JP2006045587A - セラミックス−金属複合材料からなるスパッタリングターゲット材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明のスパッタリングターゲット材は、マトリックスとしての金属相と、該金属マトリックス中に散在しているセラミックス相と、これらの界面に形成されたセラミックス−金属反応相とを有してなり、かつ、相対密度が99%以上であることを特徴としている。
【効果】 本発明によれば、スパッタリング時のアーキングやスプラッシュの発生を効果的に防止することができ、とくにアーキングについては事実上皆無とすることができる。
【選択図】 なし
Description
とくに近年、磁気記録媒体や金属配線材料に関しても、このような複合材料薄膜を用いることで、従来にない特長が引き出せることが明らかになってきている。その代表例としては、磁気記録媒体に用いられるCo−Pt−SiO2などが挙げられる。
プラッシュの発生を皆無にすることはできない。さらに、特許文献1には、どのような手段あるいは方法によればスパッタリングターゲット中の酸化物相の粒径を10μm以下とすることができるのか、具体的に何ら記載されていない。
下記式で表される理論密度ρ(g/cm3)に対する百分率で定義される相対密度が99%以上であることを特徴としている;
ρiはC1〜Ciに対応する各構成物質の密度(g/cm3)を示す。)。
本発明では、さらに、前記セラミックス相の長軸粒径が、10μm以下であることが好ましい。
さらに、本発明のスパッタリングターゲット材では、前記金属相は少なくともCoを含有してなり、かつ、前記セラミックス相はCo酸化物よりも生成自由エネルギーの小さい酸化物からなることが好ましい。
さらに、前記金属相は、Cr、Ta、W、Ptからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属とCoとからなることが好ましく、前記Co酸化物よりも生成自由エネルギーの小さい酸化物は、SiO2であることが好ましい。
少なくとも、マトリックスとしての金属相と、該金属マトリックス中に散在しているセラミックス相とを有してなり、かつ、
下記式で表される理論密度ρ(g/cm3)に対する百分率で定義される相対密度が99
%以上であるスパッタリングターゲット材の製造方法であって、
セラミックス粒子表面に金属被覆層あるいはセラミックス−金属反応層が形成された複合粒子と、金属粉とを混合した後、加圧焼結することを特徴としている;
ρiはC1〜Ciに対応する各構成物質の密度(g/cm3)を示す。)。
なお、前記スパッタリングターゲット材のセラミックス相の長軸粒径は10μm以下であることが好ましい。
また、前記金属粉は少なくともCoを含有してなり、かつ、前記セラミックス粒子はCo酸化物よりも生成自由エネルギーの小さい酸化物からなることが望ましい。
<スパッタリングターゲット材の製造方法>
本発明に係るスパッタリングターゲット材の製造方法は、少なくとも、マトリックスと
しての金属相と、該金属マトリックス中に散在しているセラミックス相とを有してなり、かつ、相対密度が99%以上であるスパッタリングターゲット材を製造するための方法であって、
セラミックス粒子表面に金属被覆層あるいはセラミックス−金属反応層が形成された複合粒子と、金属粉とを混合した後、加圧焼結することを特徴としている。
ρiはC1〜Ciに対応する各構成物質の密度(g/cm3)を示す。)
たとえば、ターゲット材がCo−Ta−Cr−SiO2(各構成物質の含有量は、Co
50重量%、Ta37.2重量%、Cr6.6重量%、SiO26.2重量%)からなる
場合には、このターゲット材の理論密度ρ(g/cm3)は、
[[(50/100)/8.9]+[(37.2/100)/16.64]+[(6.6/100)/7.19]+[(6.2/100)/2.3]]-1=8.72(g/cm3)として求められる。
上述したように、限られた時間の中で加圧などの焼結条件でスパッタリングターゲット材の相対密度を限りなく100%に近づけることは極めて困難であるが、本発明では、使用するセラミックス粒子表面に金属被覆層あるいはセラミックス−金属反応層が形成された複合粒子と、金属粉とを原料粉体として、これらを混合した後、加圧焼結することにより、ターゲット材の相対密度を通常は99%以上、好ましくは99.5〜100%、より好ましくは99.9〜100%とすることが可能である。
本発明では、前記所定の構造の複合粒子を原料粉体として使用することにより、このような凝集を防止し、ターゲット材中のセラミックス相の分散性を制御することができる。
金属相をマトリックスとし、該金属マトリックス中にセラミックス相が散在しているセラミックス−金属複合材料のみからなるスパッタリングターゲット材を、スパッタリングしていくと、スパッタエッチが進行していくにつれて、セラミックス相がスパッタリングターゲット材の表面に露出してくるが、この場合、露出したセラミックス相の表面は、スパッタ時の再付着によりターゲット材の各構成元素によって覆われ、露出したセラミックス相の表面には再付着層が形成される。
