专利名称：Sb－Te系合金烧结体靶及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种密度和抗弯强度高，并且能有效抑制发生颗粒的Sb-Te系合金烧结体溅射靶及其制造方法。
背景技术：
近年来，作为相变型记录用材料，即作为利用相变而记录信息的介质，开始使用由Sb-Te系材料构成的薄膜。作为形成由该Sb-Te系合金材料构成的薄膜的方法，一般通过真空蒸镀法或溅射法等通常称为物理蒸镀法的方法来进行。特别是，基于操作性或被膜的稳定性的考虑，使用磁控管溅射法来形成的情况比较多。
通过溅射法的膜的形成，是通过使Ar离子等正离子向设置在阴极的靶物理碰撞，利用其碰撞能量使构成靶的材料放出，在相对的阳极一侧的基板上层压与靶材料基本上相同组成的膜而进行。
通过溅射法的被覆法具有通过调节处理时间或供电等能以稳定的成膜速度形成从埃单位的薄膜到几十微米厚的膜的特征。
当形成由相变型记录膜用Sb-Te系合金材料构成的膜时，特别成为问题的是，溅射时发生颗粒，或异常放电(微弧放电)，或发生结核(突起物)，导致形成簇状(变成块而附着)薄膜，或在溅射过程中发生靶的裂纹或破裂，以及在靶用烧结粉的制造工序中大量吸收氧等气体成分。
靶的裂纹或破裂由于靶的密度和强度(抗弯强度)低而发生。这种靶或溅射时的问题成为引起记录介质薄膜的品质下降的主要原因。
已知上述的问题受到烧结用粉末的粒径或靶的结构、形状的很大影响。但是以往在制造用于形成相变型记录层的Sb-Te系合金溅射靶时，也因为通过烧结得到的靶不具有充分的特性，所以不能避免溅射时的颗粒的发生、异常放电、结核的发生、靶的裂纹或破裂的发生，以及靶中的氧等大量气体成分。
作为以往的Sb-Te系溅射用靶的制造方法，公开了Ge-Sb-Te系溅射用靶的制造方法，该方法对于Ge-Te合金、Sb-Te合金，制造通过惰性气体喷雾法淬火的粉末，将具有Ge/Te＝1/1、Sb/Te＝0.5～2.0比例的合金均匀混合后进行加压烧结(例如参照专利文献1)。
并且，公开了Ge-Sb-Te系溅射靶的制造方法及通过喷雾法制造用于该方法的粉末的技术，该方法的特征在于，在含有Ge、Sb、Te的合金粉末中，将振实密度(相对密度)达到50％以上的粉末注入模具，以冷或温的条件下加压，通过对冷加压后的密度为95％以上的成型材在Ar或真空气氛中进行热处理而烧结，使得该烧结体的含氧量为700ppm以下(例如参照专利文献2)。
另外，还公开了Ge-Sb-Te系溅射靶材的制造方法，该方法对于含有Ge、Sb、Te的原料，制造通过惰性气体喷雾法淬火的粉末，使用内粒径为20μm以上且具有每单位重量之比表面积为300mm2/g以下的粒度分布的粉末，烧结以冷或温的条件下加压成型的成型体(例如参照专利文献3)。
除此之外，作为使用喷雾粉制造靶的技术，还有如下专利文献4、5、6。
但是，关于以上的专利文献，直接使用喷雾粉，没有得到靶的足够的强度，并且难以认为达到了靶组织的微细化及均质化。另外，被允许的氧含量也高，作为用于形成相变型记录层的Sb-Te系溅射靶不够理想。
专利文献1日本特开2000-265262号公报专利文献2日本特开2001-98366号公报专利文献3日本特开2001-123266号公报专利文献4日本特开昭10-81962号公报专利文献5日本特开2001-123267号公报专利文献6日本特开2000-129316号公报发明内容本发明以如下内容作为课题提供一种用于烧结靶的Sb-Te系合金粉末，特别是，用于形成由Ag-In-Sb-Te合金或Ge-Sb-Te合金构成的相变型记录层的溅射用Sb-Te系合金烧结体靶及其制造方法，由此解决上述的各个问题，特别是，能有效抑制溅射时的颗粒的发生、异常放电、结核的发生，靶的裂纹或破裂的发生等，并且能减少靶中的氧等气体成分。
作为解决上述问题的技术手段，发现通过在粉末的性状以及靶的结构和特性上下功夫，能得到稳定且均质的相变型记录层。
本发明基于上述发现，提供1.一种Sb-Te系合金烧结体靶，是使用由Sb-Te系合金的大致球状的粒子构成的喷雾粉的溅射靶，其特征在于，所述球状的喷雾粉由被压成扁平的粒子构成，扁平粒子的短轴和长轴之比(扁平率)为0.6以下的粒子占全体的50％以上。
2.如上述1所记载的Sb-Te系合金烧结体靶，其特征在于，长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子占全体的60％以上。
3.如上述1或2所记载的Sb-Te系合金烧结体靶，其特征在于，靶中的氧浓度为1500wtppm以下。
