JP2006111963A - 低酸素含有合金及びスパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】磁気メモリ用途に有用な磁気特性を有するスパッタリングターゲット用低酸素含有合金およびその合金で構成したスパッタリングターゲットの提供。
【解決手段】Ｇａ，Ｉｎ，Ｎｉ及びＺｎから選択された１つの成分とＭｎを組み合わせたＭｎ合金、およびＦｅ又はＣｏをＰｔ又はＰｄと組み合わせたＦｅ合金またはＣｏ合金において、Ｌ１₀又はＬ１₂タイプの結晶構造を持つ規則化合物を形成する特定の組成範囲を限定し、不純物による磁気特性低下を防止のため、酸素および硫黄不純物含有量を低く限定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、低酸素含有合金及びスパッタリングターゲットに関し、より詳しくは、磁気メモリ用途に有用な磁気特性を有する低酸素含有合金及びこの合金で形成するスパッタリングターゲットに関する。

磁気抵抗（ＭＲ）ヘッドや磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、次世代の垂直磁気記録用途や携帯電話のメモリ用途に関して重要な技術であると期待されている。記録面密度を増大しメモリチップの大きさを縮小するような設計に改善するための新たな材料が研究されている。これら新たな材料は、このような技術に用いるための特有の磁気特性を保有しなければならないだけでなく、高純度でなければならない。

材料の純度は、磁気データ記録用途やＭＲＡＭ用途に用いられる薄膜材料の性能に重要な役割を果たす。例えば、酸素、窒素、硫黄及びアルカリドのような不純物の存在は、薄膜材料の格子構造を変え、それによって格子内で原子を置換する。材料の構造的規則に対するこの影響は、材料の磁気的性質を低下させ、その結果、磁気メモリ用途の磁気性能を低下させる。加えて、酸素のような不純物の存在は、磁気層内へ薄膜材料を通して短い拡散経路を生成するかもしれない。従って、特有の磁気特性を持ち高純度の薄膜材料を特定し開発する必要がある。

本発明は、磁気メモリ用途に用いるために好ましい磁気特性を持つ一連の合金を含む。前記合金は、特許請求の範囲に記載の組成範囲内でＬ１₀或いはＬ１₂タイプの結晶構造を持つ規則化合物を形成する。更に、本発明の合金は、酸素や硫黄のような不純物の含有量が低く、そのことが、磁気メモリ用途におけるより良好な性能を提供する。前記合金で薄膜用途に用いられるスパッタリングターゲットを形成することが望ましい。

本発明の合金は、Ｍｎ（マンガン）とＧａ（ガリウム），Ｉｎ（インジウム），Ｎｉ（ニッケル）及びＺｎ（亜鉛）から選択された１つの成分を組み合わせたＭｎ合金からなる。また、本発明の合金は、Ｆｅ（鉄）又はＣｏ（コバルト）とＰｔ（白金）又はＰｄ（パラジウム）を組み合わせたＦｅ合金及びＣｏ合金からなる。

本発明の前記合金の酸素含有量は、５００ｐｐｍ以下であり、好ましくは１００ｐｐｍである。更に、前記合金の硫黄含有量は、１００ｐｐｍ以下であり、好ましくは５０ｐｐｍ以下である。

本発明の上述の記載は、本発明の本質を素早く理解可能にするために総括的に記載、提供したもので、本発明をより完全に理解するには、以下の詳細な説明を参照すればよいであろう。

本発明者等は、好ましい磁気特性を示し、不純物含有量が低い一連の合金を特定し、開発した。本発明の合金は、Ｌ１₀或いはＬ１₂タイプの結晶構造を持つ規則化合物を形成する。更に、本発明の合金は酸素と硫黄の含有量が著しく低減した。

表１は、本発明の合金について適切な組成及び構造のデータを要約したものである。具体的には、表１は、規則相記号、構造呼称、前記規則相が存在する組成範囲及び前記規則相が他の相タイプと共存する組成範囲を確認する。表１に使用された規則相記号は、Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｄｉａｇｒａｍｓ，第２版（Ｔｈａｄｄｅｕｓ Ｂ．Ｍａｓｓａｌｓｋｉ編）に見られる状態図から得た。

