JP2614948B2

JP2614948B2 - 多結晶薄膜

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Publication number: JP2614948B2
Application number: JP3126836A
Authority: JP
Inventors: 康裕飯島; 信夫田辺
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JPH04329865A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は結晶方位の整った多結晶
薄膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年になって発見された酸化物超電導体
は、液体窒素温度を超える臨界温度を示す優れた超電導
体であるが、現在、この種の酸化物超電導体を実用的な
超電導体として使用するためには、種々の解決するべき
問題点が存在している。その問題点の１つが、酸化物超
電導体の臨界電流密度が低いという問題である。

【０００３】前記酸化物超電導体の臨界電流密度が低い
という問題は、酸化物超電導体の結晶自体に電気的な異
方性が存在することが大きな原因となっており、特に酸
化物超電導体はその結晶軸のａ軸方向とｂ軸方向には電
気を流し易いが、ｃ軸方向には電気を流しにくいことが
知られている。このような観点から酸化物超電導体を基
材上に形成してこれを超電導体として使用するために
は、基材上に結晶配向性の良好な状態の酸化物超電導体
を形成し、しかも、電気を流そうとする方向に酸化物超
電導体の結晶のａ軸あるいはｂ軸を配向させ、その他の
方向に酸化物超電導体のｃ軸を配向させる必要がある。

【０００４】そこで従来、基板や金属テープなどの基材
上に結晶配向性の良好な酸化物超電導層を形成するため
に種々の手段が試みられてきた。その１つの方法とし
て、酸化物超電導体と結晶構造の類似したＭｇＯあるい
はＳｒＴｉＯ₃などの単結晶基材を用い、これらの単結
晶基材上にスパッタリングなどの成膜法により酸化物超
電導層を形成する方法が実施されている。

【０００５】前記ＭｇＯやＳｒＴｉＯ₃の単結晶基材を
用いてスパッタリングなどの成膜法を行なえば、酸化物
超電導層の結晶が単結晶基材の結晶を基に結晶成長する
ために、その結晶配向性を良好にすることが可能であ
り、これらの単結晶基材上に形成された酸化物超電導層
は、数十万〜数百万Ａ／ｃｍ²程度の十分に高い臨界電
流密度を発揮することが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、酸化物超電
導体を導体として使用するためには、テープ状などの長
尺の基材上に結晶配向性の良好な酸化物超電導層を形成
する必要がある。ところが、金属テープなどの基材上に
酸化物超電導層を直接形成すると、金属テープ自体が多
結晶体でその結晶構造も酸化物超電導体と大きく異なる
ために、結晶配向性の良好な酸化物超電導層は到底形成
できないものである。しかも、酸化物超電導層を形成す
る際に行なう熱処理によって金属テープと酸化物超電導
層との間で拡散反応が生じて酸化物超電導層の結晶構造
が崩れ、超電導特性が劣化する問題がある。

【０００７】そこで従来、金属テープなどの基材上に、
スパッタ装置を用いてＭｇＯやＳｒＴｉＯ₃などの中間
層を被覆し、この中間層上に酸化物超電導層を形成する
ことが行なわれている。ところがこの種の中間層上にス
パッタ装置により形成した酸化物超電導層は、単結晶基
材上に形成された酸化物超電導層よりもかなり低い臨界
電流密度（例えば数千〜一万Ａ／ｃｍ²程度）しか示さ
ないという問題があった。これは、以下に説明する理由
によるものと考えられる。

【０００８】図１６は、金属テープなどの基材１上にス
パッタ装置により中間層２を形成し、この中間層２上に
スパッタ装置により酸化物超電導層３を形成した酸化物
超電導導体の断面構造を示すものである。ここで図１６
に示す構造において、酸化物超電導層３は多結晶状態で
あり、多数の結晶粒４が無秩序に結合した状態となって
いる。これらの結晶粒４の１つ１つを個々に見ると各結
晶粒４の結晶のｃ軸は基材表面に対して垂直に配向して
いるものの、ａ軸とｂ軸は無秩序な方向を向いていると
考えられる。

