溅射用烧结体氧化镁靶及其制造方法
【专利摘要】一种溅射用烧结体氧化镁靶，其特征在于，除C以外的纯度为99.99重量%以上，并且具有3.57g/cm3以上的密度，白度为60%以下。为了使氧化镁均匀地成膜，需要纯度更高、密度更高的氧化镁靶。本发明的课题在于提供可以实现该目标的靶及其制造方法。另外，虽然对原料粉末进行热压而制造了氧化镁烧结体溅射靶，但存在在靶的中央部的约60(直径60mm的圆内)产生颜色不均的问题。以往未曾特别着眼于这样的问题，但从近年来提高成膜品质的观点考虑，需要探明该问题，需要找到解决该问题的手段。
【专利说明】溅射用烧结体氧化镁靶及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及为了形成磁盘装置用的磁记录介质、隧道磁电阻效应(TMR)元件等电子设备用的氧化镁层而使用的氧化镁靶及其制造方法，特别是涉及高纯度、高密度并且不会在靶的中央部产生颜色不均的溅射用烧结体氧化镁靶及其制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，伴随磁盘的小型化、高记录密度化，进行了磁记录介质的研究、开发，特别是进行了 Co系磁性层、基底层的各种改良。[0003]另一方面,磁记录介质的记录密度逐年急速增大,认为从目前的600Gbit/in2的面密度会达到将来的lTbit/in2。记录密度达到lTbit/in2时，记录比特(bit)的大小低于10nm，此时，可以预计由于热涨落引起的超常磁化会成为问题，并且可以预计现在使用的磁记录介质的材料、例如在Co-Cr基合金中添加Pt而提高晶体磁各向异性的材料是不充分的。
[0004]这是因为，以IOnm以下的大小稳定地表现出强磁性的磁性粒子需要具有更高的晶体磁各向异性。
[0005]基于上述理由，具有LI。结构的FePt相作为超高密度记录介质用材料引起关注。具有LI。结构的FePt相具有高的晶体磁各向异性并且耐腐蚀性、耐氧化性优良，因此期待成为适合作为磁记录介质应用的材料。
[0006]而且，使用FePt层作为超高密度记录介质用材料时，要求开发使有序的FePt磁性粒子以使其磁隔离的状态、以尽可能高密度地且取向对齐的方式分散的技术。为了对FePt薄膜赋予磁各向异性，需要控制晶体方向，这通过选择单晶基板可容易地实现。已报道:为了使易磁化轴垂直取向，作为FePt层的基底层，氧化镁膜是适合的。
[0007]另外，已知其也用于作为磁头(硬盘用)、MRAM中使用的TMR元件的绝缘层(隧道势垒)使用的氧化镁膜等。另外，上述的氧化镁膜以前通过真空蒸镀法来形成，但最近，为了容易地实现制造工序的简化、大图像化而进行了使用溅射法的氧化镁膜的制作。
[0008]作为现有技术，有下述的公知文献。
[0009]上述专利文献I中记载了一种氧化镁靶，其为由氧化镁纯度99.9%以上、相对密度99%以上的氧化镁烧结体构成的氧化镁靶，其具有平均粒径为60μπι以下、且晶粒内存在平均粒径2 μ m以下的带圆弧的气孔的微结构，其能够应对1000人/分钟以上的溅射成膜速度。其基础在于如下的方法:在高纯度氧化镁粉末中添加混合平均粒径IOOnm以下的氧化镁微粉末后进行成形，并将成形体进行一次烧结和二次烧结。
[0010]上述专利文献2中提出了一种氧化镁靶，其特征在于，由相对密度99%以上的氧化镁烧结体构成，在Ar气氛或Ar-O2混合气氛下的溅射成膜中可得到500A /分钟以上的成膜速度，并提出了如下方法:将平均粒径0.1~2 μ m的高纯度氧化镁粉末在3t/cm2以上的压力下进行CIP成形，并将所得到的成形体进行烧结。
[0011]上述专利文献3中记载了一种包含氧化镁的靶，其为由氧化镁纯度99.9%以上、相对密度99.0%以上的氧化镁烧结体构成的氧化镁靶，能够应对600A /分钟以上的溅射成膜速度，并记载了在高纯度氧化镁粉末中添加混合电熔氧化镁粉末和平均粒径IOOnm以下的氧化镁微粉末后进行成形并将成形体进行一次烧结和二次烧结的方法，该方法能够利用溅射法以高的成膜速度形成具有良好的取向性、结晶性和膜特性的氧化镁膜。
