基板上にＣｏＮｉＰを形成する方法および物品
【課題】良好な磁気特性を有する厚いＣｏＮｉＰの膜の製造方法を提供する。
【解決手段】基板１１０上にＣｏＮｉＰを形成する方法であって、基板を電気めっき槽１１５に入れるステップを含み、電気めっき槽には電気めっき組成物１２０が入っており、電気めっき組成物は、ニッケル源と、コバルト源と、少なくとも約０．１Ｍのリン源とを含み、方法はさらに、基板に堆積電流を印加するステップを含み、基板に堆積電流を印加することによって、少なくとも約５００ナノメートルの厚みを有するＣｏＮｉＰ層が基板上に電着される方法。
【解決手段】基板１１０上にＣｏＮｉＰを形成する方法であって、基板を電気めっき槽１１５に入れるステップを含み、電気めっき槽には電気めっき組成物１２０が入っており、電気めっき組成物は、ニッケル源と、コバルト源と、少なくとも約０．１Ｍのリン源とを含み、方法はさらに、基板に堆積電流を印加するステップを含み、基板に堆積電流を印加することによって、少なくとも約５００ナノメートルの厚みを有するＣｏＮｉＰ層が基板上に電着される方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
ＣｏＮｉＰは、比較的高い垂直保磁力およびＢＨ積を有するコバルト系硬質磁性材料である。このためＣｏＮｉＰは、たとえばメムス（microelectromechanical systems：ＭＥＭＳ）用途を含む多数の用途に有用である。良好な磁気特性を有する薄い（〜１０ナノメートル）ＣｏＮｉＰ膜が文献で報告されているが、より厚い膜（〜５０マイクロメートル）は磁気特性が悪いことが報告されている。したがって、良好な磁気特性を有するより厚いＣｏＮｉＰ膜の製造方法が依然として必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
簡単な要約
基板上にＣｏＮｉＰを形成する方法であって、基板を電気めっき槽に入れるステップを含み、電気めっき槽には電気めっき組成物が入っており、電気めっき組成物は、ニッケル源と、コバルト源と、少なくとも約０．１Ｍのリン源とを含み、方法はさらに、基板に堆積電流を印加するステップを含み、基板に堆積電流を印加することによって、少なくとも約５００ナノメートルの厚みを有するＣｏＮｉＰ層が基板上に電着される、方法。
【０００３】
基板上にＣｏＮｉＰを形成する方法であって、基板を電気めっき槽に入れるステップを含み、電気めっき槽には電気めっき組成物が入っており、電気めっき組成物は約３〜４ｐＨを有し、ニッケル塩と、コバルト塩と、少なくとも約０．１５ＭのＮａＨ2ＰＯ2、ＫＨ2ＰＯ2、Ｃａ（Ｈ2ＰＯ2）2、Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ2）2、リン酸、またはそれらの組合せとを含み、方法はさらに、基板に少なくとも約８ｍＡ／ｃｍ2の堆積電流を印加するステップを含み、基板に堆積電流を印加することによって、ＣｏＮｉＰが少なくとも約５マイクロメートルの厚みで基板上に電着される、方法。
【０００４】
基板と、基板上の電着ＣｏＮｉＰ層とを含む物品であって、ＣｏＮｉＰは約２５μｍ〜約６５μｍの厚みを有し、ＣｏＮｉＰは少なくとも約０．２テスラの残留磁束を有する、物品。
【０００５】
これらおよびさまざまな他の特徴および利点が、以下の詳細な説明を読むことによって明らかになるであろう。
【０００６】
本開示内容は、添付の図面と関連して本開示内容のさまざまな実施形態の以下の詳細な説明を考慮すると、より完全に理解され得る。
【０００７】
図面は一定の縮尺で描かれているとは限らない。図中で用いられる同様の番号は同様の部品を指す。しかし、ある図面における部品を言及するための数字の使用は、同じ番号を付された別の図面における当該部品を限定することを意図していないことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明において利用され得る例示的な電着システムの概略図である。
【図２】実施例３で得られたＭ−Ｈヒステリシスを示すグラフである。
【図３Ａ】倍率１００倍の、実施例４で形成された物品の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【図３Ｂ】倍率１５００倍の、実施例４で形成された物品の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明
以下の説明では、この一部を形成し、かつ一例としていくつかの具体的な実施形態が示される添付の一連の図面を参照する。他の実施形態も考えられ、本開示内容の範囲または思想から逸脱することなく可能であることを理解すべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味に解釈されるべきではない。
【００１０】
特に断りのない限り、明細書および請求項中に用いられる特徴のサイズ、量、および物理的特性を表わすすべての数は、「約」という用語によってすべての場合において修正されることを理解すべきである。したがって、特に断りのない限り、上記明細書および添付の請求項中に記載の数値パラメータは、本発明に開示される教示内容を利用する当業者が得ようとする所望の特性に依存して変化し得る概算である。
【００１１】
端点による数値範囲の記載は、当該範囲内に包含されるすべての数（たとえば１〜５は１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、および５を含む）ならびに当該範囲内のいずれの範囲も含む。
【００１２】
本明細書および添付の請求項中に用いられるように、内容上明らかに他の意味を示す場合を除き、単数形″ａ″、″an″、および″the″は、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。本明細書および添付の請求項中に用いられるように、内容上明らかに他の意味を示す場合を除き、「または」という用語は一般に、「および／または」を含む意味で用いられる。
【００１３】
「含む」、「含んで」、または同様の用語は、包含するが限定されないこと、すなわち包むが排他的でないことを意味する。
【００１４】
本発明では、基板上にＣｏＮｉＰを形成する方法、および特定の特性を有するＣｏＮｉＰを含む基板が開示される。ＣｏＮｉＰは、層、膜、堆積物、または他の同様の構造として特徴付けられ得る。開示される方法は、電着法である。電着法は、電気エネルギーおよび電位勾配を用いて、基板の導電性部分上にカチオンを堆積する。方法は、基板を電気めっき槽に入れるステップと、基板に堆積電流を印加するステップとを含み得る。
【００１５】
図１は、本発明において利用され得る例示的なシステムの概略図である。このシステムは、任意の基板ホルダ１０５内の基板１１０を示す。基板１１０は電源１３０に電気的に接続され得、電源１３０は対電極１２５に電気的に接続され得る。基板１１０は（対電極１２５とともに）、電気めっき組成物１２０で充填され得るめっき槽１１５内に取出し可能に配置され得る。図１に示されるようなシステムは、電気めっきに利用され得るより大きなシステムに任意に含まれ得る。そのようなより大きなシステムの例は、ＳＥＭＩＴＯＯＬ（登録商標）ＣＦＤ（登録商標）めっき工具（アプライド マテリアルズ、カリフォルニア州サンタクララ市）を含む。電源１３０から基板１１０に電流を印加することによって、電気めっき組成物１２０から基板１１０上に材料を堆積させることができる。
【００１６】
本発明において利用され得る基板は、その上にＣｏＮｉＰ層を形成することが望まれるすべてのものを含み得る。基板は導電性であってもよし、導電性部分を有してもよいし、または導電性構造（材料の層またはその他）が形成されていてもよい。実施形態では、基板は非導電性であってもよく、導電性層が形成されていてもよい。導電性層は、基板のある部分に印加された電流を、ＣｏＮｉＰ層を電着すべき場所に通すように機能し得る。導電性層は、シード層とも称され得る。シード層は、たとえばスパッタ堆積を含むさまざまな堆積技術を用いて堆積され得る。実施形態では、シード層は、たとえば銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）合金、またはコバルトニッケル鉄（ＣｏＮｉＦｅ）合金を含み得る。実施形態では、シード層は、たとえばＮｉＦｅ（８０：２０）、ＮｉＦｅ（４５：５５）、およびＣｏＦｅ（６５：３５）を含む合金を含み得る。実施形態では、シード層はＣｕを含み得る。基板はさらに、任意の接着層を含み得る。接着層は、ＣｏＮｉＰ材料の基板への接着を促進するように機能し得る。接着層は、シード層上に（またはシード層が存在しない場合は基板上に）形成され得る。接着層は、たとえばスパッタ堆積を含むさまざまな堆積技術を用いて堆積され得る。実施形態では、接着層は、たとえばタンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル化合物、およびチタン化合物を含み得る。実施形態では、接着層は、たとえば窒化タンタル（ＴａＮ）および窒化チタン（ＴｉＮ）を含み得る。実施形態では、接着層はＴａを含み得る。
