JP2006089776A - Cr-Mn ALLOY SPUTTERING TARGET - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To consistently provide a Cr-Mn alloy sputtering target manufactured by a powder sintering method for suppressing generation of micro-cracks present in a structure of the target to possibly cause abnormal discharge and dust generation during the sputtering. <P>SOLUTION: The powder sintered Cr-Mn alloy sputtering target is a powder sintered target containing 5-35 atom % Mn with the balance consisting of substantially Cr, and α-Mn phase is substantially absent in the structure of the target. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、磁気ディスク装置用磁気記録媒体等のエレクトロデバイスにおいてＣｒ−Ｍｎ合金層を形成するために用いられるＣｒ−Ｍｎ合金スパッタリング用ターゲット材に関するものである。   The present invention relates to a target material for sputtering a Cr—Mn alloy used for forming a Cr—Mn alloy layer in an electro device such as a magnetic recording medium for a magnetic disk device.

近年、磁気ディスクの小型化、高記録密度化に伴い、磁気記録媒体の研究、開発が行われ、特にＣｏ系磁性層や下地層の改良が種々行われてきた。最近では、Ｃｒ−Ｍｎ合金をＣｏ系磁性層の下地層として用いることにより、磁気記録媒体の磁気特性が改善できることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、用途は異なるが、磁気記録再生用の磁気抵抗効果型ヘッドの反強磁性膜を形成するためのＭｎ合金膜形成用のスパッタリング用ターゲット材に関して、その金属組織や酸素含有量を規定するものがある（例えば、特許文献１参照）。
ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ ＯＮ ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ、Ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．４、ＪＵＬＹ １９９８、Ｐ．１５６１−１５６３ 国際公開第９８／２２６３６号 In recent years, with the miniaturization and high recording density of magnetic disks, research and development of magnetic recording media have been carried out, and various improvements have been made to Co-based magnetic layers and underlayers in particular. Recently, it has been reported that the magnetic properties of a magnetic recording medium can be improved by using a Cr—Mn alloy as an underlayer of a Co-based magnetic layer (see, for example, Non-Patent Document 1).
In addition, the metal structure and oxygen content of the sputtering target material for forming an Mn alloy film for forming an antiferromagnetic film of a magnetoresistive head for magnetic recording / reproducing are defined for different applications. (For example, refer to Patent Document 1).
IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS, Vol. 34, no. 4, JULY 1998, p. 1561-1563 International Publication No. 98/22636

Ｃｒ−Ｍｎ合金膜を形成するためのＣｒ−Ｍｎ合金ターゲット材は、一般に溶解鋳造法或いは、粉末冶金法によって作製される。Ｍｎを５〜３５原子％含有するようなＣｒ濃度の高いＣｒ−Ｍｎ合金ターゲット材を溶解鋳造法で作製する場合は、融点が高いため、鋳造欠陥が発生し易い。また、塑性加工が困難な材料であるため、塑性加工による鋳造欠陥の低減が極めて困難である。さらに、高融点の溶解・鋳造作業は製造設備的にも特殊になる場合が多く、工業的な大量生産を考慮した場合、安定製造が困難である。   A Cr—Mn alloy target material for forming a Cr—Mn alloy film is generally produced by a melt casting method or a powder metallurgy method. When a Cr—Mn alloy target material having a high Cr concentration that contains 5 to 35 atomic% of Mn is produced by the melt casting method, a casting defect is likely to occur because the melting point is high. Further, since the material is difficult to plastically process, it is extremely difficult to reduce casting defects by the plastic processing. Furthermore, melting / casting operations with a high melting point are often special in terms of manufacturing equipment, and stable production is difficult when considering industrial mass production.