[0012]上述专利文献4中提出了以MgO为主要成分的靶及其制造方法，其以放电电压低、放电时的耐溅射性、快速的放电的应答性、绝缘性为目标，为了用于Ac型rop的介电体层的保护膜而使La粒子、Y粒子、Sc粒子分散到以MgO为主要成分的靶内。
[0013]上述专利文献5中提出了如下方案:对于以MgO为主要成分的靶而言，为了提高强度、破坏韧性值、耐热冲击性，使LaB6粒子分散到MgO基质中，并且进行烧结前的还原气体气氛中的还原处理、规定温度下的一次烧结、二次烧结。
[0014]上述专利文献6中记载了:对于以MgO为主要成分的靶而言，规定了相对密度并将平均粒径规定为0.5~100 μ m，并且使作为稀土元素的Sc、Y、La、Ce、Gd、Yb、Nd分散到MgO基质中。
[0015]上述专利文献7中提出了如下方案:为了制造高密度烧结体，通过等离子体放电烧结法对MgO压粉体进行烧结。
[0016]上述专利文献8和专利文献9中提出了如下方案:为了使最终到达密度为
3.568g/cm3、机械性质和导热性良好并降低气体产生所致的气氛的污染，通过单轴加压烧结，得到使(111)面大量取向的MgO烧结体，将粒径为Ιμπι以下的MgO原料粉末进行单轴加压烧结，然后在氧气气氛中在1273Κ以上的温度下进行热处理。这种情况下，原料粉末使用MgO，使密度提高的方法由烧结条件限定。
[0017]上述专利文献10中提出了大规模并且均匀地形成MgO膜的靶，并提出了如下方案:对平均晶粒直径、密度、抗折力、靶表面的中心线平均粗糙度进行规定，并且使原料粉末的粒径为I μ m以下，然后经由造粒工序，在规定的载荷和温度下进行烧结，并进行表面精加工以使靶的中心线平均粗糙度Ra为Iym以下。另外，虽然与本申请发明无直接关系，但上述专利文献I~专利文献6、专利文献8、专利文献9中记载了靶的“抗弯强度”的评价，专利文献10中记载了靶的“抗折力”的评价。
[0018]现有技术文献
[0019]专利文献
[0020]专利文献1:日本特开平10-130827号公报
[0021]专利文献2:日本特开平10-130828号公报
[0022]专利文献3:日本特开平10-158826号公报
[0023]专利文献4:日本特开平10-237636号公报
[0024]专利文献5:日本特开平11-6058号公报
[0025]专利文献6:日本特开平11-335824号公报
[0026]专利文献7:日本特开平11-139862号公报
[0027]专利文献8:日本特开2009-173502号公报
[0028]专利文献9:W02009/096384
[0029]专利文献10:日本特开2000-169956号公报
【发明内容】
[0030]发明所要解决的问题
[0031]近年来，作为磁盘装置(硬盘)的磁记录介质、隧道磁电阻效应(TMR)元件等电子设备用途，研究了氧化镁膜的利用，但为了使该氧化镁均匀地成膜，需要纯度更高、密度更高的氧化镁靶。但是，由于对高纯度化和高密度化的期待极高，以往难以制造出合乎要求的氧化镁靶。本发明的课题在于提供可以实现该目标的靶及其制造方法。
[0032]另外，虽然对原料粉末进行热压而制造了氧化镁烧结体溅射靶，但存在在靶的中央部的约Φ 60 (直径60mm的圆内)产生颜色不均的问题。以往未曾特别着眼于这样的问题，但从近年来提高成膜品质的观点考虑，需要探明该问题，需要找到解决该问题的手段。
[0033]用于解决问题的手段
[0034]从上述课题出发，得到如下发现:通过将原料粉末的选择、烧结条件设定为最佳，与以往相比，能够在低成本的制造条件下实现纯度更高、密度更高的氧化镁靶，另外，关于颜色不均的产生，得到如下发现:可以得到均匀的灰色的氧化镁靶，可以制造出不产生颜色不均并且具备适度的氧缺损的氧化镁靶。
[0035]基于该发现，提供以下的发明。