【００１７】
基板はさらに、任意にパターニングされ得る。パターニング基板によって、ＣｏＮｉＰが基板のいくつかの部分にのみ堆積される。パターニング基板は、導電性材料を基板上のどこに配置するかに基づいて形成され得る。パターニング基板は、基板の導電性表面のある部分を被覆することによっても形成され得る。導電性表面は、非導電性材料を用いて被覆され得る。実施形態では、導電性表面は、たとえば非導電性テープを用いて被覆され得る。
【００１８】
本発明において開示される方法は、電気めっき組成物が収容されるか入っている電気めっき槽に基板を入れるステップを含み得る。電気めっき組成物は、ニッケル源、コバルト源、およびリン源を含み得る。なお、電気めっき組成物は他の任意の成分も含み得る。電気めっき組成物は、たとえば脱イオン水などの水も含み得る。電気めっき組成物は、たとえばさまざまな成分を水（たとえば脱イオン水）に溶解することによって作ることができる。
【００１９】
実施形態では、電気めっき組成物はニッケル源を含み得る。ニッケル源は、水に溶解可能な１つ以上の無機またはニッケル化合物を含み得る。実施形態では、ニッケル源は、水に溶解可能な１つ以上の無機ニッケル化合物（たとえばニッケル塩）を含み得る。例示的なニッケル源は、たとえば塩化ニッケル（ＮｉＣｌ2またはＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）、臭化ニッケル（ＮｉＢｒ2）、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ4）、スルファミン酸ニッケル（Ｎｉ（ＳＯ3ＮＨ2）・４Ｈ2Ｏ）、テトラフルオロホウ酸ニッケル（Ｎｉ（ＢＦ4）2）、およびそれらの組合せを含み得る。実施形態では、ＮｉＣｌ2が利用され得る。なお、無水物または水和物の形態の任意の無機化合物が利用され得る。電気めっき組成物は、さまざまな濃度のニッケル源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．０．０５モル（Ｍ）〜０．４Ｍのニッケル源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１Ｍ〜０．３Ｍのニッケル源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１５Ｍ〜０．２５Ｍのニッケル源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１８Ｍ〜０．２２Ｍのニッケル源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．２Ｍのニッケル源を含み得る。
【００２０】
実施形態では、電気めっき組成物はコバルト源を含み得る。コバルト源は、水に溶解可能な１つ以上の無機またはコバルト化合物を含み得る。実施形態では、コバルト源は、水に溶解可能な１つ以上の無機コバルト化合物（たとえばコバルト塩）を含み得る。例示的なコバルト源は、塩化コバルト（ＣｏＣｌ2またはＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）、臭化コバルト（ＣｏＢｒ2）、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ4）、およびそれらの組合せを含み得る。実施形態では、ＣｏＣｌ2が利用され得る。なお、無水物または水和物の形態の任意の無機化合物が利用され得る。電気めっき組成物は、さまざまな濃度のコバルト源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．０５Ｍ〜０．４Ｍのコバルト源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１Ｍ〜０．３Ｍのコバルト源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１５Ｍ〜０．２５Ｍのコバルト源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１８Ｍ〜０．２２Ｍのコバルト源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．２Ｍのコバルト源を含み得る。
【００２１】
実施形態では、電気めっき組成物は、同量のニッケル源およびコバルト源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．３Ｍ以内のニッケル源およびコバルト源の量を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．２Ｍ以内のニッケル源およびコバルト源の量を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１Ｍ以内のニッケル源およびコバルト源の量を含み得る。
【００２２】
電気めっき組成物は、リン源も含む。リン源は、水に溶解可能な１つ以上の無機またはリン化合物を含み得る。実施形態では、リン源は、水に溶解可能な１つ以上の無機リン化合物を含み得る。例示的なリン源は、たとえばリン含有酸：リン含有酸（Ｈ3ＰＯ3）、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）、次亜リン酸（Ｈ3ＰＯ2）；リン含有酸の塩：リン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ2ＰＯ4）、リン酸水素二ナトリウム（Ｎａ2ＨＰＯ4）、リン酸ナトリウム（Ｎａ3ＰＯ4）、リン酸二水素カルシウム（Ｃａ（Ｈ2ＰＯ4）、リン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ4）、リン酸三カルシウム（Ｃａ3（ＰＯ4）2）、リン酸二水素カリウム（ＫＨ2ＰＯ4）、リン酸水素二カリウム（Ｋ2ＨＰＯ4）、リン酸カリウム（Ｋ3ＰＯ4）、リン酸二水素マグネシウム（Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ4）、リン酸水素マグネシウム（ＭｇＨＰＯ4）、リン酸三マグネシウム（Ｍｇ3（ＰＯ4）2）、リン酸ナトリウム（ＨＮａ2Ｏ3Ｐ）、次亜リン酸ナトリウム（ＮａＨ2ＰＯ2）、次亜リン酸カリウム（ＫＨ2ＰＯ2）、次亜リン酸カルシウム（Ｃａ（Ｈ2ＰＯ2）2）、次亜リン酸マグネシウム（Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ2）2）；およびそれらの組合せを含み得る。実施形態では、次亜リン酸ナトリウム（ＮａＨ2ＰＯ2）、次亜リン酸カリウム（ＫＨ2ＰＯ2）、次亜リン酸カルシウム（Ｃａ（Ｈ2ＰＯ2）2）、次亜リン酸マグネシウム（Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ2）2）が利用され得る。なお、無水物または水和物の形態の任意の無機化合物が利用され得る。
【００２３】
電気めっき組成物は、さまざまな濃度のリン源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、少なくとも０．１Ｍのリン源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、少なくとも０．１５Ｍのリン源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、少なくとも０．２Ｍのリン源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、少なくとも０．２５Ｍのリン源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、少なくとも０．２７Ｍのリン源を含み得る。
【００２４】