また、本発明者等が、純Ｃｒ粉末と純Ｍｎ粉末を用いた粉末焼結法でＣｒ−Ｍｎ合金ターゲット材を作製したところ、ターゲット材組織内にマイクロクラックが多数発生することが判明した。一般的に、このようなマイクロクラックの発生には、スパッタリング中の異常放電や発塵の可能性が高いという問題がある。
本発明の目的は、上記の課題を解決し、マイクロクラックの発生を抑制したスパッタリング用ターゲット材を安定的に提供することである。 Further, when the present inventors produced a Cr—Mn alloy target material by a powder sintering method using pure Cr powder and pure Mn powder, it was found that many microcracks were generated in the target material structure. In general, the occurrence of such microcracks has a problem that the possibility of abnormal discharge or dust generation during sputtering is high.
An object of the present invention is to solve the above-described problems and stably provide a sputtering target material that suppresses the occurrence of microcracks.

本発明者等が、上記の問題を解決するために、純Ｃｒ粉末と純Ｍｎ粉末とを用いた粉末焼結ターゲット材におけるマイクロクラックの発生要因を調査検討したところ、ターゲット材組織中に多数存在するマイクロクラックのほとんどが、ターゲット材組織中に残存するα−Ｍｎ相中に存在することを確認した。そして、α−Ｍｎ相を組織中に残存させないように制御したターゲット材ではマイクロクラックの発生が抑制できることを見出し、本発明に到達した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have investigated and examined micro-crack generation factors in a powder sintered target material using pure Cr powder and pure Mn powder. It was confirmed that most of the microcracks to be present exist in the α-Mn phase remaining in the target material structure. And it discovered that generation | occurrence | production of a microcrack could be suppressed in the target material controlled so that an alpha-Mn phase might not remain in a structure | tissue, and reached | attained this invention.

すなわち、本発明は、Ｍｎを５〜３５原子％含有する残部実質的にＣｒからなる粉末焼結ターゲット材であって、該ターゲット材の組織中に実質的にα−Ｍｎ相が存在しない粉末焼結Ｃｒ−Ｍｎ合金スパッタリング用ターゲット材である。   That is, the present invention relates to a powder sintered target material containing the remaining Mn in an amount of 5 to 35 atomic%, substantially consisting of Cr, and a powder sintered material substantially free of α-Mn phase in the structure of the target material. It is a target material for sputtering Cr-Mn alloy sputtering.

本発明により、ターゲット材組織中にマイクロクラックを抑制したＣｒ−Ｍｎ合金ターゲット材の安定供給が可能となり、磁気ディスク装置用磁気記録媒体等のエレクトロデバイス用におけるＣｒ−Ｍｎ合金層を形成するのに不可欠の技術となる。   According to the present invention, it is possible to stably supply a Cr-Mn alloy target material in which microcracks are suppressed in the target material structure, and to form a Cr-Mn alloy layer for an electro device such as a magnetic recording medium for a magnetic disk device. It becomes an indispensable technology.

本発明の最も重要な特徴は、粉末焼結法を用いて作製したＣｒ−Ｍｎ合金ターゲット材において、α−Ｍｎ相を残存させないように制御したターゲット材では、マイクロクラックの発生が抑制できる点にある。   The most important feature of the present invention is that, in a Cr-Mn alloy target material produced using a powder sintering method, the target material controlled so as not to leave the α-Mn phase can suppress the occurrence of microcracks. is there.

Ｍｎを５〜３５原子％含有する残部実質的にＣｒからなるＣｒ−Ｍｎ合金膜は、Ｃｏ系磁性膜の磁気特性を向上させることが可能となるため、その下地層を形成する下地膜として利用されているものである。そして、一般的に、同一組成のＣｒ−Ｍｎ合金ターゲット材をスパッタリングによって成膜する方法が利用されている。そして、純Ｃｒ粉末と純Ｍｎ粉末とを用いて粉末焼結法によって、Ｍｎを上記の組成範囲で含有するＣｒ−Ｍｎ合金ターゲット材を作製した場合には、比較的脆い金属相であるα−Ｍｎ相が存在する可能性がある。   Since the Cr—Mn alloy film containing the remaining Mn in an amount of 5 to 35 atomic% and substantially consisting of Cr can improve the magnetic properties of the Co-based magnetic film, it can be used as a base film for forming the base layer. It is what has been. In general, a method is used in which a Cr—Mn alloy target material having the same composition is formed by sputtering. When a Cr—Mn alloy target material containing Mn in the above composition range is produced by a powder sintering method using pure Cr powder and pure Mn powder, α− which is a relatively brittle metal phase There may be a Mn phase.