【０００９】このように酸化物超電導層の結晶粒毎にａ
軸とｂ軸の向きが無秩序になると、結晶配向性の乱れた
結晶粒界において超電導状態の量子的結合性が失われる
結果、超電導特性、特に臨界電流密度の低下を引き起こ
すものと思われる。また、前記酸化物超電導体がａ軸お
よびｂ軸配向していない多結晶状態となるのは、その下
に形成された中間層２がａ軸およびｂ軸配向していない
多結晶状態であるために、酸化物超電導層３を成膜する
場合に、中間層２の結晶に整合するように酸化物超電導
層３が成長するためであると思われる。

【００１０】ところで、前記酸化物超電導体の応用分野
以外において、多結晶体の基材上にスパッタ装置により
各種の配向膜を形成する技術が利用されている。例えば
光学薄膜の分野、光磁気ディスクの分野、配線基板の分
野、高周波導波路や高周波フィルタ、空洞共振器などの
分野であるが、いずれの技術においても基材上に膜質の
安定した配向性の良好な多結晶薄膜を形成することが課
題となっている。即ち、多結晶薄膜の結晶配向性が良好
であるならば、その上に形成される光学薄膜、磁性薄
膜、配線用薄膜などの質が向上するわけであり、更に、
基材上に結晶配向性の良好な光学薄膜、磁性薄膜、配線
用薄膜などを直接形成できるならば、なお好ましいもの
である。

【００１１】また、高周波数帯域で使用される磁気ヘッ
ドのコア材として、高透磁率を有し、熱的にも安定なパ
ーマロイ、あるいは、センダストなどの磁性薄膜が実用
化されている。これらの磁性薄膜は、従来、蒸着やスパ
ッタにより所定の基板上に形成されるが、これらの磁性
薄膜の結晶方位の配向性が低いものであると、磁性薄膜
の磁気異方性の制御が困難になり、膜面内では結晶粒の
方位が無秩序になり、透磁率の高周波特性が損なわれる
問題があった。また、膜面内での結晶軸の軸方向が無秩
序であると、面内磁化にスキューやリップルと呼ばれる
局所的なゆらぎが発生し、前述のように透磁率の高周波
特性が損なわれることになる。

【００１２】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、基材の成膜面に対して直角向きに結晶軸のｃ
軸を配向させることができると同時に、成膜面と平行な
面に沿って多結晶薄膜の結晶軸のａ軸およびｂ軸をも揃
えることができ、結晶配向性に優れた多結晶薄膜の提供
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、多結晶体からなるテープ状の
金属基材上に形成された多数の結晶粒が、結晶粒界を介
して結合されてなる部分安定化ジルコニアの多結晶薄膜
であって、基材の成膜面と平行な面に沿う各結晶粒の同
一結晶軸が構成する粒界傾角が、３０度以下に形成され
てなるものである。

【００１４】請求項２記載の発明は前記課題を解決する
ために、金属基材がテープ状であって、結晶粒がＭｇＯ
またはＹ ₂ Ｏ ₃ で安定化された安定化ジルコニアの結晶粒
からなるものである。請求項３記載の発明は、θ-２θ
法によるＸ線回折により安定化ジルコニアの（２００）
ピークあるいは（４００）ピークが得られ、多結晶薄膜
表面に対するＸ線の入射角度がθとされ、入射Ｘ線を含
む鉛直面において入射Ｘ線に対して２θの角度の位置に
Ｘ線カウンターが配置され、入射Ｘ線を含む鉛直面の基
準位置からの水平角度をφとした場合に、水平角度φの
回転により得られる回折強さの測定結果において、φの
値が９０度おきにφの角度で３０度の範囲内で安定化ジ
ルコニアの（３１１）ピークが検出されることを特徴と
する。請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか
に記載のものにおいて、多結晶体からなる金属基材の表
面に、金属基材表面の斜め方向から希ガスのイオンある
いは希ガスのイオンと酸素イオンの混合イオンを照射し
ながら安定化ジルコニアの構成粒子をスパッタリングに
より堆積させることにより生成されたものである。

【００１５】

【作用】本発明の多結晶薄膜にあっては、Ｘ線の入射方
向と回折Ｘ線の計測用カウンターとのなす角度を一定値
（２θ＝５８.７度）に保持してＸ線照射しつつ多結晶
薄膜を回転させて得られる（３１１）面の回折ピークが
多結晶の回転に伴って９０度おきに表われる。これは、
基材成膜面内における（０１１）ピークに相当してお
り、多結晶薄膜が面内配向していることを意味する。即
ち、Ｘ線が照射された多結晶薄膜において、立方晶の各
結晶粒の結晶軸のａ軸どうしおよびｂ軸どうしがそれぞ
れ配向している。

