專利名稱：無機物粒子分散型濺射靶的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁記錄介質的磁性體薄膜、特別是采用垂直磁記錄方式的硬盤的顆粒磁記錄膜的成膜中使用的無機物粒子分散型濺射靶，涉及利用具備DC電源的磁控濺射裝置進行濺射時飛弧產生少、起因于飛弧的粉粒的產生量少的濺射靶。
背景技術：
在磁記錄領域，正在開發(fā)通過使無機物材料微細分散到磁性體薄膜中以提高磁特性的技術。作為其一例，在采用垂直磁記錄方式的硬盤的記錄介質中，采用通過非磁性的無機物材料將磁記錄膜中的磁性粒子間的磁相互作用阻斷或者減弱的顆粒膜，提高作為磁記錄介質的各種特性。一般而言，作為磁記錄介質，使用Co和以Co為主成分的合金。作為最適合該顆粒膜的材料之一，已知Co-Cr-Pt-SiO2,它是通過使用在以Co為主成分的Co-Cr-Pt合金的基質中分散有作為無機物材料的SiO2粒子的無機物粒子分散型濺射靶進行濺射來制作的。普遍認為，這樣的無機物粒子分散型濺射靶，不能通過熔煉法使無機物粒子均勻地分散到合金基質中，因此要通過粉末冶金法制造。例如，提出了將通過驟冷凝固法制作的具有合金相的合金粉末與構成陶瓷相的粉末進行機械合金化，使構成陶瓷相的粉末均勻地分散到合金粉末中，并通過熱壓法成形，而得到磁記錄介質用濺射靶的方法(專利文獻1)。另外，即使不使用通過驟冷凝固法制作的合金粉末，通過對于構成靶的各成分準備市售的原料粉末，將這些原料粉末按所需的組成進行稱量，利用球磨機等公知的方法進行混合，利用熱壓法將混合粉末成形、燒結，由此也可以制作無機物粒子分散型濺射靶。濺射裝置有各種類型，在上述磁記錄膜的成膜中，從生產率高的方面考慮，廣泛使用具備DC電源的磁控濺射裝置。濺射法利用如下原理使作為正電極的襯底與作為負電極的靶相對，在惰性氣體氣氛下，在該襯底與靶間施加高電壓以產生電場。此時，惰性氣體電離，形成由電子和陽離子構成的等離子體，該等離子體中的陽離子撞擊靶(負電極)的表面時將構成靶的原子擊出，該飛出的原子附著到相對的襯底表面形成膜。通過這樣的一連串動作，構成靶的材料在襯底上形成膜?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開平10-88333號公報

發(fā)明內容
利用上述具備DC電源的磁控裝置對無機物粒子分散型濺射靶進行濺射時，3102這樣的電阻率大的無機物粒子通過與電離的惰性氣體原子離子的撞擊而帶電。該無機物粒子上電荷進一步集中時，引起絕緣擊穿，產生飛弧。結果，無機物粒子被從靶表面釋放，其一部分附著到襯底上。在襯底上附著的粉粒的大小已知達到幾微米，在薄膜制造工序中會引起顯著的成品率下降。本發(fā)明鑒于上述問題，其課題在于提供一種減少濺射時無機物粒子的帶電，在利用具備DC電源的磁控濺射裝置進行濺射時，飛弧產生少的無機物粒子分散型濺射靶。為了解決上述課題，本發(fā)明人進行了廣泛深入研究，結果發(fā)現(xiàn)，通過調節(jié)無機物粒子的電阻率和尺寸形狀，可以得到在利用具備DC電源的磁控濺射裝置進行濺射時，飛弧產生少的無機物粒子分散型濺射靶?；谶@樣的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供1) 一種無機物粒子分散型濺射靶，在包含Co的金屬基質中分散有無機物粒子，其特征在于，無機物粒子的電阻率為IXlO1Q ·πι以下，并且靶中無機物粒子所占的體積比率為50%以下。