JPS63118067A - スパツタリングタ−ゲツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は薄膜磁気ヘッドあるいは強磁性薄膜抵抗素子の
製造に用いられるス・ξツタリングタープツトに関し、
特にマグネトロン型ス・ぐツタ装置の陰極として最適な
スノＰノタリングターケ°ノドに関する。

〈従来の技術〉 近年、磁気応用分野では磁心の小型化、高周波化、高密
度化の傾向にあシ、特に磁気記録分野では高記録密度化
に伴い、狭トラツク、短波長、高周波帯域の方向にある
。例えば＋　８　ミリＶＴＲ、固定ヘッド型ｒノタルオ
ーディオ、　ＰＣＭ　、垂直磁気記録分野等がそうであ
る。

磁性素子の小型化、高周波化に対しては、軟磁性材料の
薄板、薄帯が利用されつつあるが、これらは十分に対応
できる材料であるとはいえない。

そこで注目されているのがス・２ツタ法により製造され
る軟磁性薄膜である。この薄膜は低周波領域では保磁力
、透磁率の点で劣るが、その形状の有利さから高周波領
域では格段に優れている。軟磁性薄膜は、電気゛抵抗の
低い金属材料に特有のうす電流損失全署しく低減するこ
とが可能であるために、高周波帯域における透磁率の低
下をおさえることができるからである。

一般に、スーぐツタ法の基本原理はターケ”ｙ）ｆ流あ
るいは交流の高電圧（数ｋＶ）’５印加してグロ−放電
を起こさせス・ｅツタリングを行なうことである。たと
えば真空槽内ｆ　Ｉ　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒのアルゴ
ン雰囲気に保って電極間に電圧全印加すると、電極間に
グロー放電が発生する。このグロー放電により放電空間
にアルコ゛ンプラズマが形成される。

このプラズマ中のアルゴン正イオンが、陰極近傍の陰極
電位降下で加速され、ターケ゛ノド陰極表面に衝突し、
ターケ０ノド表面をス・そツタ蒸発させる。

ス・ぞツタ粒子は陽極上に配置された基板上に沈着して
、ターデッド材料からなる薄膜が形成される。

ここで、スパッタ法による薄膜作成の欠点は薄膜の形成
速度が遅いことである。この形成速度が遅いという欠点
を改良したス・ぐツタ法の一つとしてマグネトロン型ス
・ンツタ法がある。マグネトロン型スパッタ法は、２極
のスパッタリング法の中で電界と磁界が印加されておシ
、その結果として陰極近傍に電子がとらえられ陰極近傍
で電子による電流が閉じるような領域が形成されるよう
にした方式であり、すなわちターゲット（陰極）表面か
らたたき出された２次電子はローレンツ力によって電界
および磁界に垂直の方向に作用する。ターケ９ソト表面
に形成される磁界にトラソノされた電子はサイクロイド
運動をして、ガス分子と衝突しイオン化全促進する。何
回となく衝突を繰り返した電子は、そのたびごとにエネ
ルギーを失い。

軌道を変えながら基板（陽極）に達しその寿命を終える
。このように、磁界の影響で電子の寿命が長くなり、低
い圧力でも放電全維持するのに十分な電子を供給し、高
密度プラズマが発生する。したがって、大電流密度放電
が可能となり、スパッタ速度が著しく速くすることがで
きる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ここで、マグネトロン型ス・ぐツタ法で１例えばＦｅ　
、Ｃｏ　、Ｎｔの少なくとも１種が主たる構成元素であ
る強磁性体ターゲットをス・センタしようとすればター
ゲットが裏面の磁石の磁路を短絡（閉磁路を形成）して
しまう。したがって、磁力線がターケ゛ット内部に収束
されてマグネトロン放電が困難となる。そこでターダク
ト表面に漏洩磁界全発生させるためには次の方法が考案
されている。