【００１６】また、多結晶薄膜を回転させて得られる回
折ピークにあっては、０〜３０度までは回折ピークが表
われるが、４５度では消失する。よって多結晶薄膜を構
成する結晶粒の結晶軸は成膜面に平行な面に沿って面内
配向している。

【００１７】また、スパッタリングによりターゲットか
ら叩き出した構成粒子を基材の成膜面に堆積する際に、
斜め方向からイオンも同時に照射するので、構成粒子が
効率的に活性化される結果、基材の成膜面に対してｃ軸
配向性に加えてａ軸配向性とｂ軸配向性も向上する。そ
の結果、結晶粒界が多数形成された多結晶薄膜であって
も、結晶粒ごとのａ軸配向性とｂ軸配向性とｃ軸配向性
のいずれもが良好になり、膜質の向上した多結晶薄膜が
得られる。また、このような配向性の良好な多結晶薄膜
を形成するには、イオンの照射角度を４５度にすること
が最も好ましい。よって角度調整機構を作動させてイオ
ンの照射角度を好適な角度に調整することで、配向性の
良好な多結晶薄膜が得られる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明の多結晶薄膜を基材上に形成
した一実施例を示すものであり、図１においてＡは板状
の基材、Ｂは基材Ａの上面に形成された多結晶薄膜を示
している。

【００１９】前記基材Ａは、例えば板材、線材、テープ
材などの種々の形状のもので、基材Ａは、銀、白金、ス
テンレス鋼、銅などの金属材料や合金、あるいは、各種
ガラスあるいは各種セラミックスなどからなるものであ
る。

【００２０】前記多結晶薄膜Ｂは、立方晶系の結晶構造
を有する微細な結晶粒２０が、多数、結晶粒界を介して
接合一体化されてなり、各結晶粒２０の結晶軸のｃ軸は
基材Ａの上面（成膜面）に対して直角に向けられ、各結
晶粒２０の結晶軸のａ軸どうしおよびｂ軸どうしは、互
いに同一方向に向けられて面内配向されている。また、
各結晶粒２０のｃ軸が基材Ａの（上面）成膜面に対して
直角に配向されている。そして、各結晶粒２０のａ軸
（あるいはｂ軸）どうしは、それらのなす角度（図２に
示す粒界傾角Ｋ）を３０度以内にして接合一体化されて
いる。

【００２１】次に前記多結晶薄膜Ｂを製造する装置につ
いて説明する。図３は前記多結晶薄膜Ｂを製造する装置
の一例を示すものであり、この例の装置は、スパッタ装
置にイオンビームアシスト用のイオンガンを設けた構成
となっている。

【００２２】本例の装置は、基材Ａを水平に保持する基
材ホルダ１１と、この基材ホルダ１１の斜め上方に所定
間隔をもって対向配置された板状のターゲット１２と、
前記基材ホルダ１１の斜め上方に所定間隔をもって対向
され、かつ、ターゲット１２と離間して配置されたイオ
ンガン１３と、前記ターゲット１２の下方においてター
ゲット１２の下面に向けて配置されたスパッタビーム照
射装置１４を主体として構成されている。また、図中符
号１５は、ターゲット１２を保持したターゲットホルダ
を示している。

【００２３】また、本実施例の装置は図示略の真空容器
に収納されていて、基材Ａの周囲を真空雰囲気に保持で
きるようになっている。更に前記真空容器には、ガスボ
ンベなどの雰囲気ガス供給源が接続されていて、真空容
器の内部を真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガス
あるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不
活性ガス雰囲気にすることができるようになっている。

【００２４】なお、基材Ａとして長尺の金属テープ（ハ
ステロイ製あるいはステンレス製などのテープ）を用い
る場合は、真空容器の内部に金属テープの送出装置と巻
取装置を設け、送出装置から連続的に基材ホルダ１１に
基材Ａを送り出し、続いて巻取装置で巻き取ることでテ
ープ状の基材上に多結晶薄膜を連続成膜することができ
るように構成することが好ましい。

