JPH06275409A - 薄膜抵抗素子の製造方法 - Google Patents

薄膜抵抗素子の製造方法

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JPH06275409A
JPH06275409A JP5058671A JP5867193A JPH06275409A JP H06275409 A JPH06275409 A JP H06275409A JP 5058671 A JP5058671 A JP 5058671A JP 5867193 A JP5867193 A JP 5867193A JP H06275409 A JPH06275409 A JP H06275409A
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JP
Japan
Prior art keywords
sputtering
resistance
tantalum nitride
film
thin film
Prior art date
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Withdrawn
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JP5058671A
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English (en)
Inventor
Masayuki Sakai
雅之 酒井
Kenji Nagata
憲治 永田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06275409A publication Critical patent/JPH06275409A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒化タンタルからなる薄膜抵抗を有する薄膜
抵抗素子を製造するに際して、真空アニールを行うこと
なく、安定して抵抗の温度係数を零ppm/℃に近い値とす
ることのできる方法を提供する。 【構成】 ネオン、アルゴン、クリプトンおよびキセノ
ンからなる群から選ばれる希ガス類元素および窒素の混
合ガス雰囲気中でタンタルをスパッタすることにより基
板上に窒化タンタル層を形成し、この窒化タンタル層に
対してRF電極装置を用いて前記希ガス類元素をスパッ
タすることを含む、薄膜抵抗素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜抵抗素子、特に窒
化タンタルからなる薄膜抵抗素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来技術とその課題】薄膜抵抗素子は、温度の変動に
対してその固有抵抗が変化してしまうと、温度が変化す
る環境下においては安定な動作を行うことができず、信
頼性の低いものとなる。従って、薄膜抵抗素子は、理想
的には、温度に対する抵抗の変化率が零であるのが望ま
しい。
【0003】薄膜抵抗素子は、一般に、タンタルやニク
ロム系の材料を用いて製造されている。タンタルを用い
て薄膜抵抗素子を製造する方法では、一般に、アルゴン
および窒素のガス雰囲気中で、適当な窒素分圧下に、タ
ンタルをスパッタすることによりアルミナ基板等の上に
窒化タンタル膜を付着させることが行われている。この
際、スパッタの間の雰囲気における窒素分圧により、得
られる膜の抵抗の温度係数即ち温度抵抗変化率(TC
R)は図1の如く変化する。しかして、図1において抵
抗の温度係数が零のポイント(P)が存在するが、この
P点近傍では窒素分圧の変動により温度係数が大きく変
化するため、かかる窒素分圧下にスパッタを行って、温
度変化に対して安定な抵抗を示す膜を得ることは実際上
不可能である。
【0004】他の方法としては、一般に薄膜抵抗として
用いられる、図1のD領域で得られた窒化タンタル膜
(温度係数−50〜−70ppm/℃) を真空中でアニール
することにより、抵抗の温度係数を零に近づける方法が
ある(Tantalum Nitride ThinFilm Resistors with Low
TCR, Proc. Electron Comp. Conf. '70 p58 〜62) 。
