KR20180088491A

KR20180088491A - 자성재 스퍼터링 타깃 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20180088491A
Application number: KR1020187021310A
Authority: KR
Inventors: 아츠토시 아라카와
Original assignee: 제이엑스금속주식회사
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2018-08-03
Also published as: EP3015566B1; WO2015080009A1; JPWO2015080009A1; US20160237552A1; KR20160075723A; EP3015566A4; TWI637798B; SG11201600843XA; TW201532710A; US10724134B2; EP3015566A1; JP6037415B2

Abstract

B 의 함유량이 17 at％ 이상, 40 at％ 이하이고, 잔여가 Co 또는 Fe 에서 선택한 1 종 이상의 원소의 소결체로 이루어지는 자성재 스퍼터링 타깃으로서, 타깃에 B 의 고농도상과 B 의 저농도상이 있고, 그 B 의 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 것이 1 개 이하인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃을 제공한다. 본 발명의 자성재 스퍼터링 타깃은, B 의 고농도상이 세세하게 분산되어 있고, 그 결과, 타깃의 기계 가공성이 양호해지고, 또한 DC 전원을 구비한 마그네트론 스퍼터 장치에서 스퍼터할 때에, 파티클의 발생이 억제되고, 박막 제조시의 수율이 향상된다는 현저한 효과가 있다.

Description

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

본 발명은, 분말 소결법으로 제조되는, 붕소 (B) 를 함유하는 자성재 스퍼터링 타깃이고, 타깃 중의 붕소 (B) 의 고농도상 (高濃度相) 이 미세하게 분산되어 있고, 스퍼터링시의 파티클 발생이 적고, 또한 갈라짐 등의 기계적 특성의 문제가 없는, 자기 헤드, 자기 저항 소자 (MRAM) 등의 용도에 유용한 자성재 타깃 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

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

일반적으로, 터널 자기 저항막의 B 를 포함하는 자성체는, 예를 들어, Fe-Co-B 의 경우, Fe-Co-B 의 스퍼터링 타깃을 스퍼터링하여 제조된다.

이러한 자성재 스퍼터링 타깃은, B 를 많이 함유하기 때문에, 특히 B 의 조성비가 10 ％ 를 초과하여 높아지면, 매우 무른 특성을 갖는 Fe₂B, FeB 의 Fe 의 붕화물상이나 Co 의 붕화물상이 형성되고, 그 결과, 용해법에 의해 제조한 스퍼터링 타깃에 있어서는 잉곳에 갈라짐, 균열이 발생하고, 스퍼터링 타깃으로 하는 것이 곤란하였다.

엄밀한 제조 공정의 관리에 의해, 소정의 스퍼터링 타깃을 제조할 수 있는 방법이 있으며 (특허문헌 1 참조), 산소 등의 가스 성분을 저감시킬 수 있는 큰 이점을 갖지만, 제조 공정의 어려움은 부정할 수 없다.

여기서, 스퍼터링 장치에는 여러 가지 방식의 것이 있지만, 상기 자성체막의 성막에서는, 높은 생산성 면에서 DC 전원을 구비한 마그네트론 스퍼터링 장치가 널리 사용되고 있다. 스퍼터링법이란, 정 (正) 의 전극이 되는 기판과 부 (負) 의 전극이 되는 타깃을 대향시키고, 불활성 가스 분위기하에서, 그 기판과 타깃 사이에 고전압을 인가하여 전장 (電場) 을 발생시키는 것이다.

이 때, 불활성 가스가 전리되고, 전자와 양이온으로 이루어지는 플라즈마가 형성되는데, 이 플라즈마 중의 양이온이 타깃 (부의 전극) 의 표면에 충돌하면 타깃을 구성하는 원자가 튀어나오는데, 이 튀어나온 원자가 대향하는 기판 표면에 부착되어 막이 형성된다. 이러한 일련의 동작에 의해, 타깃을 구성하는 재료가 기판 상에 성막된다는 원리를 사용한 것이다.

이러한 것으로부터, 선행 특허에서는 몇 가지 제안이 이루어져 있다. 예를 들어, 특허문헌 2 에서는, 단면 미크로 조직에 있어서 붕화물상이 존재하지 않는 영역에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 30 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 Fe-Co-B 계 합금 타깃재, 원자비에 있어서의 조성식이 (Fe_XCo₁₀₀ _-X)_100- _YB_Y, 5 ≤ X ≤ 95, 5 ≤ Y ≤ 30 인 상기 Fe-Co-B 계 합금 타깃재를 제안하고 있다.

이 특허문헌 2 의 목적은, 수직 자기 기록 매체나 TMR 소자 등에 사용되는 연자성막을 성막하기 위해서 Fe-Co-B 계 합금 타깃재의 저투자율을 실현하고, 양호한 스퍼터링 특성을 갖는 Fe-Co-B 계 합금 타깃재를 제공한다고 하고 있다. 그러나, 이 경우는, 붕화물상이 미세화, 분산성이 열등하고, 소결체 타깃으로서의 특성이 충분하지 않다는 결점이 있다.

