專利名稱：磁性材料濺射靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如下靶，為通過熔煉、鑄造法制造且含有硼(B)的濺射靶，氣體成分雜質(zhì)少，組成偏析少，且不存在破裂等機械的特性的問題，用于磁頭、磁阻元件(MRAM)等用途。
背景技術(shù)：
作為新一代高速存儲元件，正在進行磁阻元件(MRAM)的開發(fā)，作為用于構(gòu)成該MRAM的層的材料，使用含有硼(B)的磁性體。已知例如由Co、Fe、Ni等和硼構(gòu)成的組成、Co-B, Co-Fe-B、或在它們中添加有Al、Cu、Mn、Ni等的組成。通常，將具有由Co、Fe、Ni等和硼構(gòu)成的組成的濺射靶進行濺射來制作構(gòu)成這些 MRAM的磁性體層。這樣的磁性材料濺射靶以B為主要成分，因此，特別是B的組成比過量，高于10%時，形成具有非常脆的特性的Co3B、Co2B, CoB化合物相，結(jié)果，在錠中產(chǎn)生破裂、龜裂，難以制成派射革巴。為了防止這些的發(fā)生，在通過緩慢冷卻來制作錠時，雖然能夠抑制破裂和龜裂，但存在組成偏析增加的問題。因此，雖然對粉末進行燒結(jié)成形而制成靶，但因粉末的表面積大，吸附的氣體難以脫離，所以氣體成分、特別是氧雜質(zhì)量增加，結(jié)果，存在通過濺射得到的膜的特性不穩(wěn)定這樣的問題。在此，濺射裝置中有各種方式的裝置，但是在上述的磁性體膜的成膜中，從生產(chǎn)率高的觀點來看，廣泛使用具備DC電源的磁控濺射裝置。濺射法使用如下原理將作為正電極的基板與作為負電極的靶對置，在惰性氣體氣氛下，在該基板和靶間施加高電壓產(chǎn)生電場。此時，惰性氣體電離，形成包含電子和陽離子的等離子體，該等離子體中的陽離子在靶(負電極)的表面撞擊時，擊出構(gòu)成靶的原子，該飛出的原子附著在對置的基板表面形成膜。通過這樣的一連串動作從而構(gòu)成靶的材料在基板上成膜。如上所述，在使用通過原料粉末的燒結(jié)而制造的濺射靶的情況下，與熔煉鑄造材料相比，具有大量含有氧氣，密度也低這樣的顯著缺陷。氧氣等氣體成分的大量存在，是在靶濺射時產(chǎn)生粉粒，并且磁性體膜的磁特性不穩(wěn)定的要因。因此，提出了在磁性體原料中添加B而進行脫氧的方法(參考專利文獻I)。但是，該方法是通過在以Co系為主體的合金中添加B進行熔煉而脫氧，并對其進行驟冷凝固處理使之粉末化，再對該粉末進行燒結(jié)而制成粉末燒結(jié)靶。在專利文獻I中，硼終究是為了從Co等金屬原料中去除氧氣而添加10%以下，且在中間工序通過添加B實現(xiàn)脫氧，但是由于最終采用粉末燒結(jié)方法，因此，如專利文獻I的實施例、比較例所示，與熔煉鑄造法相比，在氧量和密度方面差，且不能用于制造需要控制B的組成的靶。通常，用粉末燒結(jié)法得到的氧含量為150重量ppm以上。為了使之進一步降低，必須進行昂貴的設(shè)計，在實際生產(chǎn)中并不優(yōu)選。