另外，本發(fā)明提供2) 一種無機物粒子分散型濺射靶，在具有Pt為5原子％以上且50原子％以下、 其余為Co的組成的合金基質中分散有無機物粒子，其特征在于，無機物粒子的電阻率為 IXlO1Q .m以下，并且靶中無機物粒子所占的體積比率為50%以下。另外，本發(fā)明提供3) 一種無機物粒子分散型濺射靶，在具有Cr為5原子％以上且40原子％以下、 其余為Co的組成的合金基質中分散有無機物粒子，其特征在于，無機物粒子的電阻率為 IXlO1Q .m以下，并且靶中無機物粒子所占的體積比率為50%以下。另外，本發(fā)明提供4) 一種無機物粒子分散型濺射靶，在具有Cr為5原子％以上且40原子％以下、Pt 為5原子％以上且30原子％以下、其余為Co的組成的合金基質中分散有無機物粒子，其特征在于，無機物粒子的電阻率為IXlO1Q ·πι以下，并且靶中無機物粒子所占的體積比率為 50%以下。另外，本發(fā)明提供5)上述1)至4)中任一項所述的無機物粒子分散型濺射靶，其特征在于，分散有無機物粒子的金屬基質含有0.5原子％以上且10原子％以下選自B、Ti、V、Mn、Zr、Nb、Ru、 Mo、Ta、W的一種以上元素作為添加元素。另外，本發(fā)明提供6)上述1)至幻中任一項所述的無機物粒子分散型濺射靶，其特征在于，無機物粒子為選自碳、氧化物、氮化物、碳化物的一種以上成分的材料。另外，本發(fā)明提供7)上述1)至6)中任一項所述的無機物粒子分散型濺射靶，其特征在于，具有在濺射靶中分散的無機物粒子的表面積(單位μ m2)除以該無機物粒子的體積(單位μ m3) 所得到的值為0.6以上(單位l/ym)的尺寸和形狀。另外，本發(fā)明提供8)上述1)至6)中任一項所述的無機物粒子分散型濺射靶，其特征在于，在從濺射靶的剖面觀察到的組織中，具有單個無機物粒子的外周長度(單位ym)除以該無機物粒子的面積(單位ym2)所得到的值平均為0.4以上(單位l/ym)的尺寸和形狀。
發(fā)明效果這樣調節(jié)的濺射靶，具有在利用具備DC電源的磁控濺射裝置進行濺射時無機物粒子的帶電少，飛弧產生少的優(yōu)點。因此，如果使用本發(fā)明的濺射靶，具有可以抑制起因于飛弧的粉粒的產生、提高薄膜制作時的成品率的顯著效果。
具體實施例方式作為構成本發(fā)明的無機物粒子分散型濺射靶的主要成分，使用(l)Co基質，O) 具有Pt為5原子％以上且50原子％以下、其余為Co的組成的合金基質，( 具有Cr為5 原子％以上且40原子％以下、其余為Co的組成的合金基質，(4)具有Cr為5原子％以上且40原子％以下、Pt為5原子％以上且30原子％以下、其余為Co的組成的合金基質。使無機物粒子分散到這些成分組成的基質中得到濺射靶。這些成分是作為磁記錄介質所必需的成分，根據(jù)合金成分而配合比例稍有不同， 但是，均可以保持作為有效的磁記錄介質的特性。即，具備適合具有顆粒結構的磁記錄膜、 特別是采用垂直磁記錄方式的硬盤驅動器的記錄膜的特性。本申請發(fā)明中，重要的是在無機物粒子分散型濺射靶中，使所述無機物粒子的電阻率為IXlO1Q ·πι以下。這是因為電阻率高于IXlO1Q · m時，雖然也取決于無機物粒子的尺寸或形狀，但是在靶中從等離子體流向無機物粒子的電流，比從無機物粒子流向包含該無機物粒子的金屬基質中的電流大，無機物粒子上電荷蓄積而引起的絕緣擊穿的概率提尚。為了使無機物粒子的電阻率為IXlO1Q ·πι以下，可以通過選擇電阻率為 IXlO1Q · m以下的無機物材料作為濺射靶的原料粉末中使用的無機物材料，并在不改變其性狀的情況下與金屬粉末混合、燒結來實現(xiàn)?；蛘?