4.如上述1或2所记载的Sb-Te系合金烧结体靶，其特征在于，靶中的氧浓度为1000wtppm以下。
5.如上述1或2所记载的Sb-Te系合金烧结体靶，其特征在于，靶中的氧浓度为500wtppm以下。
6.一种Sb-Te系合金烧结体靶的制造方法，是使用由Sb-Te系合金的大致球状的粒子构成的喷雾粉，冲压成形和烧结而制造溅射靶的方法，其特征在于，将所述球状的喷雾粉压成扁平，制造成烧结体靶中存在的扁平粒子的短轴和长轴之比(扁平率)为0.6以下的粒子占全体的50％以上。
7.如上述6所记载的Sb-Te系合金烧结体靶的制造方法，其特征在于，制造成长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子占全体的60％以上。
另外，关于上述1～7的发明的构成要件，应该理解为只要不存在公知技术，只有各个独立的上述1或6就十分满足作为发明的条件。关于从属的构成要件，即上述2、3、4、5、7分别是优选附带的要件。这些通过与上述1或6的构成要件结合，也构成新的发明。
发明效果Sb-Te系合金烧结体，在靶的最终加工阶段进行切削加工等机械加工，通常的机械加工中在表面的加工变质层上发生大量的裂纹等应变，这成为颗粒发生的原因，但是本发明因为具有高密度和高抗弯强度，所以可以从使用靶开始就大大减少上述裂纹或破裂所导致的结核和颗粒的发生。另外，通过减少氧含量，提高纯度，能防止以杂质(氧化物)为起点的异常放电(电弧放电)，从而具有能抑制由于电弧放电而产生颗粒的优良效果。
图1表示实施例1的靶表面的显微镜照片(a表示范围200μm的情况，b表示范围100μm的情况)。
图2表示比较例1的靶表面的显微镜照片(a表示范围250μm的情况，b表示范围50μm的情况)。
具体实施例方式
本发明使用Sb-Te系合金的大致球形的气体喷雾粉，对其进行冲压，烧结而得到溅射靶。
通常，作为Sb-Te系合金靶，使用含有10～90at％的Sb的合金，特别是含有20～80at％的Sb的Sb-Te系合金。但是，本发明采用的合金不限定于这些成分的范围，当然可以适用于这些成分范围之外的合金。
一般，气体喷雾粉，与机械粉末相比能得到极为微细的粉末，并能防止由于使用粉碎机械的污染，因此作为烧结粉末优选直接使用。使用该喷雾粉烧结的靶，可以将其表面粗糙度Ra容易加工为0.1μm以下的小尺寸，如下所述，与通过机械粉碎的粉末相比特性优良。
本发明的溅射靶，其最主要特征之一在于，使用由大致球状的粒子构成的Sb-Te系合金的喷雾粉，通过冲压并烧结喷雾粉，在烧结体靶组织中形成球状的喷雾粉被压成扁平的粒子，该扁平粒子的短轴和长轴之比(扁平率)为0.6μm以下的粒子占全体的50％以上。
这种靶组织能提高密度，其抗弯强度也明显变高。因此，本发明的高密度、高强度的Sb-Te系合金烧结体靶，可以在制造工序中能明显减少裂纹或破裂的发生，并且能有效抑制起因于裂纹或破裂的结核和颗粒的发生。
特别是，优选使上述扁平粒子的长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子占全体的60％以上。由此能稳定地提高靶的密度和抗弯强度。但是，当然使上述扁平粒子的长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内是附带的，而扁平粒子的短轴和长轴之比(扁平率)为0.6以下的粒子占全体的50％以上才是能有效抑制起因于靶的裂纹或破裂的结核和颗粒发生的主要因素。
另外，通过减少Sb-Te系合金烧结体溅射靶的氧，提高纯度，能有效防止以氧化物为起点的异常放电(电弧放电)，从而能抑制由于电弧放电产生的结核和颗粒。
作为杂质的氧优选尽量低，特别是，使其含量为1500wtppm以下比较好。氧的含量超过上述量，就增加氧化物量，容易成为产生杂质的原因。降低氧含量并减少氧化物量会牵涉到防止电弧放电，抑制由于该电弧放电产生的结核和颗粒。
在本发明的Sb-Te系合金烧结体溅射靶中，作为添加元素，选自Ag、In、Ga、Ti、Au、Pt、Pd中的一种以上的元素最多能含有25at％。只要在这个范围，能得到所要的玻璃转移点或相变速度，同时能将由于机械加工导致的表面缺陷抑制到最小限度，也能有效抑制颗粒。
一般，溅射后的腐蚀面成为表面粗糙度Ra为1μm以上的粗糙的面，有随着溅射的进行更加粗糙的倾向，但是在本发明的Sb-Te系合金溅射靶中，通过使溅射后的腐蚀面的表面粗糙度Ra能维持0.4μm以下，可以有效抑制结核和颗粒的发生，从而得到特别的Sb-Te系合金溅射靶。
