JP7554192B2 - Sputtering target member for forming non-magnetic layer - Google Patents
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Description
本発明は垂直磁気記録媒体を構成する非磁性層用の薄膜を形成するのに適したスパッタリングターゲット部材に関する。 The present invention relates to a sputtering target member suitable for forming a thin film for a non-magnetic layer that constitutes a perpendicular magnetic recording medium.
HDD(ハードディスクドライブ)等の磁気記録再生装置に用いられる磁気記録媒体においては、これまでの面内磁気記録方式に替わり、高記録密度化が可能な垂直磁気記録方式が脚光を浴びている。垂直磁気記録方式は、磁気記録層内の磁化容易軸が基板面に対して垂直に配向しており、面内磁気記録方式に比べて、熱揺らぎ現象を抑制することができるという利点がある。In magnetic recording media used in magnetic recording and playback devices such as HDDs (hard disk drives), the perpendicular magnetic recording method, which allows for higher recording density, has come into the spotlight, replacing the in-plane magnetic recording method used up until now. In the perpendicular magnetic recording method, the axis of easy magnetization in the magnetic recording layer is oriented perpendicular to the substrate surface, and has the advantage of being able to suppress thermal fluctuation phenomena compared to the in-plane magnetic recording method.
垂直磁気記録方式を採用する垂直磁気記録媒体は、磁気記録層と呼ばれる磁性を担う層と、磁気記録層の特性を改善するために用いられる非磁性層を有するのが一般的である。磁気記録層の微小磁石としては、hcp-Co合金が多用されている。磁気記録層がhcp(六方最密充填)構造である場合には磁化容易軸はC軸であり、C軸を基板の法線方向に配向させる必要がある。 Perpendicular magnetic recording media that use the perpendicular magnetic recording method generally have a layer called the magnetic recording layer, which is responsible for the magnetism, and a non-magnetic layer used to improve the characteristics of the magnetic recording layer. hcp-Co alloys are often used as micro-magnets for the magnetic recording layer. When the magnetic recording layer has an hcp (hexagonal close packed) structure, the axis of easy magnetization is the C-axis, and the C-axis must be oriented in the normal direction to the substrate.
このC軸の配向性を向上させるためには、磁気記録層の下にhcp構造の非磁性層(「配向制御層」ともいう。)を設けることが有効である。非磁性層にはCoCr合金、Ti、V、Zr、Hfなどが知られているが、特にRu(ルテニウム)が磁気記録層の結晶配向を効果的に向上させ、保磁力Hcを高めることができることが知られている(特開2012-2088992号公報、特開2009-245484号公報、国際公開第2010/038448号、特開2004-310910号公報)。In order to improve the orientation of this C-axis, it is effective to provide a non-magnetic layer (also called an "orientation control layer") with an hcp structure under the magnetic recording layer. CoCr alloys, Ti, V, Zr, Hf, etc. are known to be used as non-magnetic layers, but it is known that Ru (ruthenium) in particular can effectively improve the crystal orientation of the magnetic recording layer and increase the coercive force Hc (JP 2012-2088992 A, JP 2009-245484 A, WO 2010/038448 A, JP 2004-310910 A).
近年、Ruの市場価格は高騰しており、Ruを使用すると生産コストが増大するという問題がある。このため、Ruの使用量を削減しながら、hcp構造の非磁性層を形成することができれば有利であろう。本発明はこのような事情に鑑みて創作されたものであり、一実施形態において、垂直磁気記録媒体を構成するhcp構造の非磁性層を形成するのに有利な、経済性に優れたスパッタリングターゲット部材を提供することを課題とする。別の一実施形態において、本発明はそのようなスパッタリングターゲット部材を用いた成膜方法を提供することを課題とする。In recent years, the market price of Ru has risen sharply, and there is a problem that the use of Ru increases production costs. For this reason, it would be advantageous to form a non-magnetic layer with an hcp structure while reducing the amount of Ru used. The present invention was created in consideration of such circumstances, and in one embodiment, the objective of the present invention is to provide an economical sputtering target member that is advantageous for forming a non-magnetic layer with an hcp structure that constitutes a perpendicular magnetic recording medium. In another embodiment, the objective of the present invention is to provide a film formation method using such a sputtering target member.
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討したところ、Co、Pt及びMoを主成分とする金属相と、酸化物相とが相互に分散している組織を有するスパッタリングターゲット部材が非磁性層形成用に好適であることを見出した。本発明は以下に例示される。The inventors have conducted extensive research to solve the above problems and have found that a sputtering target member having a structure in which a metal phase mainly composed of Co, Pt, and Mo and an oxide phase are mutually dispersed is suitable for forming a nonmagnetic layer. The present invention is exemplified below.
[1]
金属相及び酸化物相が相互に分散した組織を有する非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材であって、
金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Coを20~60mol%、Ptを5~30mol%、Moを1~40mol%含有すると共に、Mo、Cr、Ru及びBを合計濃度で25mol%以上含有し、
酸化物相の体積率が10~45%である、
非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
[2]
金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Moを25~30mol%含有する[1]に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
[3]
金属相中におけるCrの濃度が、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、5mol%以下である[1]又は[2]に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
[4]
金属相中におけるRuの濃度が、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、5mol%以下である[1]~[3]の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
[5]
金属相中におけるBの濃度が、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、5mol%以下である[1]~[4]の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
[6]
酸化物相が、Ti、Si、B、Co、Cr、Ta、Mn、Zr及びNbよりなる群から選択される一種又は二種以上の金属の酸化物を含有する[1]~[5]の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
[7]
相対密度が90%以上である[1]~[6]の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。
[8]
[1]~[7]の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材と、バッキングプレート又はバッキングチューブとが、ロウ材層を介して積層された構造を有するスパッタリングターゲット。
[9]
[1]~[7]の何れか一項に記載の非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材を用いてスパッタリングする工程を含む成膜方法。
[1]
A sputtering target member for forming a nonmagnetic layer, the sputtering target member having a structure in which a metal phase and an oxide phase are mutually dispersed,
The metal phase contains, based on the overall composition of the target member, 20 to 60 mol % Co, 5 to 30 mol % Pt, and 1 to 40 mol % Mo, and also contains Mo, Cr, Ru, and B in a total concentration of 25 mol % or more;
The volume fraction of the oxide phase is 10 to 45%.
A sputtering target member for forming a non-magnetic layer.
[2]
The sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to [1], wherein the metal phase contains 25 to 30 mol % of Mo based on the overall composition of the target member.
[3]
3. The sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to claim 1, wherein the concentration of Cr in the metal phase is 5 mol % or less based on the total composition of the target member.
[4]
The sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to any one of [1] to [3], wherein the concentration of Ru in the metal phase is 5 mol % or less based on the overall composition of the target member.
[5]
The sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to any one of [1] to [4], wherein the concentration of B in the metal phase is 5 mol % or less based on the overall composition of the target member.
[6]
The sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to any one of [1] to [5], wherein the oxide phase contains an oxide of one or more metals selected from the group consisting of Ti, Si, B, Co, Cr, Ta, Mn, Zr, and Nb.
