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JPS605236B2 - Zinc oxide porcelain for high frequency sputtering - Google Patents
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JPS605236B2 - Zinc oxide porcelain for high frequency sputtering - Google Patents

Zinc oxide porcelain for high frequency sputtering

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JPS605236B2
JPS605236B2 JP52067697A JP6769777A JPS605236B2 JP S605236 B2 JPS605236 B2 JP S605236B2 JP 52067697 A JP52067697 A JP 52067697A JP 6769777 A JP6769777 A JP 6769777A JP S605236 B2 JPS605236 B2 JP S605236B2
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JP
Japan
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density
target
zinc oxide
high frequency
glass
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敏夫 小川
浩司 西山
翼 増尾
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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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。直流2極型はス
パッタリング法の中でもっとも単純であるが、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。
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. The DC bipolar type is the simplest of the sputtering methods, but unless the resistivity of the zinc oxide porcelain target is low, positive charges will accumulate on the surface of the target exposed to ions, resulting in poor sputtering. This could not be done efficiently and stable discharge could not be maintained.

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。
Furthermore, since a target with low specific resistance is used, the specific resistance of the obtained film also tends to be low. 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.
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。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。
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. On the other hand, the high-frequency sputtering method has the advantage that it can be used with both low-resistance and high-resistance targets.
In order to industrially mass-produce crystalline films, the growth rate of the film must be increased.

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。
For this purpose, a high-density target is required. In other words, if the density is high, the power applied per unit area of the target (power density) can be increased, and the growth rate of the film increases. 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、焼成密度は理論密度の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 the target, but when the pre-fired molded product is fired at a high temperature of 1300℃ or higher, the fired density becomes over 90% of the theoretical density, but the specific resistance becomes low. , it is unsuitable as a target for high frequency sputtering.

逆に1300qo未満で焼成すると比抵抗は高くなるが
、焼績密度は理論密度の30%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つた。たと
えば、低密度のターゲット(焼縞密度/理論密度×10
0<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。
On the other hand, if fired at less than 1300 qo, the specific resistance will be high, but the fired density will be less than 30% of the theoretical density, which is also unsuitable as a target. No density was obtained. For example, a low-density target (burning stripe density/theoretical density x 10
0<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魂状になって飛ん
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、酸化亜鉛にガラスを含有させて得た
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
し、出したのである。ここでターゲット中に含有させる
ガラスは「ガラスハンドブック」(作花済夫・境野照雄
・高橋克明編集一朝倉書店、1973王9月30日発行
)にも紹介されているように、Si02、B2Qなどの
単一成分、Li20−&03、Na20−Si02など
の二成分系、Na20一氏○−Sj02、K20−Ca
○‐Sj02、Li20−K20−Ca○−Si02、
Na20−K20−Ca○−区03−Si02など三成
分系以上の多成分系のものがある。
This is presumed to be due to the zinc oxide clusters flying unevenly in the form of souls. As a result of various studies on the above-mentioned problems, we found that porcelain obtained by incorporating glass into zinc oxide can provide a target with high resistivity, high density, and little difference in density distribution throughout the porcelain. I put it out. The glass to be contained in the target here is Si02, B2Q, etc., as introduced in the "Glass Handbook" (edited by Masao Sakka, Teruo Sakaino, and Katsuaki Takahashi, published by Ichi Asakura Shoten, September 30, 1973). single component, two-component systems such as Li20-&03, Na20-Si02, Na20-Sj02, K20-Ca
○-Sj02, Li20-K20-Ca○-Si02,
There are multi-component systems such as Na20-K20-Ca○-ku03-Si02.

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

実施例 原料であるZn○粉末を600〜80000で2時間仮
焼した後、ガラス粉末を第1表に示す比率の磁器が得ら
れるように調合して同時に有機/ゞィンダとともに緑式
ミルで粉砕混合した。
After calcining Zn○ powder, which is the raw material for the example, at 600 to 80,000 for 2 hours, glass powder was mixed to obtain porcelain in the ratio shown in Table 1, and at the same time, it was ground together with organic/winder in a green mill. Mixed.

