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WO2017047753A1 - スパッタリングターゲット材 - Google Patents

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WO2017047753A1
WO2017047753A1 PCT/JP2016/077457 JP2016077457W WO2017047753A1 WO 2017047753 A1 WO2017047753 A1 WO 2017047753A1 JP 2016077457 W JP2016077457 W JP 2016077457W WO 2017047753 A1 WO2017047753 A1 WO 2017047753A1
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WO
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cofe
ray diffraction
intensity
less
diffraction intensity
Prior art date
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Ceased
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PCT/JP2016/077457
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English (en)
French (fr)
Inventor
長谷川 浩之
慶明 松原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Special Steel Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Special Steel Co Ltd
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Publication date
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Priority to SG11201802202TA priority patent/SG11201802202TA/en
Priority to EP16846624.1A priority patent/EP3351654A4/en
Priority to KR1020187006796A priority patent/KR102620685B1/ko
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    • B22F2304/10Micron size particles, i.e. above 1 micrometer up to 500 micrometer

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering target material useful for the production of alloy thin films in magnetic tunnel junction (MTJ) elements, HDDs, magnetic recording media and the like.
  • MTJ magnetic tunnel junction
  • Magnetic random access memory has a magnetic tunnel junction (MTJ) element.
  • the magnetic tunnel junction (MTJ) element has a structure such as CoFeB / MgO / CoFeB and exhibits characteristics such as a high tunneling magnetoresistance (TMR) signal and a low switching current density (Jc).
  • TMR tunneling magnetoresistance
  • Jc switching current density
  • a CoFeB thin film of a magnetic tunnel junction (MTJ) element is formed by sputtering a CoFeB target.
  • a CoFeB sputtering target material for example, as disclosed in JP-A-2004-346423 (Patent Document 1), a sputtering target material having a fine structure utilizing a rapidly solidified structure of atomized powder that has been rapidly solidified. It has been known.
  • the sputtering target material having a fine structure utilizing the rapidly solidified structure of Patent Document 1 has a problem that particles are generated during sputtering.
  • the present inventors have made extensive developments.
  • the rapid solidification structure of atomized powder produced by rapid solidification of gas atomization has few primary crystals without a boride phase.
  • (CoFe) 3 B, Co 3 B, or Fe 3 B are formed, and it has been found that particles during sputtering can be reduced by removing them from the atomized powder used as a raw material of the sputtering target material.
  • the present invention includes the following inventions. [1] at. %, A sputtering target material containing 10 to 50% of B, the balance consisting of at least one of Co and Fe and inevitable impurities, Intensity ratio of (CoFe) 3 B (121) X-ray diffraction intensity [I [(CoFe) 3 B]] to (CoFe) 2 B (200) X-ray diffraction intensity [I [(CoFe) 2 B]] X-ray diffraction of Co 3 B (121) with respect to [I [(CoFe) 3 B] / I [(CoFe) 2 B]], Co 2 B (200) X-ray diffraction intensity [I (Co 2 B)] The intensity ratio [I (Co 3 B)] to the intensity ratio [I (Co 3 B) / I (Co 2 B)] or the X-ray diffraction intensity [I (Fe 2 B)] of Fe 2 B (200) The sputtering target material whose intensity ratio [
  • [I (Co 3 B)] is a sputtering target material according to the above [1], wherein the intensity ratio [I (Co 3 B) / I (Co 2 B)] is 1.50 or less.
  • [I (Fe 3 B)] is a sputtering target material according to the above [1], wherein the intensity ratio [I (Fe 3 B) / I (Fe 2 B)] is 1.50 or less.
  • (CoFe) 3 B, Co 3 B or Fe 3 B is small, the sputtering target material is provided which can suppress the generation of particles during sputtering.
  • the sputtering target material of the present invention has an extremely excellent effect that the product yield of the sputtered film can be improved.
  • the B content is 10 to 50%. If the B content is less than 10%, the alloy thin film formed during sputtering is not sufficiently amorphous, and if the B content exceeds 50%, particles generated during sputtering cannot be reduced. Therefore, the B content is adjusted to 10 to 50%.
  • the content of B is preferably 20 to 50%.
  • the balance consists of at least one of Co and Fe and inevitable impurities.
  • Co and Fe are elements that impart magnetism, and the total content of Co and Fe is 50% or more.
  • the “total content of Co and Fe” means the one content.
  • the sputtering target material according to the present invention may contain unavoidable impurities up to 1000 ppm.
  • the intensity ratio [I [(CoFe) 3 B] / I [(CoFe) 2 B]] is, for example, 1.4 or less, 1.3 or less, 1.2 or less, 1.1 or less, 1.0 or less, 0.9 or less, 0.8 or less, 0.7 or less, 0.6 or less, or 0.5 or less.
  • the lower limit value of the intensity ratio [I [(CoFe) 3 B] / I [(CoFe) 2 B]] is 0.0.
  • (CoFe) X-ray diffraction intensity of 2 B (200) [I [(CoFe) 2 B]], among the X-ray diffraction peaks were measured using a Cu-K [alpha line, (CoFe) of 2 B This means the intensity of the peak attributed to the (200) plane, and the X-ray diffraction intensity [I [(CoFe) 3 B]] of (CoFe) 3 B (121) is measured by using Cu—K ⁇ rays. Of the line diffraction peaks, it means the intensity of the peak attributed to the (121) plane of (CoFe) 3 B.
