JP2018172762A - Sputtering target, magnetic film, and production method of magnetic film - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、主としてＣｏからなる金属相中に酸化物粒子が分散した組織構造を有し、磁気記録媒体を構成する磁気記録層その他の磁性膜の形成に用いるスパッタリングターゲット、磁性膜および、磁性膜の製造方法に関するものであり、特には、磁性膜の磁気特性の向上に寄与することのできる技術を提案するものである。 The present invention has a structure in which oxide particles are dispersed in a metal phase mainly composed of Co, and includes a sputtering target, a magnetic film, and a magnetic film used for forming a magnetic recording layer and other magnetic films constituting a magnetic recording medium. In particular, it proposes a technique that can contribute to the improvement of the magnetic properties of the magnetic film.
たとえばハードディスク装置では、記録面に対して垂直方向に磁気を記録する垂直磁気記録方式が実用化され、それまでの水平磁気記録方式に比べて高密度の記録が可能であることから広く採用されている。 For example, in a hard disk device, a perpendicular magnetic recording system that records magnetism in a direction perpendicular to the recording surface has been put into practical use, and is widely adopted because high-density recording is possible compared to the conventional horizontal magnetic recording system. Yes.
垂直磁気記録方式の磁気記録媒体は、概して、アルミニウムやガラス等の基板上に軟磁性層、非磁性中間層、磁気記録層および保護層を順次に積層して構成されるものであり、このうち磁気記録層に、Ｃｏを主成分とするＣｏ‐Ｃｒ‐Ｐｔ系合金等にＳｉＯ2等の酸化物が添加されたグラニュラー構造の磁性膜が用いられる。これにより、当該磁気記録層中で、非磁性材料となる上記の酸化物が、垂直方向に配向するＣｏ合金等の磁性粒子の粒界へ析出して、磁性粒子間の磁気的な相互作用が低減され、それによるノイズ特性の向上および、高い記録密度を実現している。 A perpendicular magnetic recording type magnetic recording medium is generally configured by sequentially stacking a soft magnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, a magnetic recording layer, and a protective layer on a substrate such as aluminum or glass. For the magnetic recording layer, a magnetic film having a granular structure in which an oxide such as SiO 2 is added to a Co—Cr—Pt alloy containing Co as a main component is used. As a result, in the magnetic recording layer, the above-mentioned oxide serving as a nonmagnetic material is precipitated at the grain boundary of magnetic particles such as a Co alloy oriented in the vertical direction, and magnetic interaction between the magnetic particles is caused. As a result, noise characteristics are improved and high recording density is realized.
このような磁気記録媒体の磁気記録層は通常、Ｃｏを主成分とする金属相に所定の酸化物粒子を分散させてなるスパッタリングターゲットを用いて、マグネトロンスパッタリング装置で、所定の層上にスパッタリングすることにより形成される。
なお、この種のスパッタリングに関する技術として従来は、特許文献１〜７に記載されたもの等がある。
The magnetic recording layer of such a magnetic recording medium is usually sputtered onto a predetermined layer with a magnetron sputtering apparatus using a sputtering target in which predetermined oxide particles are dispersed in a metal phase containing Co as a main component. Is formed.
Conventionally, there are techniques described in Patent Documents 1 to 7 as techniques relating to this type of sputtering.
ところで、上述したような垂直磁気記録方式の磁気記録層の形成に用いるスパッタリングターゲットでは一般に、垂直方向に配向する磁性粒子の相互を磁気的に分離させる酸化物として、ＳｉＯ2やＴｉＯ2等の金属酸化物が用いられている。
しかしながら、このようなＳｉやＴｉの酸化物を添加しただけでは、磁性粒子間の分離が不十分であり、それにより、記録層起因のノイズの低減の観点から問題があることが解かった。
By the way, in the sputtering target used for forming the magnetic recording layer of the perpendicular magnetic recording system as described above, a metal such as SiO 2 or TiO 2 is generally used as an oxide that magnetically separates magnetic particles oriented in the vertical direction. An oxide is used.
However, it has been found that the addition of such Si and Ti oxides results in insufficient separation between the magnetic particles, thereby causing a problem from the viewpoint of reducing noise caused by the recording layer.
一方、分離を良くするために添加酸化物の量を増やそうとすれば、磁性粒子が小さくなったり、磁性粒子内に酸化物が分布したりすることになり、その結果として、高い保磁力を維持することができなくなる。 On the other hand, if the amount of added oxide is increased to improve the separation, the magnetic particles become smaller or the oxides are distributed in the magnetic particles. As a result, a high coercive force is maintained. Can not do.
この発明は、従来技術が抱えるこのような問題を解決するものであり、その目的は、磁性粒子間の良好な磁気的分離性および、高い保磁力を両立させた磁性膜を形成することのできるスパッタリングターゲット、磁性膜および、磁性膜の製造方法を提供することにある。 The present invention solves such problems of the prior art, and an object of the present invention is to form a magnetic film that achieves both good magnetic separation between magnetic particles and high coercive force. A sputtering target, a magnetic film, and a method for manufacturing the magnetic film are provided.
発明者は、スパッタリングターゲットを製造するに当り、Ｃｏ等の金属粉末ならびに、Ｓｉ及び／又はＴｉの酸化物粉末の他、さらにＺｎＯ粉末を添加し、たとえば、ホットプレス法を用いて、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気の下、７００〜１５００℃の温度範囲で粉末焼結を行うことにより、Ｚｎ‐Ｔｉ‐Ｏ及び／又はＺｎ‐Ｓｉ‐Ｏの複合酸化物が形成され、この複合酸化物が、良好な磁気的分離性および高い保磁力をもたらすことを見出した。 The inventor added a ZnO powder in addition to a metal powder such as Co and an oxide powder of Si and / or Ti in manufacturing a sputtering target, for example, using a hot press method in a vacuum atmosphere or By performing powder sintering in a temperature range of 700 to 1500 ° C. under an inert gas atmosphere, a composite oxide of Zn—Ti—O and / or Zn—Si—O is formed. It has been found that it provides good magnetic separation and high coercivity.
