JP5505844B2

JP5505844B2 - 酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲット及びその製造法

Info

Publication number: JP5505844B2
Application number: JP2011165934A
Authority: JP
Inventors: 文燦劉; ▲こん▼明陳; 永浚薛; 浩嘉廖
Original assignee: 光洋応用材料科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2031-07-28
Also published as: JP2013028841A

Description

本発明は、酸化コバルト及び非磁性酸化物を含有するスパッタリングターゲット、及びそれを生成するための方法に関し、より詳しくは、均一に分布した成分を含有するスパッタリングターゲットを生成し、スパッタリング中のアーク放電及び粒子を減少させるための方法に関する。

一般的に、コバルト−クロム−白金に基づく合金（ＣｏＣｒＰｔに基づく合金）を含有するスパッタリングターゲットは、垂直磁気記録媒体に記録層を形成するために使用される。工業的には、記録層はスパッタリングにより形成され、そのようなスパッタリングプロセス中の反応ガスとして、通常は酸素が使用される。しかしながら、過剰な酸素が使用される場合、ターゲット中にある高度に反応性の金属は容易に酸素と反応し、アーク放電効果及び不要な粒子の形成がもたらされる。

前述の問題を解決するために、酸化コバルトをターゲットに添加することが試みられている。酸化コバルトは、コバルト原子及び酸素ラジカルに分離することができる。そのような酸素フリーラジカルは、活性金属と反応し、基材に堆積する場合がある。酸素ラジカルは、酸素原子より高い自由エネルギーを提供する。また、生成された酸化物は、酸素フリーラジカルにより、磁気記録媒体の金属物質（つまり、ＣｏＣｒＰｔ合金）の微細構造の粒界へと容易に隔離され、信号干渉が回避される。したがって、反応ガスとして酸素を使用する必要性はない。しかしながら、エリンガムダイアグラム及び関連実験結果からわかるように、酸化コバルトは、ターゲットのクロムとの酸化還元反応を引き起こし、酸化クロムのより粗いクラスター細片（ｓｔｒｉｐｃｌｕｓｔｅｒ）（Ｃｒ_２Ｏ_３クラスターなど）を形成する場合がある。そのようなクラスターにより、成分がターゲット中に不均一に分布し、スパッタ堆積中にアーク放電効果及び粒子の形成が引き起こされることが多い。

国際公開第２００７／１１６８３４号には、磁気記録薄膜に使用されるＣｏに基づく焼結合金を生成するための方法であって、５０〜７０原子％のクロムを含有するコバルト−クロムプレ合金（ｐｒｅａｌｌｏｙ）粉末を、白金粉末、コバルト粉末、及び非磁性酸化物粉末と混合して、２〜１５モル％の非磁性酸化物、３〜２０モル％のクロム、及び５〜３０モル％の白金からなる粉末混合物を形成すること、及びこの粉末混合物を焼結プロセスで焼結させることを含む方法が開示されている。スパッタリングプロセスに使用するための生成ターゲットは、より少数の粒子を発生させることができ、絶対最長値が５μｍを超える酸化クロムクラスターの数は、５００クラスター／ｍｍ^２以下である。非磁性酸化物は、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＴｈＯ_２、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、又はそれらの組み合わせである。

にもかかわらず、ＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットを生成する原料として上述のプレ合金粉末を使用することでは、酸化クロムクラスターの発生を効果的に回避することはできず、教示されている方法では、現行技術の問題を解決することはできない。

こうした欠点を克服するために、本発明は、酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットを提供して、前述の問題を緩和又は解決する。

国際公開第２００７／１１６８３４号

本発明の主な目的は、酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットを提供することであり、それは、Ｃｒを有するプレ合金粉末の好適な組成割合及び焼結要因を制御することにより製作される。本発明によるスパッタリングターゲットは、スパッタリング中のアーク放電効果及び不要な粒子形成を克服することができる。

この目的を達成するために、本発明による酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットは、コバルト、クロム、白金、酸化コバルト、及び非磁性酸化物組成物を含み、スパッタリングターゲットに形成されるＣｒ_２Ｏ_３及びＣｏ（Ｃｒ）−Ｘ−Ｏのセラミック相の長さは、それぞれ３μｍ未満であり、ここでＸは、非磁性酸化物の金属元素を表す。