  • the intensity ratio [I (Co 3 B) / I (Co 2 B)] of the diffraction intensity [I (Co 3 B)] is 1.50 or less.
  • the intensity ratio [I (Co 3 B) / I (Co 2 B)] is, for example, 1.4 or less, 1.3 or less, 1.2 or less, 1.1 or less, 1.0 or less, 0.9 or less. 0.8 or less, 0.7 or less, 0.6 or less, or 0.5 or less.
  • the lower limit value of the intensity ratio [I (Co 3 B) / I (Co 2 B)] is 0.0.
  • X-ray diffraction intensities of Co 2 B (200) [I (Co 2 B)] were measured using a Cu-K [alpha line, belonging to the (200) plane of Co 2 B to mean intensities of the peaks
  • Co 3 B X-ray diffraction intensity [I (Co 3 B)] of the (121) among the X-ray diffraction peaks were measured using a Cu-K [alpha line, of Co 3 B It means the intensity of the peak attributed to the (121) plane.
  • the intensity ratio [I (Fe 3 B) / I (Fe 2 B)] of the diffraction intensity [I (Fe 3 B)] is 1.50 or less.
  • the intensity ratio [I (Fe 3 B) / I (Fe 2 B)] is, for example, 1.4 or less, 1.3 or less, 1.2 or less, 1.1 or less, 1.0 or less, 0.9 or less. 0.8 or less, 0.7 or less, 0.6 or less, or 0.5 or less.
  • the lower limit value of the intensity ratio [I (Fe 3 B) / I (Fe 2 B)] is 0.0.
  • X-ray diffraction intensity of Fe 2 B (200) [I (Fe 2 B)] of the X-ray diffraction peaks were measured using a Cu-K [alpha line, belonging to the (200) plane of Fe 2 B to mean intensities of the peaks, Fe 3 B X-ray diffraction intensity [I (Fe 3 B)] of the (121), among the X-ray diffraction peaks were measured using a Cu-K [alpha line, the Fe 3 B It means the intensity of the peak attributed to the (121) plane.
  • (CoFe) 3 B, Co 3 B, and Fe 3 B are not stable as compounds, if they are present in the sputtering target material, they cause particles during sputtering.
  • (CoFe) 2 B, (Co 2 B), (CoFe) with respect to Fe 2 B which is constantly formed as a stable compound when the B content is in the range of 10 to 50%.
  • the ratio of 3 B, Co 3 B, and Fe 3 B is determined by the X-ray diffraction intensity ratio [I [(CoFe) 3 B] / I [(CoFe) 2 B]], [I (Co 3 B) / I (Co 2 B)], can be reduced [I (Fe 3 B) / I ((Fe 2 B)] by is adjusted to 1.50 or less, particles during sputtering.
  • (CoFe) 3 B and (CoFe) 2 B are obtained by replacing part of Co in Co 3 B and (Co 2 B) with Fe, respectively.
  • the raw materials to be melted are weighed so as to have the component compositions shown in Tables 1 and 2 and melted by induction heating in a refractory crucible in a reduced pressure Ar gas atmosphere or vacuum atmosphere.
  • the solidification rate can be controlled by adjusting the Ar gas injection pressure. The greater the injection pressure, the greater the coagulation rate.
  • the particle size distribution of the gas atomized powder can be adjusted by controlling the solidification rate. The faster the solidification rate, the smaller the width of the particle size distribution.
  • the structure After removing coarse particles not suitable for molding having a particle size of 500 ⁇ m or more from the obtained gas atomized powder, the structure is rapidly solidified due to the influence of rapid cooling by atomization from the powder from which coarse particles have been removed. Fine particles were removed to prepare a powder satisfying any of the particle size conditions A, B, and C described later.
  • the particle size conditions A, B, and C are defined as follows.
  • the particle size condition A is that, in the particle size distribution of the powder (particle group), the cumulative volume of particles having a particle size of 5 ⁇ m or less is 10% or less, and the cumulative volume of particles having a particle size of 30 ⁇ m or less is 40% or less.
  • the particle size condition B in the particle size distribution of the powder (particle group), the cumulative volume of particles having a particle size of 5 ⁇ m or less is 8% or less, and the cumulative volume of particles having a particle size of 30 ⁇ m or less is 35% or less. Defined.
  • the particle size condition C is that, in the particle size distribution of the powder (particle group), the cumulative volume of particles having a particle size of 5 ⁇ m or less is 5% or less and the cumulative volume of particles having a particle size of 30 ⁇ m or less is 30% or less.
  • the powder that satisfies all the particle size conditions A, B, and C is a powder that satisfies the particle size condition C
  • the powder that satisfies the particle size conditions A and B is a powder that satisfies the particle size condition B.
  • Removal of coarse particles having a particle diameter of 500 ⁇ m or more can be performed by classification using a sieve having an opening of 500 ⁇ m or less, for example, an opening of 250 to 500 ⁇ m. Removal of fine particles for preparing a powder satisfying any of the particle size conditions A, B, and C can be performed by classification using a sieve having an opening of 5 ⁇ m or less and / or an opening of 30 ⁇ m or less. In this example, the removal of coarse particles not suitable for molding having a particle size of 500 ⁇ m or more is performed by classification using a sieve having an opening of 500 ⁇ m.
  • Fine particles for preparing a powder satisfying the particle size condition C are classified by using a sieve having a mesh size of 30 ⁇ m to remove fine particles for preparing a powder satisfying the particle size condition B by classification using a 35 ⁇ m sieve.
  • the particle size and particle size distribution were measured and confirmed with a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (Microtrack).
