JPH11329803A

JPH11329803A - 薄膜抵抗体組成物および薄膜抵抗体

Info

Publication number: JPH11329803A
Application number: JP10135586A
Authority: JP
Inventors: Toru Mori; 透森
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】マルチチップモジュール(ＭＣＭ)に用いられ
るセラミック基板、あるいは樹脂基板の表面、あるいは
内部に形成される薄膜抵抗素子に利用される抵抗材料に
おいて、シート抵抗が１０〜２００Ω／□であり、且つ
抵抗率の温度係数(ＴＣＲ)が１００ｐｐｍ以下の優れた
抵抗材料を提供する。【解決手段】酸化ルテニウムと酸化チタンからなる材
料であって、酸化ルテニウムと酸化チタンが完全に固溶
した単相のルチル構造を有する材料であり、抵抗体の厚
さが０.０５ないし１μｍの範囲にあることを特徴と
し、さらに酸化ルテニウムと酸化チタンの構成比率が、
酸化ルテニウムを１-ｘ、酸化チタンをｘとしたときの
ｘが、０.０２８≦ｘ≦０.４８６であることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＣＭ(マルチチ
ップモジュール)に用いられるセラミック基板あるいは
樹脂基板の表面あるいは内部に形成される薄膜抵抗素子
に利用される抵抗材料に関し、特に、１０〜２００Ω程
度の低い面積抵抗値を得ることが可能であって、その室
温近辺での温度変化率が、１００ｐｐｍ以下の小さい抵
抗材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子デバイスの小型高性能化に伴って電
子部品の高密度実装技術が強く求められている。その要
求に対するものとしてＭＣＭが脚光を浴びている。ＭＣ
Ｍは大きく分類してアルミナ、ガラスセラミックなどの
セラミックを用いた基板と、ガラスエポキシ等の樹脂を
基板に用いたものがある。

【０００３】近年の高密度実装化の動きとしてＣ(コン
デンサ)、Ｒ(抵抗)、Ｌ(インダクタ)のような受動部品
を基板に内蔵したものが研究開発されている。受動部品
の特性は部品を構成する材料の特性によって決まるた
め、用いる材料の的確な選択は重要な課題の一つであ
る。

【０００４】これら受動部品の中の抵抗としては、数多
くの材料が知られている。例えば、純金属、合金、酸化
物、窒化物および炭素系材料が抵抗材料として挙げられ
る。純金属においては、比較的比抵抗が高く、且つアル
ミナ等と同時焼成できるような高融点のチタン(Ｔi)、
モリブデン(Ｍo)、タングステン(Ｗ)などがある。また
薄膜抵抗材料として用いられてきた材料の例としては、
ニッケル-クロム合金(Ｎi-Ｃr)、窒化タンタル(ＴaＮ)
が代表的なものである。

【０００５】また、電極材料にＡg-Ｐd,Ａg等の貴金属
系を用いる場合、抵抗材料には酸化ルテニウム、ルテニ
ウム酸鉛等に低温焼成のための添加物を含有させたペー
ストを用い厚膜印刷によって抵抗パターンを形成し、焼
成することによって回路を形成する技術が報告されてい
る。

【０００６】特開平２-１７７５０２号公報には、チタ
ンを含む酸化ルテニウムの薄膜抵抗体が開示されている
が、本発明の特定する酸化ルテニウムと酸化チタンが完
全に固溶した単相のルチル構造をなすことに関しては記
載されていない。また、特開平３-２４０５６６号公報
には、サ−マルヘッドの発熱抵抗体の分割方法に代わる
低コストプロセスが開示されているが、本発明の特定す
る薄膜抵抗体に関しては記載がない。

