强磁性材料溅射靶及其制造方法

专利名称：强磁性材料溅射靶及其制造方法
技术领域：
本发明涉及磁记录介质的磁性体薄膜、特别是采用垂直磁记录方式的硬盘的磁记录层的成膜中使用的强磁性材料溅射靶，涉及可以抑制溅射时导致粉粒产生的氧化物的异常放电的非磁性材料粒子分散型强磁性材料溅射靶及其制造方法。
背景技术：
溅射装置有各种方式，在上述磁记录膜的成膜中，从生产率高的观点考虑，广泛使用具备DC电源的磁控溅射装置。溅射法使用的原理如下:将作为正电极的衬底与作为负电极的靶对置，在惰性气体气氛中，在该衬底与靶之间施加高电压以产生电场。此时，惰性气体电离，形成包含电子和阳离子的等离子体，该等离子体中的阳离子撞击靶(负极)的表面时将构成靶的原子击出，该飞出的原子附着到对置的衬底表面形成膜。通过这样的一系列动作，构成靶的材料在衬底上形成膜。另一方面，查看涉及磁性材料的开发时发现，在以硬盘驱动器为代表的磁记录领域，作为承担记录的磁性薄膜的材料，使用以作为强磁性金属的Co、Fe或Ni为基质的材料。例如，采用面内磁记录方式的硬盘的记录层中使用以Co为主要成分的Co-Cr型或Co-Cr-Pt型强磁性合金。另外，在采用近年来已实用化的垂直磁记录方式的硬盘的记录层中，通常使用包含以Co为主要成分的Co-Cr-Pt型强磁性合金与非磁性无机物的复合材料。而且，硬盘等磁记录介质的磁性薄膜，从生产率高的观点考虑，通常使用以上述材料为成分的强磁性材料溅射靶进行溅射来制作。作为这样的强磁性溅射靶的制作方法，考虑溶炼法或粉末冶金法。采用哪种方法来制作取决于所要求的特性，不能一概而论，在垂直磁记录方式的硬盘的记录层中使用的包含强磁性合金和非磁性无机物粒子的溅射靶，一般通过粉末冶金法来制作。这是因为:需要将无机物粒子均匀地分散到合金基质中，因此，难以通过溶炼法制作。例如，提出了将通过急冷凝固法制作的具有合金相的合金粉末与构成陶瓷相的粉末进行机械合金化，使构成陶瓷相的粉末均匀地分散到合金粉末中，通过热压进行成形，而得到磁记录介质用溅射靶的方法(专利文献I)。此时的祀组织，看起来是基质以鱼白(鍾鱼的精子)状结合，且在其周围包围着SiO2 (陶瓷)的形态(专利文献I的图2)或者呈细绳状分散(专利文献I的图3)的形态。其它图不清晰，但是推测为同样的组织。这样的组织具有后述的问题，从而不能说是合适的磁记录介质用溅射靶。另外，专利文献I的图4所示的球状物质是机械合金化的粉末，并非靶的组织。另外，即使不使用通过急冷凝固法制作的合金粉末，对于构成靶的各成分准备市售的原料粉末，将这些原料粉末以达到所需组成的方式进行称量，用球磨机等公知的方法进行混合，将混合粉末通过·热压进行成型和烧结，由此也可以制作强磁性材料溅射靶。例如，提出了用行星运动型混合机将Co粉末、Cr粉末、TiO2粉末和SiO2粉末混合而得到的混合粉末与Co球形粉末混合，将所得混合粉末利用热压进行成形而得到磁记录介质用溅射靶的方法(专利文献2)。此时的靶组织，可以看到是在作为均匀分散有无机物粒子的金属基质的相(A)中具有球形的相(B)的形态(专利文献2的

