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    公开号:WO1989005283A1
    申请号:PCT/JP1988/001238
    申请日:1988-12-08
    公开日:1989-06-15
    发明作者:Takuo Takeshita；Tadashi Sugihara
    申请人:Mitsubishi Metal Corporation；
    IPC主号:C23C14-00
    专利说明:
    [0001] _ _
    [0002] B月 糸田
    [0003] 超電導膜形成用ターゲッ ト材 技術分野
    [0004] この発明は、 例えばスパッタ リング法によ り基板表面に超電導膜 を形成する際に用いられるターゲッ ト材に係り、 特に冷却効率が高 く、 かつ抵抗率が低く、 さらに機械的強度にも優れた超電導膜形成 用ターゲッ ト材に閔するものである。 背景技術
    [0005] 近年、 基板表面にイ ッ ト リウムを含 t希土類元素とアル力 リ土類— 金属と銅の酸化物 （以下、 これを R — A— C u — 0系酸化物という） を主体とする超電導セラ ミ ック （以下、 これを R — A— C u —〇系 超電導セラミ ック という） の膜を形成するために多 く の試みがなさ れている。 それらの 1 つはタ一ゲッ ト をスパッタ リ ングして R — A 一 C u — 0系超電導セラ ミ ックの膜を形成するものであ り、 説明は、 まず'、 このスパッ タ リ ング工程で使用されるターゲッ ト の製造方法 についてなされる。
    [0006] 従来、 超電導膜形成用ターゲッ ト の製造方法は、 ます、 原料粉末 と して、 いずれも 1 0 u m以下の平均粒径を有する、 イ ッ ト リウム を含む希土類元素の酸化物粉末、 アル力リ土類金属の炭酸塩粉末、 及び銅の酸化物粉末を準備する ことで閗始ざれる。 これらの原料 ¾ 末は所定の配合組成で ί昆合されて 合粉末とざれ、 この混合粉末は 酸化雰囲気中、 8 5 0〜 9 5 0 の範囲内の所定塭度で焼成された 後に、 その焼成物は粉砕され、 以後この焼成と粉砕を必要に応じて 2回以上繰り返して、 R — Α— C u — 0系超電導セラ - ッ ク粉末を 形成する。
    [0007] ついで、 この超電導セラミ ック粉末は真空ホッ ト プレ スによ り成 形ざれる。 すなわち、 超電導セラミ ッ クの粉末は、 1 0— 2 † o r r の真空雰囲気中で温度 8 0 0〜 9 0 0 Cの範囲の所定 ¾度に加熱さ れる とともに、 1 0 0〜 2 0 0 k g f Z c m 2の範囲の圧力で加圧さ れ、 1 〜 4時間保持される。 このようにして、 ターゲッ ト が製造ざ れる。
    [0008] 従って、 得られたターゲッ ト は、 実質的に R— A— C u — 0系超 ： 電導セラミックからなるか、 あるいは 2 0容量％以下の酸化銅 （以 下、 C u Oで示す） を含有し、 残りが実質的に R— A— C u — 〇系 超電導セラミックからなる組成を持ったセラミ ック質のものからな つている。
    [0009] しかしながら、 ターゲッ トの組成がスパッ タ リ ング装置及 スパ ッタ条件によってそのま ま薄膜組成にならず、 ターゲッ ト は c u 0 不足になりがちである。 かかる理由によ り、 上記従来のターゲッ ト の製造工程で使. される超電導セラミ ック粉末は、 余分の C u 0を 含んでおり、 その C u 0含有率は 2 0容量％以下の範囲である。
    [0010] しかし、 上記の従来のターゲッ ト は、 熱伝導率が低く、 その結果、 相対的に冷却効率が低い。 このような理由で、 スパッタ中に、 大き な温度差がターゲ、、) トのスパッタざれる表面と冷却底面との間に発 生し、 熱応力によ り割れがターゲッ ト に発生し易いという問題点が あった。 また、 従来のターゲッ ト は、 電気抵抗率も高いので、 比較 的安 βな直流 2極スパッタ リング裝置を用いることができず、 通常 高 ίδな高周波スパッタリング装箧を必要としている。 したがつて、 超電導薄膜の形成に要する費 ¾が高く なるという問題点もあつた。 さらに、 従来のターゲッ ト は、 機钹的強度が低く、 きわめて脆い（ で、 その取扱いには細心の注意を要するという問題点もあつた。
    [0011] したがって、 本発明の目的は上記従来のターゲッ ト に特有の問題 点を解決したターゲッ ト を提供するこ とである。
