(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料Ｍｎを１２５０〜１５００°Ｃで予備溶解した後、１１００〜１５００°Ｃで真空蒸留することによって得た高純度Ｍｎ材料と、原料Ｉｒ粉末を１０００〜１５００°Ｃで脱ガス処理した後、電子ビーム溶解することによって得た高純度Ｉｒ原料とを溶解し合金化した後、鋳造することを特徴とする酸素含有量が１００ｐｐｍ以下、Ｓ含有量が１０ｐｐｍ以下、炭素含有量が５０ｐｐｍ以下、水素含有量が０．５ｐｐｍ以下である磁性薄膜形成用Ｍｎ−Ｉｒ合金スパッタリングターゲットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性薄膜形成用Ｍｎ−Ｉｒ合金スパッタリングターゲットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ用のハードディスクなどの磁気記録装置は、近年急速に小型大容量化が進み、数年後にはその記録密度は２０Ｇｂ／ｉｎ２に達すると予想される。このため、再生ヘッドとしては従来の誘導型ヘッドが限界に近づき、磁気抵抗効果型（ＡＭＲ）ヘッドが用いられ始めている。
磁気抵抗効果型ヘッドは、パソコン市場等の拡大に伴い世界的規模で今後急成長が見込まれている。そして、数年のうちには、さらに高密度が期待されている巨大磁気抵抗効果型（ＧＭＲ）ヘッドが実用化されることが現実的となってきた。
ＧＭＲヘッドに使用されるスピンバルブ膜の反磁性膜としてＭｎ合金が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スピンバルブ膜用の反磁性膜としてはＭｎ合金、特にＭｎ−貴金属合金、例えばＭｎ−Ｉｒ合金が検討されている。これらは通常、焼結あるいは溶解によって製造される。しかし、従来のＭｎ−Ｉｒ合金はスパッタリングの際の、ガスの放出やパーティクルの発生が多く、耐食性にも問題があった。また、磁気特性も満足すべきものではなかった。
本発明は、スパッタリングの際のガス放出やパーティクルの発生が少なく、耐食性に優れ、しかも磁気特性も良好な反磁性膜を形成するための手段を提供することを目的とした。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明者らは鋭意研究を行った結果、Ｍｎ−Ｉｒ合金中の不純物元素、特に酸素、炭素、硫黄、水素がガス放出やパーティクルの発生、耐食性低下の原因であることを見いだした。さらに磁気特性は主に薄膜の結晶組織に依存し、結晶が粗大な柱状晶であるほど磁気特性が向上することを見いだした。
【０００５】
本発明は、この知見に基づき、
１．原料Ｍｎを１２５０〜１５００°Ｃで予備溶解した後、１１００〜１５００°Ｃで真空蒸留することによって得た高純度Ｍｎ材料と、原料Ｉｒ粉末を１０００〜１５００°Ｃで脱ガス処理した後、電子ビーム溶解することによって得た高純度Ｉｒ材料とを溶解し合金化した後、鋳造することを特徴とする磁性薄膜形成用Ｍｎ−Ｉｒ合金スパッタリングターゲットの製造方法、を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法によって得られる磁性薄膜形成用Ｍｎ−Ｉｒ合金スパッタリングターゲットは、Ｍｎを３０ｗｔ％以上含有するＭｎ−Ｉｒ合金からなるものである。代表的にはＭｎ−Ｉｒの２成分合金が上げられるが、さらにＦｅ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ などを合金成分として添加した合金も含まれる。
【０００７】
本発明の製造方法によって得られるＭｎ−Ｉｒ合金スパッタリングターゲットは、不純物すなわちＭｎ，Ｉｒ及び合金成分以外の元素が低減されたものである。特に酸素、硫黄、炭素、水素が極力低減されたものである。
酸素、硫黄、炭素、水素は耐食性を悪化させ、パーティクル発生の原因となり、また、磁気的特性を悪化させる原因となるため、酸素含有量１０００ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ以下、Ｓ含有量３００ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、炭素含有量１００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下、水素含有量１ｐｐｍ以下、好ましくは０．５ｐｐｍ以下にまで低減すべきである。
