JPS63241165A - Target for sputtering - Google Patents

Target for sputtering

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JPS63241165A
JPS63241165A JP7673887A JP7673887A JPS63241165A JP S63241165 A JPS63241165 A JP S63241165A JP 7673887 A JP7673887 A JP 7673887A JP 7673887 A JP7673887 A JP 7673887A JP S63241165 A JPS63241165 A JP S63241165A
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JP
Japan
Prior art keywords
target
sputtering
rare earth
composition
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP7673887A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadaaki Shimokawa
下川 渡聡
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a target for sputtering having a large area and satisfactory workability and used to form a magnetic thin film contg. a heavy rare earth metal and Fe as principal components by using a casting contg. a light rare earth metal and Mo, W, Tc or Re. CONSTITUTION:A target for sputtering used to form a magnetic thin film contg. a heavy rare earth metal (HR) and Fe as principal components is made of a casting contg. a light rare earth metal (LR) and one or more among Mo, W, Tc and Re. One or more among Gd, Tb and Dy are preferably used as the HR and one or more among Ce, Pr, Nd and Sm as the LR. The atomic compsn. of the target is represented by a formula [(LR)x(HR)1-y]yA100-y-zMz (where M is one or more among Mo, W, Tc and Re, A is elements including Fe and other than LR, HR and M, 0.05<=x<=0.60, 10<=y<=50 and 0<z<=15).

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、飼えば志気光学素子に用いられる重希土類金
属−鉄系合金磁性薄@作成に用いるスパッタリング・タ
ーゲットに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a sputtering target used in the production of a heavy rare earth metal-iron alloy magnetic thin film used in an optical element.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、重希土類金属−鉄系合金薄膜の成喚には一般に真
空蒸着、スパッタリング等が用いられる。
Conventionally, vacuum evaporation, sputtering, etc. are generally used to form heavy rare earth metal-iron alloy thin films.

中でもスパッタリング法は他の成膜性に較べて、磁気的
に優れた膜が得られる点や、マグネトロンスパッタリン
グ法の進歩により量産性が著しく向上したことなどの理
由で、今日では最も広く利用されている。
Among these, the sputtering method is the most widely used method today because it can produce films with excellent magnetic properties compared to other film formation methods, and because mass production has improved significantly due to advances in the magnetron sputtering method. There is.

スパッタリングによ92種以上の元素からなる合金薄膜
を作成する方法は、スパッタリング・ターゲットの構成
により次のように分類できる。 ′■複合ターゲットを
用いる方法 ■複数のタ=ゲットヲ用いる多元同時スパッタ法■合金
ターゲットを用いる方法 複合ターゲットには、ある金属ターゲット上に異種金属
チップを配置した、いわゆるチップオンターゲットと、
母金属に異柚金属ヲ狸め込んだ埋め込みターゲットがあ
る。複合ターゲツト法は、ターゲット表面での異種元素
間の面積比を制御することによって、合金薄膜組成をコ
ントロールする方法である。したがってチップオンター
ゲツト法ではターゲット消耗に伴いペレット面積が減少
し、膜の組成が変化してしまうので、長時間に亘っての
成膜には適していない、この欠点を改良したものが埋め
込みターゲットである。このターゲットは消耗してもタ
ーゲット間での各元素の領域の面積比がほとんど変化し
ないので、長時間成膜を行っても一定の組成のl[’に
得ることができる。
Methods for creating alloy thin films made of 92 or more elements by sputtering can be classified as follows depending on the structure of the sputtering target. ' ■ Method using a composite target ■ Multi-dimensional simultaneous sputtering method using multiple targets ■ Method using an alloy target Composite targets include so-called chip-on targets, in which chips of different metals are placed on a certain metal target.
There is an embedded target with a foreign metal embedded in the base metal. The composite target method is a method of controlling the composition of an alloy thin film by controlling the area ratio between different elements on the target surface. Therefore, in the chip-on-target method, the pellet area decreases as the target wears out, and the film composition changes, making it unsuitable for long-term film formation.The embedded target method has improved this drawback. be. Even if this target is consumed, the area ratio of each element region between the targets hardly changes, so even if film formation is performed for a long time, a constant composition of l[' can be obtained.