本発明において利用される電気めっき組成物は、他の任意の成分も含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）または塩化カリウム（ＫＣｌ）を含み得る。塩化ナトリウム、および塩化カリウムなどの他の同様の化合物は、電気めっき槽の導電率を増加させるように機能し得る。電気めっき組成物にＮａＣｌ（またはＫＣｌ）を含む実施形態では、それは少なくとも１つ０．３Ｍの濃度を有し得る。実施形態では、電気めっき組成物は、少なくとも０．５ＭのＮａＣｌまたはＫＣｌを含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．７ＭのＮａＣｌまたはＫＣｌを含み得る。電気めっき組成物はさらに、たとえばサッカリン、サッカリン塩、クマリン、チオ尿素、および硫酸ラウリルなどの添加物も含み得る。実施形態では、サッカリンが利用され得る。サッカリンは、電気めっき組成物中に用いられると、電機めっきシステム内の応力を緩和するように機能し得る。サッカリンを利用する実施形態では、それは少なくとも１ｍＭの濃度を有し得る。サッカリンを利用する実施形態では、それは少なくとも２ｍＭの濃度を有し得る。サッカリンを利用する実施形態では、それは５０ｍＭ未満の濃度を有し得る。サッカリンを利用する実施形態では、それは２０ｍＭ未満の濃度を有し得る。サッカリンを利用する実施形態では、それは１０ｍＭ未満の濃度を有し得る。サッカリンを利用する実施形態では、それは２ｍＭ〜８ｍＭの濃度を有し得る。本発明において利用される電気めっき組成物には、他の任意の化合物も含まれ得る。たとえば、ＣｏＮｉＰ層内に堆積されるリンの原子百分率を増加させるために他の添加物が添加され得る。
【００２５】
電気めっき組成物は、そのｐＨによっても特徴付けられ得る。実施形態では、電気めっき組成物は、２．５〜４ｐＨを有し得る。実施形態では、電気めっき組成物は、３〜４ｐＨを有し得る。実施形態では、電気めっき組成物は、３ｐＨを有し得る。
【００２６】
基板が電気めっき槽に入れられると、基板に堆積電流が印加され得る。図１に示されるように、基板は電源１３０に電気的に接続され得る。基板が電源および対電極にどのように接続されるかについての具体的な詳細は、利用する特定のシステムに少なくとも部分的に依存し得る。電源は、対電極に直流またはパルス電流を供給し得、電気めっき組成物中に溶解する金属イオンが基板上で減少し、基板上にめっきされ得る。堆積電流は、１平方センチメートル当たり少なくとも６ミリアンペア（ｍＡ／ｃｍ2）であり得る。実施形態では、堆積電流は少なくとも８ｍＡ／ｃｍ2であり得る。実施形態では、堆積電流は１０ｍＡ／ｃｍ2であり得る。
【００２７】
堆積電流の印加時間は、製造中のＣｏＮｉＰ層の所望の厚み、およびそれが堆積される基板の種類に少なくとも部分的に依存し得る。基板の一面を覆う（ＣｏＮｉＰで覆われない基板の導電性部分の部分がない）実施形態では、５０マイクロメートル（μｍ）のＣｏＮｉＰ層がたとえば約５時間で堆積され得る。基板の一面を覆う実施形態では、２５μｍのＣｏＮｉＰ層が約２．５時間で堆積され得る。基板の一面を覆う実施形態では、１０μｍのＣｏＮｉＰ層が約１時間で堆積され得る。基板をパターニングする（ＣｏＮｉＰで覆われない基板の導電性部分の部分があり、これは、導電性部分の部分をたとえば非導電性テープなどの非導電性材料で被覆することによって達成され得る）実施形態では、５０μｍのＣｏＮｉＰ層がたとえば約７時間で堆積され得る。基板をパターニングする実施形態では、２５μｍのＣｏＮｉＰ層が約３．５時間で堆積され得る。基板をパターニングする実施形態では、１０μｍのＣｏＮｉＰ層が約１．４時間で堆積され得る。
【００２８】
基板に堆積電流を印加することによって、基板上にＣｏＮｉＰ層を形成することができる。ＣｏＮｉＰ層はさまざまな厚みを有し得る。そのような膜は、所望の磁気特性を維持しつつ、以前に製造されたＣｏＮｉＰ層よりも厚い場合がある。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも５００ナノメートル（ｎｍ）の厚みを有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも１マイクロメートル（μｍ）の厚みを有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも５μｍの厚みを有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも２５μｍの厚みを有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも３５μｍの厚みを有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも５０μｍの厚みを有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、２５μｍ〜６５μｍの厚みを有し得る。
【００２９】
電着されたＣｏＮｉＰは磁性を有し得る。ＣｏＮｉＰ層の磁気特性は、残留磁束（Ｂｒ）によって定量化され得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも０．２テスラ（Ｔ）の残留磁束を有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも０．２３Ｔの残留磁束を有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも０．２５Ｔの残留磁束を有し得る。ＣｏＮｉＰ層の磁気特性は、磁気保磁力（Ｈc）によっても定量化され得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも１．５キロエルステッド（ＫＯｅ）の磁気保磁力を有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも２ＫＯｅの磁気保磁力を有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも２．２ＫＯｅの磁気保磁力を有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、２．４ＫＯｅの磁気保磁力を有し得る。
【００３０】
方法は、本発明に記載されない工程も含み得る。実施形態では、電着層を有する基板にはさらなる処理が施され得る。実施形態では、電着ＣｏＮｉＰ層には、ＣｏＮｉＰ表面を平坦化するために設計されたさらなる処理が施されなくてもよい。たとえば、電着ＣｏＮｉＰ層には、比較的平坦なＣｏＮｉＰ層を得るための化学機械平坦化（ＣＭＰ）が施されなくてもよい。これは、基板上にＣｏＮｉＰ層を形成するのに必要な処理工程が減るために有利であり得る。
【００３１】
本発明では、電着ＣｏＮｉＰ層が形成された上述のような基板を含む物品も開示される。ＣｏＮｉＰ層は、上述のような厚みを有し得る。ＣｏＮｉＰ層は、上述のような磁気特性を有し得る。本発明に開示される物品は、より大きな物品または装置の一部であり得る。実施形態では、上述のようなＣｏＮｉＰ層を含む物品は、ＭＥＭＳ装置において利用され得る。実施形態では、上述のようなＣｏＮｉＰ層を含む物品は、磁気スイッチとして利用され得る。
【００３２】
実施例
材料および方法
特に断りのない限り、すべての化学物質をアルドリッチ社から購入し、さらなる精製をせずに使用した。実施例におけるすべての部分、百分率、割合などは、特に断りのない限り重量による。
【００３３】
実施例１
一連の５μｍのＣｏＮｉＰ層を、異なる濃度のリン源を用いて堆積した。水性電気めっき組成物を、４７．５ｇ／ＬのＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏ（０．２Ｍ）、４９．０３ｇ／ＬのＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ（０．２Ｍ）、２４．７ｇ／ＬのＨ3ＢＯ3（０．４Ｍ）、４０．９ｇ／ＬのＮａＣｌ（０．７Ｍ）および０．８ｇ／Ｌ（３．９ｍＭ）のサッカリンナトリウムを用いて調製した。３つの異なる電気めっき組成物を、１２ｇ／Ｌ（０．１１Ｍ）、２０ｇ／Ｌ（０．１９Ｍ）および３１ｇ／Ｌ（０．２９Ｍ）のＮａＨ2ＰＯ2・Ｈ2Ｏを用いて製造した。
【００３４】
ＣｏＮｉＰ層を、２０００Åの銅シード層および５００Åのタンタル接着層を有する１５０ｍｍのシリコン（Ｓｉ）ウェハ上に堆積した。基板は、ＳＥＭＩＴＯＯＬ（登録商標）ＣＦＤめっき工具（アプライド マテリアルズ、カリフォルニア州サンタクララ市）の内部で構成した。１．６５Ａの堆積電流を約３０分間印加した。結果として得られた堆積物を、ＪＥＯＬ ＪＳＭ−６４６０ＬＶ（日本電子株式会社、東京）を用いたエネルギー分散形Ｘ線（ＥＤＸ）分析を用いて分析し、MicroMag ３９００（Princeton Measurement Corporation社、ニュージャージー州プリンストン市）を用いてＣｏ、Ｎｉ、およびＰおよび振動試料型磁力計（ＶＳＭ）分析の組成物を求め、残留磁束（Ｂｒ）を求めた。この分析の結果を以下の表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
