KR102152586B1

KR102152586B1 - 자성재 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102152586B1
Application number: KR1020197035489A
Authority: KR
Inventors: 아츠토시 아라카와
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2020-09-07
Also published as: SG11201704465WA; EP3211116A4; EP3211116B1; TWI685581B; TW201641727A; KR20170093951A; JPWO2016140113A1; KR20190136124A; US20180019389A1; JP6483803B2; EP3211116A1; WO2016140113A1; US10644230B2

Abstract

Co 및/또는 Fe 그리고 B 를 적어도 포함하고, B 를 10 ∼ 50 at％ 함유하는 소결체로 이루어지고, 산소 함유량이 100 wtppm 이하인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃. 본 발명의 자성재 스퍼터링 타깃은, 산화물에서 기인하는 파티클의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 자기 저항막 등의 제작시에 있어서의 수율을 향상시킬 수 있다고 하는 현저한 효과를 갖는다.

Description

자성재 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법{MAGNETIC-MATERIAL SPUTTERING TARGET AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 분말 소결법으로부터 제조되는, 붕소 (B) 를 함유하는 자성재 스퍼터링 타깃으로, 스퍼터링시의 파티클 발생이 적고, 자기 헤드, 자기 저항 소자 (MRAM) 등의 용도에 유용한 자성재 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

자기 헤드, MRAM 에는, 높은 자기 저항 효과를 갖는 터널 자기 저항막이 채용되고 있으며, 이 막을 구성하는 상 (相) 에 사용하는 재료 중에, 붕소 (B) 를 포함하는 자성체가 사용되고 있다. 예를 들어, Co, Fe 등과 붕소로 이루어지는 조성, Co-B, Fe-B, Co-Fe-B, 혹은 이들에 Al, Cu, Mn, Ni 등을 첨가한 조성 등이 알려져 있다.

B 를 포함하는 자기 저항막은, 예를 들어, Co-Fe-B 의 경우, Co-Fe-B 의 스퍼터링 타깃을 스퍼터링하여 제작된다. 이와 같은 자성재 타깃은, 분말 야금법이나 용해 주조법에 의해 제작되는데, B 를 많이 함유하는 경우, 특히 B 의 조성비가 10 at％ 를 초과하면, 매우 무른 특성을 갖는 Co 나 Fe 의 붕화물상이 형성되기 때문에, 용해법으로 제작한 경우, 잉곳이 깨짐이나, 균열이 생겨, 스퍼터링 타깃으로 하는 것이 곤란하였다. 또한, 엄밀한 제조 공정의 관리에 의해, 스퍼터링 타깃을 제조할 수 있는 방법이 있으며 (특허문헌 1), 산소 등의 가스 성분을 저감시킬 수 있는 큰 이점을 갖지만, 제조 공정의 어려움은 부정할 수 없다.

한편, 소결법으로 제작하는 경우에는, 상기 서술한 바와 같은 용해품 특유의 문제는 생기지 않지만, 원료 분말의 비표면적이 벌크와 비교하여 크기 때문에, 가스 성분인 산소를 많이 받아들이기 쉽고, 이것이 자성재 타깃에 포함되는 금속 불순물과 산화물을 형성하여, 스퍼터시에 파티클을 발생시키는 한 요인이 되고 있었다. 일반적으로, 파티클은 스퍼터막의 막질을 저하시켜, 자기 헤드나 MRAM 등의 자기 디바이스의 특성을 불안정하게 하기 때문에, 다양한 관점에서 그 저감이 모색되고 있으며, 스퍼터링 타깃에 있어서, 파티클을 어떻게 저감시킬지는 매우 중요한 과제였다.

