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JPS5839794B2 - Zinc oxide porcelain for high frequency sputtering - Google Patents
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JPS5839794B2 - Zinc oxide porcelain for high frequency sputtering - Google Patents

Zinc oxide porcelain for high frequency sputtering

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Publication number
JPS5839794B2
JPS5839794B2 JP52056861A JP5686177A JPS5839794B2 JP S5839794 B2 JPS5839794 B2 JP S5839794B2 JP 52056861 A JP52056861 A JP 52056861A JP 5686177 A JP5686177 A JP 5686177A JP S5839794 B2 JPS5839794 B2 JP S5839794B2
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JP
Japan
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density
zinc oxide
target
high frequency
sputtering
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JP52056861A
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敏夫 小川
浩司 西山
翼 増尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to zinc oxide ceramic used as a target for high frequency sputtering.

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。
Methods for producing piezoelectric crystal films of zinc oxide include vacuum evaporation, gas phase reaction, and sputtering.

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。
Among these sputtering methods, there are two types of sputtering methods: a DC two-pole type, a DC three-pole type, and a high-frequency sputtering method.

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。
The DC bipolar type is one of the simplest sputtering methods, but unless the specific resistance of the zinc oxide porcelain target is lowered, positive charges will accumulate on the surface of the target exposed to ions, resulting in poor sputtering. I can't do it efficiently,
Stable discharge could not be maintained.

また、比抵抗の低いターゲットな用いるため、得られた
膜の比抵抗も低くなる傾向がある。
Furthermore, since a target with a low specific resistance is used, the specific resistance of the obtained film also tends to be low.

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。
Although these films can be used at high frequencies due to the dielectric relaxation phenomenon, they have not been able to be used over a wide range of low frequencies.

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。
Further, in such a sputtering method, an active gas such as oxygen, an inert gas such as argon, or a mixture thereof is generally used as the atmospheric gas.

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。
One method of increasing the specific resistance of a crystal film is to increase the amount of oxygen in the atmospheric gas, but this method has the drawback of slowing down the growth rate of the crystal film.

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。
In contrast, the high-frequency sputtering method has the advantage of being able to use targets with either low or high resistance, but in order to industrially mass-produce crystalline films, it is necessary to increase the growth rate of the film. .

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。
For this purpose, a high-density target is required.

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。
In other words, if the density is high, the power applied per unit area of the target (power density) can be increased.
This is because the growth rate of the film increases.

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。
Furthermore, as mentioned above, if a piezoelectric crystal film of zinc oxide is to be used in a wide range from low frequency range to high frequency range, it is necessary to increase the specific resistance of the crystal film, and a high resistance target is required. .

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。
Conventionally, high-purity zinc oxide porcelain was used as a target, but when the pre-fired molded product is fired at a high temperature of 1300℃ or higher, the sintered density becomes over 90% of the theoretical density, but the resistivity is low. Therefore, it is unsuitable as a target for high frequency sputtering.

逆に1300℃未満で焼成すると比抵抗は高くなるが、
焼成密度は理論密度の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。
On the other hand, when fired at less than 1300℃, the specific resistance increases, but
The firing density was less than 80% of the theoretical density, which was also unsuitable as a target, and in all cases, high resistance and high density could not be obtained with high purity zinc oxide porcelain.

たとえば、低密度のターゲット(焼結密度/理論密度X
100<90%)で高周波スパツ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。
For example, a low density target (sintered density/theoretical density
100<90%), the surface of the obtained piezoelectric crystal film becomes uneven.

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。
This is presumably due to the fact that the zinc oxide clusters were dispersed unevenly.

上記したような問題を種々検討した結果、酸化亜鉛にリ
ン酸リチウム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。
As a result of various studies on the above-mentioned problems, we discovered that porcelain obtained by adding lithium phosphate to zinc oxide has a high resistivity, high density, and a target with little difference in density distribution throughout the porcelain. It is.

