JP5787274B2 - Method for producing Fe-Co-Ta-based sputtering target material and Fe-Co-Ta-based sputtering target material - Google Patents

Method for producing Fe-Co-Ta-based sputtering target material and Fe-Co-Ta-based sputtering target material Download PDF

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Description

本発明は、磁気記録媒体における軟磁性膜を形成するためのFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材の製造方法およびFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材に関するものである。   The present invention relates to a method for producing an Fe—Co—Ta based sputtering target material for forming a soft magnetic film in a magnetic recording medium, and an Fe—Co—Ta based sputtering target material.

近年、磁気記録技術の進歩は著しく、ドライブの大容量化のために、磁気記録媒体の高記録密度化が進められている。しかしながら、従来から広く世の中で使用されている面内磁気記録方式の磁気記録媒体では、高記録密度化を実現しようとすると、記録ビットが微細化し、記録ヘッドで記録できないほどの高保磁力が要求される。そこで、これらの問題を解決し、記録密度を向上させる手段として垂直磁気記録方式が実用化されている。
垂直磁気記録方式とは、垂直磁気記録媒体の磁性膜を媒体面に対して磁化容易軸が垂直方向に配向するように形成したものであり、記録密度を上げていってもビット内の反磁界が小さく、記録再生特性の低下が少ない高記録密度に適した方法である。そして、垂直磁気記録方式においては、記録感度を高めた磁気記録膜層と軟磁性膜層とを有する記録媒体が開発されている。
In recent years, the progress of magnetic recording technology has been remarkable, and the recording density of magnetic recording media has been increased to increase the capacity of drives. However, in the longitudinal magnetic recording type magnetic recording medium that has been widely used in the past, when trying to achieve a high recording density, the recording bit becomes finer and a high coercive force that cannot be recorded by the recording head is required. The Therefore, a perpendicular magnetic recording system has been put into practical use as a means for solving these problems and improving the recording density.
Perpendicular magnetic recording is a method in which the magnetic film of a perpendicular magnetic recording medium is formed so that the axis of easy magnetization is oriented perpendicular to the medium surface. Even if the recording density is increased, the demagnetizing field in the bit is used. This is a method suitable for high recording density with a small decrease in recording and reproduction characteristics. In the perpendicular magnetic recording system, a recording medium having a magnetic recording film layer and a soft magnetic film layer with improved recording sensitivity has been developed.

このような磁気記録媒体の軟磁性膜としては、高い飽和磁束密度を有することに加えて、アモルファス膜となることが要求され、飽和磁束密度の大きいFeを主成分とするFe−Co合金にアモルファス化を促進する元素を添加した合金膜が利用されている。一方でこれらの合金膜には耐食性も要求されており、合金膜の形成にはたとえばFe−Co合金にNbあるいはTaから選ばれる1種または2種の元素を10〜20原子%含有する軟磁性膜用Fe−Co系合金スパッタリングターゲット材が提案されている。(特許文献1参照)特許文献1では、Fe−Co系ターゲット材を、それぞれ純度99.9%以上の純金属粉末原料をターゲット材の組成となるように混合し、得られた混合粉末を焼結させて製造している。   As a soft magnetic film of such a magnetic recording medium, in addition to having a high saturation magnetic flux density, an amorphous film is required, and an amorphous Fe-Co alloy mainly composed of Fe having a high saturation magnetic flux density is required. An alloy film to which an element for promoting crystallization is added is used. On the other hand, these alloy films are also required to have corrosion resistance. For the formation of an alloy film, for example, a soft magnetic material containing 10 to 20 atomic% of one or two elements selected from Nb or Ta in an Fe—Co alloy. Fe-Co alloy sputtering target materials for films have been proposed. (See Patent Document 1) In Patent Document 1, a Fe-Co-based target material is mixed with pure metal powder raw materials each having a purity of 99.9% or more so as to have the composition of the target material, and the obtained mixed powder is sintered. It is manufactured by tying.