또한, 자성재 타깃에 관하여, 선행 특허에서는 몇 가지의 제안이 이루어져 있다. 예를 들어, 특허문헌 2 에는, 수직 자기 기록 매체 등에 사용되는 연자성막을 성막하기 위한 Fe-Co-B 계 합금 타깃재로서, 저투자율 (低透磁率) 을 실현하고, 양호한 스퍼터링 특성을 갖는 것이 기재되어 있다. 또, 특허문헌 3 에는, FeCo 계 합금에 있어서, Fe : Co 의 at 비를 10 : 90 ∼ 70 : 30 으로 하는 것, 또 Al 또는 Cr 의 1 종 또는 2 종을 0.2 ∼ 5.0 at％ 함유시켜 이루어지는 것이 기재되어 있다. 그러나, 모두 타깃의 불순물이나 그것에서 기인하는 파티클에 주목하는 것은 아니다.

국제 공개공보 WO2011/070860호 일본 공개특허공보 2004-346423호 일본 공개특허공보 2008-121071호

자성재 스퍼터링 타깃 중의 산소 함유량을 저감시킴으로써, 마그네트론 스퍼터 장치로 스퍼터할 때, 파티클의 발생을 억제할 수 있고, 박막 제작시의 수율을 향상시킬 수 있는 자성재 타깃을 제안하는 것이다. 특히, MRAM 용도, 나아가서는 자기 헤드, 혹은 그 이외의 자기 디바이스 용도의 막을 형성하기 위한 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자는 예의 연구를 실시한 결과, 원료 분말의 표면 산화를 억제하도록 제조 프로세스를 연구함과 함께, Co-B, Fe-B, Co-Fe-B 에는 Al 및 Si 가 비교적 많이 포함되는 것을 지견하고, 이들 불순물을 최대한 저감시킴으로써, 소결시에 원료 분말에 흡착해 있었던 산소와 반응하여 산화물이 되는 것을 억제하여, 이것에서 기인하는 파티클의 발생을 현저히 저감시킬 수 있는 것을 알아냈다. 본원은 이 지견에 기초하여, 이하의 발명을 제공하는 것이다.

1) Co 및/또는 Fe 그리고 B 를 적어도 포함하고, B 를 10 ∼ 50 at％ 함유하는 소결체로 이루어지고, 산소 함유량이 100 wtppm 이하인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃.

2) Al 및 Si 의 합계 함유량이 100 wtppm 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 자성재 스퍼터링 타깃.

3) Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti 및 Zr 의 합계 함유량이 100 wtppm 이하인 것을 특징으로 하는 상기 1) 또는 2) 에 기재된 자성재 스퍼터링 타깃.

4) Co 원료 및/또는 Fe 원료 그리고 B 원료를 용해 주조하여 합금 잉곳을 제작한 후, 합금 잉곳을 가스 애토마이즈법에 의해 원료 분말을 제작하고, 그 후, 이것을 소결하여 타깃으로 하는 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

5) 용해 주조하여 얻어진 합금 잉곳의 최종 응고부를 절제하고, 잉곳 잔부를 가스 애토마이즈법에 의해 원료 분말로 하는 것을 특징으로 하는 상기 4) 에 기재된 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

6) 원료 분말의 입경을 53 ∼ 300 ㎛ 로 하는 것을 특징으로 하는 상기 4) 또는 5) 에 기재된 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

본 발명의 자성재 스퍼터링 타깃은, 타깃 중에 가스 불순물인 산소의 함유량이 적고, 또 산화물을 형성하기 쉬운 금속 불순물 (특히는, Al 및 Si) 의 함유량이 적은 것을 특징으로 하는 것이다. 그 결과, 산화물에서 기인하는 파티클의 발생이 억제되어, 박막 제작시의 수율을 향상시킬 수 있음과 함께, 자기 헤드나 MRAM 등에 있어서의 디바이스 특성을 안정적으로 할 수 있다고 하는 현저한 효과를 갖는다.

본 발명의 자성재 스퍼터링 타깃은, Co 및/또는 Fe 그리고 B 를 적어도 포함하고, B 를 10 ∼ 50 at％ 함유하는 소결체로 이루어진다. B 함유량이 10 at％ 미만에서는, 본 발명의 자성재 타깃으로서의 특성을 보유하게 할 수 없다. 또, B 함유량이 50 at％ 를 초과하는 경우도 마찬가지이고, 또 B 가 지나치게 많은 경우에는, 취성이 커져 강도가 저하되어, 깨지기 쉬워진다는 결점도 발생한다. 따라서, B 함유량은 10 at％ 이상, 50 at％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 효과를 유지할 수 있으면, 다른 원소를 첨가하는 것도 유효하다.