  • a powder satisfying any of particle size conditions A, B, and C prepared by removing coarse particles and fine particles was used as a raw material powder.
  • the raw material powder was deaerated and charged into an SC can having an outer diameter of 220 mm, an inner diameter of 210 mm, and a length of 200 mm.
  • the powder-filled billet was sintered under the conditions shown in Tables 1 and 2 to produce a sintered body.
  • the solidified molded body produced by the above method was processed into a disk shape having a diameter of 180 mm and a thickness of 7 mm by wire cutting, lathe processing, and planar polishing to obtain a sputtering target material.
  • molding method is HIP, hot press, SPS, hot extrusion etc., for example, and is not specifically limited.
  • the melted raw material is weighed so as to have the component composition shown in the raw material powder column of Table 3, melted by induction heating in a refractory crucible in a reduced pressure Ar gas atmosphere or vacuum atmosphere, and then discharged from a nozzle having a diameter of 8 mm at the bottom of the crucible
  • the gas was atomized with Ar gas.
  • the structure is rapidly solidified due to the influence of rapid cooling by atomization from the powder from which coarse particles have been removed. Fine particles were removed to prepare a powder satisfying any one of the particle size conditions A, B, and C. Removal of coarse particles and fine particles was performed in the same manner as described above.
  • the particle size distribution of the powder was confirmed by measuring with a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (Microtrac).
  • a powder satisfying any of particle size conditions A, B, and C prepared by removing coarse particles and fine particles was used as a raw material powder.
  • the raw material powder was mixed in a V-type mixer at the mixing ratio shown in Table 3 for 30 minutes to obtain the component composition shown in Table 3, and then an SC can having an outer diameter of 220 mm, an inner diameter of 210 mm, and a length of 200 mm. Was deaerated and charged.
  • the powder-filled billet was sintered under the conditions shown in Table 3 to produce a sintered body.
  • the solidified molded body produced by the above method was processed into a disk shape having a diameter of 180 mm and a thickness of 7 mm by wire cutting, lathe processing, and planar polishing to obtain a sputtering target material.
  • molding method is HIP, hot press, SPS, hot extrusion etc., for example, and is not specifically limited.
  • Table 4 shows a comparative example.
  • the raw materials to be dissolved are weighed so as to have the component composition shown in Table 4, and melted by induction heating in a refractory crucible in a reduced pressure Ar gas atmosphere or vacuum atmosphere, and then discharged from a nozzle having a diameter of 8 mm at the bottom of the crucible, and gas atomized by Ar gas. did. From the obtained gas atomized powder, coarse particles having a particle diameter of 500 ⁇ m or more not suitable for molding were removed, and the powder from which the coarse particles were removed was used as a raw material powder without removing fine particles.
  • the raw material powder was deaerated and charged into an SC can having an outer diameter of 220 mm, an inner diameter of 210 mm, and a length of 200 mm.
  • the powder-filled billet was sintered under the conditions shown in Table 4 to produce a sintered body.
  • the solidified molded body produced by the above method was processed into a disk shape having a diameter of 180 mm and a thickness of 7 mm by wire cutting, lathe processing, and planar polishing to obtain a sputtering target material.
  • Nos. 1 to 32 are examples of the present invention.
  • 33 to 39 are comparative examples.
  • the intensity of the peak attributed to the (200) plane of (CoFe) 2 B among the measured X-ray diffraction peaks is the X of (CoFe) 2 B (200) a ray diffraction intensity [I [(CoFe) 2 B]], (CoFe) X-ray diffraction intensity of the intensity of a peak attributed to (121) plane of the 3 B (CoFe) 3 B (121) [I [(CoFe ) 3 B]] and (CoFe) 2 B (200) X-ray diffraction intensity [I [(CoFe) 2 B]] (CoFe) 3 B (121) X-ray diffraction intensity [I [(CoFe) 3 B]] intensity ratio [I [(CoFe) 3 B] / I [(CoFe) 2 B]] was calculated.
  • the intensity of the peak attributed to the (200) plane of Co 2 B among the measured X-ray diffraction peaks is the X-ray diffraction intensity of Co 2 B (200).
  • the intensity of the peak attributed to the (200) plane of Fe 2 B among the measured X-ray diffraction peaks is the X-ray diffraction intensity of Fe 2 B (200). and [I [Fe 2 B]], and Fe 3 X-ray diffraction intensity of B of (121) Fe 3 the intensity of a peak attributed to face B (121) [I [Fe 3 B]], Fe 2 B ( 200) X-ray diffraction intensity [I [Fe 2 B]] to Fe 3 B (121) X-ray diffraction intensity [I [Fe 3 B]] intensity ratio [I [Fe 3 B] / I [Fe 2 B]] was calculated.
  • the present invention example No. 19 shows the XRD pattern of 70Co-5Fe-25B.
  • the XRD pattern of 38 72Co-8Fe-20B is shown in FIG.
  • Particles were evaluated as follows. Using the sputtering target material of the example of the present invention or the comparative example, a film was formed on an aluminum substrate having a diameter of 95 mm and a plate thickness of 1.75 mm by DC magnetron sputtering at an Ar gas pressure of 0.9 Pa, and an optical surface analyzer of 0. The number of particles having a size of 1 ⁇ m or more was evaluated. If the number of particles is 10 or less, it is expressed as “A”, 11 to 100 is determined as good and “B”, 101 to 200 is permitted as “C”, and 201 or more is disabled as “D”. "
  • the content of B in the sputtering target material is 5%, and the raw material powder does not satisfy any of the particle size conditions A to C (in the particle size distribution of the raw material powder, the cumulative volume of particles having a particle size of 30 ⁇ m or less is 11%. Therefore, the X-ray diffraction intensity ratio exceeded 1.5, and as a result, the particle evaluation was extremely poor.
