JPH071722B2 - Thin film resistor - Google Patents
Thin film resistorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は金属酸化物からなる薄膜抵抗、特に高温使用
時においても抵抗変化の小さい高信頼性の金属酸化物か
らなる薄膜抵抗体に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film resistor made of a metal oxide, and more particularly to a thin film resistor made of a highly reliable metal oxide whose resistance change is small even when used at high temperatures.
（従来の技術） 金属酸化物を抵抗体とする薄膜抵抗体は大きく分類する
と、 （１）SnO2やTa2O5に代表される金属酸化物抵抗、 （２）Cr−SiOやTa−SiOに代表される、いわゆるサーメ
ット抵抗、 （３）Ni−Crを熱酸化することにより、化学的に金属酸
化物としたもの、 がある。(Prior Art) Thin film resistors having metal oxides as resistors are roughly classified into (1) metal oxide resistors typified by SnO 2 and Ta 2 O 5 , and (2) Cr-SiO and Ta-SiO. There is a so-called cermet resistance typified by (3) a metal oxide that is chemically oxidized by thermally oxidizing Ni-Cr.
そして、これらの薄膜抵抗体には外部接続用電極が形成
される。An external connection electrode is formed on these thin film resistors.
該外部接続用電極としては、たとえばCr−Cu、Cr−Au、
Ni−Cu、Ni−Au、Ni−Ag、NiCr−Au、Ti−Pd−Au、Ti−
Ｗ−Auなどの多層電極が用いられている。多層構造から
なる外部接続用電極のうち、第１層のCr、Ni、NiCr、Ti
は薄膜抵抗との密着層として働らき、Cu、Au、Agは半田
付け層として働らくものである。As the external connection electrode, for example, Cr-Cu, Cr-Au,
Ni-Cu, Ni-Au, Ni-Ag, NiCr-Au, Ti-Pd-Au, Ti-
Multi-layer electrodes such as W-Au are used. Of the external connection electrodes with a multilayer structure, the first layer of Cr, Ni, NiCr, Ti
Acts as an adhesion layer with the thin film resistor, and Cu, Au, and Ag act as a soldering layer.
（発明が解決しようとする問題） 上記した金属酸化物薄膜からなる抵抗体を寿命試験、た
とえば室温での湿中試験を行うだけでは特性に変化は見
られないが、高温下、たとえば150℃で放置した場合、
あるいは70℃での定格電圧負荷寿命試験を実施すると抵
抗値に変化が認められた。この現象は抵抗体を絶縁樹脂
で被覆してもあるいは被覆しなくても、さらにはハーメ
チックシールした場合にも認められ、しかも抵抗値の変
化率はいずれの場合も等しい値を示した。(Problems to be Solved by the Invention) Although the characteristics are not changed only by carrying out a life test, for example, a humidity test at room temperature, on the resistor made of the metal oxide thin film described above, at a high temperature, for example, at 150 ° C. If left unattended,
Alternatively, when the rated voltage load life test was performed at 70 ° C, the resistance value changed. This phenomenon was observed when the resistor was coated with an insulating resin or not, and when the resistor was hermetically sealed, and the rate of change in resistance was the same in all cases.
これは高温下において抵抗膜が変化していることを示し
ている。そしてその原因を究明した結果、金属酸化物を
抵抗体とする薄膜抵抗の抵抗値変化は、高温状態で抵抗
膜と外部接続用電極との接触部において、抵抗膜中の酸
素の一部が解離して電極を構成する金属に移行すること
によるものと判明した。たとえば、金属酸化物からなる
薄膜抵抗をクロム−酸化ケイ素（Cr−SiO）で構成し、
外部接続用電極として第１層をNiCr、第２層をAuで形成
した抵抗体について、150℃の温度に放置すると、時間
の経過とともに外部接続用電極近傍のCr−SiO薄膜の色
調に変化が起り、褐色から次第に無色透明な膜へと変化
してゆく。この現象をESCAあるいはEMXなどの手段を用
いて分析すると、Cr−SiO薄膜中の酸素が次第に脱離
し、外部接続用電極のNiCrに移行してゆき、この酸素の
電極への移行が抵抗膜の変色、さらには抵抗値への変化
の原因となっていることが判明した。This indicates that the resistance film is changing at high temperature. As a result of investigating the cause, a change in the resistance value of the thin film resistor using a metal oxide as a resistor shows that a part of oxygen in the resistive film dissociates at the contact portion between the resistive film and the external connection electrode at high temperature. It was found that this was due to the transfer of metal to the electrode. For example, a thin film resistor made of metal oxide is composed of chromium-silicon oxide (Cr-SiO),
When a resistor with the first layer made of NiCr and the second layer made of Au as an external connection electrode is left at a temperature of 150 ° C, the color tone of the Cr-SiO thin film near the external connection electrode changes with time. The film gradually changes from brown to a colorless and transparent film. When this phenomenon is analyzed using a means such as ESCA or EMX, oxygen in the Cr-SiO thin film is gradually desorbed, and is transferred to NiCr of the external connection electrode. It was found to be the cause of discoloration and further change in resistance.
