JPS634322B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、クロムとタンタルを窒素雰囲気中に
て合金として成膜し、低い抵抗値と、低い抵抗温
度係数とを持ち、安定度のすぐれた薄膜抵抗体に
関する。

近年電子工業の飛躍的な発展に伴い、回路素子
に対する電気的特性の要求も次第に厳しいものと
なり、薄膜回路および個別抵抗器の抵抗材料とし
て従来はニクロム系が主として使用されてきた
が、更に安定度の向上をねらいとして窒化タンタ
ル薄膜抵抗体が開発され実用化されてきた。しか
しながら窒化タンタル薄膜抵抗体は固有抵抗が
260μΩ・cm程度で、実用膜厚に対する面積抵抗
も50〜200Ω／□であるが、温度特性が悪く、安
定度も低く、現在の電気的特性の要求に対して満
足し得ないという欠点がある。また、窒化タンタ
ルは原子半径の小さい窒素との侵入型固溶体を形
成しているため機械的な硬度はきわめて高いにも
かかわらず、高温における電気的特性の安定度に
問題があつた。

この発明は、上記の諸点に鑑みなされたもの
で、クロムとタンタルとを窒素雰囲気中にて成膜
したもので広い抵抗値の存在と、低い抵抗温度係
数をもち、安定度の高い抵抗体を容易に製造する
ことを目的としたものである。

すなわち、抵抗温度係数は成膜後の熱処理、ま
たは成膜時の加熱により調節することが可能であ
り、同時にこの熱処理または加熱により薄膜抵抗
体の安定度が著しく向上して、窒化タンタルをし
のぐものとなる。特に注目すべきことは、抵抗値
決定はスパツタリングにおけるターゲツトの組成
金属の面積比と膜厚により決定され、その再現性
もよく、他の成膜条件の影響が少い点である。

以上のごとく諸特性はもちろんのこと製造技術
面においてもこれまでの抵抗器に見られないすぐ
れた特長を有する。

以下この発明について詳細に説明する。

この発明は、タンタル中に10〜95原子％のクロ
ムを含んだクロム・タンタルを窒素を含む雰囲気
中にて成膜して得られる薄膜抵抗体の製造方法で
ある。

この発明のクロム・タンタル・窒素薄膜抵抗体
の製造方法の一実施例について説明すると、試料
作製のスパツタリング条件はベルジヤ内を３×
10^-7Torr.まで排気した後、高純度アルゴンガス
を10〜20×10^-3Torr.導入し、次いで高純度窒素
ガスをニードルバルブを介して２〜４×10^-4torr
の分圧でその分圧を測定しながら、注入し、陰極
電圧−5.7〜−6.5KV、電流密度0.2〜0.5ｍＡ／cm³
で２極活性スパツタリングを行つた。なお、成膜
速度は50〜120Å／minである。

膜組成の変更はクロム板にタンタル板を装着し
た陰極のクロムとタンタルの面積比を変えること
により行つた。

第１図はこの発明の製造方法による薄膜抵抗体
の特性を示すもので、生成されたクロム・タンタ
ル合金薄膜中に含まれるクロムCrとタンタルTa
の含有組成（at％）に対する抵抗値Ｒ（Ω）およ
び抵抗温度係数TCR（ppm／℃）を示すもので、
曲線Ａは抵抗値Ｒを、曲線Ｂは抵抗温度係数
TCRを示す。

使用した試料は、径３mm、長さ９mmのフオルス
テライトに窒素の最大分圧1.0×10^-5Torrにて
6000Åの膜厚で着膜し、その両端に1.5mmのキヤ
ツピングをしたものである。

この図でわかるように抵抗値Ｒはクロム含有量
０％より85％まで増大し、85％から逆に下降する
値をとる。一方、抵抗温度係数TCRはクロム含
有量０％よりゆるやかに下降し、30％から逆に上
昇する傾向を示し、90％から大きな値をとるよう
になる。

以上からわかるようにこの発明の製造方法によ
る薄膜抵抗体は抵抗値が６〜20Ωときわめて低
く、さらに抵抗温度係数TCRについてみるとク
ロム含有量10〜95原子％の間では広い範囲にわた
つて実用的に零の近辺の充分小さい値である。