WO2009/104509号公報WO2009 / 104509

上述した特許文献1に開示されるFe−Co系合金スパッタリングターゲット材は、TaあるいはNbの単一の元素を添加することで高い飽和磁束密度とアモルファス性に加えて高い耐食性を有する軟磁性膜を形成することが可能であり、成分制御を容易にするという点で有利である。
しかしながら、特許文献1に開示される製造方法により作製したFe−Co−Ta系合金ターゲット材をスパッタリングしたところ、ターゲット材から多量のパーティクルと呼ばれる異物が発生する場合があることを確認した。スパッタリングの際に発生するパーティクルは、スパッタリングレートの差等により、ターゲット材の表面にノジュールと呼ばれる突起物が形成され、このノジュールを基点として異常放電が発生することが一因となっている。また、ターゲット材の組織に空孔や酸化物等の絶縁体の異物が存在する場合にも、それらを基点として異常放電が発生し、ノジュールと同様にパーティクル発生の原因となり得る。
本発明者の検討によると、特許文献1に開示される製造方法により作製したスパッタリングターゲット材の表面にノジュールが形成されていることを確認し、その主原因がターゲット組織中の純Ta相の存在にあることを確認した。また、ターゲット組織中には、パーティクルの原因の一つとなる空孔が存在することも確認した。
本発明の目的は、上記課題を解決し、スパッタリング時にパーティクル発生を抑制可能なFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材を提供することである。
The Fe-Co alloy sputtering target material disclosed in Patent Document 1 described above is a soft magnetic film having high corrosion resistance in addition to high saturation magnetic flux density and amorphousness by adding a single element of Ta or Nb. This is advantageous in that it can be formed and component control is facilitated.
However, when the Fe—Co—Ta alloy target material produced by the manufacturing method disclosed in Patent Document 1 was sputtered, it was confirmed that a large amount of foreign matter called particles may be generated from the target material. One of the causes of the particles generated during sputtering is that a protrusion called a nodule is formed on the surface of the target material due to a difference in sputtering rate, and abnormal discharge occurs from the nodule as a base point. In addition, even when there are foreign substances such as vacancies and oxides in the structure of the target material, abnormal discharge occurs from them as a base point, which can cause generation of particles as in the case of nodules.
According to the study of the present inventors, it was confirmed that nodules were formed on the surface of the sputtering target material produced by the production method disclosed in Patent Document 1, and the main cause was the presence of pure Ta phase in the target structure. It was confirmed that It was also confirmed that there was a hole in the target structure that was one of the causes of particles.
An object of the present invention is to provide an Fe—Co—Ta based sputtering target material that solves the above-described problems and can suppress the generation of particles during sputtering.

本発明者は、粉末原料の組成と混合粉末の焼結条件を検討した結果、ターゲット材の組織中にノジュール発生の主原因である純Ta相および空孔を極限まで低減することができる製造方法を見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、Fe−Ta粉末とCo−Ta粉末と純Ta粉末とを混合して混合粉末を得る工程と、前記混合粉末を焼結温度1100〜1400℃、圧力125〜200MPaで1〜10時間の加圧焼結をする工程とを有するFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材の製造方法である。
また、本発明のFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材は、6mmの視野における純Ta相が1.5面積%以下であり、且つ同一の視野において存在する空孔の長径の総和が15μm以下である。
As a result of examining the composition of the powder raw material and the sintering conditions of the mixed powder, the present inventor is able to reduce the pure Ta phase and vacancies, which are the main causes of nodule generation, to the limit in the structure of the target material And reached the present invention.
That is, the present invention includes a step of mixing a Fe—Ta powder, a Co—Ta powder, and a pure Ta powder to obtain a mixed powder, and the mixed powder is sintered at 1100 to 1400 ° C. at a pressure of 125 to 200 MPa and 1 to 10 It is a manufacturing method of the Fe-Co-Ta type | system | group sputtering target material which has the process of carrying out pressure sintering of time.
In the Fe—Co—Ta based sputtering target material of the present invention, the pure Ta phase in a 6 mm 2 field of view is 1.5 area% or less, and the sum of the major diameters of vacancies existing in the same field of view is 15 μm or less. It is.

本発明によりスパッタリング時のパーティクル発生を抑制したFe−Co−Ta系ターゲット材が実現でき、磁気記録媒体のFe−Co−Ta系合金の軟磁性膜を安定的に成膜することが可能となる。   According to the present invention, an Fe—Co—Ta based target material that suppresses the generation of particles during sputtering can be realized, and a soft magnetic film of an Fe—Co—Ta based alloy of a magnetic recording medium can be stably formed. .