これは、Ｚｎ‐Ｔｉ‐ＯやＺｎ‐Ｓｉ‐Ｏの複合酸化物が、磁性粒子の周囲にほぼ均一に分布し、それによって磁性粒子のサイズと磁気異方性を下げることなく粒間の強磁性交換結合を小さくできると考えられるが、この発明は、このような理論に限定されるものでない。 This is because Zn-Ti-O and Zn-Si-O complex oxides are distributed almost uniformly around the magnetic particles, thereby reducing the intergranular strength without reducing the size and magnetic anisotropy of the magnetic particles. Although it is considered that the magnetic exchange coupling can be reduced, the present invention is not limited to such a theory.
かかる知見の下、この発明のスパッタリングターゲットは、原子比換算で１ａｔ．％以上のＺｎを含有し、その一部または全部がＺｎ‐Ｔｉ‐Ｏ及び／又はＺｎ‐Ｓｉ‐Ｏの複合酸化物を形成しており、Ｐｔが４５ａｔ．％以下であり、残部にＣｏ及び不可避的不純物を含有するものからなるものである。 Under such knowledge, the sputtering target of the present invention has an atomic ratio of 1 at. % Or more of Zn, part or all of which forms a composite oxide of Zn—Ti—O and / or Zn—Si—O, and Pt of 45 at. % Or less, and the balance contains Co and inevitable impurities.
この発明のスパッタリングターゲットでは、酸化物が、Ｚｎ2ＴｉＯ4及び／又はＺｎ2ＳｉＯ4を含むことが好ましい。
また、この発明のスパッタリングターゲットは、Ｚｎを１ａｔ．％〜１５ａｔ．％で含有することが好ましい。
The sputtering target of the present invention, the oxide preferably includes a Zn 2 TiO 4 and / or Zn 2 SiO 4.
The sputtering target of the present invention contains Zn at 1 at. % To 15 at. It is preferable to contain by%.
この発明のスパッタリングターゲットはさらに、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｂ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｍｏ及びＴｉからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物を形成しているものとすることができる。
また、この発明のスパッタリングターゲットはさらに、Ａｕ、Ａｇ、Ｂ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ及びＺｎからなる群から選択される少なくとも一種を、それぞれ６０ａｔ．％以下で含有するものとすることができる。
The sputtering target of the present invention may further form an oxide of at least one element selected from the group consisting of Co, Cr, Si, B, W, Nb, Mn, Mo, and Ti. .
The sputtering target of the present invention further includes Au, Ag, B, Cu, Cr, Ga, Ge, Ir, Mn, Mo, Nb, Ni, Pd, Re, Rh, Ru, Si, Sn, Ti, Ta, At least one selected from the group consisting of W, V and Zn is 60 at. % Or less.
この発明の磁性膜は、１ａｔ．％以上のＺｎとＴｉ及び／又はＺｎとＳｉを含有し、その一部または全部が酸化物として存在し、Ｐｔが４５ａｔ．％以下であり、残部にＣｏ及び不可避的不純物を含むものである。 The magnetic film of the present invention has 1 at. % Or more of Zn and Ti and / or Zn and Si, part or all of which is present as an oxide, and Pt of 45 at. %, And the balance contains Co and inevitable impurities.
この発明の磁性膜では、Ｚｎを、１ａｔ．％以上かつ１５ａｔ．％以下で含有することが好ましい。 In the magnetic film of the present invention, Zn is changed to 1 at. % And 15 at. % Or less is preferable.
この発明の磁性膜はさらに、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｂ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｍｏ及びＴｉからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物を形成しているものとすることができる。
また、この発明の磁性膜はさらに、Ａｕ、Ａｇ、Ｂ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ及びＺｎからなる群から選択される少なくとも一種を、それぞれ６０ａｔ．％以下で含有するものとすることができる。
The magnetic film of the present invention may further form an oxide of at least one element selected from the group consisting of Co, Cr, Si, B, W, Nb, Mn, Mo, and Ti. .
The magnetic film of the present invention further includes Au, Ag, B, Cu, Cr, Ga, Ge, Ir, Mn, Mo, Nb, Ni, Pd, Re, Rh, Ru, Si, Sn, Ti, Ta, At least one selected from the group consisting of W, V and Zn is 60 at. % Or less.
この発明の磁性膜の製造方法は、先述したいずれかのスパッタリングターゲットを用いたスパッタリングにより、磁性膜を形成するものである。 In the method for producing a magnetic film of the present invention, a magnetic film is formed by sputtering using any of the sputtering targets described above.
この発明によれば、Ｚｎ‐Ｔｉ‐Ｏ及び／又はＺｎ‐Ｓｉ‐Ｏの複合酸化物を含有することにより、磁性粒子間の良好な磁気的分離性および、高い保磁力を両立させることができる。その結果として、磁性膜の磁気特性を向上させることができる。 According to the present invention, the inclusion of the composite oxide of Zn-Ti-O and / or Zn-Si-O makes it possible to achieve both good magnetic separation between magnetic particles and high coercive force. . As a result, the magnetic properties of the magnetic film can be improved.
