TW301752B - - Google Patents

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301752 A7 ____ B7 經濟部中央梯準局員工消費合作社印製

五、發明説明（1 ) 本發明係關於由一種或多種電阻膜（若需要其可設於基 材上，且其至少之一係設於CrSi之基礎上）組成之電阻元 件0 由於電子裝置極小化之進步’需要具高電阻之精密電阻 元件，其不只符合精密的要求，而且亦與幾何尺寸及熱消 散之趨勢並架齊驅。熱消散可藉由使用高電阻元件降低。 電阻値> 1 ΜΩ結合約1 mm之電阻元件之幾何尺寸係需要。 藉由適當的構造電阻膜（圓柱形電阻組件之情形爲螺旋 狀，平坦電阻組件之情形爲曲-折狀），電阻膜之基本値可 依得到特殊最終値之方式改變。基於安定性之理由，必須 觀察最小之路徑寬度以及最小之膜厚，因此最高之可能基 値/最終値比率係受電阻元件之幾何尺寸限制。因此，二 需求（即，小的物理尺寸及低的，熱消散）僅可藉由使用具最 高可能電阻性之電阻膜材料達到。 EP 0220 926 A2中提出依薄膜鉻_矽_碳電阻材料形式之改 善電阻物質，其包括約25至35机％路，約4〇至55桃〇辟及 約20至30 wt·%碳，其特點爲電阻値超過8〇〇且低於12⑼ Ohm/inch，電阻之溫度係數低於2〇〇 ，且絕對壽命及 微調安定性低於該電阻低之〇〗％。 本發明之目的係提供可使達到最小tcr (例如士 PPWK)之電阻元件’及其應用，特別是關於具有與約i mm 幾何尺寸結合之i ΜΩ高電阻値之電阻元件（其可使電阻値 2佈在-塗佈循環中），以及由塗佈循環至塗佈循環之特 疋電阻値之再製性，因此相對於一般之塗佈製程可改善塗 本錄尺财關家縣（CNS) ----— ---------••裝 _；-I (請先閱讀背面之注意事項4填寫本頁) 訂 線

• - · - I I -1 I - 1--— 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（2 ) 佈製程之效率。 此目的係經由由一種或多種電阻膜（若需要可設置於基 材上，且其至少之一係設置於CrSi之基礎上）組成之電組元 件，依本發明達成，其特點爲在CrSi基礎上之電阻膜包括 5-50原子％ Cr，10-70原子％ Si，5-50原子％ 0及由B，C及N 依1-50原子％之濃度形成之基之至少一元素。 本發明基本上係基於氧及碳或氧及氮或氧及碳及氮反應 性的加於CrSi基礎上之電阻膜中。此電阻元件之特點爲顯 現非常小之散度及相當改良之'電阻値之再製性。其又一特 點爲具有幾乎0 ppm/K (pTCR.〇)至高於100,000 μΩ cm之電阻値 之高電阻。因此，.該元件對於極端之天候應變及電應力均 非常適用作高電阻精密電阻元件。另外，該元件爲溫度抗 性，因此即使在約500°C之溫度下，元件之氧化爲可忽略 之小。再者，其在TC100-範圍中爲缓和。若其係藉由薄膜 技術，當作表面電阻製成，可得到下列之値：R > 20kOhm/ 平方（此相當於薄膜厚度爲100 nm下電阻性> 200,000 μΟΙιιη)，且 TCR < 100 ppm/K。 較好電阻元件之特性爲CrSi基礎上之電阻膜包括20-40原 子％ Cr，10-30原子％ Si，10-40原子％0，及由B，C及N依 1-40原子％之濃度形成之基之至少一元素。 又較佳之電阻元件中，CrSi之基礎上之電阻膜包括25-35 原子％ Cr，15-25原子％ Si，20-30原子％0，及由B，C及N 依卜30原子％之濃度形成之基之至少一元素。 亦爲較佳者中，CrSi基礎上之電阻膜包括10-30原子％ (請先閱讀背面之注意事項^:填寫本頁) ..裝- -1° 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 )

Cr，20-60原子 ％ Si，20-50原子％0，及由 B，C及N 依 1-40 原子％之濃度形成之基之至少一元素。 特別好者中，CrSi基礎上之電阻膜包括16-20原子％ Cr， 35-45原子 ％ Si，20-30原子 ％ Ο及 15-25原子 ％ C。