  • the raw material powder does not satisfy any of the particle size conditions A to C (in the particle size distribution of the raw material powder, the cumulative volume of particles having a particle size of 5 ⁇ m or less and the cumulative volume of particles having a particle size of 30 ⁇ m or less are 14% and 45%, respectively. Therefore, the X-ray diffraction intensity ratio exceeded 1.5, and as a result, the particle evaluation was extremely poor.
  • each of 1 to 32 contains 10 to 50% of B, and the balance is composed of at least one of Co and Fe and inevitable impurities, and the intensity ratio [I [(CoFe) 3 B] / I [(CoFe ) 2 B], since the intensity ratio [I (Co 3 B) / I (Co 2 B)] or the intensity ratio [I (Fe 3 B) / it (Fe 2 B)] is 1.50 or less
  • the particle evaluation was excellent.
  • the stable phase in the rapidly solidified structure is removed from the atomized powder produced by the rapid solidification of gas atomization by removing the fine particles whose structure is a rapidly solidified structure under the influence of rapid cooling due to atomization.
  • (CoFe) 3 B to remove the Co 3 B or Fe 3 B, by using a (CoFe) 3 B, the raw material powder of Co 3 B or Fe 3 B atomized powder has been removed, a sputtering target material, The amount of (CoFe) 3 B, Co 3 B, or Fe 3 B in the sputtering target material can be reduced.
  • the X-ray diffraction intensity [I (Fe 3 B)] of (121) can be reduced, and (CoFe) with respect to the X-ray diffraction intensity [I [(CoFe) 2 B]] of (CoFe) 2 B (200) 3 B (121) X-ray diffraction intensity [I [(CoFe) 3 B]] intensity ratio [I [(CoFe) 3 B] / I [(CoFe) 2 B]], Co 2 B (200) X-ray diffraction intensity [I (Co 2 B)] Co 3 X -ray diffraction intensity of the B (121) for [I (Co 3 B)] intensity ratio [I (Co 3 B) / I (Co 2 B)] or, Fe 2 X-ray

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Abstract

本発明は、スパッタリング時のパーティクル発生を低減することを目的とし、かかる目的を達成するために、at.%で、Bを10~50%含有し、残部がCoおよびFeの少なくとも1種と不可避的不純物とからなるスパッタリングターゲット材であって、(CoFe)2B(200)のX線回折強度[I〔(CoFe)2B〕]に対する(CoFe)3B(121)のX線回折強度[I〔(CoFe)3B〕]の強度比[I〔(CoFe)3B〕/I〔(CoFe)2B〕]、Co2B(200)のX線回折強度[I(Co2B)]に対するCo3B(121)のX線回折強度[I(Co3B)]の強度比[I(Co3B)/I(Co2B)]、または、Fe2B(200)のX線回折強度[I(Fe2B)]に対するFe3B(121)のX線回折強度[I(Fe3B)]の強度比[I(Fe3B)/I(Fe2B)]が1.50以下である、スパッタリングターゲット材を提供する。

Description

スパッタリングターゲット材
 本発明は、磁気トンネル接合(MTJ)素子、HDD、磁気記録用媒体等における合金薄膜の製造に有用なスパッタリングターゲット材に関する。
 磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)は、磁気トンネル接合(MTJ)素子を有する。磁気トンネル接合(MTJ)素子は、CoFeB/MgO/CoFeBのような構造を有し、高いトンネル磁気抵抗(TMR)信号、低いスイッチング電流密度(Jc)等の特徴を示す。