すなわち、金属酸化物からなる薄膜抵抗と外部接続用電
極の金属の接触部において、次式に示すような反応が起
っていることになる。That is, at the contact portion between the thin film resistor made of a metal oxide and the metal of the electrode for external connection, the reaction shown by the following equation occurs.
MeO′ ＋Me″→Me′O1-X＋Me″OX （金属酸化物か （外部接続 らなる薄膜抵抗） 用電極） これは外部接続用電極が金属で構成されるため、高温負
荷時において外部接続用電極の金属が金属酸化物からな
る薄膜抵抗の酸素を奪ってこの電極が酸化される反応が
進むことになる。MeO '+ Me "→ Me'O 1-X + Me" O X (electrode for metal oxide or (thin film resistor consisting of external connection)) This is because the external connection electrode is made of metal The metal of the connecting electrode deprives oxygen of the thin film resistor made of a metal oxide, and the reaction of oxidizing this electrode proceeds.
発明者等はこのような現象を防止するために検討を加え
た結果、金属酸化物からなる薄膜抵抗と外部接続用電極
との間に安定な金属窒化物層あるいは窒素をドープした
金属層、すなわち中間層を介在させることにより、上記
した反応を防止することを見い出した。As a result of the inventors' investigations to prevent such a phenomenon, as a result, a stable metal nitride layer or a nitrogen-doped metal layer between the thin film resistor made of a metal oxide and the external connection electrode, that is, It has been found that the above reaction is prevented by interposing an intermediate layer.
（発明の目的） したがって、この発明は抵抗膜が金属酸化物の薄膜抵抗
からなる抵抗体について、高温時において抵抗値の変化
の小さいものを提供することを目的とする。(Object of the Invention) Accordingly, it is an object of the present invention to provide a resistor whose resistance film is a thin film resistor of a metal oxide and whose resistance value changes little at high temperatures.
（発明の構成） すなわち、この発明の要旨とするところは、金属酸化物
からなる薄膜抵抗と外部接続用電極の間に、薄膜抵抗よ
り固有抵抗の低い導電性を有する金属窒化物層、または
薄膜抵抗から酸素を奪わないように窒素をドープした金
属層、すなわち中間層が介在されていることを特徴とす
る薄膜抵抗体である。(Structure of the Invention) That is, the gist of the present invention is that between a thin film resistor made of a metal oxide and an electrode for external connection, a metal nitride layer or a thin film having conductivity with a specific resistance lower than that of the thin film resistor. It is a thin film resistor characterized in that a nitrogen-doped metal layer, that is, an intermediate layer is interposed so as not to deprive the resistor of oxygen.
上記した中間層を構成するもののうち、導電性を有する
金属窒化物層としては、窒化ニッケル、窒化タングステ
ン、窒化チタン、窒化バナジウム、窒化マンガン、窒化
鉄、窒化コバルト、窒化タンタル、窒化ハフニウム、窒
化イットリウム、窒化モリブデン、窒化クロム、窒化ニ
オブのうち少なくとも１種が用いられる。また、窒素を
ドープした金属層としては導電性を有する金属であれば
適用可能である。Among the metal nitride layers having conductivity among the above-mentioned intermediate layers, nickel nitride, tungsten nitride, titanium nitride, vanadium nitride, manganese nitride, iron nitride, cobalt nitride, tantalum nitride, hafnium nitride, yttrium nitride. At least one of molybdenum nitride, chromium nitride, and niobium nitride is used. Moreover, as the metal layer doped with nitrogen, any metal having conductivity can be applied.