ここで使用したガラス粉末は振動ミルにて40肌esh
前後に粉砕したものを使用した。次に脱水、乾燥したの
ち整粒した。こののち粉末を1000k9/鮒の圧力で
加圧し、直径10仇舷、厚さ5肌の円板に成型した。さ
らに成型円板を900〜1200qoで2時間焼成して
、ガラスを含むターゲット試料を作成した。なお、第1
表中参考例である試料番号1の焼成温度は1250qo
である。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(凝結密度/理論密度xloo)を
測定したところ、第1表に示すような結果が得られた。
The glass powder used here was processed into a vibrating mill for 40 degrees of esh.
I used the one that was crushed before and after. Next, it was dehydrated, dried, and then sized. Thereafter, the powder was pressed at a pressure of 1000 k9/carp and molded into a disc with a diameter of 10 m and a thickness of 5 skin. Furthermore, the molded disk was fired at 900 to 1200 qo for 2 hours to create a target sample containing glass. In addition, the first
The firing temperature of sample number 1, which is a reference example in the table, is 1250qo
It is. When the resistivity of the obtained target and the percentage of the fired density with respect to the theoretical density (agglomerated density/theoretical density xlooo) 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タ′のとした。第
1表中、試料番号1はガラス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。略 妹 」 雌 中や ふビ A塁 奉遷 ‐Q ′、〇 め三 おき− 謡薫き 新≦さ 欄 ※・ 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肌
間隔に一辺約10×1仇舷、厚さ3〜4側の正方形板を
切り出した。
Here, the theoretical density of zinc oxide was assumed to be 5.67 ta'. In Table 1, sample number 1 is a conventional sample without glass added, and the others are samples according to the present invention. "Abbreviated younger sister" Mechuyafubi A-kei Houki-Q', 〇Mesan-Oki- Utakauki Shin≦Sa column※・Next, in order to examine the density distribution of the target, start from the center of the target as shown in Figure 1. Square plates were cut out at 0, 10, 20, 30, and 40 skin intervals, approximately 10 x 1 side, and 3 to 4 sides 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。
密度の測定はへキサクロールー1・3−ブタジヱン(2
0qoでの密度1.682多′塊)を浸簿液としアルキ
メデス法により行った。
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.
The density was measured using hexachloro-1,3-butadiene (2
The process was carried out by the Archimedes method using a 1.682-mass block (density 1.682 at 0qo) as the immersion liquid.

第2表は各測定位置での焼結密度およびその標準偏差(
り)を示したものである。第2表 ※ 参考例 第2表からこの発明によるものは焼結磁器の位置におけ
る密度バラッキ、すなわち。
Table 2 shows the sintered density at each measurement position and its standard deviation (
This figure shows the following. Table 2 *Reference Example From Table 2, the density variation in the position of the sintered porcelain according to this invention, that is.

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。
It can be seen that this has been significantly improved. Next, a piezoelectric crystal film of zinc oxide was created by high-frequency sputtering using the target described above.

第2図は高周波スパッタリング法のうち高周波2極スパ
ッ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 bipolar sputtering method among 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。5はシャツ夕である。
Each target sample 4 described above is fixed on the cathode 2 . 5 is a shirt evening.

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200〜50
0qoの範囲で加熱される。7は排気孔、8はガス導入
口である。
A substrate 6 of glass, metal, etc. to be deposited is fixed to the anode 3, and this substrate 6 is heated to a temperature of 200 to 500 nm during sputtering.
It is heated in the range of 0qo. 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1×10‐6ton以上の真空度に
なるように排気する。
To perform high frequency sputtering, the airtight container 1 is sealed and then evacuated from the exhaust hole 7 to a degree of vacuum of 1×10 −6 tons or more.

次にガス導入口からアルゴン、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1×10‐1〜1×
10‐3tom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〜lOW/洲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。
Next, introduce argon, oxygen, or a mixed gas of oxygen and argon from the gas inlet, and adjust the gas pressure to 1×10-1 to 1×.
Make it 10-3 tom. A high frequency voltage is applied to the cathode 2 by a high frequency power source 9. The target sample 4 is supplied with high frequency power of 2 to 1 OW/square per unit area. A piezoelectric crystal film of zinc oxide was actually created under the following sputtering conditions.