또한, 하기 특허문헌 3 에서는, FeCo 계 합금에 있어서, Fe : Co 의 at 비가 10 : 90 ∼ 70 : 30 으로 하는 것을 특징으로 하는 연자성 FeCo 계 타깃재. 또한, 상기에 Al 또는 Cr 의 1 종 또는 2 종을 0.2 ∼ 5.0 at％ 함유시켜 이루어지는 연자성 FeCo 타깃재. 또한, 상기에 B, Nb, Zr, Ta, Hf, Ti, V 중 어느 1 종 또는 2 종 이상을 30 at％ 이하 함유시켜 이루어지는 FeCo 연자성 타깃재가 제안되어 있다.

그러나, 이 경우, 소결법 또는 주조법을 적용할 수 있는 기재가 있지만, 붕화물상의 문제가 있는 것에 대해서는 기재가 없고, 그것을 해결하기 위한 방책도 없다는 개시에 그친 것이다.

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

자성재 스퍼터링 타깃의 매트릭스 중의 B 의 고농도상을 세세하게 분산시키고, 타깃의 기계 가공성을 양호하게 하고, 또한 DC 전원을 구비한 마그네트론 스퍼터 장치에서 스퍼터할 때에, 파티클의 발생을 억제할 수 있고, 박막 제조시의 수율을 향상시킬 수 있는 자성재 타깃을 제안하는 것이다. 특히, MRAM 용도, 나아가서는 자기 헤드, 또는 그것 이외의 자성막용 스퍼터링 타깃을 제공하는 것을 과제로 한다.

이러한 지견에 기초하여, 이하의 발명을 제안한다.

1) B 의 함유량이 17 at％ 이상, 40 at％ 이하이고, 잔여가 Co 또는 Fe 에서 선택한 1 종 이상의 원소의 소결체로 이루어지는 자성재 스퍼터링 타깃으로서, 타깃에 B 의 고농도상과 B 의 저농도상이 있고, 그 B 의 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 것이 1 개 이하인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃.

2) Al, Cr, Cu, Hf, Mn, Ni, Ru, Si, Ta, W 에서 선택한 1 종 이상의 원소를 0.5 at％ 이상, 20 at％ 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 1) 에 기재된 자성재 스퍼터링 타깃.

3) 타깃의 밀도가 99 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 2) 중 어느 한 항에 기재된 자성재 스퍼터링 타깃.

4) 타깃 표면이 평면 연삭에 의한 가공 표면 마무리면을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 1) ∼ 3) 중 어느 한 항에 기재된 자성재 스퍼터링 타깃.

5) B 의 함유량이 17 at％ 이상, 40 at％ 이하이고, 잔여가 Co 또는 Fe 에서 선택한 1 종 이상의 원소의 자성재 타깃 원료 분말을, 가스 아토마이즈법으로 제조하고, 이 가스 아토마이즈 원료 분말을 소결하여 타깃으로 하고, 그 타깃을 B 의 고농도상과 B 의 저농도상이 존재하는 조직으로 하고, 그 B 의 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 B 의 고농도상을 1 개 이하로 하는 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

6) 원료 분말로서, 입경 300 ㎛ 이하의 가스 아토마이즈 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 상기 5) 에 기재된 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

7) 소결 온도를 900 ∼ 1240 ℃ 로 하여 소결하는 것을 특징으로 하는 상기 5) ∼ 6) 중 어느 한 항에 기재된 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

8) 타깃의 가공 표면 마무리를 평면 연삭으로 실시하는 것을 특징으로 하는 상기 5) ∼ 7) 중 어느 한 항에 기재된 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

9) Al, Cr, Cu, Hf, Mn, Ni, Ru, Si, Ta, W 에서 선택한 1 종 이상의 원소를 0.5 at％ 이상, 20 at％ 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 5) ∼ 8) 중 어느 한 항에 기재된 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

10) 타깃의 밀도를 99 ％ 이상이 되도록 소결하는 것을 특징으로 하는 상기 5) ∼ 9) 중 어느 한 항에 기재된 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.

본원 발명의 자성재 스퍼터링 타깃은, B 의 고농도상이 세세하게 분산되어 있고, 그 결과, 타깃의 기계 가공성이 양호해지고, 또한 DC 전원을 구비한 마그네트론 스퍼터 장치에서 스퍼터할 때에, 파티클의 발생이 억제되고, 박막 제조시의 수율이 향상된다는 현저한 효과가 있다.

도 1 은 대표적인 타깃 (Fe-20Co-40B) 의 조직 이미지를 나타내는 도면이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 조직 이미지를, 전자선 마이크로 애널라이저 (EPMA) 에 의해 B 의 농도를 해석하고, 그것을 2 계조화하여, B 의 고농도 (농도가 높은 부분) 상과 B 의 저농도 (농도가 낮다) 상을 나타내는 도면이다.