，雖然在原料粉末的狀態(tài)下電阻率為 IXlO1Q ·πι以上，但是經過燒結反應的靶中的電阻率達到IXlO1Q ·πι以下也可以。可以容易地理解，基本上而言，只要無機物粒子的電阻率為IX IO1 Ω ·πι以下即可， 其方法沒有特別限制。另外，本申請發(fā)明中，將靶中無機物粒子所占的體積比例設定為50%以下。這一條件與上述合金組成同樣屬于對制作具有顆粒結構的磁記錄膜、特別是采用垂直磁記錄方式的硬盤驅動器的記錄膜所必需的條件。另外，本申請發(fā)明中，在分散有無機物粒子的金屬基質中，可以以0.5原子％以上且10原子％以下的配合比含有選自B、Ti、V、Mn、Zr、Nb、Ru、Mo、Ta、W的一種以上元素作為添加元素。這些元素是為了提高作為磁記錄介質的特性而根據(jù)需要添加的元素。對于本發(fā)明的無機物粒子分散型濺射靶而言，氧化物、氮化物、碳化物作為無機物是特別有效的?？梢詫⑺鼈儐为毷褂没蛘呤褂脙煞N以上的無機物粒子。這些無機物粒子的電阻率只要為IXlO1Q ·πι以下即可，其選擇沒有特別限制。作為這樣的無機物粒子，可以列舉例如Nb205、SnO2, Ti203、Fe3O4, WO2這樣的氧化物、TiN這樣的氮化物、C (石墨)、WC這樣的碳化物。另外，對于本發(fā)明的無機物粒子分散型濺射靶而言，期望無機物粒子的表面積除以該無機物粒子的體積所得到的值為0.6(單位1/μπι)以上。這是因為無機物粒子的比表面積越大，則電流越容易從無機物粒子流向包含無機物粒子的金屬，因此靶中不容易產生無機物粒子的帶電。另外，濺射靶中無機物粒子的表面積和體積的測定并不容易，因此作為替代，在從濺射靶的研磨面觀察到的組織中，單個無機物粒子的外周長度除以該無機物粒子的面積所得到的值為0.4(單位1/μπι)以上。作為測定方法，后者更簡便。進行本發(fā)明的無機物粒子分散型濺射靶的制造時，作為金屬材料，準備Co以及選自Cr、Pt的一種以上的主要粉末或者這些金屬的合金粉末。作為這些粉末，期望使用粒徑為1 20 μ m范圍的粉末。這是因為該粉末的粒徑為1 20 μ m時，可以更均勻地混合， 并且可以防止燒結靶的偏析和粗大結晶化。但是，該范圍也僅僅屬于優(yōu)選的范圍，應該理解的是，粒徑偏離該范圍并非否定本申請發(fā)明的條件。另外，作為無機物材料，期望使用粒徑為0. 2 5μπι范圍的無機物粉末。這是因為調節(jié)為該無機物材料粒徑，同樣地可以實現(xiàn)均勻的混合，并且可以防止燒結靶內存在粗大無機物粒子。這是因為存在粗大無機物粒子時，電荷集中會引起絕緣擊穿，從而容易產生飛弧。但是，與上述同樣，該范圍僅僅屬于優(yōu)選的范圍，應該理解的是，粒徑偏離該范圍并非否定本申請發(fā)明的條件。將上述原料粉末按所需的組成進行稱量，使用球磨機等公知的方法進行混合。使用真空熱壓裝置將這樣得到的粉末成形、燒結，并切削加工為所需的形狀，由此可以制作本發(fā)明的無機物粒子分散型濺射靶。成形、燒結不限于熱壓，也可以使用放電等離子體燒結法、熱等靜壓燒結法。燒結時的保持溫度隨濺射靶的組成而顯著不同，可以在無機物材料不分解的溫度范圍內設定為燒結體充分致密化的溫度。實施例以下，基于實施例和比較例進行說明。另外，本實施例僅僅是一例，本發(fā)明無論如何不限于該例。即，本發(fā)明僅僅受到權利要求范圍的限制，本發(fā)明還包括實施例以外的各種變形。(實施例1 7、比較例1 2)實施例1 7、比較例1 2中，準備平均粒徑3 μ m的Co粉末和作為無機物材料的平均粒徑2 μ m的Nb2O5粉末、平均粒徑2 μ m的SnA粉末、平均粒徑5 μ m的Ti2O3粉末、 平均粒徑0. 