본 발명에 있어서 중요한 것은, 자성재 스퍼터링 타깃에 있어서의 산소 함유량을 100 wtppm 이하로 하는 것이다. 타깃 중의 산소량은, 스퍼터시의 파티클에 강하게 영향을 준다. 이 불순물인 산소는, 당초부터 원료에 산화물로서 포함되는 것이거나, 그 후에 부착된 산소가 금속 불순물과 결합하여 산화물을 형성한 것이거나 한다. 자성재 타깃 중에 이 산화물로 이루어지는 비자성 재료가 존재하면, 스퍼터링시에 그곳을 기점으로 하여 이상 방전이 발생하여, 파티클이 증가하는 경향이 있다.

본 발명은, 원료 분말 중의 산소량을 저감시키거나, 후술하는 바와 같이 산화물을 형성하는 금속 불순물의 함유량을 저감시키거나 함으로써, 이와 같은 파티클의 발생의 원인이 되는 산화물의 형성을 억제하는 것이다. 산소를 저감시키기 위해서는, 가스 애토마이즈 처리가 유효한 수단이지만, 단지 가스 애토마이즈법을 사용한 것만으로는 충분히 산소량을 저감시킬 수 없다. 본 발명자는 추가적인 연구를 진행한 결과, 가스 애토마이즈 원료 중에 이미 산화물이 포함되어 있는 것, 가스 애토마이즈 원료의 입경 조정이 중요한 것을 알아냈다.

이와 같은 지견으로부터, 본 발명에서는, 가스 애토마이즈 처리하기 전에 원료를 용해하여 산화물이나 그 밖의 불순물을 제거하는 것, 또 가스 애토마이즈법에 의해 소결 원료분(粉)을 제작한 후, 이것을, 밀폐 용기 (글로브 박스) 를 사용하는 등에 의해 불활성 분위기 내에서 입경 조정하는 것에 의해 100 wtppm 으로 종래없이 매우 현저히 산소 함유량을 저감시킬 수 있기에 이르렀다. 이로써, 원료 분말의 표면적이 벌크에 비해 크기 때문에 산소량이 높아지기 쉽다고 하는 분말 야금법 특유의 문제를 해소할 수 있다.

또, 본 발명의 자성재 스퍼터링 타깃은, Al 과 Si 의 합계 함유량이 100 wtppm 이하인 것을 특징으로 한다. Al, Si 는, 붕소 (B) 중에 불순물로서 비교적 많이 포함되는 것을 알 수 있었다. 그리고, 이들 Al 이나 Si 는, 산화물로서 안정적이고, 이것들이 파티클의 요인의 하나라고 생각된다. 따라서, B 를 구성 성분으로 하는 본 발명의 타깃에 있어서는, 산소 100 ppm 이하인 것에 더하여, Al 과 Si 를 100 ppm 이하로 함으로써, 파티클을 더욱 저감시키는 것이 가능해진다.

이와 같은 Al 이나 Si 의 산화물은, 가스 애토마이즈 처리를 하기 전에, 원료를 용해함으로써 제거하는 것이 가능해진다. 산소와 결합하기 쉽고, 또한, 본 발명의 타깃에 혼입되기 쉬운 금속 불순물로서, Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti, Zr 가 있는데, 이것들의 합계 함유량을 100 ppm 이하로 함으로써, 파티클의 추가적인 저감을 달성할 수 있다. 이들 원소의 산화물도 상기와 마찬가지로, 가스 애토마이즈 처리를 하기 전에, 원료를 용해함으로써 제거할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법에 대해서 설명한다.