【０００７】さらに、特開平４-３９０１号公報には、
酸化ルテニウムおよび酸化チタンからなる固溶した単相
のルチル構造をなす薄膜抵抗体が開示されているが、本
発明の特定する薄膜抵抗体の厚さが、０.０５ないし１
μｍの範囲にあること、および酸化ルテニウムと酸化チ
タンの構成比率が、(酸化チタンの比率):(酸化ルテニウ
ムの比率)=ｘ:１-ｘとしたときのｘが、０.０２８≦ｘ
≦０.４８６の範囲にあることに関しては記載されてい
ない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】金属を抵抗材料に用い
る場合には、室温付近での抵抗率の温度係数は正の値を
示す。例えば、タングステンやモリブデンは、室温での
比抵抗は約５μΩｃｍ、温度係数(ＴＣＲ)は０.３％／
Ｋ程度である。薄膜抵抗材料に用いられるニッケル-ク
ロム合金の室温での比抵抗は、約１００μΩｃｍと純金
属よりも大きいが、ＴＣＲは１００ｐｐｍ／Ｋ程度であ
り、純金属よりもはるかに小さい。

【０００９】一方導電性酸化物である酸化ルテニウムの
抵抗率の室温付近での値は、約４０μΩｃｍであって抵
抗体材料に用いられている純金属と合金の中間にあり、
温度係数も５００ｐｐｍ程度であってやはり純金属と合
金の中間にある。そして基板上に実装されたＣＰＵの作
動によって基板温度が上昇すると、その抵抗値の変動
は、金属＞導電性酸化物＞合金の順に小さくなる。例え
ば、ＣＰＵの作動によって２０℃から、８０℃に上昇し
た場合に酸化ルテニウムを抵抗体材料に用いたときは、
３％程度の電気抵抗の変動が見込まれるが、タングステ
ン、モリブデンは約２０％の変動が見込まれる。

【００１０】このように導電性酸化物である酸化ルテニ
ウムは、抵抗率の温度特性が良い材料と言えるが、特に
急激な温度変化がある環境においては、合金と同等ある
いはさらに抵抗率の温度係数が一層小さい材料が望まし
い。このような課題を解決する手段として、酸化ルテニ
ウム等の導電性酸化物に、適当な元素を適量含んだガラ
スフリットを添加する抵抗材料を用いる技術が報告され
ている。この場合、抵抗材料の比抵抗が高くなるため、
面積抵抗が１ｋΩ以上になる。

【００１１】本発明は上記に鑑みなされたものであっ
て、その目的とするところは、上記のような問題のな
い、抵抗率の温度係数が酸化ルテニウムよりもさらに小
さいが、抵抗率は酸化ルテニウム並みに低いがために１
０〜２００Ω程度の低い面積抵抗が得られ、且つセラミ
ック基板あるいは樹脂基板上にあるいは基板内に形成す
ることが可能な薄膜抵抗体材料組成物、ならびに該材料
からなる薄膜抵抗体を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題・目的は、以
下に示す本発明によって解決・達成される。すなわち、
本発明は、薄膜抵抗体材料組成物において、該組成物が
酸化ルテニウムおよび酸化チタンからなり、該材料が酸
化ルテニウムと酸化チタンが完全に固溶した単相のルチ
ル構造を有することを特徴とするする、薄膜抵抗体材料
組成物を開示するものである。

【００１３】そして本発明の薄膜抵抗体材料組成物は、
前記材料による薄膜抵抗体の厚さが０.０５ないし１μ
ｍの範囲にあることを特徴とし、もしくは前記酸化ルテ
ニウムと酸化チタンの構成比率が、(酸化チタンの比
率):(酸化ルテニウムの比率)=ｘ:１-ｘとしたときのｘ
が、０.０２８≦ｘ≦０.４８６の範囲にあることを特徴
とするものである。

【００１４】また本発明は、薄膜抵抗体材料組成物から
なる薄膜抵抗体において、該抵抗体がアルミナ基板また
はガラスセラミックス基板上あるいは内部に形成された
抵抗パターンであって、該組成物が前記本発明の組成物
であることを特徴とする薄膜抵抗体を開示するものであ
る。