 磁気トンネル接合(MTJ)素子のCoFeB薄膜は、CoFeBターゲットのスパッタリングにより形成される。CoFeBスパッタリングターゲット材としては、例えば、特開2004-346423号公報(特許文献1)に開示されているように、急冷凝固させたアトマイズ粉末の急冷凝固組織を活用した微細な組織を有するスパッタリングターゲット材が知られている。
特開2004-346423号公報
 特許文献1の急冷凝固組織を活用した微細な組織を有するスパッタリングターゲット材には、スパッタ時にパーティクルが発生するという課題がある。
 上述した問題を解消するために、本発明者らは鋭意開発を進めた結果、ガスアトマイズの急冷凝固により作製されたアトマイズ粉末の急冷凝固組織には、ホウ化物相の存在しない初晶が少ない代わりに、(CoFe)3B、Co3BまたはFe3Bが形成されており、スパッタリングターゲット材の原料として用いられるアトマイズ粉末から、それらを除去することで、スパッタ時のパーティクルを低減できることを見出し、本発明に至った。
 本発明は、以下の発明を包含する。
[1]at.%で、Bを10~50%含有し、残部がCoおよびFeの少なくとも1種と不可避的不純物とからなるスパッタリングターゲット材であって、
 (CoFe)2B(200)のX線回折強度[I〔(CoFe)2B〕]に対する(CoFe)3B(121)のX線回折強度[I〔(CoFe)3B〕]の強度比[I〔(CoFe)3B〕/I〔(CoFe)2B〕]、Co2B(200)のX線回折強度[I(Co2B)]に対するCo3B(121)のX線回折強度[I(Co3B)]の強度比[I(Co3B)/I(Co2B)]、または、Fe2B(200)のX線回折強度[I(Fe2B)]に対するFe3B(121)のX線回折強度[I(Fe3B)]の強度比[I(Fe3B)/I(Fe2B)]が1.50以下である、スパッタリングターゲット材。
[2]残部がCoおよびFeと不可避的不純物とからなり、(CoFe)2B(200)のX線回折強度[I〔(CoFe)2B〕]に対する(CoFe)3B(121)のX線回折強度[I〔(CoFe)3B〕]の強度比[I〔(CoFe)3B〕/I〔(CoFe)2B〕]が1.50以下である、前記[1]に記載のスパッタリングターゲット材。
[3]残部がCoと不可避的不純物とからなり、Co2B(200)のX線回折強度[I(Co2B)]に対するCo3B(121)のX線回折強度[I(Co3B)]の強度比[I(Co3B)/I(Co2B)]が1.50以下である、前記[1]に記載のスパッタリングターゲット材。
[4]残部がFeと不可避的不純物とからなり、Fe2B(200)のX線回折強度[I(Fe2B)]に対するFe3B(121)のX線回折強度[I(Fe3B)]の強度比[I(Fe3B)/I(Fe2B)]が1.50以下である、前記[1]に記載のスパッタリングターゲット材。
 本発明によれば、(CoFe)3B、Co3BまたはFe3Bが少なく、スパッタリング時のパーティクル発生を抑えることができるスパッタリングターゲット材が提供される。本発明のスパッタリングターゲット材は、スパッタ膜の製品歩留りの向上を図ることが出来るという極めて優れた効果を奏するものである。
本発明例に係るスパッタリングターゲット材をX線回折にて測定した際のXRDパターンを示す図である。 比較例に係るスパッタリングターゲット材をX線回折にて測定した際のXRDパターンを示す図である。
 以下、本発明について詳細に説明する。なお、本発明において、「%」は、別段に規定される場合を除いて、at.%を意味する。
 本発明に係るスパッタリングターゲット材において、Bの含有量は10~50%である。Bの含有量が10%未満であると、スパッタ時に形成される合金薄膜が十分に非晶質とならず、Bの含有量が50%を超えると、スパッタ時に生じるパーティクルを低減することができないため、Bの含有量は10~50%に調整される。Bの含有量は、好ましくは20~50%である。
 本発明に係るスパッタリングターゲット材において、残部はCoおよびFeの少なくとも1種と不可避的不純物とからなる。
 CoおよびFeは、磁性を付与する元素であり、CoおよびFeの合計含有量は50%以上である。なお、本発明に係るスパッタリングターゲット材がCoおよびFeの一方のみを含有する場合、「CoおよびFeの合計含有量」は当該一方の含有量を意味する。本発明に係るスパッタリングターゲット材は、不可避的不純物を1000ppmまで含んでもよい。
 本発明に係るスパッタリングターゲット材において、残部がCoおよびFeと不可避的不純物とからなる場合、(CoFe)2B(200)のX線回折強度[I〔(CoFe)2B〕]に対する(CoFe)3B(121)のX線回折強度[I〔(CoFe)3B〕]の強度比[I〔(CoFe)3B〕/I〔(CoFe)2B〕]は、1.50以下である。強度比[I〔(CoFe)3B〕/I〔(CoFe)2B〕]は、例えば、1.4以下、1.3以下、1.2以下、1.1以下、1.0以下、0.9以下、0.8以下、0.7以下、0.6以下または0.5以下である。強度比[I〔(CoFe)3B〕/I〔(CoFe)2B〕]の下限値は0.0である。なお、(CoFe)2B(200)のX線回折強度[I〔(CoFe)2B〕]は、Cu-Kα線を用いて測定されたX線回折ピークのうち、(CoFe)2Bの(200)面に帰属するピークの強度を意味し、(CoFe)3B(121)のX線回折強度[I〔(CoFe)3B〕]は、Cu-Kα線を用いて測定されたX線回折ピークのうち、(CoFe)3Bの(121)面に帰属するピークの強度を意味する。(CoFe)2Bの(200)面のX線回折強度および(CoFe)3Bの(121)面のX線回折強度を指標として用いる理由は、本発明の成分組成範囲内であれば、(CoFe)2Bの(200)面のピークおよび(CoFe)3Bの(121)面のピークが、その他の化合物ピークと重ならず、その他の化合物ピークから独立しているからである。