本発明例の試料No.5の走査型電子顕微鏡によるミクロ組織写真である。Sample No. of the present invention example. 5 is a microstructural photograph taken by a scanning electron microscope in FIG. 従来例の試料No.1の走査型電子顕微鏡によるミクロ組織写真である。Sample No. of the conventional example. 1 is a microstructural photograph of 1 of a scanning electron microscope. 比較例の試料No.2の走査型電子顕微鏡によるミクロ組織写真である。Sample No. of Comparative Example 2 is a microstructural photograph taken by a scanning electron microscope in FIG.

上述したように、本発明の重要な特徴は、スパッタリングの際にパーティクル発生の主原因となるターゲット材中の純Ta相を極限まで抑制するために、原料粉末としてFe−Ta粉末とCo−Ta粉末と純Ta粉末を用い、さらに純Ta相および空孔を抑制するための好適な粉末焼結条件を見出した点にある。   As described above, an important feature of the present invention is that Fe-Ta powder and Co-Ta are used as raw powders in order to suppress the pure Ta phase in the target material, which is the main cause of particle generation during sputtering. It is the point which discovered the suitable powder sintering conditions for using a powder and pure Ta powder, and also suppressing a pure Ta phase and a void | hole.

本発明のFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材の製造方法は、Fe−Ta粉末とCo−Ta粉末と純Ta粉末とを混合した後に、例えば熱間静水圧プレスやホットプレス等による加圧焼結を行う。例えば熱間静水圧プレスによって上述の混合粉末を加圧焼結する場合、軟鋼製の加圧容器に粉末を充填し、加圧容器内部を真空排気して密封した後に加圧焼結を実施する。加圧焼結は、焼結温度1100〜1400℃、圧力125〜200MPaで焼結時間1〜10時間の範囲内で行う。
焼結温度が1100℃未満の場合は、高融点金属である純Ta粉末の焼結が十分に進まずに空孔が形成されてしまう。一方、焼結温度が1400℃を超えると耐え得る装置が限られてしまうという問題がある。このため、本発明では焼結温度を1100〜1400℃とした。尚、焼結温度が1270℃を超える場合には、Co−Ta合金粉末の液相が出現するため、1270℃以下で焼結することが好ましい。
また、加圧圧力が125MPa未満では、十分な焼結ができなくなりターゲット組織中に空孔が形成されやすくなる。一方、加圧圧力が200MPaを超えると耐え得る装置が限られてしまうという問題がある。このため、本発明では加圧圧力を125〜200MPaとした。
また、焼結時間が1時間未満の場合には、焼結を十分に進行させられず、純Ta相や空孔の形成を抑制することが難しい。一方、焼結時間が10時間を超えると製造効率が著しく悪化するため避ける方がよい。このため、本発明では焼結時間を1〜10時間とした。
The method for producing the Fe—Co—Ta based sputtering target material of the present invention comprises mixing Fe—Ta powder, Co—Ta powder, and pure Ta powder, followed by, for example, press firing by hot isostatic pressing or hot pressing. Do the tie. For example, when the above mixed powder is subjected to pressure sintering by hot isostatic pressing, the powder is filled in a pressure vessel made of mild steel, the inside of the pressure vessel is evacuated and sealed, and then pressure sintering is performed. . The pressure sintering is performed at a sintering temperature of 1100 to 1400 ° C. and a pressure of 125 to 200 MPa within a sintering time of 1 to 10 hours.
When the sintering temperature is lower than 1100 ° C., the pure Ta powder, which is a high melting point metal, does not sufficiently sinter and pores are formed. On the other hand, if the sintering temperature exceeds 1400 ° C., there is a problem that the devices that can withstand are limited. For this reason, in this invention, sintering temperature was 1100-1400 degreeC. When the sintering temperature exceeds 1270 ° C., the liquid phase of the Co—Ta alloy powder appears, so that sintering is preferably performed at 1270 ° C. or less.
On the other hand, if the pressurizing pressure is less than 125 MPa, sufficient sintering cannot be performed, and voids are easily formed in the target structure. On the other hand, when the pressurization pressure exceeds 200 MPa, there is a problem that an apparatus that can withstand is limited. For this reason, in this invention, the pressurization pressure was 125-200 MPa.
Further, when the sintering time is less than 1 hour, the sintering cannot proceed sufficiently, and it is difficult to suppress the formation of pure Ta phase and pores. On the other hand, if the sintering time exceeds 10 hours, the production efficiency is remarkably deteriorated. Therefore, in the present invention, the sintering time is set to 1 to 10 hours.