图1)。这样的组织，虽然在漏磁通的提高方面是好的，但是从抑制溅射时的粉粒产生方面来看，不能说是适合的磁记录介质用溅射靶。另外，提出了将Co-Cr 二元合金粉末与Pt粉末和SiO2粉末混合，对所得到的混合粉末进行热压，由此得到磁记录介质薄膜形成用溅射靶的方法(专利文献3)。此时的靶组织，虽然没有图示，但是记载了观察到Pt相、SiO2相和Co-Cr 二元合金相，并且在Co-Cr 二元合金相的周围观察到扩散层。这样的组织也不能说是适合的磁记录介质用溅射靶。除上述以外，以磁性材料的开发为目标，还提出了一些方案。例如，在专利文献4中，提出了具有SiC和SiOx (X:1 2)的垂直磁记录介质。另外,在专利文献5中，记载了含有Co、Pt、第一金属氧化物、第二金属氧化物、第三金属氧化物的磁性材料靶。另外，在专利文献6中，提出了由Co、Pt的基质相和金属氧化物相构成的溅射靶，并提出了抑制晶粒生长，得到低导磁率、高密度的靶，提高成膜效率的方案。另外，在专利文献7中，记载了如下的非磁性材料粒子分散型强磁性材料溅射靶:以作为强磁性材料的Co、Fe为主要成分，非磁性材料为选自氧化物、氮化物、碳化物、硅化物的材料，并且规定了非磁性材料的形状。另外，在专利文献8中，记载了在Co-Cr合金的强磁性体材料中分散有由氧化物构成的非磁性材料粒子的非磁性材料粒子分散型强磁性材料溅射靶，并记载了规定其粒径细微的溅射靶。另外，在专利 文献9中，记载了颗粒结构的磁性膜。如上所示，对于Co-Cr-Pt-氧化物等的非磁性材料粒子分散型强磁性材料溅射靶，提出了使用Si02、Cr2O3^ TiO2作为氧化物，并且也进一步提出要规定氧化物的形状。但是，这些氧化物为绝缘体，因此会造成异常放电。而且，该异常放电会造成溅射中产生粉粒的问题。迄今，通过减小氧化物的粒径而减小异常放电的概率，但是，随着磁记录介质的记录密度提高，容许的粉粒水平正在变得更加苛刻，因此仍然要求进一步的改善。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平10-88333号公报专利文献2:日本特愿2010-011326专利文献3:日本特开2009-1860号公报专利文献4:日本特开2006-127621号公报专利文献5:日本特开2007-4957号公报专利文献6:日本特开2009-102707号公报专利文献7:日本再公表专利W02007/080781号公报专利文献8:国际公开W02009/119812A1号公报专利文献9:日本特开2001-76329号公报

发明内容
一般而言，在Co-Cr-Pt-氧化物等的非磁性材料粒子分散型强磁性材料溅射靶中，所含有的Si02、Cr203、Ti02等氧化物为绝缘体，因此成为异常放电的原因。而且，该异常放电会造成溅射中产生粉粒的问题。本发明鉴于以上问题而创立，其目的在于抑制氧化物的异常放电，减少异常放电造成的溅射中的粉粒产生。迄今，虽然通过减小氧化物的粒径而减小异常放电的概率，但是，伴随磁记录介质的记录密度提高，容许的粉粒水平正在变得更加苛刻，因此本发明的课题在于提供进一步改善的非磁性粒子分散型强磁性材料溅射靶。为了解决上述课题，本发明人进行了广泛深入的研究，结果发现，通过调节靶的组成和组织结构，可以得到溅射时不产生由氧化物引起的异常放电，粉粒的产生少的靶。基于该发现，本发明提供:I) 一种强磁性材料溅射靶，其组成为Cr为20摩尔％以下、Pt为5 30摩尔％、SiO2为5 15摩尔％、Sn为0.05 0.60摩尔％、其余为Co，其特征在于，在金属基质(A)中分散的SiO2的粒子(B)中，含有所述Sn。另外，本发明提供:2)如上述I)所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，除了所述SiO2以外，还含有5 15 摩尔 ％选自 Ti02、Ti203、Cr203、Ta205、Ti509、B203、Co0、Co3O4 的一种以上氧化物，这些氧化物分散在金属基质(A)中，并且这些氧化物中含有Sn。