実施例２
一連のＣｏＮｉＰ層を、異なる電着電流を用いて堆積した。４７．５ｇ／ＬのＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏ（０．２Ｍ）、４９．０３ｇ／ＬのＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ（０．２Ｍ）、２４．７ｇ／ＬのＨ3ＢＯ3（０．４Ｍ）、４０．９ｇ／ＬのＮａＣｌ（０．７Ｍ）、０．８ｇ／Ｌ（３．９ｍＭ）のサッカリンナトリウム、および３０ｇ／Ｌ（０．２８Ｍ）のＮａＨ2ＰＯ2・Ｈ2Ｏを含む電気めっき組成物を調製した。基板および電気めっきシステムは、上述の実施例１で説明した。堆積電流は、８、１０、１６、および２０ｍＡ／ｃｍ2に設定した。ＥＤＸおよびＶＳＭ分析を上述のように行なった。この分析の結果を以下の表２に示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】
実施例３
一連のＣｏＮｉＰ層を、異なるｐＨを有する電気めっき組成物を用いて堆積した。４７．５ｇ／ＬのＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏ（０．２Ｍ）、４９．０３ｇ／ＬのＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ（０．２Ｍ）、２４．７ｇ／ＬのＨ3ＢＯ3（０．４Ｍ）、４０．９ｇ／ＬのＮａＣｌ（０．７Ｍ）、０．８ｇ／Ｌ（３．９ｍＭ）のサッカリンナトリウム、および３０ｇ／Ｌ（０．２８Ｍ）のＮａＨ2ＰＯ2・Ｈ2Ｏを含む電気めっき組成物を調製した。３つの異なる量のこの電気めっき組成物のｐＨは、１０％のＨＣｌ溶液で２．５、３、および４ｐＨに調節した。基板および電気めっきシステムは、上述の実施例１で説明した。堆積電流は１０ｍＡ／ｃｍ2に設定した。ＥＤＸおよびＶＳＭ分析を上述のように行なった。この分析の結果を以下の表３に示す。
【００３９】
【表３】
【００４０】
３ｐＨで形成された実施例３における特定のＣｏＮｉＰ層についてのＶＳＭ分析からの面外測定のグラフが、図２に示される。この分析の結果、膜の保磁力は２３７６エルステッド（Ｏｅ）であることがわかった。
【００４１】
実施例４
３ｐＨの電気めっき組成物について実施例３で与えられた条件を用いて、５０μｍの厚みを有するＭＥＭＳ構造を形成し、実施例３で説明したようなパターニングめっきを約７時間行なった。当該構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像が、図３Ａ（１００倍）および図３Ｂ（１５００倍）に示される。原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）を用いてＲＭＳ粗さを求め、これは約８ｎｍであることがわかった。
【００４２】
このように、ＣｏＮｉＰ膜の電着の実施形態が開示される。上述の実現例および他の実現例は、以下の請求項の範囲内にある。当業者であれば、本開示内容は開示されている以外の実施形態でも実践可能であることを認識するであろう。開示された実施形態は限定するためではなく例示のために提示され、本開示内容は以下の請求項によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００４３】
１１０ 基板、１０５ 基板ホルダ、１１５ めっき槽、１２０ 電気めっき組成物、１２５ 対電極、１３０ 電源。
【背景技術】
【０００１】
背景
ＣｏＮｉＰは、比較的高い垂直保磁力およびＢＨ積を有するコバルト系硬質磁性材料である。このためＣｏＮｉＰは、たとえばメムス（microelectromechanical systems：ＭＥＭＳ）用途を含む多数の用途に有用である。良好な磁気特性を有する薄い（〜１０ナノメートル）ＣｏＮｉＰ膜が文献で報告されているが、より厚い膜（〜５０マイクロメートル）は磁気特性が悪いことが報告されている。したがって、良好な磁気特性を有するより厚いＣｏＮｉＰ膜の製造方法が依然として必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
簡単な要約
基板上にＣｏＮｉＰを形成する方法であって、基板を電気めっき槽に入れるステップを含み、電気めっき槽には電気めっき組成物が入っており、電気めっき組成物は、ニッケル源と、コバルト源と、少なくとも約０．１Ｍのリン源とを含み、方法はさらに、基板に堆積電流を印加するステップを含み、基板に堆積電流を印加することによって、少なくとも約５００ナノメートルの厚みを有するＣｏＮｉＰ層が基板上に電着される、方法。
【０００３】
基板上にＣｏＮｉＰを形成する方法であって、基板を電気めっき槽に入れるステップを含み、電気めっき槽には電気めっき組成物が入っており、電気めっき組成物は約３〜４ｐＨを有し、ニッケル塩と、コバルト塩と、少なくとも約０．１５ＭのＮａＨ2ＰＯ2、ＫＨ2ＰＯ2、Ｃａ（Ｈ2ＰＯ2）2、Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ2）2、リン酸、またはそれらの組合せとを含み、方法はさらに、基板に少なくとも約８ｍＡ／ｃｍ2の堆積電流を印加するステップを含み、基板に堆積電流を印加することによって、ＣｏＮｉＰが少なくとも約５マイクロメートルの厚みで基板上に電着される、方法。
【０００４】
基板と、基板上の電着ＣｏＮｉＰ層とを含む物品であって、ＣｏＮｉＰは約２５μｍ〜約６５μｍの厚みを有し、ＣｏＮｉＰは少なくとも約０．２テスラの残留磁束を有する、物品。
【０００５】
これらおよびさまざまな他の特徴および利点が、以下の詳細な説明を読むことによって明らかになるであろう。
【０００６】
本開示内容は、添付の図面と関連して本開示内容のさまざまな実施形態の以下の詳細な説明を考慮すると、より完全に理解され得る。
【０００７】
図面は一定の縮尺で描かれているとは限らない。図中で用いられる同様の番号は同様の部品を指す。しかし、ある図面における部品を言及するための数字の使用は、同じ番号を付された別の図面における当該部品を限定することを意図していないことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明において利用され得る例示的な電着システムの概略図である。
【図２】実施例３で得られたＭ−Ｈヒステリシスを示すグラフである。
【図３Ａ】倍率１００倍の、実施例４で形成された物品の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【図３Ｂ】倍率１５００倍の、実施例４で形成された物品の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明
以下の説明では、この一部を形成し、かつ一例としていくつかの具体的な実施形態が示される添付の一連の図面を参照する。他の実施形態も考えられ、本開示内容の範囲または思想から逸脱することなく可能であることを理解すべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味に解釈されるべきではない。
【００１０】
特に断りのない限り、明細書および請求項中に用いられる特徴のサイズ、量、および物理的特性を表わすすべての数は、「約」という用語によってすべての場合において修正されることを理解すべきである。したがって、特に断りのない限り、上記明細書および添付の請求項中に記載の数値パラメータは、本発明に開示される教示内容を利用する当業者が得ようとする所望の特性に依存して変化し得る概算である。
【００１１】
端点による数値範囲の記載は、当該範囲内に包含されるすべての数（たとえば１〜５は１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、および５を含む）ならびに当該範囲内のいずれの範囲も含む。
【００１２】
本明細書および添付の請求項中に用いられるように、内容上明らかに他の意味を示す場合を除き、単数形″ａ″、″an″、および″the″は、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。本明細書および添付の請求項中に用いられるように、内容上明らかに他の意味を示す場合を除き、「または」という用語は一般に、「および／または」を含む意味で用いられる。
