專利名稱：Sb－Te系合金燒結體靶及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種密度和抗彎強度高，并且能有效抑制發生顆粒的Sb-Te系合金燒結體濺射靶及其制造方法。
背景技術：
近年來，作為相變型記錄用材料，即作為利用相變而記錄信息的介質，開始使用由Sb-Te系材料構成的薄膜。作為形成由該Sb-Te系合金材料構成的薄膜的方法，一般通過真空蒸鍍法或濺射法等通常稱為物理蒸鍍法的方法來進行。特別是，基于操作性或被膜的穩定性的考慮，使用磁控管濺射法來形成的情況比較多。
通過濺射法的膜的形成，是通過使Ar離子等正離子向設置在陰極的靶物理碰撞，利用其碰撞能量使構成靶的材料放出，在相對的陽極一側的基板上層壓與靶材料基本上相同組成的膜而進行。
通過濺射法的被覆法具有通過調節處理時間或供電等能以穩定的成膜速度形成從埃單位的薄膜到幾十微米厚的膜的特征。
當形成由相變型記錄膜用Sb-Te系合金材料構成的膜時，特別成為問題的是，濺射時發生顆粒，或異常放電(微弧放電)，或發生結核(突起物)，導致形成簇狀(變成塊而附著)薄膜，或在濺射過程中發生靶的裂紋或破裂，以及在靶用燒結粉的制造工序中大量吸收氧等氣體成分。
靶的裂紋或破裂由于靶的密度和強度(抗彎強度)低而發生。這種靶或濺射時的問題成為引起記錄介質薄膜的品質下降的主要原因。
已知上述的問題受到燒結用粉末的粒徑或靶的結構、形狀的很大影響。但是以往在制造用于形成相變型記錄層的Sb-Te系合金濺射靶時，也因為通過燒結得到的靶不具有充分的特性，所以不能避免濺射時的顆粒的發生、異常放電、結核的發生、靶的裂紋或破裂的發生，以及靶中的氧等大量氣體成分。
作為以往的Sb-Te系濺射用靶的制造方法，公開了Ge-Sb-Te系濺射用靶的制造方法，該方法對于Ge-Te合金、Sb-Te合金，制造通過惰性氣體噴霧法淬火的粉末，將具有Ge/Te＝1/1、Sb/Te＝0.5～2.0比例的合金均勻混合后進行加壓燒結(例如參照專利文獻1)。
并且，公開了Ge-Sb-Te系濺射靶的制造方法及通過噴霧法制造用于該方法的粉末的技術，該方法的特征在于，在含有Ge、Sb、Te的合金粉末中，將振實密度(相對密度)達到50％以上的粉末注入模具，以冷或溫的條件下加壓，通過對冷加壓后的密度為95％以上的成型材在Ar或真空氣氛中進行熱處理而燒結，使得該燒結體的含氧量為700ppm以下(例如參照專利文獻2)。
另外，還公開了Ge-Sb-Te系濺射靶材的制造方法，該方法對于含有Ge、Sb、Te的原料，制造通過惰性氣體噴霧法淬火的粉末，使用內粒徑為20μm以上且具有每單位重量之比表面積為300mm2/g以下的粒度分布的粉末，燒結以冷或溫的條件下加壓成型的成型體(例如參照專利文獻3)。
除此之外，作為使用噴霧粉制造靶的技術，還有如下專利文獻4、5、6。
但是，關于以上的專利文獻，直接使用噴霧粉，沒有得到靶的足夠的強度，并且難以認為達到了靶組織的微細化及均質化。另外，被允許的氧含量也高，作為用于形成相變型記錄層的Sb-Te系濺射靶不夠理想。
專利文獻1日本特開2000-265262號公報專利文獻2日本特開2001-98366號公報專利文獻3日本特開2001-123266號公報專利文獻4日本特開昭10-81962號公報專利文獻5日本特開2001-123267號公報專利文獻6日本特開2000-129316號公報發明內容本發明以如下內容作為課題提供一種用于燒結靶的Sb-Te系合金粉末，特別是，用于形成由Ag-In-Sb-Te合金或Ge-Sb-Te合金構成的相變型記錄層的濺射用Sb-Te系合金燒結體靶及其制造方法，由此解決上述的各個問題，特別是，能有效抑制濺射時的顆粒的發生、異常放電、結核的發生，靶的裂紋或破裂的發生等，并且能減少靶中的氧等氣體成分。