專利文獻I :日本特開2001-107226號公報發(fā)明內(nèi)本發(fā)明的課題在于，制造通過熔煉、鑄造法制造的B-過渡金屬系濺射靶，提高密度并降低組成偏析，不產(chǎn)生破裂、龜裂等，并且使氧氣等氣體成分顯著下降，抑制氣體成分混入造成的成膜品質(zhì)下降和減少濺射時產(chǎn)生的粉粒。為了解決上述問題，本發(fā)明人進行專心研究，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過設(shè)計以往被認為難以應(yīng)用的熔煉、鑄造法，能夠制造出濺射靶?；谶@樣的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供一種磁性材料濺射靶，I)通過熔煉、鑄造法得到且含有B，其特征在于，B的含量為10原子％以上且50原子％以下，其余包含選自Co、Fe和Ni的一種以上元素，靶中的氧含量為100重量ppm以下，沒有龜裂和破裂。2)上述靶還可以提供進一步添加有O. 5原子％以上且10原子％以下的選自Al、Cu、Mn、Nb、Ta和Zr的一種以上元素的靶。3)上述靶可以提供靶的成分組成均勻性優(yōu)秀的上述I)或2)中任一項所述的磁性材料濺射靶，將靶中任意Imm見方內(nèi)的主要成分元素，特別是將硼(B)的組成設(shè)為Am時，Am與整個靶的該成分的組成A的偏差(Am-A)/A為O. 01以下。4)本申請發(fā)明提供磁性材料濺射靶的制造方法，其特征在于，將B的含量為10原子％以上且50原子％以下，其余包含選自Co、Fe和Ni的一種以上元素的原料熔煉、鑄造而制作錠，并將其切割和機械加工而制成靶。5)在上述4)的制造方法中，熔煉后，以3(T60°C /分鐘驟冷制作錠，可以制造磁性材料濺射靶，本申請發(fā)明提供該制造方法。6)在上述5)的制造方法中，可以將驟冷后的錠進一步在80(Tll5(TC的范圍內(nèi)進行熱處理。本申請發(fā)明提供該制造方法。7)在上述6)的制造方法中，在熱處理后可以進行切割和機械加工而制成靶。本申請發(fā)明還提供該制造方法。8)本發(fā)明提供上述4) 7)中任一項所述的磁性材料濺射靶的制造方法，其特征在于，靶中氧含量為100重量ppm以下。9)本發(fā)明提供上述4) 8)中任一項所述的磁性材料濺射靶的制造方法，其特征在于，含有O. 5原子％以上且10原子％以下的選自Al、Cu、Mn、Nb、Ta和Zr的一種以上元素。10)本發(fā)明提供上述4Γ9)中任一項所述的磁性材料濺射靶的制造方法，其特征在于，將靶中任意Imm見方內(nèi)的主要成分元素，特別是硼(B)的組成設(shè)為Am時，Am與整個靶的該成分的組成A的偏差(Am-A)/A為O. 01以下。發(fā)明效果本申請發(fā)明的濺射靶可以得到如下優(yōu)良效果由于是由熔煉鑄造的錠制造，因此可以得到高密度的靶，另外由于是熔煉品，因此與現(xiàn)有的粉末燒結(jié)靶相比，可以顯著降低氧含量。具有如下效果同樣可以使其它氣體成分降低，可以抑制氧氣等氣體成分引起的組織不均勻性和粉粒產(chǎn)生。
具體實施例方式構(gòu)成本發(fā)明的濺射靶的成分為B的含量為10原子％以上且50原子％以下，其余包含選自Co、Fe和Ni的一種以上元素。 如上所述，還可以添加O. 5原子％以上且10原子％以下的選自Al、Cu、Mn、Nb、Ta和Zr的一種以上元素。它們是為了提高作為磁阻元件的特性而根據(jù)需要添加的元素。B的含量設(shè)為10原子％以上的理由如下。小于10原子％時，雖然制造比較容易，組成偏析少，未發(fā)現(xiàn)破裂、龜裂等產(chǎn)生，但無法得到作為磁頭和MRAM用的期望的特性。通常，在發(fā)揮作為磁頭和MRAM用的特性方面優(yōu)選B含量15原子％以上，但在制造上不產(chǎn)生破裂和龜裂，且沒有組成偏析這樣的效果，在以往難以實現(xiàn)的B的含量為10原子％以上時發(fā)揮出來，所以下限值設(shè)定為至少10原子％。