CrSi基礎上之電阻膜另外包括1-20原子％氫亦爲較好。 電阻膜另外包括1-5原子％之Ni，Co，Fe，Al，W，Mo， Ti，Ru或Cu可能較好。因此，改善電阻膜之濕氣抗性。

CrSi基礎上之電阻膜厚度範圍在10 nm至10 μιη間亦爲較 好。 - 較好，基材係由 Α12〇3，BN，AIN，Si，Sic，Si3N4，及 / 或Si02組成。 本發明之此等及其他目的參考此後敌述之具體例將爲顯 而易見且明瞭。 附圖中： 圖1顯示電阻膜中當作基材位置及反應氣體種類之函數 之氧含量， 圖2顯示作爲基材位置及反應氣體種類之函數之電阻膜 之電阻性， 圖3顯示作爲基材位置及反應氣體種類之函數之電阻膜 中之氧含量， 圖4顯示作爲反應氣體流及反應氣體類型函數之電阻膜 中之電阻性。 依本發明之電阻元件可爲不連續元件或整體元件。其通 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 裝l· — . { (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 瘃 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 301752 at _____B7 五、發明説明（4 ) 吊係由基材及終上之電阻膜組成。依本發明之電阻膜包 括鉻’矽’氧及至少一種由硼，碳及氮形成之基之元素。 此時’氧，棚，碳及氣係依氧化物，棚化物，碳化物或氣 化物鍵結或當作元素包含存在於層中。 電阻膜（其形成眞實之電阻组件）可能僅爲依本發明之電 阻膜或該膜與一般電阻膜之組合。依本發明之該電阻膜可 與例如包括Ni，Co，Fe，Al，W，Mo，Ti，Ru或Cu之電阻 膜結合。 電阻膜較好設於基材上。該·基材可由Al2〇3，BN，AIN， Si，SiC，SisN4，及/或Si〇2組成。塗於基材之膜厚一般在1〇 nm至50 μηι之間，較好在50至500 nm之間。 電阻膜可依一般之膜沈積方法，如浸漬塗佈，嗜佈或眞 空蒸發沈積於基材上❶然而’較好膜係以反應陰極濺射 (反應賤射）提供。反應陰極激射過程中，路及秒係藉由固 趙標的之離子衝擊物理性的賤射，0，C，Β及Ν導入沈積 至中當作氣體起始化合物。此等氣體起始化合物藉電漿活 化激發’且形成伴隨物理性濺射之Cr及&沈積在基材上之 非吊活化之粒子。因此，反應陰極賤射製程爲pvD及CVD 之結合。 相反的，可使用其他方法，其中包括元素〇, C，b，N 之氧化物’碳化物，氮化物，硼化物或其他固體化合物係 以離子衝擊物理性的濺射。該方法中，使用具有相同組合 物或不同CrxSiy組合物之一種或多種目標物。相對的，可 使用一種或多種具相同或不同CrxSiyRz_組合物之目標物， (請先閏讀背面之注意事項^r 壤寫本頁) -裝. 訂 線

A7 B7 五、發明説明（ 請 先 閏. ik 背 之· 注 意 事 項 填 . ί裝 頁 其中R可爲上述元素之一種或多種，如Ο，B，C，N或 Η，Ge，Ni，Co，Fe，Al，W，Mo，Ti，Ru 或 Cu。目標物 中0%及100% (相對）間之Si含量可以以Ge取代。特別地 是，含氧之CrxSiyOz金屬陶瓷目標物經證明係適用的。