【００２５】前記基材ホルダ１１は内部に加熱ヒータを
備え、基材ホルダ１１の上に位置された基材Ａを所用の
温度に加熱できるようになっている。また、基材ホルダ
１１の底部には角度調整機構Ｄが付設されている。この
角度調整機構Ｄは、基材ホルダ１１の底部に接合された
上部支持板５と、この上部支持板５にピン結合された下
部支持板６と、この下部支持板６を支持する基台７を主
体として構成されている。前記上部支持板５と下部支持
板６とはピン結合部分を介して互いに回動自在に構成さ
れており、基材ホルダ１１の水平角度を調整できるよう
になっている。なお、本実施例では基材ホルダ１１の角
度を調整する角度調整機構Ｄを設けたが、角度調整機構
Ｄをイオンガン１３に取り付けてイオンガン１３の傾斜
角度を調整し、イオンの照射角度を調整するようにして
も良い。また、角度調整機構は本実施例の構成に限るも
のではなく、種々の構成のものを採用することができる
のは勿論である。

【００２６】前記ターゲット１２は、目的とする多結晶
薄膜を形成するためのものであり、目的の組成の多結晶
薄膜と同一組成あるいは近似組成のものなどを用いる。
ターゲット１２として具体的には、ＭｇＯあるいはＹ₂
Ｏ₃で安定化したジルコニア（ＹＳＺ）などを用いるが
これに限るものではなく、形成しようとする多結晶薄膜
に見合うターゲッを用いれば良い。

【００２７】前記イオンガン１３は、容器の内部に、蒸
発源を収納し、蒸発源の近傍に引き出し電極を備えて構
成されている。そして、前記蒸発源から発生した原子ま
たは分子の一部をイオン化し、そのイオン化した粒子を
引き出し電極で発生させた電界で制御してイオンビーム
として照射する装置である。粒子をイオン化するには直
流放電方式、高周波励起方式、フィラメント式、クラス
タイオンビーム方式などの種々のものがある。フィラメ
ント式はタングステン製のフィラメントに通電加熱して
熱電子を発生させ、高真空中で蒸発粒子と衝突させてイ
オン化する方法である。また、クラスタイオンビーム方
式は、原料を入れたるつぼの開口部に設けられたノズル
から真空中に出てくる集合分子のクラスタを熱電子で衝
撃してイオン化して放射するものである。本実施例にお
いては、図２に示す構成の内部構造のイオンガン１３を
用いる。このイオンガン１３は、筒状の容器１６の内部
に、引出電極１７とフィラメント１８とＡｒガスなどの
導入管１９とを備えて構成され、容器１６の先端からイ
オンをビーム状に平行に照射できるものである。

【００２８】前記イオンガン１３は、図１に示すように
その中心軸Ｓを基材Ａの上面（成膜面）に対して傾斜角
度θでもって傾斜させて対向されている。この傾斜角度
θは）４０〜６０度の範囲が好ましいが、特に４５度前
後が好ましい。従ってイオンガン１３は基材Ａの上面に
対して傾斜角θでもってイオンを照射できるように配置
されている。なお、イオンガン１３によって基材Ａに照
射するイオンは、Ｈｅ⁺、Ｎｅ⁺、Ａｒ⁺、Ｘｅ⁺、Ｋｒ⁺
などの希ガスのイオン、あるいは、それらと酸素イオン
の混合イオンなどで良い。

【００２９】前記スパッタビーム照射装置１４は、イオ
ンガン１３と同等の構成をなし、ターゲット１２に対し
てイオンを照射してターゲット１２の構成粒子を叩き出
すことができるものである。なお、本発明装置ではター
ゲット１３の構成粒子を叩き出すことができることが重
要であるので、ターゲット１２に高周波コイルなどで電
圧を印可してターゲット１２の構成粒子を叩き出し可能
なように構成し、スパッタビーム照射装置１４を省略し
ても良い。

