JP2005163129A - Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ合金系およびＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金系の電極膜およびスパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のように内部電極の第１層として成膜されるＮｉ−４０〜５０質量％Ｃｒ合金膜、および外部電極の第１層として成膜されるＣｒ膜と比較して、導電性および密着強度が同程度かまたは優れていて、Ｃｒによる環境問題の緩和が考慮された電極膜、および該電極膜を成膜するために使用され、磁気特性の優れたスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】 Ｃｒを１〜２０質量％、Ｓｉを１〜１０質量％含有し、残部がＮｉからなる組成のＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ合金であるか、Ｃｒを１〜２０質量％、Ｓｉを１〜１０質量％、Ｃｕを１〜１０質量％含有し、残部がＮｉからなる組成のＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金である。さらに、飽和磁化４πＩが２００Ｇ以下であることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セラミックス（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）基板上に成膜され、接合層および導電層として用いられ、導電性と密着強度に優れたチップ抵抗器用の電極膜、および該電極膜を成膜するために使用されるスパッタリングターゲットに関する。

主に、電子回路基板上に実装されているチップ抵抗器は、図４に示すような構造で、セラミックス基板（１）と、抵抗層（４）と、保護層（５）と、２つの内部電極（２）および２つの外部電極（３）とを持つ。

従来、内部電極（２）は、図５に示すように、セラミックス基板の上へ、第１層に、セラミックス基板との接合層および導電層として、Ｎｉ−４０〜５０質量％Ｃｒ合金膜を０．１〜０．５μｍの膜厚でスパッタリング法のような物理的蒸着法によって成膜し、第２層に、導電層として、Ｃｕ膜を０．１〜０．５μｍの膜厚でスパッタリング法のような物理的蒸着法によって成膜するか、Ｎｉ膜を０．１〜０．５μｍの膜厚でめっき法のような化学的方法によって成膜することにより得る。

また、外部電極（３）は、図６に示すように、セラミックス基板の上へ、第１層に、セラミックス基板との接合層および導電層として、Ｃｒ膜を０．１〜０．５μｍの膜厚でスパッタリング法のような物理的蒸着法によって成膜し、第２層に、導電層として、Ｎｉ膜を０．１〜０．５μｍの膜厚でスパッタリング法のような物理的蒸着法によって成膜し、第３層に、導電層として、Ｃｕ膜を０．１〜０．５μｍの膜厚でスパッタリング法のような物理的蒸着法によって成膜し、第４層に、Ｎｉ膜を０．１〜０．５μｍの膜厚でめっき法のような化学的方法によって成膜することにより得る。

従来の内部電極（２）および外部電極（３）の第１層は、図２に測定方法を示した四探針法による電気抵抗測定において、５．０〜１０．０Ω／□の電気抵抗を示すが、導電層としてより優れた導電性が求められている。

また、従来の内部電極（２）および外部電極（３）の第１層は、図３に測定方法を示した引張試験において、１．０〜３．０ＭＰａの密着強度を示すが、長時間通電をすることにより、セラミックス基板と第１層との間の界面において剥離を起こす危険性があるので、接合層としてより優れた密着強度が求められている。

さらに、従来の内部電極（２）および外部電極（３）の第１層は、Ｃｒ含有量が高いので、環境上の問題となっている。

これらの問題を解決するために、たとえば、Ｃｒ比率を下げたＮｉ−７〜１０質量％Ｃｒ合金膜（特開２００２−２２６９７０号公報）や、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖの含有量を１〜２５重量％とするＮｉ−Ｃｒ合金膜、Ｎｉ−Ｔｉ合金膜、Ｎｉ−Ｖ合金膜（特開２００３−１２４００１号公報）が提案されている。しかし、これらは、スパッタリングターゲットとしては飽和磁化が高く、結果としてスパッタリングターゲットの寿命が短く、使用効率が低かった。さらに、スパッタリングでの漏洩磁束が少なくなり、放電しづらいという問題があり、電極膜としての特性、並びにスパッタリングターゲットとしての特性の両面で、より良好な材料が求められていた。

特開２００２−２２６９７０号公報

特開２００３−１２４００１号公報

本発明は、従来のように内部電極の第１層として成膜されるＮｉ−４０〜５０質量％Ｃｒ合金膜、および外部電極の第１層として成膜されるＣｒ膜と比較して、導電性および密着強度が同程度かまたは優れていて、Ｃｒによる環境問題の緩和が考慮された電極膜、および該電極膜を成膜するために使用され、磁気特性の優れたスパッタリングターゲットを提供することを目的とする。

本発明のスパッタリングターゲットの一態様では、Ｃｒを１〜２０質量％、Ｓｉを１〜１０質量％含有し、残部がＮｉからなる組成のＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ合金である。