본원 발명의 자성재 스퍼터링 타깃은, B 의 함유량이 17 at％ 이상, 40 at％ 이하이고, 잔여가 Co 또는 Fe 에서 선택한 1 종 이상의 원소의 소결체로 이루어진다. 소결시에는, B, Co 또는 Fe 의 가스 아토마이즈 분말을 준비하고, 소결하여 자성재 스퍼터링 타깃으로 한다. 타깃재는, 기본적으로는 Co-B 계, Fe-B 계, Co-Fe-B 계의 타깃이다.

B 의 함유량이 17 at％ 미만에서는, 본원 발명의 자성재 타깃으로서의 특성을 보유시킬 수 없다. 또한, B 의 함유량이 40 at％ 를 초과하는 경우도 동일하고, 또한 B 가 지나치게 많은 경우에는, 취성이 커져 강도가 저하되고, 갈라지기 쉬워진다는 결점도 발생한다. 따라서, B 의 함유량은, 17 at％ 이상, 40 at％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 타깃의 조직은, 주성분인 Co, Fe, Co-Fe 및 이들과 B 의 합금으로 구성되고, 타깃 조직 중에서 B 를 함유하는 합금상이 2 상 (2 종) 존재한다. 이들 상은, 상기와 같이, B 의 고농도 (농도가 높은 부분) 의 합금상과 B 의 저농도 (농도가 낮은 부분) 의 합금상으로 이루어지고, 이들이 서로 분산된 상태로 존재한다. 그 상의 차이는, 조직 관찰에 의해 구별할 수 있다. 조직의 대표예를, 도 1 에 나타낸다. 도 2 의 B 의 농도 분포를 참조함으로써, 식별이 가능하다. 즉, 도 2 의 인출선 (화살표) 으로 나타내는 바와 같이, 조직 이미지의 농담 중, 엷게 (희게) 보이는 영역이 B 의 고농도상이고, 검은 부분이 B 의 저농도상이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, B 의 고농도상과 B 의 저농도상을 관찰할 수 있는데, 모두 형상이 부정형이다. 본원 발명의 큰 특징의 하나는, 타깃에 B 의 고농도상과 B 의 저농도상이 있고, 그 B 의 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상을 1 개 이하로 하는 것이다. 이 B 의 고농도상에 대해서는, 타깃을 연마하고, 연마면의 0.01 ㎟ (0.1 ㎜ × 0.1 ㎜ 의 범위, 이하 동일) 의 범위의 현미경 시야를 관찰함으로써, 최대 내접원의 직경을 조사할 수 있다.

B 의 고농도상이, 소결체 타깃의 특성에 강하게 영향을 준다. 이 B 의 고농도상이 분산되지 않고, 커지면, 타깃의 기계 가공성이 나빠지고, 또한 스퍼터링할 때에, 파티클의 발생이 증가하는 원인이 된다. B 의 저농도상에 대해서는, B 의 고농도상과 동일한 조직을 갖는데, B 농도가 낮기 때문에 파티클 발생에 주는 영향은 적지만, B 고농도상과 동일한 분산성을 갖는 것이 균일성이 양호한 타깃 조직이 되기 때문에 바람직하다.

따라서, B 의 고농도상을 미세하게 분산시키는 것이, 타깃의 특성을 안정화시키는 데에 유효하다. B 의 고농도상의 분산성을 평가하는 경우에, B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경을 15 ㎛ 미만으로 함으로써 평가할 수 있다.

이것은, 특히 B 의 고농도상을 미세화함으로써, 타깃 조직이 미세화가 되기 때문이고, 본원 발명에 있어서는, 이러한 미세화가 가능하다. 또한, 조직의 미세화가 요구되는 경우에는, B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경을 10 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

그러나, 소결체 타깃에서는, 항상 균일한 조직이 얻어진다는 것은 아니고, 드물게 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 경우도 존재한다. 따라서, 당해 B 의 고농도상에 있어서, 0.01 ㎟ 의 범위의 현미경 시야를 관찰하여, B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이, 15 ㎛ 이상이 1 개 이하이면, 본 발명의 목적을 만족할 수 있고, 스퍼터링시에 안정된 타깃의 특성을 얻을 수 있다.

이것에 의해서, 타깃의 기계 가공성을 양호하게 할 수 있고, 또한 DC 전원을 구비한 마그네트론 스퍼터 장치에서 스퍼터할 때에, 파티클의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 타깃 중의 산소량은 적은 것이 바람직하다. 산소량이 많아지면, 스퍼터했을 때의 파티클 수의 증가 경향이 보인다. 이 이유는, 소결 중에 B 와 산소가 반응하여 산화붕소가 되고, 산화붕소는 흡습성을 가지므로, 스퍼터에 영향을 미치고 있다고 생각된다.

본원 발명에서 사용하는 소결체 원료 분말은, 통상 가스 아토마이즈로 제조한 분말을 사용하는데, 가스 아토마이즈는 물 아토마이즈로 제조한 분말보다, 또한, 기계적으로 분쇄한 분말보다 저산소가 되기 때문에, 가스 아토마이즈로 제조한 분말이 바람직하다. 가스 아토마이즈로 제조한 분말을 사용한 경우의 타깃 중의 산소량은, 조성이나 조건에 따라서도 상이한데 900 ppm 이하가 된다.

