JP3288301B2 - Thin film resistor, method of manufacturing the same, and wiring board incorporating the thin film resistor - Google Patents

Thin film resistor, method of manufacturing the same, and wiring board incorporating the thin film resistor

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JP3288301B2 JP16511298A JP16511298A JP3288301B2 JP 3288301 B2 JP3288301 B2 JP 3288301B2 JP 16511298 A JP16511298 A JP 16511298A JP 16511298 A JP16511298 A JP 16511298A JP 3288301 B2 JP3288301 B2 JP 3288301B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子技術の分野に
属し、受動素子として動作する薄膜抵抗体、及びその製
造方法、並びに当該薄膜抵抗体を内蔵した配線基板に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of electronic technology, and relates to a thin-film resistor that operates as a passive element, a method of manufacturing the same, and a wiring board incorporating the thin-film resistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、実装基板の小型化の要求が高ま
り、抵抗体を内蔵した基板の報告も増えている。抵抗内
蔵基板の構造は、チップ抵抗部品を内蔵した基板、厚膜
抵抗体(ペースト)を内蔵した基板、薄膜抵抗体を内蔵
した基板に分類される。チップ抵抗部品を内蔵した基板
では小型化に限界があり、厚膜抵抗体を内蔵した基板で
は抵抗値の精度を高くできない問題があった。薄膜抵抗
体を内蔵した基板は、最も小型化に優れており、抵抗値
の精度も比較的高くできる。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for downsizing of a mounting substrate, and reports of a substrate having a built-in resistor have been increasing. The structure of the built-in resistor substrate is classified into a substrate including a chip resistor component, a substrate including a thick film resistor (paste), and a substrate including a thin film resistor. There is a limit to miniaturization of a substrate with a built-in chip resistance component, and there is a problem that the accuracy of the resistance value cannot be increased with a substrate with a built-in thick film resistor. A substrate having a built-in thin film resistor is most excellent in miniaturization, and can have relatively high resistance value accuracy.

【0003】薄膜抵抗体内蔵基板に使用されている抵抗
体については、特開平4-174590号公報等にニクロム合
金、窒化タンタル、ITO(Indium Tin Oxide)、金属
シリサイドが報告されている。しかし、これらの薄膜を
使用した場合、パターニング方法において、ウェットエ
ッチングでは強酸を使用するため基板を劣化させる問題
があり、ドライエッチングでは工程が長くなってしまう
問題があった。また、抵抗体の種類によっては、ウエッ
トエッチング方法においても、抵抗体と電極や配線との
選択エッチングが困難であるという問題があった。
[0003] As for the resistors used for the substrate with a built-in thin film resistor, Nichrome alloy, tantalum nitride, ITO (Indium Tin Oxide), and metal silicide are reported in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-174590. However, when these thin films are used, in a patterning method, there is a problem that the substrate is deteriorated in wet etching because a strong acid is used, and there is a problem that the process becomes long in dry etching. Also, depending on the type of the resistor, there is a problem that it is difficult to selectively etch the resistor and the electrode or the wiring even in the wet etching method.

【0004】窒化チタン薄膜は、特開昭63-156341 号公
報に報告されているように、従来から半導体素子のコン
タクトバリアとして使用されている。また、特開平3-27
6755号公報には、半導体素子内でTiNをバリアメタル
及び抵抗として使用する半導体装置の製造方法が報告さ
れている。しかし、この抵抗体は、TiN多結晶薄膜に
関するものであった。また、TiN多結晶薄膜の抵抗値
は、小さいもので20〜25〔μΩ・cm〕、大きいもので13
00〔μΩ・cm〕であることが、それぞれ、J. Vac. Sci.
Technol. A5, p1778 (1987)、半導体集積回路技術シン
ポジウム講演論文集, 28, p97 (1985)に報告されてい
る。このように、TiN多結晶薄膜では、、高抵抗薄膜
を製造するのが困難であるとともに、抵抗温度係数が大
きいという問題があった。
[0004] As reported in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-156341, a titanium nitride thin film has been conventionally used as a contact barrier for a semiconductor device. In addition, JP-A-3-27
Japanese Patent No. 6755 reports a method of manufacturing a semiconductor device using TiN as a barrier metal and a resistor in a semiconductor element. However, this resistor was related to a TiN polycrystalline thin film. The resistance of the TiN polycrystalline thin film is 20-25 [μΩ · cm] for a small one and 13
00 (μΩcm), respectively, J. Vac.Sci.
Technol. A5, p1778 (1987), Proceedings of the Semiconductor Integrated Circuit Technology Symposium, 28, p97 (1985). As described above, the TiN polycrystalline thin film has problems that it is difficult to manufacture a high-resistance thin film and that the temperature coefficient of resistance is large.