本発明のスパッタリングターゲットの異なる態様では、Ｃｒを１〜２０質量％、Ｓｉを１〜１０質量％、Ｃｕを１〜１０質量％含有し、残部がＮｉからなる組成のＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金である。

さらに、飽和磁化４πＩが２００Ｇ以下であることが好ましい。

本発明の電極膜の一態様では、スパッタリング法のような物理的蒸着法により成膜され、Ｃｒを１〜２０質量％、Ｓｉを１〜１０質量％含有し、残部がＮｉからなる組成である。

本発明の電極膜の異なる態様では、スパッタリング法のような物理的蒸着法により成膜され、Ｃｒを１〜２０質量％、Ｓｉを１〜１０質量％、Ｃｕを１〜１０質量％含有し、残部がＮｉからなる。

さらに、四探針法により測定される電気抵抗が、１５Ω／□以下であることが好ましい。

さらに、引張試験により測定され、基板との界面における密着強度が、２．７ＭＰａ以上であることが好ましい。

以上のように、本発明により得られるスパッタリングターゲットは、従来よりも飽和磁化が小さく、優れたスパッタリングターゲットであり、得られる電極膜のシート特性および密着強度は、従来と同程度かまたは優れる。

従って、本発明により、従来のように内部電極の第１層として成膜されるＮｉ−４０〜５０質量％Ｃｒ合金膜、および外部電極の第１層として成膜されるＣｒ膜と比較して、導電性および密着強度が同程度かまたは優れていて、Ｃｒによる環境問題の緩和が考慮された電極膜、および該電極膜を成膜するために使用され、磁気特性の優れたスパッタリングターゲットを提供することが可能となった。

本発明者らは、前記の課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、Ｎｉ−Ｃｒ合金に、Ｓｉ、またはＳｉ並びにＣｕを加えて得られたスパッタリングターゲット、および該スパッタリングターゲットを使用し、スパッタリング法により得られる電極膜の導電性および密着強度が、従来と同等かまたは向上し、スパッタリングターゲットの飽和磁化も小さく、スパッタリングターゲットの長寿命化が得られることを見いだした。以下に、それぞれの成分限定理由について説明する。

Ｃｒ
Ｃｒは、セラミックス基板との密着強度を向上させる効果のある元素であるが、比率が増えるに従い、シート抵抗値を上げるので、電極材料としての特性が劣り、２０質量％を超えると、化合物を形成して脆くなり、製造上の歩留まりも悪くなる。一方、１質量％未満では、密着強度が向上する効果が極めて小さい。

Ｓｉ
Ｓｉは、Ｎｉ−Ｃｒ合金の透磁率並びに飽和磁化を下げる働きがあり、スパッタリングで使用されるスパッタリングターゲットの使用効率並びに寿命を長くする効果がある。しかし、１質量％未満では、それらの効果が小さく、一方、比率が増えるに従い、スパッタリングターゲットとしての寿命を長くするが、スパッタリングされて得られた電極膜のシート抵抗値も上がり、電極膜としての特性が悪くなる。Ｓｉの含有率が１０質量％を超え、特に、１２質量％以上では、化合物を形成して、シート抵抗を大幅に上昇させ、さらに、スパッタリングターゲットとしての強度が下がり、脆くなることにより、投入電力が制限される。

Ｃｕ
Ｃｕは、密着強度を下げずに、シート抵抗と飽和磁化を下げる働きがあり、含有率が１質量％未満では、その効果が小さく、１０質量％を超えると、密着強度が低下する。

本発明におけるチップ抵抗器用の電極膜は、表面研磨および洗浄処理が施されたセラミックス基板に、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ合金またはＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金からなるスパッタリングターゲットを使用し、真空中もしくは不活性ガス雰囲気中で、スパッタリングによる第１層の成膜を行う。

得られた電極膜を用いて、図２に示した四探針法により電気抵抗を測定したところ、１４Ω／□以下であり、また、図３に示した引張試験により密着強度を測定したところ、２．７ＭＰａ以上であった。

なお、図２において、Ａ、Ｂは電流（Ｉ）導入の端子、Ｃ、Ｄは電位差（Ｖ）測定の端子である。ここで、Ｗはセラミック基板（１）の短辺寸法、Ｌはセラミック基板（１）の長辺寸法、ｓは端子間距離である。Ｗ＞ｓおよびＬ＞ｓならばρＶ＝α×（Ｖ／Ｉ）、ただし、ρＶはシート抵抗（Ω／□）で、αは補正係数である。Ｗ＞ｓならば、α＝４．５４である。

以上のように、本発明により、従来と同程度かまたは優れた特性を有し、Ｃｒによる環境問題の緩和が考慮されたチップ抵抗器用の電極膜を得ることができた。

（実施例１）
Ｎｉ、ＣｒおよびＳｉを、Ｎｉ−７質量％Ｃｒ−４質量％Ｓｉとなるように配合して、真空溶解を行った。得られたインゴットを熱間鍛造した後、熱間圧延を行い、得られた板材に機械加工を行って、φ１５２×５ｍｍのスパッタリングターゲットを作製した。また、前記機械加工において、同じ板材から、試料を切り出し、磁気特性の測定を行った。