먼저, B 원료, Co 원료, Fe 원료를 소정의 조성이 되도록 칭량한 후, 고주파 유도 가열 방식의 진공로 등을 사용하여 원료를 용해, 주조하여 합금 잉곳을 제작한다. 이 때, 원료 중에 포함되어 있었던 산소는, 진공로 내에서 용해했을 때, B, Al, Si 등과 반응하여 산화물을 형성하고, 융액의 상부로 부유한다. 이것을 출탕 (出湯) 시에 턴디시를 사용하여 산화물을 부상시켜, 잉곳의 최종 응고부에 해당하는 잉곳 상단부를 절제함으로써 이 산화물을 제거할 수 있다. 또, Co 원료에 포함되기 쉬운 Ni 에 대해서는, 미리 정제하여 Ni 를 30 ppm 정도 이하로까지 저감시킨 원료를 사용하는 것이 바람직하다. 또, B 원료에 대해서도 마찬가지로, Al 이나 Si 그 밖의 불순물을 100 ppm 정도까지 저감시킨 원료를 사용하는 것이 바람직하다.

나머지 합금 잉곳을 적당한 사이즈로 절단하고, 애토마이즈 처리용 도가니에 투입하여 애토마이즈 원료로 한다. 이어서, 이 합금을 용해시킨 후, 도가니의 바닥에 부착시킨 노즐 선단에 아르곤 가스를 내뿜으면서 분사하여 애토마이즈 분말을 제작한다. 그 후, 이 애토마이즈 분말을 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 체질하여, 입경 53 ∼ 300 ㎛ 가 되도록 입경 조정을 실시한다. 입경을 53 ∼ 300 ㎛ 로 함으로써, 입경을 53 ㎛ 미만으로 하면, 충전시에 산소를 흡착하여 산소 함유량이 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 또, 원료 분말의 입도를 일정하게 함으로써, 소결성을 높여 고밀도인 타깃을 안정적으로 얻을 수 있다는 효과도 갖는다.

이 가스 애토마이즈분(粉)을, 핫 프레스 장치를 사용하여, 온도 750 ∼ 1240 ℃, 가압력 150 ∼ 500 kgf/㎠, 유지 시간 1 ∼ 3 시간, 진공 분위기의 조건하에서 성형ㆍ소결하여 소결체를 제작한다. 성형ㆍ소결은, 핫 프레스에 한정되지 않고, 플라즈마 방전 소결법, 열간 정수압 소결법을 사용할 수도 있다. 상기의 소결 조건은, 소결되는 재료의 종류에 따라 임의로 조정할 수 있다. 다음으로, 소결체를 선반이나 평면 연삭 등의 기계 가공에 의해 원하는 사이즈, 형상의 타깃으로 가공할 수 있다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 설명한다. 또한, 본 실시예는 어디까지나 일례로, 이 예에 의해 전혀 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 특허청구범위에 의해서만 제한되는 것으로, 본 발명에 포함되는 실시예 이외의 여러 가지의 변형을 포함하는 것이다.

(실시예 1)

Co 원료, Fe 원료, B 원료를 70Fe-10Co-20B (at％) 가 되도록 칭량하고, 고주파 유도 가열 방식의 진공로를 사용하여 용해하여, 직경 170 ㎜, 두께 50 ㎜ 의 주조 잉곳을 얻었다. 주조시의 최종 응고부에 상당하는 잉곳의 상단 약 5 ㎜ 를 제외하고, 나머지 잉곳을 절단하여, 애토마이즈용의 원료로 하였다. 다음으로, 이것을 가스 애토마이즈 처리하여, 소결용의 원료 분말을 제작하고, 이 분말을 Ar 플로우의 글로브 박스 내에서 입경 53 ∼ 300 ㎛ 로 조정하였다.

다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스로, 진공 중, 950 ℃ × 3 시간, 300 kgf/㎠ 의 조건에서 소결하여, 70Fe-10Co-20B 의 소결체를 제작하였다. 이것을 선반에서 절삭 가공 및 평면 연마 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상 타깃을 얻었다. 타깃 단재 (端材) 로부터 샘플을 채취하여, GDMS 분석한 결과, Al 및 Si 의 합계 함유량은 50 wtppm, Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti, Zr 의 함유량은 100 wtppm 이하였다. 산소ㆍ질소 분석 장치 (LECO 사 제조) 를 사용하여 분석한 결과, 산소 함유량은 60 wtppm 이었다.

