JP2019143179A - スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】スパッタリング時の割れ等が生じにくいターゲット２の提供。【解決手段】スパッタリングターゲット２の材質は、Ｔａ及びＣｒを含み残部が不可避的不純物である合金である。このターゲット２の３点曲げ試験による抗折強さは、４００ＭＰａ以上である。このターゲット２の相対密度は、９７％以上である。このターゲット２は、Ｃｒ相４、Ｔａ相６及びＣｒ２Ｔａ相６を有する。このターゲット２の、ＸＲＤにおける、Ｔａ（１１０）の強度に対するＣｒ２Ｔａ（２２０）の強度の比率Ｐｘは、１０％以下である。このターゲット２では、Ｃｒ相４の表面にＣｒ２Ｔａ相６が存在している。このＣｒ２Ｔａ相６の厚みＴａｖｅは、３０μｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、金属の薄膜を形成するためのスパッタリングに用いられるターゲットに関する。

コンピューター、デジタル家電等の外部記録装置として、ハードディスクが用いられている。一般的なハードディスクには、面内記録方式及び垂直磁気記録方式のいずれかが採用されている。近年のハードディスクには、記録密度の向上の要請がある。この観点から、垂直磁気記録方式が主流となっている。垂直磁気記録方式のハードディスクでは、高密度化と記録磁化の安定とが、両立されうる。

特許第４４９９０４４号公報には、積層体とこの積層体の上に成膜された記録膜とを有する磁気記録媒体が開示されている。この積層体では、ガラス、アルミニウム合金等からなる基板の上に形成される。この積層体は、密着層、軟磁性下地層、シード層及び中間層を有している。この密着層は、その材質がＮｉ−Ｔａ合金である膜である。この膜は、スパッタリングによって成膜されうる。

スパッタリングには、ターゲットが用いられる。スパッタリングターゲットの製造方法として、真空溶解、電子ビーム溶解等の鋳造法、複数種の粉末が混合されて得られる混合粉末が用いられた焼結法、及び合金粉末が用いられた焼結法が知られている。特開２０００−２０６３１４号公報には、熱間静水圧プレスによる焼結方法が開示されている。

特許第４４９９０４４号公報 特開２０００−２０６３１４号公報

従来のスパッタリングターゲットは、強度に劣る。密着層は比較的厚いので、スパッタリングに時間を要する。密着層の成膜の時間短縮の目的で、大きな電力が用いられることがある。大きな電力でのスパッタリングでは、ターゲットに熱応力歪みが生じる。この歪みに起因して、ターゲットが割れることがある。さらに、大きな電力に起因して、ターゲットにパーティクルが生じることがある。

本発明の目的は、スパッタリング時の割れ等が生じにくいターゲットの提供にある。

本発明に係るスパッタリングターゲットの材質は、Ｔａ及びＣｒを含み残部が不可避的不純物である合金である。このスパッタリングターゲットの３点曲げ試験による抗折強さは、４００ＭＰａ以上である。

好ましくは、アルキメデス法によって測定されたスパッタリングターゲットの相対密度は、９７％以上である。

スパッタリングターゲットは、Ｃｒ相、Ｔａ相及びＣｒ_２Ｔａ相を有しうる。好ましくは、ＸＲＤにおける、Ｔａ（１１０）の強度に対するＣｒ_２Ｔａ（２２０）の強度の比率Ｐｘは、１０％以下である。

Ｃｒ相の表面に、Ｃｒ_２Ｔａ相が存在してもよい。好ましくは、このＣｒ_２Ｔａ相の厚みＴａｖｅは、３０μｍ以下である。

他の観点によれば、本発明に係るスパッタリングターゲットの製造方法は、
その材質がＣｒである粉末と、その材質がＴａである粉末とを混合し、混合粉末を得る工程、
及び
この混合粉末を、１０００℃以上１３５０℃以下の温度下で加圧する工程
を含む。

本発明に係るターゲットでは、スパッタリング時に割れが生じにくい。

図１は、本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲットの一部が示された拡大写真である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

本発明に係るスパッタリングターゲットの材質は、合金である。この合金は、Ｔａ及びＣｒを含む。この合金の残部は、不可避的不純物である。不可避的不純物として、Ｏ、Ｓ、Ｃ及びＮが例示される。好ましくは、Ｏの含有率は５０００ｐｐｍ以下であり、Ｓの含有率は２００ｐｐｍ以下であり、Ｃの含有率は３００ｐｐｍ以下であり、Ｎの含有率は３００ｐｐｍ以下である。

このスパッタリングターゲットは、いわゆる粉末冶金によって製造されうる。このスパッタリングターゲットの製造方法では、その材質がＣｒである粉末と、その材質がＴａである粉末とが混合されて、混合粉末が得られる。この混合粉末は、多数の粒子からなる。この混合粉末が、高温下で加圧される。この加圧により、粒子が他の粒子と焼結されて、スパッタリングターゲットが得られる。

