具有改进磁性的CoZrTa(X)溅射靶的制作方法

本发明涉及一种用于用磁控管阴极溅射的靶，所述靶基于具有添加剂的co合金，所述添加剂包括zr、ta和任选的元素pt、pd、ni、ti、v、w和b中的至少一种。

背景技术：

1、在磁控阴极溅射过程中，永磁体安装在靶(阴极)后面，以优化溅射工艺。这些磁体以这样的方式排列以在靶的前面(即在放电空间中)形成磁场。该磁场具有使放电等离子体局部化的作用。靶表面的等离子体局部区域受到更有效的溅射，使在那里形成腐蚀槽(或赛道(race track))。

2、对于铁磁靶，例如cozrta(x)合金，在这种情况下会出现两个主要问题：

3、首先，永磁体的磁通量集中在靶内，因此只有少量磁通量可以渗入放电空间。因此，这个问题需要使用非常薄的铁磁靶–或极强的磁铁组。

4、其次，当用铁磁靶材进行阴极溅射时，靶(腐蚀槽)的横截面局部减小具有增加腐蚀槽正上方的磁通量的作用。结果，溅射气体的电离局部增加并且溅射速率也局部增加。因此，随着溅射的进行，腐蚀槽变得越来越窄，靶材利用率非常低与此有关。

5、此外，靶材不同点测得的磁通通量的变化应尽可能小，以尽可能均匀地利用靶材，并且沉积膜的厚度尽可能均匀。

6、通过复杂的靶设计可以实现改进的磁场几何形状和更高的磁场穿透力。通过为靶提供垂直于磁场方向的槽，可以增加靶中的磁阻并在放电空间中产生更大的磁场(k.nakamura等人：ieee transactions on magnetics,vol.mag-18,pp.1,080-1,082,1982)。

7、库克拉等人(ieee transactions on magnetics,vol.mag-23,pp.137-139,1987)述了一种用于铁磁材料的阴极，它由几个单独的靶组成，这些靶排列在上下两个平面中，以获得更强的磁场。然而，这些设计更昂贵，并且使磁控阴极溅射的操作更加困难。

8、ep 535 314a1涉及一种铂-钴合金溅射靶，其主要由10-55重量％的铂组成；1-15重量％的选自镍和钽的第一添加元素；小于1.5重量％的第二添加元素，其选自硼、钛、镧、铈、钕、铍、钙、锆和硅；小于20重量％的铬；以及余量的钴。靶的磁导率小于30。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于cozrta(x)合金的靶材，其在用于磁控阴极溅射时具有改进的磁性能，即当与磁控管阴极一起使用时允许增强的磁场穿透靶材，和/或，具有改进的磁均匀性，即其示出了在靶的不同点处磁通量的变化减小。

2、本发明基于以下发现：如果在高温下对cozrta(x)合金进行热处理，从而降低合金的磁导率并且减少磁通量的变化，则可以提供这样的溅射靶。

3、因此，本发明涉及一种由合金组成的溅射靶，所述合金由co、zr、ta和任选地一种或多种选自由mo、pd、ni、ti、v、w和b组成的组中的其他元素x组成，其中，所述靶的最大磁导率μmax为60以下，和/或其中所述靶具有的最大通过通量(ptf)变化(fmax-fmin)/faverage为0.2以下，优选0.15以下，最优选0.10以下，其中

4、fmax是在靶上测量点测得的最大磁通密度，

5、fmin是在靶上测量点测得的最小磁通密度，

6、faverage是平均磁通密度，即在所有测量点测得的磁通密度总和除以测量点的数量，并且其中如下文所述，所述测量在靶的7个等距的不同测量点处进行。

7、本发明的溅射靶具有降低的磁导率，因此允许增加通过靶的磁通量，并且还表现出靶不同点处的磁通量变化小，从而可以避免或至少减轻磁控溅射中的上述主要问题，并且可以实现本发明的目的。

8、本发明的靶可以制造成增加的厚度，从而在用户处提供更长的靶材寿命、更好的膜均匀性以及在靶材寿命期间更恒定的溅射速率。

9、优选地，以at.％计的元素x的总量小于以at.％计的ta或zr的两种添加物中较大的一种，

10、zr优选以2-8at.％的量，更优选以3-7at.％的量存在于合金中。

11、ta优选以2-8at.％的量，更优选以3-7at.％的量存在于合金中。

12、如果在合金中存在一种或多种的选自由mo、pd、ni、ti、v、w和b组成的组中的其他的任选元素x，则元素x的总量优选为最多7at.％，更优选为最多3at.％。