另外，本发明提供:3)如上述I)或2) 所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，含有0.5 10摩尔％选自Ru、B、Ta的一种以上兀素。4)如上述I)至3)中任一项所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，相对密度为97%以上。另外，本发明提供:5) 一种强磁性材料溅射靶的制造方法，其特征在于，以得到Cr为20摩尔％以下、Pt为5 30摩尔％、Si02为5 15摩尔％、Sn为0.05 0.60摩尔％、其余为Co的组成的方式将SiO2粉末与SnO2粉末或Sn粉末预先调配并混合后，再在该混合粉末中混合以得到上述组成的方式同样地调配的Co粉末、Cr粉末、Pt粉末，将它们的混合粉末进行热压，得到使SiO2的粒子(B)分散到烧结金属基质(A)中，并且在该分散的SiO2的粒子(B)中含有所述Sn的组织的烧结体。另外，本发明提供:6)如上述5)所述的强磁性材料溅射靶的制造方法，其特征在于，除了所述SiO2以夕卜，还添加 5 15 摩尔 ％ 选自 Ti02、Ti203、Cr203、Ta205、Ti509、B203、Co0、Co3O4 的一种以上氧化物，得到这些氧化物分散在烧结金属基质(A)中，并且这些氧化物中含有Sn的组织的烧结体。另外，本发明提供:7)如上述5)或6)所述的强磁性材料溅射靶的制造方法，其特征在于，添加0.5 10摩尔％选自Ru、B、Ta的一种以上元素并烧结。
发明效果以此种方式调节的本发明的强磁性材料溅射靶，可以得到溅射时不产生由氧化物造成的异常放电、粉粒产生少的靶。另外，具有如下优良效果:可以抑制氧化物的异常放电，可以减少异常放电引起的溅射中的粉粒产生，可以提高成品率从而得到成本改善的效果。
具体实施例方式
构成本发明的强磁性材料溅射靶的主要成分，包括:Cr为20摩尔％以下、Pt为5 30摩尔％、SiO2为5 15摩尔％、Sn为0.05 0.60摩尔％、其余为Co的组成的金属。这些中的Cr量、Pt量、Co量分别是用于保持作为强磁性材料溅射靶、即强磁性材料薄膜的特性的有效量。另外，理所当然的是，Cr是作为必要成分添加的元素，不包括O摩尔％。S卩，至少含有能够分析的下限值以上的Cr量。Cr量为20摩尔％以下时，即使在微量添加的情况下也具有效果。本申请发明包括这些方案。上述成分是作为磁记录介质所必须的成分，配合比例可以在上述范围内进行各种调节，任一种配合比例均可以保持作为有效的磁记录介质的特性。上述中，强磁性材料溅射靶通过以得到上述组成的方式将SiO2粉末与SnO2粉末或Sn粉末预先调配并混合后，再在该混合粉末中混合以得到上述组成的方式同样调配的Co粉末、Cr粉末、Pt粉末，将它们的混合粉末进行热压来制作。本发明中，重要的是得到使SiO 2的粒子(B)分散到烧结金属基质(A)中，并且在该分散的SiO2的粒子(B)中含有所述Sn的组织的烧结体。一般而言，在Co-Cr-Pt型强磁性体中添加有SiO2的情况下，在烧结体溅射靶中SiO2以粒子形式存在，但是，SiO2是绝缘体，因此单独存在时，成为引发飞弧(异常放电)的原因。因此，本申请发明中，通过在SiO2中引入具有导电性的Sn来降低电阻，从而抑制氧化物造成的异常放电。之所以将SiO2的量设定为5摩尔％以上且15摩尔％以下，是因为这是显示良好的磁特性的一般范围。