JP5066136B2

JP5066136B2 - Cobalt iron alloy sputtering target material with high magnetic permeability

Info

Publication number: JP5066136B2
Application number: JP2009136058A
Authority: JP
Inventors: 侯尚杰; 鄭惠文
Original assignee: 光洋應用材料科技股▲分▼有限公司
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2029-06-05
Also published as: JP2010280964A

Description

本発明は、簡易な溶解鋳造法により製造するコバルト鉄合金スパッタリングターゲット材、より詳しく漏洩磁束（Ｐａｓｓ−Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｆｌｕｘ：以下、ＰＴＦと記す）の高いコバルト鉄合金スパッタリングターゲット材に関するものである。 The present invention relates to a cobalt iron alloy sputtering target material produced by a simple melting casting method, and more particularly to a cobalt iron alloy sputtering target material having a high leakage magnetic flux (hereinafter referred to as PTF).

記録密度の高い媒体は、大量のデータや情報を利便性良く保存するものとして使われている。近年、このような記録密度の高い媒体の利用・依存が増やしている結果、超高記録密度を得られる記録密度の高い媒体の需要も増大している。従来の記録媒体には、密度向上の制限のある長手磁気記録（ＬＭＲ）が用いられている。そのため、垂直磁気記録（ＰＭＲ）の技術が開発されてきた。垂直磁気記録の構造には、記録層および軟磁性層が含まれている。軟磁性層の影響により、書き込み効率が向上し、消磁効果が抑制され、かつ記録層の熱安定性も向上される。 A medium having a high recording density is used for storing a large amount of data and information conveniently. In recent years, as the use and dependence of such a medium having a high recording density has increased, the demand for a medium having a high recording density capable of obtaining an ultra-high recording density has also increased. Conventional recording media use longitudinal magnetic recording (LMR), which is limited in density improvement. Therefore, the technology of perpendicular magnetic recording (PMR) has been developed. The structure of perpendicular magnetic recording includes a recording layer and a soft magnetic layer. Due to the influence of the soft magnetic layer, the writing efficiency is improved, the demagnetization effect is suppressed, and the thermal stability of the recording layer is also improved.

軟磁性層の特性を向上させるように、この軟磁性層は、鉄・コバルト・ほう素（Ｆｅ‐Ｃｏ‐Ｂ）、コバルト・ジルコニウム・ニオビウム（Ｃｏ‐Ｚｒ‐Ｎｂ）、又はコバルト・鉄・ジルコニウム（Ｃｏ‐Ｆｅ‐Ｚｒ）のいずれかの非晶質軟磁性合金から構成する。Ｃｏ‐Ｆｅ基合金はこの産業において重要な存在である。 In order to improve the properties of the soft magnetic layer, this soft magnetic layer can be made of iron, cobalt, boron (Fe—Co—B), cobalt, zirconium, niobium (Co—Zr—Nb), or cobalt, iron, zirconium. It is composed of any amorphous soft magnetic alloy of (Co—Fe—Zr). Co-Fe based alloys are important in this industry.

一般的なスパッタリング法としては、直流スパッタリング、高周波（ＲＦ）スパッタリング、および三極スパッタリング等が挙げられるが、これらの方法では、放出する際に電離密度の低い気体状分子が発生されるため、スパッタリング収率が低い。従って、マグネトロンスパッタリングは、高機能の磁性膜を付着させる主要な方法である。このマグネトロンスパッタリングの技術では、磁場を追加して電子が磁力線の螺旋経路に沿って移動することが可能にして、これにより気体状分子に衝突する電子の量が増えて、その結果として電離密度およびスパッタリング収率を増加する。さらにマグネトロンスパッタリングは、低圧下で実施でき、品質が向上された薄膜を得られる。その上、磁場は電子が被堆積基板から外れるように誘起するため、マグネトロンスパッタリングは高温に耐えられない基板に対して使用し得る。 Common sputtering methods include direct current sputtering, radio frequency (RF) sputtering, and triode sputtering, but these methods generate gaseous molecules having a low ionization density when they are emitted. Yield is low. Therefore, magnetron sputtering is the main method for depositing highly functional magnetic films. In this magnetron sputtering technique, a magnetic field is added to allow electrons to move along the helical path of the magnetic field lines, thereby increasing the amount of electrons that impinge on the gaseous molecules, resulting in ionization density and Increase sputtering yield. Furthermore, magnetron sputtering can be performed under low pressure, and a thin film with improved quality can be obtained. Moreover, since the magnetic field induces electrons to deviate from the deposition substrate, magnetron sputtering can be used for substrates that cannot withstand high temperatures.