本発明で用いる原料粉末は、Fe−Ta合金粉末とCo−Ta合金粉末と純Ta粉末とする。組成比の異なる1種または2種のFe−Co−Ta合金粉末と純Ta粉末を原料粉末として用いることも可能であるが、Fe−Co−Ta合金粉末と純Ta粉末間の相互拡散が進みにくくなり、焼結後のターゲット材組織において純Ta相が形成されやすくなる。このため、本発明では、Fe−Ta合金粉末とCo−Ta合金粉末と純Ta粉末を用いる。
Fe−Ta合金粉末とCo−Ta合金粉末は、共晶付近の組成であることが望ましい。各々の合金粉末が共晶組成から大きく外れる場合、液相温度が顕著に上昇するため、合金化の際に周囲の耐火物を損傷しやすくなり、合金粉末中に微細な耐火物が混入してしまう可能性がある。スパッタリングターゲット材中に耐火物が混入した場合には、これら耐火物は絶縁体であるため、スパッタリング時にパーティクルを発生する異常放電の基点となりやすい。このため、Fe−Ta合金粉末においてはTaの原子比率が12%以下であることが望ましく、Co−Ta合金粉末においてはTaの原子比率が18%以下であることが望ましい。Fe−Ta合金粉末においては、Taの原子比率が4〜10%であることがより好ましい。また、Co−Ta合金粉末においては、Taの原子比率が5〜13%であることがより好ましい。
また、各々の合金粉末において粒径が粗大である場合には、Fe−Ta合金粉末とCo−Ta合金粉末と純Ta粉末の混合粉末を軟鋼製の圧力容器に充填する際のかさ密度が顕著に低下し、加圧焼結による収縮が大きくなるため、合金粉末の粒径は250μm以下であることが望ましい。
The raw material powder used in the present invention is Fe-Ta alloy powder, Co-Ta alloy powder, and pure Ta powder. It is possible to use one or two types of Fe—Co—Ta alloy powders and pure Ta powders having different composition ratios as raw material powders, but mutual diffusion between the Fe—Co—Ta alloy powders and the pure Ta powders has progressed. It becomes difficult to form a pure Ta phase in the target material structure after sintering. For this reason, in this invention, Fe-Ta alloy powder, Co-Ta alloy powder, and pure Ta powder are used.
It is desirable that the Fe—Ta alloy powder and the Co—Ta alloy powder have a composition near the eutectic. When each alloy powder deviates significantly from the eutectic composition, the liquidus temperature rises significantly, making it easy to damage surrounding refractories during alloying, and fine refractories are mixed in the alloy powder. There is a possibility. When refractories are mixed in the sputtering target material, these refractories are insulators, and thus easily become a base point of abnormal discharge that generates particles during sputtering. For this reason, in the Fe-Ta alloy powder, the Ta atomic ratio is desirably 12% or less, and in the Co-Ta alloy powder, the Ta atomic ratio is desirably 18% or less. In the Fe-Ta alloy powder, the Ta atomic ratio is more preferably 4 to 10%. In the Co—Ta alloy powder, the Ta atomic ratio is more preferably 5 to 13%.
In addition, when the particle diameter is coarse in each alloy powder, the bulk density when filling a pressure vessel made of mild steel with a mixed powder of Fe-Ta alloy powder, Co-Ta alloy powder and pure Ta powder is remarkable. Therefore, the particle size of the alloy powder is preferably 250 μm or less.