抵抗要素である金属酸化物からなる薄膜抵抗としてはす
でに従来技術で説明したすべてのものが対象となるが、
中間層としてどのような導電性を有する金属窒化物層を
採用するかについては、その選択基準として金属酸化物
からなる薄膜抵抗より固有抵抗の低いより安定な金属窒
化物層を選ぶ必要がある。一方、中間層として窒素をド
ープした金属層としては特に限定されるものではない
が、金属酸化物からなる薄膜抵抗から酸素を奪わないよ
うに金属中に窒素が十分ドープされたものでなければな
らない。As the thin film resistor made of the metal oxide, which is the resistance element, all those already explained in the prior art are targeted,
Regarding the conductivity of the metal nitride layer to be used as the intermediate layer, it is necessary to select, as a selection criterion, a more stable metal nitride layer having a lower specific resistance than the thin film resistor made of a metal oxide. On the other hand, the metal layer doped with nitrogen as the intermediate layer is not particularly limited, but it must be one in which the metal is sufficiently doped with nitrogen so as not to deprive oxygen from the thin film resistor made of a metal oxide. .
具体的には、前者の例では、たとえば金属酸化物からな
る薄膜抵抗がSnO2の場合、中間層は窒化タンタルが選択
され、金属酸化物からなる薄膜抵抗がCr−SiOの場合、
中間層は窒化ニッケルが選択される。また後者の例で
は、たとえば、金属酸化物からなる薄膜抵抗がSiO2の場
合、中間層は窒素をドープしたニッケルが選択される。Specifically, in the former example, when the thin film resistor made of metal oxide is SnO 2 , for example, tantalum nitride is selected for the intermediate layer, and when the thin film resistor made of metal oxide is Cr-SiO,
Nickel nitride is selected for the intermediate layer. In the latter example, for example, when the thin film resistor made of a metal oxide is SiO 2 , nickel doped with nitrogen is selected as the intermediate layer.
中間層は一般的にスパッタリング法により形成される場
合が多く、導電性を有する金属窒化物とするか窒素をド
ープした金属のいづれにするかは次のような処理により
行われる。すなわち、スパッタリング時の窒素分圧を高
くすると窒化物となり、窒素分圧を下げると窒素をドー
プした金属となって形成されることになる。また、窒素
分圧が一定であるとすると、成膜速度、すなわちスパッ
タ電力の違いによって両者を区別して形成することがで
きる。たとえば成膜速度が遅い場合には、窒化が完全に
進行して窒化物となり、逆に成膜速度が速い場合には、
窒化が不十分で窒素が金属中にドープされた状態にとど
まる。In many cases, the intermediate layer is generally formed by a sputtering method, and which of a conductive metal nitride and a nitrogen-doped metal is used is performed by the following process. That is, if the nitrogen partial pressure during sputtering is increased, it becomes a nitride, and if the nitrogen partial pressure is decreased, it becomes a metal doped with nitrogen. If the nitrogen partial pressure is constant, the two can be formed separately by the film forming speed, that is, the difference in the sputtering power. For example, when the film formation rate is low, nitriding proceeds completely to form a nitride, and conversely, when the film formation rate is high,
Nitrogen is inadequate and nitrogen remains doped in the metal.
上記した例は中間層をスパッタリング法にて形成した場
合について説明したものであるが、その他真空蒸着法、
イオンプレーテイング法などの乾式薄膜形成手段につい
ても同様に当て嵌まる技術的事項である。Although the above-mentioned example describes the case where the intermediate layer is formed by the sputtering method, other vacuum vapor deposition methods,
The same applies to the dry thin film forming means such as the ion plating method.
この発明において、外部接続用電極としては、従来例に
おいて説明した多層構造のもののほか、Cu、Au、Agなど
の金属層が用いられる。In the present invention, as the external connection electrode, in addition to the multilayer structure described in the conventional example, a metal layer of Cu, Au, Ag or the like is used.