[7]
The sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to any one of [1] to [6], which has a relative density of 90% or more.
[8]
A sputtering target having a structure in which the sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to any one of [1] to [7] and a backing plate or a backing tube are laminated via a brazing material layer.
[9]
A film forming method comprising a step of sputtering using the sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to any one of [1] to [7].
本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット部材をスパッタすることで、容易に非磁性膜を得ることができる。当該非磁性膜は金属相のhcp構造が維持されるため、垂直磁気記録媒体中の磁気記録層がhcp(六方最密充填)構造である場合に、C軸を基板の法線方向に配向させる効果が得られる。また、当該膜は金属相と酸化物相が綺麗に分離しているため、上層に製膜する磁性層での磁性粒間の分離に寄与することも期待される。また、本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット部材で使用するMoは、Ruに比べて安価に入手可能である。従って、本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット部材は、垂直磁気記録媒体を構成する非磁性層の形成への利用が期待できる。A non-magnetic film can be easily obtained by sputtering the sputtering target member according to one embodiment of the present invention. Since the non-magnetic film maintains the hcp structure of the metal phase, when the magnetic recording layer in the perpendicular magnetic recording medium has an hcp (hexagonal close-packed) structure, the effect of orienting the C-axis in the normal direction of the substrate can be obtained. In addition, since the metal phase and the oxide phase of the film are neatly separated, it is expected to contribute to the separation between magnetic grains in the magnetic layer formed on the upper layer. In addition, Mo used in the sputtering target member according to one embodiment of the present invention is available at a lower price than Ru. Therefore, the sputtering target member according to one embodiment of the present invention can be expected to be used to form a non-magnetic layer that constitutes a perpendicular magnetic recording medium.
本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材は一実施形態において、金属相及び酸化物相が相互に分散した組織を有する。スパッタリングターゲット部材中において、金属相及び酸化物相が相互に分散していることは、均質な膜を形成するのに有利である。In one embodiment, the sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to the present invention has a structure in which a metal phase and an oxide phase are mutually dispersed. The mutual dispersion of the metal phase and the oxide phase in the sputtering target member is advantageous for forming a homogeneous film.
(1.金属相)
本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材の一実施形態において、金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Coを20~60mol%、Ptを5~30mol%、Moを1~40mol%含有する。Co、Pt、及びMoはそれぞれ単体金属として存在していてもよいし、CoPt合金、CoPtMo合金、CoMo合金、PtMo合金、または、これらの何れかの合金とCr、Ru及びBの何れか一種又は二種以上との合金として存在していてもよい。
1. Metallic Phase
In one embodiment of the sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to the present invention, the metal phase contains, based on the overall composition of the target member, 20 to 60 mol % Co, 5 to 30 mol % Pt, and 1 to 40 mol % Mo. Co, Pt, and Mo may each be present as a simple metal, or may be present as a CoPt alloy, a CoPtMo alloy, a CoMo alloy, a PtMo alloy, or an alloy of any of these with one or more of Cr, Ru, and B.
金属相中のCo濃度の下限値を20mol%以上としたのは、Co合金の形成しやすさによる。Coが少なくなるとCo及びCo合金のhcp構造を維持することが難しくなる。Co濃度の下限値は好ましくは30mol%以上であり、より好ましくは35mol%以上であり、更により好ましくは40mol%以上である。また、金属相中のCo濃度の上限値を60mol%以下としたのは、非磁性化のためである。Coが多くなると、他金属を使用したとしても非磁性化が難しくなる。Co濃度の上限値は好ましくは55mol%以下であり、より好ましくは50mol%以下であり、更により好ましくは45mol%以下である。The reason why the lower limit of the Co concentration in the metal phase is set to 20 mol% or more is due to the ease of forming a Co alloy. If the amount of Co is reduced, it becomes difficult to maintain the hcp structure of Co and Co alloys. The lower limit of the Co concentration is preferably 30 mol% or more, more preferably 35 mol% or more, and even more preferably 40 mol% or more. The reason why the upper limit of the Co concentration in the metal phase is set to 60 mol% or less is for demagnetization. If the amount of Co is increased, it becomes difficult to demagnetize even if other metals are used. The upper limit of the Co concentration is preferably 55 mol% or less, more preferably 50 mol% or less, and even more preferably 45 mol% or less.
金属相中のPt濃度を5mol%以上30mol%以下としたのは、上層に製膜する磁性層の安定性に影響するためである。Ptが多くとも少なくとも、磁性層でのhcp構造の安定性が悪くなる。Pt濃度の下限値は好ましくは10mol%以上であり、より好ましくは15mol%以上である。Pt濃度の上限値は好ましくは28mol%以下であり、より好ましくは25mol%以下である。The Pt concentration in the metal phase is set to 5 mol% or more and 30 mol% or less because it affects the stability of the magnetic layer formed on the upper layer. At most, the amount of Pt at least deteriorates the stability of the hcp structure in the magnetic layer. The lower limit of the Pt concentration is preferably 10 mol% or more, and more preferably 15 mol% or more. The upper limit of the Pt concentration is preferably 28 mol% or less, and more preferably 25 mol% or less.
金属相中のMo濃度の下限値を1mol%以上としたのは、MoはRuに比べて安価に入手できることに加え、スパッタ膜の非磁性化(換言すれば飽和磁化の低下)に寄与でき、更にはスパッタ膜中の金属相のhcp構造を維持する効果も高いことが判明したからである。更に、Moは化学的に安定であり、酸化されにくいため、酸化物相中に含まれるCoO等の酸化物を意図せず還元してしまうおそれが少ないという特性がある。この特性は、スパッタ膜の構成相を調整しやすい点で有利である。Mo濃度の下限値は好ましくは5mol%以上であり、より好ましくは15mol%以上であり、更により好ましくは25mol%以上である。The reason why the lower limit of the Mo concentration in the metal phase is set to 1 mol% or more is that Mo is cheaper to obtain than Ru, and it is found to contribute to the demagnetization of the sputtered film (in other words, the reduction of saturation magnetization), and is also highly effective in maintaining the hcp structure of the metal phase in the sputtered film. Furthermore, Mo is chemically stable and difficult to oxidize, so there is a characteristic that there is little risk of unintentionally reducing oxides such as CoO contained in the oxide phase. This characteristic is advantageous in that it is easy to adjust the constituent phases of the sputtered film. The lower limit of the Mo concentration is preferably 5 mol% or more, more preferably 15 mol% or more, and even more preferably 25 mol% or more.
また、金属相中のMo濃度の上限値を40mol%以下としたのは、Moの濃度が高すぎるとスパッタリングターゲット部材が割れやすくなることから、割れの発生を防止するためである。Mo濃度の上限値は好ましくは40mol%以下であり、より好ましくは35mol%以下であり、更により好ましくは30mol%以下である。In addition, the upper limit of the Mo concentration in the metal phase is set to 40 mol% or less in order to prevent the sputtering target member from cracking because the sputtering target member is prone to cracking if the Mo concentration is too high. The upper limit of the Mo concentration is preferably 40 mol% or less, more preferably 35 mol% or less, and even more preferably 30 mol% or less.