以下に、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態のスパッタリングターゲットは、たとえば垂直磁気記録方式の記録磁性層等の磁性膜で磁性粒子を構成し得る金属相が、Ｐｔが４５ａｔ．％以下であって、残部にＣｏを含む金属又は合金からなる焼結体のスパッタリングターゲットであり、１ａｔ．％以上のＺｎを含んでおり、その一部または全部が酸化物相に酸化物として含有され、その一部または全部がＺｎ‐Ｔｉ‐Ｏ及び／又はＺｎ‐Ｓｉ‐Ｏの複合酸化物となっている酸化物粒子が分散した組織構造を有する。このような複合酸化物が存在することにより、磁性膜で、当該複合酸化物が、垂直方向に配向する磁性粒子の周囲に均一に分布して、磁性粒子間を磁気的に有効に分離させるべく機能する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
In the sputtering target according to one embodiment of the present invention, a metal phase that can form magnetic particles with a magnetic film such as a perpendicular magnetic recording type recording magnetic layer has a Pt of 45 at. % Of a sputtering target of a sintered body made of a metal or alloy containing Co in the balance, and 1 at. % Or more of Zn, part or all of which is contained as an oxide in the oxide phase, and part or all of it becomes a composite oxide of Zn—Ti—O and / or Zn—Si—O. It has a structure in which oxide particles are dispersed. Due to the presence of such a composite oxide, in the magnetic film, the composite oxide is uniformly distributed around the magnetic particles oriented in the vertical direction so that the magnetic particles can be effectively separated magnetically. Function.
（組成）
金属相は主としてＣｏからなり、必要に応じてＰｔを含む。より具体的には、金属相は、Ｃｏのみからなる金属、あるいは、Ｐｔを含有し、残部がＣｏからなる合金である。Ｐｔを含有する場合、Ｐｔの含有量は、０．１ａｔ．％以上かつ４５ａｔ．％以下とすることができる。さらに、不可避的に混入し得る不純物（いわゆる不可避的不純物）を含むことがある。
(composition)
The metal phase is mainly composed of Co and contains Pt as required. More specifically, the metal phase is a metal made only of Co or an alloy containing Pt and the balance being Co. When Pt is contained, the content of Pt is 0.1 at. % Or more and 45 at. % Or less. Furthermore, impurities that may be inevitably mixed (so-called inevitable impurities) may be included.
また、金属相はさらに、Ａｕ、Ａｇ、Ｂ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ及びＺｎからなる群から選択される少なくとも一種をそれぞれ、たとえば６０ａｔ．％以下、典型的には０．５ａｔ．％〜６０ａｔ．％で含有することができる。このような元素を含むことにより、磁性膜の磁気特性を更なる向上を期待することができる。なお、これらの元素は、主として金属相中に含まれるが、後述する製造時の焼結で酸化されることによって、一部が酸化物として含まれることもある。 Further, the metal phase is further Au, Ag, B, Cu, Cr, Ga, Ge, Ir, Mn, Mo, Nb, Ni, Pd, Re, Rh, Ru, Si, Sn, Ti, Ta, W, V And at least one selected from the group consisting of Zn, for example, 60 at. % Or less, typically 0.5 at. % To 60 at. %. By including such an element, further improvement in the magnetic properties of the magnetic film can be expected. In addition, although these elements are mainly contained in a metal phase, a part may be contained as an oxide by being oxidized by sintering at the time of manufacture mentioned later.
上述した金属相は磁性相を構成するが、垂直磁気記録方式の磁気記録層等の磁性膜を形成するためのスパッタリングターゲットでは、非磁性相としての酸化物相が含まれる。
ここで、この発明では、かかる酸化物相に含まれる酸化物としてＺｎを含む酸化物を含有し、このＺｎを含む酸化物の少なくとも一部がＺｎ‐Ｔｉ‐Ｏ及び／又はＺｎ‐Ｓｉ‐Ｏの複合酸化物を形成している。このような酸化物は、磁性膜で、磁性粒子を取り囲むように酸化物相の粒界を形成する。それにより、磁性粒子間の磁気的な相互作用が低減されて、ノイズ特性の向上をもたらす。特にここでは、Ｚｎ‐Ｔｉ‐ＯやＺｎ‐Ｓｉ‐Ｏの複合酸化物が存在することにより、磁性粒子間の良好な磁気的分離性を実現することができる。
The metal phase described above constitutes a magnetic phase, but a sputtering target for forming a magnetic film such as a perpendicular magnetic recording type magnetic recording layer includes an oxide phase as a nonmagnetic phase.
Here, in the present invention, an oxide containing Zn is contained as an oxide contained in the oxide phase, and at least a part of the oxide containing Zn is Zn—Ti—O and / or Zn—Si—O. The complex oxide is formed. Such an oxide is a magnetic film and forms a grain boundary of an oxide phase so as to surround the magnetic particles. Thereby, the magnetic interaction between the magnetic particles is reduced, and noise characteristics are improved. In particular, good magnetic separation between magnetic particles can be realized by the presence of a complex oxide of Zn—Ti—O or Zn—Si—O.
Ｚｎは１ａｔ．％以上含まれており、その一部または全部が酸化物に含まれるものとする。これはすなわち、Ｚｎが１ａｔ．％未満である場合、磁性粒子を分離するのに十分な量のＺｎ−Ｔｉ−Ｏ及び／又はＺｎ−Ｓｉ−Ｏが形成できないからである。一方、Ｚｎの含有量が多すぎると、Ｚｎは磁性粒内に局在するおそれがある。そのため、Ｚｎの含有量は、２０ａｔ．％以下とすることが好ましい。特に、Ｚｎの含有量は、１ａｔ．％以上かつ１５ａｔ．％以下とすることがより一層好ましい。なおＺｎは、１ａｔ．％〜１５ａｔ．％で含まれることが好適である。 Zn is 1 at. % Or more, part or all of which is included in the oxide. This means that Zn is 1 at. This is because if it is less than%, a sufficient amount of Zn—Ti—O and / or Zn—Si—O for separating the magnetic particles cannot be formed. On the other hand, when there is too much content of Zn, there exists a possibility that Zn may localize in a magnetic grain. Therefore, the Zn content is 20 at. % Or less is preferable. In particular, the Zn content is 1 at. % And 15 at. % Or less is even more preferable. Zn is 1 at. % To 15 at. It is preferable to be contained in%.