本発明のスパッタリングターゲット材のベースとなるFe−Co合金は、原子比における組成式が(Fe−Co100−X)、30≦X≦80で表される成分領域であることが好ましい。これは、飽和磁気モーメントが遷移金属合金中で最高となることが知られるFe−Co二元系合金は、原子比でFe:Co=65:35の組成比付近で飽和磁気モーメントが最大になり、Feの原子比率が30〜80%の範囲であるFe−Co合金において高い飽和磁気モーメントが得られるためである。
なお、飽和磁気モーメントを最大化する必要がある場合には、Feの原子比率Xを50〜80%とすることが好ましく、また、薄膜としての磁歪を下げようとする場合には、Feの原子比率Xを30〜50%とすることが好ましい。
The Fe—Co alloy serving as the base of the sputtering target material of the present invention preferably has a component region in which the composition formula in atomic ratio is (Fe X —Co 100-X ) and 30 ≦ X ≦ 80. This is because the Fe—Co binary alloy, which is known to have the highest saturation magnetic moment among transition metal alloys, has the highest saturation magnetic moment near the composition ratio of Fe: Co = 65: 35 in atomic ratio. This is because a high saturation magnetic moment can be obtained in an Fe—Co alloy in which the atomic ratio of Fe is in the range of 30 to 80%.
When the saturation magnetic moment needs to be maximized, the atomic ratio X of Fe is preferably 50 to 80%. When the magnetostriction as a thin film is to be reduced, the Fe atom ratio X The ratio X is preferably 30 to 50%.

本発明のFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材は、Taを14〜30原子%含有させることが好ましい。これは、Taの添加により、スパッタリングの際に、Fe−Co系合金がアモルファス化すると同時に、耐食性を向上させる効果を有するためである。なお、上記の効果は、Taの添加量が14原子%に満たない場合には、アモルファス化せず、30原子%を超える場合には、磁化が低下するため、14〜30原子%にすることが好ましい。   The Fe—Co—Ta based sputtering target material of the present invention preferably contains 14 to 30 atomic% of Ta. This is because the addition of Ta has the effect of improving the corrosion resistance at the same time as the Fe—Co alloy becomes amorphous during sputtering. In addition, said effect does not become amorphous when the addition amount of Ta is less than 14 atomic%, and when it exceeds 30 atomic%, the magnetization decreases, so it is made 14 to 30 atomic%. Is preferred.

また、上述の理由により、Taを14原子%以上含有するFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材を製造するためには、純Ta粉末を用いる必要があるが、純Ta粉末の使用量は極力抑制することが望ましい。これは、純Ta粉末を多量に用いた場合には、混合粉末の焼結後のミクロ組織に純Ta相が形成されやすくなり、スパッタリング時にノジュールを形成しやすくなるためである。
また、純Ta粉末は、粒子径が微細であることが好ましい。これは、純Ta粉末の粒子径が粗大である場合には、混合粉末の焼結後のミクロ組織に純Ta相が形成されやすくなり、スパッタリング時にノジュールを形成しやすくなるためである。また、取り扱いの簡便さを考慮すると、純Ta粉末の平均粒子径は、45μm以下とすることが好ましい。
また、純Ta粉末には、化学的抽出法や機械的粉砕法により製造される純Ta粉末を用いることができ、中でも機械的粉砕法によって製造された粉末を用いることが好ましい。機械的粉砕法によって製造された粉末を用いることにより、粉末の流動性が向上し、加圧容器への充填時のかさ密度が高くなり、加圧焼結後のミクロ組織中に空孔の形成をさらに抑制することができる。
For the above reasons, it is necessary to use pure Ta powder in order to produce an Fe—Co—Ta-based sputtering target material containing Ta at least 14 atomic%, but the use amount of pure Ta powder is minimized. It is desirable to do. This is because when a large amount of pure Ta powder is used, a pure Ta phase is easily formed in the microstructure after sintering of the mixed powder, and nodules are easily formed during sputtering.
The pure Ta powder preferably has a fine particle size. This is because when the particle size of the pure Ta powder is coarse, a pure Ta phase is easily formed in the microstructure after sintering of the mixed powder, and nodules are easily formed during sputtering. In consideration of easy handling, the average particle diameter of the pure Ta powder is preferably 45 μm or less.
The pure Ta powder can be a pure Ta powder produced by a chemical extraction method or a mechanical pulverization method, and among them, a powder produced by a mechanical pulverization method is preferably used. By using powder produced by mechanical grinding, the fluidity of the powder is improved, the bulk density when filled into a pressurized container is increased, and voids are formed in the microstructure after pressure sintering Can be further suppressed.