ところが、複合ターゲット共通に、ターゲット表面での
各元素の配置が膜面内での組成の揺らぎに帰するという
欠点を有している。
However, a common drawback of composite targets is that the arrangement of each element on the target surface results in fluctuations in composition within the film plane.

■の多元同時スパッタ法は、異る材料からなる複数のタ
ーゲットに各々独立に高周波電力又は直流電力を投入し
、基板とで合金化した膜を得る方法で、長所は投入電力
を変えることにより合金組成を容易に変え得る点にある
1反面、スパッタリング用電ijXを複数用意する必要
があること、ターゲット間の高周波電力の干渉に対する
対策を要するなどの欠点がある。さらに各ターゲットか
らの膜堆積速度や膜厚分布が膜の組成に直接影響を与え
るため、ターゲットの消耗に伴う堆積速度、膜厚分布の
変化により、一定の組成の均一な@全長時間に亘って得
ることが困難である。
The multi-source simultaneous sputtering method (2) is a method in which high-frequency power or DC power is applied independently to multiple targets made of different materials to obtain a film that is alloyed with the substrate. On the one hand, the composition can be easily changed, but on the other hand, there are drawbacks, such as the need to prepare a plurality of sputtering electric ijXs, and the need to take measures against interference of high-frequency power between targets. Furthermore, since the film deposition rate and film thickness distribution from each target directly affect the film composition, changes in the deposition rate and film thickness distribution as the target wears out will result in a constant composition being uniform over the entire length of time. difficult to obtain.

■の合金ターゲットは、巨視的には犀さ方向。■The alloy target is macroscopically in the direction of rhinoceros.

面内方向のいずれにおいても均一な組成のものが得られ
るため、スパッタリングを多数回繰り返し行っても、こ
れによって得られた膜の組成は一定で均一なものとなる
Since a film with a uniform composition can be obtained in any in-plane direction, even if sputtering is repeated many times, the composition of the film obtained will remain constant and uniform.

合金ターゲットは、その製盾法から焼結ターゲット鋳造
ターゲットに分けることができる。焼結ターゲットは、
比較的大面積のものを材料によらず作ることができるが
、不純物である酸素、窒素含有量を各々2000ppm
以下に抑えるためには特殊な技術を振するため、純度の
高い合金薄膜を作るのには不都合である。一方、所望の
組成の溶融金属を不活性ガス中、或いは真空中で鈎潰し
て得られる鋳造ターゲットは含有不純物ガス濃度を50
0ppm以下にすることが可能であり、高純度の合金薄
膜を得ることができる。
Alloy targets can be divided into sintered targets and cast targets based on their shield manufacturing method. The sintered target is
Although it can be made with a relatively large area regardless of the material, the impurity oxygen and nitrogen content must be reduced to 2000 ppm each.
Special techniques are required to reduce the amount below, which is inconvenient for producing a highly pure alloy thin film. On the other hand, a casting target obtained by crushing molten metal of a desired composition in an inert gas or vacuum has an impurity gas concentration of 50%.
It is possible to reduce the amount to 0 ppm or less, and a highly pure alloy thin film can be obtained.