Ｚｎ‐Ｔｉ‐Ｏ及び／又はＺｎ‐Ｓｉ‐Ｏの複合酸化物は具体的には、Ｚｎ‐Ｔｉ‐ＯがＺｎ2ＴｉＯ4であり、またＺｎ‐Ｓｉ‐ＯがＺｎ2ＳｉＯ4である。Ｚｎ2ＴｉＯ4およびＺｎ2ＳｉＯ4のうちの少なくとも一方が存在している場合、磁気特性に優れた磁性膜を形成することができる。これは、ＴｉＯ2やＳｉＯ2に比べ融点が下がることにより、スパッタリング時に酸化物が基板上で再配列しやすいためと考えられる。
Ｚｎ2ＴｉＯ4ないしＺｎ2ＳｉＯ4が存在しているか否かは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）による回折強度のピークを観察することにより確認することができる。
Specifically, in the composite oxide of Zn—Ti—O and / or Zn—Si—O, Zn—Ti—O is Zn 2 TiO 4 and Zn—Si—O is Zn 2 SiO 4 . When at least one of Zn 2 TiO 4 and Zn 2 SiO 4 is present, a magnetic film having excellent magnetic properties can be formed. This is probably because the melting point is lower than that of TiO 2 or SiO 2 , so that the oxide is easily rearranged on the substrate during sputtering.
Whether Zn 2 TiO 4 or Zn 2 SiO 4 is present can be confirmed by observing a peak of diffraction intensity by X-ray diffraction (XRD).
またさらに、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｂ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｍｏ及びＴｉからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物を含むことができる。一般に垂直磁気記録方式の磁気記録層には、上述したＺｎの酸化物および複合酸化物の他、Ｃｏの酸化物、Ｃｒの酸化物、Ｓｉの酸化物、Ｂの酸化物、Ｗの酸化物、Ｎｂの酸化物、Ｍｎの酸化物，Ｍｏの酸化物およびＴｉの酸化物のうちの少なくとも一種が含まれており、このようなＳｉ等の酸化物もまた、磁性粒子を取り囲むように酸化物相の粒界を形成し、磁性粒子間の分離をさらに良好なものとする。Ｃｒ、Ｓｉ、Ｂ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｍｏ及びＴｉの酸化物はそれぞれの原子比がスパッタリングターゲット全体に対して０〜４０ａｔ．％の間で含まれると、金属Ｃｏの結晶配向及び磁性を安定に維持することができる。特に０．５ａｔ．％〜２０ａｔ．％とすることで安定してＤＣスパッタすることができる。 Furthermore, an oxide of at least one element selected from the group consisting of Co, Cr, Si, B, W, Nb, Mn, Mo, and Ti can be included. In general, in the magnetic recording layer of the perpendicular magnetic recording system, in addition to the above-described Zn oxide and composite oxide, Co oxide, Cr oxide, Si oxide, B oxide, W oxide, At least one of an oxide of Nb, an oxide of Mn, an oxide of Mo, and an oxide of Ti is included, and such an oxide such as Si also has an oxide phase so as to surround the magnetic particles. The grain boundaries are formed to further improve the separation between the magnetic grains. The oxides of Cr, Si, B, W, Nb, Mn, Mo, and Ti each have an atomic ratio of 0 to 40 at. When the content is within the range of%, the crystal orientation and magnetism of the metallic Co can be stably maintained. In particular, 0.5 at. % To 20 at. % Sputtering can be stably performed by DC sputtering.
（磁性膜）
上述したようなスパッタリングターゲットを用いて、マグネトロンスパッタリング装置等で基板上に成膜することにより、所定の磁性膜を形成することができる。
このような磁性膜は、ＺｎとＴｉ及び／又はＺｎとＳｉを含有し、Ｐｔが４５ａｔ．％以下であり、残部にＣｏ及び不可避的不純物が含まれる。このうち、一部または全部のＺｎ、Ｔｉ、Ｓｉは酸化物として存在する。つまり、磁性膜には、ＺｎとＴｉとＯ及びＺｎとＳｉとＯのうちの少なくとも一種の酸化物が含まれる。磁性膜中のＺｎの含有量は１ａｔ．％以上、好ましくは１ａｔ．％以上かつ１５ａｔ．％以下である。
(Magnetic film)
A predetermined magnetic film can be formed by forming a film on a substrate with a magnetron sputtering apparatus or the like using the sputtering target as described above.
Such a magnetic film contains Zn and Ti and / or Zn and Si, and Pt is 45 at. % And Co and inevitable impurities are contained in the balance. Among these, some or all of Zn, Ti, and Si exist as oxides. That is, the magnetic film includes at least one oxide of Zn, Ti, and O and Zn, Si, and O. The Zn content in the magnetic film is 1 at. % Or more, preferably 1 at. % And 15 at. % Or less.
なお、磁性膜中に、上記のＺｎ、Ｔｉ、Ｓｉが複合酸化物として含まれているか否かについては、わずか１０ｎｍ程度の膜の中で、幅１ｎｍ程度の磁性粒子間の隙間（粒界）に分布しているため一般的なＸ線を用いた構造解析ではどのように複合しているか確認することが困難である。 Note that whether or not the above-described Zn, Ti, and Si are contained in the magnetic film as a composite oxide is determined by the gap (grain boundary) between the magnetic particles having a width of about 1 nm in the film having a thickness of only about 10 nm. Therefore, it is difficult to confirm how they are combined by a general structural analysis using X-rays.