真空アニール法における熱処理温度に対する温度係数の
変化を図2に示す。しかしながら、この方法の欠点は、
基板上に抵抗膜を作成した後、これをスパッタ装置から
取り出して処理しなければならないことにある。一般
に、薄膜抵抗素子を製造する際には、同一のスパッタ装
置内で抵抗用薄膜と抵抗上部の電極膜を連続して作成
し、薄膜間の密着性を確保する方法がとられる。このた
め、真空アニール法を用いて得られた薄膜抵抗素子は、
薄膜間の密着性において信頼性に欠けるという問題があ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、窒化タンタ
ルからなる薄膜抵抗を有する薄膜抵抗素子を製造するに
際して、真空アニールを行うことなく、安定して抵抗の
温度係数を零ppm/℃に近い値とすることのできる方法を
提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、ネオン、アルゴン、クリプトンおよびキセ
ノンからなる群から選ばれる希ガス類元素および窒素の
混合ガス雰囲気中でタンタルをスパッタすることにより
基板上に窒化タンタル層を形成し、この窒化タンタル層
に対してRF電極装置を用いて前記希ガス類元素をスパ
ッタすることを含む、薄膜抵抗素子の製造方法を提供す
る。
【0007】
【作用】本発明の方法において、希ガス類元素および窒
素の混合ガス雰囲気下に図1のD範囲の窒素分圧におい
て、タンタルターゲットを用いてスパッタすることによ
り、基板上に窒化タンタルの抵抗膜の形成を行う。この
膜の抵抗の温度係数は、−50〜−70ppm/℃であり、
Dレンジが広いために、窒素分圧の多少の変動に対して
も抵抗の温度係数が大きく変動することはないから、再
現性の良い膜の形成が可能である。次に、この窒化タン
タル膜に対してRF電極装置による逆スパッタにより前
記希ガス類元素のイオンを注入する。希ガス類元素のイ
オンは、窒化タンタル膜中に侵入し、窒素イオンを固体
からはじき出す作用を有する。従って、基板上の上記窒
化タンタル膜に対してかかる逆スパッタを行えば、見か
け上、窒素分圧の低い雰囲気下に膜を形成したのと同じ
ことになり、膜の抵抗の温度係数を零ppm/℃に近づける
ことが可能となるのである。
【0008】図3に、希ガス類元素としてアルゴンを用
い、上記方法により得られた窒化タンタル膜における、
逆スパッタ時のRFパワーと抵抗の温度係数即ち抵抗温
度変化率(TCR)の変化を示す。逆スパッタの際のR
Fパワーを増加することにより、アルゴンイオンの窒化
タンタル膜中への侵入距離が大きくなるため、TCRの
変化も大きくなる。ただし、窒化タンタル膜の初期膜厚
が大きい時は、逆スパッタ時のRFパワーを大きくして
も、アルゴンイオンの侵入距離には限度があるため、T
CRの変化にも限度がある。
【0009】図4には、上記の方法において、窒化タン
タル膜の初期膜厚を変えた場合(逆スパッタパワーは一
定)のTCRの変化を示す。初期膜厚が小さい程、初期
膜厚に対するアルゴンイオンの侵入距離が大きくなるた
め、TCRの変化も大きくなる。以上の如く、逆スパッ
タのRFパワーおよび初期膜厚を変えることにより、T
CRを変化させることが可能である。ただし、所定のシ
ート抵抗の膜を得るためには一定の膜厚が必要でなるた
め、逆スパッタパワーに限界がある場合は、抵抗膜スパ
ッタと逆スパッタとを交互に繰り返し行って必要な膜厚
とし、全体のTCRの改善をすることが可能となる。
【0010】図5は、本発明の方法による得られる薄膜
抵抗素子の模式図である。ガラスセラミック、ムライ
ト、アルミナ、窒化アルミ、シリコン等からなる基板1
上に、窒化タンタルからなる薄膜抵抗2が形成され、そ
の上に銅、ニッケル、金等からなる一対の電極3が形成
されている。ここでは、説明の簡単のため、素子の1単
位のみを示しているが、実際には1枚の基板上にかかる
薄膜抵抗2と電極対3からなる素子単位が多数形成され
ているのが普通である。
【0011】本発明の方法は、例えば、図6に示す如き
カルーセルタイプのスパッタ装置を用いて実施すること
ができる。この装置は、例えば、アルゴン等の希ガス類
元素のガスおよび窒素ガスの導入口4、5と、タンタル
ターゲット6とシャッター7を含むDCスパッタ装置