以下この発明を実施例に従って詳述する。This invention will be described in detail below according to examples.

実施例 原料としてZnO,Li3PO4、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。
Examples Using powders of ZnO and Li3PO4 as raw materials, they were mixed to obtain porcelain with the ratio shown in Table 1, and wet-processed.
Mixed.

これらを脱水したのち600〜800℃で2時間仮焼を
行った。
After dehydrating these, they were calcined at 600 to 800°C for 2 hours.

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。
Next, it was ground and mixed with an organic binder in a wet mill, further dehydrated, dried, and then sized.

こののち粉末を1000 kg/cmの圧力で加圧し、
直径100++m。
After this, the powder was pressurized at a pressure of 1000 kg/cm,
Diameter 100++m.

厚み5闘の円板に成型した。It was molded into a disc with a thickness of 5 cm.

さらに成型円板を1200℃で2時間焼成して、リン酸
リチウムを含むターゲット試料を作成した。
Furthermore, the molded disk was fired at 1200° C. for 2 hours to create a target sample containing lithium phosphate.

なお、第1表中目ト参考例である試料番号1.2の焼成
温度は1250℃である。
Incidentally, the firing temperature of Sample No. 1.2, which is a reference example in Table 1, is 1250°C.

得られたターゲットの比抵抗、理論密度に対する焼成密
度の百分率(焼成密度/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。
When the specific resistance of the obtained target and the percentage of the fired density to the theoretical density (fired density/theoretical density x 100) were measured, the results shown in Table 1 were obtained.

ここで酸化亜鉛の理論密度は5、67 ?/−とした。Here, the theoretical density of zinc oxide is 5.67? /-.

第1表中、試料番号1.2はリン酸リチウムを添加して
いない従来のものであり、それ以外はこの発明にかかる
ものである。
In Table 1, sample number 1.2 is a conventional sample in which lithium phosphate is not added, and the others are samples according to the present invention.

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0110.20゜301.40
間間隔に一辺約10×10闘、厚さ3〜4間の正方形板
を切り出した。
Next, in order to investigate the density distribution of the target, as shown in Figure 1, from the center of the target
Square plates were cut out at intervals of about 10 x 10 squares on each side and 3 to 4 inches thick.

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。
Both sides and the surrounding area of the cut porcelain were polished, a thin wax layer was attached on the surface, and the sample was used as a measurement sample for sintered density.

密度の測定はへキサクロール−1・3−ブタジェン(2
0℃での密度1.682 ff/crit )を浸漬液
としてアルキメデス法により行った。
The density was measured using hexachlor-1,3-butadiene (2
The process was carried out by the Archimedes method using the immersion liquid having a density of 1.682 ff/crit at 0°C.

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。
Table 2 shows the sintered density at each measurement position and its standard deviation (
σ).

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。
From Table 2, it can be seen that the density variation at each position of the sintered porcelain, that is, σ, is significantly improved in the case of the present invention.

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。
Next, a piezoelectric crystal film of zinc oxide was created by high-frequency sputtering using the target described above.

第2図は高周波スパック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。
FIG. 2 shows an apparatus for implementing a high frequency two-pole sputtering method among the high frequency sputtering methods.

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。
Reference numeral 1 denotes an airtight container (bell jar), and a pair of parallel plate-shaped cathode 2 and anode 3 are arranged in this airtight container 1.

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。
Each target sample 4 described above is fixed on the cathode 2 .

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。
5 is a shutter. The anode 3 has glass as a deposit,
A substrate 6 made of metal or the like is fixed, and this substrate 6 is heated in the range of 200 to 500° C. during sputtering.

7は排気孔、8はガス導入口である。7 is an exhaust hole, and 8 is a gas inlet.

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lXl0−6ton−以上の真空度
になるように排気する。
To carry out high-frequency sputtering, the airtight container 1 is sealed and then evacuated from the exhaust hole 7 to a degree of vacuum of 1X10-6 ton- or more.