そしてまた、磁性膜はさらに、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｂ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｍｏ及びＴｉからなる群から選択される少なくとも一種の元素の酸化物を含むことができる。
なお、磁性膜はさらに、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ及びＺｎからなる群から選択される少なくとも一種をそれぞれ６０ａｔ．％以下、典型的には０．５ａｔ．％〜６０ａｔ．％で含有することがある。
The magnetic film may further include an oxide of at least one element selected from the group consisting of Co, Cr, Si, B, W, Nb, Mn, Mo, and Ti.
The magnetic film is further made of Au, Ag, Cr, Cu, Ga, Ge, Ir, Mn, Mo, Nb, Ni, Pd, Re, Rh, Ru, Sn, Ta, W, V, and Zn. Each of at least one selected is 60 at. % Or less, typically 0.5 at. % To 60 at. % May be contained.
（スパッタリングターゲットの製造方法）
先述したスパッタリングターゲットは、粉末焼結法を用いて製造することができ、その具体例としては以下のとおりである。
(Manufacturing method of sputtering target)
The above-described sputtering target can be manufactured using a powder sintering method, and specific examples thereof are as follows.
はじめに、金属粉末として、少なくともＣｏ粉末、さらに、必要に応じてＰｔ粉末及び／又はＣｒ粉末、場合によってはＡｕ粉末、Ａｇ粉末、Ｂ粉末、Ｃｕ粉末等の金属粉を用意する。金属粉末は、単元素のみならず合金の粉末であってもよく、その粒径が１μｍ〜１０μｍの範囲内のものであることが、均一な混合を可能にして偏析と粗大結晶化を防止できる点で好ましい。金属粉末の粒径が１０μｍより大きい場合は、酸化物粒子が均一に分散しないことがあり、また、１μｍより小さい場合は、金属粉末の酸化の影響でスパッタリングターゲットが所望の組成から外れたものになるおそれがある。 First, as a metal powder, at least a Co powder, and optionally a Pt powder and / or a Cr powder, and optionally a metal powder such as an Au powder, an Ag powder, a B powder, or a Cu powder are prepared. The metal powder may be not only a single element but also an alloy powder, and having a particle size in the range of 1 μm to 10 μm enables uniform mixing and prevents segregation and coarse crystallization. This is preferable. When the particle size of the metal powder is larger than 10 μm, the oxide particles may not be uniformly dispersed. When the particle size is smaller than 1 μm, the sputtering target may be out of the desired composition due to the effect of oxidation of the metal powder. There is a risk.
また、酸化物粉末として、ＺｎＯ粉末とＳｉＯ2粉末及び／又はＴｉＯ2粉末、さらに必要に応じてＣｏ3Ｏ4、Ｂ2Ｏ3等を用意する。酸化物粉末は粒径が１μｍ〜３０μｍの範囲のものとすることが好ましい。それにより、上記の金属粉末と混合して加圧焼結した際に、金属相中に酸化物粒子をより均一に分散させることができる。酸化物粉末の粒径が３０μｍより大きい場合は、加圧焼結後に粗大な酸化物粒子が生じることがあり、この一方で、１μｍより小さい場合は、酸化物粉末同士の凝集が生じることがある。 In addition, as the oxide powder, ZnO powder, SiO 2 powder and / or TiO 2 powder, and further Co 3 O 4 , B 2 O 3 and the like are prepared as necessary. The oxide powder preferably has a particle size in the range of 1 μm to 30 μm. Thereby, when it mixes with said metal powder and pressure-sinters, an oxide particle can be more uniformly disperse | distributed in a metal phase. When the particle size of the oxide powder is larger than 30 μm, coarse oxide particles may be formed after pressure sintering. On the other hand, when the particle size is smaller than 1 μm, aggregation of the oxide powders may occur. .
次いで、上記の金属粉末及び酸化物粉末からなる原料粉末を、所望の組成になるように秤量し、ボールミル等の公知の手法を用いて混合するとともに粉砕する。このとき、混合・粉砕に用いる容器の内部を不活性ガスで充満させて、原料粉末の酸化をできる限り抑制することが望ましい。これにより、所定の金属粉末と酸化物粉末とが均一に混合した混合粉末を得ることができる。 Next, the raw material powder composed of the above metal powder and oxide powder is weighed to have a desired composition, mixed and pulverized using a known method such as a ball mill. At this time, it is desirable to suppress the oxidation of the raw material powder as much as possible by filling the inside of the container used for mixing and grinding with an inert gas. Thereby, a mixed powder in which a predetermined metal powder and an oxide powder are uniformly mixed can be obtained.
その後、このようにして得られた混合粉末を、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気下で加圧して焼結させ、円盤状等の所定の形状に成型する。ここでは、ホットプレス焼結法、熱間静水圧焼結法、プラズマ放電焼結法等の様々な加圧焼結方法を使用することができる。なかでも、熱間静水圧焼結法は焼結体の密度向上の観点から有効である。 Thereafter, the mixed powder obtained in this manner is pressed and sintered in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere, and formed into a predetermined shape such as a disk shape. Here, various pressure sintering methods such as a hot press sintering method, a hot isostatic pressing method, and a plasma discharge sintering method can be used. Among these, the hot isostatic pressing method is effective from the viewpoint of improving the density of the sintered body.