従って、本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材の好ましい実施形態において、金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Coを35~50mol%、Ptを10~28mol%、Moを15~35mol%含有し、より好ましい実施形態において、金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Coを40~45mol%、Ptを15~25mol%、Moを25~30mol%含有する。Therefore, in a preferred embodiment of the sputtering target member for forming a non-magnetic layer according to the present invention, the metal phase contains 35 to 50 mol % Co, 10 to 28 mol % Pt, and 15 to 35 mol % Mo, based on the overall composition of the target member, and in a more preferred embodiment, the metal phase contains 40 to 45 mol % Co, 15 to 25 mol % Pt, and 25 to 30 mol % Mo, based on the overall composition of the target member.
金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Mo、Cr、Ru及びBを合計濃度で25mol%以上含有する。これらの金属元素はスパッタ膜の非磁性化に貢献するため、合計濃度で25mol%以上含有することが望ましい。但し、これらの金属元素の合計濃度が高くなりすぎると、スパッタ膜のhcp構造が崩れるおそれがあるため、これらの金属元素の合計濃度の上限値は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、好ましくは40mol%以下であり、より好ましくは35mol%以下であり、更により好ましくは30mol%以下である。また、予期せぬ特性変化をもたらさないという観点からは、Mo以外の金属成分は少ない方が好ましい。The metal phase contains Mo, Cr, Ru and B in a total concentration of 25 mol% or more based on the overall composition of the target member. These metal elements contribute to the non-magnetization of the sputtered film, so it is desirable to contain them in a total concentration of 25 mol% or more. However, if the total concentration of these metal elements becomes too high, the hcp structure of the sputtered film may collapse, so the upper limit of the total concentration of these metal elements is preferably 40 mol% or less, more preferably 35 mol% or less, and even more preferably 30 mol% or less based on the overall composition of the target member. In addition, from the viewpoint of not bringing about unexpected changes in characteristics, it is preferable that the amount of metal components other than Mo is small.
Crは金属相のhcp構造の維持に悪影響を及ぼすと共に、CoO等の酸化物を還元しやすいため、スパッタ膜中で意図しない構成相を生成する可能性がある。このため、金属相中におけるCrの濃度は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、20mol%以下であることが好ましく、10mol%以下であることがより好ましく、5mol%以下であることが更により好ましく、1mol%以下であることが更により好ましい。 Cr has a negative effect on maintaining the hcp structure of the metal phase, and since it is easy to reduce oxides such as CoO, there is a possibility that unintended constituent phases will be generated in the sputtered film. For this reason, the concentration of Cr in the metal phase is preferably 20 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, even more preferably 5 mol% or less, and even more preferably 1 mol% or less, based on the overall composition of the target member.
Ruは先述したように生産コストを引き上げる要因となることから添加量は少ない方が望ましい。このため、金属相中におけるRuの濃度は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、20mol%以下であることが好ましく、10mol%以下であることがより好ましく、5mol%以下であることが更により好ましく、1mol%以下であることが更により好ましい。As mentioned above, Ru increases production costs, so it is desirable to add a small amount. Therefore, the concentration of Ru in the metal phase is preferably 20 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, even more preferably 5 mol% or less, and even more preferably 1 mol% or less, based on the overall composition of the target member.
BもまたCrと同じくCoO等の酸化物を還元しやすいため、スパッタ膜で意図しない構成相を生成する可能性がある。このため、金属相中におけるBの濃度は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、20mol%以下であることが好ましく、10mol%以下であることがより好ましく、5mol%以下であることが更により好ましく、1mol%以下であることが更により好ましい。 Like Cr, B also easily reduces oxides such as CoO, and may generate unintended constituent phases in the sputtered film. For this reason, the concentration of B in the metal phase is preferably 20 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, even more preferably 5 mol% or less, and even more preferably 1 mol% or less, based on the overall composition of the target member.
金属相中の、Cr、Ru及びBの合計濃度は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、20mol%以下であることが好ましく、10mol%以下であることがより好ましく、5mol%以下であることが更により好ましく、1mol%以下であることが更により好ましい。The total concentration of Cr, Ru and B in the metal phase is preferably 20 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, even more preferably 5 mol% or less, and even more preferably 1 mol% or less, based on the overall composition of the target member.
(2.酸化物相)
本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材の一実施形態において、酸化物相の体積率が10~45%である。酸化物相の体積率の下限値を10%以上とすることで、磁気的な相互作用を遮断する効果を高めることができる。酸化物相の体積率の下限値は好ましくは20%以上であり、より好ましくは30%以上である。また、酸化物相の体積率の上限値を45%以下としたのは、これ以上酸化物相の体積率が大きくなるとスパッタ時に放電しづらくなるためである。酸化物相の体積率の上限値は好ましくは40%以下であり、より好ましくは35%以下である。
2. Oxide Phase
In one embodiment of the sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to the present invention, the volume fraction of the oxide phase is 10 to 45%. By setting the lower limit of the volume fraction of the oxide phase to 10% or more, the effect of blocking magnetic interactions can be enhanced. The lower limit of the volume fraction of the oxide phase is preferably 20% or more, and more preferably 30% or more. The reason why the upper limit of the volume fraction of the oxide phase is set to 45% or less is that if the volume fraction of the oxide phase is greater than this, it becomes difficult to discharge during sputtering. The upper limit of the volume fraction of the oxide phase is preferably 40% or less, and more preferably 35% or less.
スパッタリングターゲット部材中の酸化物相の体積率は以下の手順で測定する。金属粒子部分と酸化物部分は組織観察時の色の濃淡で判断することができる。たとえばSEM(走査型電子顕微鏡)による組織観察結果では、2次電子の強度が画像の濃淡として現れるので、一般的に金属部分は2次電子強度が強くなるので明るく、酸化物は強度が低くなるので暗く見える。これを利用し、画像中の暗く見える部分の平均面積率を、ターゲットの酸化物相の体積率とする。ここでは均一に分散した相の平均面積率と体積率の間には以下の関係式が成立することを利用した(新家光雄編:3D材料組織・特性解析の基礎と応用 付録A1項、内田老鶴圃、2014年6月)。The volume fraction of the oxide phase in a sputtering target component is measured using the following procedure. Metal particle and oxide parts can be distinguished by the shade of color when observing the structure. For example, in structure observation using a SEM (scanning electron microscope), the intensity of secondary electrons appears as shades in the image, so metal parts generally appear bright due to the high intensity of secondary electrons, while oxides appear dark due to the low intensity. Using this, the average area fraction of the dark parts in the image is taken as the volume fraction of the oxide phase of the target. Here, we use the fact that the following relationship holds between the average area fraction and volume fraction of uniformly dispersed phases (Fundamentals and Applications of 3D Material Structure and Property Analysis, edited by Shinya Mitsuo, Appendix A1, Uchida Rokakuho, June 2014).