１）ターゲット裏面の磁石を強くするか、ターゲットの
厚さを薄くしてターケ゛ントヲ磁気的に飽和させた後に
表面に漏れてくる磁界成分を利用する（第２図参照）。

２）ターゲットにギャップを設は磁界の漏れを完す。

３）ターケ゛ットの温度を上げて透磁率金小さくし磁界
の漏れを促す。

しかし、ターゲット裏面の磁石を強くしたり。

ターケ３ットの温度を上げたりするにはスパッタ装置を
改造する必要があるだけでなく、装置が大がかりになっ
たり、複雑になったりするので好ましくない。また、第
２図のように磁石１を配すると局部的に磁界ができるた
め２強磁性体ターケ゛ノド２が局部的にへっていくため
ターケ９ノドの寿命が短くなる。またターゲットが局部
的にへると、使用できない部分が多くのこり無駄が多い
。なお３は銅からなるバンキングプレートである。

また、ターケ９ットの厚さを薄くすることはこの加工費
用が高くなるとともに、ターゲット１枚当りの寿命が短
くターゲットの交換を頻繁に行わなくてはならなくなる
。さらにターケ゛ソトにギャップを機械加工により設け
ることは加工費用が高くなり実用的でない。

ここで、ターケ９ノ）Ｋ磁気的なギャップ全容易にしか
も安価に設けることができれば、マグネトロン型ス・ぐ
ツタ装置の改造もなく、また１局部的なターケ゛ノドの
へりによる寿命の短命化のない薄膜磁性素子、特に薄膜
磁気ヘッドの実用化に大きく貢献できるものである。

そこで２本発明の目的は上記問題点に鑑み、ス・ぐツタ
装置、特にマグネトロン型ス・母ツタ装置の陰極として
最適な長寿命をもつ（使用効率の高い）スミ９ツタリン
グターゲツトを提供することにある。

〈問題点全解決するための手段〉 上記目的は＋　Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１種が主
たる構成元素である強磁性体ス・ぐノタリングターケ８
ノドにおいて、その表面および内部に非磁性相全分散し
て存在させることにより達成される。すなわち、第１図
全参照して１強磁性体ターケ・ノド２′の表面もしくは
表面近傍に非磁性相４が存在すると、この非磁性相が磁
気的なギャップとして作用しターケゝット２′の裏面の
磁石１からの磁束が非磁性相４の部分で均一に漏洩する
ことになる。

ターゲットはスノやツタリングにより表面が削り取られ
る様に消耗していくため、ターケ゛ノド表面に常に非磁
性相が存在するためには、この非磁性相がターゲット自
体にも存在している必要がある。

しかも、非磁性相が局部的に存在していると、ターゲッ
トの消耗も局部的になり、使用効率が低くなるために、
非磁性相はターゲット中に分散して存在させなければな
らない。

強磁性体スパンタリングターｒノドとしてはＦｅ、Ｃｏ
、Ｎｔの少なくとも１種をその構成元素とする材料であ
る。例えば＋　Ｆｅ−８ｉ、Ｆｅ−８ｉ−Ａｔ＋Ｃｏ−
Ｚｒ＋Ｃｏ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｎ
ｉ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金もしくはこれら
に磁気特性改善に有効な元素が添加されてなる金属材料
、さらに酸化物系の強磁性体材料等である。

非磁性相としては金属９合金、化合物、または酸化物や
窒化物のような非金属物質等から構成されるもので１強
磁性体中に存在して磁気的ギャップとなり得るものであ
れば良い。この非磁性相が存在していてもターゲット自
体は強磁性体である必要があるために非磁性相の体積比
率としては１０％以下が好ましい。ここで１０％を越え
て存在する場合はス・母ツタによシ得られた薄膜の磁気
特性が悪くなる。