本発明のFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材は、Taを上記の範囲で含有する以外に、Zrを5原子%以下含有させてTaの一部を置換していてもよい。ZrをFe−Co―Ta系合金に添加することにより、スパッタリング成膜の際に薄膜のアモルファス化を促進させ、Taの添加量を抑制することが可能となる。
本発明によって製造されるFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材にZrを5原子%以下添加する場合は、上述のFe−Ta合金粉末やCo−Ta合金粉末、純Ta粉末に加えて、Fe−Zr、Co−Zr、Fe−Ta−Zr、Co−Ta−Zrを添加することにより製造することができる。
これは、上述の理由に加えて、純金属としてのZrは酸素との反応性が非常に高く、作業の安全上合金化させて使用することが望ましいためである。
In addition to containing Ta in the above range, the Fe—Co—Ta based sputtering target material of the present invention may contain 5 atomic% or less of Zr to replace a part of Ta. By adding Zr to the Fe—Co—Ta alloy, it becomes possible to promote the amorphization of the thin film during the sputtering film formation and to suppress the amount of Ta added.
When adding 5 atomic% or less of Zr to the Fe—Co—Ta based sputtering target material produced according to the present invention, in addition to the above-described Fe—Ta alloy powder, Co—Ta alloy powder, and pure Ta powder, Fe— It can be produced by adding Zr, Co-Zr, Fe-Ta-Zr, Co-Ta-Zr.
This is because, in addition to the above-mentioned reasons, Zr as a pure metal has a very high reactivity with oxygen, and it is desirable to use it by alloying for safety of work.

本発明のFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材は、TaとZrを上記の範囲で含有する以外の残部はFeとCoと不可避的不純物である。不純物含有量はできるだけ少ないことが望ましく、ガス成分である酸素、窒素は1000ppm以下、不可避的に含まれるNi、Si、Al等のガス成分以外の不純物元素は、合計で1000ppm以下であることが望ましい。   In the Fe—Co—Ta based sputtering target material of the present invention, the balance other than containing Ta and Zr in the above range is Fe and Co and inevitable impurities. It is desirable that the impurity content is as low as possible, oxygen and nitrogen as gas components are 1000 ppm or less, and inevitably contained impurity elements other than gas components such as Ni, Si, Al are preferably 1000 ppm or less in total. .

本発明によって得られるFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材は、6mmの視野における純Ta相が1.5面積%以下であり、且つ存在する空孔の長径の総和が、15μm以下である。これは、ノジュール化しやすい純Ta相および空孔の存在比率をスパッタリング時に問題にならない範囲まで低減するためである。純Ta相および空孔の存在比率は、可能な限り低いことが好ましく、スパッタリング中のパーティクル発生を抑制するためには、純Ta相を1.5面積%以下とし、かつ存在する空孔の長径の総和を15μm以下とする必要がある。 In the Fe—Co—Ta-based sputtering target material obtained by the present invention, the pure Ta phase in a 6 mm 2 field of view is 1.5 area% or less, and the sum of the major diameters of the existing holes is 15 μm or less. This is because the abundance ratio of pure Ta phase and vacancies, which are likely to be nodulated, is reduced to a range that does not cause a problem during sputtering. The presence ratio of pure Ta phase and vacancies is preferably as low as possible. In order to suppress the generation of particles during sputtering, the pure Ta phase should be 1.5 area% or less and the major axis of the vacancies present Needs to be 15 μm or less.