 本発明に係るスパッタリングターゲット材において、残部がCoと不可避的不純物とからなる場合、Co2B(200)のX線回折強度[I(Co2B)]に対するCo3B(121)のX線回折強度[I(Co3B)]の強度比[I(Co3B)/I(Co2B)]は、1.50以下である。強度比[I(Co3B)/I(Co2B)]は、例えば、1.4以下、1.3以下、1.2以下、1.1以下、1.0以下、0.9以下、0.8以下、0.7以下、0.6以下または0.5以下である。強度比[I(Co3B)/I(Co2B)]の下限値は0.0である。なお、Co2B(200)のX線回折強度[I(Co2B)]は、Cu-Kα線を用いて測定されたX線回折ピークのうち、Co2Bの(200)面に帰属するピークの強度を意味し、Co3B(121)のX線回折強度[I(Co3B)]は、Cu-Kα線を用いて測定されたX線回折ピークのうち、Co3Bの(121)面に帰属するピークの強度を意味する。Co2Bの(200)面のX線回折強度およびCo3Bの(121)面のX線回折強度を指標として用いる理由は、本発明の成分組成範囲内であれば、Co2Bの(200)面のピークおよびCo3Bの(121)面のピークが、その他の化合物ピークと重ならず、その他の化合物ピークから独立しているからである。
 本発明に係るスパッタリングターゲット材において、残部がFeと不可避的不純物とからなる場合、Fe2B(200)のX線回折強度[I(Fe2B)]に対するFe3B(121)のX線回折強度[I(Fe3B)]の強度比[I(Fe3B)/I(Fe2B)]は、1.50以下である。強度比[I(Fe3B)/I(Fe2B)]は、例えば、1.4以下、1.3以下、1.2以下、1.1以下、1.0以下、0.9以下、0.8以下、0.7以下、0.6以下または0.5以下である。強度比[I(Fe3B)/I(Fe2B)]の下限値は0.0である。なお、Fe2B(200)のX線回折強度[I(Fe2B)]は、Cu-Kα線を用いて測定されたX線回折ピークのうち、Fe2Bの(200)面に帰属するピークの強度を意味し、Fe3B(121)のX線回折強度[I(Fe3B)]は、Cu-Kα線を用いて測定されたX線回折ピークのうち、Fe3Bの(121)面に帰属するピークの強度を意味する。Fe2Bの(200)面のX線回折強度およびFe3Bの(121)面のX線回折強度を指標として用いる理由は、本発明の成分組成範囲内であれば、Fe2Bの(200)面のピークおよびFe3Bの(121)面のピークが、その他の化合物ピークと重ならず、その他の化合物ピークから独立しているからである。
 (CoFe)3B、Co3BおよびFe3Bは、化合物として安定ではないため、スパッタリングターゲット材中に存在すると、スパッタ時のパーティクルの要因となる。これに対して、本発明では、Bの含有量が10~50%の範囲で安定な化合物として定常的に形成される(CoFe)2B、(Co2B)、Fe2Bに対する(CoFe)3B、Co3B、Fe3Bの割合を、X線回折強度比[I〔(CoFe)3B〕/I〔(CoFe)2B〕]、[I(Co3B)/I(Co2B)]、[I(Fe3B)/I((Fe2B)]が1.50以下になるよう調整することで、スパッタ時のパーティクルを低減することができる。なお、(CoFe)3B、(CoFe)2BはそれぞれCo3B、(Co2B)のCoの一部がFeに置き換わったものである。
 以下、本発明に係るスパッタリングターゲット材について実施例によって具体的に説明する。
 表1および2に示す成分組成となるように溶解原料を秤量し、減圧Arガス雰囲気または真空雰囲気の耐火物坩堝内で誘導加熱溶解した後、坩堝下部の直径8mmのノズルより出湯し、Arガスによりガスアトマイズした。なお、Arガスの噴射圧を調整することにより、凝固速度をコントロールすることができる。噴射圧が大きいほど、凝固速度が大きい。凝固速度のコントロールにより、ガスアトマイズ粉末の粒度分布を調整することができる。凝固速度が速いほど、粒度分布の幅は小さい。
 得られたガスアトマイズ粉末から、粒径500μm以上の成形に向かない粗粒子を除去した後、粗粒子が除去された粉末から、アトマイズによる急冷の影響を大きく受けて組織が急冷凝固組織となっている微細粒子を除去して、後述する粒度条件A,B,Cのいずれかを満たす粉末を調製した。
 粒度条件A,B,Cは、次のように定義される。
 粒度条件Aは、粉末(粒子群)の粒度分布において、粒径5μm以下の粒子の累積体積が10%以下、かつ、粒径30μm以下の粒子の累積体積が40%以下となっていることと定義される。
 粒度条件Bは、粉末(粒子群)の粒度分布において、粒径5μm以下の粒子の累積体積が8%以下、かつ、粒径30μm以下の粒子の累積体積が35%以下となっていることと定義される。
 粒度条件Cは、粉末(粒子群)の粒度分布において、粒径5μm以下の粒子の累積体積が5%以下、かつ、粒径30μm以下の粒子の累積体積が30%以下となっていることと定義される。
 なお、粒度条件A,B,Cの全てを満たす粉末は、粒度条件Cを満たす粉末とし、粒度条件A,Bを満たす粉末は、粒度条件Bを満たす粉末とする。