しかしながら、マグネトロンスパッタリングにおいて、強磁性スパッタリングターゲット材を使用すれば、強磁性スパッタリングターゲット材の遮蔽効果の影響でマグネトロンスパッタリングは正常に機能できない。さらに、このような強磁性スパッタリングターゲット材を利用する際に、磁束を集束することによって、スパッタリングターゲット材の表面に凹部が形成されて、強磁性スパッタリングターゲット材の使用性を破壊してしまう。このような問題点は（ＰＴＦ）に関しており、ＰＴＦを増加することは問題点解決の一案である。 However, if a ferromagnetic sputtering target material is used in magnetron sputtering, the magnetron sputtering cannot function normally due to the shielding effect of the ferromagnetic sputtering target material. Further, when such a ferromagnetic sputtering target material is used, by concentrating the magnetic flux, a concave portion is formed on the surface of the sputtering target material, and the usability of the ferromagnetic sputtering target material is destroyed. Such a problem relates to (PTF), and increasing the PTF is one solution to the problem.

本発明において、ＰＴＦとは、伝達した磁場と印加した磁場との比率ということである。ＰＴＦの測定方法は、ＡＳＴＭＦ１７６１−００（ＳｔａｎｄａｒｄＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｆｏｒＰａｓｓＴｈｒｏｕｇｈＦｌｕｘｏｆＣｉｒｃｕｌａｒＭａｇｎｅｔｉｃＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇＴａｒｇｅｔｓ）に基づいて行う。１００％のＰＴＦ値は非磁性材料を示し、一般的にＰＴＦは最大透磁率と逆相関がある。 In the present invention, PTF means the ratio between the transmitted magnetic field and the applied magnetic field. The measurement method of PTF is performed based on ASTM F1761-00 (Standard Test Method for Pass Through Flux of Circular Magnetic Sputtering Targets). A PTF value of 100% indicates a non-magnetic material, and generally PTF is inversely related to maximum magnetic permeability.

従来においては、真空誘導溶解（ＶＩＭ）を使用することにより厚さが３〜７ｍｍ、ＰＴＦ１５％以下の軟磁性スパッタリングターゲット材を製造する。 Conventionally, a soft magnetic sputtering target material having a thickness of 3 to 7 mm and a PTF of 15% or less is manufactured by using vacuum induction melting (VIM).

米国特許出願公開第２００３／０２２８２３８号には、異なるＰＴＦを持つ複数の粉末を混合して、粉末冶金法によりこの粉末を一体化して、巨視的磁性ターゲット材を製造することが記載されている。高いＰＴＦの材料によってターゲットを通る磁場用の高いＰＴＦの磁束経路を得られる。 U.S. Patent Application Publication No. 2003/0222838 describes that a plurality of powders having different PTFs are mixed and integrated by powder metallurgy to produce a macroscopic magnetic target material. A high PTF material provides a high PTF flux path for the magnetic field through the target.

米国特許出願公開第２００８／００８３６１６号には、ＨＣＰ‐Ｃｏからなる相、およびＦｅを主成分とする合金相があると、ＰＴＦを向上したＣｏ‐Ｆｅ基の軟磁性スパッタリングターゲット材を得られることが記載されている。しかしこの場合でもターゲットは粉末冶金法によって製造されている。 In US Patent Application Publication No. 2008/0083616, if there is a phase composed of HCP-Co and an alloy phase mainly composed of Fe, a Co—Fe based soft magnetic sputtering target material with improved PTF can be obtained. Is described. However, even in this case, the target is manufactured by powder metallurgy.

粉末冶金法と溶解鋳造法とを比較すると、粉末冶金法の方が複雑で、所要コストが高く、且つスパッタリングターゲット材を大量生産で製造することが困難である。そのため、粉末冶金法を広い範囲で実施できない。一方、溶解鋳造法は簡易で、所要コストが低く、且つスパッタリングターゲット材を様々な形状、大きさに製造できる。更に、溶解鋳造法ではスパッタリングターゲット材の大量を同時連続に製造するので、この溶解鋳造法は広くに活用できる。 Comparing the powder metallurgy method and the melt casting method, the powder metallurgy method is more complicated, the required cost is high, and it is difficult to manufacture the sputtering target material in mass production. Therefore, the powder metallurgy method cannot be carried out in a wide range. On the other hand, the melt casting method is simple, the required cost is low, and the sputtering target material can be manufactured in various shapes and sizes. Furthermore, since a large amount of sputtering target material is manufactured simultaneously and continuously in the melt casting method, this melt casting method can be widely used.