这样，具有均匀且特别的微细组织的本发明的Sb-Te系合金靶，可以抑制起因于裂纹或破裂的颗粒的发生。
另外，通过组织微细化，也可以抑制溅射膜的面内和批量之间的组成变动，具有相变型记录层的品质稳定的优点。于是，这样能有效抑制溅射时的颗粒的发生、异常放电、结核的发生等。
进而，在本发明的Sb-Te系溅射靶中，氧等气体成分的含量可为1500ppm以下，特别是1000ppm以下，氧等气体成分的含量甚至可为500ppm以下。通过如此减少氧等气体成分，能进一步减少颗粒的发生和异常放电的发生。
实施例下面对实施例进行说明。另外，本实施例只是一个例子，本发明并不限于这些实施例。即，在本发明的技术思想的范围内，包括实施例以外的所有的方式或变形。另外，以下的实施例作为包含本发明的所有条件的优选例子记载，以便容易理解并能实施本发明。但是不应该理解为包含这些所有条件为发明的要件。就是说，应该理解，即使是实施例的部分条件，只要不存在公知技术，发明就成立。
(实施例1)使用气体喷雾装置，用喷嘴直径为2.00mmφ，作为喷射气体使用氩(100kgf/cm2)，以780℃喷射Ge2Sb2Te5合金原料，制造喷雾粉。由此得到了完整球形的粉末。该气体喷雾粉的氧含量为250ppm。
然后，对该喷雾粉进行了冲压和烧结。将冲压压力为150kgf/cm2，将冲压温度为600℃。对如此得到的烧结体进行机械加工，并且对其进行研磨，做成Ge2Sb2Te5合金靶。
其结果，靶组织中的扁平率(短轴和长轴之比)0.6以上的粒子比率占80％。另外，该靶的氧浓度为350ppm，组织的扁平方位的比例(长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子)为90％。并且，相对密度为100％，抗弯强度为70MPa。而且，完全没有观察到破裂或裂纹的发生。该结果在表1中表示。另外，如此得到的靶表面的显微镜照片在图1(a、b)中表示。a表示范围200μm的情况，b表示范围100μm的情况。在两个图中，冲压方向为图(照片)的上下方向。
使用该靶进行了溅射。结果，没有发生电弧放电，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量、结核数量的结果，同样在表1中表示。
如表1所示，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量分别为30个/晶片，靶的结核数量为50个/靶，得到了优良的靶。
表1
GSTGe-Sb-Te合金AISTAg-In-Sb-Te合金
G.A气体喷雾粉N.A不适用(实施例2)使用气体喷雾装置，用喷嘴直径为2.00mmφ，作为喷射气体使用氩(100kgf/cm2)，以780℃喷射Ag5In5Sb70Te20合金原料，制造喷雾粉。由此得到了完整球形的粉末。该气体喷雾粉的氧含量为140ppm。
然后，对该喷雾粉进行了冲压和烧结。将冲压压力为200kgf/cm2，将冲压温度为500℃。对如此得到的烧结体进行机械加工，并且对其进行研磨，做成Ag-In-Sb-Te合金靶。
其结果，靶组织中的扁平率(短轴和长轴之比)0.6以上的粒子比率占85％。另外，该靶的氧浓度为160ppm，组织的扁平方位的比例(长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子)为80％。并且，相对密度为95％，抗弯强度为72MPa。而且，完全没有观察到破裂或裂纹的发生。该结果在表1中表示。
使用该靶进行了溅射。结果，没有发生电弧放电，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量、结核数量的结果，同样在表1中表示。
如表1所示，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量分别为21个/晶片，靶的结核数量为35个/靶，得到了优良的靶。
(比较例1)使用气体喷雾装置，用喷嘴直径为2.00mmφ，作为喷射气体使用氩(100kgf/cm2)，以780℃喷射Ge2Sb2Te5合金原料，制造喷雾粉。由此得到了完整球形的粉末。该气体喷雾粉的氧含量为250ppm。
然后，对该喷雾粉进行了冲压和烧结。将冲压压力为75kgf/cm2，将冲压温度为600℃。对如此得到的烧结体进行机械加工，并且对其进行研磨，做成Ge2Sb2Te5合金靶。