酸化物相を構成する酸化物としては、限定的ではないが、Ti、Si、B、Co、Cr、Ta、Mn、Zr及びNbよりなる群から選択される1種又は2種以上の金属の酸化物が挙げられる。酸化物相を構成する酸化物は一種でもよいし、二種以上が混在していてもよい。The oxides constituting the oxide phase include, but are not limited to, oxides of one or more metals selected from the group consisting of Ti, Si, B, Co, Cr, Ta, Mn, Zr and Nb. The oxides constituting the oxide phase may be one type or two or more types may be mixed.
チタンの酸化物としては、TiO2、TiOなどを使用することができる。ケイ素の酸化物としては、SiO2、SiOなどを使用することができる。ホウ素の酸化物としては、B2O3、BO、B2O、B6Oなどを使用することができる。コバルトの酸化物としては、CoO、Co2O3、Co3O4などを使用することができる。クロムの酸化物としてはCr2O3などを使用することができる。タンタルの酸化物としてはTaO2、Ta2O5などを使用することができる。マンガンの酸化物としては、MnO、MnO2、Mn3O4などを使用することができる。ジルコニウムの酸化物としてはZr2O3などを使用することができる。ニオブの酸化物としてはNbO、NbO2、Nb2O3、Nb2O5などを使用することができる。その他の酸化物も使用可能である。 As the oxide of titanium, TiO2 , TiO, etc. can be used. As the oxide of silicon, SiO2 , SiO, etc. can be used. As the oxide of boron , B2O3 , BO, B2O , B6O , etc. can be used. As the oxide of cobalt, CoO, Co2O3 , Co3O4 , etc. can be used. As the oxide of chromium, Cr2O3 , etc. can be used. As the oxide of tantalum, TaO2 , Ta2O5 , etc. can be used. As the oxide of manganese, MnO, MnO2 , Mn3O4 , etc. can be used. As the oxide of zirconium, Zr2O3 , etc. can be used. As the oxide of niobium, NbO, NbO2 , Nb2O3 , Nb2O5 , etc. can be used. Other oxides can also be used.
酸化物は二種以上の金属成分を含有する複合酸化物であってもよい。複合酸化物としては、CrBO3、Co2B2O5、Co3B2O6、Mn3B2O6、TiBO3などの融点の比較的高い複合酸化物を好適に使用することができる。 The oxide may be a composite oxide containing two or more metal components. As the composite oxide, composite oxides having a relatively high melting point such as CrBO3 , Co2B2O5 , Co3B2O6 , Mn3B2O6 , TiBO3 , etc. can be suitably used.
上記の酸化物の中では、スパッタ膜中で金属相と酸化物相の分離性を高めるという観点から、金属相を構成するCoとの濡れ性に優れているコバルトの酸化物が好ましく、CoOが最適である。従って、酸化物相中のコバルト酸化物の濃度は50mol%以上であることが好ましく、70mol%以上であることがより好ましい。更に、酸化物相中のCoOの濃度は50mol%以上であることが好ましく、70mol%以上であることがより好ましい。Among the above oxides, from the viewpoint of increasing the separation of the metal phase and the oxide phase in the sputtered film, the oxide of cobalt, which has excellent wettability with the Co constituting the metal phase, is preferred, and CoO is optimal. Therefore, the concentration of cobalt oxide in the oxide phase is preferably 50 mol% or more, and more preferably 70 mol% or more. Furthermore, the concentration of CoO in the oxide phase is preferably 50 mol% or more, and more preferably 70 mol% or more.
(3.相対密度)
スパッタリングターゲット部材の相対密度は高い方が、アーキングの少ない安定的なスパッタリングを行う上で、好ましい。本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材は一実施形態において、相対密度が90%以上である。相対密度は好ましくは95%以上であり、より好ましくは99%以上である。相対密度は、組成によって定まる理論密度に対するアルキメデス密度の比で求められる。組成によって定まる理論密度は、実際に存在する化合物の密度を加味できていないことから、100%を超えることもあり得る。
3. Relative Density
A high relative density of the sputtering target member is preferable for performing stable sputtering with less arcing. In one embodiment, the sputtering target member for forming a non-magnetic layer according to the present invention has a relative density of 90% or more. The relative density is preferably 95% or more, more preferably 99% or more. The relative density is determined by the ratio of the Archimedes density to the theoretical density determined by the composition. The theoretical density determined by the composition may exceed 100% because it does not take into account the density of compounds that actually exist.
理論密度は、スパッタリングターゲット部材の成分分析を行い、それにより得られる各成分の質量濃度と各成分の単体密度から算出される。具体的には、ターゲットの構成成分が互いに拡散あるいは反応せずに混在していると仮定したときの密度で、次式で計算される。
式:理論密度(g/cm3)=Σ(構成成分の分子量×構成成分のモル比)/Σ(構成成分の分子量×構成成分のモル比/構成成分の文献値密度)
ここでΣは、ターゲットの構成成分の全てについて、和をとることを意味する。
The theoretical density is calculated from the mass concentration and the elemental density of each component obtained by performing a component analysis of the sputtering target material. Specifically, it is the density when it is assumed that the components of the target are mixed together without diffusing or reacting with each other, and is calculated by the following formula.
Formula: theoretical density (g/cm 3 )=Σ(molecular weight of component×molar ratio of component)/Σ(molecular weight of component×molar ratio of component/literature density of component)
Here, Σ means taking the sum over all of the components of the target.
(4.製法)
本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材は、粉末焼結法を用いて、例えば、以下の手順によって作製することができる。
(4. Manufacturing Method)
The sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to the present invention can be produced by a powder sintering method, for example, by the following procedure.
まず、所望の金属相の組成に応じた一種又は二種以上の金属粉末を用意する。金属粉末は、Co粉末、Pt粉末、Mo粉末、Cr粉末、Ru粉末、B粉末など単体金属粉末でもよいし、Co-Pt合金粉末などの合金粉末でもよい。金属粉末は溶解鋳造したインゴットを粉砕して作製してもよいし、ガスアトマイズ法により作製してもよい。First, one or more types of metal powder are prepared according to the composition of the desired metal phase. The metal powder may be a simple metal powder such as Co powder, Pt powder, Mo powder, Cr powder, Ru powder, or B powder, or an alloy powder such as Co-Pt alloy powder. The metal powder may be produced by pulverizing a melted and cast ingot, or may be produced by gas atomization.
各金属粉末のメジアン径は0.1μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましく、1μm以上であることが更により好ましい。金属粉末が小さすぎると、粉末同士が凝集し、均一な組織が得づらくなる。但し、各金属粉末のメジアン径は、大きすぎると酸化物粉末と均一に混合することが難しいことやスパッタリング中にパーティクルの原因となる懸念があることから、150μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることが更により好ましい。メジアン径は粉砕や篩別により調整可能である。The median diameter of each metal powder is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and even more preferably 1 μm or more. If the metal powder is too small, the powders will aggregate with each other, making it difficult to obtain a uniform structure. However, if the median diameter of each metal powder is too large, it is difficult to mix uniformly with the oxide powder and there is a concern that it may cause particles during sputtering, so it is preferably 150 μm or less, more preferably 30 μm or less, and even more preferably 10 μm or less. The median diameter can be adjusted by crushing or sieving.