混合ガス比;アルゴン:酸素=9の容量%:1彼容量%
圧 力:2×10‐父orr高周波電源の周波数;13
.捌け比 高周波電源の電力;6W/の 被着面のガラス基板温度;350oo 上記した条件によりスパッタリングを行い、圧電結晶膜
の膜質および密着性を調べたところ第1表に示すような
結果であった。
Mixed gas ratio; Argon: Oxygen = 9% by volume: 1% by volume
Pressure: 2×10 - frequency of high frequency power supply; 13
.. Sputtering was carried out under the above conditions, and the film quality and adhesion of the piezoelectric crystal film were examined. The results are shown in Table 1. .

第1表からガラスを含有させることにより膜質が良好で
しかも基板との密着性の良い圧電結晶膜を得ることがで
きる。基板と圧電結晶膜の密着性が良いのはガラス成分
があたかも接着剤のような働きをしているためと推察で
きる。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。
As shown in Table 1, by containing glass, a piezoelectric crystal film with good film quality and good adhesion to the substrate can be obtained. The reason for the good adhesion between the substrate and the piezoelectric crystal film is thought to be that the glass component acts like an adhesive. 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 were shown in FIG. 3.

なおターゲット試料は2の固の平均値で、そのバラッキ
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。
The target sample has an average value of 2, and its variation is also shown in Figure 3. 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.

上記した実施例で使用したガラス粉末は第1表に掲げた
ガラス化範囲にあるガラスを粉砕したものである。
The glass powder used in the above examples was obtained by pulverizing glass within the vitrification range listed in Table 1.

なお、この発明におし、認・酸化亜鉛にガラスを含有さ
せる範囲は0.01〜60.鮫重量%の範囲にあればよ
い。
In addition, in this invention, the range in which glass is contained in zinc oxide is 0.01 to 60. It is sufficient if it is within the shark weight % range.

つまり、ガラスが0.01重量%に満たなければ糠給密
度、比抵抗は大きくならず、60.の重量%を越えると
得られた膜の酉己向性が悪くなる。また、ガラス成分は
上記したガラスの粉砕物の他、調合時等にこれらガラス
成分組成になる様にそれぞれのガラス構成元素を添加し
ても同機の効果が得られることは容易に類推される。さ
らに、上記した実施例のほかに他のガラス成分を含有さ
せても同様な効果が得られる。さらにまた、ターゲット
試料の比抵抗を上げることのできるアルカリ金属なども
ガラス粉末として存在させることができるため、酸化亜
鉛磁器に容易に含有せしめることができる。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温
度が低く、高密度でその密度バラッキが1枚のターゲッ
ト内で小さなものが得られる。
In other words, if the glass content is less than 0.01% by weight, the bran feed density and specific resistance will not increase; If the amount exceeds 20% by weight, the resulting film will have poor autotropism. Furthermore, it is easily inferred that the same effect can be obtained even if the glass component is not only the above-mentioned crushed glass, but also the respective glass constituent elements can be added at the time of preparation etc. to achieve the composition of the glass component. Furthermore, similar effects can be obtained even if other glass components are included in addition to those in the above embodiments. Furthermore, since an alkali metal or the like that can increase the specific resistance of the target sample can be present as a glass powder, it can be easily incorporated into the zinc oxide porcelain. As described above, according to the present invention, a target can be obtained which has a lower sintering temperature than conventional targets, has a high density, and has small density variations within one 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
ッタリング装置、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。 鏡l図祭2図 第3図
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 bipolar 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. Kagami Izu Festival 2nd Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 高周波スパツタリングに用いるターゲツトとして、
酸化亜鉛にガラスを含有させたことを特徴とする高周波
スパツ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 glass in zinc oxide.
JP52067697A 1977-06-07 1977-06-07 Zinc oxide porcelain for high frequency sputtering Expired JPS605236B2 (en)

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