以上に述べたように1合金薄膜の工業的生産には、鋳造
ターゲットを用いたスパッタリング法が最も適している
As described above, the sputtering method using a cast target is most suitable for the industrial production of single-alloy thin films.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし%重希土類金属と鉄は多種の金属間化合物を形成
するため、インゴットは脆く、ターゲット形状に加工す
ることはもちろん、大面積のインボッ)f得るととすら
困難である。そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは、大面積で加工性の
良い重希土類金属−鉄系合金を提供することにより、高
純度の合金ターゲットを供することにある。
However, since heavy rare earth metals and iron form various intermetallic compounds, the ingot is brittle, and it is difficult to process it into a target shape or even to obtain a large-area ingot. The present invention is intended to solve these problems, and its purpose is to provide a high-purity alloy target by providing a heavy rare earth metal-iron alloy with a large area and good workability. It is in.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明のスパッタリング・ターゲットはスパッタリング
法により重希土類金属および鉄を主たる成分とするtB
性薄膜の成膜に用いるスパッタリング・ターゲットが、
軽希土類元Xt成分として含有し、かつMo、W、Tc
、R6の少くとも一棟以との元′lIA′lt含有する
鋳造物であることを特数としている。
The sputtering target of the present invention is produced by sputtering using tB containing heavy rare earth metals and iron as its main components.
The sputtering target used to form the thin film is
Contains as a light rare earth element Xt component, and Mo, W, Tc
, R6 is characterized in that it is a casting containing at least one element 'lIA'lt.

〔実施列〕 以下、実施例に基いて本発明の詳細な説明する。[Implementation row] Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on Examples.

本実施列に用いたスパッタリング・ターゲットは・特に
断らない限りすべで%純度99.9%以上の高純度金属
の原料を、誘導加熱炉にて真空中で加熱・溶解した後ア
ルゴン雰囲気で鋳造したものを、直径15 cm 、厚
さ5 rz*の円盤上に加工し、さらに銅板からなるバ
ッキングプレートにインジウム系ハンダで接合し用いた
。また以下に示す組成は、原子比である。
The sputtering targets used in this experiment were: Unless otherwise specified, high-purity metal raw materials with a purity of 99.9% or higher were heated and melted in vacuum in an induction heating furnace, and then cast in an argon atmosphere. The material was processed into a disk having a diameter of 15 cm and a thickness of 5 rz*, and was further bonded to a backing plate made of a copper plate using indium solder. Moreover, the compositions shown below are atomic ratios.

実施例1 組成を(NdzDyt−z)y (Fgo、5ocoo
、4e)too−y−zyozと表したとき第1表に表
す組成で合金ターゲットの製造を試みた。その結果、本
発明の実施列である試料1〜7はいずれも良好なスパッ
タリング・ターゲットとすることができたが、比較列l
および2は鋳造時に、比較列3は加工時に割れたためス
パッタリング・ターゲットとすることはできなかった。
Example 1 The composition is (NdzDyt-z)y (Fgo, 5ocoo
, 4e) An attempt was made to manufacture an alloy target with the composition shown in Table 1 when expressed as too-y-zyoz. As a result, samples 1 to 7, which are the implementation rows of the present invention, were all able to be used as good sputtering targets, but the comparison row
and 2 were broken during casting, and comparison row 3 was broken during processing, so they could not be used as sputtering targets.

なおMoのかわりにW、TQ、Rgを用いても全く同じ
結果を得た。
Note that exactly the same results were obtained when W, TQ, and Rg were used instead of Mo.

第  1  表 実m列2 スパッタリング・ターゲットの組成上 (HdzTbl−z )it (Feo、wrCoo、
u )ym”osと表したとき、2の1直が0.05 
、0.20 、0.40 、0.60 、0.80 の
組成で鋳造ターゲットの製作を試みたところ、いずれの
組成についてもスパッタリング・ターゲットとして加工
することができた1次にこれらを用いて、初期真空度1
.0XlO″″”ro’rr以下にチャンバー内を排気
した後、キャリアーガスとしてAff2XIU  To
rr 2h人し、350Wの高周波電力をカンードに印
加して、ガラス基板上に50 nmの膜厚で成膜した。
Table 1 Actual column m 2 Sputtering target composition (HdzTbl-z)it (Feo, wrCoo,
u) When expressed as ym”os, the first shift of 2 is 0.05
, 0.20, 0.40, 0.60, and 0.80, we were able to process each composition as a sputtering target. , initial vacuum level 1
.. After evacuating the chamber to below 0XlO''''ro'rr, use Aff2XIU To as a carrier gas.
rr for 2 hours, and a high frequency power of 350 W was applied to the cand to form a film with a thickness of 50 nm on the glass substrate.

