JP2002252390A - 圧電部品の電極形成方法 - Google Patents
圧電部品の電極形成方法Info
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- JP2002252390A JP2002252390A JP2001051842A JP2001051842A JP2002252390A JP 2002252390 A JP2002252390 A JP 2002252390A JP 2001051842 A JP2001051842 A JP 2001051842A JP 2001051842 A JP2001051842 A JP 2001051842A JP 2002252390 A JP2002252390 A JP 2002252390A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】膜応力が小さい電極膜を効率よく形成できる圧
電部品の電極形成方法を提供する。 【解決手段】圧電セラミックスよりなる圧電部品に電極
をスパッタリング法により形成する方法において、Ｎｉ
−Ｃｒ合金をターゲット材料とし、スパッタガスにＡｒ
ガスを使用し、スパッタガス圧を０．２〜０．５Ｐａの
範囲に設定してスパッタリングを行う。
電部品の電極形成方法を提供する。 【解決手段】圧電セラミックスよりなる圧電部品に電極
をスパッタリング法により形成する方法において、Ｎｉ
−Ｃｒ合金をターゲット材料とし、スパッタガスにＡｒ
ガスを使用し、スパッタガス圧を０．２〜０．５Ｐａの
範囲に設定してスパッタリングを行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電セラミックスよ
りなる圧電部品に電極をスパッタリング法により形成す
る方法に関する。
りなる圧電部品に電極をスパッタリング法により形成す
る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、スパッタリングによる薄膜形成
は、電子部品全般において広く利用されている。このう
ち、圧電セラミックスよりなる圧電部品の電極形成方法
としてスパッタリング法を用いた場合、次のような問題
があった。圧電部品における製品信頼性に影響を及ぼす
要因はいくつか考えられるが、その主たる要因の１つと
して、圧電部品の表面に形成された電極膜の膜応力の影
響がある。図１に膜応力と圧電部品におけるヒートショ
ック性での容量変化との関係を示す。図１から判るよう
に、膜応力が大きくなるに従い、容量変化率が大きくな
ることがわかる。また、高い膜応力が内在した電極部を
有する圧電部品は、その後の経時変化によるストレス
（例えば熱的影響）等により、電極膜とセラミックスと
の界面において、その応力等により電極膜が剥離する現
象が生じることがある。圧電部品におけるこの電極膜の
剥離現象は、製品として致命的な欠陥となる。
は、電子部品全般において広く利用されている。このう
ち、圧電セラミックスよりなる圧電部品の電極形成方法
としてスパッタリング法を用いた場合、次のような問題
があった。圧電部品における製品信頼性に影響を及ぼす
要因はいくつか考えられるが、その主たる要因の１つと
して、圧電部品の表面に形成された電極膜の膜応力の影
響がある。図１に膜応力と圧電部品におけるヒートショ
ック性での容量変化との関係を示す。図１から判るよう
に、膜応力が大きくなるに従い、容量変化率が大きくな
ることがわかる。また、高い膜応力が内在した電極部を
有する圧電部品は、その後の経時変化によるストレス
（例えば熱的影響）等により、電極膜とセラミックスと
の界面において、その応力等により電極膜が剥離する現
象が生じることがある。圧電部品におけるこの電極膜の
剥離現象は、製品として致命的な欠陥となる。
【０００３】このような薄膜形成における膜応力の発生
要因としては、 （１）薄膜と基板の熱膨張差に起因する内部応力（バイ
メタル効果） （２）それ以外の要因による内部応力（真応力） に大きく分けられる。このうち、（１）は薄膜と基板と
の材料の違いに起因するものであるが、（２）について
はスパッタリングにおける成膜条件を設定することによ
り、低減可能である。
要因としては、 （１）薄膜と基板の熱膨張差に起因する内部応力（バイ
メタル効果） （２）それ以外の要因による内部応力（真応力） に大きく分けられる。このうち、（１）は薄膜と基板と
の材料の違いに起因するものであるが、（２）について
はスパッタリングにおける成膜条件を設定することによ
り、低減可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】特開平１１−８７７９
１号公報には、圧電部品にスパッタリング法を用いて導
電膜を形成する方法として、Ｐｔ，Ｔｉ／Ｐｔ，Ｎｉ，