このα−Ｍｎ相は、Ｃｒ−Ｍｎ合金ターゲット材中に存在するＣｒ相、Ｃｒ固溶体相、金属間化合物相に比べて脆いために、固相拡散反応を利用した焼結後の焼結体の冷却時、あるいは焼結体をターゲット材に機械加工する際に、α−Ｍｎ相中にマイクロクラックを発生させやすいと考えられる。そのため、このマイクロクラックを起点として、スパッタリング時に異常放電が発生する可能性がある。そこで、このマイクロクラックの発生を抑制するためには、Ｃｒ−Ｍｎ合金ターゲット材の組織中にα−Ｍｎ相を残存させないように制御する必要がある。   Since this α-Mn phase is brittle compared to the Cr phase, Cr solid solution phase, and intermetallic compound phase present in the Cr-Mn alloy target material, the sintered body after the sintering utilizing the solid phase diffusion reaction is used. It is considered that microcracks are easily generated in the α-Mn phase during cooling or when the sintered body is machined into a target material. Therefore, abnormal discharge may occur during sputtering starting from this microcrack. Therefore, in order to suppress the occurrence of microcracks, it is necessary to control so that the α-Mn phase does not remain in the structure of the Cr—Mn alloy target material.

また、本発明において、実質的にα−Ｍｎ相が残存しないとは、Ｃｒ−Ｍｎ合金ターゲット材のＸ線回折により、明瞭なα−Ｍｎ相のピークが確認されないことである。   In the present invention, the fact that the α-Mn phase does not substantially remain means that a clear α-Mn phase peak is not confirmed by X-ray diffraction of the Cr—Mn alloy target material.

さらに、本発明のＣｒ−Ｍｎ合金ターゲット材は、Ｍｎを５〜３５原子％含有する以外の成分元素は実質的にＣｒとしているが、本発明の作用を損なわない範囲で、ガス成分である酸素、窒素、炭素、遷移金属であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、半金族のＳｉ等の不可避的不純物を含んでもよい。例えば、ガス成分の酸素は１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。   Furthermore, in the Cr—Mn alloy target material of the present invention, the component element other than containing 5 to 35 atomic% of Mn is substantially Cr, but oxygen that is a gas component within a range not impairing the function of the present invention. Nitrogen, carbon, transition metals such as Fe, Co, Ni, and semi-metallic Si may be included. For example, the gas component oxygen is preferably 1000 ppm or less.

本発明のＣｒ−Ｍｎ合金ターゲット材は、例えば、（１）純Ｍｎ粉末と純Ｃｒ粉末とを用いて、純Ｍｎ粉末の粒径に対してα−Ｍｎ相を残存させないように十分な拡散が行える焼結条件で焼結を行うか、もしくは、焼結後に熱処理を行うことにより焼結時点で焼結体中に残存したα−Ｍｎ相を拡散させて作製することができる。
また、（２）α−Ｍｎ相の残存しないＣｒ−Ｍｎ合金粉末と、必要に応じて純Ｃｒ粉末を用いて焼結を行うことで、本発明のＣｒ−Ｍｎ合金ターゲット材を作製することが可能となる。この場合のα−Ｍｎ相の残存しないＣｒ−Ｍｎ合金粉末の作製方法としては、α−Ｍｎ相の存在しないＣｒ−Ｍｎ合金インゴットを作製し粉砕してＣｒ−Ｍｎ合金粉末とするか、Ｃｒ−Ｍｎ合金溶湯をガスアトマイズ法等の急冷凝固処理によって粉末化する方法を用いることができる。 The Cr—Mn alloy target material of the present invention has, for example, (1) a pure Mn powder and a pure Cr powder, and sufficient diffusion so as not to leave an α-Mn phase with respect to the particle size of the pure Mn powder. Sintering can be performed under the sintering conditions that can be performed, or heat treatment can be performed after sintering to diffuse the α-Mn phase remaining in the sintered body at the time of sintering.
In addition, (2) the Cr—Mn alloy target material of the present invention can be produced by sintering using a Cr—Mn alloy powder having no α-Mn phase remaining and, if necessary, pure Cr powder. It becomes possible. In this case, as a method for producing a Cr—Mn alloy powder in which no α-Mn phase remains, a Cr—Mn alloy ingot having no α-Mn phase is produced and ground to obtain a Cr—Mn alloy powder, or Cr— A method of pulverizing the molten Mn alloy by rapid solidification such as a gas atomizing method can be used.