【0005】一方、特開昭61-148732 号公報には、高周
波マグネトロンスパッタリングにより作製したTiN、
TaNなどの金属窒化物であるアモルファス金属化合物
を、感温素子用発熱抵抗体として使用する例が報告され
ている。しかし、この抵抗体は温度による抵抗値変化が
あるため、終端抵抗等の通常の回路用抵抗としては適し
ていなかった。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-148732 discloses TiN produced by high-frequency magnetron sputtering,
There has been reported an example in which an amorphous metal compound which is a metal nitride such as TaN is used as a heating resistor for a temperature-sensitive element. However, since this resistor has a resistance value change due to temperature, it is not suitable as a normal circuit resistor such as a terminating resistor.

【0006】窒化チタンの非晶質と結晶とからなる複合
体は、特開平3-6362号公報にステンレス鋼の表面処理層
として、特開平9-209120号公報に硬質基体上の被覆層と
して、特開平9-209121号公報に硬質基体上の被覆層とし
て、特開平3-132006号公報に磁気ヘッド用非磁性薄膜と
して、特開平4-206818号公報に半導体のコンタクトバリ
アとしてそれぞれ開示されている。これらの製造方法
は、それぞれ上記公報の順に、窒素を含有する雰囲気中
でステンレス鋼へTiをイオン注入するもの、カソード
アーク放電を利用したアークイオンプレーティング法で
硬質基体上に形成された窒化チタン被覆層へ、一価の硼
素イオンをイオン注入するもの、カソードアーク放電を
利用したアークイオンプレーティング法で硬質基体上に
形成された窒化チタン被覆層へ、一価の硼素イオンをイ
オン注入するもの、イオンビームスパッタリング後300
〔℃〕以上に熱処理するもの、TiN結晶膜を形成後に
イオン注入するものとして開示されている。このよう
に、窒化チタンの非晶質と結晶とからなる複合体を形成
する工程は、複雑であるという問題があった。
[0006] The composite comprising amorphous and crystalline titanium nitride is disclosed in JP-A-3-6362 as a surface treatment layer of stainless steel, and in JP-A-9-209120 as a coating layer on a hard substrate. JP-A-9-209121 discloses a coating layer on a hard substrate, JP-A-3-132006 discloses a non-magnetic thin film for a magnetic head, and JP-A-4-2021818 discloses a semiconductor contact barrier. . These manufacturing methods include, in the order of the above publications, a method in which Ti is ion-implanted into stainless steel in an atmosphere containing nitrogen, and a method in which titanium nitride formed on a hard substrate by an arc ion plating method using cathode arc discharge. Injecting monovalent boron ions into the coating layer, Injecting monovalent boron ions into the titanium nitride coating layer formed on the hard substrate by arc ion plating using cathode arc discharge 300 after ion beam sputtering
It is disclosed that heat treatment is performed at a temperature of [° C.] or more, and ion implantation is performed after forming a TiN crystal film. As described above, there is a problem that the process of forming a composite including amorphous and crystalline titanium nitride is complicated.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように従
来の薄膜抵抗体は、エッチング時に薄膜抵抗体が形成さ
れている基板を劣化させる問題や、薄膜抵抗体形成工程
で時間がかかり過ぎる問題があった。また、多結晶窒化
チタン薄膜を抵抗体として使用する場合は、高抵比抵抗
薄膜を形成するのが困難であるとともに、抵抗温度係数
が大きいという問題があった。さらに、窒化チタンの非
晶質と結晶とからなる複合体を形成する場合は、製造工
程が複雑になるという問題があった。
As described above, the conventional thin-film resistor has a problem that the substrate on which the thin-film resistor is formed is deteriorated at the time of etching and a problem that it takes too much time in the thin-film resistor forming process. there were. Further, when a polycrystalline titanium nitride thin film is used as a resistor, there is a problem that it is difficult to form a high resistivity thin film and the temperature coefficient of resistance is large. Further, when forming a complex composed of amorphous and crystalline titanium nitride, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated.

【0008】[0008]

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、ウェットエッ
チングで簡単にパターン形成が可能であるとともに、抵
抗温度特性に優れ、しかも製造が容易な薄膜抵抗体、及
びその製造方法、並びに当該薄膜抵抗体を内蔵した配線
基板を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin film resistor which can be easily formed by wet etching, has excellent resistance temperature characteristics and is easy to manufacture, a method of manufacturing the same, and a thin film resistor. An object of the present invention is to provide a wiring board having a built-in body.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る薄膜抵抗体
は、成膜時に析出させた窒化チタン結晶及びチタン結晶
の少なくとも一方と窒化チタン非晶質との複合体からな
るものである。また、本発明による薄膜抵抗体の製造方
法は、窒素ガスをプロセスガスとして用い、チタンター
ゲットとDCマグネトロンスパッタとで、本発明に係る
薄膜抵抗体を製造するものである。このとき、スパッタ
時の窒素分圧を制御することにより、複合体中の窒素量
を変化させて抵抗値を制御することができる。
A thin film resistor according to the present invention comprises a titanium nitride crystal deposited at the time of film formation and a composite of titanium nitride and titanium nitride amorphous. Further, the method of manufacturing a thin film resistor according to the present invention uses the nitrogen gas as a process gas and manufactures the thin film resistor according to the present invention using a titanium target and DC magnetron sputtering. At this time, by controlling the partial pressure of nitrogen during sputtering, the resistance value can be controlled by changing the amount of nitrogen in the composite.