表１に挙げた第１グループの合金は、Ｌ１₀或いはＬ１₂の結晶構造を示すＭｎ合金からなる。これらＭｎ合金は、磁気データ記録用途やＭＲＡＭ用途に用いられる薄膜材料にとって好ましい反強磁性特性を持つ。具体的には、これらＭｎ合金は、高密度記録に用いられる異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）や巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）スピンバルブセンサ用として重要である。これらＭｎ合金は、また、Ｍｎと共に使用する合金成分が、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ（イリジウム）或いはＲｈ（ロジウム）のような一般的に用いられる材料よりも安価な材料であることも重要である。下記の実施例１，２は、本発明に係るＭｎ−Ｎｉ合金とＭｎ−Ｉｎ合金についてそれぞれ説明する。

実施例１
一連の３つのＮｉ−Ｍｎ合金の溶解試験を行った。各試験の溶解装入物を下記の表２に示す。溶解装入物を、純度９９．９５％のＮｉの球状体（shots）と純度９９．９％のＭｎ薄片を用いて作成した。

第１溶解試験では、合金インゴットを直接ＭｇＯ（酸化マグネシウム）の坩堝で凝固した。第２及び第３溶解試験では、その合金を溶融し黒鉛鋳型で鋳造した。その黒鉛鋳型にＢＮ（窒化ホウ素）を噴霧し、ＶＩＭ（真空誘導溶解）装置のチャンバ内に据え付けられる前に別の炉内で５００Ｆまで予熱した。全ての３つの溶解試験に関して、ＶＩＭ装置のチャンバを、溶解作業に備えて約０．０５ミリバール（ｍｂａｒ）まで排気した。

全ての３つの試験の溶解作業を、ＶＩＭ装置に、５ｋＷの電力を２０分間供給し、その後、５分毎に５ｋＷ電力を増大して２０分間電力供給して行った。Ｍｎ薄片が溶解し始めた時点で、第１試験ではＶＩＭ装置のチャンバに約４０ｍｂａｒの圧力までアルゴンを注入した。第２及び第３試験では、ＶＩＭ装置のチャンバに、２５分で５００ｍｂａｒまでアルゴンを注入し、それから３７分で７００ｍｂａｒまでアルゴンを注入した。

合金試料を、化学組成を分析するためにインゴットから分取した。インゴットを製造した後のＭｇＯ坩堝と黒鉛鋳型の検査では、侵食の顕著な痕跡は見られなかった。図１及び図２は、それぞれ鋳放しのＮｉ４０Ｍｎａｔ．％合金と鋳放しのＮｉ３０Ｍｎａｔ．％合金のミクロ組織の光学顕微鏡写真を示す。３つの溶解試験による合金試料の化学分析結果を、下記の表３に示した。

表３に示すように、３つの溶解された合金は、それぞれ十分に脱酸され、酸素レベルが１００ｐｐｍを越えるものはなかった。第１及び第２溶解試験の酸素レベルを第３溶解試験の酸素レベルと比較すると、Ｃｅ（セリウム）もまた合金組成の脱酸に寄与することを示している。更には、Ｍｎ薄片の硫黄含有量が３００ｐｐｍ前後と測定されたことから、表３のデータは、ＣａＳｉ₂もまた溶解合金の脱硫に関与していることを示す。表３において、“／”は、その特定成分について測定していないことを示し、“０”は、その特定成分が検出されなかったことを示す。

実施例２
２４２７ｇの純度９９．９％のＭｎ薄片と５０７３ｇの純度９９．９％のＩｎ棒状体を用いて溶解試験を行なった。ＭｎとＩｎ成分に加えて、２５ｇのＣａＳｉ₂と１０ｇのＣｅを脱酸剤として添加した。溶解装入物は、ＶＩＭ装置のチャンバ内のＭｇＯ坩堝で０．０７ｍｂａｒの減圧下で５００Ｆまで予熱した。その後、ＶＩＭ装置のチャンバに５００ｍｂａｒまでアルゴンを注入し、そして、５ｋＷの電力を同装置へ２０分間供給し、その後、５分毎に５ｋＷ電力を増大して２０分間電力供給して溶解装入物を溶解した。その後、溶解装入物を黒鉛鋳型内で鋳造した。