【００１５】そして本発明の薄膜抵抗体は、該抵抗体が
樹脂基板上あるいは内部に形成された抵抗パターンであ
って、該組成物が前記本発明の組成物であることを特徴
とするものである。

【００１６】本発明における抵抗体は、厚さが０.０５
〜１μｍの薄膜であって、その薄膜抵抗体組成物が、酸
化ルテニウムと酸化チタンの完全な固溶体でルチル構造
の結晶構造を有することを特徴とする。さらに上記薄膜
抵抗体組成物において、酸化ルテニウムと酸化チタンの
構成比率が、(酸化チタンの比率):(酸化ルテニウムの比
率)=ｘ:１-ｘとしたときのｘが、０.０２８≦ｘ≦０.４
８６であることを特徴とする薄膜抵抗体組成物を用い
て、セラミック基板上あるいは基板内、および樹脂基板
上あるいは基板内に薄膜抵抗体が形成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施態様を具体的
に説明する。第１の実施例により、効果的なＴiＯ2の置
換量を求めるためのモデル実験が示され、本実施例か
ら、酸化チタンを一部固溶させた酸化ルテニウム薄膜の
比抵抗は酸化チタンの置換量が増加するにしたがって高
くなるが、抵抗率の温度係数(ＴＣＲ)は小さくなること
が明らかにされる。

【００１８】本発明において形成される抵抗薄膜の比抵
抗は、約１００μΩｃｍ〜２ｍΩｃｍである。したがっ
て、シート抵抗値が１０Ωになるためには０.１〜２μ
ｍの厚さが、またシート抵抗値が２００Ωになるために
は５ｎｍ〜０.１μｍの厚さが必要となり、許容される
薄膜の厚さは５ｎｍ〜２μｍの範囲となる。しかしなが
ら、薄膜の作成技術の制約から、厚さを０.０５μ(５０
ｎｍ)以下にすることは困難であり、また１μｍ以上に
することは成膜に著しく時間を要し工業的に不利で利用
されにくいと言う欠点がある。したがって薄膜の厚さ
は、本発明に示されるような０.０５〜１μｍの範囲が
好ましい。

【００１９】また、Ｒu／Ｔi比は図１に示すＸ線回折か
ら、ファイア基板上に作製された薄膜は１０１方向に配
向していることがわかる。ＲuＯ2の１０１面の回折ピー
クは３５.０゜、ＴiＯ2の１０１面の回折ピークは３６.
１゜に現れるが、Ｔiの比率が４８.６％まではＴiＯ2の
ピークは見られないことから、ＴiＯ2はＲuＯ2に完全に
固溶しているものと言うことができる。

【００２０】Ｔi比が５１.２％では、３５゜のピークの
右肩が若干認められることから、もはや完全に固溶して
いるとは言えなくなる。抵抗の温度係数(ＴＣＲ)も，Ｔ
i比が４８.６％までは単純に減少するが，５１.２％で
は増加に転じる。一方，Ｔi比が１.６％の試料において
は，ＴＣＲが１００ｐｐｍ／℃を越える。したがってＲ
u／Ｔi比は、本発明に示されるような範囲、すなわち
(酸化チタンの比率):(酸化ルテニウムの比率)=ｘ:１-ｘ
としたときのｘが、０.０２８≦ｘ≦０.４８６の範囲が
好ましい。