【0010】また、前記複合体に占める窒素の原子数
は、全体の1/3 から2/3 であることが好ましい。その理
由は、1/3 以下となると、Ti結晶の析出量が多くな
り、抵抗温度係数が大きくなってしまう問題が生じ、2/
3 以上となるとアモルファス相が不安定となり、抵抗値
の経時変化を起こす問題が生じるからである。また、薄
膜抵抗体の比抵抗は広い範囲の値が求められている。例
えば、50Ωの抵抗値を得るためには、比抵抗0.1〔mΩ
・cm〕の材料を用いて20nmの厚みで幅と長さが同じ寸法
にパターニングすればよい。また、逆に、前記抵抗体と
同じ寸法でパターニングした抵抗体に、例えば、比抵抗
100〔mΩ・cm〕の材料を用いれば50kΩの抵抗体を得る
ことができる。寸法を変化させることにより、抵抗値の
調整は可能であるが、一般に薄膜は厚みが小さすぎると
膜中に欠陥を生じたり、表面構造の影響を強く受けて物
性が変化してしまう問題があり、厚みを大きくするには
工程時間が長くなる問題と膜中の応力を増大による基板
からの剥離を生じさせる問題がある。幅と長さの比率を
変化させるのは、抵抗体の小型化の観点から適していな
い。通常は、異なる材料を用いて抵抗の範囲をカバーし
ていたが、本発明の薄膜抵抗体は一つのターゲットを用
いて広範囲の抵抗を得ることができる。
The number of nitrogen atoms occupying the complex is preferably 1/3 to 2/3 of the whole. The reason is that, when it is less than 1/3, the amount of Ti crystal precipitated increases, causing a problem of increasing the temperature coefficient of resistance.
If the value is 3 or more, the amorphous phase becomes unstable, and there is a problem that the resistance value changes with time. Further, the specific resistance of the thin film resistor is required to have a wide range of values. For example, in order to obtain a resistance value of 50Ω, a specific resistance of 0.1 [mΩ
[Cm] using a material having a thickness of 20 nm and the same width and length. Conversely, a resistor patterned with the same dimensions as the resistor, for example,
If a material of 100 [mΩ · cm] is used, a 50 kΩ resistor can be obtained. It is possible to adjust the resistance value by changing the dimensions, but in general, if the thickness of the thin film is too small, there is a problem that defects occur in the film or physical properties change due to the strong influence of the surface structure. To increase the thickness, there is a problem that the process time becomes longer, and there is a problem that separation from the substrate occurs due to an increase in stress in the film. Changing the ratio of the width to the length is not suitable from the viewpoint of miniaturization of the resistor. Usually, different materials are used to cover the range of resistance, but the thin film resistor of the present invention can obtain a wide range of resistance using one target.

【0011】窒化チタン結晶及びチタン結晶の少なくと
も一方と窒化チタン非晶質との複合体は、寸法精度の高
いウエットエッチングパターン形成が可能となる。その
ため、工程の短縮化による低コスト化、及び抵抗値の精
度向上が可能となる。また、このような複合体とするこ
とにより、抵抗体薄膜中のチタンと窒素との比率に幅を
持たせることが可能となるので、抵抗温度特性の向上及
び抵抗値範囲の拡大が可能となる。
A titanium nitride crystal or a composite of at least one of titanium crystals and amorphous titanium nitride can form a wet etching pattern with high dimensional accuracy. Therefore, it is possible to reduce the cost by shortening the process and improve the accuracy of the resistance value. In addition, by using such a composite, the ratio between titanium and nitrogen in the resistor thin film can be given a range, so that the resistance temperature characteristics can be improved and the resistance value range can be expanded. .

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図12は、従来技術における窒化
チタン薄膜を示す概略断面図である。窒化チタン薄膜5
0は、基板52上に形成されている。窒化チタン薄膜5
0は、ウェットエッチングにより容易にパターン形成が
可能である。しかし、窒化チタン薄膜50を抵抗体とし
て使用すると、抵抗温度係数が大きく、しかも得られる
比抵抗の幅が狭いという問題があった。これは、図12
に示すように、窒化チタン薄膜50は、多くの柱状結晶
54からなる化学式TiNのストイキオメトリー多結晶
薄膜となっていたことにより、TiN固有の抵抗温度係
数と比抵抗値とによって抵抗特性が支配されていたため
である。
FIG. 12 is a schematic sectional view showing a conventional titanium nitride thin film. Titanium nitride thin film 5
0 is formed on the substrate 52. Titanium nitride thin film 5
0 indicates that the pattern can be easily formed by wet etching. However, when the titanium nitride thin film 50 is used as a resistor, there is a problem that the temperature coefficient of resistance is large and the width of the obtained specific resistance is narrow. This is shown in FIG.
Since the titanium nitride thin film 50 is a stoichiometric polycrystalline thin film of TiN composed of many columnar crystals 54 as shown in FIG. It was because it was.