Sn的添加可以为单独添加，为复合添加时也具有效果。另外，单独添加是指以SnO2粉末或Sn粉末的形式的添加，复合添加是指以SiO2粉末与SnO2粉末或SiO2粉末与Sn粉末的混合粉末的形式的添加。其有效添加量为0.05 0.60摩尔％的范围。低于下限值时，不具有赋予SiO2导电性的效果，另外，超过上限值时，有可能对溅射膜的磁特性产生影响，从而有可能无法得到所需特性。除了所述SiO2以夕卜，还可以含有5 15摩尔％选自Ti02、Ti203、Cr203、Ta205、Ti509、B2O3、CoO、Co3O4的一种以上氧化物。这些氧化物分散在金属基质(A)中，并且在这些氧化物中也可以与所述SiO2同样地含有Sn。这些氧化物可以根据所需的强磁性膜的种类而任意选择添加。所述添加量为用于发挥添加效果的有效量。另外，本发明的强磁性材料溅射靶中，可以添加0.5 10摩尔％选自Ru、B、Ta的一种以上元素。这些元素是为了提高作为磁记录介质的特性而根据需要添加的元素。所述添加量为用于发挥添加效果的有效量。本发明的强磁性材料溅射靶希望的相对密度为97%以上。已知，一般密度越高的靶越可以减少溅射时产生的粉粒量。本发明中，也同样优选为高密度。本申请发明中，可以实现97%以上的相对密度。本发明中，相对密度是指用靶的实测密度除以计算密度(也称为理论密度)而求出的值。关于计算密度，使用假设靶的构成成分不相互扩散或反应而混合存在时的密度，并通过下式计算。式:计算密度=Σ (构成成分的分子量X构成成分的摩尔比)/Σ (构成成分的分子量X构成成分的摩尔比/构成成分的文献值密度)在此，Σ是指对靶的全部构成成分求和。这样调节的靶，可以得到溅射时不产生由氧化物造成的飞弧(异常放电)、粉粒产生少的靶。另外，如上所示，通过Sn的添加，具有如下效果:赋予SiO2粒子导电性，可以防止异常放电的产生，可以减少造成成品率下降的粉粒的产生量。本发明的强磁性材料溅射靶可以通过粉末冶金法制作。此时，首先准备各金属元素的粉末以及根据需要的添加金属元素的粉末。这些粉末期望使用最大粒径为20 μ m以下的粉末。另外，也可以准备这些金属的合金粉末代替各金属元素的粉末，此时也期望最大粒径为20 μ m以下。另一方面，过细时，存在促进氧化从而成分组成在范围以外等问题，因此进一步希望设定为0.1 μ m以上。

而且，以得到所需组成的方式称量这些金属粉末和合金粉末，使用球磨机等公知的方法进行粉碎和混合。添加SiO2以外的氧化物粉末时，可以在该阶段与金属粉末和合金粉末混合。SiO2以外的氧化物粉末期望使用最大粒径为5μπι以下的粉末。另一方面，过细时容易凝聚，因此进一步期望使用0.1 μ m以上的粉末。另外，作为混合机，优选行星运动型混合机或行星运动型搅拌混合机。另外，考虑到混合中的氧化问题，优选在惰性气体气氛或真空中进行混合。另外，以得到Cr为20摩尔％以下、Pt为5 30摩尔％、Si02为5 15摩尔％、Sn为0.05 0.60摩尔％、其余为Co的组成的方式将SiO2粉末与SnO2粉末或Sn粉末预先调配并混合后，再在该混合粉末中混合以得到上述组成的方式同样调配的Co粉末、Cr粉末、Pt粉末的方法是有效的。将这样得到的粉末使用真空热压装置进行成型、烧结，并切削加工为所需的形状，由此可以制作本发明的强磁性材料溅射靶。在烧结体靶中，添加的Sn或SnO2包含在优先分散在金属基质相中的SiO2S子中，从而使SiO2粒子的电阻降低。添加后的电阻可以调节为5.5Χ1016Ω cm。