本発明は、上記従来の問題点を解消するために、コバルト鉄合金スパッタリングターゲット材を提供するものである。 The present invention provides a cobalt iron alloy sputtering target material in order to solve the above-mentioned conventional problems.

本発明の主な目的は、簡易な溶解鋳造法によって製造された多くのＰＴＦを含むコバルト鉄合金スパッタリングターゲットを提供することにある。 The main object of the present invention is to provide a cobalt iron alloy sputtering target containing many PTFs manufactured by a simple melt casting method.

この目的のため、本発明のコバルト鉄合金スパッタリングターゲット材は溶解鋳造法によって製造されコバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、及び添加金属からなるものにおいて、このコバルト鉄合金スパッタリングターゲット材においてコバルトは増加した漏洩磁束の特性があり、添加金属は８〜２０ａｔ％であり、この添加金属はタンタラム（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオビウム（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びクロミウム（Ｃｒ）の金属の少なくとも１つを含む。このコバルト鉄合金スパッタリングターゲット材は増加されたＰＴＦを有する。 For this purpose, the cobalt iron alloy sputtering target material of the present invention is manufactured by a melt casting method and is composed of cobalt (Co), iron (Fe), and an additive metal. In this cobalt iron alloy sputtering target material, cobalt increases. The added metal is 8 to 20 at%, and the added metal is tantalum (Ta), zirconium (Zr), niobium (Nb), hafnium (Hf), aluminum (Al), and chromium ( Cr) at least one of the metals. This cobalt iron alloy sputtering target material has an increased PTF.

準動的後方散乱電子（ＢＳＥ）顕微鏡法で分析した従来のターゲット材の画像。Image of conventional target material analyzed by quasi-dynamic backscattered electron (BSE) microscopy. ＢＳＥ顕微鏡法で分析した本発明のターゲットの画像。Image of the target of the present invention analyzed by BSE microscopy. 磁性スパッタリングターゲット材においてのコバルトの含有量と浸透性との関係を示す図表。The graph which shows the relationship between content of cobalt and permeability in a magnetic sputtering target material.

本発明のコバルト鉄合金スパッタリングターゲット材は溶解鋳造法によって製造されコバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、及び添加金属からなるものにおいて、このコバルト鉄合金スパッタリングターゲット材においてコバルトは増加した漏洩磁束の特性があり、添加金属は８〜２０ａｔ％であり、この添加金属はタンタラム（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオビウム（Ｎｂ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びクロミウム（Ｃｒ）の金属の少なくとも１つを含む。 The cobalt iron alloy sputtering target material of the present invention is manufactured by a melt casting method and is made of cobalt (Co), iron (Fe), and an additive metal. In this cobalt iron alloy sputtering target material, cobalt has an increased leakage magnetic flux characteristic. The additive metal is 8 to 20 at%, and this additive metal is a tantalum (Ta), zirconium (Zr), niobium (Nb), hafnium (Hf), aluminum (Al), or chromium (Cr) metal. Including at least one.

一態様では、コバルトの増加したＰＴＦの含有量は１０〜３５ａｔ％で、鉄の増加したＰＴＦの含有量は４５〜８２ａｔ％である。 In one embodiment, the increased PTF content of cobalt is 10-35 at% and the increased PTF content of iron is 45-82 at%.

別の態様では、コバルトの増加したＰＴＦの含有量は６０〜７０ａｔ％で、鉄の増加したＰＴＦの含有量は１０〜３２ａｔ％である。 In another embodiment, the increased PTF content of cobalt is 60-70 at% and the increased PTF content of iron is 10-32 at%.

このコバルト鉄合金スパッタリングターゲット材の厚さは１５ｍｍ以下で、ＰＴＦは１５％以上である。 The cobalt iron alloy sputtering target material has a thickness of 15 mm or less and a PTF of 15% or more.