また、所望の酸化物相の組成に応じた一種又は二種以上の酸化物粉末を用意する。均一分散させやすいという観点で、メジアン径が30μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることが更により好ましい。また、酸化物粉末は粉末同士の凝集防止という観点で、メジアン径が0.1μm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましく、2μm以上であることが更により好ましい。 Also, one or more types of oxide powders are prepared according to the composition of the desired oxide phase. From the viewpoint of easy uniform dispersion, the median diameter is preferably 30 μm or less, more preferably 10 μm or less, and even more preferably 5 μm or less. Also, from the viewpoint of preventing aggregation of the powders, the oxide powder preferably has a median diameter of 0.1 μm or more, more preferably 1 μm or more, and even more preferably 2 μm or more.
本明細書において、粉末のメジアン径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における体積値基準での積算値50%(D50)での粒径を意味する。実施例においては、HORIBA社製の型式LA-920の粒度分布測定装置を使用し、粉末をエタノールの溶媒中に分散させて湿式法にて測定した。屈折率は金属コバルトの値を使用した。In this specification, the median diameter of a powder refers to the particle size at 50% cumulative volume (D50) in the particle size distribution determined by a laser diffraction/scattering method. In the examples, a HORIBA LA-920 particle size distribution measuring device was used, and the powder was dispersed in an ethanol solvent and measured by the wet method. The refractive index used was that of metallic cobalt.
次いで、原料粉末(金属粉末及び酸化物粉末)を所望の組成となるように秤量し、ボールミル等の公知の手法を用いて粉砕を兼ねて混合する。このとき、粉砕容器内に不活性ガスを封入して原料粉末の酸化をできるかぎり抑制することが望ましい。不活性ガスとしては、Ar、N2ガスが挙げられる。また、このとき、均一な組織を実現するために混合粉のメジアン径が20μm以下になるまで粉砕することが好ましく、さらに10μm以下になるまで粉砕することが好ましく、例えば0.1~10μmの範囲になるまで粉砕することができる。このようにして得られた混合粉末をホットプレス法で真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下において成型・焼結する。また、前記ホットプレス法以外にも、プラズマ放電焼結法など様々な加圧焼結方法を使用することができる。特に、熱間静水圧焼結法(HIP)は、焼結体の密度向上に有効であり、ホットプレス法と熱間静水圧焼結法をこの順に実施することが焼結体の密度向上の観点から好ましい。 Next, the raw powders (metal powder and oxide powder) are weighed to obtain the desired composition, and mixed while being pulverized using a known method such as a ball mill. At this time, it is desirable to seal an inert gas in the pulverization container to suppress oxidation of the raw powder as much as possible. Examples of the inert gas include Ar and N2 gas. At this time, in order to realize a uniform structure, it is preferable to pulverize the mixed powder until the median diameter is 20 μm or less, and more preferably 10 μm or less, and it can be pulverized until it is in the range of, for example, 0.1 to 10 μm. The mixed powder thus obtained is molded and sintered in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere by a hot pressing method. In addition to the hot pressing method, various pressure sintering methods such as a plasma discharge sintering method can be used. In particular, hot isostatic sintering (HIP) is effective in improving the density of the sintered body, and it is preferable to carry out the hot pressing method and the hot isostatic sintering method in this order from the viewpoint of improving the density of the sintered body.
焼結時の保持温度は、金属粉末の溶融を避けるために金属相の組成に依存するが、使用する金属の融点未満とすることが好ましく、融点よりも20℃以上低い温度とすることがより好ましく、融点よりも50℃以上低い温度とすることが更により好ましい。また、焼結時の保持温度は、焼結体の密度低下を避けるために650℃以上とすることが好ましく、700℃以上とすることがより好ましく、750℃以上とすることが更により好ましい。The holding temperature during sintering depends on the composition of the metal phase in order to avoid melting of the metal powder, but is preferably lower than the melting point of the metal used, more preferably at least 20°C lower than the melting point, and even more preferably at least 50°C lower than the melting point. In addition, the holding temperature during sintering is preferably 650°C or higher in order to avoid a decrease in the density of the sintered body, more preferably 700°C or higher, and even more preferably 750°C or higher.
ホットプレスの圧力は、焼結を促進するために20~70MPaとすることが好ましい。熱間静水圧焼結(HIP)における圧力は、焼結体の密度向上の観点から、100~200MPaとすることが好ましい。The pressure for hot pressing is preferably 20 to 70 MPa to promote sintering. The pressure for hot isostatic sintering (HIP) is preferably 100 to 200 MPa to improve the density of the sintered body.
焼結時間は、焼結体の密度向上のために0.3時間以上とすることが好ましく、0.5時間以上とすることがより好ましく、1.0時間以上とすることが更により好ましい。また、焼結時間は、結晶粒の粗大化を防止するために3.0時間以下とすることが好ましく、2.0時間以下とすることがより好ましく、1.5時間以下とすることが更により好ましい。The sintering time is preferably 0.3 hours or more, more preferably 0.5 hours or more, and even more preferably 1.0 hour or more to improve the density of the sintered body. Also, the sintering time is preferably 3.0 hours or less, more preferably 2.0 hours or less, and even more preferably 1.5 hours or less to prevent the crystal grains from becoming coarse.
得られた焼結体を、旋盤等を用いて所望の形状に成形加工することにより、本発明に係るスパッタリングターゲット部材を作製することができる。ターゲット形状には特に制限はないが、例えば平板状(円盤状や矩形板状を含む)及び円筒状が挙げられる。The sputtering target member according to the present invention can be produced by forming the obtained sintered body into a desired shape using a lathe or the like. There are no particular limitations on the target shape, but examples include a flat plate shape (including a disk shape or a rectangular plate shape) and a cylindrical shape.
スパッタリングターゲット部材の厚みは特に制限はなく、使用するスパッタ装置や成膜使用時間等に応じて適宜設定すればよいが、通常3~25mm程度であり、典型的には6~18mm程度である。There are no particular restrictions on the thickness of the sputtering target member and it may be set appropriately depending on the sputtering equipment used and the film formation time, but it is usually around 3 to 25 mm, typically around 6 to 18 mm.
スパッタリングターゲット部材はそのままスパッタリングターゲットとして使用してもよいが、必要に応じてバッキングプレート又はバッキングチューブとロウ材により接合して用いてもよい。この場合、スパッタリングターゲット部材と、バッキングプレート又はバッキングチューブとが、ロウ材層を介して積層された構造を有するスパッタリングターゲットが提供される。ロウ材層を構成する物質としては、限定的ではないが、例えば、融点がインジウムより低いため、純In、InSn合金及びInZn合金よりなる群から選択される一種以上とすることが好ましい。The sputtering target member may be used as a sputtering target as it is, or may be joined to a backing plate or backing tube with brazing material as necessary. In this case, a sputtering target having a structure in which the sputtering target member and the backing plate or backing tube are laminated via a brazing material layer is provided. The material constituting the brazing material layer is not limited, but is preferably one or more selected from the group consisting of pure In, InSn alloy, and InZn alloy, since the melting point is lower than that of indium.