このスパッタリングターゲットは、Ｃｒ相、Ｔａ相及びＣｒ_２Ｔａ相を有する。Ｃｒ相は、その材質がＣｒである粒子に由来する。Ｔａ相は、その材質がＴａである粒子に由来する。Ｃｒ_２Ｔａは、金属間化合物である。この金属間化合物は、ＣｒとＴａとの反応によって生じる。

Ｃｒ相及びＴａ相を有するスパッタリングターゲットから、優れた特性を有する膜が得られうる。このターゲットでは、スパッタリング時にＴａ相が応力を緩和しうる。これらの観点から、合金におけるＴａの含有率は、２０ａｔ％以上が好ましく、３０ａｔ％以上が特に好ましい。合金におけるＣｒの含有率は１０ａｔ％以上が好ましく、２０ａｔ％以上が特に好ましい。

このスパッタリングターゲットの３点曲げ試験による抗折強さは、４００ＭＰａ以上である。抗折強さが４００ＭＰａ以上であるターゲットがスパッタリングに供されるとき、熱応力歪みに起因する割れが生じにくい。このターゲットは、大きな電力でのスパッタリングに適している。この観点から、抗折強さは４５０ＭＰａ以上がより好ましく、５００ＭＰａ以上が特に好ましい。

抗折強さは、「ＪＩＳ Ｚ ２５１１」の規定に準拠して測定される。試験片は、ワイヤーカットによって母材から切り出される。試験の条件は、以下の通りである。
試験片形状：２ｍｍ＊２ｍｍ＊２０ｍｍ
支点間距離：１０ｍｍ
試験片が折れた時の荷重（ｋＮ）が測定され、下記の数式によって抗折強さＢＳ（ＭＰａ）が算出される。
ＢＳ ＝ ３ ／ ２ × Ｐ × Ｌ ／ （ｔ^２＊ Ｗ）
ｔ：試料の厚さ（ｍｍ）
Ｗ：試料の幅（ｍｍ）
Ｌ：支点間距離（ｍｍ）
Ｐ：破断時の荷重（ｋＮ）

図１は、スパッタリングターゲット２の一部が示された拡大写真である。この写真は、ＥＤＸ試験によって得られる。この試験では、反射電子像が観察される。この写真には、Ｃｒ相４、Ｔａ相６及びＣｒ_２Ｔａ相８が示されている。

Ｃｒ_２Ｔａ相８は、Ｃｒ相４とＴａ相６との界面に存在する。Ｃｒ_２Ｔａ相８は、Ｃｒ相４の表面に付着する。Ｃｒ_２Ｔａ相８は、脆い。本発明に係るスパッタリングターゲット２では、鋳造法で得られたターゲット２とは異なり、Ｃｒ_２Ｔａ相８の生成が抑制されうる。Ｃｒ_２Ｔａ相８の少ないスパッタリングターゲット２の抗折強さは、大きい。抗折強さの観点から、Ｃｒ_２Ｔａ相８の厚みＴａｖｅは３０μｍ以下が好ましく、２５μｍ以下がより好ましく、２０μｍ以下が特に好ましい。理想的な厚みＴａｖｅはゼロであるが、現実には、５μｍ以上の厚みＴａｖｅを有するＣｒ_２Ｔａ相８が生成される。

ＥＤＸ試験によって得られた５箇所の写真のそれぞれにおいて、無作為に抽出された１箇所で、厚みＴ（図１参照）が測定される。これらの厚みＴの平均値Ｔａｖｅが、算出される。

このスパッタリングターゲット２のＸＲＤにおける、Ｔａ（１１０）の強度に対するＣｒ_２Ｔａ（２２０）の強度の比率Ｐｘは、１０％以下が好ましい。この比率Ｐｘが１０％以下であるスパッタリングターゲット２の抗折強さは、大きい。このターゲット２がスパッタリングに供されるとき、熱応力歪みに起因する割れが生じにくい。このターゲット２は、大きな電力でのスパッタリングに適している。この観点から、この比率Ｐｘは７％以下がより好ましく、５％以下が特に好ましい。理想的な比率Ｐｘはゼロであるが、現実には、スパッタリングターゲット２は、１％以上の比率Ｐｘを有する。

ＸＲＤに供される試験片のサイズは、１０ｍｍ＊２０ｍｍ＊５ｍｍである。この試験片は、母材からワイヤーカットにて切り出される。この試験片の表面は、研磨によって平滑にされる。ＸＲＤの条件は、以下の通りである。
線源：ＣｕＫα
２θ：２０−８０°
測定には、例えば、株式会社リガクの全自動多目的Ｘ線回折装置「ＳｍａｒｔＬａｂ ＳＥ」が用いられる。このＸＲＤによって得られた回折パターンから、上記比率Ｐｘが算出される。

このスパッタリングターゲット２の相対密度は、９７％以上が好ましい。相対密度が９７％以上であるターゲット２では、スパッタリング時に割れが生じにくい。さらに、相対密度が９７％以上であるターゲット２では、スパッタリング時にパーティクルが生じにくい。これらの観点から、相対密度は９８％以上がより好ましく、９９％以上が特に好ましい。理想的な相対密度は、１００％である。