그러나, 본원 발명의 자성재 스퍼터링 타깃의 제조시에는, 아토마이즈 분말 이외의 소결체 원료 분말 (개개의 원료의 분쇄 분말) 을 사용하여 소결할 수도 있다. 이 경우는, 산소량은 상기 범위, 즉 900 ppm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 이 경우, 소결 분말의 입경이 크면, 밀도가 높아지기 어려워지고, 또한 분쇄 원료 분말을 극도로 미세화하면, 산소량이 증가하게 되기 때문에, 평균 입경이 50 ∼ 300 ㎛ 인 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, B 의 함유량이 17 at％ 이상, 40 at％ 이하이고, 잔여가 Co 또는 Fe 에서 선택한 1 종 이상의 원소의 소결체로 이루어지는 자성재 스퍼터링 타깃이 기본인데, 추가로 자기 특성을 향상시키기 위해서, Al, Cr, Cu, Hf, Mn, Ni, Ru, Si, Ta, W 에서 선택한 1 종 이상의 원소를 0.5 at％ 이상, 20 at％ 이하 함유시킬 수 있다.

자성재 스퍼터링 타깃의 전체의 성분 조성으로부터 보면 소량이기 때문에, 타깃 조직에 문제를 발생시키는 일은 없다. 또한, 이것들의 첨가에 의해서, 기계 가공성이나 파티클의 발생에 영향을 주는 일은 없다. 0.5 at％ 미만이면, 이 원소의 첨가 효과가 없고, 또한 20 at％ 를 초과하면, 본원 발명의 조직을 유지할 수 없게 되기 때문에, 상기의 범위로 한다.

또한, 소결 조건을 적절히 조절하여, 타깃의 밀도를 99 ％ 이상의 자성재 스퍼터링 타깃을 얻을 수 있다.

여기서의 상대 밀도란, 스퍼터링 타깃의 실측 밀도를 계산 밀도 (이론 밀도라고도 한다) 로 나누어 구한 값이다. 계산 밀도란 타깃의 구성 성분이 서로 확산 또는 반응하지 않고 혼재되어 있다고 가정했을 때의 밀도로, 다음 식으로 계산된다.

식 : 계산 밀도 = Σ (구성 성분의 분자량 × 구성 성분의 몰비) / Σ (구성 성분의 분자량 × 구성 성분의 몰비/구성 성분의 문헌값 밀도)

여기서 Σ 는, 타깃의 구성 성분의 전부에 대해서, 합을 취하는 것을 의미한다. 또, 스퍼터링 타깃의 실측 밀도는 아르키메데스법으로 측정된다.

다음으로, 본 발명의 타깃의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본원 발명의 자성재 스퍼터링 타깃의 제조시에는, 미리, B 의 함유량이 17 at％ 이상, 40 at％ 이하이고, 잔여가 Co 또는 Fe 에서 선택한 1 종 이상의 원소로 이루어지는 원료 분말을, 가스 아토마이즈법으로 제조한다.

다음으로, 이 가스 아토마이즈 원료 분말을 소결하고, 소결 후의 재료 (소결체) 를 타깃 형상으로 성형 가공하고, 추가로 표면을 연마 가공하여 타깃으로 한다. 이상에 의해, 타깃 중의 연마면에서 관찰되는 조직을, B 의 고농도상과 B 의 저농도상이 서로 분산된 2 상으로 이루어지는 조직으로 하고, 당해 B 의 고농도상에 있어서, 0.01 ㎟ 의 범위의 현미경 시야를 관찰하여 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 것을 1 개 이하로 하는 것이다.

상기 원료 분말로서, 입경 300 ㎛ 이하의 가스 아토마이즈 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 이것은, 소결하기 쉬워지기 때문에, 비교적 저온의 소결 조건으로 하는 것이 가능해지고, 타깃 조직 중에 존재하는 상의 분산성 악화 억제에 유효하다.

또한, 소결 온도에 대해서는, 900 ∼ 1240 ℃ 로 하여 소결하는 것이 바람직하다. 이것은 성분 조성을 조정한 후, 상기 범위로 소결하는 것이, 동일하게 상의 분산에 유효하다. 900 ℃ 미만이면, 소결이 충분하지 않게 되고, 또한 1240 ℃ 를 초과하는 온도에서는, 상의 조대화가 일어나기 쉬워지기 때문에, 상기의 범위로 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

타깃은 표면 마무리를 실시하는데, 그 수단으로서 평활함을 향상시키는 데에 있어서, 평면 연삭으로 실시하는 것이 바람직하다. 그러나, 동등한 평활한 면이 얻어지는 것이면, 다른 표면 마무리라도 문제는 없다.

(소결 조건과 타깃의 가공 조건의 구체예)

본원 발명의 자성재 스퍼터링 타깃을 제조하기 위한 소결 조건의 구체예를 설명한다. 하기의 소결 조건과 타깃의 가공 조건은, 바람직한 조건을 나타내는 것으로, 필요에 따라, 다른 조건의 부가 또는 공정의 조건으로의 변경은 임의이다.