【0013】本発明者は、成膜時に析出させた窒化チタ
ン結晶及びチタン結晶の少なくとも一方と窒化チタン非
晶質との複合体からなる抵抗体薄膜を作製し、この抵抗
体薄膜中の結晶量と非晶質量との比率又はチタンと窒素
との比率により、抵抗温度係数及び抵抗値が大きく変化
することを見い出した。
The inventor of the present invention has prepared a resistor thin film made of a titanium nitride crystal deposited at the time of film formation and a composite of titanium nitride and at least one of the titanium crystals, and the amount of crystal in the resistor thin film. It has been found that the temperature coefficient of resistance and the resistance value vary greatly depending on the ratio between the amount of manganese and the amount of amorphous material or the ratio between titanium and nitrogen.

【0014】図1は、本発明に係る抵抗体薄膜を示す概
略断面図である。この抵抗体薄膜10は、窒化チタン非
晶質12のマトリックス中に結晶粒子14が析出した構
造を有していると考えられる。抵抗体薄膜10は、基板
16上に形成されている。結晶粒子14は、窒化チタン
結晶及びチタン結晶の少なくとも一方からなる。なお、
図1では理解しやすくするために結晶粒子14を明確に
示しているが、実際の結晶粒子14は微小であるととも
に非晶質との界面も明確でないと考えられる。抵抗体薄
膜10は、窒素の比率の大きい薄膜ほどエッチング時間
が長くなる傾向はあるが、ウェットエッチング性も良好
である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a resistor thin film according to the present invention. It is considered that the resistor thin film 10 has a structure in which the crystal particles 14 are precipitated in the matrix of the amorphous titanium nitride 12. The resistor thin film 10 is formed on a substrate 16. The crystal particles 14 are composed of at least one of a titanium nitride crystal and a titanium crystal. In addition,
Although the crystal grains 14 are clearly shown in FIG. 1 for easy understanding, it is considered that the actual crystal grains 14 are minute and the interface with the amorphous is not clear. The resistor thin film 10 tends to have a longer etching time as the thin film has a higher ratio of nitrogen, but also has a good wet etching property.

【0015】非晶質だけからなる窒化チタン薄膜は、製
造後熱履歴が加わると、薄膜中に結晶を析出して抵抗値
が大きく変化してしまう。これに対し、抵抗体薄膜10
は、成膜時に複合体として析出させることで、500
〔℃〕以下の熱履歴による抵抗値変化が少なくなった。
これは、この複合体の非晶質と結晶とが平衡状態にある
ためと考えられる。複合体に含まれ得る窒化チタン結晶
としては、TiNやTi2Nが好適であるが、これらに
限定されるものではない。
When a thermal history is applied to a titanium nitride thin film made of only an amorphous material, crystals are deposited in the thin film and the resistance value is greatly changed. On the other hand, the resistor thin film 10
Is deposited as a composite during film formation,
The change in the resistance value due to the heat history of [° C.] or less was reduced.
This is presumably because the amorphous and the crystal of the composite are in an equilibrium state. Suitable titanium nitride crystals that can be included in the composite include, but are not limited to, TiN and Ti 2 N.

【0016】また、抵抗体薄膜10は、実装基板に用い
られるチップ抵抗の代替として好適であり、基板16の
表面や内部に抵抗を形成することができる。基板16と
しては、絶縁層付きSi基板、プリント基板、ビルドア
ップ基板、セラミック基板等が好適であり、それぞれ内
層配線内又は表面のどちらに薄膜抵抗体10を形成して
も良い。また、好適なSi基板やセラミック基板には、
表面に有機絶縁層を介した多層配線基板も含む。その場
合の抵抗体形成部は、有機多層部の内層配線内又は表面
のどちらでも良い。特に、基板の内層に抵抗体を形成し
た場合は、基板厚みを変更することなく、基板表面の実
装面積を大きく低減することができるため、基板の小型
化に大きく貢献する。また、基板10は、例えば有機フ
ィルム、ガラス板や金属箔等でも良い。
The resistor thin film 10 is suitable as a substitute for a chip resistor used for a mounting board, and can form a resistor on the surface or inside of the board 16. As the substrate 16, a Si substrate with an insulating layer, a printed substrate, a build-up substrate, a ceramic substrate, or the like is suitable, and the thin-film resistor 10 may be formed on either the inner layer wiring or the surface. In addition, suitable Si substrates and ceramic substrates include:
It also includes a multilayer wiring board having an organic insulating layer on the surface. In that case, the resistor forming portion may be either inside the inner layer wiring of the organic multilayer portion or on the surface. In particular, when a resistor is formed in the inner layer of the substrate, the mounting area on the substrate surface can be greatly reduced without changing the thickness of the substrate, which greatly contributes to downsizing of the substrate. The substrate 10 may be, for example, an organic film, a glass plate, a metal foil, or the like.