另外，將B含量的上限值設(shè)定為50原子％，這是因為，若為超過此設(shè)定的B的含量，則融點增高，不能熔融原料。因此，上限值設(shè)定為50原子％。另外，磁頭和MRAM中通常是35原子％以下的B含量，基本上不需要超過該設(shè)定的量。在配合這些原料后，進行熔煉鑄造制作錠，再對其進行切割和機械加工而制成靶。這些機械加工中，當然含有靶形狀的調(diào)節(jié)和靶面的研磨加工，以便在濺射裝置中能夠充分發(fā)揮作為靶的功能。上述成分，根據(jù)合金成分其配合比率不同，但都能夠維持作為磁頭和MRAM的特性。另外，作為磁頭和MRAM之外的用途，對于作為符合上述組成范圍的一般的磁性膜的用途，也能夠維持其特性，因此是有用的技術(shù)。另外，熔煉溫度等熔煉條件根據(jù)合金種類和配合比率而自然變化，但大體在1100^1500° C的范圍內(nèi)進行熔煉。在本申請的發(fā)明中，進行上述熔煉后，從裝入熔煉液的坩堝到入鑄模。將該鑄模以30^60° C/分鐘驟冷制作錠，可以制造磁性材料濺射靶。這是在抑制成分偏析方面有效的方法。通常，為了抑制錠的破裂，建議在爐內(nèi)進行緩慢冷卻，但這會產(chǎn)生組成的偏析，故而不予優(yōu)選。因此，上述驟冷對于本申請發(fā)明是優(yōu)選的方法。由此，可以得到將靶中任意Imm見方的主要成分元素，特別是將硼⑶的組成設(shè)定為Am時，Am與整個靶的該成分的組成A的偏差(Am-A)/A為O. 01以下的靶。另外，在通過這樣的熔煉法制造靶的情況下，氧濃度可以調(diào)節(jié)為100重量ppm以下。另外，可以將其調(diào)節(jié)為50重量ppm以下，進一步調(diào)節(jié)為10重量ppm以下。另外，成為雜質(zhì)的氣體的成分的氮氣，可以調(diào)節(jié)為10重量ppm以下，碳可以調(diào)節(jié)為200重量ppm以下。另外，在B為30原子％以下的情況下，可以將驟冷后的錠進一步在80(Tll0(TC的范圍進行熱處理，在B超過30原子％的情況下，可以將驟冷后的錠進一步在85(Tll50°C的范圍進行熱處理。該熱處理溫度當然可以根據(jù)合金種類和配合比率而變化，因此，可以在上述的溫度范圍內(nèi)適當選擇。通過該熱處理具有去除“鑄造后”的組織的應(yīng)變，使其均勻化的效果。另外，通過該熱處理具有可以抑制靶的破裂的效果?？焖俚臒崽幚硪蛞种破屏讯鴥?yōu)選。熱處理取決于被處理的錠的大小等，可以進行2小時以上，即使長時間也不會有問題，但從成本的方面考慮，沒有必要進行超過20小時的處理。
如上所述，通常以3(T60°C /分鐘對鑄造物進行冷卻，至室溫附近實施處理時，因錠的表面和內(nèi)部的溫度差造成的應(yīng)變，錠可能產(chǎn)生破裂。為了防止該情況，有效的策略是在冷卻中途對錠實施熱處理。該熱處理后，還可以進行軋制加工。由此，可以破壞鑄造組織，保持組織的均勻性。該軋制加工后，進一步進行再次熱處理，從而也可以形成再結(jié)晶化的組織。上述工序之后，進行切割和機械加工而制成靶。B的含量增多時，難以進行加工，因此優(yōu)選使用作為鑄造品的靶。在熱處理后進行切割的情況下，不會產(chǎn)生破裂問題。