（実施例） 実施例1. アルミナ基板の上に、金属錫をターゲットとして、酸素
とアルゴンの混合ガス中で下記の条件によりリアクテイ
ブスパッタを実施し、厚み1500Åの酸化錫薄膜抵抗を形
成した。(Example) Example 1. Reactive sputtering was performed on an alumina substrate with a target of metallic tin in a mixed gas of oxygen and argon under the following conditions to form a tin oxide thin film resistor having a thickness of 1500 Å.
基板温度:200℃ 混合ガス比：酸素／アルゴン＝20/80（容量比） 導入ガス圧:1Kg/cm2 導入ガス流量:20cc/分 DC出力:400W（3.0W/cm2） ガス圧:7.5×10-4〜2.0×10-2Torr その後、アルミナ基板にマスクを置き、酸化錫の薄膜抵
抗の上に形成する中間層の個所を露出させた。そして金
属タンタルをターゲットとして下記の条件によりリアク
テイブスパッタを行い、窒化タンタルからなる中間層を
形成した。Substrate temperature: 200 ℃ Mixed gas ratio: Oxygen / Argon = 20/80 (volume ratio) Introduced gas pressure: 1Kg / cm 2 Introduced gas flow rate: 20cc / min DC output: 400W (3.0W / cm 2 ) Gas pressure: 7.5 × 10 -4 ~2.0 × 10 -2 Torr Thereafter, the alumina substrate Place the mask to expose the point of the intermediate layer formed on the thin film resistor of the tin oxide. Then, reactive spattering was performed under the following conditions using metal tantalum as a target to form an intermediate layer made of tantalum nitride.
基板温度:250℃ 混合ガス比：酸素／アルゴン＝40/60（容量比） 導入ガス圧:1Kg/cm2 導入ガス流量:100cc/分 DC出力:500W（4.0W/cm2） ガス圧:5×10-3Torr さらに、この窒化タンタルの上に半田付けのための金属
層、つまり、外部接続用電極としてCuを真空蒸着法によ
り形成した。Substrate temperature: 250 ℃ Mixed gas ratio: Oxygen / Argon = 40/60 (volume ratio) Introduced gas pressure: 1Kg / cm 2 Introduced gas flow rate: 100cc / min DC output: 500W (4.0W / cm 2 ) Gas pressure: 5 × 10 -3 Torr Furthermore, a metal layer for soldering, that is, Cu as an electrode for external connection was formed on this tantalum nitride by a vacuum deposition method.
このようにして得られた薄膜抵抗体のCuにリード線を半
田付けし、さらに全体をエポキシ樹脂で被覆した。この
状態で、150℃の温度に1000時間設置した後の抵抗値の
変化を初期抵抗値と比較したところ、その変化率はわず
か0.01％以下であった。また薄膜抵抗の色調についても
変化は認められなかった。A lead wire was soldered to Cu of the thin film resistor thus obtained, and the whole was covered with an epoxy resin. In this state, when the change in the resistance value after 1000 hours of installation at a temperature of 150 ° C. was compared with the initial resistance value, the rate of change was only 0.01% or less. No change was observed in the color tone of the thin film resistance.
実施例２ 実施例１に記載した同様の方法により、アルミナ基板の
上にCr−SiOの薄膜抵抗を形成した。Example 2 By the same method as described in Example 1, a Cr—SiO thin film resistor was formed on an alumina substrate.
次に、アルミナ基板にマスクを置き、Cr−SiOの薄膜抵
抗の上に形成する中間層の個所を露出させた。そして金
属ニッケルをターゲットとして下記の条件によりリアク
テイブスパッタを行い、窒素をドープしたニッケルから
なる中間層を形成した。Next, a mask was placed on the alumina substrate to expose the portion of the intermediate layer formed on the Cr-SiO thin film resistor. Then, reactive sputtering was performed under the following conditions using metallic nickel as a target to form an intermediate layer made of nickel doped with nitrogen.