 粒径500μm以上の粗粒子の除去は、目開き500μm以下、例えば、目開き250~500μmの篩を用いた分級により行うことができる。粒度条件A,B,Cのいずれかを満たす粉末を調製するための微細粒子の除去は、目開き5μm以下および/または目開き30μm以下の篩を用いた分級により行うことができる。本実施例において、粒径500μm以上の成形に向かない粗粒子の除去は、目開き500μmの篩を用いた分級により、粒度条件Aを満たす粉末を調製するための微細粒子の除去は、目開き35μmの篩を用いた分級により、粒度条件Bを満たす粉末を調製するための微細粒子の除去は、目開き30μmの篩を用いた分級により、粒度条件Cを満たす粉末を調製するための微細粒子の除去は、目開き25μmの篩を用いた分級により行った。粒径および粒度分布は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置(マイクロトラック)にて測定し、確認した。粗粒子および微細粒子を除去して調製した粒度条件A,B,Cのいずれかを満たす粉末を原料粉末として用いた。原料粉末を、外径220mm、内径210mm、長さ200mmのSC製の缶に脱気装入した。上記の粉末充填ビレットを表1および2に示す条件で焼結し、焼結体を作製した。上記の方法で作製した固化成形体を、ワイヤーカット、旋盤加工、平面研磨により、直径180mm、厚さ7mmの円盤状に加工し、スパッタリングターゲット材とした。なお、成形方法は、例えば、HIP、ホットプレス、SPS、熱間押し出し等であり、特に限定されない。
 一方、表3の原料粉末欄に示す成分組成となるように溶解原料を秤量し、減圧Arガス雰囲気または真空雰囲気の耐火物坩堝内で誘導加熱溶解した後、坩堝下部の直径8mmのノズルより出湯し、Arガスによりガスアトマイズした。得られたガスアトマイズ粉末から、粒径500μm以上の成形に向かない粗粒子を除去した後、粗粒子が除去された粉末から、アトマイズによる急冷の影響を大きく受けて組織が急冷凝固組織となっている微細粒子を除去して、粒度条件A,B,Cのいずれかを満たす粉末を調製した。粗粒子および微細粒子の除去は、上記と同様に行った。粉末の粒度分布は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置(マイクロトラック)にて測定し、確認した。粗粒子および微細粒子を除去して調製した粒度条件A,B,Cのいずれかを満たす粉末を原料粉末として用いた。原料粉末を、表3に示す混合比で、V型混合器にて30分混合することにより、表3に示す成分組成とした後、外径220mm、内径210mm、長さ200mmのSC製の缶に脱気装入した。上記の粉末充填ビレットを表3に示す条件で焼結し、焼結体を作製した。上記の方法で作製した固化成形体を、ワイヤーカット、旋盤加工、平面研磨により、直径180mm、厚さ7mmの円盤状に加工し、スパッタリングターゲット材とした。なお、成形方法は、例えば、HIP、ホットプレス、SPS、熱間押し出し等であり、特に限定されない。
 表4に比較例を示す。表4に示す成分組成となるように溶解原料を秤量し、減圧Arガス雰囲気または真空雰囲気の耐火物坩堝内で誘導加熱溶解した後、坩堝下部の直径8mmのノズルより出湯し、Arガスによりガスアトマイズした。得られたガスアトマイズ粉末から、粒径500μm以上の成形に向かない粗粒子を除去し、粗粒子が除去された粉末を、微細粒子を除去することなく原料粉末として用いた。原料粉末を、外径220mm、内径210mm、長さ200mmのSC製の缶に脱気装入した。上記の粉末充填ビレットを表4に示す条件で焼結し、焼結体を作製した。上記の方法で作製した固化成形体を、ワイヤーカット、旋盤加工、平面研磨により、直径180mm、厚さ7mmの円盤状に加工し、スパッタリングターゲット材とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表1~3に示すNo.1~32は本発明例であり、表4に示すNo.33~39は比較例である。
 X線回折強度の評価は次の通り行った。
 X線源としてCu-Kα線を用いて、スキャンスピード4°/minの条件で、2θ=20~80°におけるX線回折ピークの強度を測定した。
 スパッタリングターゲット材がCoおよびFeの両方を含む場合、測定されたX線回折ピークのうち、(CoFe)2Bの(200)面に帰属するピークの強度を(CoFe)2B(200)のX線回折強度[I〔(CoFe)2B〕]とし、(CoFe)3Bの(121)面に帰属するピークの強度を(CoFe)3B(121)のX線回折強度[I〔(CoFe)3B〕]とし、(CoFe)2B(200)のX線回折強度[I〔(CoFe)2B〕]に対する(CoFe)3B(121)のX線回折強度[I〔(CoFe)3B〕]の強度比[I〔(CoFe)3B〕/I〔(CoFe)2B〕]を算出した。
 スパッタリングターゲット材がCoを含むがFeを含まない場合、測定されたX線回折ピークのうち、Co2Bの(200)面に帰属するピークの強度をCo2B(200)のX線回折強度[I〔Co2B〕]とし、Co3Bの(121)面に帰属するピークの強度をCo3B(121)のX線回折強度[I〔(CoFe)3B〕]とし、Co2B(200)のX線回折強度[I〔Co2B〕]に対するCo3B(121)のX線回折強度[I〔Co3B〕]の強度比[I〔Co3B〕/I〔Co2B〕]を算出した。
 スパッタリングターゲット材がFeを含むがCoを含まない場合、測定されたX線回折ピークのうち、Fe2Bの(200)面に帰属するピークの強度をFe2B(200)のX線回折強度[I〔Fe2B〕]とし、Fe3Bの(121)面に帰属するピークの強度をFe3B(121)のX線回折強度[I〔Fe3B〕]とし、Fe2B(200)のX線回折強度[I〔Fe2B〕]に対するFe3B(121)のX線回折強度[I〔Fe3B〕]の強度比[I〔Fe3B〕/I〔Fe2B〕]を算出した。
 XRDパターンの例として、本発明例No.19の70Co-5Fe-25BのXRDパターンを図1に示し、比較例No.38の72Co-8Fe-20BのXRDパターンを図2に示す。
 パーティクルの評価は次の通り行った。
