资源以混合复合氧化物形式存在于地壳中。稀土元素是从比较稀少地存在的矿物分离出来的，因此起了这样的名称，但是，从地壳整体来看决不稀少。镧是原子序数为57、原子量138.9的白色金属，常温下具有双六方最密堆积结构。熔点为921℃、沸点为3500℃、密度为6.15g/cm³，在空气中表面被氧化，在水中逐渐溶解。可溶于热水、酸。没有延性，但是稍有展性。电阻率为5.70×10^-6Ωcm。在445℃以上燃烧生成氧化物(La₂O₃)(参考物理化学辞典)。 

稀土元素一般情况是氧化数为3的化合物稳定，镧也是三价。最近进行了将镧作为金属栅材料、高介电常数材料(High-k)等电子材料的研究开发，因此受到关注。 

镧金属存在纯化时容易氧化的问题，因此，其属于难以高纯度化的材料，不存在高纯度制品。另外，镧金属放置在空气中时短时间内氧化变为黑色，因此存在不容易处理的问题。 

最近，作为下一代的MOSFET中的栅绝缘膜要求薄膜化，迄今作为栅绝缘膜使用的SiO₂由于隧道效应引起漏电流增大，因此不容易正常工作。 

因此，作为其替代物，提出了具有高介电常数、高热稳定性以及对硅中的空穴和电子具有高能障的HfO₂、ZrO₂、Al₂O₃和La₂O₃。特别是这些材料中La₂O₃的评价高，因此对电特性进行了考查，并且作出了作为下一代MOSFET中的栅绝缘膜的研究报告(参考非专利文献1)。但是，在该非专利文献的情况下，研究的对象是La₂O₃膜，对于La元素的特性和行为没有特别触及。 

因此，对于镧(氧化镧)可以说仍然处于研究阶段，对该镧(氧化镧)的特性进行考查时，具有以下显著优点：镧金属本身如果作为溅射靶材料存在的话，则可以在衬底上形成镧的薄膜，另外容易考查与硅衬底的界面的行为，以及形成镧化合物，容易考查高介电常数栅绝缘膜等的特性，并且作为制品的自由度增大。 

但是，即使制作镧溅射靶，如上所述，其在空气中短时间内(约10分钟)发生氧化。靶上如果形成氧化膜，则电导率下降，导致溅射不良。另外，如果在空气中长时间放置，则与空气中的水分反应从而产生由氢氧化物的白色粉状物覆盖的状态，引起不能进行正常的溅射的问题。因此，在靶制作后需要进行立即真空包装或者用油脂涂覆的防止氧化措施，这是非常繁杂的作业。从这样的问题可以看出，目前的情况是镧元素的靶材尚未实用化。 

非专利文献1：德光永辅与另两人合著《High-kゲート絶縁膜用酸化物材料の研究》(High-k栅绝缘膜用氧化物材料的研究)，电气学会电子材料研究会资料，第6-13卷，第37-41页，2001年9月21日发行 

发明内容

本发明的目的在于提供能够有效且稳定地提供高纯度镧、包含高纯度材料镧的溅射靶以及以高纯度材料镧为主成分的金属栅用薄膜的技术。 

如上述现有技术所述，镧是容易与氧结合、故氧难以除去的材料，本申请发明可以得到除稀土元素和气体成分以外的纯度为4N以上，镧中的铝、铁和铜各自为100重量ppm以下的高纯度镧。以上的高纯度镧属于新物质，本申请发明包含该新物质。 

在作为MOSFET中的栅绝缘膜使用的情形下，形成的主要是LaOx膜，形成这样的膜时，为了增大形成任意膜的成膜自由度，需要纯度高的镧金属。本申请发明可以提供适合该要求的材料。 

镧中含有的稀土元素除镧(La)以外还有Sc、Y、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu，由于特性近似，因此难以从La分离纯化。特别是Ce与La近似，因此不容易减少Ce。 

但是，这些稀土元素由于性质近似，因此稀土元素合计如果低于1000重量ppm，则在作为电子部件材料使用时不会产生特别的问题。