40Fe-40Co-20B 를 대표예로서 설명한다. 원료는 40Fe-40Co-20B 가 되도록 Fe, Co, B 량을 칭량하고, 이것을 가스 아토마이즈법으로 제조한 분말을 체로 분급하여 얻을 수 있다.

체로 분급할 때에는, 입경을 50 ∼ 300 ㎛ 로 정렬하는 것이 바람직하다. 또한, 조성이 상이한 2 종류 이상의 가스 아토마이즈 분말을 준비해도 된다. 예를 들어, 45Fe-40Co-15B 와 35Fe-40Co-25B 의 배합 비율을 조절하고, 혼합하여 제조할 수도 있다. 이 조작에서 중요한 것은, 가스 아토마이즈 분말을 사용함으로써 산소량이 적은 원료를 사용하는 것, 그리고 원료 분말의 입경을 정렬함으로써, 소결성을 높여 고밀도의 타깃을 안정적으로 얻는 것이다.

다음으로, 이 40Fe-40Co-20B 의 가스 아토마이즈 분말을, 진공 핫 프레스 장치를 사용하여 온도 950 ℃, 유지 시간 3 시간, 가압력 30 ㎫ 의 조건하에서 성형·소결하여 소결체를 얻는다. 성형·소결은, 핫 프레스에 한정되지 않고, 플라즈마 방전 소결법, 열간 정수압 소결법을 사용할 수도 있다.

이 소결 조건 (소결 온도, 유지 시간, 가압력, 분위기) 은, 소결되는 재료의 종류에 따라 임의로 조정할 수 있다. 즉, 본원 발명의 자성재 스퍼터링 타깃의 특성을 얻는다는 목적에 따라, 적절히 선택한다.

소결시의 유지 온도는, 타깃이 충분히 치밀화되는 온도역 중 낮은 온도로 설정하는 것이 바람직하다. 타깃의 조성에 따라서도 상이하지만, 본 발명의 Fe-Co-B 계의 B 조성 범위의 경우, 900 ∼ 1240 ℃ 의 온도 범위에 있다. 높은 소결 온도에서 유지 시간이 길면, 고밀도화에는 유리하지만, 입자 성장하여 B 고농도상이 비대하기 때문에 소결 조건을 최적화하는 것은 매우 중요해진다.

다음으로, 소결체를 기계 가공하여 직경이 180 ㎜, 두께가 5 ㎜ 인 원반상의 타깃을 얻는다. 기계 가공은, 처음에는 선반을 사용해도 되는데, 마무리면이 거칠어지기 때문에, 마무리에는 평면 연삭 가공이 바람직하고, 나아가서는 연마로 표면을 최종 마무리해도 된다. 또, 평면 연삭 가공에서는, 지석축의 방향에 따라, 원통형 지석의 측면에서 연삭을 실시하는 경우와, 원통면에서 연삭을 실시하는 경우가 있다. 지석 측면에서의 연삭이, 면 조도, 치수 정밀도가 양호한 마무리면이 얻어지기 때문에 바람직하다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 설명한다. 또, 본 실시예는 어디까지나 일례이며, 이 예에 의해 조금도 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 특허 청구의 범위에 의해서만 제한되는 것이고, 본 발명에 포함되는 실시예 이외의 여러 가지의 변형을 포함하는 것이다.

(실시예 1)

40Fe-20Co-40B 로 이루어지는 가스 아토마이즈 분말을 제조하고, 이 원료 분말을, 추가로 입경 50 ∼ 300 ㎛ 로 조정한 분말을 원료로 하고, 핫 프레스로 1190 ℃ × 3 시간 처리하고, 몰비로 40Fe-20Co-40B 로 이루어지는 소결체를 제조하였다.

이 소결체는, 밀도 99 ％ 이상이 되었다. 또한, 이것을 선반에서 절삭 가공 및 평면 연삭 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상의 타깃을 얻었다.

또한, 이 타깃 중의 연마면에서 관찰되는 조직은, 도 1 과 동일하게, B 의 고농도상과 B 의 저농도상을 갖고, 상기 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이하이고, 0.01 ㎟ (0.1 ㎜ × 0.1 ㎜ 의 면적, 이하 동일) 의 범위의 현미경 시야를 관찰한 것 중에서 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 상은 1 개뿐이었다.

다음으로, 이렇게 하여 제조한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링하였다. 스퍼터 조건은, 스퍼터 파워 1.0 ㎾, Ar 가스압 1.7 Pa 로 하고, 1 kWh 방전한 시점에서 4 인치 Si 웨이퍼에 목표 막두께 1000 ㎚ 로 스퍼터하였다. 그리고, 웨이퍼 상에 부착된 파티클을 서프 스캔으로 파티클 개수를 측정하였다. 파티클 수는 12 개로 억제할 수 있었다. 이상의 결과를, 표 1 에 나타낸다.