作為解決上述問題的技術手段，發現通過在粉末的性狀以及靶的結構和特性上下功夫，能得到穩定且均質的相變型記錄層。
本發明基于上述發現，提供1.一種Sb-Te系合金燒結體靶，是使用由Sb-Te系合金的大致球狀的粒子構成的噴霧粉的濺射靶，其特征在于，所述球狀的噴霧粉由被壓成扁平的粒子構成，扁平粒子的短軸和長軸之比(扁平率)為0.6以下的粒子占全體的50％以上。
2.如上述1所記載的Sb-Te系合金燒結體靶，其特征在于，長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子占全體的60％以上。
3.如上述1或2所記載的Sb-Te系合金燒結體靶，其特征在于，靶中的氧濃度為1500wtppm以下。
4.如上述1或2所記載的Sb-Te系合金燒結體靶，其特征在于，靶中的氧濃度為1000wtppm以下。
5.如上述1或2所記載的Sb-Te系合金燒結體靶，其特征在于，靶中的氧濃度為500wtppm以下。
6.一種Sb-Te系合金燒結體靶的制造方法，是使用由Sb-Te系合金的大致球狀的粒子構成的噴霧粉，沖壓成形和燒結而制造濺射靶的方法，其特征在于，將所述球狀的噴霧粉壓成扁平，制造成燒結體靶中存在的扁平粒子的短軸和長軸之比(扁平率)為0.6以下的粒子占全體的50％以上。
7.如上述6所記載的Sb-Te系合金燒結體靶的制造方法，其特征在于，制造成長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子占全體的60％以上。
另外，關于上述1～7的發明的構成要件，應該理解為只要不存在公知技術，只有各個獨立的上述1或6就十分滿足作為發明的條件。關于從屬的構成要件，即上述2、3、4、5、7分別是優選附帶的要件。這些通過與上述1或6的構成要件結合，也構成新的發明。
發明效果Sb-Te系合金燒結體，在靶的最終加工階段進行切削加工等機械加工，通常的機械加工中在表面的加工變質層上發生大量的裂紋等應變，這成為顆粒發生的原因，但是本發明因為具有高密度和高抗彎強度，所以可以從使用靶開始就大大減少上述裂紋或破裂所導致的結核和顆粒的發生。另外，通過減少氧含量，提高純度，能防止以雜質(氧化物)為起點的異常放電(電弧放電)，從而具有能抑制由于電弧放電而產生顆粒的優良效果。
圖1表示實施例1的靶表面的顯微鏡照片(a表示范圍200μm的情況，b表示范圍100μm的情況)。
圖2表示比較例1的靶表面的顯微鏡照片(a表示范圍250μm的情況，b表示范圍50μm的情況)。
具體實施例方式
本發明使用Sb-Te系合金的大致球形的氣體噴霧粉，對其進行沖壓，燒結而得到濺射靶。
通常，作為Sb-Te系合金靶，使用含有10～90at％的Sb的合金，特別是含有20～80at％的Sb的Sb-Te系合金。但是，本發明采用的合金不限定于這些成分的范圍，當然可以適用于這些成分范圍之外的合金。
一般，氣體噴霧粉，與機械粉末相比能得到極為微細的粉末，并能防止由于使用粉碎機械的污染，因此作為燒結粉末優選直接使用。使用該噴霧粉燒結的靶，可以將其表面粗糙度Ra容易加工為0.1μm以下的小尺寸，如下所述，與通過機械粉碎的粉末相比特性優良。
本發明的濺射靶，其最主要特征之一在于，使用由大致球狀的粒子構成的Sb-Te系合金的噴霧粉，通過沖壓并燒結噴霧粉，在燒結體靶組織中形成球狀的噴霧粉被壓成扁平的粒子，該扁平粒子的短軸和長軸之比(扁平率)為0.6μm以下的粒子占全體的50％以上。
這種靶組織能提高密度，其抗彎強度也明顯變高。因此，本發明的高密度、高強度的Sb-Te系合金燒結體靶，可以在制造工序中能明顯減少裂紋或破裂的發生，并且能有效抑制起因于裂紋或破裂的結核和顆粒的發生。