    [0012] 発明の閲示
    [0013] そこで、 本発明者たちによ り従来の超電導膜形成用ターゲッ ト の 持つ問題的を解決すべく 研究がなされた。 本発明者は、 ターゲッ ト が R — A— C u — 0系酸化物、 またはイ ッ ト リウムを含む希土類元 素とアルカ リ土類金属の酸化物 （この酸化物は、 以下、 R - A— 0 系酸化物と呼ばれ、 この酸化物には後に銅が補給される） の粉末に 必要なら C u 0を含ませ、 これに金属銅粉末を約 8容量％〜約 4 0 容量％の割合で混合し、 例えば真空雰囲気中、 ^度： 4 0 0〜 9 0 CTC、 圧力： 1 0 0〜 2 0 0 k g f c rn 2の条件で真空ホッ ト プレ スして製造される と、 該ターゲッ ト が上記問題点を解決できるこ と を発見した。 このようなターゲッ ト は、 金属銅に、 R — A— 0系 化物および R— A— C u 一 0系酸化物のいず nか一方、 または両方 を、 必要なら含有ざれている C u 0と共にほほ均一に分散ざれた 鐵を持つよ うになる。 かかる紐成のターゲッ ト は、 熱伝導率が金属 銅によ り大き く な り、 その結杲、 冷却効率が一段と向上する。 また、 上記金属銅は、 ターゲッ トの電気抵抗を低下させ、 かつ機桉的強度 も向上させ、 靭性を付与するよ うになる。
    [0014] この発明は上記知見に基づいてなされたものでるって、 本発明に かかる超電導膜形成用ターゲッ ト は、 約 8容量％〜約 4 0容量％の 金属銅と、 R— A— 0系酸化物および R— A— C u — 0系酸化物の いずれか一方、 または両方とを含み、 上記酸化物が上記金属銅にほ ぽ均一に分散した組織を有する。
    [0015] 上記ターゲッ ト は更に約 2 0容量％以下の C u 0を含んでいても よい。 また、 酸化物は複数のアルカリ土類金属を含んでいてもよい c なお、 この発明のターゲッ ト において、 金属銅の含有量が約 8容 量％以上と した理由は、 その含有量が約 8容量％未満では十分に高 い熱伝導率、 直流 2極スパッタ リング装置で使用可能な低い抵抗率、 及び通常の注意で取り扱い可能な機械的強度を確保するこ とができ ないからである。 一方、 その含有量が約 4 0容量％を越え ると、 別 途必要に応じて約 2 0容量％以下の範囲で舍有する銅酸化物との問 係において、 銅の相対量が多く なりすぎ、 スパ ッタ時に、 所望の ¾ 成、 例えば Y B a 2 C u 3 0 7 - χの一般分子式を持った超電導物質の膜 を形成することができなくなるからである。 ' 発明を実施するための最良の形態
    [0016] 次に、 説明は本発明のターゲッ トの実施例の製造プロセスと、 各: 実施例の特性についてなざれる。 製造プロセスは、 原料粉末と し て、 いずれも δ /i rn以下の平均粒径を有し、 かつそれぞれ第 1一 1 表に示される組成を持つた R— A— 0系酸化物粉末、 R— A— C じ 一 0系粉末および銅粉末を用意するこ とで閗始ざれる。 なお、 第 1 一 1 表および第 2—； I表の成分組成における Rはイ ツ ト リウムを含 む希土類元素のいずれかの元素、 Aはアルカリ土類金属、 およひ' 0 は酸素を示し、 また R一 A一 c u系酸化物粉末および R— A— C u 一 0系酸化物粉末には、 必要に応じて C u 0を含ませている。 前記 原料粉末は第 1一 1表に示される割合で混合されて、 ^合粉末が形 成される。 該 合粉末は真空ホッ トブレスで成形され、 ターゲッ ト が完成する。 真空ホッ ト プレスは、 温度： 約 8 0 0 で約 1 0— 3† o r rの真空雰囲気中で実施され、 混合粉末は 力： 約 1 5 0 k g f Z c m 2で加压ざれ、 約 3時間保持される。 その結杲、 実質的に第 1— 1表に示ざれた配合翘成と同一の成分組成を有するターゲッ ト が形成され、 ターゲッ ト は銅に上逑の酸化物または上述の酸化 と C u 0とを均一に分散させた組織を有しており、 各ターゲッ トの直 径および厚さはそれぞれ約 5 0 m mと約 4 m mとであつた。 本発明 の実施例であるターゲッ トにはサンプル番号 1〜 1 8を付してある。
    [0017] また、 比較の目的で、 従来例のターゲッ ト が形成された。 従来^ のターゲッ ト は第 2— 1 表に示される組成を持った R— A— C u — 0系酸化物粉末または R— A— 0系酸化物粉末と、 これらの酸化物 粉末のいずれかに選択的に含められる C u 0 とを^いて形成され、 銅粉末は含まれていない。 また、 錕含有率の設定 の有効性を検 証する目的で、 比較用ターゲッ ト が形成ざれた c 従来例のターゲッ _ _