【００２１】第２および第３の実施例により、薄膜抵抗
を内蔵したガラスセラミック基板、および樹脂基板のモ
デルが示される。ここでは基板が、サファイアではなく
ガラスセラミックや樹脂であること、および熱処理の温
度が、ガラスセラミックの場合には９００〜９５０℃で
あるが、樹脂の場合には１５０℃であることに起因し
て、第１の実施例における効果の得られることが確認さ
れる。得られた電気抵抗およびＴＣＲの値からして、た
とえ基板あるいは熱処理条件を変えても、多少の差はあ
るものの意図する効果は得られている。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の詳細を、図面に基づいて実施
例により説明する。［実施例１］Ｒ面に配向したサファイア基板の研磨面上
にルテニウム金属、チタン金属をターゲットにしたＤＣ
スパッタでＡr／Ｏ2混合ガスを用いて、厚さが０.２μ
ｍになるように薄膜を形成した。ルテニウムとチタンの
比率は成膜条件を変えることによって行った。このとき
基板を１５０℃に加熱した状態でスパッタを行った。サ
ファイア基板上に形成した薄膜について、Ｃu-Ｋα線に
よってＸ線回折を行って結晶構造を同定し、エネルギー
分散型Ｘ線解析(ＥＤＸ)による定量分析を行い、ルテニ
ウムとチタンの比率を求めた。

【００２３】それぞれの薄膜について四端子法によって
面積抵抗および-５０〜１５０℃の範囲で面積抵抗ＲSを
測定し、計算によって比抵抗ρS、および２５℃におけ
る比抵抗の温度係数(ＴＣＲ)を、下記の式（Ｉ）に従っ
て求めた。 ρs=Ｒs×ｄ（Ｉ）但し、ρs=ａ(Ｔ1-Ｔ0)+ｂで表されるとき、ＴＣＲ=ａ
／ρs(２５℃)である。ここで、ｄは薄膜の厚さ、Ｔ1,
Ｔ0はρsが温度Ｔに対して直線的である範囲における任
意の温度である。

【００２４】スパッタで形成した薄膜のうち代表的な試
料の、Ｘ線回折パターンを図１に、面積抵抗Ｒsの温度
依存性を図２に示す。また、ルテニウムとチタンの比率
ｘ、比抵抗ρ(２５℃)、抵抗率の温度係数(ＴＣＲ)をそ
れぞれまとめて表１に示す。

【００２５】

【表１】［実施例２］石英ガラス-コーディエライト系-ホウケイ
酸系ガラスからなる組成のガラスセラミックス粉末に、
有機バインダと有機溶媒を加えて混練し、スラリーを作
製して、ドクターブレード法で厚さ５０〜１００μｍの
グリーンシートを作製し、所定の寸法にカットした。数
枚積層し仮圧着したシートの表面に、ルテニウム金属と
チタン金属をターゲットにしスパッタ法により、サファ
イア基板で厚さ０.５μｍになるような条件と全く同じ
条件で薄膜抵抗体を形成した。

【００２６】このとき抵抗体の長さが１ｃｍ、幅が１ｍ
ｍになるように、あらかじめ基板上にマスクをすること
によって薄膜抵抗体を形成した。次に、グリーンシート
に薄膜抵抗体の表面に抵抗測定用の電極を埋め込むため
の穴を１ｍｍピッチで空けたシートを２〜３枚積層し、
熱圧着したものを４００〜５００℃で脱バインダ処理し
た後に、所定の温度パターンに従って９００〜９５０℃
で焼成を行った。

【００２７】焼成後、抵抗測定用の穴を銀ペーストで埋
めて乾燥させることによって電極を形成した。このよう
にして形成した薄膜抵抗体内蔵基板のテスト試料１の断
面を図３に示す。２端子法で電気抵抗を測定した後、-
５０〜１５０℃の範囲で電気抵抗の温度依存性を測定る
ことによってＴＣＲを求めた。電気抵抗の温度依存性の
測定結果を図４に示す。次に、研磨断面でＥＤＸ分析を
行いル、テニウムとチタンの比率を定量した。その結
果、２５℃での電気抵抗は１６.２Ω、ＴＣＲ=６５ｐｐ
ｍ、Ｒu／Ｔi=８２／１８であった。