Ｃｒ，Ｉｒをターゲット材料とし、スパッタガスにＡｒ
ガスを使用し、スパッタガス圧を０．５〜１．０Ｐａの
範囲に設定し、室温、成膜レートを約１ｎｍ／ｓに設定
することで、残留応力の少ない導電膜を形成できること
が開示されている。
１号公報には、圧電部品にスパッタリング法を用いて導
電膜を形成する方法として、Ｐｔ，Ｔｉ／Ｐｔ，Ｎｉ，
Ｃｒ，Ｉｒをターゲット材料とし、スパッタガスにＡｒ
ガスを使用し、スパッタガス圧を０．５〜１．０Ｐａの
範囲に設定し、室温、成膜レートを約１ｎｍ／ｓに設定
することで、残留応力の少ない導電膜を形成できること
が開示されている。
【０００５】しかしながら、Ｎｉ−ＣｒのようなＮｉ合
金よりなる電極膜を圧電セラミック基板の上にスパッタ
リングする場合、上記のような条件では必ずしも膜応力
の小さな電極膜を形成できず、しかも成膜レートが低い
ため、生産効率が低下してしまうという欠点がある。
金よりなる電極膜を圧電セラミック基板の上にスパッタ
リングする場合、上記のような条件では必ずしも膜応力
の小さな電極膜を形成できず、しかも成膜レートが低い
ため、生産効率が低下してしまうという欠点がある。
【０００６】本発明者は、スパッタガスにＡｒガスを使
用し、スパッタリング条件を種々変更して実験した結
果、ある条件下において、膜応力の小さな電極膜を効率
よく形成できることを発見した。
用し、スパッタリング条件を種々変更して実験した結
果、ある条件下において、膜応力の小さな電極膜を効率
よく形成できることを発見した。
【０００７】本発明は上記知見に基づいてなされたもの
で、その目的は、膜応力が小さい電極膜を効率よく形成
できる圧電部品の電極形成方法を提供することにある。
で、その目的は、膜応力が小さい電極膜を効率よく形成
できる圧電部品の電極形成方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、圧電セラミックスよりな
る圧電部品に電極をスパッタリング法により形成する方
法において、Ｎｉ合金をターゲット材料とし、スパッタ
ガスにＡｒガスを使用し、スパッタガス圧を０．２〜
０．５Ｐａの範囲に設定してスパッタリングを行うこと
を特徴とする圧電部品の電極形成方法を提供する。
め、請求項１に記載の発明は、圧電セラミックスよりな
る圧電部品に電極をスパッタリング法により形成する方
法において、Ｎｉ合金をターゲット材料とし、スパッタ
ガスにＡｒガスを使用し、スパッタガス圧を０．２〜
０．５Ｐａの範囲に設定してスパッタリングを行うこと
を特徴とする圧電部品の電極形成方法を提供する。
【０００９】上記のようなスパッタリング条件でＮｉ合
金をスパッタリングすると、熱膨張差に起因する内部応
力以外の応力を低減させることができ、膜応力の小さな
電極膜を形成することができた。また、この条件は同時
に、成膜レートの高い条件でもある。したがって、膜応
力の小さな電極膜を効率よく形成することができる。Ｎ
ｉ合金としては、例えばＮｉ−Ｃｒ，Ｎｉ−Ｔｉ，Ｎｉ
−Ｗなどがある。
金をスパッタリングすると、熱膨張差に起因する内部応
力以外の応力を低減させることができ、膜応力の小さな
電極膜を形成することができた。また、この条件は同時
に、成膜レートの高い条件でもある。したがって、膜応
力の小さな電極膜を効率よく形成することができる。Ｎ
ｉ合金としては、例えばＮｉ−Ｃｒ，Ｎｉ−Ｔｉ，Ｎｉ
−Ｗなどがある。
【００１０】圧電部品の外部電極として、Ｎｉ−Ｃｒ合
金（Ｃｒ：６．５〜７．５ｗｔ％，Ｎｉ：ｂａｌｗｔ
％）を用いることがある。この合金は、セラミックスと
の密着強度の点で優れている。この合金をスパッタリン
グする場合に、請求項２のように、スパッタガス圧を
０．３Ｐａとすると、膜応力が最小で、成膜レートを最
大（約０．０８６μｍ／ｍｉｎ）とすることができる。
金（Ｃｒ：６．５〜７．５ｗｔ％，Ｎｉ：ｂａｌｗｔ
％）を用いることがある。この合金は、セラミックスと
の密着強度の点で優れている。この合金をスパッタリン
グする場合に、請求項２のように、スパッタガス圧を
０．３Ｐａとすると、膜応力が最小で、成膜レートを最
大（約０．０８６μｍ／ｍｉｎ）とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる電極形成
方法を、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて説明す
る。このマグネトロンスパッタ装置１は、図２に示すよ
うに、ターゲット２の裏面に磁石３を配置してある。こ
の磁石３の磁界によって、電子がターゲット近傍に閉じ
込められる。ターゲット２と対向してセラミック基板４
が配置され、ターゲット２と基板４との間には直流電源
５が接続されている。装置１の内部のガスはバルブ６を
介して真空排気され、装置１の内部にはスパッタガスと