이와 같이 하여 제작한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은 스퍼터 파워 1.0 ㎾, Ar 가스압 4 ㎩ 로 하고 1 ㎾hr 방전한 시점에서, 4 인치 Si 웨이퍼에 목표 막두께 100 ㎚ 로 스퍼터하여, 웨이퍼 상에 부착된 파티클을 서프스캔으로 파티클 개수의 측정을 실시하였다. 그 결과, 파티클수는 5 개로 억제할 수 있었다. 이상의 결과를 표 1 에 나타낸다.

(비교예 1)

Co 원료, Fe 원료, B 원료를 70Fe-10Co-20B (at％) 가 되도록 칭량한 후, 용해 주조하지 않고, 가스 애토마이즈 처리하여, 가스 애토마이즈분을 제작하였다. 그 후, 이 원료 분말을 대기 중에서 체질하여 입경 300 ㎛ 이하로 조정한 후, 핫 프레스를 사용하여, 진공 중, 950 ℃ × 3 시간, 300 kgf/㎠ 의 조건에서 소결하여, 70Fe-10Co-20B 로 이루어지는 소결체를 제작하였다. 또한, 이것을 선반에서 절삭 가공 및 평면 연마 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상 타깃을 얻었다.

타깃 단재로부터 샘플을 채취하고, 실시예 1 과 동일한 방법을 사용하여 분석한 결과, Al 및 Si 의 합계 함유량은 120 wtppm, Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti, Zr 의 함유량은 100 wtppm 초과이고, 산소 함유량은 180 wtppm 이었다. 그리고, 이와 같이 하여 제작한 자성재 타깃을 사용하여, 실시예 1 과 동일한 조건에서, 스퍼터링을 실시한 결과, 파티클수는 15 개로 증가해 있었다.

(실시예 2)

Fe 원료, B 원료를 80Fe-20B (at％) 가 되도록 칭량하고, 고주파 유도 가열 방식의 진공로를 사용하여 용해하여, 직경 170 ㎜, 두께 50 ㎜ 의 주조 잉곳을 얻었다. 주조시의 최종 응고부에 상당하는 잉곳의 상단 약 5 ㎜ 를 제외하고, 나머지 잉곳을 절단하여, 애토마이즈용의 원료로 하였다. 다음으로, 이것을 가스 애토마이즈 처리하여, 소결용의 원료 분말을 제작하고, 이 분말을 글로브 박스 내에서 입경 53 ∼ 300 ㎛ 로 조정하였다.

다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스로, 진공 중, 950 ℃ × 3 시간, 300 kgf/㎠ 의 조건에서 소결하여, 80Fe-20B 의 소결체를 제작하였다. 이것을 선반에서 절삭 가공 및 평면 연마 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상 타깃을 얻었다. 타깃 단재로부터 샘플을 채취하고, 실시예 1 과 동일한 방법을 사용하여 분석한 결과, Al 및 Si 의 합계 함유량이 50 wtppm, Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti, Zr 의 함유량이 100 wtppm 이하로 사용되고 있으며, 산소 함유량은 70 wtppm 이었다.

이와 같이 하여 제작한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 실시예 1 과 동일한 조건으로 하였다. 웨이퍼 상에 부착된 파티클을 서프스캔으로 파티클 개수의 측정을 실시한 결과, 파티클수는 5 개로 억제할 수 있었다.

(실시예 3)

Co 원료, B 원료를 80Co-20B (at％) 가 되도록 칭량하고, 고주파 유도 가열 방식의 진공로를 사용하여 용해하여, 직경 170 ㎜, 두께 50 ㎜ 의 주조 잉곳을 얻었다. 주조시의 최종 응고부에 상당하는 잉곳의 상단 약 5 ㎜ 를 제외하고, 나머지 잉곳을 절단하여, 애토마이즈용의 원료로 하였다. 다음으로, 이것을 가스 애토마이즈 처리하여, 소결용의 원료 분말을 제작하고, 이 분말을 글로브 박스 내에서 입경 53 ∼ 300 ㎛ 로 조정하였다.