なお保睡層としてアルミニウム模全磁注層の成膜に連続
して1100n形成した。
Note that a 1100-nm sleeping layer was formed following the formation of the aluminum simulated magnetic flux layer.

第1図は、こうして得た膜のカーループから得た保磁力
をNd置’fkMzでプロットしたものである。
FIG. 1 is a plot of the coercive force obtained from the Kerr loop of the film thus obtained in terms of Nd and fkMz.

Xが0.6金越えるとす、6kに保磁力が低下し、充分
な磁気%注が得られなくなることがわかる。M。
It can be seen that when X exceeds 0.6 gold, the coercive force decreases to 6k, making it impossible to obtain a sufficient magnetic percentage. M.

の代りにW、Tc、R,を用いた場合も全く同僚の結果
が得られた。
When W, Tc, and R were used instead of , the same results as those of our colleagues were obtained.

実施列3 スパッタリング・ターゲットの組成を (Ndo、arGdo、2sDyo、so  )26 
 (’go・yoDyo−so  )ys−2”g(但
しMildQ 、w、Tc tRgの各元素の1つ)と
表したとき、各MについてZ = 1 、5 、 lo
 。
Implementation row 3 The composition of the sputtering target is (Ndo, arGdo, 2sDyo, so)26
When expressed as ('go・yoDyo−so)ys−2”g (one of each element MildQ, w, Tc tRg), for each M, Z = 1, 5, lo
.

15 、20の組成の鋳造ターゲットの製[−試みたと
ころ、すべての試料をスパッタリング会ターゲットとし
て使用することができた1次にこれらのターゲットを用
いて実施列2と同じ方法でガラス基板上に成膜した。第
2図はカー回転角を、第3図は磁気異方性定数を、M添
加量2に対してプロットしたものである。2が15t−
越えるとカー回転角、磁気異方性定数のいずれも急漱に
減少するため、EB磁性膜しては好ましくないが、2≦
15での変化は許容できる範囲のものであり、むしろM
o、Wのように磁気特注を改善するものもある。
Preparation of cast targets with compositions 15 and 20 [-- All samples were tried and could be used as targets for sputtering. These targets were then used to deposit on glass substrates in the same manner as in Example 2. A film was formed. FIG. 2 shows the Kerr rotation angle, and FIG. 3 shows the magnetic anisotropy constant, plotted against the M addition amount of 2. 2 is 15t-
If it exceeds 2≦, both the Kerr rotation angle and the magnetic anisotropy constant will rapidly decrease, which is not preferable for EB magnetic films.
The change at 15 is within an acceptable range, rather M
There are also products like o and W that improve magnetic customization.

実施列4 鋳造法で得九本発明のスパッタリング・ターゲットと焼
結法で得た従来のスパッタリング・ターゲットの比較を
行った1組成はいずれも(Ndo、aDy@・ys )
n (Fg04c011.40 )71MO4である鄭
これらのターゲットを用いて実施例2と同じスパッタ条
件で成iを行った。ここでは磁性膜の膜厚全40nmと
し保護層には蟹化シリコン(5isN4.) 1100
nを用いた。第2表はこれらの膜のファラデー回転角θ
?、保田力Hc、異方性定数に1L、さらに熱分解法で
得た各ターゲットの酸素含有W(”(0)を比較して示
したものである。磁気特性、EH気光生粋性のいずれも
、本発明の実施列の方が優れているが、これはターゲッ
ト中に含まれる酸素蓋の差に起因するものである。
Practical row 4 Comparison of the sputtering target of the present invention obtained by the casting method and the conventional sputtering target obtained by the sintering method All compositions were (Ndo, aDy@・ys)
Using these targets, n(Fg04c011.40)71MO4, formation was carried out under the same sputtering conditions as in Example 2. Here, the total thickness of the magnetic film is 40 nm, and the protective layer is made of silicon crab (5isN4.) 1100 nm.
n was used. Table 2 shows the Faraday rotation angle θ of these films.
? , Yasuda force Hc, anisotropy constant 1L, and the oxygen content W ("(0)) of each target obtained by pyrolysis. Also, the embodiment of the present invention is superior, but this is due to the difference in the oxygen cap contained in the target.