別の態様では、本発明は、上述のスパッタリングターゲットを生成するための製造法であって、以下のステップを含む方法を提供する：
（ｉ）２０〜８０原子％のクロム、酸化第一コバルト（ＣｏＯ）粉末、及び酸化物混合物を含有するプレ合金粉末から本質的になる原料を準備し、この酸化物混合物が、１種又は複数の非磁性酸化物粉末、コバルト粉末、及び白金粉末を含有するステップ、
（ｉｉ）この原料を圧縮して圧粉体を形成するステップ、
（ｉｉｉ）この圧粉体を焼結して、酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットを得るステップ。

本発明によると、「から本質的になる」とは、材料が、主として指定されている物質からなるが、この材料は、他の不可避な不純物も含んでいることを意味する。具体的には、原料は、主として２０〜８０原子％のクロム、酸化コバルト粉末、及び酸化物混合物を含有するプレ合金粉末からなり、この原料は、他の不可避な不純物を含有している。

本発明によるスパッタリングターゲットは、Ｃｒを有するプレ合金粉末の好適な組成割合及び焼結要因を制御して、Ｃｒ_２Ｏ_３及びＣｏ（Ｃｒ）−Ｘ−Ｏのセラミック相のサイズを減少させることにより得られる。本発明の方法により製作されるスパッタリングターゲットは、スパッタリングターゲットの成分をその中でより均一に分布させることに加えて、スパッタリング時のアーク放電効果及び不要な粒子の形成を減少させる。また、本発明によるスパッタリングターゲットは、磁気記録媒体の記録層への適用に有用である。

本発明の他の目的、利点、及び新規な特徴は、添付の図面と共に解釈すると、以下の詳細な説明からより明白になるだろう。

従来技術による比較例１における従来のスパッタリングターゲットの金属顕微鏡画像である。従来技術による比較例２における従来のスパッタリングターゲットの金属顕微鏡画像である。従来技術による比較例３における従来のスパッタリングターゲットの金属顕微鏡画像である。本発明による実施例１における従来のスパッタリングターゲットの金属顕微鏡画像である。

本発明による酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットは、コバルト、クロム、白金、酸化コバルト、及び非磁性酸化物組成物を含み、スパッタリングターゲットに形成されるＣｒ_２Ｏ_３及びＣｏ（Ｃｒ）−Ｘ−Ｏのセラミック相の長さは、それぞれ３μｍ未満である（「Ｘ」は、非磁性酸化物の金属元素を表す）。

好ましい実施形態では、非磁性酸化物組成物は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。

好ましい実施形態では、ＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットは、タンタル（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）、ホウ素（Ｂ）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種の元素をさらに含む。

本発明による酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットの製造法は、以下のステップを含む：
（ｉ）２０〜８０原子％のクロム、酸化第一コバルト（ＣｏＯ）粉末、及び酸化物混合物を含有するプレ合金粉末から本質的になる原料を準備し、この酸化物混合物が、１種又は複数の非磁性酸化物粉末、コバルト粉末、及び白金粉末を含有するステップ、
（ｉｉ）この原料を圧縮して圧粉体を形成するステップ、
（ｉｉｉ）この圧粉体を焼結して、酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットを得るステップ。

本発明によると、プレ合金粉末は、Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｃｒ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される物質の粉末を含む。

本発明によると、圧粉体を焼結してスパッタリングターゲットを得るステップは、８５０℃〜１０５０℃の温度で圧粉体を焼結して、酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットを得ることを含む。

好ましい実施形態では、非磁性酸化物粉末は、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される物質の粉末である。

本発明は、以下の例によりさらに例示されており、本明細書に記載の例及び実施形態は、例示を目的としているに過ぎず、本明細書に示されている実施形態に制限されると解釈されるべきでないことが理解されるべきである。

実施例
比較例１：原子パーセント比に基づく７５Ｃｏ−１２Ｃｒ−５Ｐｔ−８（ＴｉＯ_２）のスパッタリングターゲットの生成
８８．４グラムのＣｏ粉末（平均粒径：７μｍ）、１８．８グラムのＣｒ粉末（平均粒径：２０μｍ）、１９．５グラムのＰｔ粉末（平均粒径：８μｍ）、及び１２．７８グラムのＴｉＯ_２粉末（平均粒径：１０μｍ）を混合し、自動微粉砕機で３０分間微粉砕した。その後、それら粉末を６０メッシュのふるいにかけた。６０メッシュのふるいを通過した粉末を均質に混合して混合物を形成した。混合物を黒鉛鋳型に均等に充填し、３００ｐｓｉの液圧プレスで圧縮して圧粉体を形成した。圧粉体を有する黒鉛鋳型をホットプレス炉に入れ、圧粉体を３６２ｂａｒ、１１５０℃で１８０分間焼結してスパッタリングターゲットを得た。