[0036]1) 一种溅射用烧结体氧化镁靶，其特征在于，
[0037]除C以外的纯度为99.99重量％以上，并且具有3.57g/cm3以上的密度，白度为60%以下。
[0038]2)如上述I)所述的溅射用烧结体氧化镁靶，其特征在于，
[0039]使用在氧化镁(MgO)中添加有5重量％以上且低于30重量％的MgCO3的原料进行制造而得到。
[0040]3)如上述I)或2)所述的溅射用烧结体氧化镁靶，其特征在于，
[0041]白度为55%以上且60%以下。
[0042]4)如上述I)~3)中任一项所述的溅射用烧结体氧化镁靶，其特征在于，白度的偏差为5%以内。
[0043]5) 一种溅射用烧结体氧化镁靶的制造方法，其使用在氧化镁(MgO)中添加有5重量％以上且低于30重量％的MgCO3的原料，所述制造方法中，
[0044]将除C以外的纯度为99.99重量％以上且平均粒径为0.5 μ m以下的包含氧化镁(MgO)和MgCO3的原料粉末混合，将所得物在1500°C以下的温度、300kgf/cm2以上的压力下进行热压，得到具有99.99%以上的除C以外的纯度并且具有3.57g/cm3以上的密度的溅射用烧结体氧化镁靶。
[0045]6)上述I)~4)中任一项所述的溅射用烧结体氧化镁靶的制造方法，其使用在氧化镁(MgO)中添加有5重量％以上且低于30重量％的MgCO3的原料，所述制造方法中，
[0046]将除C以外的纯度为99.99重量％以上且平均粒径为0.5 μ m以下的包含氧化镁(MgO)和MgCO3的原料粉末混合，将所得物在1500°C以下的温度、300kgf/cm2以上的压力下进行热压，得到具有99.99%以上的除C以外的纯度并且具有3.57g/cm3以上的密度的溅射用烧结体氧化镁靶。
[0047]发明效果
[0048]本发明可以提供对于使氧化镁均匀地成膜有效、特别是通过选择原料粉末而使成本低、并且纯度高、密度高且不会产生颜色不均的烧结体氧化镁靶。另外，可以得到密度高、组成均匀的靶。另外，由此，可以抑制溅射时产生粉粒。另外，可以制作出具有适度的氧缺损的烧结体氧化镁靶，因此具有在溅射中不产生多余的氧、从而可以抑制相邻成膜层(金属层)的氧化的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]图1是表示烧结体氧化镁靶的碳酸镁(MgCO3)的添加量与相对密度的相关性的图。
[0050]图2是表示烧结体氧化镁靶的碳酸镁(MgCO3)的添加量与白度的相关性的图。【具体实施方式】
[0051]本发明的溅射用烧结体氧化镁靶的一大显著特征在于，其为除C以外的纯度为99.99重量％以上并且具有3.57g/cm3以上的密度、白度为60%以下、进一步地白度为55%以上且60%以下的溅射用烧结体氧化镁靶。
[0052]而且，该祀可以通过使用在氧化镁(MgO)中添加有5重量％以上且低于30重量％的MgCO3的原料进行制造来实现。需要说明的是，白度的测定使用日本电色工业公司制微小面分光色差计VSS400(JIS Z8722、ASTM E308)来进行。其利用亨特(” > 夕一)式测色色差计，测定L:明度、a.b (色相?彩度)，并通过下式求出。
[0053]ff(白度)=100-[ (100-L) 2+(a2+b2)]1/2
[0054]以往使用氧化镁(MgO)进行烧结，但若不使烧结温度增高，则无法得到充分的密度。如下所示，本申请发明可 以在1500°C以下的烧结温度下实现3.57g/cm3以上的密度。与以往的方法相比，其为低温，可以降低制造成本。另外，本申请发明可以得到具有99.99%以上的除C以外的纯度的溅射用烧结体氧化镁靶。
[0055]另外，如上所述，通过降低白度的偏差，烧结体的均匀性提高，因此可以得到减少结瘤、粉粒的效果，从而进一步有效。特别是可以将白度的偏差调节至5%以内。