第  2  表 〔発明の効果〕 と述したように本発明によれば1重希土類−鉄系kmの
[lImに用いるスパッタリング・ターゲットを鋳造法
で容易に得ることができ、かつ、本発明のスパッタリン
グ・ターゲットはrR素量が少いため、スパッタ法で得
た膜の磁気特性が向上するという効果を有する。さらに
、高価で希少な重希土類元素を、安価で豊富な資砿量を
誇る軽希土類元素で置換することができるため、原料コ
ストを低くすることができる。
Table 2 [Effects of the Invention] As described in Table 2, according to the present invention, it is possible to easily obtain a sputtering target used for a single layer rare earth-iron km [lIm] by a casting method, and the sputtering target of the present invention can be easily obtained by a casting method. - Since the target has a small amount of rR, it has the effect of improving the magnetic properties of a film obtained by sputtering. Furthermore, since expensive and rare heavy rare earth elements can be replaced with light rare earth elements that are inexpensive and have abundant resources, raw material costs can be reduced.

なお実施列で示した組合せだけでなく%Ndの代りにc
m、pr、amを単独、或いは複数組□合せて用いても
上述の効果が同様に得られること、およびGd、Tb、
Dyの組合せ、Mo、W、’rc、R#の2種以との組
合せについても同様な効果が得られることが確認された
In addition to the combinations shown in the implementation column, c instead of %Nd
The above-mentioned effects can be similarly obtained even when m, pr, and am are used alone or in combination, and Gd, Tb,
It was confirmed that similar effects can be obtained with combinations of Dy and two or more of Mo, W, 'rc, and R#.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明を説明するために (HdzTbl−z )o (Fllll、60GO1
1,4(1)71MO11なる組成式で表すれる組成の
スパッタリング・ターゲットから作製した膜の保磁力と
2の関係を示した図。 第2図および第3図は
FIG. 1 shows (HdzTbl-z )o (Fllll, 60GO1
1,4(1)71 A diagram showing the relationship between coercive force and 2 of a film produced from a sputtering target having a composition represented by the composition formula 71MO11. Figures 2 and 3 are

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)スパッタリング法により重希土類金属および鉄を
主たる成分とする磁性薄膜の成膜に用いるスパッタリン
グターゲットが、軽希土類金属を成分として含有し、か
つMo、W、Tc、Reの少くとも一種以上の元素を含
有する鋳造物であることを特徴とするスパッタリング・
ターゲット。 (2)前記重希土類金属(HR)および軽希土類金属(
LR)が各々、Gd、Tb、DyおよびCe、Pr、N
d、Smから選ばれた1種以上の元素であり、前記スパ
ッタリングターゲットの組成を原子比で {(LR)_x(HR)_1_−_x}_yA_1_0
_0_y_−_zM_zと表すとき(但しMはMo、W
、Tc、Reから選ばれた1種以上の元素、Aは鉄を含
む(LR)、(HR)、M以外の元素を表す)、x、y
、zが各々 0.05≦x≦0.60 10≦y≦50 0<z≦15 の範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載のスパッタリング・ターゲット。
[Scope of Claims] (1) A sputtering target used for forming a magnetic thin film containing heavy rare earth metals and iron as main components by a sputtering method contains light rare earth metals as components, and contains Mo, W, Tc, Re, sputtering, characterized in that it is a cast product containing at least one or more elements of
target. (2) The heavy rare earth metals (HR) and light rare earth metals (
LR) are respectively Gd, Tb, Dy and Ce, Pr, N
d, Sm, and the composition of the sputtering target is {(LR)_x(HR)_1_-_x}_yA_1_0 in atomic ratio.
When expressed as _0_y_−_zM_z (where M is Mo, W
, Tc, one or more elements selected from Re, A represents an element other than iron (LR), (HR), M), x, y
, z are in the range of 0.05≦x≦0.60, 10≦y≦50, 0<z≦15, respectively.
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