強磁性体中に非磁性相を分散させる方法の例を以下に示
す。

１）相互に溶解度を有しないかもしくハ溶解度の小さい
強磁性体粉末と非磁性粉末を混合、焼結して強磁性体中
に非磁性相を分散させる。

２）強磁性体中に過飽和に固溶された非磁性物質を析出
もしくは晶出させて非磁性相を分散させる。

次て本発明の実施例を述べる。

〈実施例〉 １）　　Ｎｉ　８１　％　、　Ｆｅ　１９％に調整され
た溶湯に。

溶湯重量の１係に相当するＡｇを添加し、十分攪拌した
後、鋳鉄製の鋳型に注湯し、インゴットを得た。このイ
ンゴットに熱間加工、冷間加工、切削加工を行ない、外
径１５０　ｔａｎ　、厚さ６フの円板状ターゲットを作
製した。このターケ゛ットの結晶粒界およびその近傍に
はＡｇ’に主成分とする非磁性相が分散して存在してい
ることが認められた。このターゲットを用いて＋　Ａｒ
　８　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒ、　３　ｋＷの条件下でマ
グネトロンス／Ｆツタを行なった。非磁性相を分散させ
たターゲットと分散させないターゲットの両者の使用効
率（使用前のターゲットの体：ｉ’１＝ｌＯＯとして、
使用不可能になったターゲットの体積を求め、逆に使用
したターゲットの体積に％で示しだもの）は、前者が約
２５係であるのに対し、後者は約６％であった。また、
このとき前者では広い範囲にわたって二ロー・ジョン（
外力による金属の損耗を受ける現象）がおこっていだの
に対し、後者は局部的だしかエロージョンが進んでいな
かった。

２）Ｎｉ８１％、　Ｆｅ　１９　％となるようにＮ１粉
末（−”１００）とＦｅ粉末（−”１００　）をボール
ミルで混合し、これに総重量の５％に相当するＮｂＣ（
平均粒径２０μｍ）粉末をさらに加えて混合した。次い
でこの混合粉末を、内寸法がφ１６０℃ｍＸ　１２℃ｍ
のステンレス容器に入れ、真空脱気後封入し、１２５０
℃、１０００気圧の静水圧中で焼結させた後、外径１５
０７？！、厚さ６咽の円板状ターグノトヲ作製した。こ
のターゲットは、マトリックスが８１係Ｎｉ　−１９％
Ｆｅで、このマトリックス中に非磁性のＮｂＣが分散し
た複合組織てよシ形成されていた。

前述と同じ条件でマグネトロンス・ｅツタ全行ないター
ケ゛ソトの使用効率を調べた。非磁性相が分散した場合
は、使用効率は約３０％であり、Ｎｉ、Ｆｅのみの場合
は約７係であった。エロージョンの様子も非磁性相が分
散した場合は広い範囲で認められた。

３）Ｆｅ８４％、Ｓｉ　１０％、Ａｔ６％に調整されだ
溶湯に溶湯重量の４チに相当するＴｉを添加し。

十分攪拌後、水冷銅鋳型に注湯し、インデノ）ｋ得た。

このインゴットから外径１５０　フ、厚さ８コの円板状
ターケ゛ノ）ｋ研削加工により作製した。

このとき、ターゲツト（ｔｉ　Ｆｅ−８ｉ−Ａｔ−Ｔｉ
から成る強磁性領域と、Ｔｉｔ主成分とする非磁性相の
複合組織を有していた。前述と同じ条件でマグネトロン
ス・ぐツタを行ないターゲツトの使用効率および二〇−
ノヨンの様子音調べた。非磁性相を分散させた場合と２
分散させない場合の両者を比較すると。

前者の使用効率は約２０係であるのに対し、後者は約６
％であった。またエロージョンは前者では広範囲、後者
は局部的であった。

以上より１強磁性体ターケ゛ノドに非磁性相を分散させ
ることにより、ターケ゛ノドの使用効率が３倍以上に改
善されていることがわかる。

なお、各々の実施例により成膜された。薄膜についてそ
れぞれ磁気特性を調べだが、非磁性相を分散させだター
ケ゛ノトヲ用いたものと、従来のターケ゛ノド’を用い
たものとの間に差異は認められなかった。

〈発明の効果〉 以上のように１本発明によれば、使用効率に優れたス／
Ｆノタリングターダノトが実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるス・七ノタリングター
ケ゛ノトヲ用いたときの磁界分布を表わす原理図、第２
図は従来の強磁性体スパノタリングターケ゛ノドを用い
たときの磁界分布全表わす原理図である。 １・・・磁石、　２　、２’・・・ターケ“ノド、４・
・・非磁性相。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１種が主たる構成元
   素である強磁性体スパッタリングターゲットにおいて、
   非磁性相が分散して存在していることを特徴とするスパ
   ッタリングターゲット。