其结果，靶组织中的扁平率(短轴和长轴之比)0.6以上的粒子比率占30％，很低。另外，该靶的氧浓度为350ppm，组织的扁平方位的比例(长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子)为70％。结果，相对密度为81％，很低，抗弯强度为52MPa，明显下降。而且，靶上观察到裂纹的发生。该结果在表1中表示。另外，如此得到的靶表面的显微镜照片在图2(a、b)中表示。a表示范围250μm的情况，b表示范围50μm的情况。与实施例1相同，冲压方向为图(照片)的上下方向。
使用该靶进行了溅射。结果，发生电弧放电，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量、结核数量的结果，同样在表1中表示。
如表1所示，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量分别为102个/晶片，异常多，靶的结核数量为300个以上/靶，变成品质差的靶。
(比较例2)使用气体喷雾装置，用喷嘴直径为2.00mmφ，作为喷射气体使用氩(100kgf/cm2)，以780℃喷射Ge2Sb2Te5合金原料，制造喷雾粉。由此得到了完整球形的粉末。该气体喷雾粉的氧含量为250ppm。
然后，对该喷雾粉进行了冲压和烧结。将冲压压力为150kgf/cm2，将冲压温度为500℃。对如此得到的烧结体进行机械加工，并且对其进行研磨，做成Ge2Sb2Te5合金靶。
其结果，靶组织中的扁平率(短轴和长轴之比)0.6以上的粒子比率占20％，很低。另外，该靶的氧浓度为350ppm，组织的扁平方位的比例(长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子)为60％。结果，相对密度为85％，很低，抗弯强度为55MPa，明显下降。而且，靶上观察到裂纹的发生。该结果在表1中表示。
使用该靶进行了溅射。结果，发生电弧放电，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量、结核数量的结果，同样在表1中表示。
如表1所示，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量分别为85个/晶片，很多，靶的结核数量为240个以上/靶，变成品质差的靶。
(比较例3)对Ge、Sb、Te的各个原料粉进行机械粉碎，将粉碎后的粉末原料配制和混合成Ge2Sb2Te5的组成比，实施冲压和烧结。
将冲压压力为150kgf/cm2，将冲压温度为600℃。对如此得到的烧结体进行机械加工，并且对其进行研磨，做成Ge2Sb2Te5合金靶。
其结果，靶组织中的扁平率(短轴和长轴之比)0.6以上的粒子比率占30％，很低。另外，该靶的氧浓度增大为1800ppm，组织的扁平方位的比例(长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子)为35％。结果，因为将机械粉碎粉作为原料，所以相对密度为99％，很高，但是抗弯强度降到60MPa。而且，靶上观察到裂纹的发生。该结果在表1中表示。
使用该靶进行了溅射。结果，发生电弧放电，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量、结核数量的结果，同样在表1中表示。
如表1所示，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量分别为150个/晶片，异常多，靶的结核数量为300个以上/靶，变成品质差的靶。
(比较例4)
使用气体喷雾装置，用喷嘴直径为2.00mmφ，作为喷射气体使用氩(100kgf/cm2)，以780℃喷射Ag5In5Sb70Te20合金原料，制造喷雾粉。由此得到了完整球形的粉末。该气体喷雾粉的氧含量为120ppm。
然后，对该喷雾粉进行了冲压和烧结。将冲压压力为200kgf/cm2，将冲压温度为400℃。对如此得到的烧结体进行机械加工，并且对其进行研磨，做成Ag-In-Sb-Te合金靶。
其结果，靶组织中的扁平率(短轴和长轴之比)0.6以上的粒子比率占20％，很低。另外，该靶的氧浓度为160ppm，组织的扁平方位的比例(长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子)为70％。结果，相对密度为80％，很低，抗弯强度为48MPa，明显下降。而且，靶上观察到裂纹的发生。该结果在表1中表示。
使用该靶进行了溅射。结果，发生电弧放电，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量、结核数量的结果，同样在表1中表示。