図ｌは、走査型電子顕微鏡（Ｈｉｔａｃｈｉ社製Ｎ−３４００型ＳＥＭ）により得られた比較例１のスパッタリングターゲットの金属顕微鏡画像を示し、スパッタリングターゲットが、チタンのセラミック相のみを含有し、酸化クロムクラスターがないことを明らかに示している。

比較例２：原子パーセント比に基づく５４Ｃｏ−１７Ｃｒ−１８Ｐｔ−４（ＴｉＯ_２）−７ＣｏＯのスパッタリングターゲットの生成
６３．６４グラムのＣｏ粉末（平均粒径：７μｍ）、１７．６８グラムのＣｒ粉末（平均粒径：２０μｍ）、７０．２４グラムのＰｔ粉末（平均粒径：８μｍ）、６．４グラムのＴｉＯ_２粉末（平均粒径：１０μｍ）、及び１０．５グラムのＣｏＯ粉末（平均粒径：８μｍ）を混合し、自動微粉砕機で３０分間微粉砕した。その後、それら粉末を６０メッシュのふるいにかけた。６０メッシュのふるいを通過した粉末を均質に混合して混合物を形成した。混合物を黒鉛鋳型に均等に充填し、３００ｐｓｉの液圧プレスで圧縮して圧粉体を形成した。圧粉体を有する黒鉛鋳型をホットプレス炉に入れ、圧粉体を３６２ｂａｒ、１１５０℃で１８０分間焼結してスパッタリングターゲットを得た。

図２は、走査型電子顕微鏡（Ｈｉｔａｃｈｉ社製Ｎ−３４００型ＳＥＭ）により得られ、画像分析ソフトウェア（Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ６．３）により分析された比較例２のスパッタリングターゲットの金属顕微鏡画像を示す。その後、Ｃｒ_２Ｏ_３及びＣｒ−Ｔｉ−Ｏのセラミック相のサイズの平均及び標準偏差を、統計ソフトウェアにより算出する。図２は、スパッタリングターゲットが、多くのＣｒ_２Ｏ_３クラスターを形成することを明らかに示している。加えて、Ｃｒ_２Ｏ_３及びＣｒ−Ｔｉ−Ｏのセラミック相は、３．６４±２．８９μｍの（３μｍを超える）平均長を有している。

比較例３：原子パーセント比に基づく６４Ｃｏ−１２Ｃｒ−７Ｐｔ−８（ＴｉＯ_２）−９ＣｏＯのスパッタリングターゲットの生成
６３．８６グラムのＣｏ粉末（平均粒径：７μｍ）、２３．９４グラムの４５原子％Ｃｏ−５５原子％Ｃｒプレ合金粉末（平均粒径：１０〜１００μｍ）、２７．３２グラムのＰｔ粉末（平均粒径：８μｍ）、１２．７６グラムのＴｉＯ_２粉末（平均粒径：１０μｍ）、及び１３．４８グラムのＣｏＯ粉末（平均粒径：８μｍ）を混合し、自動微粉砕機で３０分間微粉砕した。その後、それら粉末を６０メッシュのふるいにかけた。６０メッシュのふるいを通過した粉末を均質に混合して混合物を形成した。混合物を黒鉛鋳型に均等に充填し、３００ｐｓｉの液圧プレスで圧縮して圧粉体を形成した。圧粉体を有する黒鉛鋳型をホットプレス炉に入れ、圧粉体を３６２ｂａｒ、１１５０℃で１８０分間焼結してスパッタリングターゲットを得た。

図３は、走査型電子顕微鏡（Ｈｉｔａｃｈｉ社製Ｎ−３４００型ＳＥＭ）により得られ、画像分析ソフトウェア（Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ６．３）により分析された比較例３のスパッタリングターゲットの金属顕微鏡画像を示す。その後、Ｃｒ_２Ｏ_３及びＣｒ−Ｔｉ−Ｏのセラミック相のサイズの平均及び標準偏差を、統計ソフトウェアにより算出する。図３は、スパッタリングターゲットが、多くのＣｒ_２Ｏ_３クラスターを形成することを明らかに示している。加えて、Ｃｒ_２Ｏ_３及びＣｒ−Ｔｉ−Ｏのセラミック相は、１．９７±１．５１μｍの平均長を有している（それでも３μｍを超える可能性がある）。