と、その反対側に置かれたRF逆スパッタ電極装置8
と、基板1を保持する回転ドラム9と、基板加熱ヒータ
ー10とを有する。回転ドラム9上に基板1をセット
し、ドラムを矢印の方向に回転させながら、排気する。
次いで、基板加熱ヒーター10により基板1を所定の温
度まで加熱する。ドラムの回転を続けながらタンタルタ
ーゲット6の前にシャッター7を移動させ、プレスパッ
タを行う。次いで、ガス導入口4、5からそれぞれ希ガ
ス類元素ガスおよび窒素ガスを導入し、再びタンタルタ
ーゲットの前にシャッターを移動させ、基板に対してス
パッタを開始する。タンタルスパッタの開始と同時にR
F逆スパッタ電極装置8からプラズマを発生させる。か
かる操作により、ドラムの回転の間にDCスパッタ装置
により基板上に窒化タンタル膜が形成され、RF逆スパ
ッタ電極装置により基板上の窒化タンタル膜がアルゴン
イオン(Ar+) でたたかれる。所望ならば、かかる工程
を所定の抵抗値(膜厚)の有する窒化タンタル膜が得ら
れるまで繰り返す。
【0012】
【実施例】以下に本発明の実施例を示し、さらに説明す
る。 実施例1 図6に示す構成を有するカルーセルタイプのスパッタ装
置を用い、下記の工程操作を行って、ガラスセラミック
基板上に窒化タンタル膜を形成した。
【0013】排気工程 5×10-7 mbar/s 加熱工程 300℃×1hr プレスパッタ工程 タンタルターゲットの脱ガス等を十
分に行う スパッタ工程 下記の表1に示す条件下にスパッタ
を行う 冷却工程 100℃まで冷却 取り出し工程
【0014】
【表1】
【0015】上記の操作により得られたスパッタガス雰
囲気中の窒素ガス圧(PN2)と窒化タンタル膜のTCR
との関係を図7に示す。DCスパッタパワーが3kwであ
る場合(実験3)に、TCRが−70ppm/℃付近で比較
的安定な、好ましいプラトー領域が現れることがわか
る。 実施例2 実施例1と全く同様の操作を繰り返したが、ここではス
パッタ工程を下記の表2に示す条件下に行った。
【0016】
【表2】
【0017】上記の操作により得られたスパッタガス雰
囲気中の窒素ガス圧(PN2)と窒化タンタル膜のTCR
との関係を図8に示す。窒素ガス圧6.0×10-4
7.0×10-4mbarにおいて、RF逆スパッタを行わな
かった実験4の場合にはTCRは−70ppm/℃付近であ
るのに対して、RFパワーが1.5kwであった実験7の
場合にはTCRは−20ppm/℃付近と極めて小さくなっ
ていることがわかる。
【0018】なお、上記のスパッタ工程を、1回当たり
30秒として14回繰り返した場合に、700Åの厚さ
の窒化タンタル膜が得られ、そのシート抵抗は30〜3
1Ω/□であった。 実施例3 実施例1と全く同様の操作を繰り返したが、ここではス
パッタ工程を下記の表3に示す条件下に行った。
【0019】
【表3】
【0020】上記の操作により得られた各窒化タンタル
膜サンプル(実験8および9)に対して高温放置試験お
よび高温高湿負荷試験を行い、それぞれの抵抗変化率を
測定した。高温放置試験は、得られた薄膜パターンサン
プルを用い、これを150℃および200℃の恒温槽中
に放置し、初期(0時間)および100、200、50
0および1000時間後の抵抗変化率を測定することに
より行った。一般には、得られた結果のグラフから外挿
して、100℃で15年放置した場合の抵抗変化率を推
定し、この値が4%であれば量産に際して問題無しと判
定する。
【0021】高温高湿負荷試験は、得られた薄膜パター
ンサンプルを用い、通常の工程で製品サンプルとし、こ
れを温度60℃、湿度85%の恒温恒湿槽中で200mw
の負荷をON90分、OFF30分として断続的に印加
し、100、200、500および1000時間放置後
の抵抗変化率を測定することにより行った。一般には、
このときの抵抗変化率が1000時間で±10%であれ
ば量産に際して問題無しと判定する。
【0022】上記により得られた実験8および9のサン
プルの恒温放置による抵抗変化率のグラフをそれぞれ図
9および10に示す。このときの試験サンプル数は32
素子であり、素子抵抗は65Ωであった。また、実験8
および9のサンプルの高温高湿負荷による抵抗変化率の
グラフをそれぞれ図11および12に示す。試験サンプ
ル数は2904素子であり、素子抵抗は65Ωであっ