マトリックスとしての金属相と、該金属マトリックス中に散在しているセラミックス相と、これらの界面に形成されたセラミックス−金属反応相とを有してなり、かつ、
前記相対密度が通常99%以上、好ましくは99.5〜100%、より好ましくは99.9〜100%である。
さらに、本発明では、前記セラミックス−金属反応相の厚さは、通常5〜2000Å、好ましくは5〜1000Åであることが望ましい。なお、該セラミックス−金属反応相の厚みとは、得られたスパッタリングターゲット材から、FIB(集束イオンビーム加工観察装置)によって、スパッタリングターゲット材の薄片試料(w×h×d=15μm×10μm×0.1μm)を作製し、これをTEM(透過型電子顕微鏡)観察し、このTEM像12μm×15μm中に存在するセラミックス−金属反応相の厚さを5点測定し平均した値をいう。
SiO2のみからなることがさらに好ましい。
セラミックス−金属反応相を分析することによって求められる。この場合、分析ビーム径が100Åであるため、セラミックス−金属反応相の厚さがこれより薄い場合には、周囲の金属相やセラミックス相の組成をも拾ってしまうことになるが、そのような誤差はCoでは数atom%程度であると考えられるため、Coが上述した範囲内の量で検出されれば有意差があると推測される。
このようなターゲット材は、上述した製造方法、好ましくはメカニカルアロイング法により得られた複合粒子と、金属粉とを原料粉体として用いた焼結法よって製造することができる。
なお、下記の例において、各粉体、複合粒子の平均粒径は、マイクロトラック粒度分布測定装置(9320-HRAX100;日機装(株)製)により測定した。
<複合粒子の製造>
Co粉(添川理化学製、純度99.9重量%、平均粒径6μm)と、SiO2粉(東芝
セラミックス製溶融石英粉、純度99.9重量%、平均粒径35μm)とを用いて下記の条件でメカニカルアロイングを行い、平均粒径1.5μmの複合粒子を得た。
大気雰囲気下、回転数50rpm、120時間。
<スパッタリングターゲット材の製造>
上記メカニカルアロイングにより得られた平均粒径1.5μmの複合粒子30gに、前記Co粉155g、Ta粉(スタルク製、純度99.9重量%(3N)、平均粒径5μm)123g、Cr粉(添川理化学製、純度99.9重量%(3N)、平均粒径5μm)22gを加え、攪拌混合、整粒し、原料粉体を得た。
また、切断したターゲット材の一部を用いて、FIB(セイコーインスツルメンツ社製;SMI2050)によって、薄片試料(w×h×d=15μm×10μm×0.1μm)を作
製し、TEM−EDX(H-9000NAR;日立製作所(株)製)を用いて、加速電圧300kV、分析ビーム径100Åにて、TEM観察およびEDX分析を行ったところ、TEM観察によるセラミックス−金属反応相の厚さは、5点測定の平均値で400Åであり、セラミックス−金属反応相の組成は表1に示したとおりであった。
400Åであることが分かる。
<スパッタリング性能評価>
上記スパッタリングターゲット材と、バッキングプレートとを、Inをボンディング材として塗布し、接合した後、冷却し、スパッタリングターゲットを作製した。
スパッタ条件;
枚様式マグネトロンスパッタ、プロセスガス;Ar、プロセス圧力;0.5Pa、投入電力;5W/cm2。
より評価した。積算投入電力量に対するアーキング回数が少ないほど、アーキング防止能が高いといえる。
テクノロジー社製)を用いて、測定条件を検出モード;エネルギー、アーク検出電圧;100V、大−中エネルギー境界;50mJ、ハードアーク最低時間;100μsとして、
積算投入電力量が20Wh/cm2となるまでの累積アーキング回数を測定した。結果を
表1に示す。
<スパッタリングターゲット材の製造>
実施例1で用いたのと同じ、Co粉165g、Ta粉123g、Cr粉22g、SiO2粉20gを、攪拌混合、整粒し、原料粉体を得た。
上記スパッタリングターゲット材の理論密度は、実施例1と同じく8.72(g/cm3)であり、該ターゲット材の密度は8.35(g/cm3)であったことから、相対密度は、100×8.35/8.72=95.8%であった。
SEM像を図2−1に示す。図2−1中、黒い部分はSiO2相を示している。
TEM像を図2−2に示す。図2−2中、黒い部分はCo相であり、白い部分はSiO2相である。
使用したTEMの実質的な分解能は5Å以上であり、EDX分析による金属相とセラミックス相との界面付近の組成も実施例1のCo−SiO2反応相とは大きく異なっている
ことから、上記スパッタリングターゲット材にはCo−SiO2反応相は実質的に存在し
ないと考えられる。
<スパッタリング性能評価>
実施例1と同様にしてスパッタリング時のアーキングを評価した。結果を表1に示す。
<スパッタリングターゲット材の製造>
実施例1で用いたのと同じ、Co粉165g、Ta粉123g、Cr粉22gのほかに、SiO2粉(アエロジル製;石英粉、純度99.9重量%、平均粒径0.05μm)2
0gを、攪拌混合、整粒し、原料粉体を得た。