5 μ m的!^e3O4粉末、平均粒徑1 μ m的WO2粉末、平均粒徑8 μ m的TiN、平均粒徑 5 μ m的C(石墨)粉末、平均粒徑3 μ m的WC粉末、平均粒徑0. 5 μ m的Al2O3粉末、平均粒徑1 μ m的SiO2粉末。以燒結后Co與無機物粒子的體積比例為3 1的方式稱量這些粉末。Co與無機物粒子的組合如表1所示。將其與作為粉碎介質的二氧化鋯球一起封入容量IOL的球磨機料筒中，旋轉20小時將其混合。將該混合粉末填充到碳制模具中，在真空環(huán)境中在溫度800°C、保持時間2小時、 加壓30MPa的條件下進行熱壓得到燒結體。將該燒結體用車床切削加工為直徑165. 1mm、厚度6. 35mm的形狀得到靶，使用該靶用DC磁控濺射裝置進行濺射。
濺射條件是濺射功率lkW、Ar氣氣壓0. 5Pa,實施2kWh的預濺射后，在3. 5英寸直徑的鋁襯底上以目標膜厚IOOOnm進行濺射。然后，用粉粒計數(shù)器測定襯底上附著的粉粒的個數(shù)。另外，以濺射功率IkW連續(xù)濺射12. 0小時時的飛弧率，由安裝到濺射電源的飛弧計數(shù)器測定的飛弧次數(shù)求出。另外，在從燒結體的研磨面觀察到的組織圖像中，用圖像處理軟件求出無機物粒子的外周長度和面積，并計算外周長度除以面積而得到的值。上述結果如表1所示。實施例1為Co-Nb2O5靶，靶中所含的無機物的電阻率為8 X 10° Ω · m，燒結體靶的研磨面中的無機物粒子的外周長度/面積(“無機物粒子的外周長度(單位μπι)除以該無機物粒子的面積(單位ym2)而得到的值”，下同)為1. 2(1/μ m)，飛弧率為11(計數(shù)/ 小時)，襯底上的粉粒數(shù)為25個。實施例2為Co-SnA靶，靶中所含的無機物的電阻率為4X 10_2 Ω · m，燒結體靶的研磨面中的無機物粒子的外周長度/面積為1. 1 (1/μ m)，飛弧率為6 (計數(shù)/小時)，襯底上的粉粒數(shù)為13個。實施例3為Co-Ti2O3靶，靶中所含的無機物的電阻率為8X 10_3Ω ·πι，燒結體靶的研磨面中的無機物粒子的外周長度/面積為0. 8 (1/μ m)，飛弧率為1 (計數(shù)/小時)，襯底上的粉粒數(shù)為11個。實施例4為Co-Fe3O4-WO2靶，靶中所含的無機物的電阻率是WO2為1 X 10_3 Ω · m、 Fe2O3為5 X 10_3 Ω -m,燒結體靶的研磨面中的無機物粒子的外周長度/面積為1. 7 (1/μ m)， 飛弧率為6 (計數(shù)/小時)，襯底上的粉粒數(shù)為8個。實施例5為Co-TiN靶，靶中所含的無機物的電阻率為1Χ10_6Ω · m，燒結體靶的研磨面中的無機物粒子的外周長度/面積為0. 5 (1/μ m)，飛弧率為3 (計數(shù)/小時)，襯底上的粉粒數(shù)為18個。實施例6為Co-C靶，靶中所含的無機物的電阻率為4Χ10_2Ω · m，燒結體靶的研磨面中的無機物粒子的外周長度/面積為0. 6 (1/μ m)，飛弧率為10 (計數(shù)/小時)，襯底上的粉粒數(shù)為7個。實施例7為Co-WC靶，靶中所含的無機物的電阻率為5 X 10_5 Ω · m,燒結體靶的研磨面中的無機物粒子的外周長度/面積為1. 1 (1/μ m)，飛弧率為1 (計數(shù)/小時)，襯底上的粉粒數(shù)為4個。比較例1為Co-Al2O3靶，靶中所含的無機物的電阻率為IX IOw Ω ·πι，燒結體靶的研磨面中的無機物粒子的外周長度/面積為1. 