다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스로, 진공 중, 950 ℃ × 3 시간, 300 kgf/㎠ 의 조건에서 소결하여, 80Co-20B 의 소결체를 제작하였다. 이것을 선반에서 절삭 가공 및 평면 연마 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상 타깃을 얻었다. 타깃 단재로부터 샘플을 채취하고, 실시예 1 과 동일한 방법을 사용하여 분석한 결과, Al 및 Si 의 합계 함유량이 60 wtppm, Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti, Zr 의 함유량이 100 wtppm 이하이고, 산소 함유량은 50 wtppm 이었다.

이와 같이 하여 제작한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 실시예 1 과 동일한 조건으로 하였다. 웨이퍼 상에 부착된 파티클을 서프스캔으로 파티클 개수의 측정을 실시한 결과, 파티클수는 8 개로 억제할 수 있었다.

(실시예 4)

Co 원료, Fe 원료, B 원료를 55Fe-15Co-30B (at％) 가 되도록 칭량하고, 고주파 유도 가열 방식의 진공로를 사용하여 용해하여, 직경 170 ㎜, 두께 50 ㎜ 의 주조 잉곳을 얻었다. 주조시의 최종 응고부에 상당하는 잉곳의 상단 약 5 ㎜ 를 제외하고, 나머지 잉곳을 절단하여, 애토마이즈용의 원료로 하였다. 다음으로, 이것을 가스 애토마이즈 처리하여, 소결용의 원료 분말을 제작하고, 이 분말을 글로브 박스 내에서 입경 53 ∼ 300 ㎛ 로 조정하였다.

다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스로, 진공 중, 1000 ℃ × 3 시간, 300 kgf/㎠ 의 조건에서 소결하여, 55Fe-15Co-30B 의 소결체를 제작하였다. 이것을 선반에서 절삭 가공 및 평면 연마 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상 타깃을 얻었다. 타깃 단재로부터 샘플을 채취하고, 실시예 1 과 동일한 방법을 사용하여 분석한 결과, Al 및 Si 의 합계 함유량이 64 wtppm, Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti, Zr 의 함유량이 100 wtppm 이하이고, 산소 함유량은 60 wtppm 이었다.

(비교예 2)

Co 원료, Fe 원료, B 원료를 55Fe-15Co-30B (at％) 가 되도록 칭량한 후, 용해 주조하지 않고, 가스 애토마이즈 처리하여, 가스 애토마이즈분을 제작하였다. 그 후, 이 원료 분말을 대기 중에서 체질하여 입경 300 ㎛ 이하로 조정한 후, 핫 프레스를 사용하여, 진공 중, 1000 ℃ × 3 시간, 300 kgf/㎠ 의 조건에서 소결하여, 55Fe-15Co-30B 로 이루어지는 소결체를 제작하였다. 또한, 이것을 선반에서 절삭 가공 및 평면 연마 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상 타깃을 얻었다.

타깃 단재로부터 샘플을 채취하고, 실시예 1 과 동일한 방법을 사용하여 분석한 결과, Al 및 Si 의 합계 함유량이 180 wtppm, Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti, Zr 의 함유량이 100 wtppm 초과이고, 산소 함유량은 230 wtppm 이었다. 그리고, 이와 같이 하여 제작한 자성재 타깃을 사용하여, 실시예 1 과 동일한 조건에서, 스퍼터링을 실시한 결과, 파티클수는 22 개로 증가해 있었다.

(실시예 5)

Co 원료, Fe 원료, B 원료를 55Fe-15Co-30B (at％) 가 되도록 칭량하고, 고주파 유도 가열 방식의 진공로를 사용하여 용해하여, 직경 170 ㎜, 두께 50 ㎜ 의 주조 잉곳을 얻었다. 주조시의 최종 응고부에 상당하는 잉곳의 상단 약 5 ㎜ 를 제외하고, 나머지 잉곳을 절단하여, 애토마이즈용의 원료로 하였다. 다음으로, 이것을 가스 애토마이즈 처리하여, 소결용의 원료 분말을 제작하고, 이 분말을 글로브 박스 내에서 입경 100 ∼ 300 ㎛ 로 조정하였다.