図３は、鋳放しのＩｎ５０Ｍｎａｔ．％合金のミクロ組織を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。この顕微鏡写真に示されたそのミクロ組織は、３つの相、即ち、明るいインジウム母材、明るい灰色の相のように見える（Ｉｎ，Ｍｎ）固溶体及び暗灰色の粒子のように見えるＩｎＭｎ₃化合物からなる。顕微鏡写真内の黒い点は、気孔である。鋳放し材料の化学組成を分析し、その結果を下記の表４に示した。

また、表１に示されている合金としてＦｅ合金及びＣｏ合金がある。これら合金において、Ｆｅ又はＣｏは、合金を形成するためにＰｔ又はＰｄのいずれかと組み合わされる。これら合金は、２００ＧＢ以上の記録容量を達成することが期待される垂直記録技術を用いた次世代の記録媒体用として重要である。また、これらの合金は、高い異方性定数（Ｋμ＞１０⁷Ｊ．ｍ^-1）を達成できるものとして磁気ハード層の形成に特に重要である。下記の実施例３は、Ｆｅ−Ｐｔ合金の一例を示す。

実施例３
１３．５００ｋｇの純度９９．９％のＰｔ球状体（shots）と４．７２４ｋｇの純度９９．９７％の電解Ｆｅ薄片を用いて溶解試験を行なった。９１ｇ（〜０．５０ｗｔ．％）のＣａＳｉ₂を脱酸のために溶解装入物に加えた。ＰｔとＦｅを交互に積層してその層間にＣａＳｉ₂を均一に配した溶解装入物をマグネシア坩堝に配置した。ＶＩＭ装置チャンバを密閉し、０．０７ｍｂａｒの初期レベルまで減圧した。その後、チャンバにアルゴンを注入し、溶解及び鋳造の間５００ｍｂａｒの圧力を維持した。溶解は、ＶＩＭ装置に５ｋＷの電力を２０分間供給し、その後、５分毎に５ｋＷ電力を増大して２０分間電力供給をして行った。そのモールドシステムは、幅８．００インチ、長さ１５．００インチ、厚さ０．６０インチの黒鉛シェルとした。

図４は、鋳放しのＦｅ４５Ｐｔａｔ．％合金のミクロ組成を示す光学顕微鏡写真である。そのミクロ組織は、上述の表１に示されたＦｅＰｔ単一相の密に双晶化した粒子からなる。その双晶化粒子は、１３００℃での正方晶のＦｅＰｔへの（γＦｅ，Ｐｔ）ｆｃｃ固溶体の変態中における格子ひずみに起因すると考えられる。その鋳放し材料の化学成分を分析し、その結果を下記の表５に示した。

前述の各実施例は、本発明に係る合金の例を示している。これら実施例は、その範囲や発明を制限することを意図するものではなく、本発明は、特許請求の範囲の記載から解釈されるべきである。

前述の実施例が最良の形態及び／又は他の実施例であると考えられていることを述べていると同時に、種々の変形が可能であり、ここに記載された主題は種々の形態及び実施例によって実施可能であり、また、ここに記載したのは数例だが多数の用途に適用することが可能であることが理解されるであろう。

鋳放しＮｉ４０Ｍｎat.％合金の光学顕微鏡写真を示す。 鋳放しＮｉ３０Ｍｎat.％合金の光学顕微鏡写真を示す。 鋳放しＩｎ５０Ｍｎat.％合金のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。 鋳放しＦｅ４５Ｐｔat.％規則合金の光学顕微鏡写真を示す。

Claims (44)