 本発明例または比較例のスパッタリングターゲット材を用いて、直径95mm、板厚1.75mmのアルミ基板上にDCマグネトロンスパッタにてArガス圧力0.9Paで成膜し、Optical Surface Analyzerにて0.1μm以上の大きさのパーティクルの数を評価した。パーティクルの数が10個以下を優とし「A」で表し、11~100個を良とし「B」で表し、101~200個を可とし「C」で表し、201個以上を不可とし「D」で表した。
 比較例No.33では、原料粉末が粒度条件A~Cのいずれも満たさない(原料粉末の粒度分布において、粒径5μm以下の粒子の累積体積が11%である)ため、X線回折強度比が1.5を超え、その結果、パーティクル評価が極めて悪かった。
 比較例No.34では、スパッタリングターゲット材におけるBの含有量が5%であり、原料粉末が粒度条件A~Cのいずれも満たさない(原料粉末の粒度分布において、粒径30μm以下の粒子の累積体積が11%である)ため、X線回折強度比が1.5を超え、その結果、パーティクル評価が極めて悪かった。
 比較例No.35および37では、原料粉末が粒度条件A~Cのいずれも満たさない(原料粉末の粒度分布において、粒径5μm以下の粒子の累積体積がそれぞれ12%および13%である)ため、X線回折強度比が1.5を超え、その結果、パーティクル評価が極めて悪かった。
 比較例No.36および38では、原料粉末が粒度条件A~Cのいずれも満たさない(原料粉末の粒度分布において、粒径30μm以下の粒子の累積体積がそれぞれ42%および43%である)ため、X線回折強度比が1.5を超え、その結果、パーティクル評価が極めて悪かった。
 比較例No.39では、原料粉末が粒度条件A~Cのいずれも満たさない(原料粉末の粒度分布において、粒径5μm以下の粒子の累積体積および粒径30μm以下の粒子の累積体積がそれぞれ14%および45%である)ため、X線回折強度比が1.5を超え、その結果、パーティクル評価が極めて悪かった。
 これに対して、表1~3に示す本発明例No.1~32は、いずれも、Bを10~50%含有し、残部がCoおよびFeの少なくとも1種と不可避的不純物とからなり、強度比[I〔(CoFe)3B〕/I〔(CoFe)2B〕]、強度比[I(Co3B)/I(Co2B)]または強度比[I(Fe3B)/I(Fe2B)]が1.50以下であることからパーティクル評価が優れていた。
 以上のように、ガスアトマイズの急冷凝固により作製されたアトマイズ粉末から、アトマイズによる急冷の影響を大きく受けて組織が急冷凝固組織となっている微細粒子を除去することにより、急冷凝固組織中の安定相でない(CoFe)3B、Co3BまたはFe3Bを除去し、(CoFe)3B、Co3BまたはFe3Bが除去されたアトマイズ粉末を、スパッタリングターゲット材の原料粉末として用いることにより、スパッタリングターゲット材中の(CoFe)3B、Co3BまたはFe3Bの存在量を減少させることができる。これにより、(CoFe)3B(121)のX線回折強度[I〔(CoFe)3B〕]、Co3B(121)のX線回折強度[I(Co3B)]またはFe3B(121)のX線回折強度[I(Fe3B)]を減少させることができ、(CoFe)2B(200)のX線回折強度[I〔(CoFe)2B〕]に対する(CoFe)3B(121)のX線回折強度[I〔(CoFe)3B〕]の強度比[I〔(CoFe)3B〕/I〔(CoFe)2B〕]、Co2B(200)のX線回折強度[I(Co2B)]に対するCo3B(121)のX線回折強度[I(Co3B)]の強度比[I(Co3B)/I(Co2B)]、または、Fe2B(200)のX線回折強度[I(Fe2B)]に対するFe3B(121)のX線回折強度[I(Fe3B)]の強度比[I(Fe3B)/I(Fe2B)]を1.50以下とすることにより、スパッタ時のパーティクルを減少させ、スパッタ膜の製品歩留りの向上を図ることが可能となる。

Claims (4)

  1.  at.%で、Bを10~50%含有し、残部がCoおよびFeの少なくとも1種と不可避的不純物とからなるスパッタリングターゲット材であって、
     (CoFe)2B(200)のX線回折強度[I〔(CoFe)2B〕]に対する(CoFe)3B(121)のX線回折強度[I〔(CoFe)3B〕]の強度比[I〔(CoFe)3B〕/I〔(CoFe)2B〕]、Co2B(200)のX線回折強度[I(Co2B)]に対するCo3B(121)のX線回折強度[I(Co3B)]の強度比[I(Co3B)/I(Co2B)]、または、Fe2B(200)のX線回折強度[I(Fe2B)]に対するFe3B(121)のX線回折強度[I(Fe3B)]の強度比[I(Fe3B)/I(Fe2B)]が1.50以下である、スパッタリングターゲット材。
  2.  残部がCoおよびFeと不可避的不純物とからなり、(CoFe)2B(200)のX線回折強度[I〔(CoFe)2B〕]に対する(CoFe)3B(121)のX線回折強度[I〔(CoFe)3B〕]の強度比[I〔(CoFe)3B〕/I〔(CoFe)2B〕]が1.50以下である、請求項1に記載のスパッタリングターゲット材。
  3.  残部がCoと不可避的不純物とからなり、Co2B(200)のX線回折強度[I(Co2B)]に対するCo3B(121)のX線回折強度[I(Co3B)]の強度比[I(Co3B)/I(Co2B)]が1.50以下である、請求項1に記載のスパッタリングターゲット材。
  4.  残部がFeと不可避的不純物とからなり、Fe2B(200)のX線回折強度[I(Fe2B)]に対するFe3B(121)のX線回折強度[I(Fe3B)]の強度比[I(Fe3B)/I(Fe2B)]が1.50以下である、請求項1に記載のスパッタリングターゲット材。
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