特別是，優選使上述扁平粒子的長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子占全體的60％以上。由此能穩定地提高靶的密度和抗彎強度。但是，當然使上述扁平粒子的長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內是附帶的，而扁平粒子的短軸和長軸之比(扁平率)為0.6以下的粒子占全體的50％以上才是能有效抑制起因于靶的裂紋或破裂的結核和顆粒發生的主要因素。
另外，通過減少Sb-Te系合金燒結體濺射靶的氧，提高純度，能有效防止以氧化物為起點的異常放電(電弧放電)，從而能抑制由于電弧放電產生的結核和顆粒。
作為雜質的氧優選盡量低，特別是，使其含量為1500wtppm以下比較好。氧的含量超過上述量，就增加氧化物量，容易成為產生雜質的原因。降低氧含量并減少氧化物量會牽涉到防止電弧放電，抑制由于該電弧放電產生的結核和顆粒。
在本發明的Sb-Te系合金燒結體濺射靶中，作為添加元素，選自Ag、In、Ga、Ti、Au、Pt、Pd中的一種以上的元素最多能含有25at％。只要在這個范圍，能得到所要的玻璃轉移點或相變速度，同時能將由于機械加工導致的表面缺陷抑制到最小限度，也能有效抑制顆粒。
一般，濺射后的腐蝕面成為表面粗糙度Ra為1μm以上的粗糙的面，有隨著濺射的進行更加粗糙的傾向，但是在本發明的Sb-Te系合金濺射靶中，通過使濺射后的腐蝕面的表面粗糙度Ra能維持0.4μm以下，可以有效抑制結核和顆粒的發生，從而得到特別的Sb-Te系合金濺射靶。
這樣，具有均勻且特別的微細組織的本發明的Sb-Te系合金靶，可以抑制起因于裂紋或破裂的顆粒的發生。
另外，通過組織微細化，也可以抑制濺射膜的面內和批量之間的組成變動，具有相變型記錄層的品質穩定的優點。于是，這樣能有效抑制濺射時的顆粒的發生、異常放電、結核的發生等。
進而，在本發明的Sb-Te系濺射靶中，氧等氣體成分的含量可為1500ppm以下，特別是1000ppm以下，氧等氣體成分的含量甚至可為500ppm以下。通過如此減少氧等氣體成分，能進一步減少顆粒的發生和異常放電的發生。
實施例下面對實施例進行說明。另外，本實施例只是一個例子，本發明并不限于這些實施例。即，在本發明的技術思想的范圍內，包括實施例以外的所有的方式或變形。另外，以下的實施例作為包含本發明的所有條件的優選例子記載，以便容易理解并能實施本發明。但是不應該理解為包含這些所有條件為發明的要件。就是說，應該理解，即使是實施例的部分條件，只要不存在公知技術，發明就成立。
(實施例1)使用氣體噴霧裝置，用噴嘴直徑為2.00mmφ，作為噴射氣體使用氬(100kgf/cm2)，以780℃噴射Ge2Sb2Te5合金原料，制造噴霧粉。由此得到了完整球形的粉末。該氣體噴霧粉的氧含量為250ppm。
然后，對該噴霧粉進行了沖壓和燒結。將沖壓壓力為150kgf/cm2，將沖壓溫度為600℃。對如此得到的燒結體進行機械加工，并且對其進行研磨，做成Ge2Sb2Te5合金靶。
其結果，靶組織中的扁平率(短軸和長軸之比)0.6以上的粒子比率占80％。另外，該靶的氧濃度為350ppm，組織的扁平方位的比例(長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子)為90％。并且，相對密度為100％，抗彎強度為70MPa。而且，完全沒有觀察到破裂或裂紋的發生。該結果在表1中表示。另外，如此得到的靶表面的顯微鏡照片在圖1(a、b)中表示。a表示范圍200μm的情況，b表示范圍100μm的情況。在兩個圖中，沖壓方向為圖(照片)的上下方向。
使用該靶進行了濺射。結果，沒有發生電弧放電，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量、結核數量的結果，同樣在表1中表示。
