JPS5839792B2 - 高周波スパツタリング用酸化亜鉛系磁器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は高周波スパッタリングのターゲットに用いら
れる酸化亜鉛系磁器に関するものである。

酸化亜鉛の圧電結晶膜の製造方法としては、真空蒸着法
、気相反応法あるいはスパッタリング法などがある。

この中でスパッタリング法には直流２極型、直流３極型
および高周波スパッタリング法がある。

直流２極型はスパッタリング法の中でもつとも単純であ
るが、ターゲットとなる酸化亜鉛磁器の比抵抗を低くし
ないと、イオンに曝されるターゲットの表面には正電荷
が蓄積されるため、スパッタリングが効率よく行えず、
安定な放電が維持できなかったつまた比抵抗の低いター
ゲットを用（゛るため、得られた膜の比抵抗も低くなる
傾向がある。

これらの膜は誘電体緩和現象により高い周波数での利用
は可能であるが、低い周波数領域に至る広い範囲での利
用ができなかった。

また、このようなスパッタリング法では一般に雰囲気ガ
スとして、酸素などの活性ガスやアルゴンなどの不活性
ガス、またはそれらを混合して用いている。

結晶膜の比抵抗を高くする方法として、雰囲気ガス中の
酸素量を増す方法があるが、この場合結晶膜の成長速度
が遅くなるという欠点があった。

これに対し、高周波スパッタリング法はターゲットに低
抵抗のものでも高抵抗のものでも用いることができると
いう利点があるが、結晶膜を工業的に量産するには膜の
成長速度を上げなければならない。

そのためにはターゲットとして高密度のものが要求され
る。

つまり、密度が高ければターゲットの単位面積当たりに
印加するパワー（パワー密度）を高くすることができ、
膜の成長速度が上がるからである。

さらに、上記したように酸化亜鉛の圧電結晶膜を低周波
領域から高周波領域まで広い範囲で利用しようとすれば
結晶膜の比抵抗を上げる必要があり、ターゲットとして
は高抵抗のものが要求される。

従来はターゲットに高純度の酸化亜鉛の磁器を用いてい
たが、焼成前の成型品を１３００℃以上の高温で焼成す
ると、焼結密度は理論密度の９０％以上になるが、比抵
抗は低くなり、高周波スパッタリング用のターゲットと
しては不適当である。

逆に１３００℃未満で焼成すると比抵抗は高くなるが、
焼結密度は理論密度の８０％に満たず、これもターゲッ
トとして不適当で、いずれの場合も高純度の酸化亜鉛磁
器では高抵抗で高密度のものは得られなかった。

たとえば、低密度のターゲット（焼結密度／埋論密度Ｘ
１００＜９０％）で高周波スパッタリングを行った場
合、得られた圧電結晶膜の表面は凹凸となる。

これは酸化亜鉛クラスターが不均一に塊状になって飛ん
だことによるものと推察される。

上記したような問題を種々検討した結果、酸化亜鉛にバ
ナジウムと銅またはマンガンのうち一種以上を含有させ
て得た磁器は比抵抗が高く、高密度でしかも磁器全体に
わたって密度分布差が少ないターゲットが得られること
を見い出したのである。

以下にこの発明を実施例に従って詳述する。

実施例 原料としてＺｎＯ，Ｖ２０ｒ、Ｃｕｂ、ＭｎＣＯ３の各
粉末を用い、第１表に示す比率の磁器が得られるように
調合して湿式、混合した。

これらを脱水しオたのち６００〜８００℃で２時間仮焼
を行なった。

次に有機バインダとともに湿式ミルで粉砕、混合し、さ
らに脱水、乾燥したのち整粒した。

こののち粉末を１０００ ｋｇ／ｃｒｒｔの圧力で加圧
し、直径１００ｍｍ、厚み５關の円板に底型した。

さらに成型円板を１２００℃で２時間焼成して、バナジ
ウムと少なくとも一種以上の銅またはマンガンを含むタ
ーゲット試料を作成した。

なお、参考例）である試料番号１〜４については第１表
に示す焼成条件で試料を作成した。

得られたターゲットの比抵抗、理論密度に対する焼結密
度の百分率（焼結密度／理論密度×１００）を測定した
ところ、第１表に示すような結果が得られた。

ここで酸化亜鉛の理論密度は５、６７ ？ ／ｃ４とし
た。

次にターゲットの密度分布を調べるため、第１図のよう
にターゲットの中心から０．１０．２０．３０．４０ｍ
ｍ間隔に一辺約１０１０Ｘ１０、厚さ３〜４朋の正方形
板を切り出した。