さらに、得られたスパッタリングターゲットを用いて、真空中でスパッタリング法により、２０×３０ｍｍのセラミックス基板へ、膜厚０．５μｍの第１層を成膜し、熱処理を行った。得られた第１層のシート抵抗を、図２に示した四探針法により測定した。

さらに、Ｃｕからなる第２層を成膜して、図１に示したような２層構造の電極膜を得て、第１層の密着強度を、図３に示した引張試験により測定した。引張試験の条件として、セラミックス基板はＳＵＳ金属板に、電極膜は角棒に、それぞれエポキシ樹脂系接着剤にて接着し、引張方向が鉛直方向となるように、角棒を上にしてＣ型フックにぶら下げ、静止を確認してから引張試験を開始し、セラミックス基板と第１層との間の界面において破壊した最大力を測定した。得られた測定結果を、表１に示す。

（実施例２）
インゴットの組成を、Ｎｉ−１０質量％Ｃｒ−５質量％Ｓｉとなるように配合した以外は、実施例１と同様にして、スパッタリングターゲットの作製、磁気特性の測定、第１層の成膜、シート抵抗の測定、第２層の成膜、および密着強度の測定を行った。得られた測定結果を、表１に示す。

（実施例３）
インゴットの組成を、Ｎｉ−７質量％Ｃｒ−３質量％Ｓｉ−４質量％Ｃｕとなるように配合した以外は、実施例１と同様にして、スパッタリングターゲットの作製、磁気特性の測定、第１層の成膜、シート抵抗の測定、第２層の成膜、および密着強度の測定を行った。得られた測定結果を、表１に示す。

（従来例１）
インゴットの組成を、Ｎｉ−７質量％Ｃｒとなるように配合した以外は、実施例１と同様にして、スパッタリングターゲットの作製、磁気特性の測定、第１層の成膜、シート抵抗の測定、第２層の成膜、および密着強度の測定を行った。得られた測定結果を、表１に示す。

（従来例２）
インゴットの組成を、Ｎｉ−４０質量％Ｃｒとなるように配合した以外は、実施例１と同様にして、スパッタリングターゲットの作製、磁気特性の測定、第１層の成膜、シート抵抗の測定、第２層の成膜、および密着強度の測定を行った。得られた測定結果を、表１に示す。

スパッタリングターゲットの飽和磁化
実施例１から３で得られたスパッタリングターゲットは、従来例１および２で得られたスパッタリングターゲットよりも、飽和磁化が小さく、優れたチップ抵抗器用のスパッタリングターゲットである。

電極膜のシート抵抗
実施例１から３で得られた電極膜のシート抵抗は、従来例１および２で得られた電極膜と比較して、同程度かまたは優れた特性を示した。

電極膜の密着強度
実施例１から３で得られた電極膜の密着強度は、従来例１および２で得られた電極膜と比較して、同程度かまたは優れた特性を示した。

本発明の電極膜の一実施例を示す断面図である。 四探針法を示す斜視図である。 引張試験を示す断面図である。 チップ抵抗器を示す断面図である。 従来の内部電極膜を示す断面図である。 従来の外部電極膜を示す断面図である。

符号の説明

１ セラミックス基板
２ 内部電極
３ 外部電極
４ 抵抗層
５ 保護層
１０ 電極膜
１１ 接着剤
１２ ＳＵＳ金属板
１３ 角棒
１４ チェーン

Claims (7)

1. Ｃｒを１〜２０質量％、Ｓｉを１〜１０質量％含有し、残部が実質的にＮｉからなる組成のＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ合金であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
2. Ｃｒを１〜２０質量％、Ｓｉを１〜１０質量％、Ｃｕを１〜１０質量％含有し、残部が実質的にＮｉからなる組成のＮｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金であることを特徴とするスパッタリングターゲット。
3. 飽和磁化４πＩが、２００Ｇ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタリングターゲット。
4. 物理的蒸着法により成膜され、Ｃｒを１〜２０質量％、Ｓｉを１〜１０質量％含有し、残部が実質的にＮｉからなる組成であることを特徴とする電極膜。
5. 物理的蒸着法により成膜され、Ｃｒを１〜２０質量％、Ｓｉを１〜１０質量％、Ｃｕを１〜１０質量％含有し、残部が実質的にＮｉからなる組成であることを特徴とする電極膜。
6. 四探針法により測定される電気抵抗が、１５Ω／□以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の電極膜。
7. 引張試験により測定され、基板との界面における密着強度が、２．７ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項４または５に記載の電極膜。

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