CrxSiy目標物質之組成x:y之使用範圍在0:100及100:0之 間，較好在20:80至60:40之間。30:70至50:50間之組合物經 證明係適用的。若使用CrxSiyRz目標物質，x_.y相當於上述 之组合物，且（x+y):z範圍在0:100及100:0之間，較好在90:10 至50:50之間。 ’ 訂 沈積發生在含反應氣體之氣體中，且在例如A1203， AIN，BN，έί，SiC，Si3N4及/或Si02之基材上。若使用 CrxSiyRj標物質，該氣體不需含有反應氣體。 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 適當之反應氣體（其中氧與另一元素鍵結）爲例如，二氧 化碳（C02)，一氧化碳（CO)，笑氣（N20)，一氧化氮（NO)，二 氧化氮（N02)，或含氧-，氫-，及矽-反應氣體，如六甲基 二矽氧烷（(HMDSO)，（(CH3)3SiOSi(CH3)3)或六甲基環三矽氧 烷（HMCTSO，（(CH3)2SiO)3)。與水（H20)比較，該反應氣體 具有在冷卻表面吸收之傾向遠不明顯之優點，因此沈積製 造過程中爲固定之反應氣體分壓過設定而不會有問題，例 如藉由氣流控制設備。 爲增加欲沈積之電阻膜之氧含量，分子氧（02)及/或水 (H20)可加於上述反應氣體或反應氣體混合物中，其至少 係由氧結合於另一元素之反應氣體類組成。爲增加欲沈積 之電阻膜之碳及/或氮及/或硼含量，可添加另一反應氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A 7 B7五、發明説明（6 ) 體，如碳氫（CxHy)及/或分子氮（N2)及/或氨（NH3)及/或三曱 基三聚氮硼烷TMB (CH3)3B3N3)於上述之反應氣體或反應氣 體混合物中，其至少係由氧結合於另一元素上之反應氣體 類組成。 沈積於基材上之電阻膜可藉由後續之熱後處理預老化。 該後處理通常發生於空氣或保護氣體或眞空中，200-700°C 下之緩和製程中數小時，較好於空氣中400-600°C下2-6小 時。另外，緩和（結晶）造成之膜構造之改變使TCR改變 至，例如 ± 100 ppm/K。 實例1 : 含氧及碳之CrSi膜係以平行板高頻濺射設備中之反應陰 極濺射沈積。泵浦系統包含渦輪分子泵浦（300 Ι/s)及扇形旋 轉前置泵（40 m3/h)。殘留氣體壓力< 10_5 mbar。使用之反應 氣體爲C〇2。C〇2氣流設定爲1.1 seem (標準立方公分每 分）。使用氬當作惰性氣體，製程壓力設定爲2-10_2 mbar， 其相當於氬氣流爲約30 seem。目標'物（φ = 150 mm)係由Cr (60原子％ )及Si (40原子％ )組成。在電漿動力約爲700 W之 一小時塗佈製程中，1.4 μηι厚之膜沈積於陶瓷及矽基材 上。沈積製程後，藉由van der Pauw's方法在陶瓷;基材上進 行測量，顯示之反應性爲300,000 μΩ cm，且TCR爲-1，430 ppm/K。藉由電子束微分析（EBMH)，測定薄膜爲如下列之 組合物： (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁 .裝

-1T 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 301752 A7 B7 五、發明説明（7 )