してＡｒ （１００％）がバルブ７を介して導入され
る。Ａｒガスと電子との衝突によりイオン化されたＡｒ
を電場で加速してターゲット２に衝突させ、スパッタ粒
子を放出させる。放出されたスパッタ粒子が対向面に配
置されたセラミック基板４に付着して、薄膜が形成され
る。
方法を、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて説明す
る。このマグネトロンスパッタ装置１は、図２に示すよ
うに、ターゲット２の裏面に磁石３を配置してある。こ
の磁石３の磁界によって、電子がターゲット近傍に閉じ
込められる。ターゲット２と対向してセラミック基板４
が配置され、ターゲット２と基板４との間には直流電源
５が接続されている。装置１の内部のガスはバルブ６を
介して真空排気され、装置１の内部にはスパッタガスと
してＡｒ （１００％）がバルブ７を介して導入され
る。Ａｒガスと電子との衝突によりイオン化されたＡｒ
を電場で加速してターゲット２に衝突させ、スパッタ粒
子を放出させる。放出されたスパッタ粒子が対向面に配
置されたセラミック基板４に付着して、薄膜が形成され
る。
【００１２】上記構造のマグネトロンスパッタ装置１を
用い、次の条件に設定した。 ターゲット：Ｎｉ−Ｃｒ合金（Ｃｒ：６．５〜７．５ｗ
ｔ％，Ｎｉ：ｂａｌｗｔ％） スパッタガス圧：０．２〜０．５Ｐａ 所定の膜厚（０．１〜０．５μｍ）の電極を形成すべ
く、投入パワーおよび時間を調整した。
用い、次の条件に設定した。 ターゲット：Ｎｉ−Ｃｒ合金（Ｃｒ：６．５〜７．５ｗ
ｔ％，Ｎｉ：ｂａｌｗｔ％） スパッタガス圧：０．２〜０．５Ｐａ 所定の膜厚（０．１〜０．５μｍ）の電極を形成すべ
く、投入パワーおよび時間を調整した。
【００１３】上記ターゲット２の材料におけるスパッタ
ガス圧に対する影響について、図３にスパッタガス圧と
膜応力との関係、図４にスパッタガス圧と成膜レートと
の関係を示す。図３から明らかなように、スパッタガス
圧が０．１５Ｐａ以下および０．６Ｐａ以上では、成膜
された電極膜の膜応力が１２×１０-8ｄｙｎ／ｃｍ2 以
上であり、望ましい値とは言えない。これに対し、スパ
ッタガス圧を０．２〜０．５Ｐａとすると、電極膜の膜
応力を１１×１０-8ｄｙｎ／ｃｍ2 以下にでき、低膜応
力の電極膜を得ることができる。
ガス圧に対する影響について、図３にスパッタガス圧と
膜応力との関係、図４にスパッタガス圧と成膜レートと
の関係を示す。図３から明らかなように、スパッタガス
圧が０．１５Ｐａ以下および０．６Ｐａ以上では、成膜
された電極膜の膜応力が１２×１０-8ｄｙｎ／ｃｍ2 以
上であり、望ましい値とは言えない。これに対し、スパ
ッタガス圧を０．２〜０．５Ｐａとすると、電極膜の膜
応力を１１×１０-8ｄｙｎ／ｃｍ2 以下にでき、低膜応
力の電極膜を得ることができる。
【００１４】また、図４から判るように、スパッタガス
圧を０．２〜０．５Ｐａとすると、膜応力を小さくでき
ると同時に、成膜レートを他に比べて高くすること
（０．０８４μｍ／ｍｉｎ以上）ができる。特に、スパ
ッタガス圧を略０．３Ｐａとした場合には、膜応力が極
小値（９．５×１０-8ｄｙｎ／ｃｍ2 ）となり、成膜レ
ートが最大値（０．０８６μｍ／ｍｉｎ）となるので、
最も望ましい。
圧を０．２〜０．５Ｐａとすると、膜応力を小さくでき
ると同時に、成膜レートを他に比べて高くすること
（０．０８４μｍ／ｍｉｎ以上）ができる。特に、スパ
ッタガス圧を略０．３Ｐａとした場合には、膜応力が極
小値（９．５×１０-8ｄｙｎ／ｃｍ2 ）となり、成膜レ
ートが最大値（０．０８６μｍ／ｍｉｎ）となるので、
最も望ましい。
【００１５】本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。本発明はマグネトロンスパッタ装置に限らず、マ
グネットを用いないスパッタ装置にも適用できる。ただ
し、マグネトロンスパッタ装置の場合、成膜レートを制
御容易であるから、望ましい。
ない。本発明はマグネトロンスパッタ装置に限らず、マ
グネットを用いないスパッタ装置にも適用できる。ただ
し、マグネトロンスパッタ装置の場合、成膜レートを制
御容易であるから、望ましい。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、圧電部品にＮｉ合金よりなる電極をスパッタリ
ングする場合に、スパッタガスにＡｒガスを使用し、ス
パッタガス圧を０．２〜０．５Ｐａの範囲に設定するこ
とで、成膜された電極の膜応力を小さくでき、しかも成
膜レートを高めることができる。そのため、高信頼性の
圧電部品を効率よく生産することができる。
よれば、圧電部品にＮｉ合金よりなる電極をスパッタリ
ングする場合に、スパッタガスにＡｒガスを使用し、ス
パッタガス圧を０．２〜０．５Ｐａの範囲に設定するこ