【００１３】
「含む」、「含んで」、または同様の用語は、包含するが限定されないこと、すなわち包むが排他的でないことを意味する。
【００１４】
本発明では、基板上にＣｏＮｉＰを形成する方法、および特定の特性を有するＣｏＮｉＰを含む基板が開示される。ＣｏＮｉＰは、層、膜、堆積物、または他の同様の構造として特徴付けられ得る。開示される方法は、電着法である。電着法は、電気エネルギーおよび電位勾配を用いて、基板の導電性部分上にカチオンを堆積する。方法は、基板を電気めっき槽に入れるステップと、基板に堆積電流を印加するステップとを含み得る。
【００１５】
図１は、本発明において利用され得る例示的なシステムの概略図である。このシステムは、任意の基板ホルダ１０５内の基板１１０を示す。基板１１０は電源１３０に電気的に接続され得、電源１３０は対電極１２５に電気的に接続され得る。基板１１０は（対電極１２５とともに）、電気めっき組成物１２０で充填され得るめっき槽１１５内に取出し可能に配置され得る。図１に示されるようなシステムは、電気めっきに利用され得るより大きなシステムに任意に含まれ得る。そのようなより大きなシステムの例は、ＳＥＭＩＴＯＯＬ（登録商標）ＣＦＤ（登録商標）めっき工具（アプライド マテリアルズ、カリフォルニア州サンタクララ市）を含む。電源１３０から基板１１０に電流を印加することによって、電気めっき組成物１２０から基板１１０上に材料を堆積させることができる。
【００１６】
本発明において利用され得る基板は、その上にＣｏＮｉＰ層を形成することが望まれるすべてのものを含み得る。基板は導電性であってもよし、導電性部分を有してもよいし、または導電性構造（材料の層またはその他）が形成されていてもよい。実施形態では、基板は非導電性であってもよく、導電性層が形成されていてもよい。導電性層は、基板のある部分に印加された電流を、ＣｏＮｉＰ層を電着すべき場所に通すように機能し得る。導電性層は、シード層とも称され得る。シード層は、たとえばスパッタ堆積を含むさまざまな堆積技術を用いて堆積され得る。実施形態では、シード層は、たとえば銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）合金、またはコバルトニッケル鉄（ＣｏＮｉＦｅ）合金を含み得る。実施形態では、シード層は、たとえばＮｉＦｅ（８０：２０）、ＮｉＦｅ（４５：５５）、およびＣｏＦｅ（６５：３５）を含む合金を含み得る。実施形態では、シード層はＣｕを含み得る。基板はさらに、任意の接着層を含み得る。接着層は、ＣｏＮｉＰ材料の基板への接着を促進するように機能し得る。接着層は、シード層上に（またはシード層が存在しない場合は基板上に）形成され得る。接着層は、たとえばスパッタ堆積を含むさまざまな堆積技術を用いて堆積され得る。実施形態では、接着層は、たとえばタンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル化合物、およびチタン化合物を含み得る。実施形態では、接着層は、たとえば窒化タンタル（ＴａＮ）および窒化チタン（ＴｉＮ）を含み得る。実施形態では、接着層はＴａを含み得る。
【００１７】
基板はさらに、任意にパターニングされ得る。パターニング基板によって、ＣｏＮｉＰが基板のいくつかの部分にのみ堆積される。パターニング基板は、導電性材料を基板上のどこに配置するかに基づいて形成され得る。パターニング基板は、基板の導電性表面のある部分を被覆することによっても形成され得る。導電性表面は、非導電性材料を用いて被覆され得る。実施形態では、導電性表面は、たとえば非導電性テープを用いて被覆され得る。
【００１８】
本発明において開示される方法は、電気めっき組成物が収容されるか入っている電気めっき槽に基板を入れるステップを含み得る。電気めっき組成物は、ニッケル源、コバルト源、およびリン源を含み得る。なお、電気めっき組成物は他の任意の成分も含み得る。電気めっき組成物は、たとえば脱イオン水などの水も含み得る。電気めっき組成物は、たとえばさまざまな成分を水（たとえば脱イオン水）に溶解することによって作ることができる。
【００１９】
実施形態では、電気めっき組成物はニッケル源を含み得る。ニッケル源は、水に溶解可能な１つ以上の無機またはニッケル化合物を含み得る。実施形態では、ニッケル源は、水に溶解可能な１つ以上の無機ニッケル化合物（たとえばニッケル塩）を含み得る。例示的なニッケル源は、たとえば塩化ニッケル（ＮｉＣｌ2またはＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）、臭化ニッケル（ＮｉＢｒ2）、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ4）、スルファミン酸ニッケル（Ｎｉ（ＳＯ3ＮＨ2）・４Ｈ2Ｏ）、テトラフルオロホウ酸ニッケル（Ｎｉ（ＢＦ4）2）、およびそれらの組合せを含み得る。実施形態では、ＮｉＣｌ2が利用され得る。なお、無水物または水和物の形態の任意の無機化合物が利用され得る。電気めっき組成物は、さまざまな濃度のニッケル源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．０．０５モル（Ｍ）〜０．４Ｍのニッケル源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１Ｍ〜０．３Ｍのニッケル源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１５Ｍ〜０．２５Ｍのニッケル源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１８Ｍ〜０．２２Ｍのニッケル源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．２Ｍのニッケル源を含み得る。
【００２０】
実施形態では、電気めっき組成物はコバルト源を含み得る。コバルト源は、水に溶解可能な１つ以上の無機またはコバルト化合物を含み得る。実施形態では、コバルト源は、水に溶解可能な１つ以上の無機コバルト化合物（たとえばコバルト塩）を含み得る。例示的なコバルト源は、塩化コバルト（ＣｏＣｌ2またはＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）、臭化コバルト（ＣｏＢｒ2）、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ4）、およびそれらの組合せを含み得る。実施形態では、ＣｏＣｌ2が利用され得る。なお、無水物または水和物の形態の任意の無機化合物が利用され得る。電気めっき組成物は、さまざまな濃度のコバルト源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．０５Ｍ〜０．４Ｍのコバルト源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１Ｍ〜０．３Ｍのコバルト源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１５Ｍ〜０．２５Ｍのコバルト源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１８Ｍ〜０．２２Ｍのコバルト源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．２Ｍのコバルト源を含み得る。
【００２１】
実施形態では、電気めっき組成物は、同量のニッケル源およびコバルト源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．３Ｍ以内のニッケル源およびコバルト源の量を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．２Ｍ以内のニッケル源およびコバルト源の量を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．１Ｍ以内のニッケル源およびコバルト源の量を含み得る。
【００２２】
