JPS5839793B2 - 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。

また比抵抗の低いターゲットを用いるため、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
成長速度を上げなげればならない。

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’Ｃ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／理論密度Ｘ
１００＜９０％）で高周波スパン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、酸化亜鉛にリ
ンと、マンガンまたは銅のうち１種あるいは２種を含有
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、Ｚｎ３ （ＰＯ４）２．４Ｈ２０、
ＭｎＣＯ３、ＣｕＯ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。

これらを脱水したのち６００〜８００℃で２時間仮焼を
行った。

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／ Ｃｒ７１．の圧力で
加圧し、直径１００關、厚み５■の円板に成型した。

さらに成型円板を１２００℃で２時間焼＊＊成して、リ
ンとマンガンまたは銅のうち１種あるいは２種を含むタ
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Ｘ１００）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５．６７Ｐ／ｃｆ？Ｌ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０．１０．２０．３０．４０關
間隔に一辺約１０Ｘ １０朋、厚さ３〜４關の正方形板
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（２
０°Ｃでの密度１．６８２ Ｐ／ｉ） ヲ浸漬液として
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ｌＸｌ０ ”〜
１Ｘ １０−３ｔ□ｒｒ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には単位面積当り２〜ＩＯＷ／ｃｒｒ
ｔ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
により作成した。

混合ガス比；アルゴン：酸素−９０容量％：１０容量％ 圧力；２Ｘ１０−３ｔｏｒｒ 高周波電源の周波数；１３．５６ＭＨｚ 高周波電源の電カニ６Ｗ／ｃポ 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表からリンと、マンガンまたは銅のうち１種あるい
は２種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リンと、マンガンま
たは銅のうち１種あるいは２種を含有させる範囲は、リ
ン０．０１〜２０．０原子％、マンガンまたは銅はいず
れも０．０１〜２０．０原子％の範囲にあればよい。

つまり、リンが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、２０．０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。

またマンガンまたは銅が０．０１原子％未満では比抵抗
が上がらず、２０．０原子％を越えると得られた結晶膜
の配向性が悪くなる。

また、リン、マンガンおよび銅は単体もしくは酸化物な
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。

またこの他に、たとえばリンと銅についてリンと銅の化
合物、たとえばＣｕ３Ｐ、Ｃｕ２Ｐ２Ｏ７、Ｃｕ３（Ｐ
Ｏ４）２・３Ｈ２０などとして含有させてもよい。

以上のようにこの発明によれば、従来のターゲットにく
らべ焼結密度が低く、高密度で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、
   酸化亜鉛にリンと、マンガンまたは銅のうち１種あるい
   は２種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。