未添加Sn或SnO2时的电阻超过5.5 Χ1016Ω.ο ，作为绝缘物质起作用，因此成为引起异常放电的原因，但是，本申请发明中可以消除这种现象，从而飞弧(异常放电)的产生显著减少。所述成型、烧结不限于热压，也可以使用放电等离子体烧结法、热等静压烧结法。烧结时的保持温度优选设定为靶充分致密化的温度范围中的最低温度。虽然也取决于靶的组成，但多数情况下为900 1200°C的温度范围。上述对Co-Cr-Pt型强磁性体进行了说明，但是，对于Co-Pt型强磁性体，也可以通过同样的成分组成和制造方法得到同等的效果。实施例以下，基于实施例和比较例进行说明。另外，本实施例仅仅是一例，本发明不限于该实施例。即，本发明仅仅由权利要求书的范围限制，本发明也包括实施例以外的各种变形。(实施例1)在实施例1中，作为原料粉末，预先以SiO2粉末95重量％、Sn02粉末5重量％的方式称量平均粒径I μ m的SiO2粉末和平均粒径I μ m的SnO2粉末，利用球磨机混合I小时，准备SiO2-SnO2混合粉末。以靶组成为78Co-12Cr-5Pt-5Si02-0.1SnO2 (摩尔％)的方式，以Co粉末70.56重量％、Cr粉末9.59重量%、Pt粉末14.99重量％、SiO2-SnO2混合粉末4.86重量％的重量比率称量所述混合粉末、平均粒径3 μ m的Co粉末、平均粒径5 μ m的Cr粉末和平均粒径3 μ m的Pt粉末。然后，将Co粉末、Cr粉末、Pt粉末和SiO2-SnO2混合粉末与作为粉碎介质的二氧化锆球一起密封到容量IO L的球磨罐中，旋转20小时进行混合。将该混合粉末填充到碳制模具中，在真空气氛中，在温度1100°C、保持时间3小时、加压30MPa的条件下进行热压，得到烧结体。另外，将所得烧结体用车床进行切削加工，得到直径180mm、厚度7mm的圆盘状革巴。使用该靶进行溅射的结果是，稳定状态时的粉粒产生数为2.8个。另外，相对密度为98.5%，得到超过97%的高密度靶。另外，为了测定混合粉末的电阻，将平均粒径I μ m的SiO2粉末95重量％和平均粒径I μ m的SnO2粉末5重量％密封到容量IOL的球磨罐中，旋转I小时进行混合。将该混合粉末填充到碳制模具中，在真空气氛中，在温度1100°C、保持时间3小时、加压30MPa的条件下进行热压，得到烧结体，测定此时的电阻，为4.0 XlO16 Ω.cm。(比较例I)在比较例I中，作为原料粉末，准备平均粒径3 μ m的Co粉末、平均粒径5μπι的Cr粉末、平均粒径Ιμ 的Pt粉末、平均粒径Ιμ 的SiO2粉末。以靶组成为78Co-12Cr-5Pt-5Si02 (摩尔％)的方式，以Co粉末70.76重量％、Cr粉末9.60重量%、Pt粉末15.01重量％、SiO2粉末4.62重量％的重量比率称量这些粉末。然后，将这些粉末与作为粉碎介质的二氧化锆球一起密封到容量IOL的球磨罐中，旋转20小时进行混合。然后，将该混合粉末填充到碳制模具中，在真空气氛中，在温度1100°C、保持时间2小时、加压30MPa的条件下进行热压，得到烧结体。另外，将所得烧结体用车床进行切削加工，得到直径180mm、厚度7mm的圆盘状靶。使用该靶进行溅射的结果是，稳定状态时的粉粒产生数增加到6.7个。另外，相对密度为98.0%，得到超过97%的高密度靶。