上記の含有量を超えるとパーティクル発生量の増大、耐食性の著しい低下、磁気特性不良が顕著になるため好ましくない。
【０００８】
本発明者らはＭｎ−Ｉｒ合金中の不純物が原料の電解Ｍｎ及びＩｒに起因するものであることから、原料となるＭｎ及びＩｒのそれぞれについて高純度化を行った。
Ｍｎ原料の高純度化は、例えば下記のような方法を用いることによって行うことができる。すなわち、市販の粗Ｍｎを１２５０〜１５００°Ｃで予備溶解した後、１１００〜１５００°Ｃで真空蒸留を行うことにより不純物を除去する。
【０００９】
原料である粗Ｍｎとしては、市販の電解Ｍｎを用いれば良い。そして、粗Ｍｎは１２５０〜１５００°Ｃで予備溶解を行う。予備溶解は、ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３等のルツボを用いて不活性ガス雰囲気中、保持時間１時間以上で行う。
１２５０°Ｃ未満ではＭｎが溶解せず、１５００°Ｃを超えるとルツボからの汚染及びＭｎの蒸発が激しくなるため好ましくない。また、保持時間１時間未満では未溶解Ｍｎが残るため好ましくない。ここで、予備溶解を行うのは、揮発性の成分を除去するためである。
【００１０】
予備溶解の後、１１００〜１５００°Ｃで真空蒸留を行う。１１００°Ｃ未満では、蒸留時間が長くなり過ぎ、１５００°Ｃを超えると蒸発速度が大きく不純物を巻き込みやすくなるため好ましくない。
【００１１】
真空蒸留の際の真空度は５×１０−５〜１０Ｔｏｒｒとする。５×１０−５Ｔｏｒｒ未満では凝縮物が得られなくなり、１０Ｔｏｒｒを超えるとＭｎの蒸留にかかる時間が長くなるため好ましくない。
また、真空蒸留の際のルツボは、Ａｌ２Ｏ３等の二重ルツボとするのが好ましい。なお、真空蒸留は、残留物が約５０％以下となるまで行うのが好ましい。
【００１２】
一方、Ｉｒ原料についてもできるだけ高純度のものを使用するのが望ましく、市販品を使用する場合には純度３Ｎ以上のガス成分不純物の少ない高純度品を用いるべきである。このようなＩｒ原料に対して１０００〜１５００°Ｃで脱ガス処理した後、電子ビーム溶解を行いガス成分や揮発成分を除去する。
なお、脱ガス処理に先だってＩｒと低融点合金をつくり酸に溶解する金属を添加し低融点Ｉｒ合金を製造した後、該Ｉｒ合金を酸により浸出することによってＩｒ以外の不純物成分を溶解除去することによってさらに高純度なＩｒ原料を得ることができる。
【００１３】
上記のような方法で得られた高純度Ｍｎと高純度Ｉｒとを溶解し合金化した後、鋳造する。得られたＭｎ−Ｉｒ合金インゴットを加工し、スパッタリングターゲット材とする。基本的には、ターゲットの純度はインゴットと同等である。
そして、ここで得られたスパッタリングターゲットをスパッタリングすることによって磁性薄膜を形成することが可能である。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例に基づいて説明するが、本発明はこれによって制限されるものではない。
【００１５】
（実施例１）
原料となる電解ＭｎをＭｇＯ 坩堝を用いて１３００°Ｃで予備溶解した後、真空蒸留した。真空度は１０−２Ｔｏｒｒ 、蒸留温度１４００°Ｃ、保持時間３０分とした。蒸留したＭｎは、酸素：１００ｐｐｍ、Ｓ：５０ｐｐｍ、Ｃ：１００ｐｐｍ、Ｈ：０．７ｐｐｍであった。
一方、市販の３ＮのＩｒ粉末（酸素：１３００ｐｐｍ、Ｓ：＜１０ｐｐｍ、Ｃ：７６０ｐｐｍ、Ｈ：５０ｐｐｍ）をＡｒ雰囲気下で１０００°Ｃ、２ｈｒの脱ガス処理を行った後、電子ビーム溶解して、Ｉｒ粉末（酸素：１５０ｐｐｍ、Ｓ：＜１０ｐｐｍ、Ｃ：１０ｐｐｍ、Ｈ：１ｐｐｍ）を得た。
得られた高純度Ｍｎと高純度Ｉｒとを１：１で、ＣａＯ坩堝で溶解し合金化した。その結果、酸素：１５０ｐｐｍ、Ｓ：２０ｐｐｍ、Ｃ：２０ｐｐｍ、Ｈ：０．７ｐｐｍのＭｎ−Ｉｒ 合金が得られた。
各原料及びＭｎ−Ｉｒ合金の組成を表１に示す。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
得られたＭｎ−Ｉｒ合金の一部を約１０ｍｍ角で切り出し、耐食性試験用のブロック試片とした。耐食性試験用のブロック試片は、観察面を鏡面研磨した後、温度３５°Ｃ、湿度９８％の湿潤試験器内に入れた。７２時間後、試料を取り出し錆の発生状況を目視で観察した。