    [0018] ト は真空ホッ トプレスにおける；^度を 8 5 0 Cに高める以外は上記 本発明にかかる実施例と同一の条件で製造され、 比較 ターケッ ト にはサンブル番号 2 】 〜 2 4が付されており、 従来ターゲ ッ ト には サンプル番号 2 5〜 3 8 をそれぞれ付した。
    [0019] ついで、 この結果得られた本発明の実施例にかかるターゲッ ト、 比較用タ一ゲッ ト及び従来例のターゲヅ ト は特性の評 ί5を受けた。 特性を評 ffiするため、 全ターゲッ ト は、 冷却効率を評 βする目的て 熱伝導率と、 電気抵抗率と、 さ らに機械的強度を評 ί する 目的で抗 折力とを測定された。
    [0020] 引き続いて、 これらの各種ターゲッ ト を、 それそれ直流マグネ □ンスパッ タ リング装置 （高周波マグネ ト ロンスパ ッ タ リ ング'装置 を用いてもよい） に装入し、 各ターゲッ ト は以下の条件でスパッ タ リングされた。
    [0021] 雰囲気全体圧力 1 0―4〜 1 0— 1 t 0 r r、
    [0022] 雰 囲 気 A r、 または 0 2を 5〜 5 0 %含有の A r、 供 給 電 力 1 0 0〜 6 0 0 W、
    [0023] 基 板 材 、 平面寸法が 1 0 0 m m G) M g 0草結晶、
    [0024] 基板—ターゲッ ト間距 m 5 1 3 0 c 、
    [0025] 薄膜の厚さ ： 2 rn、
    [0026] このようにして基板上に被着された薄膜は、 焼鈍処理を受けた。 烤 鈍処理は、 酸化含有雰囲気中、 ^度： 約 9 1 0 Cに約 1 時間保持さ れ、 その後 戸冶して実施ざれた。 各薄膜は 4端子法によ り 臨界浥度 ( T c ) を測定された。 これらの測定結果を第 1 — 2表およひ第 2 一 2表に示した。
    [0027] 第 1— 2表および第 2— 2表に示される結果から、 本発明ターケ ッ ト 1 〜 ： I 8は、 いずれも従来ターゲッ 卜 2 5〜 3 8に比して一段 と高い熱電導率 （したがつて、 スパッ タ リング時には高い冷却効率） および抗折カ （機械的強度） を有し、 それらの抵抗率は従来例に比 ベて低い。 しかも、 本発明にかかるターゲッ ト をスパッタ リ ングし て形成された超電導体薄膜は、 従来ターゲッ ト をスパッタ リングし て形成された薄膜と同等の臨界温度などの特性を有する。
    [0028] 上述のように、 この発明のターゲッ ト は、 超電導膜形成に組成的 問題はなく、 その上で優れた冷却効率を持つので、 高速スパッタを 行っても熱応力による割れの発生がなく、 かつ抵抗率が著し く低い ので高周波スパッ 夕リングはもちろんのこと、 直流 2極スパ、ソタ リ ングによる薄膜形成も可能であ り、 さらに機棱的強度も高いので、 取扱いが容易であるなど工業上有 な特性を有するのである。
    [0029] これに対して、 比較例のターゲッ ト 2 2と 2 4は銅の含有率にお いて本発明を特徴付ける IS固の値よ り小さいので、 それらの特 t主 改善ざれていない。 一方、 ターゲッ ト 2 1、 2 3は錕の舍有車にお いて本発明を特徴付ける範囲の値よ り大きいので、 臨界 度 T c か 悪化している。
    [0030] (以下、 余白）
    [0031] ■ - 第 1 一 1 表
    [0032] £riO/88df/lDd -8- £8 0/68 O 第 2 — 1
    [0033]
    [0034] (※印： 本発明範囲外） 第 2— 2表
    [0035] ： 抵 抗 ： 抗折カ ； 薄膜の
    [0036] ψ >>,曰 piF a づ卜 to
    [0037] ( Ω · cm) (kg/cm2) ( c k ) 比
    [0038] 21 0へ: 0.45 ； 1 X 10— 6 ！ 130 ； 50 較 I 1 r
    [0039] タ
    [0040] Ϊ 22 0.0。2 ！ 23 X 10-3 ； 70 ！ 68 I ¾ 1 ！ f
    [0041] 2 I r
    [0042] ゲ
    [0043] U . [ ixio-6 ； J ( 1 Λ 0 Q 、ソ
    [0044] ト O
    [0045] 1 CO '