焼結時の保持温度は、７００〜１５００℃の温度範囲とし、特に８００℃〜１４００℃とすることが好ましい。そして、この範囲の温度に保持する時間は、１時間以上とすることが好適である。
また焼結時の加圧力は、好ましくは１０ＭＰａ〜４０ＭＰａ、より好ましくは２５ＭＰａ〜３５ＭＰａとする。
それにより、金属相中に酸化物粒子をより均一に分散させることができる。
The holding temperature at the time of sintering is set to a temperature range of 700 to 1500 ° C., and preferably 800 to 1400 ° C. And it is suitable for the time to hold | maintain to the temperature of this range to be 1 hour or more.
The applied pressure during sintering is preferably 10 MPa to 40 MPa, more preferably 25 MPa to 35 MPa.
Thereby, oxide particles can be more uniformly dispersed in the metal phase.
上記の加圧焼結により得られた焼結体に対し、旋盤等を用いてで所望の形状にする切削その他の機械加工を施すことにより、スパッタリングターゲットを製造することができる。 A sputtering target can be produced by subjecting the sintered body obtained by the above-mentioned pressure sintering to a desired shape using a lathe or the like.
（磁性膜の製造方法）
上述したようにして製造したスパッタリングターゲットは、先述の磁性膜の製造に用いることができる。具体的には、かかるスパッタリングターゲットを用いて、一般にはマグネトロンスパッタリング装置にてスパッタリングを行うことにより、所定の基板上ないし他の膜上に成膜して、そこに磁性膜を形成することができる。
(Method of manufacturing magnetic film)
The sputtering target manufactured as described above can be used for manufacturing the magnetic film described above. Specifically, it is possible to form a magnetic film on a predetermined substrate or other film by performing sputtering using such a sputtering target, generally using a magnetron sputtering apparatus. .
次に、この発明のスパッタリングターゲットを試作し、その性能を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、それに限定されることを意図するものではない。 Next, the sputtering target according to the present invention was prototyped and its performance was confirmed, which will be described below. However, the description here is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting.
（試験例１）
Ｃｏ粉末、Ｐｔ粉末、ＴｉＯ2粉末、ＳｉＯ2粉末およびＺｎＯ粉末を、組成比が分子数比率で６４：２２：５：３：６となるように秤量し、該粉末を、粉砕媒体のジルコニアボールと共に容量１０リットルのボールミルポットに封入し、２４時間回転させて混合した。そして、ボールミルから取り出した混合粉末を直径１９０ｍｍのカーボン製の型に充填し、ホットプレスで焼結させた。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９５０℃、保持時間２時間とし、昇温開始時から保持終了まで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。このようにして得られた焼結体を、直径１８０．０ｍｍ、厚さ５．０ｍｍの円盤状になるよう旋盤で切削加工し、実施例１のスパッタリングターゲットを作製した。
(Test Example 1)
Co powder, Pt powder, TiO 2 powder, SiO 2 powder and ZnO powder were weighed so that the composition ratio was 64: 22: 5: 3: 6 in terms of the number of molecules, and the powder was zirconia balls as a grinding medium. In addition, it was sealed in a 10 liter ball mill pot and mixed by rotating for 24 hours. Then, the mixed powder taken out from the ball mill was filled in a carbon mold having a diameter of 190 mm and sintered by hot pressing. The hot pressing conditions were a vacuum atmosphere, a heating rate of 300 ° C./hour, a holding temperature of 950 ° C., and a holding time of 2 hours, and pressurization was performed at 30 MPa from the start of heating to the end of holding. After completion of the holding, it was naturally cooled in the chamber. The sintered body thus obtained was cut with a lathe so as to form a disk having a diameter of 180.0 mm and a thickness of 5.0 mm, and a sputtering target of Example 1 was produced.
実施例２のスパッタリングターゲットは、原料粉末としてＣｏ粉末、Ｐｔ粉末、ＴｉＯ2粉末およびＺｎＯ粉末を用いて、組成比を６３：２１：７：９としたことを除いて、実施例１のスパッタリングターゲットと同様に作製した。
実施例３のスパッタリングターゲットは、原料粉末としてＣｏ粉末、Ｐｔ粉末、ＳｉＯ2粉末およびＺｎＯ粉末を用いて、組成比を６４：２２：５：９としたことを除いて、実施例１のスパッタリングターゲットと同様に作製した。
The sputtering target of Example 2 uses Co powder, Pt powder, TiO 2 powder and ZnO powder as raw material powder, and the composition ratio is 63: 21: 7: 9. It produced similarly.
The sputtering target of Example 3 uses Co powder, Pt powder, SiO 2 powder and ZnO powder as raw material powder, and the composition ratio is 64: 22: 5: 9. It produced similarly.
実施例４のスパッタリングターゲットは、原料粉末としてＣｏ粉末、Ｐｔ粉末、ＴｉＯ2粉末、ＺｎＯ粉末およびＣｏ3Ｏ4粉末を用いて、組成比を６５：２２：５：６：２としたことを除いて、実施例１のスパッタリングターゲットと同様に作製した。
実施例５のスパッタリングターゲットは、原料粉末としてＣｏ粉末、Ｐｔ粉末、ＴｉＯ2粉末、ＺｎＯ粉末およびＢ2Ｏ3粉末を用いて、組成比を６５：２２：５：６：２としたことを除いて、実施例１のスパッタリングターゲットと同様に作製した。
The sputtering target of Example 4 uses Co powder, Pt powder, TiO 2 powder, ZnO powder, and Co 3 O 4 powder as raw material powder, except that the composition ratio is 65: 22: 5: 6: 2. Then, it was produced in the same manner as the sputtering target of Example 1.
The sputtering target of Example 5 uses a Co powder, a Pt powder, a TiO 2 powder, a ZnO powder, and a B 2 O 3 powder as raw material powders, except that the composition ratio is 65: 22: 5: 6: 2. Then, it was produced in the same manner as the sputtering target of Example 1.
