JP2024030380A - スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】その材質がＮｉ又はＮｉ合金であるにもかかわらず放電性に優れており、従ってその材質がＮｉ又はＮｉ合金である薄膜のためのスパッタリングが高効率でなされうる、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、Ｎｉ又はＮｉ合金である。このスパッタリングターゲット２は、複数のポア６が分散したポーラス組織を有する。このスパッタリングターゲット２の断面においてそれぞれのポア６の中に画かれうる最大円の直径は、１００μｍ以下である。このスパッタリングターゲット２の相対密度は、９０％以上９８％以下である。【選択図】図１

Description

本明細書は、その材質がＮｉ又はＮｉ合金である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を開示する。

集積回路、磁気ヘッド、磁気記録媒体等の薄膜の形成方法として、スパッタリングが知られている。特に近年は、マグネトロンスパッタリングが、広く行われている。マグネトロンスパッタリングでは、ターゲットの裏側に磁石が配置される。この磁石により、ターゲットの表面から磁界が漏れ出る。この磁界は、プラズマの高密度を達成する。マグネトロンスパッタリングは、効率に優れる。

その材質がＮｉ又はＮｉ合金である薄膜が、必要とされている。この薄膜のために、その材質がＮｉ又はＮｉ合金であるターゲットが使用される。このターゲットが用いられたマグネトロンスパッタリングが、特開２０１６－２１６８２９公報に開示されている。

特開２０１６－２１６８２９公報

Ｎｉ及びＮｉ合金の磁性は強く、その透磁率は高い。Ｎｉ又はＮｉ合金であるターゲットが用いられたマグネトロンスパッタリングでは、漏れ磁束が不十分となる傾向がある。このターゲットは、放電性に劣る。

ターゲットの結晶粒径の制御によって、このターゲットの軟磁気特性が抑制されうる。ターゲットへの残留応力の付与によっても、このターゲットの軟磁気特性が抑制されうる。方向性のある塑性加工、熱処理等の手段により、結晶粒径の制御又は残留応力の付与がなされうる。しかし、これらの手段で得られたターゲットでも、その放電性には改善の余地がある。

本出願人の意図するところは、その材質がＮｉ又はＮｉ合金であるにもかかわらず放電性に優れており、従ってその材質がＮｉ又はＮｉ合金である薄膜のためのスパッタリングが高効率でなされうる、ターゲットの提供にある。

本明細書が開示するスパッタリングターゲットの材質は、Ｎｉ又はＮｉ合金である。このスパッタリングターゲットは、複数のポアが分散したポーラス組織を有する。このスパッタリングターゲットの断面においてそれぞれのポアの中に画かれうる最大円の直径は、１００μｍ以下である。このスパッタリングターゲットの相対密度は、９０％以上９８％以下である。

このスパッタリングターゲットは、放電性に優れる。このターゲットが使用されたマグネトロンスパッタリングでは、その材質がＮｉ又はＮｉ合金である薄膜が、高効率で製造されうる。

図１は、一実施形態に係るスパッタリングターゲットの一部が模式的に示された拡大断面図である。 図２は、図１のスパッタリングターゲットの一部がさらに拡大されて示された断面図である。 図３は、図１のスパッタリングターゲットの一部がさらに拡大されて示された断面図である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態が詳細に説明される。

本実施形態に係るスパッタリングターゲットの材質は、Ｎｉ又はＮｉ合金である。材質がＮｉである場合、スパッタリングターゲットが不可避的不純物を含んでもよい。材質がＮｉ合金である場合、このＮｉ合金におけるＮｉの含有率は５０質量％以上が好ましく、７５質量％以上がより好ましく、９０質量％以上が特に好ましい。Ｎｉ合金に含まれる元素として、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷが例示される。以下、Ｎｉ及びＮｉ合金を、「Ｎｉ系金属」と総称する。

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Ｎｉ系金属である粉末が用いられる。この粉末は、多数の粒子からなる。この粉末が、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。

図１に、このスパッタリングターゲット２の断面が、模式的に示されている。このターゲット２は、マトリックス４中に多数のポア６が分散した組織を有している。換言すれば、このターゲット２は、ポーラス組織を有している。マトリックス４は、粉末に含まれる粒子に由来する。ポア６は、粉末において粒子に囲まれた空間に由来する。