    [0046] 24 0.02 9 X 1CT3 ！ 80 ； 70 材 i ！
    [0047] 25 0.01 80 1 73 o o
    [0048] 従 26： 0.01 6.3 1 90 76
    [0049] 一
    [0050] ！
    [0051] 27； 0.01 2.5 i 80 76 来 ；
    [0052] 28： 0.01 ！ 0.43 i 80 78 タ 29； 0.01
    [0053] ！ ： 0.78 ： 120 75
    [0054] 30 i 0.01 1 0.21 ： 100 65
    [0055] 1 r
    [0056] 31 0.01 ' 50.0 ' 140 ' 60 ゲ 32 0.01 4.2X 10— 2 ； 80 73
    [0057] 33； 0.01 ; 0.50 ； 120 50
    [0058] 、ソ f t
    [0059] 34； 0.01 0.91 100 45 h ： 35； 0.01 ： 12.0 ； 50 ： 55
    [0060] 36 0.01 120 40 材
    [0061] 37 1 0.01 7.6X 2 ！ 160 ： 57
    [0062] 38； 0.01 ； 36.0 110 ' 57 産業上の利用可能性
    [0063] 本発明にかかる ターゲッ ト は基板または絶緣層上に酸化物の薄牍 をスパッタ リングで被着するこ とに使用でき る。
    权利要求:
    Claims請求 の 範 画
    ( 1 ) 約 8容量％〜約 4 0容量％の金属鋇と、 イツ ト リウムを含む 希土類元素から選択された元素とアル力リ土類金属とを含む酸化物 とイ ツ ト リ ゥムを含む希土類元素から選択された元素とアル力リ土 類金属と銅とを含む酸化物で構成される群から選択された少なく と も 1 つの酸化物とを含み、 上記酸化物が上記金厲鋇にほぼ均一に分 散した組織を有する超電導膜形成用ターゲッ ト。
    ( 2 ) 特許請求のはに第 1項記載のターゲッ トであって、 上記タ一 ゲッ ト は約 2 0容量％以下の酸化銷を更に含む。
    ( 3 ) 特許請求の範囲第 1項に記載ざれた超電導膜形成 βタ一ゲッ トであって、 上記ターゲッ トはイッ ト リウムを含む希土類元素から 選択ざれた元素とアル力 リ土類金属とを含む上記酸化物とイ ツ ト リ ゥムを含む希土類元素から選択された元素とアルカ リ土類金属と銷 とを含む上記酸化物で構成される上記群から選択された他方の駿化 物を更に含む。
    ( 4 ) 特許請求の範囲第 3項に記載された超電導膜形成用ターゲッ トであって、 上記ターゲッ ト は約 2 0容量％以下の酸化鋇を更に舍 む。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    公开号 | 公开日
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    法律状态:
    1989-06-15| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): KR US |
    1989-06-15| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1989-08-09| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989900303 Country of ref document: EP |
    1989-12-13| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989900303 Country of ref document: EP |
    1992-09-09| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989900303 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP62/311695||1987-12-09||
    JP31169587||1987-12-09||DE8989900303T| DE3874526T2|1987-12-09|1988-12-08|Targetmaterial zur bildung eines supraleitenden films.|
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