より好ましい手法としては、（１）については、微細なＭｎ粉末を用いることにより、α−Ｍｎ相の残存を無くすためのＭｎおよびＣｒの拡散に必要な距離が短くなり好ましい。具体的には、１００メッシュ以下のＭｎ粉末を用いることが好ましく、より好ましくは３２５メッシュ以下である。
焼結は、高温高圧での焼結が可能になる熱間静水圧プレス法を用いることが好ましく、具体的には、１０００℃以上でＭｎの融点（１２４６℃）以下の温度域、１００ＭＰａ以上の圧力で、３０分以上保持することが好ましい。
熱処理を行う場合は、１０００℃以上でＭｎの融点（１２４６℃）以下の温度域で１時間以上保持することが好ましい。 As a more preferable method, (1) is preferable by using a fine Mn powder because the distance required for diffusion of Mn and Cr for eliminating the remaining α-Mn phase is shortened. Specifically, it is preferable to use Mn powder of 100 mesh or less, and more preferably 325 mesh or less.
For the sintering, it is preferable to use a hot isostatic pressing method that enables sintering at high temperature and high pressure. Specifically, a temperature range of 1000 ° C. or higher and a melting point of Mn (1246 ° C.) or lower, 100 MPa or higher. The pressure is preferably maintained for 30 minutes or more.
In the case of performing heat treatment, it is preferable to hold for 1 hour or more in a temperature range of 1000 ° C. or more and Mn melting point (1246 ° C.) or less.

また、（２）については、Ｃｒ−Ｍｎ合金インゴットを作製する場合は、真空溶解炉を用いて溶解を行うことが好ましい。インゴット作製時の組成は、α−Ｍｎ相が安定に存在せず、比較的融点の低いＣｒ−７５ａｔ％Ｍｎ付近の組成が好ましい。作製したインゴットを粉砕する場合は不活性ガス中での粉砕が好ましく、粉砕後の粉末の粒径は１００メッシュ以下が好ましく、より好ましくは３２５メッシュ以下である。   Moreover, about (2), when producing a Cr-Mn alloy ingot, it is preferable to melt | dissolve using a vacuum melting furnace. The composition at the time of producing the ingot is preferably a composition in the vicinity of Cr-75 at% Mn having a relatively low melting point because the α-Mn phase does not exist stably. When the produced ingot is pulverized, pulverization in an inert gas is preferable, and the particle size of the pulverized powder is preferably 100 mesh or less, more preferably 325 mesh or less.

Claims (1)

Ｍｎを５〜３５原子％含有する残部実質的にＣｒからなる粉末焼結ターゲット材であって、該ターゲット材の組織中に実質的にα−Ｍｎ相が存在しないことを特徴とするＣｒ−Ｍｎ合金スパッタリング用ターゲット材。   A powder-sintered target material substantially consisting of Cr, containing 5 to 35 atomic% of Mn, and having substantially no α-Mn phase in the structure of the target material Target material for alloy sputtering.