13、优选地，如果合金中存在选自由mo、pd、ni、ti、v、w和b组成的组中的其他元素x，则其他元素x只是这些元素中的一种。

14、优选地，在本发明的溅射靶中，co在cozrta(x)合金中的存在量至少为75at.％，更优选至少为90at.％。

15、cozrta(x)合金由zr、ta，任选地一种或多种选自由mo、pd、ni、ti、v、w和b组成的组中的其他元素x，以及co组成，即co构成了合金中剩余的原子。

16、本发明的溅射靶的最大磁导率μmax优选为50，更优选为40以下。

17、最大磁导率μmax通常不小于10或20。

18、进一步优选地，本发明的溅射靶具有0.8t以下的饱和磁化强度js，以js＝j(h＝60ka/m)测量。

19、饱和磁化强度js通常不小于0.5t。

20、优选地，根据astm f2086-01在8mm厚的测试片中心测量的靶的磁通量(ptf)为20％以上，更优选为25％以上。

21、本发明还涉及一种用于制备由合金组成的溅射靶材的方法，合金由co、zr、ta和任选地一种选自由mo、pd、ni、ti、v、w和b所组成的组中的其他元素x组成，其中，所述方法包括将所述合金加热至至少700℃，更优选地加热到至少750℃，还更优选地加热到至少800℃。

22、优选地，加热至最高1000℃，更优选最高900℃。

23、通常，通过将合金引入预热至所需温度的烘箱来进行加热。

24、将合金加热至上述温度的时间优选为10-60小时，更优选为12-48小时。

25、此外，本发明涉及一种磁控溅射工艺，该磁控溅射工艺使用本文所述的任一实施例中的溅射靶，并且涉及将本文所述的任一实施例中的溅射靶用于磁控溅射的用途。

技术特征：

1.由合金组成的溅射靶，所述合金由co、zr、ta和任选地一种或多种选自由mo、pd、ni、ti、v、w和b组成的组中的其他元素x组成，其特征在于，靶具有的最大磁导率μmax为60以下，和/或，其特征在于，所述靶具有的最大通过通量(ptf)变化(fmax-fmin)/faverage为0.2以下，优选为0.15以下，最优选为0.10以下。

2.根据权利要求1所述的溅射靶，其中，ta以2-8at.％的量存在于所述合金中。

3.根据权利要求1或2所述的溅射靶，其中，zr以2-8at.％的量存在。

4.根据以上权利要求中任意一项所述的溅射靶，其中，一种或多种的所述其他元素x以高达7at.％总量存在于所述合金中，所述其他元素x选自由mo、pd、ni、ti、v、w和b组成的组。

5.根据以上权利要求中任意一项所述的溅射靶，其中，所述靶具有的最大磁导率μmax为50，优选为40以下。

6.根据以上权利要求中任意一项所述的溅射靶，其中，根据astmf2086-01在8mm厚的试件中心测量的所述靶的磁通量(ptf)为20％以上。

7.用于制备由合金组成的溅射靶的方法，所述合金由co、zr、ta和任选地一种或多种选自由mo、pd、ni、ti、v、w和b组成的组中的其他元素x组成，其特征在于，所述方法包括将所述合金加热至700-1000℃的范围内，优选加热至800-900℃的范围内。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述合金加热10-60小时，优选12-48小时。

9.磁控溅射工艺，其中，使用根据权利要求1-6中任意一项的溅射靶或根据权利要求7和8中任意一项制备的溅射靶。

10.根据权利要求1-6中任意一项的溅射靶或根据权利要求7和8中任一项制备的溅射靶在磁控溅射中的应用。

技术总结
本发明涉及由合金组成的溅射靶，该合金由Co、Zr、Ta和任选地一种或多种选自由Mo、Pd、Ni、Ti、V、W和B组成的组中的其他元素X组成，其特征在于靶具有的最大磁导率μmax为60以下，和/或，其特征在于靶具有的最大通过通量(PTF)变化(FMax‑FMin)/FAverage为0.2以下，优选为0.15以下，最优选为0.10以下。

技术研发人员：U·科尼茨卡,M·施洛特
受保护的技术使用者：万腾荣先进材料德国有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14