實施例下面，基于實施例和比較例進行說明。另外，本實施例終究是一例，本發(fā)明不受該例任何限制。即，本發(fā)明只受權(quán)利要求的范圍的限制，含有包含于本發(fā)明的實施例以外的各種變形。(實施例I)使用Co、Fe、B作為原料，將它們配合為Co 60原子％、Fe :20原子％、B :20原子％。接著，將它們放進坩堝，在1180°C加熱熔煉。對它進行鑄造形成錠，以50°C /分鐘驟冷，在其途中以1000°C進行5小時熱處理，然后以50°C /分鐘進行冷卻。接著，用車床將其切削加工成直徑164. 0_、厚度4. Omm的形狀而制成祀。表I表示該靶的雜質(zhì)的分析值。上述表示了 Co 60原子％、Fe :20原子％、B :20原子％的實施例，但B的含量為10原子％以上50原子％以下，其余包含選自Co、Fe和Ni的一種以上元素的情況都可得到同樣的結(jié)果。表I (重量 ppm)
Al Cu Ni ~Si C~~O Γ實施例 I < 10 10 90 44 ~150 < 10 < 10 ~比較例 I < 10 20 Τ0 W~160 180 < 10 實施例 2 ~< 10 86 40"~160 20 < 10
實施例 3 < 10 ~ 92 38"~150 10 < 10實施例 4 < 10 < 10 80 45"~160 20 < 10實施例 5 < 10 15 82 48"~140 < 10 < 10實施例 6 < 10 24 77 50"~150 10 < 10實施例 7 < 10 23 72 46 ~160 30 < 10如該表I所示，Al :小于10重量ppm, Cu :10重量ppm、Ni :90重量ppm、Si :44重量ppm、C 150重量ppm、O :小于10重量ppm、N :小于10重量ppm。
實施例I的靶的密度為7. 83g/cm3。另外，作為磁特性的飽和磁化4 Ji Is (G)為15170，最大導磁率μ max為25. 7。作為表示靶內(nèi)的組成偏差的指標，將靶中任意Imm見方的主要成分元素，特別是硼⑶的組成設(shè)為Am時，Am與整個靶的該成分的組成A的偏差(Am-A)/A，在本實施例I的靶中硼的組成相對于整體的組成20原子％，集中在19. 8原子9Γ20. 2原子％的范圍，即使組成特別偏差的部分也為(Am-A) = O. 01，在靶的任意點中(Am-A)/A都為O. 01以下。(比較例I)對原料進行粉末化加工，得到平均粒徑150 μ m的Co 60原子％、Fe 20原子％、B 20原子％的合金粉末。在1050°C對它們進行燒結(jié)，用車床將其切削加工成直徑165. 1mm、厚度6. 35mm的形狀而制成靶。表I同樣表示該靶的雜質(zhì)的分析值。如該表I所示，Al :小于10重量ppm、Cu :20重量ppm、Ni :110重量ppm、Si :77重量 ppm、C 160 重量 ppm、O :180 重量 ppm、N :小于 10 重量 ppm。另外，靶的密度為7. 73g/cm3。另外，作為磁特性的飽和磁化4 Ji Is(G)為14780，最大導磁率μ max為24. 7。另外，作為指示靶內(nèi)的組成偏差的指標，在將靶中任意的Imm見方的主要成分元素，特別是將硼⑶的組成設(shè)為Am時的Am與整個靶的該成分的組成A的偏差(Am-A)/A在本比較例I的靶中為O. 01以內(nèi)。(實施例I和比較例I的靶的對比)如上述表I所示，實施例I與比較例I相比，可知大部分的雜質(zhì)降低。特別是，氧顯著降低。與此相對，比較例中盡管使用了霧化粉，但氧仍為180重量ppm，作為靶具有氣體成分多這樣的問題。關(guān)于靶的密度，實施例I與比較例I相比，靶的密度增高，可以說是當然的結(jié)果。密度低意味著空穴的存在，因此其會助長飛弧的產(chǎn)生和粉粒的產(chǎn)生。因此，密度的提高具有抑制飛弧產(chǎn)生和粉粒產(chǎn)生的功能。在該含義方面實施例I也是有效的。得到作為磁特性的飽和磁化4 31 Is (G)和最大導磁率μ max大體同等這種效果。表2表示實施例I和比較例I的雜質(zhì)的分析值之外的特性的比較。表2
密度飽和，4π1δ最大導磁率pmax (Am-A)/A
權(quán)利要求
1.ー種磁性材料濺射靶，通過熔煉、鋳造法得到且含有B，其特征在干， B的含量為10原子％以上且50原子％以下，其余包含選自Co、Fe和Ni的ー種以上元素，靶中的氧含量為100重量ppm以下，沒有龜裂和破裂。
2.如權(quán)利要求I所述的磁性材料濺射靶，其特征在干， 含有0. 5原子％以上且10原子％以下的選自Al、Cu、Mn、Nb、Ta和Zr的ー種以上元素。
3.如權(quán)利要求I或2所述的磁性材料濺射靶，其特征在干， 將靶中任意Imm見方內(nèi)的主要成分元素，特別是將硼(B)的組成設(shè)為Am吋，Am與整個靶的該成分的組成A的偏差(Am-A)/A為0. 01以下。
4.ー種磁性材料濺射靶的制造方法，其特征在干， 將B的含量為10原子％以上且50原子％以下、其余包含選自Co、Fe和Ni的ー種以上元素的原料熔煉、鋳造而制作錠，并將其切割和機械加工而制成靶。
5.如權(quán)利要求4所述的磁性材料濺射靶的制造方法，其特征在于，熔煉后，以3(T60°C/分鐘驟冷而制作錠。
6.如權(quán)利要求5所述的磁性材料濺射靶的制造方法，其特征在干， 在B為30原子％以下的情況下，將驟冷后的錠在80(Tii0(rc的范圍進ー步進行熱處理，在B超過30原子％的情況下，將驟冷后的錠在85(Tll50°C的范圍進ー步進行熱處理。
7.如權(quán)利要求6所述的磁性材料濺射靶的制造方法，其特征在干， 熱處理后，進行切割和機械加工而制成靶。
8.如權(quán)利要求4 7中任一項所述的磁性材料濺射靶的制造方法，其特征在于， 靶中的氧含量為100重量ppm以下。
9.如權(quán)利要求4 8中任一項所述的磁性材料濺射靶的制造方法，其特征在于， 含有0. 5原子％以上且10原子％以下的選自Al、Cu、Mn、Nb、Ta和Zr的ー種以上元素。
10.如權(quán)利要求4、中任一項所述的磁性材料濺射靶的制造方法，其特征在于， 將靶中任意Imm見方內(nèi)的主要成分元素，特別是硼(B)的組成設(shè)為Am吋，Am與整個靶的該成分的組成A的偏差(Am-A)/A為0. 01以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁性材料濺射靶，通過熔煉、鑄造法得到且含有B，其特征在于，B的含量為10原子%以上且50原子%以下，其余包含選自Co、Fe和Ni的一種以上元素。通過本發(fā)明的方法，得到氣體成分雜質(zhì)少，沒有龜裂和破裂，主要成分元素的偏析少的濺射靶，結(jié)果，具有如下顯著的效果在用具備DC電源的磁控濺射裝置進行濺射時，可以抑制粉粒的產(chǎn)生，提高薄膜制作時的成品率。
文檔編號C23C14/34GK102652184SQ201080056188
公開日2012年8月29日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者荒川篤俊 申請人:吉坤日礦日石金屬株式會社