[0056]在制造本申请发明的溅射用烧结体氧化镁靶时，使用5重量％以上且低于30重量％的MgCO3原料。该原料具有99.99重量％以上的除C以外的纯度，将平均粒径为0.5 μ m以下的MgCO3的原料粉末混合后，在1500°C以下的温度、300kgf/cm2以上的压力下进行热压，由此得到具有99.99%以上的除C以外的纯度并且具有3.57g/cm3以上的密度的靶。需要说明的是，碳酸镁(MgCO3)在烧结时分解(MgCO3 — Mg(HCO2)。
[0057]实施例
[0058]接着，对实施例进行说明。需要说明的是，该实施例示出优选的代表例，因此可以容易地理解，本申请发明并不限定于该实施例。本申请发明的技术构思由本申请说明书记载的整体、以及、特别是权利要求书进行解释。
[0059](实施例1)
[0060]溅射用烧结体氧化镁靶的制作以下述的方法进行。将除C以外的纯度为99.99重量％以上且平均粒径为0.5 μ m以下的、包含6.0重量％的MgCO3和余量的氧化镁(MgO)的原料粉末混合。需要说明的是，该原料粉末中的C量为0.86重量％。
[0061]接着，将该混合粉末在1500°C的温度、300kgf/cm2的压力下热压2小时，制造具有99.99重量％以上的除C以外的纯度的氧化镁靶。需要说明的是，碳酸镁(MgCO3)在烧结时分解(MgC03 —Mg0+C02)，因此，在烧结后的靶中不存在碳酸镁(MgCO3)。利用阿基米德法对由此得到的MgO烧结体进行密度测定。结果，具有3.576g/cm3的密度(相对密度99.74%)。[0062] 对这样制造的烧结体实施磨削和研磨处理，得到溅射用烧结体氧化镁靶。对该靶进行目视观察可知，颜色为灰色，具有透光性。另外，考察了靶的白度，结果为58.6%。另外，白度的偏差为3.9%。需要说明的是，关于该白度，使用日本电色工业公司制的“微小面分光色差计VSS400”来求出 亨特白度(Lab)。此时的测定范围直径为0.2mm φ。随机测定3个点，采用其平均值和偏差(σ)。在以下的实施例和比较例中，同样地测定白度，并求出其偏差。
【权利要求】
1.一种溅射用烧结体氧化镁靶，其特征在于， 除C以外的纯度为99.99重量％以上，并且具有3.57g/cm3以上的密度，白度为60%以下。
2.如权利要求1所述的溅射用烧结体氧化镁靶，其特征在于， 使用在氧化镁(MgO)中添加有5重量％以上且低于30重量％的MgCO3的原料进行制造而得到。
3.如权利要求1或2所述的溅射用烧结体氧化镁靶，其特征在于， 白度为55%以上且60%以下。
4.如权利要求1~3中任一项所述的溅射用烧结体氧化镁靶，其特征在于， 白度的偏差为5%以内。
5.一种溅射用烧结体氧化镁靶的制造方法，其使用在氧化镁(MgO)中添加有5重量％以上且低于30重量％的MgCO3的原料，所述制造方法中， 将除C以外的纯度为99.99重量％以上且平均粒径为0.5 μ m以下的包含氧化镁(MgO)和MgCO3的原料粉末混合，将所得物在1500°C以下的温度、300kgf/cm2以上的压力下进行热压，得到具有99.99%以上的除C以外的纯度并且具有3.57g/cm3以上的密度的溅射用烧结体氧化镁靶。
6.权利要求1~4中任一项所述的溅射用烧结体氧化镁靶的制造方法，其使用在氧化镁(MgO)中添加有5重量％以上且低于30重量％的MgCO3的原料，所述制造方法中， 将除C以外的纯度为99.99重量％以上且平均粒径为0.5 μ m以下的包含氧化镁(MgO)和MgCO3的原料粉末混合，将所得物在1500°C以下的温度、300kgf/cm2以上的压力下进行热压，得到具有99.99%以上的除C以外的纯度并且具有3.57g/cm3以上的密度的溅射用烧结体氧化镁靶。
【文档编号】C23C14/34GK103814152SQ201280045787
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年12月25日 优先权日:2011年12月27日
【发明者】久野晃, 中村祐一郎 申请人:吉坤日矿日石金属株式会社