電気めっき組成物は、リン源も含む。リン源は、水に溶解可能な１つ以上の無機またはリン化合物を含み得る。実施形態では、リン源は、水に溶解可能な１つ以上の無機リン化合物を含み得る。例示的なリン源は、たとえばリン含有酸：リン含有酸（Ｈ3ＰＯ3）、リン酸（Ｈ3ＰＯ4）、次亜リン酸（Ｈ3ＰＯ2）；リン含有酸の塩：リン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ2ＰＯ4）、リン酸水素二ナトリウム（Ｎａ2ＨＰＯ4）、リン酸ナトリウム（Ｎａ3ＰＯ4）、リン酸二水素カルシウム（Ｃａ（Ｈ2ＰＯ4）、リン酸水素カルシウム（ＣａＨＰＯ4）、リン酸三カルシウム（Ｃａ3（ＰＯ4）2）、リン酸二水素カリウム（ＫＨ2ＰＯ4）、リン酸水素二カリウム（Ｋ2ＨＰＯ4）、リン酸カリウム（Ｋ3ＰＯ4）、リン酸二水素マグネシウム（Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ4）、リン酸水素マグネシウム（ＭｇＨＰＯ4）、リン酸三マグネシウム（Ｍｇ3（ＰＯ4）2）、リン酸ナトリウム（ＨＮａ2Ｏ3Ｐ）、次亜リン酸ナトリウム（ＮａＨ2ＰＯ2）、次亜リン酸カリウム（ＫＨ2ＰＯ2）、次亜リン酸カルシウム（Ｃａ（Ｈ2ＰＯ2）2）、次亜リン酸マグネシウム（Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ2）2）；およびそれらの組合せを含み得る。実施形態では、次亜リン酸ナトリウム（ＮａＨ2ＰＯ2）、次亜リン酸カリウム（ＫＨ2ＰＯ2）、次亜リン酸カルシウム（Ｃａ（Ｈ2ＰＯ2）2）、次亜リン酸マグネシウム（Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ2）2）が利用され得る。なお、無水物または水和物の形態の任意の無機化合物が利用され得る。
【００２３】
電気めっき組成物は、さまざまな濃度のリン源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、少なくとも０．１Ｍのリン源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、少なくとも０．１５Ｍのリン源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、少なくとも０．２Ｍのリン源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、少なくとも０．２５Ｍのリン源を含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、少なくとも０．２７Ｍのリン源を含み得る。
【００２４】
本発明において利用される電気めっき組成物は、他の任意の成分も含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）または塩化カリウム（ＫＣｌ）を含み得る。塩化ナトリウム、および塩化カリウムなどの他の同様の化合物は、電気めっき槽の導電率を増加させるように機能し得る。電気めっき組成物にＮａＣｌ（またはＫＣｌ）を含む実施形態では、それは少なくとも１つ０．３Ｍの濃度を有し得る。実施形態では、電気めっき組成物は、少なくとも０．５ＭのＮａＣｌまたはＫＣｌを含み得る。実施形態では、電気めっき組成物は、０．７ＭのＮａＣｌまたはＫＣｌを含み得る。電気めっき組成物はさらに、たとえばサッカリン、サッカリン塩、クマリン、チオ尿素、および硫酸ラウリルなどの添加物も含み得る。実施形態では、サッカリンが利用され得る。サッカリンは、電気めっき組成物中に用いられると、電機めっきシステム内の応力を緩和するように機能し得る。サッカリンを利用する実施形態では、それは少なくとも１ｍＭの濃度を有し得る。サッカリンを利用する実施形態では、それは少なくとも２ｍＭの濃度を有し得る。サッカリンを利用する実施形態では、それは５０ｍＭ未満の濃度を有し得る。サッカリンを利用する実施形態では、それは２０ｍＭ未満の濃度を有し得る。サッカリンを利用する実施形態では、それは１０ｍＭ未満の濃度を有し得る。サッカリンを利用する実施形態では、それは２ｍＭ〜８ｍＭの濃度を有し得る。本発明において利用される電気めっき組成物には、他の任意の化合物も含まれ得る。たとえば、ＣｏＮｉＰ層内に堆積されるリンの原子百分率を増加させるために他の添加物が添加され得る。
【００２５】
電気めっき組成物は、そのｐＨによっても特徴付けられ得る。実施形態では、電気めっき組成物は、２．５〜４ｐＨを有し得る。実施形態では、電気めっき組成物は、３〜４ｐＨを有し得る。実施形態では、電気めっき組成物は、３ｐＨを有し得る。
【００２６】
基板が電気めっき槽に入れられると、基板に堆積電流が印加され得る。図１に示されるように、基板は電源１３０に電気的に接続され得る。基板が電源および対電極にどのように接続されるかについての具体的な詳細は、利用する特定のシステムに少なくとも部分的に依存し得る。電源は、対電極に直流またはパルス電流を供給し得、電気めっき組成物中に溶解する金属イオンが基板上で減少し、基板上にめっきされ得る。堆積電流は、１平方センチメートル当たり少なくとも６ミリアンペア（ｍＡ／ｃｍ2）であり得る。実施形態では、堆積電流は少なくとも８ｍＡ／ｃｍ2であり得る。実施形態では、堆積電流は１０ｍＡ／ｃｍ2であり得る。
【００２７】
堆積電流の印加時間は、製造中のＣｏＮｉＰ層の所望の厚み、およびそれが堆積される基板の種類に少なくとも部分的に依存し得る。基板の一面を覆う（ＣｏＮｉＰで覆われない基板の導電性部分の部分がない）実施形態では、５０マイクロメートル（μｍ）のＣｏＮｉＰ層がたとえば約５時間で堆積され得る。基板の一面を覆う実施形態では、２５μｍのＣｏＮｉＰ層が約２．５時間で堆積され得る。基板の一面を覆う実施形態では、１０μｍのＣｏＮｉＰ層が約１時間で堆積され得る。基板をパターニングする（ＣｏＮｉＰで覆われない基板の導電性部分の部分があり、これは、導電性部分の部分をたとえば非導電性テープなどの非導電性材料で被覆することによって達成され得る）実施形態では、５０μｍのＣｏＮｉＰ層がたとえば約７時間で堆積され得る。基板をパターニングする実施形態では、２５μｍのＣｏＮｉＰ層が約３．５時間で堆積され得る。基板をパターニングする実施形態では、１０μｍのＣｏＮｉＰ層が約１．４時間で堆積され得る。
【００２８】
基板に堆積電流を印加することによって、基板上にＣｏＮｉＰ層を形成することができる。ＣｏＮｉＰ層はさまざまな厚みを有し得る。そのような膜は、所望の磁気特性を維持しつつ、以前に製造されたＣｏＮｉＰ層よりも厚い場合がある。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも５００ナノメートル（ｎｍ）の厚みを有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも１マイクロメートル（μｍ）の厚みを有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも５μｍの厚みを有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも２５μｍの厚みを有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも３５μｍの厚みを有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも５０μｍの厚みを有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、２５μｍ〜６５μｍの厚みを有し得る。
【００２９】
電着されたＣｏＮｉＰは磁性を有し得る。ＣｏＮｉＰ層の磁気特性は、残留磁束（Ｂｒ）によって定量化され得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも０．２テスラ（Ｔ）の残留磁束を有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも０．２３Ｔの残留磁束を有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも０．２５Ｔの残留磁束を有し得る。ＣｏＮｉＰ層の磁気特性は、磁気保磁力（Ｈc）によっても定量化され得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも１．５キロエルステッド（ＫＯｅ）の磁気保磁力を有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも２ＫＯｅの磁気保磁力を有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、少なくとも２．２ＫＯｅの磁気保磁力を有し得る。実施形態では、ＣｏＮｉＰ層は、２．４ＫＯｅの磁気保磁力を有し得る。
【００３０】
方法は、本発明に記載されない工程も含み得る。実施形態では、電着層を有する基板にはさらなる処理が施され得る。実施形態では、電着ＣｏＮｉＰ層には、ＣｏＮｉＰ表面を平坦化するために設計されたさらなる処理が施されなくてもよい。たとえば、電着ＣｏＮｉＰ層には、比較的平坦なＣｏＮｉＰ層を得るための化学機械平坦化（ＣＭＰ）が施されなくてもよい。これは、基板上にＣｏＮｉＰ層を形成するのに必要な処理工程が減るために有利であり得る。