【００３０】次に前記構成の装置を用いて基材Ａ上にＹ
ＳＺの多結晶薄膜を形成する場合について説明する。基
材Ａ上に多結晶薄膜を形成するには、ＹＳＺのターゲッ
トを用いるとともに、角度調整機構Ｄを調節してイオン
ガン１３から照射されるイオンを基材ホルダ１１の上面
に４５度前後の角度で照射できるようにする。次に基材
Ａを収納している容器の内部を真空引きして減圧雰囲気
とする。そして、イオンガン１３とスパッタビーム照射
装置１４を作動させる。

【００３１】スパッタビーム照射装置１４からターゲッ
ト１２にイオンを照射すると、ターゲット１２の構成粒
子が叩き出されて基材Ａ上に飛来する。そして、基材Ａ
上に、ターゲット１２から叩き出した構成粒子を堆積さ
せると同時に、イオンガン１３からＡｒイオンと酸素イ
オンの混合イオンを照射する。このイオン照射する際の
照射角度θは、４５度が最も好ましく、４０〜６０度の
範囲ならば好適である。ここでθを９０度とすると、多
結晶薄膜のｃ軸は基材Ａの成膜面に対して直角に配向す
るものの、基材Ａの成膜面上に（１１１）面が立つので
好ましくない。また、θを３０度とすると、多結晶薄膜
はｃ軸配向すらしなくなる。前記のような好ましい範囲
の角度でイオン照射するならば多結晶薄膜の結晶の（１
００）面が立つようになる。

【００３２】このような照射角度でイオン照射を行ない
ながらスパッタリングを行なうことで、基材Ａ上に形成
されるＹＳＺの多結晶薄膜の結晶軸のａ軸とｂ軸とを配
向させることができるが、これは、堆積されている途中
のスパッタ粒子が適切な角度でイオン照射されたことに
より効率的に活性化された結果によるものと思われる。

【００３３】図１と図２に、前記の方法でＹＳＺの多結
晶薄膜Ｂが堆積された基材Ａを示す。なお、図１では結
晶粒２０が１層のみ形成された状態を示しているが、結
晶粒２０の多層構造でも差し支えないのは勿論である。

【００３４】前記のように基材Ａ上にＹＳＺの多結晶薄
膜Ｂを形成したならば、この多結晶薄膜Ｂ上に酸化物超
電導層を形成する。酸化物超電導層を多結晶薄膜Ｂ上に
形成するには、目的の酸化物超電導体と近似組成あるい
は同一組成のターゲットを用い、酸素ガス雰囲気中など
においてスパッタリングを行なって多結晶薄膜Ｂ上に酸
化物超電導層を形成しても良いし、前記ターゲットにレ
ーザビームを照射して構成粒子をえぐり出して蒸着する
レーザ蒸着法などを実施しても良い。

【００３５】前記の多結晶薄膜Ｂにおいては、ｃ軸が基
材Ａの成膜面に対して垂直な方向に配向し、成膜面と平
行な面に沿ってａ軸どうしおよびｂ軸どうしが良好な配
向性を有するので、スパッタリングやレーザ蒸着で多結
晶薄膜Ｂの上に積層される酸化物超電導層も多結晶薄膜
Ｂの配向性に整合するように堆積して結晶成長する。

【００３６】よって前記多結晶薄膜Ｂ上に形成された酸
化物超電導層は、多結晶状態の酸化物超電導層となる
が、この酸化物超電導層の結晶粒の１つ１つにおいて
は、基材Ａの厚さ方向に電気を流しにくいｃ軸が配向
し、基材Ａの長手方向にａ軸どうしあるいはｂ軸どうし
が配向している。従って得られた酸化物超電導層は結晶
粒界における量子的結合性に優れ、結晶粒界における超
電導特性の劣化が少ないので、基材Ａの長手方向に電気
を流し易く、臨界電流密度の優れたものが得られる。

【００３７】（製造例）図１に示す構成の装置を使用
し、この装置を収納した容器内部を真空ポンプで真空引
きして３.０×１０^-4トールに減圧した。基材は、幅１
０ｍｍ、厚さ０.５ｍｍ、長さ１０ｃｍのハステロイＣ
２７６テープを使用した。ターゲットはＹＳＺ（安定化
ジルコニア）製のものを用い、スパッタ電圧１０００
Ｖ、スパッタ電流１００ｍＡ、イオンガンのビームの照
射角度を４５度あるいは９０度に設定し、イオンガンの
アシスト電圧を３００Ｖ、５００Ｖ、７００Ｖにそれぞ
れ設定するとともに、イオンガンの電流を１５〜５０ｍ
Ａにそれぞれ設定して基材上にスパッタリングと同時に
イオン照射を行なって厚さ０.３μｍの膜状のＹＳＺ層
を形成した。