如表1所示，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量分別為30個/晶片，靶的結核數量為50個/靶，得到了優良的靶。
表1
GSTGe-Sb-Te合金AISTAg-In-Sb-Te合金
G.A氣體噴霧粉N.A不適用(實施例2)使用氣體噴霧裝置，用噴嘴直徑為2.00mmφ，作為噴射氣體使用氬(100kgf/cm2)，以780℃噴射Ag5In5Sb70Te20合金原料，制造噴霧粉。由此得到了完整球形的粉末。該氣體噴霧粉的氧含量為140ppm。
然后，對該噴霧粉進行了沖壓和燒結。將沖壓壓力為200kgf/cm2，將沖壓溫度為500℃。對如此得到的燒結體進行機械加工，并且對其進行研磨，做成Ag-In-Sb-Te合金靶。
其結果，靶組織中的扁平率(短軸和長軸之比)0.6以上的粒子比率占85％。另外，該靶的氧濃度為160ppm，組織的扁平方位的比例(長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子)為80％。并且，相對密度為95％，抗彎強度為72MPa。而且，完全沒有觀察到破裂或裂紋的發生。該結果在表1中表示。
使用該靶進行了濺射。結果，沒有發生電弧放電，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量、結核數量的結果，同樣在表1中表示。
如表1所示，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量分別為21個/晶片，靶的結核數量為35個/靶，得到了優良的靶。
(比較例1)使用氣體噴霧裝置，用噴嘴直徑為2.00mmφ，作為噴射氣體使用氬(100kgf/cm2)，以780℃噴射Ge2Sb2Te5合金原料，制造噴霧粉。由此得到了完整球形的粉末。該氣體噴霧粉的氧含量為250ppm。
然后，對該噴霧粉進行了沖壓和燒結。將沖壓壓力為75kgf/cm2，將沖壓溫度為600℃。對如此得到的燒結體進行機械加工，并且對其進行研磨，做成Ge2Sb2Te5合金靶。
其結果，靶組織中的扁平率(短軸和長軸之比)0.6以上的粒子比率占30％，很低。另外，該靶的氧濃度為350ppm，組織的扁平方位的比例(長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子)為70％。結果，相對密度為81％，很低，抗彎強度為52MPa，明顯下降。而且，靶上觀察到裂紋的發生。該結果在表1中表示。另外，如此得到的靶表面的顯微鏡照片在圖2(a、b)中表示。a表示范圍250μm的情況，b表示范圍50μm的情況。與實施例1相同，沖壓方向為圖(照片)的上下方向。
使用該靶進行了濺射。結果，發生電弧放電，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量、結核數量的結果，同樣在表1中表示。
如表1所示，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量分別為102個/晶片，異常多，靶的結核數量為300個以上/靶，變成品質差的靶。
(比較例2)使用氣體噴霧裝置，用噴嘴直徑為2.00mmφ，作為噴射氣體使用氬(100kgf/cm2)，以780℃噴射Ge2Sb2Te5合金原料，制造噴霧粉。由此得到了完整球形的粉末。該氣體噴霧粉的氧含量為250ppm。
然后，對該噴霧粉進行了沖壓和燒結。將沖壓壓力為150kgf/cm2，將沖壓溫度為500℃。對如此得到的燒結體進行機械加工，并且對其進行研磨，做成Ge2Sb2Te5合金靶。