残りのＭｎ−Ｉｒ合金は、機械加工を行い、直径５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状のスパッタリングターゲットとした。このスパッタリングターゲットを、Ｉｎ−Ｓｎ合金はんだを用いて銅製のバッキングプレートと接合し、マグネトロンスパッタ装置を用いてスパッタ試験を行い、３インチスライドガラス上にＭｎ−Ｉｒ合金薄膜を１５ｎｍ形成した。
この際のスライドガラス上に存在する直径０．３μｍ以上のパーティクル数を測定した。
また、薄膜の断面の組織観察を行った。
【００１８】
（実施例２）
原料となる電解ＭｎをＡｌ２Ｏ３ 坩堝を用いて１４００°Ｃで予備溶解した後、真空蒸留した。真空度は１０−２Ｔｏｒｒ 、蒸留温度１３００°Ｃ、保持時間３０分とした。蒸留したＭｎは、酸素：３０ｐｐｍ、Ｓ：＜１０ｐｐｍ、Ｃ：１０ｐｐｍ、Ｈ：０．８ｐｐｍであった。
一方、市販の３ＮのＩｒ粉末（酸素：１３００ｐｐｍ、Ｓ：＜１０ｐｐｍ、Ｃ：７６０ｐｐｍ、Ｈ：５０ｐｐｍ）をＡｒ雰囲気下で１４００°Ｃ、２ｈｒの脱ガス処理を行った後、電子ビーム溶解して、Ｉｒ粉末（酸素：４０ｐｐｍ、Ｓ：＜１０ｐｐｍ、Ｃ：１０ｐｐｍ、Ｈ：１ｐｐｍ）を得た。
得られた高純度Ｍｎと高純度Ｉｒとを１：１で、ＣａＯ坩堝で溶解し合金化した。その結果、酸素：７０ｐｐｍ、Ｓ：１０ｐｐｍ、Ｃ：１０ｐｐｍ、Ｈ：０．２ｐｐｍのＭｎ−Ｉｒ 合金が得られた。
各原料及びＭｎ−Ｉｒ合金の組成を表２に示す。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
実施例１と同様に耐食性試験を行い、さらにスパッタリングターゲットを作製してパーティクルの評価試験及び薄膜の組織観察を行った。
【００２１】
（比較例１）
純度３Ｎの原料Ｍｎ粉末（酸素：１５００ｐｐｍ、Ｓ：６００ｐｐｍ、Ｃ：１５０ｐｐｍ、Ｈ：１２０ｐｐｍ）と、市販の純度３ＮのＩｒ粉末（酸素：１３００ｐｐｍ、Ｓ：＜１０ｐｐｍ、Ｃ：７６０ｐｐｍ、Ｈ：５０ｐｐｍ）とを１：１で溶解し合金化した。
その結果、酸素：８００ｐｐｍ、Ｓ：３１０ｐｐｍ、Ｃ：２３０ｐｐｍ、Ｈ：２ｐｐｍのＭｎ−Ｉｒ合金が得られた。
各原料及びＭｎ−Ｉｒ合金の組成を表３に示す。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
実施例と同様に耐食性試験を行い、さらにスパッタリングターゲットを作製してパーティクルの評価試験及び薄膜の組織観察を行った。
【００２４】
（結果）
実施例１〜２及び比較例１の耐食性試験結果、スパッタ試験におけるパーティクル数測定結果、および薄膜の組織観察結果を表４に示す。
【００２５】
【表４】
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【００２６】
その結果、酸素含有量が１０００ｐｐｍ以下、Ｓ含有量が３００ｐｐｍ以下，Ｃ含有量が１００ｐｐｍ以下、水素含有量が１ｐｐｍ以下であることを特徴とする本発明の製造方法によって得られたＭｎ−Ｉｒ合金は比較例に比べて耐食性に優れていた。
また、本発明のターゲットを用いた場合には、スパッタの際に発生するパーティクル数も比較例に比べて格段に少ないものであった。
さらに、本発明の製造方法によって得られたＭｎ−Ｉｒ合金スパッタリングターゲットをスパッタリングすることによって得たＭｎ−Ｉｒ合金薄膜も、酸素含有量が１０００ｐｍ以下、Ｓ含有量が３００ｐｐｍ以下，Ｃ含有量が１００ｐｐｍ以下、水素含有量が１ｐｐｍ以下とターゲット組成と同様の高純度なものであり、その結晶組織は柱状晶であり、結晶組織の大きさも粗大なものを得ることができ、その磁気特性は良好なものであった。
これに対して、比較例のターゲットを用いて得られた薄膜は不純物含有量が多く、結晶組織は微細な等軸晶であり、その磁気特性は不満足なものであった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の製造方法によって得られた酸素含有量が１０００ｐｐｍ以下、Ｓ含有量が３００ｐｐｍ以下，Ｃ含有量が１００ｐｐｍ以下、水素含有量が１ｐｐｍ以下であることを特徴とする磁性薄膜形成用Ｍｎ−Ｉｒ合金スパッタリングターゲットを用いることによって、パーティクル発生が少なく、耐食性に優れ、磁気特性も良好な反磁性膜を形成することが可能であり、磁性薄膜形成用材料として有用である。