【００３８】得られた各ＹＳＺの多結晶薄膜についてＣ
ｕＫα線を用いたθ-２θ法によるＸ線回折試験を行な
った。図５〜図７は、イオンガンの入射角４５度でイオ
ンビーム電圧とイオンビーム電流を適宜変更して測定し
た試料の回折強さを示す図である。図５〜図７に示す結
果から、ＹＳＺの（２００）面あるいは（４００）面の
ピークが認められ、ＹＳＺの多結晶薄膜の（１００）面
が基材表面と平行な面に沿って配向しているものと推定
することができ、ＹＳＺの多結晶薄膜がそのＣ軸を基材
上面に垂直に配向させて形成されていることが判明し
た。なお、図５〜図７に示された各ピークの大きさの比
較から、ビーム電流が多く、ビーム電圧が小さい方が、
即ち、イオンを低い速度で大量に照射した方が多結晶薄
膜のｃ軸配向性を向上できることが判明した。

【００３９】図８〜図１０は、イオンガンの入射角度９
０度でイオンビーム電圧とイオンビーム電流を適宜変更
して測定した試料の回折強さを示す図である。図８〜図
１０に示す結果から、イオンガンの入射角度を９０度に
設定してもｃ軸配向性に関しては十分な配向性が認めら
れた。

【００４０】次に、前記のようにｃ軸配向された試料に
おいて、ＹＳＺ多結晶薄膜のａ軸あるいはｂ軸が配向し
ているか否かを測定した。その測定のためには、図１１
に示すように、基材Ａ上に形成されたＹＳＺの多結晶薄
膜にＸ線を角度θで照射するとともに、入射Ｘ線を含む
鉛直面において、入射Ｘ線に対して２θ（５８.７度）
の角度の位置にＸ線カウンター２５を設置し、入射Ｘ線
を含む鉛直面に対する水平角度φの値を適宜変更して、
即ち、基材Ａを図１１において矢印に示すように回転角
φだけ回転させることにより得られる回折強さを測定す
ることにより多結晶薄膜Ｂのａ軸どうしまたはｂ軸どう
しの配向性を計測した。その結果を図１１と図１２に示
す。

【００４１】図１２に示すようにイオンビームの入射角
度を４５度に設定して製造した試料の場合、回折ピーク
が表われず、φを９０度と０度とした場合、即ち、回転
角φに対して９０度おきにＹＳＺの（３１１）面のピー
クが現われている。これは、基板面内におけるＹＳＺの
（０１１）ピークに相当しており、ＹＳＺ多結晶薄膜の
ａ軸どうしまたはｂ軸どうしが配向していることが明ら
かになった。これに対し、図１３に示すように、イオン
ビーム入射角度を９０度に設定して製造した試料の場
合、特別なピークが見られず、ａ軸とｂ軸の方向は無秩
序になってることが判明した。

【００４２】以上の結果から前記装置によって製造され
た試料の多結晶薄膜は、ｃ軸配向は勿論、ａ軸どうし、
および、ｂ軸どうしも配向していることが明らかになっ
た。よって本発明装置を実施することにより、配向性に
優れたＹＳＺなどの多結晶薄膜を製造できることが明ら
かになった。

【００４３】一方、図１４は、図１２で用いたＹＳＺ多
結晶薄膜の試料を用い、この試料の多結晶層の各結晶粒
における結晶配向性を試験した結果を示す。この試験で
は、図１１を基に先に説明した方法でＸ線回折を行なう
場合、φの角度を−１０度〜４５度まで５度刻みの値に
設定した際の回折ピークを測定したものである。図１４
に示す結果から、得られたＹＳＺの多結晶薄膜の回折ピ
ークは、粒界傾角３０度以内では表われるが、４５度で
は消失していることが明らかである。従って、得られた
多結晶薄膜の結晶粒の粒界傾角は、３０度以内に収まっ
ていることが判明し、良好な配向性を有することが明ら
かになった。