比較例１のスパッタリングターゲットは、原料粉末としてＣｏ粉末、Ｐｔ粉末、ＴｉＯ2粉末およびＳｉＯ2粉末を用いて、組成比を６６：２２：７：５としたことを除いて、実施例１のスパッタリングターゲットと同様に作製した。
比較例２のスパッタリングターゲットは、原料粉末としてＣｏ粉末、Ｐｔ粉末およびＴｉＯ2粉末を用いて、組成比を６４：２２：１４としたことを除いて、実施例１のスパッタリングターゲットと同様に作製した。
比較例３のスパッタリングターゲットは、原料粉末としてＣｏ粉末、Ｐｔ粉末およびＳｉＯ2粉末を用いて、組成比を６７：２３：１０としたことを除いて、実施例１のスパッタリングターゲットと同様に作製した。
The sputtering target of Comparative Example 1 uses Co powder, Pt powder, TiO 2 powder, and SiO 2 powder as raw material powder, and the composition ratio is 66: 22: 7: 5. It produced similarly to the target.
The sputtering target of Comparative Example 2 was prepared in the same manner as the sputtering target of Example 1 except that Co powder, Pt powder, and TiO 2 powder were used as the raw material powder and the composition ratio was 64:22:14. .
The sputtering target of Comparative Example 3 was produced in the same manner as the sputtering target of Example 1 except that the composition ratio was 67:23:10 using Co powder, Pt powder and SiO 2 powder as raw material powder. .
上記の実施例１〜５の各スパッタリングターゲットについて、Ｒｉｇａｋｕ社製のＳｍａｒｔｌａｂ．を用いて、ターゲット表面のＸ線回折強度を測定した。このときの測定条件は、θ−２θ測定で、２θ＝１０−９０°とした。それにより、実施例１のスパッタリングターゲットでは、ＺｎがＺｎ2ＴｉＯ4及びＺｎ2ＳｉＯ4として存在し、実施例２、４及び５のスパッタリングターゲットでは、ＺｎがＺｎ2ＴｉＯ4として存在し、実施例３のスパッタリングターゲットでは、ＺｎがＺｎ2ＳｉＯ4として存在していることが解かった。
なお、比較例１〜３のスパッタリングターゲットでは、ＺｎＯを添加しなかったことにより、Ｚｎの酸化物が形成されていないことは明らかである。
About each sputtering target of said Examples 1-5, Smartlab. Was used to measure the X-ray diffraction intensity of the target surface. The measurement conditions at this time were θ-2θ measurement and 2θ = 10-90 °. Thereby, in the sputtering target of Example 1, Zn exists as Zn 2 TiO 4 and Zn 2 SiO 4 , and in the sputtering targets of Examples 2, 4 and 5, Zn exists as Zn 2 TiO 4. It was found that Zn was present as Zn 2 SiO 4 in the sputtering target 3.
In the sputtering targets of Comparative Examples 1 to 3, it is apparent that no Zn oxide was formed because ZnO was not added.
また、実施例１〜５及び比較例１〜３のそれぞれのスパッタリングターゲットを、マグネトロンスパッタリング装置（キヤノンアネルバ製Ｃ‐３０１０スパッタリングシステム）にセットし、ガラス基板上にＴａ（２．８ｎｍ）、Ｎｉ−Ｗ（５ｎｍ）及びＲｕ（１６ｎｍ）をこの順序で成膜したものに、Ａｒ５．０Ｐａ雰囲気下にて３００Ｗでスパッタリングを行い、膜厚が７ｎｍ、１１ｎｍ、１４ｎｍ及び１８ｎｍの各磁性膜を形成した。そして、それらの各膜厚の磁性膜について、保磁力Ｈｃ、磁気異方性Ｋｕ、磁化Ｍｓ、磁化曲線の傾きαを測定したところ、図１〜５にグラフで示す結果を得た。 Moreover, each sputtering target of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3 is set to a magnetron sputtering apparatus (C-3010 sputtering system made by Canon Anelva), Ta (2.8 nm), Ni— on a glass substrate. A W (5 nm) and Ru (16 nm) film formed in this order was sputtered at 300 W in an Ar 5.0 Pa atmosphere to form magnetic films having film thicknesses of 7 nm, 11 nm, 14 nm, and 18 nm. Then, when the coercive force Hc, the magnetic anisotropy Ku, the magnetization Ms, and the inclination α of the magnetization curve were measured for the magnetic films having the respective film thicknesses, the results shown in graphs in FIGS. 1 to 5 were obtained.
なおここで、保磁力Ｈｃ、磁化Ｍｓ、磁化曲線の傾きαは玉川製作所製の試料振動型磁力計（ＶＳＭ）により測定し、玉川製作所製磁気トルク計（ＴＲＱ）により磁気異方性Ｋｕを測定した。 Here, the coercive force Hc, the magnetization Ms, and the inclination α of the magnetization curve are measured by a sample vibration type magnetometer (VSM) manufactured by Tamagawa Seisakusho, and the magnetic anisotropy Ku is measured by a magnetic torque meter (TRQ) made by Tamagawa Seisakusho. did.