其結果，靶組織中的扁平率(短軸和長軸之比)0.6以上的粒子比率占20％，很低。另外，該靶的氧濃度為350ppm，組織的扁平方位的比例(長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子)為60％。結果，相對密度為85％，很低，抗彎強度為55MPa，明顯下降。而且，靶上觀察到裂紋的發生。該結果在表1中表示。
使用該靶進行了濺射。結果，發生電弧放電，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量、結核數量的結果，同樣在表1中表示。
如表1所示，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量分別為85個/晶片，很多，靶的結核數量為240個以上/靶，變成品質差的靶。
(比較例3)對Ge、Sb、Te的各個原料粉進行機械粉碎，將粉碎后的粉末原料配制和混合成Ge2Sb2Te5的組成比，實施沖壓和燒結。
將沖壓壓力為150kgf/cm2，將沖壓溫度為600℃。對如此得到的燒結體進行機械加工，并且對其進行研磨，做成Ge2Sb2Te5合金靶。
其結果，靶組織中的扁平率(短軸和長軸之比)0.6以上的粒子比率占30％，很低。另外，該靶的氧濃度增大為1800ppm，組織的扁平方位的比例(長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子)為35％。結果，因為將機械粉碎粉作為原料，所以相對密度為99％，很高，但是抗彎強度降到60MPa。而且，靶上觀察到裂紋的發生。該結果在表1中表示。
使用該靶進行了濺射。結果，發生電弧放電，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量、結核數量的結果，同樣在表1中表示。
如表1所示，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量分別為150個/晶片，異常多，靶的結核數量為300個以上/靶，變成品質差的靶。
(比較例4)
使用氣體噴霧裝置，用噴嘴直徑為2.00mmφ，作為噴射氣體使用氬(100kgf/cm2)，以780℃噴射Ag5In5Sb70Te20合金原料，制造噴霧粉。由此得到了完整球形的粉末。該氣體噴霧粉的氧含量為120ppm。
然后，對該噴霧粉進行了沖壓和燒結。將沖壓壓力為200kgf/cm2，將沖壓溫度為400℃。對如此得到的燒結體進行機械加工，并且對其進行研磨，做成Ag-In-Sb-Te合金靶。
其結果，靶組織中的扁平率(短軸和長軸之比)0.6以上的粒子比率占20％，很低。另外，該靶的氧濃度為160ppm，組織的扁平方位的比例(長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子)為70％。結果，相對密度為80％，很低，抗彎強度為48MPa，明顯下降。而且，靶上觀察到裂紋的發生。該結果在表1中表示。
使用該靶進行了濺射。結果，發生電弧放電，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量、結核數量的結果，同樣在表1中表示。
如表1所示，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量分別為90個/晶片，異常多，靶的結核數量為300個以上/靶，變成品質差的靶。
(比較例5)使用氣體噴霧裝置，用噴嘴直徑為2.00mmφ，作為噴射氣體使用氬(100kgf/cm2)，以780℃噴射Ag5In5Sb70Te20合金原料，制造噴霧粉。由此得到了完整球形的粉末。該氣體噴霧粉的氧含量為180ppm。
然后，對該噴霧粉進行了沖壓和燒結。將沖壓壓力為200kgf/cm2，將沖壓溫度為500℃。對如此得到的燒結體進行機械加工，并且對其進行研磨，做成Ag-In-Sb-Te合金靶。