た。また、グラフの縦軸は占有数を示し、横軸は変化率
を示す。
【0023】
【発明の効果】本発明の方法により、零ppm/℃に近くか
つ再現性の良い抵抗の温度係数を示す窒化タンタルの薄
膜を有する薄膜抵抗素子を、安定して製造することがで
きる。また、本発明の方法は、同一スパッタ装置内で実
施することが可能であり、従って薄膜抵抗の形成後に連
続してその上に電極膜を形成することできるから、薄膜
間の密着性においても信頼性の高い素子を与えることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アルゴンおよび窒素のガス雰囲気中でタンタル
をスパッタして基板上に窒化タンタル膜を形成する際の
窒素分圧と得られる膜の温度抵抗変化率(TCR)との
関係を示すグラフ。
【図2】窒化タンタル膜の真空アニールにおける熱処理
温度と温度抵抗変化率(TCR)との関係を示すグラ
フ。
【図3】希ガス類元素としてアルゴンを用いて得られる
窒化タンタル膜における逆スパッタ時のRFパワーと抵
抗温度変化率(TCR)との変化を示すグラフ。
【図4】希ガス類元素としてアルゴンを用いて得られる
窒化タンタル膜の初期膜厚を変えた場合のTCRの変化
を示すグラフ。
【図5】本発明の方法による得られる薄膜抵抗素子の模
式図。
【図6】本発明の方法の実施に有用なカルーセルタイプ
のスパッタ装置の模式図。
【図7】実施例におけるスパッタガス雰囲気中の窒素ガ
ス圧(PN2)と窒化タンタル膜のTCRとの関係を示す
グラフ。
【図8】実施例におけるスパッタガス雰囲気中の窒素ガ
ス圧(PN2)と窒化タンタル膜のTCRとの関係を示す
グラフ。
【図9】実施例で得られた窒化タンタル薄膜の恒温放置
による抵抗変化率のグラフ。
【図10】実施例で得られた窒化タンタル薄膜の恒温放
置による抵抗変化率のグラフ。
【図11】実施例の窒化タンタル薄膜の高温高湿負荷に
よる抵抗変化率を示すグラフ。
【図12】実施例の窒化タンタル薄膜の高温高湿負荷に
よる抵抗変化率を示すグラフ。
【符号の説明】
1…基板 2…薄膜抵抗 3…電極 4…希ガス類元素ガスの導入口 5…窒素ガスの導入口 6…タンタルターゲット 7…シャッター 8…RF逆スパッタ電極装置 9…回転ドラム 10…基板加熱ヒーター

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ネオン、アルゴン、クリプトンおよびキ
    セノンからなる群から選ばれる希ガス類元素および窒素
    の混合ガス雰囲気中でタンタルをスパッタすることによ
    り基板上に窒化タンタル層を形成し、この窒化タンタル
    層に対してRF電極装置を用いて前記希ガス類元素をス
    パッタすることを含む、薄膜抵抗素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記窒化タンタル層の形成と希ガス類元
    素のスパッタとを交互に繰り返して行う、請求項1記載
    の方法。
  3. 【請求項3】 前記希ガス類元素がネオンである、請求
    項1または2記載の方法。
JP5058671A 1993-03-18 1993-03-18 薄膜抵抗素子の製造方法 Withdrawn JPH06275409A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103971874A (zh) * 2014-05-27 2014-08-06 广州天极电子科技有限公司 一种调控氮化钽薄膜电阻阻值的方法
US8829649B2 (en) 2011-11-07 2014-09-09 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device having a resistive element including a TaSiN layer
CN104361967A (zh) * 2014-11-19 2015-02-18 广州天极电子科技有限公司 一种离子注入调控氮化钽薄膜电阻阻值的方法
CN115216732A (zh) * 2022-07-01 2022-10-21 广东风华高新科技股份有限公司 一种掺杂钽氮化合物薄膜及其制备方法

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