ポア６は、真空でありうる。粉末焼結時に発生するガスが充填されたポア６も、存在しうる。いずれも場合も、ポア６自体に磁性はない。このポア６が強磁性体であるＮｉ合金マトリックス４中に微細に分散することにより、磁区が細かく分断されうる。さらにポア６は、Ｎｉ合金の結晶粒成長を阻害しうる。このポア６は、ターゲット２の軟磁気特性を抑制する。このポア６を含むターゲット２が使用されたマグネトロンスパッタリングでは、ターゲット２の表面から十分に磁界が漏れ出る。この磁界は、高密度なプラズマを達成する。このマグネトロンスパッタリングは、効率に優れる。

ポア６を有するターゲット２の相対密度は、１００％未満である。十分なポア６が存在し、従って放電性に優れるとの観点から、ターゲット２の相対密度は９８％以下が好ましく、９７％以下がより好ましく、９６％以下が特に好ましい。相対密度が過小であるターゲット２は、強度に劣る。相対密度が過小であるターゲット２はさらに、スパッタリングのときにアーキング、スプラッツ等の不良を誘発し、薄膜の品質を阻害する。ターゲット２の強度及び薄膜の品質の観点から、この相対密度は９０％以上が好ましい。

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。

図２に、スパッタリングターゲット２の一部が示されている。図２には、マトリックス４と、１つのポア６ａとが示されている。図２において符号８ａは、ポア６ａの中に画かれうる最大円を表す。矢印Ｄａは、この最大円８ａの直径を表す。

図３に、スパッタリングターゲット２の他の部分が示されている。図３には、マトリックス４と、１つのポア６ｂとが示されている。図３において符号８ｂは、ポア６ｂの中に画かれうる最大円を表す。矢印Ｄｂは、この最大円８ｂの直径を表す。

ターゲット２から、無作為に断面が選択される。この断面から、無作為に、１辺の長さが０．６ｍｍであって正方形である５つのゾーンが選択される。これらのゾーンが顕微鏡で観察されて、これらのゾーンに含まれる全てのポア６の中から、最大円８の直径Ｄが最大であるポア６（すなわち最大ポア）が決定される。この最大ポアの直径Ｄが、本明細書では、最大サイズＤｍａｘと称される。

この最大サイズＤｍａｘが１００μｍ以下であることが、好ましい。換言すれば、それぞれのポア６の中に画かれうる最大円８の直径Ｄが１００μｍ以下であることが、好ましい。最大サイズＤｍａｘが１００μｍ以下であるターゲット２が使用されたスパッタリングでは、アーキング、スプラッツ等の不良が生じにくい。このスパッタリングにより、高品質な薄膜が製造されうる。

薄膜の品質の観点から、最大サイズＤｍａｘは５０μｍ以下がより好ましい。換言すれば、それぞれのポア６の中に画かれうる最大円８の直径Ｄが５０μｍ以下であることが、より好ましい。薄膜の品質の観点から、最大サイズＤｍａｘは３０μｍ以下が特に好ましい。換言すれば、それぞれのポア６の中に画かれうる最大円８の直径Ｄが３０μｍ以下であることが、特に好ましい。

ターゲット２の放電性の観点から、最大サイズＤｍａｘは５μｍ以上が好ましい。換言すれば、ターゲット２が、最大円８の直径Ｄが５μｍ以上である、少なくとも１つのポア６を有することが、好ましい。

前述の通り、ターゲット２の材料として、その材質がＮｉ系金属である粉末が用いられる。この粉末は、好ましくは、アトマイズ法によって得られる。ガスアトマイズ法、ディスクアトマイズ法、水アトマイズ法、遠心アトマイズ法等が、採用される。好ましいアトマイズは、ガスアトマイズ法及びディスクアトマイズ法である。アトマイズによって得られた粉末に、メカニカルミリング等が施されてもよい。粉末が、粉砕法等によって得られてもよい。