クロム含有量が10原子％より少ない場合、およ
び95原子％より多い場合には、抵抗温度係数が大
巾に正の値に移行するので何れも好ましくない。
なお、クロム組成比としては、TaCr₂に相当する
67原子％にまたがつた40〜80原子％が後述の安定
度との関連上、好ましい。

窒素の最大分圧は0.5×10^-5〜２×10^-3Torrが
好ましい。0.5×10^-5Torrよりも低い分圧では窒
素の反応が現われず、また２×10^-3Torrを越え
る分圧ではクロム・タンタルの着膜が生成し難く
なる。

第２図は、第１図に際して用いた試料と同様に
作成したクロム含有量が30原子％および81原子％
で窒素の最大分圧が３×10^-4Torrおよび２×
10^-5Torrで得られた各試料を大気中において温
度上昇15℃／minで熱処理したときの抵抗値の変
化を連続的に記録したものである。この図に示さ
れているように、抵抗値は、200〜900℃の範囲で
は、クロム含有量および熱処理温度Ｔによつてさ
ほど大きな変化はしていない。熱処理温度の上昇
と共に抵抗値が増大する傾向を示しているのは、
抵抗体の表面に酸化膜が形成される結果、抵抗薄
膜の実効膜厚が減少するためであると推定され
る。

熱処理温度Ｔが900℃を越えると、酸化の進行
が著しくなつて抵抗値が急激に増大するので好ま
しくない。また、熱処理温度が200℃より低いと
きは、酸化膜が殆んど形成されず、耐湿性は劣る
が、ニクロム系より充分優れたものが得られる。

第３図は、第２図で用いたものと同様の試料を
大気中において、温度上昇15℃／minで熱処理し
たときの抵抗温度係数TCRの変化を連続的に記
録したものである。この図に示されているよう
に、抵抗温度係数は、200〜900℃の範囲内で熱処
理することによつて、クロム組成比に応じて正か
ら負の値へ、あるいはその逆に零近辺の任意の小
さな値へと調節することが可能である。抵抗温度
係数が熱処理によつて変化するのは熱処理によつ
て結晶粒の成長と粒界析出層の微少な変化による
ものと推定される。

また、このように熱処理温度によつて零近辺の
任意の小さな値の抵抗温度係数が巾広くとれるの
は、クロム・タンタルに窒素が含有されているこ
との効果によるものと推定される。

さらに、第３図から明らかなように抵抗温度係
数は熱処理を施すことによつてバラツキがなくな
つている。

第４図はクロム含有量が67原子％（TaCr₂）、
窒素分圧２×10^-5Torr中で成膜された抵抗体を
大気中にて500℃で熱処理したものの負荷寿命試
験結果を、ニクロム系薄膜抵抗体、および窒化タ
ンタル薄膜抵抗体と共に示してある。試験条件
は、槽内温度125±２℃、1/4W50％定格負荷で、
1.5hrs.ON、0.5hrs.OFFの断続通電したものであ
る。

第４図の横軸は試験時間ｔ（hrs）を、縦軸は抵
抗変化率△Ｒ／Ｒ（％）を示している。この図で
明らかなごとく、この発明による薄膜抵抗体の負
荷寿命試験による抵抗変化率△Ｒ／Ｒはニクロム
系薄膜抵抗体に比べて充分小さく、かつ現在最も
安定度の高いとされている窒化タンタル薄膜抵抗
体より小さい値を示している。

また、第５図は第４図に際して用いたものと同
様の抵抗体の耐湿負荷寿命試験結果を、ニクロム
系薄膜抵抗体、および窒化タンタル薄膜抵抗体と
共に示してある。試験条件は、槽内温度40±２
℃、槽内湿度（相対湿度）90〜95％、1/2W100％
定格負荷で1.5hrs.ON、0.5hrs.OFFの断続通電を
したものである。

第５図の横軸は試験時間ｔ（hrs）を、縦軸は抵
抗変化率△Ｒ／Ｒ（％）を示している。この図で
明らかなごとく、この発明による薄膜抵抗体の耐
湿負荷寿命試験による抵抗変化率△Ｒ／Ｒはニク
ロム系薄膜抵抗体に比べて充分小さく、かつ現在
最も安定度の高いとされている窒化タンタル薄膜
抵抗体より小さい値を示している。

