DE102005049328A1 - Materialmischung, Sputtertarget, Verfahren zu seiner Herstellung sowie Verwendung der Materialmischung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Materialmischung, eine Cobalt-Basis-Legierung als überwiegende Komponente aufweisend, und besteht darin, dass sie zusätzlich mindestens TiO¶x¶ enthält.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Materialmischung, eine Cobalt-Basis-Legierung als überwiegende Komponente aufweisend, ein Sputtertarget sowie ein Herstellverfahren dafür.
  • Materialmischungen, die eine Cobalt-Basis-Legierung als überwiegende Komponente enthalten, sind beispielsweise aus US 6,759,005 oder aus DE 195 08 535 A1 bekannt. Diese Materialmischungen werden unter anderem zur Bildung dünner Schichten als magnetische Funktionsschichten, insbesondere in der magnetischen Datenspeichertechnik eingesetzt bzw. bilden diese Schichten. Durch die Anforderungen an eine hohe Kapazität dieser Schichten wachsen die Anforderungen an die Schichtmaterialien und somit an die zur Herstellung der Schichten verwendeten Sputtertargets, da diese Schichten bevorzugt durch Sputtern hergestellt werden.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Materialmischungen hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Eine Cobalt-Basis-Legierung als überwiegende Komponente, das heißt, mit einem Anteil von mehr als 50 Gew.-%, die zusätzlich mindestens TiOx als kleinere Komponente enthält, weist deutlich verbesserte magnetische Eigenschaften auf und ist daher als Dünnschicht für die magnetische Datenspeicherung besser geeignet. Derartige Materialien werden als Dünnschichten vorzugsweise durch Sputtertechnik abgeschieden. Eine besonders gute Homogenität bei der Abscheidung des Sputtermaterials vom Sputtertarget auf einem Substrat wird dadurch erreicht, dass das sauerstoffreduzierte (unterstöchiometrische), elektrisch leitfähige Titanoxid als Pulver mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 50 μm vorliegt. Bei dem TiOx beträgt das x vorzugsweise zwischen 1,5 und 1,998.
  • Die Materialmischung bzw. ein daraus hergestelltes Sputtertarget ist vorzugsweise aus dem Oxidpulver und einem Metallpulver aus der Cobalt-Basis-Legierung gebildet. Das Sputtertarget weist vorzugsweise eine Dichte von mindestens 95 % der theoretischen Dichte seines Materials auf. Es wird dadurch hergestellt, dass ein Pulver aus einer Cobalt-Basis-Legierung mit einem TiOx-Pulver gemischt und die Pulvermischung heißgepresst wird. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Pulvermischung heißaxial oder heißisostatisch gepresst wird. Die erfindungsgemäßen Materialmischungen führen zu Speichermedien mit sehr hoher Kapazität. Sie weisen einen TiOx-Anteil von vorzugsweise höchstens 15 mol% auf. Eine schmelzmetallurgische Herstellung dieser Materialmischungen bzw. entsprechender Sputtertargets ist schwierig bis unmöglich, da das keramische TiOx nicht mit der Cobalt-Basis-Legierung legiert. Ein mechanisches Einrühren von TiOx-Partikeln in die Cobalt-Basis-Legierungsschmelze führt in der Regel nicht zu einem homogenen Material. Auch pulvermetallurgische Herstellverfahren sind problematisch, da einerseits ein Mischungsproblem zwischen Metallpartikeln und keramischen Partikeln besteht und andererseits ein sputtertechnisches Problem, weil im Falle des Vorhandenseins von elektrisch isolierenden Keramikpartikeln in Sputtertargets Störungen im Sputterprozess auftreten. Auch diese Probleme wurden überraschenderweise durch die Erfindung gelöst.
    •
  • Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
  • Es werden 880 g eines inertgasverdüsten Pulvers aus einer Cobalt-Chrom-Legierung mit einem Chromanteil von 12 Gew.-% mit 120 g eines Pulvers aus vorbehandeltem TiOx über 24 Stunden in einem Taumelmischer gemischt. Die Mischung kann auch mit einem anderen üblichen Mischverfahren erfolgen, also beispielsweise mit einer Kugelmühle oder einem Trommelmischer. Das TiOx-Pulver wird durch eine Vakuumglühung in reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 1400°C vorbehandelt. Der Sauerstoffgehalt im TiOx-Pulver wird durch die sauerstoffreduzierende Glühung um etwa 2 Gew.-% verringert (gegenüber dem stöchiometrischen Sauerstoffgehalt). Danach wird das reduzierte TiOx-Pulver mit einem Sieb mit 50 μm Maschenweite gesiebt. Das TiOx-Pulver mit einer Teilchengröße von weniger als 50 μm wird mit dem Pulver aus der Cobalt-Chrom-Legierung in einem Taumelmischer 24 Stunden lang homogen vermischt. Danach wird das entstandene Gemisch aus der Cobalt-Chrom-Legierung und 9 mol% TiOx in eine Heißpressform gefüllt und in einer Vakuumpresse bei 1100°C mit einem Pressdruck von 30 MPa verdichtet. Das auf diese Weise heißgepresste Sputtertarget aus der beschriebenen Materialmischung (CoCr12 TiOx) besitzt eine relative Dichte von 98,0 % der theoretischen Dichte. Eine metallographische Schliffpräparation zeigt eine sehr homogene Verteilung der elektrisch leitfähigen TiOx-Teilchen in der Cobalt-Legierungs-Matrix.
  • Weiteres Beispiel ist auf analoge Weise hergestelltes Co/Pt18at%/Cr10at%/TiOx8mol%.

Claims (10)

  1. Materialmischung, eine Cobalt-Basis-Legierung als überwiegende Komponente aufweisend, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich mindestens TiOx enthält.
  2. Materialmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass TiOx mit x < 2 enthalten ist.
  3. Materialmischung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass TiOx mit 1,5 < x < 1,998 enthalten ist.
  4. Materialmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das TiOx partikelförmig mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 50 μm enthalten ist.
  5. Materialmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Mischung eines Metallpulvers mit einem Oxidpulver gebildet ist.
  6. Sputtertarget aus einer Materialmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Sputtertarget nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Dichte von mindestens 95 % der theoretischen Dichte aufweist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Sputtertargets nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulver aus einer Cobalt-Basis-Legierung mit einem TiOx-Pulver gemischt und die Pulvermischung heißgepresst wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulvermischung heißaxial oder heißisostatisch gepresst wird.
  10. Verwendung einer Materialmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Sputtertarget.
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