8 (1/μ m)，飛弧率為65 (計數(shù)/小時)，襯底上的粉粒數(shù)為81個。該比較例1不滿足本申請發(fā)明的“無機物粒子的電阻率為1 X IO1 Ω .m 以下”的條件。比較例2為Co-SiO2靶，靶中所含的無機物的電阻率為IX IO12 Ω ·πι，燒結體靶的研磨面中的無機物粒子的外周長度/面積為1. 6 (1/μ m)，飛弧率為38 (計數(shù)/小時)，襯底上的粉粒數(shù)為41個。該比較例2不滿足本申請發(fā)明的“無機物粒子的電阻率為IXlO1Q .m 以下”的條件。如上所述，可以確認，實施例1 7中，飛弧率、粉粒數(shù)均比偏離本申請發(fā)明的條件的比較例1 2減少。
表 權利要求
1.一種無機物粒子分散型濺射靶，在包含Co的金屬基質中分散有無機物粒子，其特征在于，無機物粒子的電阻率為IXlO1Q ·πι以下，并且靶中無機物粒子所占的體積比率為 50%以下。
2.一種無機物粒子分散型濺射靶，在具有Pt為5原子％以上且50原子％以下、其余為Co的組成的合金基質中分散有無機物粒子，其特征在于，無機物粒子的電阻率為 IXlO1Q .m以下，并且靶中無機物粒子所占的體積比率為50%以下。
3.一種無機物粒子分散型濺射靶，在具有Cr為5原子％以上且40原子％以下、其余為Co的組成的合金基質中分散有無機物粒子，其特征在于，無機物粒子的電阻率為 IXlO1Q .m以下，并且靶中無機物粒子所占的體積比率為50%以下。
4.一種無機物粒子分散型濺射靶，在具有Cr為5原子％以上且40原子％以下、Pt為5 原子％以上且30原子％以下、其余為Co的組成的合金基質中分散有無機物粒子，其特征在于，無機物粒子的電阻率為IXlO1Q .m以下，并且靶中無機物粒子所占的體積比率為50% 以下。
5.如權利要求1至4中任一項所述的無機物粒子分散型濺射靶，其特征在于，分散有無機物粒子的金屬基質含有0. 5原子％以上且10原子％以下選自B、Ti、V、Mn、Zr、Nb、Ru、 Mo、Ta、W的一種以上元素作為添加元素。
6.如權利要求1至5中任一項所述的無機物粒子分散型濺射靶，其特征在于，無機物粒子為選自碳、氧化物、氮化物、碳化物的一種以上成分的材料。
7.如權利要求1至6中任一項所述的無機物粒子分散型濺射靶，其特征在于，具有在濺射靶中分散的無機物粒子的表面積(單位μ m2)除以該無機物粒子的體積(單位μ m3) 所得到的值為0.6以上(單位l/ym)的尺寸和形狀。
8.如權利要求1至6中任一項所述的無機物粒子分散型濺射靶，其特征在于，在從濺射靶的剖面觀察到的組織中，具有單個無機物粒子的外周長度(單位ym)除以該無機物粒子的面積(單位ym2)所得到的值平均為0.4以上(單位l/ym)的尺寸和形狀。
全文摘要
一種無機物粒子分散型濺射靶，在Co基質中分散有無機物粒子，其特征在于，無機物粒子的電阻率為1×101Ω·m以下，并且靶中無機物粒子所占的體積比率為50％以下。這樣調節(jié)后的濺射靶具有在利用具備DC電源的磁控濺射裝置進行濺射時無機物粒子的帶電少、飛弧產生少的優(yōu)點。因此，如果使用本發(fā)明的濺射靶，則具有可以抑制起因于飛弧的粉粒的產生，提高薄膜制作時的成品率的顯著效果。
文檔編號C23C14/34GK102482764SQ201080020550
公開日2012年5月30日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權日2009年8月6日
發(fā)明者中村祐一郎, 佐藤敦 申請人:吉坤日礦日石金屬株式會社