다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스로, 진공 중, 1000 ℃ × 3 시간, 300 kgf/㎠ 의 조건에서 소결하여, 55Fe-15Co-30B 의 소결체를 제작하였다. 이것을 선반에서 절삭 가공 및 평면 연마 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상 타깃을 얻었다. 타깃 단재로부터 샘플을 채취하고, 실시예 1 과 동일한 방법을 사용하여 분석한 결과, Al 및 Si 의 합계 함유량이 55 wtppm, Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti, Zr 의 함유량이 100 wtppm 이하이고, 산소 함유량은 40 wtppm 이었다.

이와 같이 하여 제작한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 실시예 1 과 동일한 조건으로 하였다. 웨이퍼 상에 부착된 파티클을 서프스캔으로 파티클 개수의 측정을 실시한 결과, 파티클수는 4 개로 억제할 수 있었다.

(비교예 3)

Co 원료, Fe 원료, B 원료를 55Fe-15Co-30B (at％) 가 되도록 칭량하고, 고주파 유도 가열 방식의 진공로를 사용하여 용해하여, 직경 170 ㎜, 두께 50 ㎜ 의 주조 잉곳을 얻었다. 주조시의 최종 응고부에 상당하는 잉곳의 상단 약 5 ㎜ 를 제외하고, 나머지 잉곳을 절단하여, 애토마이즈용의 원료로 하였다. 다음으로, 이것을 가스 애토마이즈 처리하여, 소결용의 원료 분말을 제작하고, 이 분말을 대기 중에서 입경 300 ㎛ 이하로 조정하였다.

다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스로, 진공 중, 1000 ℃ × 3 시간, 300 kgf/㎠ 의 조건에서 소결하여, 55Fe-15Co-30B 의 소결체를 제작하였다. 이것을 선반에서 절삭 가공 및 평면 연마 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상 타깃을 얻었다. 타깃 단재로부터 샘플을 채취하고, 실시예 1 과 동일한 방법을 사용하여 분석한 결과, Al 및 Si 의 합계 함유량이 90 wtppm, Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti, Zr 의 함유량이 100 wtppm 이하이고, 산소 함유량은 150 wtppm 이었다.

이와 같이 하여 제작한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 실시예 1 과 동일한 조건으로 하였다. 웨이퍼 상에 부착된 파티클을 서프스캔으로 파티클 개수의 측정을 실시한 결과, 파티클수는 13 개로 증가해 있었다.

(실시예 6)

Co 원료, Fe 원료, B 원료를 45Fe-15Co-40B (at％) 가 되도록 칭량하고, 고주파 유도 가열 방식의 진공로를 사용하여 용해하여, 직경 170 ㎜, 두께 50 ㎜ 의 주조 잉곳을 얻었다. 주조시의 최종 응고부에 상당하는 잉곳의 상단 약 5 ㎜ 를 제외하고, 나머지 잉곳을 절단하여, 애토마이즈용의 원료로 하였다. 다음으로, 이것을 가스 애토마이즈 처리하여, 소결용의 원료 분말을 제작하고, 이 분말을 글로브 박스 내에서 입경 100 ∼ 300 ㎛ 로 조정하였다.

다음으로, 이 원료 분말을 핫 프레스로, 진공 중, 1100 ℃ × 3 시간, 300 kgf/㎠ 의 조건에서 소결하여, 45Fe-15Co-40B 의 소결체를 제작하였다. 이것을 선반에서 절삭 가공 및 평면 연마 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상 타깃을 얻었다. 타깃 단재로부터 샘플을 채취하고, 실시예 1 과 동일한 방법을 사용하여 분석한 결과, Al 및 Si 의 합계 함유량이 90 wtppm, Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti, Zr 의 함유량이 100 wtppm 이하이고, 산소 함유량은 80 wtppm 이었다.

이와 같이 하여 제작한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링을 실시하였다. 스퍼터 조건은, 실시예 1 과 동일한 조건으로 하였다. 웨이퍼 상에 부착된 파티클을 서프스캔으로 파티클 개수의 측정을 실시한 결과, 파티클수는 9 개로 억제할 수 있었다.