(실시예 2)

62Fe-18Co-20B 로 이루어지는 가스 아토마이즈 분말을 제조하고, 이 원료 분말을, 추가로 입경 50 ∼ 300 ㎛ 로 조정한 분말을 원료로 하고, 핫 프레스로 950 ℃ × 3 시간 처리하고, 몰비로 62Fe-18Co-20B 로 이루어지는 소결체를 제조하였다. 이 소결체는, 밀도 99 ％ 이상이 되었다.

또한, 이것을 선반에서 가공, 및 평면 연삭 가공으로 마무리하여, 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상의 타깃을 얻었다.

또한, 이 타깃 중의 연마면에서 관찰되는 조직은, 도 1 과 동일하게, B 의 고농도상과 B 의 저농도상을 갖고, 상기 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이하이고, 0.01 ㎟ 의 범위의 현미경 시야를 관찰한 것 중에서 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 상은 0 개였다.

이렇게 하여 제조한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 실시예 1 과 동일 조건에서 스퍼터링한 경우, 1 kwh 방전한 시점에서의 파티클 수는 9 개로 억제할 수 있었다. 이상의 결과를, 표 1 에 나타낸다.

(실시예 3)

71Co-3Fe-26B 로 이루어지는 가스 아토마이즈 분말을 제조하고, 이 원료 분말을, 추가로 입경 50 ∼ 300 ㎛ 로 조정한 분말을 원료로 하고, 핫 프레스로 1050 ℃ × 3 시간 처리하고, 몰비로 71Co-3Fe-26B 로 이루어지는 소결체를 제조하였다. 이 소결체는, 밀도 99 ％ 이상이 되었다.

또한, 이것을 선반에서 가공, 및 평면 연삭 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상의 타깃을 얻었다.

또, 이 타깃 중의 연마면에서 관찰되는 조직은, 도 1 과 동일하게, B 의 고농도상과 B 의 저농도상을 갖고, 상기 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이하이고, 0.01 ㎟ 의 범위의 현미경 시야를 관찰한 것 중에서 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 상은 1 개뿐이었다.

이렇게 하여 제조한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 실시예 1 과 동일 조건에서 스퍼터링한 경우, 1 kwh 방전한 시점에서의 파티클 수는 10 개로 억제할 수 있었다. 이상의 결과를, 표 1 에 나타낸다.

(실시예 4)

70Fe-30B 로 이루어지는 가스 아토마이즈 분말을 제조하고, 이 원료 분말을, 추가로 입경 50 ∼ 300 ㎛ 로 조정한 분말을 원료로 하고, 핫 프레스로 1090 ℃ × 3 시간 처리하고, 몰비로 70Fe-30B 로 이루어지는 소결체를 제조하였다. 이 소결체는, 밀도 99 ％ 이상이 되었다.

또, 이 타깃 중의 연마면에서 관찰되는 조직은, 도 1 과 동일하게, B 의 고농도상과 B 의 저농도상을 갖고, 이 B 고농도상에 있어서, 상기 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이하이고, 0.01 ㎟ 의 범위의 현미경 시야를 관찰한 것 중에서 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 상은 1 개뿐이었다.

이렇게 하여 제조한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 실시예 1 과 동일 조건에서 스퍼터링한 경우, 1 kwh 방전한 시점에서의 파티클 수는 11 개로 억제할 수 있었다. 이상의 결과를, 표 1 에 나타낸다.

(실시예 5)

42Co-20Fe-20B-18Si 로 이루어지는 가스 아토마이즈 분말을 제조하고, 이 원료 분말을, 추가로 입경 50 ∼ 300 ㎛ 로 조정한 분말을 원료로 하고, 핫 프레스로 950 ℃ × 3 시간 처리하고, 몰비로 42Co-20Fe-20B-18Si 로 이루어지는 소결체를 제조하였다. 이 소결체는, 밀도 99 ％ 이상이 되었다.

(실시예 6)

50Fe-20Co-18B-12Ta 로 이루어지는 가스 아토마이즈 분말을 제조하고, 이 원료 분말을, 추가로 입경 50 ∼ 300 ㎛ 로 조정한 분말을 원료로 하고, 핫 프레스로 950 ℃ × 3 시간 처리하고, 몰비로 50Fe-20Co-18B-12Ta 로 이루어지는 소결체를 제조하였다. 이 소결체는, 밀도 99 ％ 이상이 되었다.

또, 이 타깃 중의 연마면에서 관찰되는 조직은, 도 1 과 동일하게, B 의 고농도상과 B 의 저농도상을 갖고, 상기 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이하이고, 0.01 ㎟ 의 범위의 현미경 시야를 관찰한 것 중에서 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 상은 0 개였다.

이렇게 하여 제조한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 실시예 1 과 동일 조건에서 스퍼터링한 경우, 1 kwh 방전한 시점에서의 파티클 수는 12 개로 억제할 수 있었다. 이상의 결과를, 표 1 에 나타낸다.