本発明の製造方法による抵抗体がこのような高
い耐湿性を呈するのは、クロムにタンタルを含有
させて窒素雰囲気中で成膜させたものを大気中で
熱処理することによつて完全な酸化膜が形成され
るためであると推定される。

なお、加速寿命試験に使用した薄膜抵抗体の基
板はフオルステライト磁器であり、通常薄膜素子
の基板として特性がすぐれているといわれるアル
ミナ磁器、あるいはグレーズドアルミナ磁器を用
いた他の抵抗器に比べて何ら遜色がない。すなわ
ち、より安価な基板が使用可能であると共に、個
別抵抗器の切条作業が容易となり製造原価を大幅
に低減できる。

次にこの発明の他の実施例について説明する。
この実施例ではスパツタリングする基板の温度を
200〜900℃に加熱しておき、その基板上に前述の
実施例と同様にクロムとタンタルを窒素雰囲気中
にてスパツタリングして10〜95原子％のクロムを
含むタンタル合金薄膜を得るものである。この実
施例によつても基板の加熱温度を変化させること
により抵抗温度係数TCRを変化させることがで
きる。この場合、スパツタリング後の熱処理工程
を省略できる利点がある。

なお、本発明の製造方法によるクロム・タンタ
ル・窒素薄膜抵抗体は、その中に、ニツケル、コ
バルト、鉄のような不純物を12％以下含有して
も、電気的特性に本質的な変化は見られなかつ
た。

以上、詳細に説明したように、この発明の製造
方法はタンタルに10〜95原子％のクロムを含むク
ロム・タンタルを窒素雰囲気中で成膜して得られ
たクロム・タンタル・窒素合金薄膜を用いて抵抗
体を構成したので、従来の薄膜抵抗体に比べてき
わめて低い固有抵抗値のものを容易に得ることが
できる。また、900℃以下で熱処理したものは抵
抗温度係数が改善され、広い範囲にわたつて任意
の小さい値とすることができ、かつそのバラツキ
を小さくすることが可能であり、同時に薄膜抵抗
体の安定性を著しく向上できる。さらに基板温度
900℃以下に加熱してスパツタリングを行う場合
は熱処理工程を省略しても上記したのと同様の効
果が得られる特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の製造方法による薄膜抵抗体
のクロム含有量に対する抵抗値および抵抗温度係
数を示す図、第２図および第３図はそれぞれクロ
ム含有量および窒素分圧を異ならしめた薄膜抵抗
体の熱処理による抵抗値および抵抗温度係数の変
化を示す図、第４図および第５図はそれぞれクロ
ム含有量67原子％の薄膜抵抗体の負荷寿命試験お
よび耐湿負荷寿命試験における抵抗値変化率と他
の合金薄膜抵抗体との比較を示す図である。 図中、Ｒは抵抗値、TCRは抵抗温度係数、Ａ，
Ｂは曲線、Ｔは温度、ｔは時間、△Ｒ／Ｒは抵抗
変化率である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 本質的に10〜95原子％のクロムを含むクロ
   ム・タンタルを最大分圧0.5×10^-5〜２×
   10^-3Torrの窒素を含む雰囲気中にて成膜して得
   られるクロム・タンタル・窒素合金薄膜を用いて
   構成することを特徴とするクロム・タンタル・窒
   素薄膜抵抗体の製造方法。 ２ 本質的に10〜95原子％のクロムを含むクロ
   ム・タンタルを最大分圧0.5×10^-5〜２×
   10^-3Torrの窒素を含む雰囲気中にて成膜して得
   られるクロム・タンタル・窒素合金薄膜を900℃
   以下の温度で熱処理したものを用いて構成するこ
   とを特徴とするクロム・タンタル・窒素薄膜抵抗
   体の製造方法。 ３ 900℃以下に加熱された基板上に、本質的に
   10〜95原子％のクロムを含むクロム・タンタルを
   最大分圧２×10^-5〜３×10^-4Torrの窒素を含む
   雰囲気中にて成膜して得られるクロム・タンタ
   ル・窒素合金薄膜を用いて構成することを特徴と
   するクロム・タンタル・窒素薄膜抵抗体の製造方
   法。