【００４４】図１５は、多結晶薄膜製造装置の他の例を
示すものである。この例の装置において図３に記載した
装置と同等の構成部分には同一符号を付してそれらの説
明を省略する。この例の装置において図３に示す装置と
異っているのは、ターゲット１２を３個設け、スパッタ
ビーム照射装置１４を３個設け、基材Ａとターゲット１
２に高周波電源３０を接続した点である。

【００４５】この例の装置では、３個のターゲット１
２、１２、１２から、それぞれ別種の粒子を叩き出して
基材Ａ上に堆積させて複合膜を形成することができるの
で、より複雑な組成の多結晶膜でも製造できる特徴があ
る。また、高周波電源３０を作動させてターゲット１２
からスパッタすることもできる。この例の装置を用いて
前記方法を実施する場合も図３に示す装置の場合と同様
に配向性に優れた多結晶薄膜を得ることができる。

【００４６】ところで、図３または図１５に示す構成の
装置を用いて前記方法を実施すれば、配向性の良好な光
学薄膜、配向性の良好な光磁気ディスクの磁性薄膜、配
向性の良好な集積回路用微細配線用薄膜、高周波導波路
や高周波フィルタおよび空洞共振器などに用いられる誘
電体薄膜のいずれでも形成することができる。即ち、結
晶配向性の良好な多結晶薄膜Ｂ上に、これらの薄膜をス
パッタリング、レーザ蒸着、真空蒸着、ＣＶＤ（化学蒸
着）などの成膜法で形成するならば、多結晶薄膜Ｂと良
好な整合性でこれらの薄膜が堆積または成長するので、
配向性が良好になる。また、図３または図１５に示す構
成の装置を用い、ターゲットに適切なものを用いて前記
方法を実施すれば、基材上に前記磁性薄膜などの各種の
多結晶薄膜を直接形成することもできる。

【００４７】これらの薄膜を本発明装置で製造すること
で、配向性の良好な高品質の薄膜が得られるので、光学
薄膜においては光学特性に優れ、磁性薄膜においては磁
気特性に優れ、配線用薄膜においてはマイグレーション
の生じない、誘電体薄膜においては誘電特性の良好な薄
膜が得られる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の多結晶薄膜
は、多結晶体からなる金属基材上に形成された安定化ジ
ルコニアの多結晶薄膜であって、結晶粒の粒界傾角が３
０度以内であるので、結晶配向性に優れ、良質なもので
ある。特に、多結晶体からなる金属基材上に形成された
安定化ジルコニアの多結晶薄膜であって、結晶粒の粒界
傾角が３０度以内のものは、従来得られておらず、本願
発明に係る多結晶薄膜は従来にない優れた結晶配向性を
有する多結晶薄膜である。また、金属基材がテープ状で
あって、結晶粒が、ＭｇＯまたはＹ ₂ Ｏ ₃ で安定化された
安定化ジルコニアであっても、同様に結晶配向性に優
れ、良質なものであり、従来の多結晶体のテープ状基材
上では従来得られていない優れた結晶配向性の多結晶薄
膜である。次に、θ-２θ法によるＸ線回折により安定
化ジルコニアの（２００）ピークあるいは（４００）ピ
ークが得られ、多結晶薄膜表面に対するＸ線の入射角度
がθとされ、入射Ｘ線を含む鉛直面において入射Ｘ線に
対して２θの角度の位置にＸ線カウンターが配置され、
入射Ｘ線を含む鉛直面の基準位置からの水平角度をφと
した場合に、水平角度φの回転により得られる回折強さ
の測定結果において、φの値が９０度おきに安定化ジル
コニアの（３１１）ピークが検出されるとともに、前記
（３１１）ピークが検出される範囲がφの角度で３０度
の範囲内にあるもので、多結晶体の金属基材上に形成さ
れた多結晶薄膜は従来存在しなかったので、本願発明に
より従来得られなかった優れた結晶配向性のもの、即
ち、基材の成膜面に対してｃ軸配向性に加えてａ軸配向
性とｂ軸配向性も向上させたものが提供される。また、
同様に、前記の構造で、テープ状の金属基材上に形成さ
れたものも従来存在しなかったので、本願発明によりテ
ープ状の金属基材上において従来得られなかった優れた
結晶配向性のものが提供される。