粉末の平均粒子直径Ｄ５０は、１０μｍ以上１２０μｍ以下が好ましい。平均粒子直径Ｄ５０が１０μｍ以上である粉末から、放電性に優れたターゲット２が得られうる。この観点から、平均粒子直径Ｄ５０は１５μｍ以上がより好ましく、２０μｍ以上が特に好ましい。平均粒子直径Ｄ５０が１２０μｍ以下である粉末から、スパッタリング時にアーキング、スプラッツ等の不良が生じにくいターゲット２が得られうる。この観点から、平均粒子直径Ｄ５０は１１０μｍ以下がより好ましく、１００μｍ以下が特に好ましい。平均粒子径Ｄ５０の大きさは、粉末の焼結性に影響を及ぼし、一般にＤ５０が小さいほど焼結性が高くなるため、相対密度が上がり、ポアの最大円の直径は小さくなる。

平均粒子直径Ｄ５０は、粉末の体積の累積カーブにおいて、累積体積が５０％であるときの粒子直径である。平均粒子直径Ｄ５０は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置によって測定される。

前述の通り粉末は、焼結に供される。焼結により、焼結体が得られる。焼結法として、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）、通電加圧焼結及び熱間押出が例示される。好ましい焼結法は、熱間静水圧プレスである。焼結温度は、４５０℃以上９００℃以下が好ましい。温度が４５０℃以上である焼結により、スパッタリング時にアーキング、スプラッツ等の不良が生じにくいターゲット２が得られる。この観点から、焼結温度は４８０℃以上がより好ましく、５００℃以上が特に好ましい。温度が９００℃以下である焼結により、適度にポア６をふくみ、従って放電性に優れたターゲット２が得られうる。この観点から、焼結温度は８５０℃以下がより好ましく、８００℃以下が特に好ましい。焼結における好ましい圧力は、５０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下である。

この焼結体がスライス、裁断等されて、ターゲット２が完成する。塑性加工、熱処理等を経て、ターゲット２が得られてもよい。

本明細書は、スパッタリングターゲット２の製造方法にも向けられる。この製造方法は、
（１）その材質がＮｉ系金属であり、平均粒子直径Ｄ５０が１０μｍ以上１２０μｍ以下である粉末を準備する工程
及び
（２）上記粉末に、４５０℃以上９００℃以下の温度下で、焼結を施す工程
を含む。

以下、実施例に係るスパッタリングターゲット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明細書で開示された範囲が限定的に解釈されるべきではない。

［実施例１］
ガスアトマイズ法により、その材質がＮｉである粉末を得た。この粉末の平均粒子直径Ｄ５０は、５０μｍであった。この粉末を、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。
焼結温度：６００℃
圧力：１５０ＭＰａ
保持時間：５時間
このビレットをスライスし、実施例１のスパッタリングターゲットを得た。

［実施例２－７及び比較例１－３］
材質及び焼結温度を下記の表１に示された通りとした他は実施例１と同様にして、実施例２－７及び比較例１－３のスパッタリングターゲットを得た。

［ＰＴＦの測定］
ターゲットの裏側に磁石を配置し、ターゲットの表側に検出器を配置して、漏れ磁場の強さ（Pass Through Flux、PTF）を測定した。この強さの、ターゲットがない場合の検出値に対する比率を、算出した。この結果が、下記の表１に示されている。

［パーティクルの確認］
各ターゲットを用いてマグネトロンスパッタリングを行った。スパッタリング時にパーティクルが発生したか否かを、目視で観察した。この結果が、下記の表１に示されている。

表１から明らかな通り、各実施例のスパッタリングターゲットの漏れ磁場は、大きい。しかも、このターゲットを用いたパーティクルでは、高品質な薄膜が得られている。この評価結果から、このスパッタリングターゲット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から、種々の用途の薄膜が製造されうる。

２・・・スパッタリングターゲット
４・・・マトリックス
６・・・ポア
８・・・ポア内の最大円

Claims (1)

1. その材質がＮｉ又はＮｉ合金であるスパッタリングターゲットであって、
   複数のポアが分散したポーラス組織を有しており、
   上記スパッタリングターゲットの断面においてそれぞれのポアの中に画かれうる最大円の直径が１００μｍ以下であり、
   相対密度が９０％以上９８％以下である、スパッタリングターゲット。

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