図１より、ＴｉＯ2−ＳｉＯ2にＺｎＯを添加することにより、保磁力Ｈｃが上昇し、磁化曲線の傾きαが低下することが解かる。また、図２、３より、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2のそれぞれにＺｎＯを添加することにより、磁化Ｍｓと磁気異方性Ｋｕが上昇し、磁化曲線の傾きαが低下することが解かる。したがって、実施例１〜３によれば、ＺｎＯの添加により磁性粒子の分離がよくなっていることが明らかである。さらに、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2にＺｎを添加すると磁性粒子の磁気特性がよくなっていることが明らかである。
なお図４より、Ｃｏ3Ｏ4やＢ2Ｏ3を含む実施例４、５であっても、それらを含まない実施例２と同程度に、ＺｎＯ添加による効果が得られていることが解かる。
From FIG. 1, it can be seen that by adding ZnO to TiO 2 —SiO 2 , the coercive force Hc increases and the slope α of the magnetization curve decreases. 2 and 3, it can be seen that by adding ZnO to each of TiO 2 and SiO 2 , the magnetization Ms and the magnetic anisotropy Ku increase, and the inclination α of the magnetization curve decreases. Therefore, according to Examples 1 to 3, it is clear that the separation of magnetic particles is improved by the addition of ZnO. Further, it is clear that the magnetic properties of the magnetic particles are improved when Zn is added to TiO 2 and SiO 2 .
From FIG. 4, it can be seen that even in Examples 4 and 5 containing Co 3 O 4 and B 2 O 3 , the effect of adding ZnO is obtained to the same extent as in Example 2 not containing them. Karu.
また、上述したように、比較例１及び実施例１〜３のそれぞれのスパッタリングターゲットを用いて成膜した各磁性膜について、Ａｒイオンミリングによりサンプルをガラス基板側から削り、磁性膜だけを残すように加工した後、当該磁性膜に対し、日本電子製透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）にてラインスキャンを行った。その結果を図５〜８に示す。なお図５〜８はそれぞれ、縦軸を相対強度とし、横軸を距離（ｎｍ）としたグラフであり、図５は比較例１、図６は実施例１、図７は実施例２、図８は実施例３の各結果にそれぞれ対応する。 Further, as described above, for each magnetic film formed using the sputtering targets of Comparative Example 1 and Examples 1 to 3, the sample is scraped from the glass substrate side by Ar ion milling so that only the magnetic film remains. Then, the magnetic film was subjected to a line scan by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) using a transmission electron microscope (TEM) manufactured by JEOL. The results are shown in FIGS. 5 to 8 are graphs in which the vertical axis represents relative intensity and the horizontal axis represents distance (nm), FIG. 5 is Comparative Example 1, FIG. 6 is Example 1, FIG. 7 is Example 2, and FIG. 8 corresponds to each result of Example 3.
図５〜８に示すところから、ＺｎＯを添加した実施例１〜３では、比較例１に比して、元素分布のグラフの立ち上がりが急であることから、酸化物相と磁性粒子相の境目が明確であり、それ故に、実施例１〜３は、酸化物による磁性粒子の相互の分離性に優れることが解かる。 As shown in FIGS. 5 to 8, in Examples 1 to 3 to which ZnO was added, the rise of the element distribution graph was abrupt compared to Comparative Example 1, and therefore the boundary between the oxide phase and the magnetic particle phase. Therefore, it can be seen that Examples 1 to 3 are excellent in the separation of magnetic particles from oxides.
（試験例２）
Ｃｏ粉末、Ｐｔ粉末、ＴｉＯ2粉末およびＺｎＯ粉末を用いて作製したスパッタリングターゲットと、Ｃｏ粉末、Ｐｔ粉末、ＳｉＯ2粉末およびＺｎＯ粉末を用いて作製したスパッタリングターゲットのそれぞれで、ＺｎＯの量を変化させた複数の試作品を製造した。製造条件は、上記の試験例１で述べたものと実質的に同様である。
これらの試作品のそれぞれを用いて、試験例１と同様の方法により磁性膜を成膜し、各磁性膜の磁化Ｍｓを測定した。その結果を図９に示す。
(Test Example 2)
The amount of ZnO was changed in each of the sputtering target prepared using Co powder, Pt powder, TiO 2 powder and ZnO powder, and the sputtering target prepared using Co powder, Pt powder, SiO 2 powder and ZnO powder. Produced several prototypes. The manufacturing conditions are substantially the same as those described in Test Example 1 above.
Using each of these prototypes, a magnetic film was formed by the same method as in Test Example 1, and the magnetization Ms of each magnetic film was measured. The result is shown in FIG.
図９に示すところから、磁化Ｍｓは、比較的少ないＺｎ量で急増し、Ｚｎ量が１５ａｔ．％を超えると若干低下することが解かる。したがって、磁化Ｍｓを上昇させるとの観点からは、Ｚｎ量が１〜１５ａｔ．％であると好ましいといえる。 As shown in FIG. 9, the magnetization Ms increases rapidly with a relatively small amount of Zn. It can be seen that when the percentage exceeds 50%, it slightly decreases. Therefore, from the viewpoint of increasing the magnetization Ms, the Zn content is 1 to 15 at. % Is preferable.
なお、先述した実施例１〜５及び比較例１〜３のスパッタリングターゲットならびに、図９に示す各スパッタリングターゲットの組成を、参考として表１に示す。
なお実施例６〜１０のスパッタリングターゲットも作製したので、表１には、参考までに、それらの実施例６〜１０の各スパッタリングターゲットの組成についても示している。
In addition, the sputtering target of Examples 1-5 mentioned above and Comparative Examples 1-3, and the composition of each sputtering target shown in FIG.
In addition, since the sputtering target of Examples 6-10 was also produced, in Table 1, the composition of each sputtering target of those Examples 6-10 is also shown for reference.
以上より、この発明によれば、磁性粒子間の良好な磁気的分離性と、高い保磁力を両立させ、磁気特性を向上させた磁性膜を形成できることが解かった。 As described above, according to the present invention, it has been found that a magnetic film having both good magnetic separation between magnetic particles and high coercive force and improved magnetic characteristics can be formed.
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