【００４９】更に、前記のいずれかの構造を有し、多結
晶体からなる金属基材の表面に、金属基材表面の斜め方
向から希ガスのイオンあるいは希ガスのイオンと酸素イ
オンの混合イオンを照射しながら安定化ジルコニアの構
成粒子をスパッタリングにより堆積させることにより生
成されたものであるならば、基材の表面に対してｃ軸配
向性に加えてａ軸配向性とｂ軸配向性も向上させること
ができ、結晶粒界が多数形成された多結晶薄膜であって
も、結晶粒ごとのａ軸配向性とｂ軸配向性とｃ軸配向性
のいずれもが良好になっている多結晶薄膜を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の多結晶薄膜の一実施例を示す構
成図である。

【図２】図２は図１に示す多結晶薄膜の結晶粒を示す拡
大平面図である。

【図３】図３は図１に示す多結晶薄膜を製造する装置の
一例を示す構成図である。

【図４】図４は図３に示す装置のイオンガンの一例を示
す断面図である。

【図５】図５はビーム電圧３００Ｖで製造した本発明試
料のＸ線回折結果を示すグラフである。

【図６】図６はビーム電圧５００Ｖで製造した本発明試
料のＸ線回折結果を示すグラフである。

【図７】図７はビーム電圧７００Ｖで製造した本発明試
料のＸ線回折結果を示すグラフである。

【図８】図８はビーム電圧３００Ｖで製造した比較例試
料のＸ線回折結果を示すグラフである。

【図９】図９はビーム電圧５００Ｖで製造した比較例試
料のＸ線回折結果を示すグラフである。

【図１０】図１０はビーム電圧７００Ｖで製造した比較
例試料のＸ線回折結果を示すグラフである。

【図１１】図１１はａ軸およびｂ軸配向性を調べるため
に行なった試験装置を説明するための構成図である。

【図１２】図１２は本発明装置により製造された多結晶
薄膜の（３１１）面の回折ピークを示すグラフである。

【図１３】図１３は比較例における多結晶薄膜の（３１
１）面の回折ピークを示すグラフである。

【図１４】図１４は本発明例の多結晶薄膜の回転角度５
度毎の回折ピークを示すグラフである。

【図１５】図１５は本発明装置の他の実施例を示す構成
図である。

【図１６】図１６は従来の装置で製造された多結晶薄膜
を示す構成図である。

【符号の説明】

Ａ・・・基材、Ｂ・・・多結晶薄膜構、θ・・・傾斜角
度、φ・・・回転角、１１・・・基材ホルダ、１２・・
・ターゲット、１３・・・イオンガン、

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多結晶体からなる金属基材上に形成され
た多数の結晶粒が結晶粒界を介して結合されてなる安定
化ジルコニアの多結晶薄膜であって、基材の成膜面と平
行な面に沿う各結晶粒の同一結晶軸が構成する粒界傾角
が、３０度以下に形成されてなることを特徴とする多結
晶薄膜。
【請求項２】請求項１記載の金属基材がテープ状であ
って、結晶粒がＭｇＯまたはＹ ₂ Ｏ ₃ で安定化された安定
化ジルコニアの結晶粒であることを特徴とする多結晶薄
膜。
【請求項３】 θ-２θ法によるＸ線回折により安定化
ジルコニアの（２００）ピークあるいは（４００）ピー
クが得られ、多結晶薄膜表面に対するＸ線の入射角度が
θとされ、入射Ｘ線を含む鉛直面において、入射Ｘ線に
対して２θの角度の位置にＸ線カウンターが配置され、
入射Ｘ線を含む鉛直面の基準位置からの水平角度をφと
した場合に、水平角度φの回転により得られる回折強さ
の測定結果において、φの値が９０度おきにφの角度で
３０度の範囲内で安定化ジルコニアの（３１１）ピーク
が検出されることを特徴とする請求項２記載の多結晶薄
膜。
【請求項４】多結晶体からなる金属基材の表面に、金
属基材表面の斜め方向から希ガスのイオンあるいは希ガ
スのイオンと酸素イオンの混合イオンを照射しながら安
定化ジルコニアの構成粒子をスパッタリングにより堆積
させることにより生成されたことを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載の多結晶薄膜。