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

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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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sputtering
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stress
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Soushi Saoshita
宗士 竿下
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【図3】スパッタガス圧と膜応力との関係を示す図であ
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。
【符号の説明】
1 スパッタ装置 2 ターゲット 4 セラミック基板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
JP2001051842A 2001-02-27 2001-02-27 圧電部品の電極形成方法 Pending JP2002252390A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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US9738072B2 (en) 2015-07-28 2017-08-22 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Actuator, ink-jet head, and ink-jet device
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