其結果，靶組織中的扁平率(短軸和長軸之比)0.6以上的粒子比率占60％。另外，該靶的氧濃度為210ppm，組織的扁平方位的比例(長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子)為55％。該扁平方位的比例沒有滿足本發明的60％以上的條件。以上結果，相對密度為83％，很低，抗彎強度為57MPa，明顯下降。而且，靶上觀察到裂紋的發生。該結果在表1中表示。
使用該靶進行了濺射。結果，發生電弧放電，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量、結核數量的結果，同樣在表1中表示。
如表1所示，濺射到100kW·hr時的顆粒發生數量分別為62個/晶片，很多，靶的結核數量為120個/靶，變成品質差的靶。
產業上的可利用性本發明的Sb-Te系合金燒結體，在靶的最終加工階段進行切削加工等機械加工，通常的機械加工中在表面的加工變質層上發生大量的裂紋等應變，這成為顆粒發生的原因，但是本發明因為具有高密度和高抗彎強度，所以可以從使用靶開始就大大減少上述裂紋或破裂所導致的結核和顆粒的發生。另外，通過減少氧含量，提高純度，能防止以雜質(氧化物)為起點的異常放電(電弧放電)，從而具有能抑制由于電弧放電而產生顆粒的優良效果，因此作為相變型記錄用材料，即利用相變而記錄信息的介質極為有用。
權利要求
1.一種Sb-Te系合金燒結體靶，是使用由Sb-Te系合金的大致球狀的粒子構成的噴霧粉的濺射靶，其特征在于，所述球狀的噴霧粉由被壓成扁平的粒子構成，扁平粒子的短軸和長軸之比(扁平率)為0.6以下的粒子占全體的50％以上。
2.如所述權利要求1所記載的Sb-Te系合金燒結體靶，其特征在于，長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子占全體的60％以上。
3.如所述權利要求1或2所記載的Sb-Te系合金燒結體靶，其特征在于，靶中的氧濃度為1500wtppm以下。
4.如所述權利要求1或2所記載的Sb-Te系合金燒結體靶，其特征在于，靶中的氧濃度為1000wtppm以下。
5.如所述權利要求1或2所記載的Sb-Te系合金燒結體靶，其特征在于，靶中的氧濃度為500wtppm以下。
6.一種Sb-Te系合金燒結體靶的制造方法，是使用由Sb-Te系合金的大致球狀的粒子構成的噴霧粉，沖壓成形和燒結而制造濺射靶的方法，其特征在于，將所述球狀的噴霧粉壓成扁平，制造成燒結體靶中存在的扁平粒子的短軸和長軸之比(扁平率)為0.6以下的粒子占全體的50％以上。
7.如所述權利要求6所記載的Sb-Te系合金燒結體靶的制造方法，其特征在于，制造成長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子占全體的60％以上。
全文摘要
本發明涉及一種Sb－Te系合金燒結體靶，是使用由Sb－Te系合金的大致球狀的粒子構成的噴霧粉的濺射靶，其特征在于，所述球狀的噴霧粉由被壓成扁平的粒子構成，扁平粒子的短軸和長軸之比(扁平率)為0.6以下的粒子占全體的50％以上。所述Sb－Te系合金燒結體靶，其特征在于，長軸方向相對于與靶表面平行的方向成±45°以內而整齊的粒子占全體的60％以上。所述Sb－Te系合金燒結體靶，其特征在于，靶中的氧濃度為1500wtppm以下。本發明實現了Sb－Te系合金濺射靶組織的均勻和微細化，抑制燒結靶的裂紋的發生，在濺射時防止電弧放電的發生。另外，本發明減少了由于濺射腐蝕所產生的表面凹凸，得到了品質良好的Sb－Te系合金濺射靶。
文檔編號C22C28/00GK101084324SQ20058004391
公開日2007年12月5日 申請日期2005年11月29日 優先權日2004年12月24日
發明者高橋秀行 申請人:日礦金屬株式會社