1. ５０−３０ａｔ．％のマンガンと５０−７０ａｔ．％のガリウムからなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
2. ４５−３７ａｔ．％のマンガンと５５−６３ａｔ．％のガリウムからなる請求項１に記載の低酸素含有合金。
3. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項１に記載の低酸素含有合金。
4. ５０−１５ａｔ．％のマンガンと５０−８５ａｔ．％のインジウムからなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
5. ２５ａｔ．％のマンガンと７５ａｔ．％のインジウムからなる請求項４に記載の低酸素含有合金。
6. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項４に記載の低酸素含有合金。
7. ５６−４０ａｔ．％のマンガンと４４−６０ａｔ．％のニッケルからなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
8. ５３−４４．５ａｔ．％のマンガンと４７−５５．５ａｔ．％のニッケルからなる請求項７に記載の低酸素含有合金。
9. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項７に記載の低酸素含有合金。
10. ９０−７０ａｔ．％のニッケルと１０−３０ａｔ．％のマンガンからなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
11. ８５−７１ａｔ．％のニッケルと１５−２９ａｔ．％のマンガンからなる請求項１０に記載の低酸素含有合金。
12. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項１０に記載の低酸素含有合金。
13. ８０−６０ａｔ．％の亜鉛と２０−４０ａｔ．％のマンガンからなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
14. ７５−６９ａｔ．％の亜鉛と２５−３１ａｔ．％のマンガンからなる請求項１３に記載の低酸素含有合金。
15. ７５−７０ａｔ．％の亜鉛と２５−３０ａｔ．％のマンガンからなる請求項１３に記載の低酸素含有合金。
16. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項１３に記載の低酸素含有合金。
17. ８４−６５ａｔ．％の鉄と１６−３５ａｔ．％の白金からなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
18. ８４−６７ａｔ．％の鉄と１６−３３ａｔ．％の白金からなる請求項１７に記載の低酸素含有合金。
19. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項１７に記載の低酸素含有合金。
20. ６５−４１ａｔ．％の鉄と３５−５９ａｔ．％の白金からなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
21. ６５−４５ａｔ．％の鉄と３５−５５ａｔ．％の白金からなる請求項２０に記載の低酸素含有合金。
22. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項２０に記載の低酸素含有合金。
23. ４３−１７ａｔ．％の鉄と５７−８３ａｔ．％の白金からなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
24. ４３−２１ａｔ．％の鉄と５７−７９ａｔ．％の白金からなる請求項２３に記載の低酸素含有合金。
25. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項２３に記載の低酸素含有合金。
26. ７０−３７ａｔ．％の鉄と３０−６３ａｔ．％のパラジウムからなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
27. ５１．４−４０ａｔ．％の鉄と４８．５−６０ａｔ．％のパラジウムからなる請求項２６に記載の低酸素含有合金。
28. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項２６に記載の低酸素含有合金。
29. ４０−１２ａｔ．％の鉄と６０−８８ａｔ．％のパラジウムからなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
30. ３７−１４ａｔ．％の鉄と６３−８６ａｔ．％のパラジウムからなる請求項２９に記載の低酸素含有合金。
31. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項２９に記載の低酸素含有合金。
32. ６０−２４ａｔ．％のコバルトと４０−７６ａｔ．％の白金からなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
33. ５８−２６ａｔ．％のコバルトと４２−７４ａｔ．％の白金からなる請求項３２に記載の低酸素含有合金。
34. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項３２に記載の低酸素含有合金。
35. ２５−１０ａｔ．％のコバルトと７５−９０ａｔ．％の白金からなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
36. ２５−１２ａｔ．％のコバルトと７５−８８ａｔ．％の白金からなる請求項３５に記載の低酸素含有合金。
37. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項３５に記載の低酸素含有合金。
38. ７０−４２ａｔ．％のコバルトと３０−５８ａｔ．％のパラジウムからなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
39. ５２−４８ａｔ．％のコバルトと４８−５２ａｔ．％のパラジウムからなる請求項３８に記載の低酸素含有合金。
40. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項３８に記載の低酸素含有合金。
41. ４２−６ａｔ．％のコバルトと５８−９４ａｔ．％のパラジウムからなり、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする低酸素含有合金。
42. ４０−１０ａｔ．％のコバルトと６０−９０ａｔ．％のパラジウムからなる請求項４１に記載の低酸素含有合金。
43. 酸素含有量が１００ｐｐｍ以下で、硫黄含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項４１に記載の低酸素含有合金。
44. 請求項１〜４３のいずれか１つに記載の低酸素含有合金で構成したことを特徴とするスパッタリングターゲット。

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