ロウ材層の厚みは、限定的ではないが、スパッタリングターゲットの使用効率の面とロウ材の熱膨張緩衝作用に基づくクラック防止の面から、0.1mm~2mmであることが好ましく、0.1mm~1mmであることがより好ましく、0.3mm~0.8mmであることが更により好ましい。The thickness of the brazing material layer is not limited, but from the standpoint of the efficiency of use of the sputtering target and the prevention of cracks based on the thermal expansion buffering effect of the brazing material, it is preferably 0.1 mm to 2 mm, more preferably 0.1 mm to 1 mm, and even more preferably 0.3 mm to 0.8 mm.
(5.成膜)
本発明は一側面において、本発明に係る非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材を用いてスパッタリングする工程を含む成膜方法を提供する。スパッタ条件は適宜設定することができる。
(5. Film Formation)
In one aspect, the present invention provides a film formation method including a step of sputtering using the sputtering target member for forming a nonmagnetic layer according to the present invention. The sputtering conditions can be appropriately set.
上記の成膜方法を実施することにより得られたスパッタ膜は一実施形態において、飽和磁化が200emu/cc以下であり、好ましくは150emu/cc以下であり、より好ましくは100emu/cc以下である。飽和磁化は、試料振動型磁力計(VSM)によって測定される値である。また、上記の成膜方法を実施することにより得られたスパッタ膜は一実施形態において、XRD(X線回折法)で分析したときに、2θ=42°~44°の間に現れる、hcp構造のCoPt合金の(002)面に起因するピークの半値全幅(FWHM)が5以下であり、好ましくは4以下であり、典型的には3~5の範囲である。このことは、スパッタ膜において、金属相のhcp構造が維持されていることを意味する。In one embodiment, the sputtered film obtained by carrying out the above-mentioned film formation method has a saturation magnetization of 200 emu/cc or less, preferably 150 emu/cc or less, and more preferably 100 emu/cc or less. The saturation magnetization is a value measured by a vibrating sample magnetometer (VSM). In one embodiment, the sputtered film obtained by carrying out the above-mentioned film formation method has a full width at half maximum (FWHM) of a peak due to the (002) plane of the hcp structure CoPt alloy, which appears between 2θ = 42 ° and 44 °, when analyzed by XRD (X-ray diffraction method), of 5 or less, preferably 4 or less, and typically in the range of 3 to 5. This means that the hcp structure of the metal phase is maintained in the sputtered film.
以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。The following examples of the present invention are presented together with comparative examples, but these examples are provided to provide a better understanding of the present invention and its advantages and are not intended to limit the invention.
<1.原料粉末>
(1)金属原料粉末として以下を用意した。
Co粉末(メジアン径:3μm)、Cr粉末(メジアン径:10μm)、Pt粉末(メジアン径:1μm)、Mo粉末(メジアン径:5μm)、B粉末(メジアン径:5μm)
(2)金属酸化物粉末として以下を用意した。
TiO2粉末(メジアン径:1μm)、SiO2粉末(メジアン径:1μm)、CoO粉末(メジアン径:2μm)
<1. Raw material powder>
(1) The following metal raw material powders were prepared:
Co powder (median diameter: 3 μm), Cr powder (median diameter: 10 μm), Pt powder (median diameter: 1 μm), Mo powder (median diameter: 5 μm), B powder (median diameter: 5 μm)
(2) The following metal oxide powders were prepared:
TiO2 powder (median diameter: 1 μm), SiO2 powder (median diameter: 1 μm), CoO powder (median diameter: 2 μm)
次いで、表1に示す試験番号に応じた原料組成になるように、各原料粉末を秤量して、粉砕媒体のSUSボールと共に容量10リットルのボールミルポットに投入し、Ar雰囲気中で8時間回転させて混合、粉砕した。混合、粉砕後の粉末のメジアン径を測定したところ3μm程度であった。次に、ポットから取り出した粉末をカーボン製の型に充填し、ホットプレス装置を用いて成型、焼結した。ホットプレスの条件は、真空雰囲気、昇温速度300℃/時間、保持温度1000℃、保持時間2時間とし、昇温開始時から温度保持終了まで30MPaで加圧した。保持終了後はチャンバー内でそのまま自然冷却させた。次に、ホットプレスの型から取り出した焼結体に熱間静水圧焼結(HIP)を施した。熱間静水圧焼結の条件は、昇温温度300℃/時間、保持温度950℃、保持時間2時間とし、昇温開始時からArガスのガス圧を徐々に高めて、950℃保持中は150MPaで加圧した。温度保持終了後は炉内でそのまま自然冷却させた。次に、旋盤を用いて、それぞれの焼結体を直径180.0mm、厚さ5.0mmの形状に切削加工し、円盤状のスパッタリングターゲット部材を得た。各試験例に係るスパッタリングターゲット部材はそれぞれ、下記の試験を実施するのに十分な数を用意した。Next, each raw material powder was weighed so that the raw material composition was according to the test number shown in Table 1, and was put into a 10-liter ball mill pot together with SUS balls as a grinding medium, and mixed and ground by rotating in an Ar atmosphere for 8 hours. The median diameter of the powder after mixing and grinding was measured to be about 3 μm. Next, the powder removed from the pot was filled into a carbon mold, molded and sintered using a hot press device. The hot press conditions were a vacuum atmosphere, a heating rate of 300°C/hour, a holding temperature of 1000°C, and a holding time of 2 hours, and pressure was applied at 30 MPa from the start of heating to the end of temperature holding. After the holding time was completed, the powder was allowed to cool naturally in the chamber. Next, the sintered body removed from the hot press mold was subjected to hot isostatic sintering (HIP). The conditions of hot isostatic sintering were heating temperature 300°C/hour, holding temperature 950°C, holding time 2 hours, and the gas pressure of Ar gas was gradually increased from the start of heating, and pressurized at 150 MPa while holding at 950°C. After the temperature holding was completed, the sintered bodies were naturally cooled in the furnace. Next, using a lathe, each sintered body was cut into a shape of 180.0 mm in diameter and 5.0 mm in thickness to obtain a disk-shaped sputtering target member. A sufficient number of sputtering target members according to each test example were prepared to carry out the following tests.
<2.組織分析>
上記手順により得られた各スパッタリングターゲット部材について、スパッタリング面に対して水平な切断面を切り出して鏡面研磨した。鏡面研磨した切断面をFE-EPMAの元素マッピング画像により解析した。その結果、何れの各スパッタリングターゲット部材についても、金属相及び酸化物相が相互に分散した組織を有していることが確認された。FE-EPMAの元素マッピング画像から、金属相及び酸化物相の何れについても、原料組成に対応した組成の粒子相が存在していることが確認された。金属相及び酸化物相の組成を表2に示す。
2. Organizational Analysis
For each sputtering target member obtained by the above procedure, a cut surface horizontal to the sputtering surface was cut out and mirror-polished. The mirror-polished cut surface was analyzed using FE-EPMA element mapping images. As a result, it was confirmed that each sputtering target member had a structure in which the metal phase and the oxide phase were mutually dispersed. From the FE-EPMA element mapping images, it was confirmed that for both the metal phase and the oxide phase, a particle phase with a composition corresponding to the raw material composition was present. The compositions of the metal phase and the oxide phase are shown in Table 2.