基板温度:250℃ 混合ガス比：酸素／アルゴン＝10/90（容量比） 導入ガス圧:1Kg/cm2 導入ガス流量:100cc/分 DC出力:500W（4.0W/cm2） ガス圧:5×10-3Torr さらに、この窒素をドープしたニッケルの上に半田付け
のための金属層、つまり、外部接続用電極としてCuを真
空蒸着法により形成した。Substrate temperature: 250 ° C Mixed gas ratio: Oxygen / Argon = 10/90 (volume ratio) Introduced gas pressure: 1Kg / cm 2 Introduced gas flow rate: 100cc / min DC output: 500W (4.0W / cm 2 ) Gas pressure: 5 × 10 -3 Torr Furthermore, the metal layer for soldering on the nickel doped with the nitrogen, that is, the Cu as an electrode for external connection is formed by a vacuum deposition method.
得られた薄膜抵抗体を実施例１と同様に処理し、150℃
の温度に1000時間設置した後の抵抗値の変化を初期抵抗
値と比較したところ、その変化率は実施例１と同様0.01
％以下であった。また薄膜抵抗の色調についても変化は
認められなかった。The obtained thin film resistor was treated in the same manner as in Example 1, and the temperature was changed to 150 ° C.
When the change in resistance value after 1000 hours of installation was compared with the initial resistance value, the rate of change was 0.01 as in Example 1.
% Or less. No change was observed in the color tone of the thin film resistance.
実施例３ アルミナ基板の上に、TaとSiOの焼結体をターゲットと
して、酸素とアルゴンの混合ガス中で下記の条件により
リアクテイブスパッタを実施し、面積抵抗が100Ω／□
のサーマルプリンタヘッド用のTa−SiOからなる薄膜抵
抗を形成した。Example 3 Reactive sputtering was performed under the following conditions in a mixed gas of oxygen and argon with a sintered body of Ta and SiO as a target on an alumina substrate, and the sheet resistance was 100 Ω / □.
A thin-film resistor made of Ta-SiO for the thermal printer head was formed.
基板温度:200℃ 混合ガス比：酸素／アルゴン＝5/95（容量比） 導入ガス圧:1Kg/cm2 導入ガス流量:20cc/分 RF出力:400W ガス圧:0.3〜２×10-2Torr その後、実施例１、実施例２と同様、中間層としてそれ
ぞれ窒化ニッケル膜、窒素をドープしたニッケル膜を形
成した。Substrate temperature: 200 ° C Mixed gas ratio: Oxygen / Argon = 5/95 (volume ratio) Introduced gas pressure: 1Kg / cm 2 Introduced gas flow rate: 20cc / min RF output: 400W Gas pressure: 0.3 to 2 × 10 -2 Torr After that, as in Examples 1 and 2, a nickel nitride film and a nitrogen-doped nickel film were formed as the intermediate layers, respectively.
さらに、各中間層の上に半田付けのための金属層、つま
り、外部接続用電極としてAuを真空蒸着法により形成
し、それぞれ薄膜抵抗体を作成した。Further, a metal layer for soldering, that is, Au as an electrode for external connection was formed on each intermediate layer by a vacuum vapor deposition method to form thin film resistors.
このようにして得られた薄膜抵抗体のAuにリード線を半
田付けした。この状態で150℃の温度に1000時間設置し
た後の抵抗値の変化を初期抵抗値と比較したところ、そ
の変化率はそれぞれ0.01％以下であった。A lead wire was soldered to Au of the thin film resistor thus obtained. In this state, when the change in resistance value after 1000 hours of installation at a temperature of 150 ° C. was compared with the initial resistance value, the rate of change was 0.01% or less.
実施例４〜17 アルミナ基板の上に、表に示す各種の金属酸化物からな
る薄膜抵抗を形成した。その後アルミナ基板の上にマス
クを置き、金属酸化物からなる薄膜抵抗の上に形成する
中間層の個所を露出させた。そしてこの個所に表に示す
中間層を形成した。さらに表に示す半田付け可能な金属
層、つまり、外部接続用電極を形成し、この金属層にリ
ード線を半田付けし、薄膜抵抗体を作成した。そして、
実施例１と同様に抵抗値変化率を測定し、その結果を表
に併せて示した。Examples 4 to 17 Thin film resistors made of various metal oxides shown in the table were formed on alumina substrates. Then, a mask was placed on the alumina substrate to expose the portion of the intermediate layer formed on the thin film resistor made of metal oxide. Then, the intermediate layer shown in the table was formed at this position. Further, a solderable metal layer shown in the table, that is, an electrode for external connection was formed, and a lead wire was soldered to this metal layer to prepare a thin film resistor. And
The resistance change rate was measured in the same manner as in Example 1, and the results are also shown in the table.