【0017】配線基板の回路内に対する本発明の薄膜抵
抗体の形成方法については、次の好適な二つが挙げられ
る。第一の形成方法は、図2に示すように、基板16へ
薄膜抵抗体10を成膜し、フォトリソグラフィーにより
パターン形成をした後、配線18を形成するものであ
る。第二の形成方法は、図3に示すように、予め配線1
8が形成してある基板16へ薄膜抵抗体10を成膜し、
フォトリソグラフィーによりパターン形成するものであ
る。もちろん、これらの形成方法に限定されるものでは
ない。
With respect to the method of forming the thin film resistor of the present invention in the circuit of the wiring board, the following two suitable methods are given. In the first forming method, as shown in FIG. 2, a thin film resistor 10 is formed on a substrate 16, a pattern is formed by photolithography, and then a wiring 18 is formed. In the second forming method, as shown in FIG.
The thin film resistor 10 is formed on the substrate 16 on which the substrate 8 is formed,
The pattern is formed by photolithography. Of course, it is not limited to these forming methods.

【0018】また、薄膜抵抗体10の成膜方法は、チタ
ンターゲットと窒素ガスとを用いたDCマグネトロンス
パッタが好適である。このとき、スパッタ時ガス圧によ
り、薄膜抵抗体10中のチタンと窒素との比率を制御で
きる。さらに、スパッタ時ガス圧、基板温度、スパッタ
電力の制御により、薄膜中の結晶の種類や量を制御でき
る。特に、スパッタ時にある程度の温度を基板16に与
えておくと、熱履歴が薄膜に加えられたときの抵抗値変
化が少なくなる。スパッタ時基板温度は500 〔℃〕以下
が好適であり、特に200 〔℃〕以下の基板温度で成膜す
ると良好な抵抗特性が得られる。
The thin film resistor 10 is preferably formed by DC magnetron sputtering using a titanium target and a nitrogen gas. At this time, the ratio between titanium and nitrogen in the thin film resistor 10 can be controlled by the gas pressure during sputtering. Further, by controlling the gas pressure during sputtering, the substrate temperature, and the sputtering power, the type and amount of crystals in the thin film can be controlled. In particular, when a certain temperature is applied to the substrate 16 during sputtering, a change in resistance value when heat history is applied to the thin film is reduced. The substrate temperature at the time of sputtering is preferably 500 [° C.] or less, and particularly when a film is formed at a substrate temperature of 200 [° C.] or less, good resistance characteristics can be obtained.

【0019】[0019]

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described.

【0020】表面に酸化膜が形成されたSiウエハー、
及び表面にエポキシ系樹脂がコーティングされたプリン
ト基板FR-4へ、窒化チタン複合体からなる薄膜抵抗体を
成膜した。このとき、スパッタアップタイプ・インライ
ンDCスパッタ装置を使用し、チタンターゲットと窒素
ガスとを用いた反応性スパッタにより薄膜抵抗体を成膜
した。スパッタ装置のチャンバー内圧力は、9.9 ×10-7
〔Torr〕以下に真空排気の後、成膜時にチャンバー内に
窒素を50〔sccm〕で導入しながらオリフィス絞りを制御
して、0.5 〜10〔mTorr〕にした。基板温度は25〜200
〔℃〕、ターゲット上の基板移動速度は100 〜500 〔mm
/min〕、スパッタ電流は2.5 〜8 〔A〕にした。これら
の薄膜抵抗体(以下「試料」という)は、Van der Pauw
法によるシート抵抗測定、触針式膜厚計による膜厚測
定、X線回折による薄膜構造解析等を行い、評価した。
A silicon wafer having an oxide film formed on its surface,
Then, a thin film resistor made of a titanium nitride composite was formed on a printed circuit board FR-4 having a surface coated with an epoxy resin. At this time, a thin film resistor was formed by reactive sputtering using a titanium target and nitrogen gas using a sputter-up type in-line DC sputtering apparatus. The pressure inside the chamber of the sputtering equipment is 9.9 × 10 -7
After evacuation to [Torr] or less, the orifice aperture was controlled to 0.5 to 10 [mTorr] while introducing nitrogen into the chamber at 50 [sccm] during film formation. Substrate temperature is 25 ~ 200
(° C), the substrate moving speed on the target is 100 to 500 (mm
/ min], and the sputter current was 2.5 to 8 [A]. These thin film resistors (hereinafter referred to as “samples”) are provided by Van der Pauw
The sheet resistance was measured by a method, the film thickness was measured by a stylus-type film thickness meter, and the thin film structure was analyzed by X-ray diffraction.

【0021】図4には、作製した試料の成膜条件、膜厚
及び比抵抗値を示す。各成膜条件につき10mm四方に切り
出した試料を50個ずつ室温で測定し、それらの平均値を
比抵抗値とした。プリント基板上の膜厚は、基板の表面
粗さが大きすぎるため測定不能であった。したがって、
プリント基板上に形成した試料の比抵抗は、同時に作製
したSi基板上の試料と同一の膜厚を持つと仮定して、
測定したシート抵抗値から計算した。
FIG. 4 shows the film forming conditions, film thickness, and specific resistance of the manufactured sample. For each film forming condition, 50 samples cut into a square of 10 mm were measured at room temperature, and their average value was defined as a specific resistance value. The film thickness on the printed board could not be measured because the surface roughness of the board was too large. Therefore,
Assuming that the specific resistance of the sample formed on the printed board has the same film thickness as the sample on the Si substrate manufactured at the same time,
It was calculated from the measured sheet resistance.

【0022】図4の成膜条件における試料の比抵抗は、
Si基板で0.209 〜13.315〔mΩ・cm〕、FR-4基板で0.
280 〜21.147〔mΩ・cm〕であった。いずれの基板で
も、成膜条件を変えることにより、広い範囲の抵抗値を
得ることができた。特に、10〔mTorr〕の窒素ガス圧で
作製した試料は、10〔mΩ・cm〕を越える非常に大きな
抵抗値を示した。成膜条件により試料の抵抗値が大きく
変化するのは、薄膜中のチタンと窒素との比率や、薄膜
中の結晶種又は結晶量が異なるためと考えられる。ま
た、いずれの試料の比抵抗値もバラツキ±5 〔%〕以内
の精度であった。特に、150 〔℃〕以上の基板温度条件
であるNo. 13,14,27,28の試料は、バラツキ±2
〔%〕以内の高い精度であった。基板に加熱をした方
が、窒化チタン薄膜の均一性が向上するためと考えられ
る。
The specific resistance of the sample under the film forming conditions shown in FIG.
0.209 to 13.315 (mΩcm) for Si substrate, 0.3 for FR-4 substrate.
280 to 21.147 [mΩ · cm]. With any of the substrates, a wide range of resistance values could be obtained by changing the film forming conditions. In particular, the sample prepared at a nitrogen gas pressure of 10 [mTorr] showed a very large resistance value exceeding 10 [mΩ · cm]. The large change in the resistance value of the sample depending on the film formation conditions is considered to be due to the difference between the ratio of titanium and nitrogen in the thin film and the type or amount of crystal in the thin film. In addition, the specific resistance values of all the samples were accurate to within ± 5 [%]. In particular, the samples of Nos. 13, 14, 27, and 28, which have a substrate temperature condition of 150
High accuracy within [%]. It is considered that heating the substrate improves the uniformity of the titanium nitride thin film.

【0023】また、No. 10,13,24,27の試料につい
て、20〔℃〕と150 〔℃〕の抵抗値測定から抵抗の温度
特性を測定した。その結果、それぞれの抵抗温度係数
は、-87.4 〔ppm /℃〕, 186.2〔ppm /℃〕, -24.3
〔ppm /℃〕, 137.8〔ppm /℃〕であり、良好な温度
特性を示した。このように、成膜条件の窒素ガス圧の変
化により、抵抗温度係数の正負の符号が逆転することが
明らかとなった。したがって、成膜条件の最適化によ
り、抵抗温度係数をより0に近づけることができる。
With respect to the samples of Nos. 10, 13, 24 and 27, the temperature characteristics of the resistors were measured by measuring the resistance values at 20 ° C. and 150 ° C. As a result, the respective temperature coefficients of resistance were -87.4 [ppm / ° C], 186.2 [ppm / ° C], -24.3
[Ppm / ° C] and 137.8 [ppm / ° C], showing good temperature characteristics. Thus, it was clarified that the positive and negative signs of the temperature coefficient of resistance were reversed by the change in the nitrogen gas pressure under the film forming conditions. Therefore, the temperature coefficient of resistance can be made closer to zero by optimizing the film forming conditions.

【0024】次に、作製した試料の構造をX線回折によ
り評価した結果について説明する。
Next, the result of evaluating the structure of the manufactured sample by X-ray diffraction will be described.

【0025】図4中のNo.1,15,13,27,11,25の試料
におけるX線回折結果を、それぞれ図5、6、7、8、
9、10に示す。図4中のNo.1の試料を窒素気流中1000
〔℃〕で5分間熱処理したものにおけるX線回折結果
を、図11に示す。これらのX線回折は、CuKα線を
用いた。
The X-ray diffraction results of the samples Nos. 1, 15, 13, 27, 11, and 25 in FIG.
9 and 10. The sample No. 1 in FIG.
FIG. 11 shows the results of X-ray diffraction of the sample heat-treated at [° C.] for 5 minutes. For these X-ray diffractions, CuKα rays were used.

【0026】図5乃至図11における回折パターンに
は、いずれも2θ=36〔°〕付近にブロードで強度の小
さい回折線が認められる。図中には2θ=36〔°〕付近
の回折線の頂点における面間隔dを示した。これらの回
折線は、窒化チタン結晶の回折線であると考えられ、ブ
ロードで強度が小さいのは、結晶化度が低く、非晶質を
含むためと考えられる。
In each of the diffraction patterns shown in FIGS. 5 to 11, broad and low-intensity diffraction lines are observed around 2θ = 36 °. In the figure, the surface distance d at the vertex of the diffraction line near 2θ = 36 [°] is shown. These diffraction lines are considered to be diffraction lines of a titanium nitride crystal, and the reason why the intensity is broad and small is considered to be that the degree of crystallinity is low and an amorphous state is included.

【0027】一方、図11における1000〔℃〕の熱処理
を加えた試料の2θ=36.7〔°〕のピークは、シャープ
で強度が大きく、TiN結晶の(111) 面の回折線と同定
される。これは、熱処理により窒化チタンの非晶質が結
晶化したことを示している。
On the other hand, the peak at 2θ = 36.7 ° in the sample subjected to the heat treatment at 1000 ° C. in FIG. 11 is sharp and has a high intensity, and is identified as a diffraction line of the (111) plane of the TiN crystal. This indicates that the amorphous titanium nitride was crystallized by the heat treatment.

【0028】また、TiN(111) ,Ti2 N(200) ,T
i(100) の面間隔は、それぞれ、JCPDS カード38-1420
,17-0386 ,44-1294 より、0.245 〔nm〕,0.247 〔n
m〕,0.256 〔nm〕である。したがって、図5乃至図1
0の2θ=36〔°〕付近のブロードなピークは、Ti
N、Ti2 N、Tiのいずれの結晶も存在していること
を示している。回折線頂点における面間隔dが試料の製
造条件により変化するのは、薄膜中に含まれるこれらの
結晶の比率が異なること、非晶質の構造が異なること、
チタンと窒素との比率が異なることが考えられる。
Also, TiN (111), Ti 2 N (200), T
The surface spacing of i (100) is JCPDS card 38-1420, respectively.
, 17-0386, 44-1294, 0.245 [nm], 0.247 [n
m] and 0.256 [nm]. Therefore, FIGS.
The broad peak around 2θ = 36 [°] of 0 is Ti
This shows that all the crystals of N, Ti 2 N, and Ti are present. The plane spacing d at the diffraction line apex changes depending on the manufacturing conditions of the sample because the ratio of these crystals contained in the thin film is different, the amorphous structure is different,
It is conceivable that the ratio between titanium and nitrogen is different.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明に係る薄膜抵抗体よれば、成膜時
に析出させた窒化チタン結晶及びチタン結晶の少なくと
も一方と窒化チタン非晶質との複合体からなることによ
り、簡単な工程で製造できるとともに、バラツキが小さ
く広い範囲の抵抗値と、0に近い抵抗温度係数を実現で
きる。
According thin-film resistor according to the present invention, during deposition
By a composite of at least one titanium nitride amorphous precipitated were titanium nitride crystals and titanium crystal, it is possible to manufacture a simple process, and the resistance of a wide range of small variations near zero resistance A temperature coefficient can be realized.

【0030】本発明に係る薄膜抵抗体の製造方法によれ
ば、窒素ガスをプロセスガスとして用い、チタンターゲ
ットとDCマグネトロンスパッタとを用いることによ
り、本発明に係る薄膜抵抗体を簡単な工程で製造するこ
とができる。また、窒素ガス分圧を制御することによ
り、広い範囲の抵抗値を有する薄膜抵抗体を簡単に製造
することができる。
According to the method of manufacturing a thin film resistor according to the present invention, a thin film resistor according to the present invention is manufactured in a simple process by using a nitrogen gas as a process gas and using a titanium target and DC magnetron sputtering. can do. Further, by controlling the partial pressure of nitrogen gas, a thin film resistor having a wide range of resistance values can be easily manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の抵抗体薄膜を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a resistor thin film of the present invention.

【図2】本発明の薄膜抵抗体を配線基板に形成する方法
の第一例を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a first example of a method for forming a thin film resistor on a wiring board according to the present invention.

【図3】本発明の薄膜抵抗体を配線基板に形成する方法
の第二例を示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a second example of the method of forming a thin film resistor on a wiring board according to the present invention.

【図4】本発明の薄膜抵抗体の実施例における、成膜条
件及び比抵抗を示す図表である。
FIG. 4 is a table showing film forming conditions and specific resistance in an example of the thin film resistor of the present invention.

【図5】本発明の実施例における、SiO2 /Si基板
上に25〔℃〕,3 〔mTorr〕で製造した試料No.1のX線
回折図形である。
FIG. 5 is an X-ray diffraction pattern of Sample No. 1 manufactured at 25 ° C. and 3 mTorr on a SiO 2 / Si substrate in an example of the present invention.