另外，上述实施例中，说明了添加SiO2的例子，但是，即使是添加选自Ti02、Ti203、Cr2O3> Ta2O5, Ti5O9, B2O3> CoO、Co3O4的一种以上氧化物的情况下，也可以得到与添加SiO2的情况同等的效果，另外，在含有0.5 10摩尔％选自Ru、B、Ta的一种以上元素的情况下，确认可以进一步提高作为磁记录介质的特性。产业实用性本发明中，通过调节强磁性材料溅射靶的组织结构，可以在溅射时不产生由氧化物引起的异常放电，减少粉粒的产生。因此，使用本发明的靶时，在用磁控溅射装置溅射时可以稳定地放电。另外，具有可以抑制氧化物的异常放电、可以减少异常放电引起的溅射中的粉粒产生、可以提高成品率从而得到成本改善的效果的优良效果，因此作为磁记录介质的磁性体薄膜、特别是硬盘驱`动器记录层的成膜中使用的强磁性材料溅射靶有用。
权利要求
1.一种强磁性材料溅射靶，其组成为Cr为20摩尔％以下、Pt为5 30摩尔％、SiO2为5 15摩尔％、Sn为0.05 0.60摩尔％、其余为Co，其特征在于，在金属基质(A)中分散的SiO2的粒子(B)中，含有所述Sn。
2.按权利要求1所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，除了所述SiO2以外，还含有5 15 摩尔 ％选自 Ti02、Ti203、Cr203、Ta205、Ti509、B203、Co0、Co3O4 的一种以上氧化物，这些氧化物分散在金属基质(A)中，并且这些氧化物中含有Sn。
3.按权利要求1或2所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，含有0.5 10摩尔％选自Ru、B、Ta的一种以上元素。
4.按权利要求1至3中任一项所述的强磁性材料溅射靶，其特征在于，相对密度为97%以上。
5.一种强磁性材料溅射靶的制造方法，其特征在于，以得到Cr为20摩尔％以下、Pt为5 30摩尔％、SiO2为5 15摩尔％、Sn为0.05 0.60摩尔％、其余为Co的组成的方式将SiO2粉末与SnO2粉末或Sn粉末预先调配并混合后，再在该混合粉末中混合以得到上述组成的方式同样地调配的Co粉末、Cr粉末、Pt粉末，将它们的混合粉末进行热压，得到使SiO2的粒子(B)分散到烧结金属基质(A)中，并且在该分散的SiO2的粒子(B)中含有所述Sn的组织的烧结体。
6.按权利要求5所述的强磁性材料溅射靶的制造方法，其特征在于，除了所述SiO2以夕卜，还添 加 5 15 摩尔 ％ 选自 Ti02、Ti203、Cr203、Ta205、Ti509、B203、Co0、Co3O4 的一种以上氧化物，得到这些氧化物分散在烧结金属基质(A)中，并且这些氧化物中含有Sn的组织的烧结体。
7.按权利要求5或6所述的强磁性材料溅射靶的制造方法，其特征在于，添加0.5 10摩尔％选自Ru、B、Ta的一种以上元素并烧结。
全文摘要
一种强磁性材料溅射靶，其组成为Cr为20摩尔%以下、Pt为5～30摩尔%、SiO2为5～15摩尔%、Sn为0.05～0.60摩尔%、其余为Co，其特征在于，在金属基质(A)中分散的SiO2的粒子(B)中，含有所述Sn。本发明的目的在于得到可以抑制溅射时导致粉粒产生的氧化物的异常放电的非磁性材料粒子分散型强磁性材料溅射靶。
文档编号G11B5/85GK103097570SQ20118004171
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月21日 优先权日2010年12月15日
发明者池田祐希, 高见英生 申请人:吉坤日矿日石金属株式会社