当業者に知られているとおり、タンタラム、ジルコニウム、ニオビウム、ハフニウム、アルミニウム、やクロミウムなどの添加金属の特定量、又はその合金を有するＣｏ‐Ｆｅ基合金スパッタリングターゲット材は、従来技術より向上した軟磁性層の特性を提供できる。図１に示すように、溶解鋳造されて、高温高圧処理を受ける従来のＣｏ‐Ｆｅ基合金スパッタリングターゲット材において、その添加金属が主相とする第一次結晶相中で析出されるため、ＰＴＦが減少する。図２に示すように、本発明のＣｏ‐Ｆｅ基合金スパッタリングターゲット材は、本発明の熱処理や冷却工程を含む方法で製造されて、添加金属がマトリックス相中で再び溶けるため、ＰＴＦは増加する。 As known to those skilled in the art, a Co-Fe based alloy sputtering target material having a specific amount of an additive metal such as tantalum, zirconium, niobium, hafnium, aluminum, chromium, or an alloy thereof is an improved softer than the prior art. The characteristics of the magnetic layer can be provided. As shown in FIG. 1, in a conventional Co—Fe-based alloy sputtering target material that is melt cast and subjected to high-temperature and high-pressure treatment, the added metal is precipitated in the primary crystal phase as the main phase. Decrease. As shown in FIG. 2, the Co—Fe based alloy sputtering target material of the present invention is manufactured by the method including the heat treatment and cooling process of the present invention, and the added metal dissolves again in the matrix phase, so that the PTF increases. .

図３に示すように、本発明のコバルト鉄合金スパッタリングターゲット材は、最低可能浸透性（即ち最高のＰＴＦ）を有すると共に、コバルトの含有率が１０〜３５ａｔ％、或いは６０〜７０ａｔ％である。 As shown in FIG. 3, the cobalt iron alloy sputtering target material of the present invention has the lowest possible permeability (that is, the highest PTF) and the cobalt content is 10 to 35 at%, or 60 to 70 at%.

コバルト、鉄、およびタンタラム、ジルコニウム、ニオビウム、ハフニウム、アルミニウム、やクロミウムなどの添加金属を表１に示すそれぞれの実施例に対応する特定の割合に応じて混合した後、この混合物を溶解鋳造することによって鋳塊を得た。鋳塊においての縮小を無くすように、この鋳塊には熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理が行われた。この鋳塊を熱処理により９００°Ｃに加熱した後、室温に空冷することによってコバルト鉄合金スパッタリングターゲット材を得た。次に、この鉄合金スパッタリングターゲット材をＡＳＴＭＦ１７６１−００の規格に基づいて試験した。これらの試験結果が下記の表１に記載されている。 Additive metals such as cobalt, iron, and tantalum, zirconium, niobium, hafnium, aluminum, and chromium are mixed according to specific ratios corresponding to the respective examples shown in Table 1, and then the mixture is melt cast. An ingot was obtained. The ingot was subjected to a hot isostatic pressing (HIP) process so as to eliminate the reduction in the ingot. The ingot was heated to 900 ° C. by heat treatment, and then cooled to room temperature to obtain a cobalt iron alloy sputtering target material. Next, this iron alloy sputtering target material was tested based on the standard of ASTM F1761-00. These test results are listed in Table 1 below.

上記の表１に記載するように、本発明の熱処理はＰＴＦを高めることに必要である。更に、コバルトの含有量が本発明の範囲から外された（比較例１を参照）場合、又は添加金属の含有量が本発明の範囲から外された（比較例２を参照）場合には、コバルト鉄合金スパッタリングターゲット材を加熱して１５ｍｍ以下の厚さを保持するにも関わらず、コバルト鉄合金スパッタリングターゲット材のＰＴＦを１５％以上に高めることが不可能である。従って、本発明のコバルト鉄合金スパッタリングターゲット材は、従来の粉末冶金法に勝っている。 As described in Table 1 above, the heat treatment of the present invention is necessary to increase the PTF. Furthermore, when the content of cobalt is removed from the scope of the present invention (see Comparative Example 1), or when the content of added metal is removed from the scope of the present invention (see Comparative Example 2), Although the cobalt iron alloy sputtering target material is heated to maintain a thickness of 15 mm or less, it is impossible to increase the PTF of the cobalt iron alloy sputtering target material to 15% or more. Therefore, the cobalt iron alloy sputtering target material of the present invention is superior to the conventional powder metallurgy method.

Claims

A cobalt iron alloy sputtering target material,
The cobalt iron alloy sputtering target material is manufactured by a melt casting method. In the cobalt iron alloy sputtering target material, cobalt has an increased leakage magnetic flux (PTF) content in the cobalt iron alloy sputtering target material. The additive metal is 8 to 20 at%, and the additive metal is at least one of the metals of tantalum (Ta), zirconium (Zr), niobium (Nb), hafnium (Hf), aluminum (Al), and chromium (Cr). see Tsuo含,
The increased PTF content is 10at% to 35at% for cobalt, 45at% to 82at% for iron,
The cobalt iron alloy sputtering target material has a thickness of 15 mm or less and a PTF of 15% or more .