以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
まず、原子比が(Fe65−Co3582−Ta18となるように、表1に示す各々の組合せの粉末を準備し、秤量、混合して混合粉末を作製した。ここで、Fe−Ta合金粉末とCo−Ta合金粉末は、ガスアトマイズ製法により製造した、粒径が250μm以下の、各々共晶組成であるFe−8Ta(原子%)およびCo−8Ta(原子%)を用いた。また、純Ta粉末には、試料No.1〜5は市販の化学的抽出法によって製造された粒径が45μm以下の純Ta粉末を用い、試料No.6〜10は市販の機械的粉砕法によって製造された粒径が45μm以下の純Ta粉末を用いた。
上記で得たそれぞれの混合粉末を、軟鋼製の加圧容器に充填し脱気封止した後に、熱間静水圧プレスによって表1に示す焼結温度、加圧圧力、焼結時間の条件で焼結し、直径194mm×厚さ14mmの焼結体を得た。
上記で得た焼結体を機械加工により、直径180mm×厚さ7mmのサイズに加工してFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材を得た。
The following examples further illustrate the present invention.
First, powders of each combination shown in Table 1 were prepared so that the atomic ratio was (Fe 65 —Co 35 ) 82 —Ta 18, and weighed and mixed to prepare a mixed powder. Here, the Fe—Ta alloy powder and the Co—Ta alloy powder were produced by a gas atomizing method, and each particle diameter was 250 μm or less, and each of eutectic compositions Fe-8Ta (atomic%) and Co-8Ta (atomic%). Was used. For pure Ta powder, sample no. Nos. 1 to 5 use a pure Ta powder having a particle size of 45 μm or less produced by a commercially available chemical extraction method. 6-10 used the pure Ta powder with a particle size of 45 micrometers or less manufactured by the commercially available mechanical grinding method.
Each mixed powder obtained above was filled in a pressure vessel made of mild steel and degassed and sealed, and then subjected to the conditions of sintering temperature, pressure and sintering time shown in Table 1 by hot isostatic pressing. Sintering was performed to obtain a sintered body having a diameter of 194 mm and a thickness of 14 mm.
The sintered body obtained above was processed into a size of 180 mm diameter × 7 mm thickness by machining to obtain an Fe—Co—Ta based sputtering target material.

上記で作製した焼結体を走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製 JSM−6610LA)によりミクロ組織観察し、6mmの視野における純Ta相の面積%を測定した。また、観察した6mmの視野中に存在する夫々の空孔の長径を測定し、その総和を算出した。観察した試料No.1、2、5それぞれの焼結体のミクロ組織を図1〜図3に、純Ta相の面積%および空孔の長径の総和を測定した結果を表1に示す。
図1〜図3において、白色部は純Ta相、その周囲の明灰色部はTaを多く含有する合金相であり、残部がTa含有量の少ない合金相である。図1〜図3および表1より、加圧圧力を増加させ、焼結時間を長くすることにより、純Ta相および空孔の形成を抑制できていることが確認できた。また、ミクロ組織中の空孔は、化学的抽出法により製造された純Ta粉末に比べて、機械的粉砕法により製造された純Ta粉末を用いることにより、さらに形成を抑制できていることが確認できた。
The sintered body produced above was observed with a scanning electron microscope (JSM-6610LA, manufactured by JEOL Ltd.), and the area% of pure Ta phase in a 6 mm 2 field of view was measured. Further, the major axis of each hole existing in the observed 6 mm 2 field of view was measured, and the sum total was calculated. Observed Sample No. 1 to 3 show the microstructures of the sintered bodies 1, 2 and 5, and Table 1 shows the results of measuring the total area percentage of pure Ta phase and the major axis of the pores.
1 to 3, the white portion is a pure Ta phase, the light gray portion around it is an alloy phase containing a large amount of Ta, and the remainder is an alloy phase having a low Ta content. From FIG. 1 to FIG. 3 and Table 1, it was confirmed that the formation of pure Ta phase and pores could be suppressed by increasing the pressing pressure and extending the sintering time. In addition, the formation of pores in the microstructure can be further suppressed by using pure Ta powder produced by a mechanical pulverization method compared to pure Ta powder produced by a chemical extraction method. It could be confirmed.