如表1所示，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量分别为90个/晶片，异常多，靶的结核数量为300个以上/靶，变成品质差的靶。
(比较例5)使用气体喷雾装置，用喷嘴直径为2.00mmφ，作为喷射气体使用氩(100kgf/cm2)，以780℃喷射Ag5In5Sb70Te20合金原料，制造喷雾粉。由此得到了完整球形的粉末。该气体喷雾粉的氧含量为180ppm。
然后，对该喷雾粉进行了冲压和烧结。将冲压压力为200kgf/cm2，将冲压温度为500℃。对如此得到的烧结体进行机械加工，并且对其进行研磨，做成Ag-In-Sb-Te合金靶。
其结果，靶组织中的扁平率(短轴和长轴之比)0.6以上的粒子比率占60％。另外，该靶的氧浓度为210ppm，组织的扁平方位的比例(长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子)为55％。该扁平方位的比例没有满足本发明的60％以上的条件。以上结果，相对密度为83％，很低，抗弯强度为57MPa，明显下降。而且，靶上观察到裂纹的发生。该结果在表1中表示。
使用该靶进行了溅射。结果，发生电弧放电，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量、结核数量的结果，同样在表1中表示。
如表1所示，溅射到100kW·hr时的颗粒发生数量分别为62个/晶片，很多，靶的结核数量为120个/靶，变成品质差的靶。
产业上的可利用性本发明的Sb-Te系合金烧结体，在靶的最终加工阶段进行切削加工等机械加工，通常的机械加工中在表面的加工变质层上发生大量的裂纹等应变，这成为颗粒发生的原因，但是本发明因为具有高密度和高抗弯强度，所以可以从使用靶开始就大大减少上述裂纹或破裂所导致的结核和颗粒的发生。另外，通过减少氧含量，提高纯度，能防止以杂质(氧化物)为起点的异常放电(电弧放电)，从而具有能抑制由于电弧放电而产生颗粒的优良效果，因此作为相变型记录用材料，即利用相变而记录信息的介质极为有用。
权利要求
1.一种Sb-Te系合金烧结体靶，是使用由Sb-Te系合金的大致球状的粒子构成的喷雾粉的溅射靶，其特征在于，所述球状的喷雾粉由被压成扁平的粒子构成，扁平粒子的短轴和长轴之比(扁平率)为0.6以下的粒子占全体的50％以上。
2.如所述权利要求1所记载的Sb-Te系合金烧结体靶，其特征在于，长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子占全体的60％以上。
3.如所述权利要求1或2所记载的Sb-Te系合金烧结体靶，其特征在于，靶中的氧浓度为1500wtppm以下。
4.如所述权利要求1或2所记载的Sb-Te系合金烧结体靶，其特征在于，靶中的氧浓度为1000wtppm以下。
5.如所述权利要求1或2所记载的Sb-Te系合金烧结体靶，其特征在于，靶中的氧浓度为500wtppm以下。
6.一种Sb-Te系合金烧结体靶的制造方法，是使用由Sb-Te系合金的大致球状的粒子构成的喷雾粉，冲压成形和烧结而制造溅射靶的方法，其特征在于，将所述球状的喷雾粉压成扁平，制造成烧结体靶中存在的扁平粒子的短轴和长轴之比(扁平率)为0.6以下的粒子占全体的50％以上。
7.如所述权利要求6所记载的Sb-Te系合金烧结体靶的制造方法，其特征在于，制造成长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子占全体的60％以上。
全文摘要
本发明涉及一种Sb－Te系合金烧结体靶，是使用由Sb－Te系合金的大致球状的粒子构成的喷雾粉的溅射靶，其特征在于，所述球状的喷雾粉由被压成扁平的粒子构成，扁平粒子的短轴和长轴之比(扁平率)为0.6以下的粒子占全体的50％以上。所述Sb－Te系合金烧结体靶，其特征在于，长轴方向相对于与靶表面平行的方向成±45°以内而整齐的粒子占全体的60％以上。所述Sb－Te系合金烧结体靶，其特征在于，靶中的氧浓度为1500wtppm以下。本发明实现了Sb－Te系合金溅射靶组织的均匀和微细化，抑制烧结靶的裂纹的发生，在溅射时防止电弧放电的发生。另外，本发明减少了由于溅射腐蚀所产生的表面凹凸，得到了品质良好的Sb－Te系合金溅射靶。
文档编号C22C28/00GK101084324SQ20058004391
公开日2007年12月5日 申请日期2005年11月29日 优先权日2004年12月24日
发明者高桥秀行 申请人:日矿金属株式会社