【００３１】
本発明では、電着ＣｏＮｉＰ層が形成された上述のような基板を含む物品も開示される。ＣｏＮｉＰ層は、上述のような厚みを有し得る。ＣｏＮｉＰ層は、上述のような磁気特性を有し得る。本発明に開示される物品は、より大きな物品または装置の一部であり得る。実施形態では、上述のようなＣｏＮｉＰ層を含む物品は、ＭＥＭＳ装置において利用され得る。実施形態では、上述のようなＣｏＮｉＰ層を含む物品は、磁気スイッチとして利用され得る。
【００３２】
実施例
材料および方法
特に断りのない限り、すべての化学物質をアルドリッチ社から購入し、さらなる精製をせずに使用した。実施例におけるすべての部分、百分率、割合などは、特に断りのない限り重量による。
【００３３】
実施例１
一連の５μｍのＣｏＮｉＰ層を、異なる濃度のリン源を用いて堆積した。水性電気めっき組成物を、４７．５ｇ／ＬのＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏ（０．２Ｍ）、４９．０３ｇ／ＬのＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ（０．２Ｍ）、２４．７ｇ／ＬのＨ3ＢＯ3（０．４Ｍ）、４０．９ｇ／ＬのＮａＣｌ（０．７Ｍ）および０．８ｇ／Ｌ（３．９ｍＭ）のサッカリンナトリウムを用いて調製した。３つの異なる電気めっき組成物を、１２ｇ／Ｌ（０．１１Ｍ）、２０ｇ／Ｌ（０．１９Ｍ）および３１ｇ／Ｌ（０．２９Ｍ）のＮａＨ2ＰＯ2・Ｈ2Ｏを用いて製造した。
【００３４】
ＣｏＮｉＰ層を、２０００Åの銅シード層および５００Åのタンタル接着層を有する１５０ｍｍのシリコン（Ｓｉ）ウェハ上に堆積した。基板は、ＳＥＭＩＴＯＯＬ（登録商標）ＣＦＤめっき工具（アプライド マテリアルズ、カリフォルニア州サンタクララ市）の内部で構成した。１．６５Ａの堆積電流を約３０分間印加した。結果として得られた堆積物を、ＪＥＯＬ ＪＳＭ−６４６０ＬＶ（日本電子株式会社、東京）を用いたエネルギー分散形Ｘ線（ＥＤＸ）分析を用いて分析し、MicroMag ３９００（Princeton Measurement Corporation社、ニュージャージー州プリンストン市）を用いてＣｏ、Ｎｉ、およびＰおよび振動試料型磁力計（ＶＳＭ）分析の組成物を求め、残留磁束（Ｂｒ）を求めた。この分析の結果を以下の表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
実施例２
一連のＣｏＮｉＰ層を、異なる電着電流を用いて堆積した。４７．５ｇ／ＬのＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏ（０．２Ｍ）、４９．０３ｇ／ＬのＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ（０．２Ｍ）、２４．７ｇ／ＬのＨ3ＢＯ3（０．４Ｍ）、４０．９ｇ／ＬのＮａＣｌ（０．７Ｍ）、０．８ｇ／Ｌ（３．９ｍＭ）のサッカリンナトリウム、および３０ｇ／Ｌ（０．２８Ｍ）のＮａＨ2ＰＯ2・Ｈ2Ｏを含む電気めっき組成物を調製した。基板および電気めっきシステムは、上述の実施例１で説明した。堆積電流は、８、１０、１６、および２０ｍＡ／ｃｍ2に設定した。ＥＤＸおよびＶＳＭ分析を上述のように行なった。この分析の結果を以下の表２に示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】
実施例３
一連のＣｏＮｉＰ層を、異なるｐＨを有する電気めっき組成物を用いて堆積した。４７．５ｇ／ＬのＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏ（０．２Ｍ）、４９．０３ｇ／ＬのＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ（０．２Ｍ）、２４．７ｇ／ＬのＨ3ＢＯ3（０．４Ｍ）、４０．９ｇ／ＬのＮａＣｌ（０．７Ｍ）、０．８ｇ／Ｌ（３．９ｍＭ）のサッカリンナトリウム、および３０ｇ／Ｌ（０．２８Ｍ）のＮａＨ2ＰＯ2・Ｈ2Ｏを含む電気めっき組成物を調製した。３つの異なる量のこの電気めっき組成物のｐＨは、１０％のＨＣｌ溶液で２．５、３、および４ｐＨに調節した。基板および電気めっきシステムは、上述の実施例１で説明した。堆積電流は１０ｍＡ／ｃｍ2に設定した。ＥＤＸおよびＶＳＭ分析を上述のように行なった。この分析の結果を以下の表３に示す。
【００３９】
【表３】
【００４０】
３ｐＨで形成された実施例３における特定のＣｏＮｉＰ層についてのＶＳＭ分析からの面外測定のグラフが、図２に示される。この分析の結果、膜の保磁力は２３７６エルステッド（Ｏｅ）であることがわかった。
【００４１】
実施例４
３ｐＨの電気めっき組成物について実施例３で与えられた条件を用いて、５０μｍの厚みを有するＭＥＭＳ構造を形成し、実施例３で説明したようなパターニングめっきを約７時間行なった。当該構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像が、図３Ａ（１００倍）および図３Ｂ（１５００倍）に示される。原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）を用いてＲＭＳ粗さを求め、これは約８ｎｍであることがわかった。
【００４２】
このように、ＣｏＮｉＰ膜の電着の実施形態が開示される。上述の実現例および他の実現例は、以下の請求項の範囲内にある。当業者であれば、本開示内容は開示されている以外の実施形態でも実践可能であることを認識するであろう。開示された実施形態は限定するためではなく例示のために提示され、本開示内容は以下の請求項によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００４３】
１１０ 基板、１０５ 基板ホルダ、１１５ めっき槽、１２０ 電気めっき組成物、１２５ 対電極、１３０ 電源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にＣｏＮｉＰを形成する方法であって、
基板を電気めっき槽に入れるステップを備え、前記電気めっき槽には電気めっき組成物が入っており、前記電気めっき組成物は、
ニッケル源と、
コバルト源と、
少なくとも約０．１Ｍのリン源とを含み、前記方法はさらに、
前記基板に堆積電流を印加するステップを備え、
前記基板に前記堆積電流を印加することによって、少なくとも約５００ナノメートルの厚みを有するＣｏＮｉＰ層が前記基板上に電着される、方法。
【請求項２】
前記リン源は、リン含有酸から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リン源は、次亜リン酸ナトリウム（ＮａＨ2ＰＯ2）、次亜リン酸カリウム（ＫＨ2ＰＯ2）、次亜リン酸カルシウム（Ｃａ（Ｈ2ＰＯ2）2）、次亜リン酸マグネシウム（Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ2）2）、またはそれらの組合せから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記リン源は、少なくとも約０．２５Ｍの濃度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ニッケル源は、ＮｉＣｌ2、ＮｉＢｒ2、ＮｉＳＯ4、Ｎｉ（ＳＯ3ＮＨ2）・４Ｈ2Ｏ、Ｎｉ（ＢＦ4）2、およびそれらの組合せから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記コバルト源は、ＣｏＣｌ2、ＣｏＢｒ2、ＣｏＳＯ4、およびそれらの組合せから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記電気めっき槽は、少なくとも約０．５ＭのＮａＣｌをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記電気めっき槽は、少なくとも約１ｍＭのサッカリンをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記電気めっき槽は、約２０ｍＭ未満のサッカリン濃度を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記電気めっき槽は、約３ｐＨを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記堆積電流は、少なくとも約８ｍＡ／ｃｍ2である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記堆積電流は、約１０ｍＡ／ｃｍ2である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＣｏＮｉＰ膜は、少なくとも約１マイクロメートルの厚みを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＣｏＮｉＰ膜は、約５マイクロメートルの厚みを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