切り出した磁器の両面および周囲を研磨し、表面上に薄
いワックス層を付着させ、焼結密度の測定試料とした。

密度の測定はへキサクロール１．３−ブタジェン（２０
°Ｃでの密度１．６８２ ’ｉｔ／ｃｖｉ’）を浸漬液
としてアルキメデス法により行った。

第２表は各測定位置での焼結密度およびその標準偏差（
σ）を示したものである。

第２表からこの発明によるものは焼結磁器の各位置にお
ける密度バラツキ、すなわちσが大幅に改善されている
ことがわかる。

次に上記したターゲットを用いて高周波スパッタリング
法により酸化亜鉛の圧電結晶膜を作成した。

第２図は高周波スパッタリング法のうち高周波２極スパ
ツタリング法を実施するための装置を示す。

１は気密容器（ベルジャ）を示し、この気密容器１には
一対の平行平板状の陰極２と陽極３が配置されている。

陰極２の上には上記した各ターゲット試料４が固定され
る。

５はシャッタである。陽極３には被着物となるガラス、
金属などの基板６が固定され、この基板６はスパッタリ
ング中で２００〜５００℃の範囲で加熱される。

７は排気孔、８はガス導入口である。

高周波スパッタリングをするには、気密容器１を密封し
たのち排気孔７からＩ Ｘ １０ ’ ｔｏｒｒ以上
の真空度になるように排気する。

次にガス導入口８からアルゴン、酸素あるいは酸素とア
ルゴンの混合ガスを導入し、ガス圧が１×１０−１１×
１０〜”ｔｏｒｒになるようにする。

陰極２には高周波電源９により高周波電圧を印加する。

ターゲット試料４には単位面積当たり２〜１０Ｗ／ｃｍ
の高周波電力を供給する。

酸化亜鉛の圧電結晶膜は実際に次のスパッタリング条件
により行った。

混合ガス比；アルゴン：酸素−９０容量％：１０容量％
： 圧力；２Ｘ１０ ’ｔｏｒｒ 高周波電源の周波数； １３．５６ ＭＥ（Ｚ高周波電
源の電カニ ６Ｗ／ｃｒＡ 被着面のガラス基板温度；３５０℃ 上記した条件によりスパッタリングを行い、圧電結晶膜
の膜質を調べたところ第１表に示すような結果であった
。

第１表からバナジウムと少なくとも１種以上の銅または
マンガンを含有させることにより膜質の良好な圧電結晶
膜が得られている。

さらに、各ターゲット試料に印加できる最大入力電力と
焼結密度の関係を測定したところ第３図のような結果を
示した。

なおターゲット試料は２０個の平均値で、そのバラツキ
も第３図に示した。

第３図からこの発明によるものは従来のものにくらべ最
大入力電力が２倍以上となり、結晶膜の形成速度を２倍
以上にすることができ、量産性を高めることができると
いう効果を有する。

なお、この発明において酸化亜鉛にバナジウムを含有さ
せる範囲は０．０１〜２０．０原子％の範囲にあればよ
い。

つまり、バナジウムが０．０１原子％に満たなければ焼
結密度、比抵抗は大きくならず、２０原子％を越えると
磁器粒子（グレイン）が大きく成長し、かえって低密度
、低抵抗のものになってしまう。

また銅またはマンガンはいずれも０．０１〜２０．０原
子％の範囲にあればよい。

０．０１原子％未満では比抵抗が上がらず、２０．０原
子％を越えると配向性が悪くなる。

またバナジウム、マンガン、銅は上記したほか、金属あ
るいは酸化物などの化合物を添加物として用いても同様
の効果が得られる。

たとえばバナジウムの化合物には塩化バナジル、ジスル
ファトバナジウム酸塩、メタバナジウム酸アンモニウム
などがある。

またマンガンにはリン酸マンガン、リン化マンガン、硫
化マンガンナトがある。

さらに銅にはリン化銅、硫化銅、セレン化銅、テルル化
銅などがある。

以上のようにこの発明によれば、従来のターゲットにく
らべ焼結密度が高く、その密度のバラツキが１枚のター
ゲット内で小さなものが得られる。

また最大入力電力の大きなものが得られ、しかも結晶膜
の品質の良いものが量産性よく得られるという効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はターゲット試料から焼結密度を測定するための
試料を切り出すための説明図、第２図は高周波２極スパ
ツタリング装置、第３図はターゲット試料に印加できる
最大入力電力と焼結密度の関係を示す図である。 １−気密容器、２−陰極、３−陽極、４−ターゲット、
６−基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高周波スパッタリングに用いるターゲットとして、
   酸化亜鉛にバナジウムと、銅またはマンガンのうち一種
   以上を含有させたことを特徴とする高周波スパッタリン
   グ用酸化亜鉛系磁器。