【００２８】［実施例３］樹脂基板のベースとなるプリ
プレグの表面に、ルテニウム金属とチタン金属をターゲ
ットにしてスパッタ法で薄膜抵抗体を形成した。スパッ
タ条件は、実施例１および２と全く同じとしたが、基板
加熱は行わなかった。また、実施例２と同じ形状の薄膜
抵抗パターンを同じ方法で形成した。次に、抵抗測定用
の電極を形成するための穴を１ｍｍピッチで空けたプリ
プレグを、薄膜抵抗体を形成したベースに位置を合わせ
て積層した後、１５０℃に加熱して圧着し薄膜抵抗体内
蔵のテスト試料２を作製した。

【００２９】抵抗測定用の穴に銀ペーストを埋め込んで
乾燥させることによって電極を形成した。このようにし
て作製したテスト試料２の断面図を図５に示す。テスト
試料２を用いて実施例２と同様の評価を行い、電気抵抗
の温度依存性の結果を図６に示す。その結果、室温での
電気抵抗は１９５.２Ω、ＴＣＲ=２４ｐｐｍ、Ｒu／Ｔi
=６８／３２であった。

【００３０】

【発明の効果】本発明により、マルチチップモジュール
(ＭＣＭ)に用いられるセラミック基板あるいは樹脂基板
の表面、あるいは内部に形成される薄膜抵抗素子に利用
される抵抗材料の、シート抵抗が１０〜２００Ω／□程
度の低い面積抵抗値を得ることが可能な、またその抵抗
率の室温近辺での温度変化率(温度係数:ＴＣＲ)が、酸
化ルテニウムよりもさらに小さい(１００ｐｐｍ以下)優
れた抵抗材料組成物、ならびに該材料からなる優れた薄
膜抵抗体が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】サファイア基板上にＲu／Ｔi比を変えて成膜し
た薄膜抵抗体のＸ線回折パターンを示すグラフ図。

【図２】サファイア基板上に成膜した薄膜抵抗体の比抵
抗の温度依存性を示すグラフ図(但し、(ａ)はＴi比が
１.５〜１３.５％の、また(ｂ)はＴi比が１３.５〜５
１.２％の場合を示す)。

【図３】薄膜抵抗体を内蔵したガラスセラミックス基板
のテスト試料を示す模式断面図。

【図４】ガラスセラミックステスト試料に内蔵した薄膜
抵抗体の電気抵抗の温度依存性を示すグラフ図。

【図５】薄膜抵抗体を内蔵した樹脂基板のテスト試料を
示す模式断面図。

【図６】樹脂テスト試料に内蔵した薄膜抵抗体の電気抵
抗の温度依存性を示すグラフ図。

【符号の説明】

１ガラスセラミックス２薄膜抵抗体３銀ペーストを満たした薄膜抵抗体とのコンタクト
ホール４樹脂プリプレグ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜抵抗体材料組成物において、該組成
物が酸化ルテニウムおよび酸化チタンからなり、該材料
が酸化ルテニウムと酸化チタンが完全に固溶した単相の
ルチル構造を有することを特徴とするする、薄膜抵抗体
材料組成物。
【請求項２】前記材料による薄膜抵抗体の厚さが、
０.０５ないし１μｍの範囲にあることを特徴とするす
る、請求項１記載の薄膜抵抗体材料組成物。
【請求項３】前記酸化ルテニウムと酸化チタンの構成
比率が、(酸化チタンの比率):(酸化ルテニウムの比率)=
ｘ:１-ｘとしたときのｘが、０.０２８≦ｘ≦０.４８６
の範囲にあることを特徴とする、請求項１または２記載
の薄膜抵抗体組成物。
【請求項４】薄膜抵抗体材料組成物からなる薄膜抵抗
体において、該抵抗体がアルミナ基板またはガラスセラ
ミックス基板上あるいは内部に形成された抵抗パターン
であって、該組成物が請求項１、２または３記載の組成
物であることを特徴とする薄膜抵抗体。
【請求項５】薄膜抵抗体材料組成物からなる薄膜抵抗
体において、該抵抗体が樹脂基板上あるいは内部に形成
された抵抗パターンであって、該組成物が請求項１、２
または３記載の組成物であることを特徴とする薄膜抵抗
体。