また、上記で作製したスパッタリングターゲット材をDCマグネトロンスパッタ装置(キャノンアネルバ株式会社製 C3010)のチャンバ内に配置し、チャンバ内を1×10−6Pa以下となるまで減圧した後、Arガス圧0.6Pa、投入電力1500Wの条件にて120秒ずつ放電試験を行った。このとき、0.1秒ごとの印加電圧の変化を記録し、印加電圧差の絶対値が統計的管理基準として異常値の監視に利用される、中央値(平均値)に標準偏差の3倍を加えた値以上となった回数を異常放電が発生した回数として測定した。
ターゲット材から発生するパーティクルの量と異常放電の回数の間には強い正の相関があるため、異常放電の回数を測定することでスパッタリングの際に発生するパーティクルの多少を評価することが可能である。上記の方法によって異常放電の回数を測定し、試料No.1の従来材を基準(100%)として、得た異常放電発生比率の結果を表1に示す。
表1より、Fe−Co−Ta系ターゲット材中の純Ta相の面積%の低下および空孔の長径の総和の減少に伴い、異常放電発生比率も低下することが確認できた。本発明の加圧焼結の条件の範囲内で製造することにより、純Ta相および空孔が抑制でき、その結果スパッタリング時のパーティクル発生の低減が可能となり、本発明の有効性が確認できた。
Moreover, after arrange | positioning the sputtering target material produced above in the chamber of DC magnetron sputtering apparatus (C3010 by Canon Anelva Co., Ltd.), and reducing the pressure in the chamber to 1 × 10 −6 Pa or less, the Ar gas pressure is 0. The discharge test was conducted 120 seconds at a time of .6 Pa and an input power of 1500 W. At this time, changes in applied voltage every 0.1 seconds are recorded, and the absolute value of the applied voltage difference is used as a statistical management standard for monitoring abnormal values. The median (average value) is three times the standard deviation. The number of times that became equal to or greater than the value obtained by adding was measured as the number of times abnormal discharge occurred.
Since there is a strong positive correlation between the amount of particles generated from the target material and the number of abnormal discharges, it is possible to evaluate the number of particles generated during sputtering by measuring the number of abnormal discharges. is there. The number of abnormal discharges was measured by the above method. Table 1 shows the results of the abnormal discharge occurrence ratio obtained with reference to 1 conventional material (100%).
From Table 1, it was confirmed that the abnormal discharge occurrence ratio also decreased as the area percentage of the pure Ta phase in the Fe-Co-Ta-based target material decreased and the total of the major diameters of the holes decreased. By producing within the range of the pressure sintering conditions of the present invention, pure Ta phase and vacancies can be suppressed. As a result, the generation of particles during sputtering can be reduced, and the effectiveness of the present invention has been confirmed. .

Claims (2)

平均粒子径が250μm以下のFe−4〜10原子%Ta粉末と平均粒子径が250μm以下のCo−5〜13原子%Ta粉末と平均粒子径が45μm以下の純Ta粉末とを、Taを18〜30原子%含有し、残部が原子比における組成式で(Fe −Co 100−X )、30≦X≦80、および不可避的不純物となるように混合して混合粉末を得る工程と、
前記混合粉末を焼結温度1100〜1400℃、圧力125〜200MPaで1〜10時間の加圧焼結をする工程とを有し、
6mm の視野における純Ta相が0.12〜1.5面積%であり、且つ同一の視野において存在する空孔の長径の総和が15μm以下であるFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材を得ることを特徴とするFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材の製造方法。
It means a particle diameter of 250 [mu] m or less of Fe- 4 to 10 atomic% Ta powder with an average particle size of less 250 [mu] m Co- 5 to 13 atomic% Ta powder with an average particle diameter of 45μm or less pure Ta powder, a Ta 18 30 contains atomic%, a step of the balance to obtain a mixed powder mixture serves as (Fe X -Co 100-X) , 30 ≦ X ≦ 80 and unavoidable impurities, a composition formula in atomic ratio,
The mixed powder sintering temperature 1100 to 1400 ° C., possess a step of pressure sintering 1 to 10 hours at a pressure 125~200MPa,
A Fe—Co—Ta-based sputtering target material in which the pure Ta phase in a 6 mm 2 field of view is 0.12 to 1.5 area% and the total length of vacancies existing in the same field of view is 15 μm or less is obtained. The manufacturing method of the Fe-Co-Ta type sputtering target material characterized by the above-mentioned.
Taを18〜30原子%含有し、残部が原子比における組成式で(Fe −Co 100−X )、30≦X≦80、および不可避的不純物からなり、6mmの視野における純Ta相が0.12〜1.5面積%であり、且つ同一の視野において存在する空孔の長径の総和が15μm以下であることを特徴とするFe−Co−Ta系スパッタリングターゲット材。 It contains 18 to 30 atomic% of Ta, the balance is composed of the composition formula in terms of atomic ratio (Fe X -Co 100-X ), 30 ≦ X ≦ 80, and inevitable impurities, and a pure Ta phase in a 6 mm 2 field of view A Fe—Co—Ta-based sputtering target material, which is 0.12 to 1.5 area % and has a total length of vacancies in the same field of view of 15 μm or less.
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