比較例１ 実施例１に記載の方法により酸化錫よりなる薄膜抵抗を
形成した。 Comparative Example 1 A thin film resistor made of tin oxide was formed by the method described in Example 1.
その後、酸化錫の薄膜抵抗の上にマスクを介してNiCr層
を真空蒸着法により形成し、さらにその上に半田付け可
能なCuを真空蒸着法により形成して外部接続用電極を形
成した。Then, a NiCr layer was formed on the thin film resistor of tin oxide through a mask by a vacuum evaporation method, and solderable Cu was further formed thereon by a vacuum evaporation method to form an external connection electrode.
このようにして得られた薄膜抵抗体のCuにリード線を半
田付けし、さらに全体をエポキシ樹脂で被覆した。この
状態で150℃の温度に250時間設置したところ、酸化錫の
薄膜抵抗が変色し、それにつれて抵抗値も初期抵抗値に
くらべ２％以上も変化した。A lead wire was soldered to Cu of the thin film resistor thus obtained, and the whole was covered with an epoxy resin. When it was placed in this state at a temperature of 150 ° C. for 250 hours, the tin oxide thin film resistance was discolored, and accordingly, the resistance value also changed by 2% or more compared with the initial resistance value.
比較例２ 実施例３に記載の方法によりCr−SiOよりなる薄膜抵抗
体を形成した。Comparative Example 2 A thin film resistor made of Cr—SiO was formed by the method described in Example 3.
その後、Cr−SiOの薄膜抵抗の上にマスクを介してNiCr
層を真空蒸着法により形成し、さらにその上に半田付け
可能なCuを真空蒸着法により形成して外部接続用電極を
形成した。After that, a NiCr film is formed on the Cr-SiO thin film resistor through a mask.
A layer was formed by a vacuum vapor deposition method, and solderable Cu was further formed thereon by a vacuum vapor deposition method to form an electrode for external connection.
このようにして得られた薄膜抵抗体を150℃の温度に100
0時間設置したところ、抵抗値は初期抵抗値にくらべて1
0％変化した。The thin film resistor thus obtained was heated to a temperature of 150 ° C for 100
When installed for 0 hours, the resistance value is 1 compared to the initial resistance value.
It changed by 0%.
（効果） 以上この発明によれば、金属酸化物からなる薄膜抵抗と
外部接続用電極の間に、薄膜抵抗より固有抵抗の低い導
電性を有する金属窒化物層または薄膜抵抗から酸素を奪
わないように窒素をドープした金属層を介在したもので
あるため、高温時での特性劣化、つまり抵抗値の劣化の
小さいものとなり、安定した特性を有する薄膜抵抗体が
得られることになる。(Effect) As described above, according to the present invention, oxygen is not deprived from the metal nitride layer or the thin film resistor having the conductivity lower than the thin film resistor and having conductivity between the thin film resistor made of a metal oxide and the external connection electrode. Since the metal layer doped with nitrogen is interposed between the two, the characteristic deterioration at high temperature, that is, the resistance value deterioration is small, and a thin film resistor having stable characteristics can be obtained.
Claims (1)
電極の間に、前記薄膜抵抗より固有抵抗の低い導電性を
有する金属窒化物層または前記薄膜抵抗から酸素を奪わ
ないように窒素をドープした金属層が介在されているこ
とを特徴とする薄膜抵抗体。1. A metal nitride layer having a conductivity lower than that of the thin film resistor or nitrogen between the thin film resistor made of a metal oxide and the external connection electrode so that oxygen is not taken from the thin film resistor. A thin film resistor having an intervening doped metal layer.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP60146089A JPH071722B2 (en) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | Thin film resistor |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP60146089A JPH071722B2 (en) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | Thin film resistor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPS625601A JPS625601A (en) | 1987-01-12 |
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| JP60146089A Expired - Lifetime JPH071722B2 (en) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | Thin film resistor |
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1985
- 1985-07-02 JP JP60146089A patent/JPH071722B2/en not_active Expired - Lifetime
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |