DE19508535A1

DE19508535A1 - Sputtertarget aus einer Kobalt-Basislegierung mit hohem Magnetfelddurchgriff

Info

Publication number: DE19508535A1
Application number: DE19508535A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Schlott; Josef Heindel
Original assignee: Leybold Materials GmbH
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1996-09-12
Also published as: US6372104B1; JPH08260136A

Description

Die Erfindung betrifft ein Target für die Magne tronkathodenzerstäubung aus einer Co-Basis-Legie rung mit Zusätzen aus Cr und mindestens einem der Elemente Pt, Pd, Ni, Ti, V, Ta, W, B.

Beim Magnetron-Kathodenzerstäuben werden zur Opti mierung des Zerstäubungsprozesses Permanentmagnete hinter dem Target (Kathode) so angeordnet, daß sich vor dem Target, im Entladungsraum, ein Mag netfeld ausbildet, durch das ein Entladungsplasma lokalisiert wird. Der Bereich der Target oberfläche, über dem das Plasma lokalisiert ist, wird bevorzugt abgestäubt, wodurch sich dort ein Erosionsgraben bildet.

Bei ferromagnetischen Targets treten dabei haupt sächlich zwei Probleme auf:

- Erstens wird der magnetische Fluß der Perma nentmagnete im Target gebündelt, so daß nur ein geringer Fluß in den Entladungsraum dringen kann. Dieses Problem erfordert daher die Verwendung sehr dünner ferromagnetischer Targets.
- Zweitens bewirkt die lokale Querschnitts abnahme des Targets während der Kathoden zerstäubung (Erosionsgraben) bei ferromag netischen Targets einen zunehmenden Magnet fluß direkt über dem Erosionsgraben. Dadurch tritt lokal eine höhere Ionisierungswahr scheinlichkeit des Zerstäubungsgases und lokal eine höhere Zerstäubungsrate auf, mit der Folge, daß der Erosionsgraben sehr eng wird, verbunden mit einer nur geringen Materialausbeute des Targets.

Verbesserte Magnetfeldgeometrien und ein höherer Magnetfelddurchgriff können durch aufwendige Tar getkonstruktionen erreicht werden. Durch Schlitze im Target, senkrecht zur Richtung des Magnet feldes, kann der magnetische Widerstand im Target erhöht werden und ein größeres Feld im Entladungsraum erreicht werden (K. Nakamura et al. IEEE Transactions on Magnetics, Bd. MAG-18, 1982, S. 1080-1082).

Kukla et al. (IEEE Transactions on Magnetics, Bd. MAG-23, 1987, S. 137-139) beschreiben eine Kathode für ferromagnetische Materialien, die aus mehreren Einzeltargets besteht, die in zwei Ebenen überein ander angeordnet sind, um ein höheres Magnetron- Magnetfeld zu erreichen. Diese Konstruktionen sind jedoch teurer und erschweren die Magnetron- Kathodenzerstäubung. Es sind auch Targets für den Einsatz in Magnetron-Kathodenzerstäubungsanlagen bekannt (DE 38 19 906; EP 252 478 81), bei denen der magnetische Felddurchgriff durch das Ein stellen einer hexagonalen (0001)-Fasertextur senk recht zur Targetfläche erreicht werden kann. Dies erlaubt den Einsatz von Targets mit einer größeren Ausgangsdicke und führt außerdem zu einem besseren Ausnutzungsgrad des Targets. Die Fasertextur wird dabei durch eine Kaltumformung bei Temperaturen unter 400°C erreicht. Es zeigte sich jedoch, daß entsprechende Kaltumformungen für Legierungen, die weitere Zusätze, wie z. B. mehrere Atomprozent Pt enthalten, bei diesen niedrigen Temperaturen nicht mehr möglich ist. Verantwortlich hierfür ist die zu geringe Duktilität des Werkstoffs infolge der Legierungszusätze.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Targetmaterial auf der Basis von CoPtCr- Legierungen zu schaffen, das einen möglichst großen Magnetfelddurchgriff auf Magnetronkathoden aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Tar getlegierung gelöst, die 8-18 at.% Pt und 19-21 at.% Cr enthält, so daß die Curietemperatur der Legierung, definiert als der Schnittpunkt zwischen der Hochtemperaturasymptoten des Magnetisierungs verlaufs M(T) mit der Tangente an den Bereich des schnellsten Abfalls der Magnetisierungskurve M(T), unterhalb 8°C liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Teil des Cr-Gehalts durch ein weiteres Element, wie z. B. Ta, W, Mo, Pd, Ti, V, Ni, B ersetzt, wobei günstige Legierungsgehalte im Bereich einiger Atomprozent liegen.

Bei Untersuchungen des Magnetisierungsverhaltens üblicher Targetlegierungen zeigt sich, daß bei einigen CoPtCr-Legierungen die Curietemperatur Tc nicht sehr weit oberhalb der Zimmertemperatur liegt. Außerdem ergibt sich eine unerwartet starke Verschiebung von T_C mit dem Cr-Gehalt:

während sich der Pt-Gehalt ebenso wie der Gehalt weiterer Elemente um mindestens eine Größenordnung schwächer auswirkt.

Es ergibt sich so die unerwartete Möglichkeit, für Legierungen, die einen Cr-Gehalt knapp unter 20-21 at.% aufweisen, durch geringeres Erhöhen der Cr-Gehalte Targetlegierungen herzustellen, die bei Zimmertemperatur aufgrund der Breite des T_C-Über gangs nur noch eine unbedeutende Schwächung des Magnetfeldes der Magnetronkathode darstellen. Je nach Pt-Gehalt und eventuellem Gehalt eines weiteren Elements sind dabei leicht unterschied liche Cr-Gehalte anzustreben. Von solchen Targets hergestellte Schichten weisen noch gute Schreib- und Leseeigenschaften auf, wenn der Cr-Gehalt 21 at.% nicht übersteigt.

Wie Fig. 1 zeigt, ist für eine grafische Bestimmung der Curie-Temperatur aus dem tempe raturabhängigen Verlauf der Magnetisierung, gemessen mit einer Magnetwaage, die Tangente 5 an den steilsten Abfall der Magnetisierungskurve 6 zu legen und der Schnittpunkt 7 mit der HT-Asymptote 8 als T_C zu ermitteln.

Die in Tabelle 1 aufgeführten Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Alle Versuchstargets wurden durch Schmelzen und Gießen in Stahlkokillen der entsprechenden Mengenanteile der Ausgangs substanzen erzeugt. Die Gußstücke wurden an schließend heißgewalzt und zu Scheiben ⌀ 150 mm × 6 mm bearbeitet.

Zur einfachen Messung des Streufeldes oberhalb des Targets wurde ein zylinderförmiger Magnet 1 so unter der Mitte der Targetscheibe 3 positioniert, daß eine Feldstärke von 100-300 Oe oberhalb eines 6 mm dicken unmagnetischen Targets vorlag. Anschließend wurden die Targetscheiben untersucht, wobei die zur Target ebene senkrechte Feldstärke komponente Hz direkt über dem Target in der Symmetrieachse von Target und Magnete mit einer Hall-Sonde 4 gemessen wurde. Wie Fig. 2 zeigt, befindet sich die Hall-Sonde 4 gegenüber dem Magneten 1, wobei zwischen diesem Magneten 1 und der Sonde 4 ein Abstandshalter 2 aus unmagnetischem Werkstoff und die Targetscheibe 3 angeordnet sind. Der relative Magnetfelddurchgriff G ist dann gegeben durch

G = H_z(Target)/H_z(ohne Target)

Tabelle 1: Beispiele für die erfindungsgemäße Aus wahl der Targetzusammensetzung

Claims

1. Target für die Magnetronkathodenzerstäubung, bestehend aus einer Co-Basislegierung mit Zusätzen von Cr und mindestens einem der Elemente Pt, Pd, Ni, Ti, V, Ta, W, B, dadurch gekennzeichnet, daß die Curietemperatur der Legierung , definiert als der Schnittpunkt der Hochtemperaturasymptoten des Magnetisierungs verlaufs M(T) mit der Tangente an den Bereich des schnellsten Abfalls der Magnetisierungs kurve M(T), unterhalb 80°C liegt und die Legierung 0Pt16 at.% und 19 at.% (Cr+R)23 at.% enthält, wobei ein Teil des Cr durch R ersetzbar ist, das für mindestens eines der Elemente Mo, Pd, Ni, Ti, V, Ta, W, B steht.

2. Target nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Legierung 6 at.%Pt20 at.% und 19 at.%Cr21 at.% enthält.