산업상 이용가능성

본 발명의 자성재 스퍼터링 타깃은, 타깃 중의 산소 함유량이 적고, 또 산화물을 형성하기 쉬운 Al 및 Si 의 함유량이 적기 때문에, 산화물에서 기인하는 파티클의 발생을 억제할 수 있고, 박막 제작시의 수율을 향상시킨다는 우수한 효과를 갖는다. 자기 헤드나 MRAM 등의 자기 디바이스용의 자성 박막 형성용 스퍼터링 타깃으로서 유용하다.

Claims

Co 및 B 를 적어도 포함하는 소결체로 이루어지고, B 의 함유량은 10 ~ 50 at％ 이고, Al 및 Si 의 합계 함유량이 50 wtppm 이상 100 wtppm 이하이고, 산소 함유량이 100 wtppm 이하이고, 잔부는 Co 및 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃.
Fe 및 B 를 적어도 포함하는 소결체로 이루어지고, B 의 함유량은 10 ~ 50 at％ 이고, Al 및 Si 의 합계 함유량이 50 wtppm 이상 100 wtppm 이하이고, 산소 함유량이 100 wtppm 이하이고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃.
Co, Fe 및 B 를 적어도 포함하는 소결체로 이루어지고, B 의 함유량은 10 ~ 50 at％ 이고, Co 의 함유량은 10 ~ 15 at % 이고, Al 및 Si 의 합계 함유량이 50 wtppm 이상 100 wtppm 이하이고, 산소 함유량이 100 wtppm 이하이고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃.
제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti 및 Zr 의 합계 함유량이 50 wtppm 이상 100 wtppm 이하인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃.
Co 원료 및 B 원료를 용해 주조하여 합금 잉곳을 제작한 후, 합금 잉곳을 가스 애토마이즈법에 의해 원료 분말을 제작하고, 그 후, 이것을 소결하여 타깃으로 하는 타깃의 제조 방법으로서, 당해 타깃은, Co 및 B 를 적어도 포함하는 소결체로 이루어지고, B 의 함유량은 10 ~ 50 at％ 이고, Al 및 Si 의 합계 함유량이 50 wtppm 이상 100 wtppm 이하이고, 산소 함유량이 100 wtppm 이하이고, 잔부는 Co 및 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
Fe 원료 및 B 원료를 용해 주조하여 합금 잉곳을 제작한 후, 합금 잉곳을 가스 애토마이즈법에 의해 원료 분말을 제작하고, 그 후, 이것을 소결하여 타깃으로 하는 타깃의 제조 방법으로서, 당해 타깃은, Fe 및 B 를 적어도 포함하는 소결체로 이루어지고, B 의 함유량은 10 ~ 50 at％ 이고, Al 및 Si 의 합계 함유량이 50 wtppm 이상 100 wtppm 이하이고, 산소 함유량이 100 wtppm 이하이고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
Co 원료, Fe 원료 및 B 원료를 용해 주조하여 합금 잉곳을 제작한 후, 합금 잉곳을 가스 애토마이즈법에 의해 원료 분말을 제작하고, 그 후, 이것을 소결하여 타깃으로 하는 타깃의 제조 방법으로서, 당해 타깃은, Co, Fe 및 B 를 적어도 포함하는 소결체로 이루어지고, B 의 함유량은 10 ~ 50 at％ 이고, Co 의 함유량은 10 ~ 15 at % 이고, Al 및 Si 의 합계 함유량이 50 wtppm 이상 100 wtppm 이하이고, 산소 함유량이 100 wtppm 이하이고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
Al, Ba, Hf, Li, Mg, Si, Sr, Ti 및 Zr 의 합계 함유량이 50 wtppm 이상 100 wtppm 이하인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
용해 주조하여 얻어진 합금 잉곳의 최종 응고부를 절제하고, 잉곳 잔부를 가스 애토마이즈법에 의해 원료 분말로 하는 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
원료 분말의 입경을 53 ∼ 300 ㎛ 로 하는 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.