実施例１：原子パーセント比に基づく６４Ｃｏ−１２Ｃｒ−７Ｐｔ−８（ＴｉＯ_２）−９ＣｏＯのスパッタリングターゲットの生成
６３．８６グラムのＣｏ粉末（平均粒径：７μｍ）、２３．９４グラムの４５原子％Ｃｏ−５５原子％Ｃｒプレ合金粉末（平均粒径：１０〜１００μｍ）、２７．３２グラムのＰｔ粉末（平均粒径：８μｍ）、１２．７６グラムのＴｉＯ_２粉末（平均粒径：１０μｍ）、及び１３．４８グラムのＣｏＯ粉末（平均粒径：８μｍ）を混合し、自動微粉砕機で３０分間微粉砕した。その後、それら粉末を６０メッシュのふるいにかけた。６０メッシュのふるいを通過した粉末を均質に混合して混合物を形成した。混合物を黒鉛鋳型に均等に充填し、３００ｐｓｉの液圧プレスで圧縮して圧粉体を形成した。圧粉体を有する黒鉛鋳型をホットプレス炉に入れ、圧粉体を３６２ｂａｒ、１０５０℃で１８０分間焼結してスパッタリングターゲットを得た。

図４は、走査型電子顕微鏡（Ｈｉｔａｃｈｉ社製Ｎ−３４００型ＳＥＭ）により得られ、画像分析ソフトウェア（Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ６．３）により分析された実施例１のスパッタリングターゲットの金属顕微鏡画像を示す。その後、Ｃｒ_２Ｏ_３及びＣｒ−Ｔｉ−Ｏのセラミック相のサイズの平均及び標準偏差を、統計ソフトウェアにより算出する。図４は、スパッタリングターゲットが、より少ないＣｒ_２Ｏ_３凝集体を形成し、１．２９±０．９４μｍ（３μｍ未満）の平均長を有するＣｒ_２Ｏ_３及びＣｒ−ｔｉ−Ｏのセラミック相を含有することを明らかに示している。

本発明の構造及び特徴の詳細と共に、本発明の多数の特徴及び利点が、先述の説明に示されているが、本開示は例示に過ぎない。詳細、特に部材の形状、サイズ、及び配置に関しては、添付の特許請求の範囲に表されている用語の幅広い一般的な意味により示される範囲の及ぶ限り、本発明の原理内で変更を行うことができる。

Claims

酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットであって、コバルト、クロム、白金、酸化コバルト、及び非磁性酸化物組成物を含み、前記スパッタリングターゲットに形成されるＣｒ_２Ｏ_３及びＣｏ（Ｃｒ）−Ｘ−Ｏのセラミック相の長さが、それぞれ３μｍ未満であり、Ｘが前記非磁性酸化物の金属元素を表す、酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットであって、
前記非磁性酸化物組成物が、二酸化ケイ素（ＳｉＯ _２）、二酸化チタン（ＴｉＯ _２）、二酸化タンタル（Ｔａ _２Ｏ _５）、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲット。
Ｔａ、Ｃｕ、Ｂ、又はそれらの組み合わせをさらに含む、請求項ｌに記載の酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲット。
酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットを製造するための方法であって、（ｉ）Ｃｏ−Ｃｒプレ合金粉末、酸化第一コバルト粉末、１種又は複数の非磁性酸化物粉末を含む酸化物混合物、コバルト粉末、及び白金粉末、から本質的になる原料を準備するステップであって、前記Ｃｏ−Ｃｒプレ合金粉末に含まれるＣｒの量が２０％〜８０％であるステップ、
（ｉｉ）前記原料を圧縮して圧粉体を形成するステップ、（ｉｉｉ）前記圧粉体を８５０℃〜１０５０℃で焼結して、前記酸化コバルト及び非磁性酸化物を有するＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットを得るステップ
を含む方法であって、
前記非磁性酸化物粉末が、ＳｉＯ _２、ＴｉＯ _２、Ｔａ _２Ｏ _５、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される物質の粉末であること、及び前記スパッタリングターゲットに形成されるＣｒ _２Ｏ _３及びＣｏ（Ｃｒ）−Ｘ−Ｏのセラミック相の長さが、それぞれ３μｍ未満であり、Ｘが、前記非磁性酸化物の金属元素を表すこと、を特徴とする方法。
前記ＣｏＣｒＰｔに基づく合金スパッタリングターゲットが、Ｔａ、Ｃｕ、Ｂ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種の元素をさらに含む、請求項３に記載の方法。