相対密度は、スパッタリングターゲット２の各成分の密度から算出される理論密度に対する、スパッタリングターゲット２の真密度の比率である。真密度は、アルキメデス法によって測定される。測定に供される試験片のサイズは、１０ｍｍ＊２０ｍｍ＊５ｍｍである。この試験片は、母材からワイヤーカットにて切り出される。この試験片の表面は、研磨によって平滑にされる。理論密度ρ（ｇ／ｃｍ^３）は、下記の数式によって算出される。

この数式において、Ｃ_ＣｒはＣｒの含有率（質量％）を表し、ρ_ＣｒはＣｒの密度（ｇ／ｃｍ^３）を表し、Ｃ_ＴａはＴａの含有率（質量％）を表し、ρ_ＴａはＴａの密度（ｇ／ｃｍ^３）を表す。

前述の通り、スパッタリングターゲット２の材料として、Ｃｒの粉末が用いられる。この粉末は、一般的には、粉砕法によって製造されうる。Ｃｒの粉末の平均粒子径Ｄ５０は、１０μｍ以上３００μｍ以下が好ましい。

前述の通り、スパッタリングターゲット２の材料として、Ｔａの粉末が用いられる。この粉末は、一般的には、化学還元法によって製造されうる。Ｔａの粉末の平均粒子径Ｄ５０は、１μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。

Ｃｒの粉末とＴａの粉末とが混合されて、混合粉末が得られる。この粉末が成形に供されることで、スパッタリングターゲット２が得られる。成形では、混合粉末が高温下で加圧される。典型的な加圧法は、熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）である。成形時の好ましい圧力は、５０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下である。

焼結時の温度は、１０００℃以上１３５０℃以下が好ましい。１０００℃以上の温度下で加圧されることにより、大きな相対密度を有するスパッタリングターゲット２が得られうる。この観点から、温度は１０５０℃以上がより好ましく、１１００℃以上が特に好ましい。１３５０℃以下の温度下で加圧されることにより、Ｃｒ_２Ｔａ相８の生成が抑制されうる。この観点から、温度は１３００℃以下がより好ましく、１２５０℃以下が特に好ましい。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

［実施例１］
１０ａｔ％のＣｒ粉末と、９０ａｔ％のＴａ粉末とを準備した。これらの粉末をＶ型混合機にて混合し、混合粉末を得た。直径が２００ｍｍであり、長さが１０ｍｍであり、材質が炭素鋼である缶に、混合粉末を充填した。この粉末に真空脱気を施したのち、ＨＩＰにてビレットを作成した。ＨＩＰの条件は、以下の通りである。
温度：１３５０℃
圧力：１２０ＭＰａ
保持時間：２時間
このビレットから、実施例１のスパッタリングターゲットを得た。このスパッタリングターゲットは、円盤形状を有する。このスパッタリングターゲットでは、直径は９５ｍｍであり、厚さは２ｍｍであった。

［実施例２−１２及び比較例１−２］
組成及びＨＩＰの温度を下記の表１に示される通りとした他は実施例１と同様にして、実施例２−１２及び比較例１−２のスパッタリングターゲットを得た。

［比較例３］
溶解法により、比較例３のスパッタリングターゲットを得た。

［スパッタリングターゲットの特性］
前述の方法により、各スパッタリングターゲットの抗折強さ、相対密度、ＸＲＤの強度比率Ｐｘ及びＣｒ_２Ｔａ相の厚みＴａｖｅを測定した。測定用の試験片は、上記ビレットから切り出した。

［スパッタリング］
各ターゲットを用い、スパッタリングにて、ガラス基板上に密着層を成膜した。密着層の厚みは、２０ｎｍであった。スパッタリングの条件は、以下の通りであった。
チャンバー内雰囲気：１×１０^−４Ｐａ以下に真空排気後、純度が９９．９９％のＡｒ ガスを投入
チャンバー内圧：０．６Ｐａ
スパッタリング後のターゲットの割れを、目視で確認した。この結果が、下記の表１に示されている。

表１に示されるように、各実施例のスパッタリングターゲットは、強度に優れている。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

以上説明されたスパッタリングターゲットは、種々の薄膜の形成に利用されうる。

２・・・スパッタリングターゲット
４・・・Ｃｒ相
６・・・Ｔａ相
８・・・Ｃｒ_２Ｔａ相

Claims (5)

1. その材質がＴａ及びＣｒを含み残部が不可避的不純物である合金であり、
   ３点曲げ試験による抗折強さが４００ＭＰａ以上であるスパッタリングターゲット。
2. アルキメデス法によって測定された相対密度が９７％以上である請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
3. Ｃｒ相、Ｔａ相及びＣｒ_２Ｔａ相を有する請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲット。
4. ＸＲＤにおける、Ｔａ（１１０）の強度に対するＣｒ_２Ｔａ（２２０）の強度の比率Ｐｘが、１０％以下である請求項３に記載のスパッタリングターゲット。
5. 上記Ｃｒ相の表面に上記Ｃｒ_２Ｔａ相が存在しており、このＣｒ_２Ｔａ相の厚みＴａｖｅが３０μｍ以下である請求項３又は４に記載のスパッタリングターゲット。