上記スパッタリングターゲット材の理論密度は、実施例1と同じく8.72(g/cm3)であり、該ターゲット材の密度は8.46(g/cm3)であったことから、相対密度は、100×8.46/8.72=97%であった。
SEM像を図3−1に示す。図3−1中、黒い部分はSiO2相を示している。
TEM像を図3−2に示す。図3−2中、黒い部分はCo相であり、白い部分はSiO2相である。
使用したTEMの実質的な分解能は5Å以上であり、EDX分析による金属相とセラミックス相との界面付近の組成も実施例1のCo−SiO2反応相とは大きく異なっている
ことから、上記スパッタリングターゲット材にはCo−SiO2反応相は実質的に存在し
ないと考えられる。
<スパッタリング性能評価>
実施例1と同様にしてスパッタリング時のアーキングを評価した。結果を表1に示す。
<スパッタリングターゲット材の製造>
メカニカルアロイングにより得られた実施例1の複合粒子(平均粒径1.5μm)21gに、Co粉(添川理化学製、純度99.9重量%、平均粒径6μm)121g、W粉(日本タングステン製、純度99.9重量%(3N)、平均粒径10μm)97gを加え、攪拌混合、整粒し、原料粉体を得た。
上記スパッタリングターゲット材の理論密度は、9.36(g/cm3)であり、該ターゲット材の密度は9.35(g/cm3)であったことから、相対密度は、100×9.35/9.36=99.9%であった。
また、実施例1と同様の条件および装置でTEM観察したところ、セラミックス相と金属相との間にセラミックス−金属反応相が観察された。
Claims (14)
- マトリックスとしての金属相と、該金属マトリックス中に散在しているセラミックス相と、これらの界面に形成されたセラミックス−金属反応相とを有してなり、かつ、
下記式で表される理論密度ρ(g/cm3)に対する百分率で定義される相対密度が99%以上であることを特徴とするスパッタリングターゲット材;
ρiはC1〜Ciに対応する各構成物質の密度(g/cm3)を示す。)。 - 前記セラミックス相の長軸粒径が10μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のスパッタリングターゲット材。
- 前記セラミックス−金属反応相の厚さが5〜2000Åであることを特徴とする請求項2に記載のスパッタリングターゲット材。
- 前記金属相が少なくともCoを含有してなり、かつ、前記セラミックス相がCo酸化物よりも生成自由エネルギーの小さい酸化物からなることを特徴とする請求項3に記載のスパッタリングターゲット材。
- 前記セラミックス−金属反応相中に含まれているCoの量が20〜80atom%の範囲内であることを特徴とする請求項4に記載のスパッタリングターゲット材。
- 前記金属相が、Cr、Ta、W、Ptからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属とCoとからなることを特徴とする請求項5に記載のスパッタリングターゲット材。
- 前記Co酸化物よりも生成自由エネルギーの小さい酸化物が、SiO2であることを特
徴とする請求項4〜6のいずれかに記載のスパッタリングターゲット材。 - 少なくとも、マトリックスとしての金属相と、該金属マトリックス中に散在しているセラミックス相とを有してなり、かつ、
下記式で表される理論密度ρ(g/cm3)に対する百分率で定義される相対密度が99%以上であるスパッタリングターゲット材の製造方法であって、
セラミックス粒子表面に金属被覆層あるいはセラミックス−金属反応層が形成された複合粒子と、金属粉とを混合した後、加圧焼結することを特徴とするスパッタリングターゲット材の製造方法;
ρiはC1〜Ciに対応する各構成物質の密度(g/cm3)を示す。)。 - 前記セラミックス相の長軸粒径が10μm以下であることを特徴とする請求項8に記載のスパッタリングターゲット材の製造方法;
- セラミックス粒子表面にセラミックス−金属反応層が形成された複合粒子と、金属粉とを混合した後、加圧焼結することを特徴とする請求項9に記載のスパッタリングターゲット材の製造方法。
- 前記複合粒子を、セラミックス粒子と金属粉とを使用するメカニカルアロイング法によって製造することを特徴とする請求項10に記載のスパッタリングターゲット材の製造方法。
- 前記金属粉が少なくともCoを含有してなり、かつ、前記セラミックス粒子がCo酸化物よりも生成自由エネルギーの小さい酸化物からなることを特徴とする請求項8に記載のスパッタリングターゲット材の製造方法。
- 前記金属粉が、Cr、Ta、W、Ptからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属とCoとからなることを特徴とする請求項12に記載のスパッタリングターゲット材の製造方法。
- 前記Co酸化物よりも生成自由エネルギーの小さい酸化物が、SiO2であることを特
徴とする請求項12または13に記載のスパッタリングターゲット材の製造方法。
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