(비교예 1)

40Fe-20Co-40B 로 이루어지는 가스 아토마이즈 분말을 제조하고, 이 원료 분말을, 추가로 입경 200 ∼ 400 ㎛ 로 조정한 분말을 원료로 하고, 핫 프레스로 1250 ℃ × 4 시간 처리하고, 몰비로 40Fe-20Co-40B 로 이루어지는 소결체를 제조하였다.

이 소결체는, 밀도 99 ％ 이상이 되었다. 또한, 이것을 선반에서 절삭 가공하고 평면 연삭으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상의 타깃을 얻었다.

또한, 이 타깃 중의 연마면에서 관찰되는 조직은, 도 1 과는 달리, B 의 고농도상과 B 의 저농도상을 갖지만, 상기 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 0.01 ㎟ 를 관찰한 것 중에서 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 상은 11 개였다. 이렇게 하여 제조한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링한 경우, 파티클 수는 25 개로 증가하였다.

원료 분말의 입경이 지나치게 크고, 또한 핫 프레스 온도가 1250 ℃ 로 지나치게 고온인 것에 기인하여, B 고농도상이 비대화된 것이 원인이라고 생각된다.

(비교예 2)

입경 50 ∼ 300 ㎛ 로 조정한 Co 가스 아토마이즈 분말, Fe 가스 아토마이즈 분말, B 분쇄 분말을 혼합한 것을 원료 분말로 하고, 핫 프레스로 1050 ℃ × 3 시간 처리하고, 몰비로 62Fe-18Co-20B 의 소결체를 제조하였다.

이 소결체는, 밀도 99 ％ 이상이 되었다. 또한, 이것을 선반에서 가공, 및 평면 연삭 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상의 타깃을 얻었다.

또한, 이 타깃 중의 연마면에서 관찰되는 조직은, 도 1 과는 달리, B 의 고농도상과 B 의 저농도상의 구별은 명확하지 않고, B 상의 최대 내접원은 15 ㎛ 이상이 대부분이었다. 이렇게 하여 제조한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링한 경우, 파티클 수는 50 개 이상으로 증가하였다.

B 에 대해서는 분쇄 분말을 사용한 것에 기인하여, B 의 고농도상과 B 의 저농도상의 구별이 명확하지 않게 된 것이 파티클 증가의 원인이라고 생각된다.

(비교예 3)

69Co-5Fe-26B 로 이루어지는 가스 아토마이즈 분말을 제조하고, 이것을 분쇄하여 분말로 하고, 입경 200 ∼ 400 ㎛ 로 조정한 분말을 원료로 하고, 핫 프레스로 1120 ℃ × 3 시간 처리하고, 몰비로 69Co-5Fe-26B 로 이루어지는 소결체를 제조하였다.

또한, 이 타깃 중의 연마면에서 관찰되는 조직은, 도 1 과는 달리, B 의 고농도상과 B 의 저농도상을 갖지만, 상기 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 μ 이상인 상은 0.01 ㎟ 의 범위의 현미경 시야를 관찰한 것 중에서 4 개였다. 이렇게 하여 제조한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 스퍼터링한 경우, 파티클 수는 19 개로 증가하였다.

이 파티클 수 증가의 원인은, 아토마이즈 분말의 입경이 큰 것에 기인하고, B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 상이 다수 존재했기 때문이라고 생각된다.

(비교예 4)

70Fe-30B 로 이루어지는 분말 (비가스 아토마이즈 분말) 을 제조하고, 이 원료 분말을, 추가로 입경 200 ∼ 400 ㎛ 로 조정한 분말을 원료로 하여, 핫 프레스로 900 ℃ × 3 시간 처리하고, 몰비로 70Fe-30B 로 이루어지는 소결체를 제조하였다. 이 소결체는, 밀도 97 ％ 가 되었다. 또한, 이것을 선반에서 가공, 및 평면 연삭 가공으로 마무리하여 직경 180 ㎜, 두께 5 ㎜ 의 원반상의 타깃을 얻었다.

또한, 이 타깃 중의 연마면에서 관찰되는 조직은, 도 1 과 동일하게, B 의 고농도상과 B 의 저농도상을 갖고, 이 B 고농도상에 있어서, 0.01 ㎟ 의 범위의 현미경 시야를 관찰한 것 중에서 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 상은 50 개 이상이었다. 또한, 산소량은 1560 wtppm 이었다.

이렇게 하여 제조한 자성재 스퍼터링 타깃을 사용하여 실시예 1 과 동일 조건에서 스퍼터링한 경우, 1 kwh 방전한 시점에서의 파티클 수는 50 개 이상이었다. 이상의 결과를, 표 1 에 나타낸다. 이러한 파티클 수의 증가의 원인은, 원료가 비가스 아토마이즈 분말인 것에 기인하여, 산소 함유량이 증가하고, 밀도 부족이 원인이라고 생각된다.

(비교예 5)

입경 50 ∼ 300 ㎛ 로 조정한 Co 가스 아토마이즈 분말, Fe 가스 아토마이즈 분말, B 분쇄 분말, Si 분말을 혼합한 것을 원료 분말로 하고, 핫 프레스로 950 ℃ × 3 시간 처리하고, 몰비로 42Co-20Fe-20B-18Si 의 소결체를 제조하였다.