【図6】本発明の実施例における、エポキシ樹脂/FR-4
基板上に25〔℃〕,3 〔mTorr〕で製造した試料No.15
のX線回折図形である。
FIG. 6 shows an epoxy resin / FR-4 in an example of the present invention.
Sample No. 15 manufactured on a substrate at 25 ° C. and 3 mTorr
3 is an X-ray diffraction pattern of the sample.

【図7】本発明の実施例における、SiO2 /Si基板
上に150 〔℃〕,3 〔mTorr〕で製造した試料No.13 の
X線回折図形である。
FIG. 7 is an X-ray diffraction pattern of Sample No. 13 manufactured at 150 ° C. and 3 mTorr on a SiO 2 / Si substrate in an example of the present invention.

【図8】本発明の実施例における、エポキシ樹脂/FR-4
基板上に150 〔℃〕,3 〔mTorr〕で製造した試料No.2
7 のX線回折図形である。
FIG. 8 shows an epoxy resin / FR-4 in an example of the present invention.
Sample No. 2 manufactured at 150 [℃] and 3 [mTorr] on the substrate
7 is an X-ray diffraction pattern of FIG.

【図9】本発明の実施例における、SiO2 /Si基板
上に25〔℃〕,0.5 〔mTorr〕で製造した試料No.11 の
X線回折図形である。
FIG. 9 is an X-ray diffraction pattern of Sample No. 11 manufactured at 25 ° C. and 0.5 mTorr on a SiO 2 / Si substrate in an example of the present invention.

【図10】本発明の実施例における、エポキシ樹脂/FR
-4基板上に25〔℃〕,0.5 〔mTorr〕で製造した試料N
o.25 のX線回折図形である。
FIG. 10 shows an epoxy resin / FR in an example of the present invention.
-4 Sample N manufactured on substrate at 25 ° C and 0.5 mTorr
It is an X-ray diffraction pattern of o.25.

【図11】本発明の実施例における、SiO2 /Si基
板上に25〔℃〕,3 〔mTorr〕で製造した試料No.1を、
窒素気流中1000〔℃〕で5分間熱処理したもののX線回
折図形である。
FIG. 11 shows a sample No. 1 manufactured at 25 ° C. and 3 mTorr on a SiO 2 / Si substrate in an example of the present invention.
It is an X-ray diffraction pattern of the thing heat-processed at 1000 [degrees C] for 5 minutes in a nitrogen stream.

【図12】従来の多結晶窒化チタン薄膜を示す概略断面
図である。
FIG. 12 is a schematic sectional view showing a conventional polycrystalline titanium nitride thin film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 薄膜抵抗体 12 窒化チタン非晶質 14 結晶粒子(窒化チタン結晶及びチタン結晶) 16 基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Thin film resistor 12 Titanium nitride amorphous 14 Crystal particle (titanium nitride crystal and titanium crystal) 16 Substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−148732(JP,A) 特開 平6−306605(JP,A) 特開 昭51−150095(JP,A) 特開 昭53−33759(JP,A) 特開 昭52−3197(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-61-148732 (JP, A) JP-A-6-306605 (JP, A) JP-A-51-150095 (JP, A) 33759 (JP, A) JP-A-52-3197 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】スパッタによる成膜時に析出させた窒化チ
タン結晶及びチタン結晶の少なくとも一方と窒化チタン
非晶質との複合体からなる薄膜抵抗体であって、 成膜時にプロセスガスとして用いる窒素ガスの分圧を制
御することで、前記複合体中の窒素量を変化させ、前記
薄膜抵抗体の抵抗値を変化させた薄膜抵抗体。
1. A thin-film resistor made of a composite of at least one titanium nitride amorphous film forming precipitated was titanium nitride crystals and crystalline titanium at by sputtering, nitrogen gas used as a process gas during deposition Control the partial pressure of
By controlling the amount of nitrogen in the composite,
A thin film resistor in which the resistance value of the thin film resistor is changed.
【請求項2】 窒素ガスをプロセスガスとして用い、チ
タンターゲットとDCマグネトロンスパッタを使用し、
窒化チタン結晶及びチタン結晶の、少なくとも一方と窒
化チタン非晶質との複合体からなる薄膜抵抗体を製造す
る方法であって、前記スパッタ時の前記窒素ガスの分圧
を制御することにより、前記複合体中の窒素量を変化さ
せ、前記薄膜抵抗体の抵抗値を変化させることを特徴と
する薄膜抵抗体の製造方法。
2. Using nitrogen gas as a process gas, using a titanium target and DC magnetron sputtering ,
At least one of a titanium nitride crystal and a titanium crystal;
A method of manufacturing a thin film resistor comprising a composite with titanium nitride amorphous, by controlling the partial pressure of the nitrogen gas at the time of the sputtering, changing the amount of nitrogen in the composite, A method for manufacturing a thin film resistor, comprising changing a resistance value of the thin film resistor.
【請求項3】 請求項記載の薄膜抵抗体を層内又は表
面に内蔵した配線基板。
3. A wiring board in which the thin film resistor according to claim 1 is built in a layer or on a surface.
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