とで、成膜された電極の膜応力を小さくでき、しかも成
膜レートを高めることができる。そのため、高信頼性の
圧電部品を効率よく生産することができる。
【図１】膜応力と圧電部品におけるヒートショック性で
の容量変化との関係を示す図である。
の容量変化との関係を示す図である。
【図２】一般的なマグネトロンスパッタ装置の構造図で
ある。
ある。
【図３】スパッタガス圧と膜応力との関係を示す図であ
る。
る。
【図４】スパッタガス圧と成膜レートとの関係を示す図
である。
である。
１ スパッタ装置 ２ ターゲット ４ セラミック基板
Claims (2)
- 【請求項１】圧電セラミックスよりなる圧電部品に電極
をスパッタリング法により形成する方法において、Ｎｉ
合金をターゲット材料とし、スパッタガスにＡｒガスを
使用し、スパッタガス圧を０．２〜０．５Ｐａの範囲に
設定してスパッタリングを行うことを特徴とする圧電部
品の電極形成方法。 - 【請求項２】上記ターゲット材料としてＮｉ−Ｃｒ合金
（Ｃｒ：６．５〜７．５ｗｔ％，Ｎｉ：ｂａｌｗｔ％）
を用い、スパッタガス圧を略０．３Ｐａとしたことを特
徴とする請求項１に記載の圧電部品の電極形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001051842A JP2002252390A (ja) | 2001-02-27 | 2001-02-27 | 圧電部品の電極形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001051842A JP2002252390A (ja) | 2001-02-27 | 2001-02-27 | 圧電部品の電極形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002252390A true JP2002252390A (ja) | 2002-09-06 |
Family
ID=18912566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001051842A Pending JP2002252390A (ja) | 2001-02-27 | 2001-02-27 | 圧電部品の電極形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002252390A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003046365A (ja) * | 2001-08-01 | 2003-02-14 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 水晶振動子用２層電極膜 |
| US9738072B2 (en) | 2015-07-28 | 2017-08-22 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Actuator, ink-jet head, and ink-jet device |
| CN112538609A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-23 | 广州凯立达电子股份有限公司 | 一种压电陶瓷片磁控溅射镀膜工艺及应用 |
-
2001
- 2001-02-27 JP JP2001051842A patent/JP2002252390A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003046365A (ja) * | 2001-08-01 | 2003-02-14 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 水晶振動子用２層電極膜 |
| US9738072B2 (en) | 2015-07-28 | 2017-08-22 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Actuator, ink-jet head, and ink-jet device |
| CN112538609A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-23 | 广州凯立达电子股份有限公司 | 一种压电陶瓷片磁控溅射镀膜工艺及应用 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041115 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061031 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070306 |