<3.酸化物相の体積率>
組織分析を行った鏡面研磨した切断面を日立社製型式S-3700NのSEM(走査型電子顕微鏡)を用いて、倍率3000倍で撮像した。次いで、SEM像に対してNational Institutes of Health製ImageJというソフトウェアを使用し、白黒への二値化処理を行って酸化物相(黒色部分)を特定し、SEM画像全体の面積に対する酸化物相の面積の比率を求めた。測定は3回行い、その平均値を酸化物相の体積率の測定値とした。2値化の手順は下記の通りである。
File→Openから画像を読み込む。Image→Typeから8-bitを選択する。画像のスケールを除いた部分を選択し、Image→Cropでスケール部分を切り取る。Process→Filters→Gaussian Blurを選択し、Sigmaに2を入力し、OKをクリックする。Process→Binary→Make Binaryを選択する。以上の手順で画像の2値化を行う。
<3. Volume ratio of oxide phase>
The mirror-polished cut surface subjected to the structural analysis was imaged at a magnification of 3000 times using a Hitachi S-3700N SEM (scanning electron microscope). Next, the SEM image was binarized to black and white using software called ImageJ manufactured by the National Institutes of Health to identify the oxide phase (black part), and the ratio of the area of the oxide phase to the area of the entire SEM image was determined. The measurement was performed three times, and the average value was used as the measured value of the volume fraction of the oxide phase. The binarization procedure is as follows.
Load the image from File → Open. Select 8-bit from Image → Type. Select the unscaled portion of the image and cut out the scaled portion with Image → Crop. Select Process → Filters → Gaussian Blur, enter 2 for Sigma, and click OK. Select Process → Binary → Make Binary. The image is binarized using the above steps.
<4.相対密度>
上記の製造方法で得られた各試験例に係るスパッタリングターゲット部材について、密度をアルキメデス法により測定し、組成によって定まる理論密度に対する割合(%)を求め、相対密度とした。結果を表3に示す。
<4. Relative Density>
The density of each sputtering target member according to the test example obtained by the above manufacturing method was measured by Archimedes' method, and the ratio (%) to the theoretical density determined by the composition was calculated as the relative density. The results are shown in Table 3.
<5.強度>
上記の製造方法で得られた各試験例に係るスパッタリングターゲット部材について、目視により割れの有無を確認した。結果を表3に示す。
5. Strength
The sputtering target members according to the respective test examples obtained by the above manufacturing method were visually inspected for the presence or absence of cracks. The results are shown in Table 3.
<6.成膜試験>
上記の製造手順で得られた各試験例に係るスパッタリングターゲット部材をマグネトロンスパッタ装置(キヤノンアネルバ製C-3010スパッタリングシステム)に取り付け、スパッタリングを実施した。スパッタリング条件は、投入電力1kW、Arガス圧1.7Paとし、シリコン基板上に20秒間成膜した。
<6. Film formation test>
The sputtering target members according to the respective test examples obtained by the above manufacturing procedure were attached to a magnetron sputtering device (Canon Anelva C-3010 sputtering system) and sputtering was carried out. The sputtering conditions were an input power of 1 kW, an Ar gas pressure of 1.7 Pa, and a film was formed on a silicon substrate for 20 seconds.
<7.XRD分析>
成膜試験で得られた各試験例に係るスパッタ膜について、以下の測定条件でXRD(X線回折法)分析した。回折ピークの位置は高角XRD測定により、半値全幅(FWHM)はロッキングカーブ測定により測定した。
分析装置:株式会社リガク製 高分解能X線薄膜評価装置Superlab
・高角XRD測定
管球:Cu(CuKαにて測定)
管電圧:40kV
管電流:20mA
光学系:2次元集光多層膜ミラー
スキャンモード:2θ/θ
走査範囲(2θ):10°~100°
測定ステップ(2θ):0.1°
測定サンプルサイズ:約10mm×10mm
・ロッキングカーブ測定
管球:Cu(CuKαにて測定)
管電圧:40kV
管電流:20mA
光学系:2次元集光多層膜ミラー
スキャンモード:θ単独
走査範囲(θ):高角XRDで特定した(002)面のピーク位置±10°
測定ステップ(2θ):0.2°
測定サンプルサイズ:約10mm×10mm
<7. XRD analysis>
The sputtered films according to the test examples obtained in the film formation test were analyzed by XRD (X-ray diffraction method) under the following measurement conditions: The positions of the diffraction peaks were measured by high-angle XRD measurement, and the full width at half maximum (FWHM) was measured by rocking curve measurement.
Analyzer: High-resolution X-ray thin film evaluation device Superlab manufactured by Rigaku Co., Ltd.
High angle XRD measurement tube: Cu (measured with CuKα)
Tube voltage: 40 kV
Tube current: 20mA
Optical system: 2D focusing multilayer mirror Scan mode: 2θ/θ
Scanning range (2θ): 10° to 100°
Measurement step (2θ): 0.1°
Measurement sample size: approx. 10mm x 10mm
Rocking curve measurement Tube: Cu (measured with CuKα)
Tube voltage: 40 kV
Tube current: 20mA
Optical system: 2-dimensional focusing multilayer mirror Scan mode: θ only Scan range (θ): ±10° from the peak position of the (002) plane identified by high-angle XRD
Measurement step (2θ): 0.2°
Measurement sample size: approx. 10mm x 10mm
得られたXRDプロファイルの解析は、株式会社リガク製統合粉末X線解析ソフトウェア PDXLを用いて実施した。得られた測定データに対して、BG除去、Kα2除去、ピークサーチを自動モードで実施し、2θ=42°~44°の間に現れる、hcp構造のCoPt合金の(002)面に起因する回折ピークの位置を特定し、また、当該ピークの半値全幅(FWHM)を測定した。当該ピークの存在は、測定面と平行に(002)面が出ていること、すなわち、hcp構造のC軸がスパッタ膜に対し垂直であることを意味する。結果を表3に示す。The obtained XRD profile was analyzed using Rigaku Corporation's integrated powder X-ray analysis software PDXL. The obtained measurement data was subjected to BG removal, Kα2 removal, and peak search in automatic mode to identify the position of the diffraction peak due to the (002) plane of the hcp structure CoPt alloy, which appears between 2θ = 42° and 44°, and also to measure the full width at half maximum (FWHM) of the peak. The presence of the peak means that the (002) plane appears parallel to the measurement surface, i.e., the C-axis of the hcp structure is perpendicular to the sputtered film. The results are shown in Table 3.