基板上にＣｏＮｉＰを形成する方法であって、
基板を電気めっき槽に入れるステップを備え、前記電気めっき槽には電気めっき組成物が入っており、前記電気めっき組成物は約３〜４ｐＨを有し、
ニッケル塩と、
コバルト塩と、
少なくとも約０．１５ＭのＮａＨ2ＰＯ2、ＫＨ2ＰＯ2、Ｃａ（Ｈ2ＰＯ2）2、Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ2）2、リン酸、またはそれらの組合せとを含み、前記方法はさらに、
前記基板に少なくとも約８ｍＡ／ｃｍ2の堆積電流を印加するステップを備え、
前記基板に前記堆積電流を印加することによって、ＣｏＮｉＰが少なくとも約５マイクロメートルの厚みで前記基板上に電着される、方法。
【請求項１６】
前記ニッケル塩は、約０．１〜０．３ＭのＮｉＣｌ2、ＮｉＢｒ2、およびそれらの組合せから選択され、前記コバルト塩は、約０．１Ｍ〜０．３ＭのＣｏＣｌ2、ＣｏＢｒ2、およびそれらの組合せから選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ＮａＨ2ＰＯ2、ＫＨ2ＰＯ2、Ｃａ（Ｈ2ＰＯ2）2、Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ2）2、またはリン酸は、少なくとも約０．２５Ｍで存在する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＣｏＮｉＰ層は少なくとも約２５μｍの厚みを有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
基板と、
前記基板上の電着ＣｏＮｉＰ層とを備える物品であって、前記ＣｏＮｉＰは約２５μｍ〜約６５μｍの厚みを有し、前記ＣｏＮｉＰは少なくとも約０．２テスラの残留磁束を有する、物品。
【請求項２０】
前記ＣｏＮｉＰは、少なくとも約３５μｍの厚みと、少なくとも約０．２５テスラの残留磁束とを有する、請求項１９に記載の物品。
【請求項１】
基板上にＣｏＮｉＰを形成する方法であって、
基板を電気めっき槽に入れるステップを備え、前記電気めっき槽には電気めっき組成物が入っており、前記電気めっき組成物は、
ニッケル源と、
コバルト源と、
少なくとも約０．１Ｍのリン源とを含み、前記方法はさらに、
前記基板に堆積電流を印加するステップを備え、
前記基板に前記堆積電流を印加することによって、少なくとも約５００ナノメートルの厚みを有するＣｏＮｉＰ層が前記基板上に電着される、方法。
【請求項２】
前記リン源は、リン含有酸から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リン源は、次亜リン酸ナトリウム（ＮａＨ2ＰＯ2）、次亜リン酸カリウム（ＫＨ2ＰＯ2）、次亜リン酸カルシウム（Ｃａ（Ｈ2ＰＯ2）2）、次亜リン酸マグネシウム（Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ2）2）、またはそれらの組合せから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記リン源は、少なくとも約０．２５Ｍの濃度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ニッケル源は、ＮｉＣｌ2、ＮｉＢｒ2、ＮｉＳＯ4、Ｎｉ（ＳＯ3ＮＨ2）・４Ｈ2Ｏ、Ｎｉ（ＢＦ4）2、およびそれらの組合せから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記コバルト源は、ＣｏＣｌ2、ＣｏＢｒ2、ＣｏＳＯ4、およびそれらの組合せから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記電気めっき槽は、少なくとも約０．５ＭのＮａＣｌをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記電気めっき槽は、少なくとも約１ｍＭのサッカリンをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記電気めっき槽は、約２０ｍＭ未満のサッカリン濃度を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記電気めっき槽は、約３ｐＨを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記堆積電流は、少なくとも約８ｍＡ／ｃｍ2である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記堆積電流は、約１０ｍＡ／ｃｍ2である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＣｏＮｉＰ膜は、少なくとも約１マイクロメートルの厚みを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＣｏＮｉＰ膜は、約５マイクロメートルの厚みを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
基板上にＣｏＮｉＰを形成する方法であって、
基板を電気めっき槽に入れるステップを備え、前記電気めっき槽には電気めっき組成物が入っており、前記電気めっき組成物は約３〜４ｐＨを有し、
ニッケル塩と、
コバルト塩と、
少なくとも約０．１５ＭのＮａＨ2ＰＯ2、ＫＨ2ＰＯ2、Ｃａ（Ｈ2ＰＯ2）2、Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ2）2、リン酸、またはそれらの組合せとを含み、前記方法はさらに、
前記基板に少なくとも約８ｍＡ／ｃｍ2の堆積電流を印加するステップを備え、
前記基板に前記堆積電流を印加することによって、ＣｏＮｉＰが少なくとも約５マイクロメートルの厚みで前記基板上に電着される、方法。
【請求項１６】
前記ニッケル塩は、約０．１〜０．３ＭのＮｉＣｌ2、ＮｉＢｒ2、およびそれらの組合せから選択され、前記コバルト塩は、約０．１Ｍ〜０．３ＭのＣｏＣｌ2、ＣｏＢｒ2、およびそれらの組合せから選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ＮａＨ2ＰＯ2、ＫＨ2ＰＯ2、Ｃａ（Ｈ2ＰＯ2）2、Ｍｇ（Ｈ2ＰＯ2）2、またはリン酸は、少なくとも約０．２５Ｍで存在する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＣｏＮｉＰ層は少なくとも約２５μｍの厚みを有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
基板と、
前記基板上の電着ＣｏＮｉＰ層とを備える物品であって、前記ＣｏＮｉＰは約２５μｍ〜約６５μｍの厚みを有し、前記ＣｏＮｉＰは少なくとも約０．２テスラの残留磁束を有する、物品。
【請求項２０】
前記ＣｏＮｉＰは、少なくとも約３５μｍの厚みと、少なくとも約０．２５テスラの残留磁束とを有する、請求項１９に記載の物品。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−７７３７９（Ｐ２０１２−７７３７９Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４７８９（Ｐ２０１１−１９４７８９）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（５００３７３７５８）シーゲイト テクノロジー エルエルシー (278)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（５００３７３７５８）シーゲイト テクノロジー エルエルシー (278)
【Ｆターム（参考）】
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