次にガス導入口8からアルゴン、酸素あボいは酸素とア
ルゴンの混合ガスを導入し、ガス圧がI X 10−’
〜lXl0”torrになるようにする。
Next, argon, oxygen or a mixed gas of oxygen and argon is introduced from the gas inlet 8 until the gas pressure reaches I x 10-'
~lXl0”torr.

陰極2には高周波電源9により高周波電圧を印加する。A high frequency voltage is applied to the cathode 2 by a high frequency power source 9.

ターゲット試料4には単位面積当たり2〜10W/cr
Aの高周波電力を供給する。
2 to 10 W/cr per unit area for target sample 4
A high frequency power is supplied.

酸化亜鉛の圧力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。
A zinc oxide pressure crystal film was actually created under the following sputtering conditions.

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; 13.56 MHz高周波電源
の電力;6W/c這 被着面のガラス基板温度;350°C 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
Mixed gas ratio: Argon: Oxygen - 90% by volume: 10% by volume Pressure: 2X10-3torr Frequency of high frequency power supply: 13.56 MHz Power of high frequency power supply: 6W/c Temperature of glass substrate on adhesion surface: 350°C Above Sputtering was carried out under these conditions, and the film quality of the piezoelectric crystal film was examined, with the results shown in Table 1.

第1表からリン酸リチウム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。
From Table 1, piezoelectric crystal films with good film quality were obtained by containing lithium phosphate.

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。
Furthermore, when the relationship between the maximum input power that can be applied to each target sample and the sintered density was measured, the results shown in FIG. 3 were obtained.

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。
The average value of 20 target samples is shown in FIG. 3, and the variation thereof is also shown in FIG.

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。
As can be seen from FIG. 3, the device according to the present invention has the effect that the maximum input power is more than twice that of the conventional device, the crystal film formation speed can be more than doubled, and mass productivity can be improved.

なお、この発明において酸化亜鉛にリン酸リチウムを含
有させる範囲はリチウムの原子%に換算して0.01〜
20.0原子%であればよい。
In addition, in this invention, the range in which lithium phosphate is contained in zinc oxide is 0.01 to 0.01 in terms of atomic percent of lithium.
It is sufficient if it is 20.0 atomic %.

つまり、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)が太き(成長し、かえって低密度、低抵抗
のものになってしまう。
In other words, if it is less than 0.01 atom%, the sintered density and resistivity will not increase, and if it exceeds 20.0 atom%, the porcelain grains will become thicker (grow), resulting in lower density and lower resistance. Become.

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。
As described above, according to the present invention, the sintered density is lower than that of conventional targets, and the variation in density is reduced by 1 at high densities.
You can get something small within the target.

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。
Further, it has the effect that a large maximum input power can be obtained, and a crystal film of good quality can be obtained with good mass production.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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。
Figure 1 is an explanatory diagram for cutting out a sample for measuring sintered density from a target sample, Figure 2 is a high-frequency two-pole sputtering device, and Figure 3 is an illustration of the maximum input power that can be applied to the target sample and the sintered density. It is a figure showing a relationship. 1... Airtight container, 2... Cathode, 3...
...Anode, 4...Target, 6...
··substrate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 高周波スパッタリングに用いるターゲットとして、
酸化亜鉛にリン酸リチウム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。
1. As a target for high frequency sputtering,
Zinc oxide-based porcelain for high-frequency sputtering, characterized by containing lithium phosphate in zinc oxide.
JP52056861A 1977-05-16 1977-05-16 Zinc oxide porcelain for high frequency sputtering Expired JPS5839794B2 (en)

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JPS53141311A JPS53141311A (en) 1978-12-09
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JPS6011562U (en) * 1983-06-30 1985-01-26 児玉化学工業株式会社 Video deck and video camera connection device

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