이것은, 원료 분말인 B 가 가스 아토마이즈 분말이 아니라, 분쇄 분말을 사용한 것에 기인하여, B 함유상이 조대화되고, B 의 고농도상과 B 의 저농도상의 구별은 명확하지 않게 된 것이 파티클 증가의 원인이라고 생각된다.

(비교예 6)

입경 50 ∼ 300 ㎛ 로 조정한 Co 가스 아토마이즈 분말, Fe 가스 아토마이즈 분말, B 분쇄 분말, Ta 분말을 혼합한 것을 원료 분말로 하고, 핫 프레스로 950 ℃ × 3 시간 처리하고, 몰비로 50Co-20Fe-18B-12Ta 의 소결체를 제조하였다.

이것은, 이것은, 원료 분말인 B 가 가스 아토마이즈 분말이 아니라, 분쇄 분말을 사용한 것에 기인하여, B 함유상이 조대화되고, B 의 고농도상과 B 의 저농도상의 구별은 명확하지 않게 된 것이 파티클 증가의 원인이라고 생각된다.

이상의 실시예와 비교예의 대비로부터, B 의 함유량이 17 at％ 이상, 40 at％ 이하이고, 잔여가 Co 또는 Fe 의 원소로부터 선택한 1 종 이상의 소결체로부터 제조하는 것이 필요하고, 타깃 중의 연마면에서 관찰되는 조직이, B 의 고농도상과 B 의 저농도상을 갖고, 당해 B 의 저농도상에 있어서, 0.01 ㎟ 의 범위의 현미경 시야를 관찰한 것 중에서 B 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 를 초과하는 것이 1 개 이하인 것이 필요하고 또한 중요한 것을 알 수 있다.

이것에 의해서, 타깃의 기계 가공성을 양호하게 하고, 파티클의 발생을 억제할 수 있다. Al, Cr, Cu, Mn, Nb, Ni, Ru, Si, Ta, W, Zr, Hf 에서 선택한 1 종 이상의 원소를 0.5 at％ 이상, 20 at％ 이하 함유시킨 예 중에서, Si 와 Ta 를 함유시킨 예밖에 나타내고 있지 않지만, 그것 이외의 첨가 원소에 있어서도, 상기 실시예와 동일한 타깃 제조 공정을 거침으로써, 실시예와 동일하게 결과가 얻어진 것을 실험으로 확인하였다.

산업상 이용가능성

본원 발명의 자성재 스퍼터링 타깃은, B 의 고농도상이 세세하게 분산되어 있고, 그 결과, 타깃의 기계 가공성이 양호해지고, 또한 DC 전원을 구비한 마그네트론 스퍼터 장치에서 스퍼터할 때에, 파티클의 발생이 억제되고, 박막 제조시의 수율이 향상된다는 현저한 효과가 있다. 자기 헤드 및 MRAM 용도, 나아가서는 그것 이외의 자성막용 스퍼터링 타깃으로서 유용하다.

Claims

B 의 함유량이 17 at％ 이상, 40 at％ 이하이고, 잔여가 Co 또는 Fe 에서 선택한 1 종 이상의 원소의 소결체로 이루어지는 자성재 스퍼터링 타깃으로서, 타깃에 B 의 고농도상과 B 의 저농도상이 있고, 그 B 의 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 것이 1 개 이하인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃.
제 1 항에 있어서,
Al, Cr, Cu, Hf, Mn, Ni, Ru, Si, Ta, W 에서 선택한 1 종 이상의 원소를 0.5 at％ 이상, 20 at％ 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃.
제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
타깃의 밀도가 99 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
타깃 표면이 평면 연삭에 의한 가공 표면 마무리면을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃.
B 의 함유량이 17 at％ 이상, 40 at％ 이하이고, 잔여가 Co 또는 Fe 에서 선택한 1 종 이상의 원소의 자성재 타깃 원료 분말을, 가스 아토마이즈법으로 제조하고, 이 가스 아토마이즈 원료 분말을 소결하여 타깃으로 하고, 그 타깃을 B 의 고농도상과 B 의 저농도상이 존재하는 조직으로 하고, 그 B 의 고농도상에 그릴 수 있는 최대 내접원의 직경이 15 ㎛ 이상인 B 의 고농도상을 1 개 이하로 하는 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
원료 분말로서, 입경 300 ㎛ 이하의 가스 아토마이즈 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 5 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
소결 온도를 900 ∼ 1240 ℃ 로 하여 소결하는 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
타깃의 가공 표면 마무리를 평면 연삭으로 실시하는 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
Al, Cr, Cu, Hf, Mn, Ni, Ru, Si, Ta, W 에서 선택한 1 종 이상의 원소를 0.5 at％ 이상, 20 at％ 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.
제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
타깃의 밀도를 99 ％ 이상이 되도록 소결하는 것을 특징으로 하는 자성재 스퍼터링 타깃의 제조 방법.