<8.磁気測定>
成膜試験で得られた各試験例に係るスパッタ膜について、VSM(玉川製作所製型式TM-VSM261483-HGC型)により磁気測定を行い、飽和磁化を測定した。結果を表3に示す。スパッタ膜の飽和磁化が200emu/cc以下であれば非磁性層への適用が期待できる。
8. Magnetic Measurements
For the sputtered films of each test example obtained in the film formation test, magnetic measurements were performed using a VSM (Tamagawa Seisakusho, Model TM-VSM261483-HGC) to measure the saturation magnetization. The results are shown in Table 3. If the saturation magnetization of the sputtered film is 200 emu/cc or less, it can be expected to be used as a non-magnetic layer.
<9.TEM観察>
成膜試験で得られた実施例1、比較例8及び比較例9に係るスパッタ膜について、日本電子製透過型電子顕微鏡(TEM)による組織観察(倍率:×40000)を行った。そして、画像解析によって金属相粒子の平均粒径及び標準偏差を測定した。結果を表4に示す。表4から、Ruの代わりにMoを使用しても遜色のない微細組織を有するスパッタ膜が得られたことが分かる。
<9. TEM Observation>
The sputtered films of Example 1, Comparative Example 8, and Comparative Example 9 obtained in the film formation test were subjected to structure observation (magnification: ×40,000) using a JEOL transmission electron microscope (TEM). The average particle size and standard deviation of the metal phase particles were then measured by image analysis. The results are shown in Table 4. It can be seen from Table 4 that sputtered films having a fine structure comparable to that obtained when Mo was used instead of Ru were obtained.
<10.考察>
比較例1は金属相がCo、Cr及びPtで構成されており、Moを含有しなかったため、結晶性の良いhcp構造を維持したまま成膜できなかった(半値幅が大きくなっていることから確認できる)。
比較例2は金属相がCo、Pt及びRuで構成されており、スパッタ膜は非磁性化し、hcp構造も維持できたが、Ruの原料費用が高いため、経済性に問題がある。
比較例3は金属相がCo、B及びPtで構成されており、Moを含有しなかったため、結晶性の良いhcp構造を維持したまま成膜できなかった(半値幅が大きくなっていることから確認できる)。
比較例4~7はMoを含有しているが、Mo、Cr、Ru及びBの合計濃度が不足したため、スパッタ膜の飽和磁化が高かった。
比較例8は金属相中のMoの濃度が高すぎたため、スパッタリングターゲット部材が脆化して割れが生じた。
比較例9は金属相がCo、Cr及びPtで構成されており、Moを含有しなかったため、また、CrとCoOを同時に使用したことで、CoOではなくCr2O3が生成したことで、うまく酸化物相で金属相を分離できておらず、金属相粒子の一部が粗大化したことを確認した。これは成膜後の金属相の粒子径の標準偏差が大きくなっていることから確認できる。
比較例10は金属相がCo、Pt及びRuで構成されており、スパッタ膜は非磁性化し、hcp構造も維持できたが、Ruの原料費用が高いため、経済性に問題がある。
比較例11は金属相がCo、Pt及びBで構成されており、Moを含有しなかったため、また、BとCoOを同時に使用したことで、CoOではなくB2O3が生成したことで、うまく酸化物相で金属相を分離できておらず、金属相粒子の一部が粗大化したことを確認した。これは製膜後の金属相の粒子径の標準偏差が大きくなっていることから確認できる。
一方、実施例1~10においては、金属相中の組成が比較例に比べて適切であったことから、スパッタ膜は非磁性化し、hcp構造も維持できた。また、金属相中のRuの濃度を低下させたことで、経済性も向上した。
10. Discussion
In Comparative Example 1, the metal phase was composed of Co, Cr, and Pt, and did not contain Mo, so it was not possible to form a film while maintaining the hcp structure with good crystallinity (this can be confirmed by the large half-value width).
In Comparative Example 2, the metal phase was composed of Co, Pt and Ru, the sputtered film was made nonmagnetic, and the hcp structure was maintained, but the cost of the raw material Ru was high, which raised a problem in terms of economy.
In Comparative Example 3, the metal phase was composed of Co, B, and Pt, and did not contain Mo, so it was not possible to form a film while maintaining the hcp structure with good crystallinity (this can be confirmed by the large half-value width).
Comparative Examples 4 to 7 contained Mo, but the total concentration of Mo, Cr, Ru and B was insufficient, so that the saturation magnetization of the sputtered films was high.
In Comparative Example 8, the Mo concentration in the metal phase was too high, so that the sputtering target member became embrittled and cracked.
In Comparative Example 9, the metal phase was composed of Co, Cr, and Pt, and did not contain Mo. In addition, Cr and CoO were used simultaneously, which resulted in the formation of Cr2O3 instead of CoO. As a result, the metal phase could not be separated well in the oxide phase, and some of the metal phase particles became coarse. This can be confirmed by the fact that the standard deviation of the particle size of the metal phase after film formation became large.
In Comparative Example 10, the metal phase was composed of Co, Pt and Ru, the sputtered film was made nonmagnetic, and the hcp structure was maintained, but the raw material cost of Ru was high, which raised economic problems.
In Comparative Example 11, the metal phase was composed of Co, Pt, and B, and Mo was not included. Also, B and CoO were used simultaneously, which resulted in the formation of B2O3 instead of CoO . As a result, the metal phase could not be separated well in the oxide phase, and some of the metal phase particles became coarse. This can be confirmed by the fact that the standard deviation of the particle size of the metal phase after the film formation became large.
On the other hand, in the embodiment 1 to 10, the composition in the metal phase is more appropriate than that in the comparative example, so that the sputtered film becomes non-magnetic and can maintain the hcp structure.In addition, by reducing the concentration of Ru in the metal phase, the economic efficiency is improved.
Claims (13)
金属相は、該ターゲット部材の全体組成を基準にして、Coを20~60mol%、Ptを5~30mol%、Moを1~40mol%含有すると共に、Mo、Cr、Ru及びBを合計濃度で25mol%以上含有し、
酸化物相の体積率が10~45%である、
非磁性層形成用スパッタリングターゲット部材。 A sputtering target member for forming a nonmagnetic layer, the sputtering target member having a structure in which a metal phase and an oxide phase are mutually dispersed,
The metal phase contains, based on the overall composition of the target member, 20 to 60 mol % Co, 5 to 30 mol % Pt, and 1 to 40 mol % Mo, and also contains Mo, Cr, Ru, and B in a total concentration of 25 mol % or more;
The volume fraction of the oxide phase is 10 to 45%.
A sputtering target member for forming a non-magnetic layer.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010222639A (en) | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Mitsubishi Materials Corp | Method for producing Co-based sintered alloy sputtering target for magnetic recording film formation having low magnetic permeability |
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| US20070099032A1 (en) * | 2005-11-02 | 2007-05-03 | Heraeus, Inc., A Corporation Of The State Of Arizona | Deposition of enhanced seed layer using tantalum alloy based sputter target |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010222639A (en) | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Mitsubishi Materials Corp | Method for producing Co-based sintered alloy sputtering target for magnetic recording film formation having low magnetic permeability |
| JP2011003260A (en) | 2009-06-22 | 2011-01-06 | Showa Denko Kk | Magnetic recording medium and magnetic recording and reproducing device |
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