請 先 閱 背 © 孓· Ϊ 事 項 再〜 5裝 I .31原子％ Cr .19原子％ Si .26原子％ Ο .24原子％ C。 在空氣中700°C下調和三小時後，測量顯示之電阻性爲 165,000 μΩ cm且TCR爲-28 ppm/K。調和後測定膜爲如下之 組合物： .30原子％ Cr .20原子 ％ Si ' .29原子％ Ο .21原子％C。 訂 實例2 : 另一含氧-及碳-之CrSi膜係依實例1中敘述之塗佈設備 且在相同之製程條件下沈積，除了以下外： 線 -目標物組合物：28原子％ Cr及72原子％ Si。 -反應氣流：0.85 seem C〇2。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 一小時塗佈製程後，膜厚爲1.2 μηι。電阻性爲22,000 μΩ cm，且TCR爲-732 ppm/K。在空氣中600°C下調和3小時後， 電阻性爲28,500 μΩ cm且TCR爲-52 ppm/K。調和處理後，膜 爲下列组合物： .18原子％Cr .40原子％ Si .26原子％ Ο -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 301752 A7 _ _____B7 五、發明説明（8 ) • 16原子％0：。 實例3 : 使用如實例1中敘述之塗佈設備且目標物由28原子％鉻 及72原子％矽組成，沈積二電阻膜。 •膜1 :使用氧當作反應氣體；〇2分壓=0.070 Pa。 •膜2 ··使用二氧化碳當作反應氣體；C02分壓=0.043 Pa。 所有其他塗佈參數均爲相同：_ .惰性氣鱧：氬 •電漿電力：0.77 kW -目標物偏壓：2.0 kV .基材偏壓：接地 .塗佈時間：1小時。 •基材：對於電測量爲八組Al2〇3陶瓷基材（10x10 mm) —爲約10 cm長及約1 cm寬之抛光珍長條，其係用 於藉EBMA測定膜組合物。 所得之膜厚對膜1爲L9 μιη，對膜2爲1.5 μιη。作爲基材 位置函數之膜中氧含量之分佈示於圖1中。當作基材位置 函數之電阻値之分佈示於圖2中。此實例説明在相同之塗 伟條件下’當使用二氧化碳化替氧當作反應氣體時，氧含 量之内改變及因此之電阻改變亦相當小。 實例4 : ) A4^ ( 210X297^ )--— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 訂 率 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _____B7 五、發明説明（9 ) 依實例1中敘述之塗佈設備，且使用由28原子％絡及72原 子％矽組成之目標物，沈積電阻膜之二實驗性操作： -實驗操作I : 使用氧當作反應氣體及可變之反應氣體流。 -實驗操作II : 使用二氧化碳當作反應氣體及可變之反應氣體流。 所有其他塗佈參數均與實例2相同。圖3中顯示預定之反 應氣體流上最終氧含量之關係。圖4顯示預定之反應氣體 流中所得電阻之關係。氧含f係在矽基材（其在塗佈製程 中係位於基材電極之中間）上測量。電阻係在陶资基材（其 在塗佈製程中係位.於基材電極之中間）上測量。 此實例用於説明當用二氧化碳當作反應氣體時，當反應 氣體流增加時，氧含量連續增加，且依此方式高電阻値可 再製地達成。若用氧代替二氧化碳當作反應氣體，氧含量 階段性地自約25原子％增至65原子％，結果對具高電阻之 再製沈積電阻膜產生問題。 實例5 : 含氧及碳之CrSi膜係藉由高頻濺射設備中之反應陰極濺 射沈積，在製程中係使用整體物質。泵系統係由渦輪分子 泵浦（450 Ι/s)及扇形旋轉前置泵（3〇 m3/h)組成。殘留氣禮壓 力< 3-10·6 mbar »用C〇2當作反應氣體。塗佈製程中之（^(^氣 體流氣0.55 seem »使用氬當作惰性氣體。製程壓力設定爲 2.5 . ΗΓ2 mbar。目標物係由Cr (28原子％ )及Si ( 72原子％ )組 ____ ·12· 氏張尺度適用中glD家標準（CNS ) Α4規格（『lGxW公釐） " --- (請先閱讀背面之注意亨項再填寫本頁) •裝. 訂 瘃 A7 _B7 五、發明説明（10 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 成。在濺射電力爲1.0 kW下繞著氧化鋁陶瓷發生沈積。塗 佈164分後，表面電阻爲11.9 kli/平方（相當於膜厚1〇〇 nrn下 之119,000 μΟΙπη)且TCR爲-457 ppm/K。表面電阻之散度爲 16%。TCR之散度爲53 ppm/K。於空氣中46(TC下調和三小 時後，達到24.7 kQ/平方（相當於膜厚100 nm下之247,000 μΟΙπη)之表面電阻及+21 ppm/K之TCR。表面電阻之散射爲 26% » TCR之散射爲 36 ppm/K。 實例6 : ' 依實例5於另一塗佈循環中使用〇2及C02之反應氣體混合 物。反應氣體流分別設定爲0.40 seem。塗佈165分後，達到 20.4 kQ/平方（相當於膜厚100 nm下之204,000 μΟΙπη)之表面 電阻，及-633 ppm/K之TCR。表面電阻之散度爲20%。TCR 之散度爲46 ppm/K。空氣中480*C下三小時之調和製程後， 達到48.7 kQ/平方（相當於膜厚100 nm下之487,000 μΟΙπη)之 表面電阻，及+18 ppm/K之TCR。表面電阻之散度爲35%。 TCR之散度爲56 ppm/K。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 __- 13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. ^〇1752 c? ㈣ D8 六、申請專利範圍 1. 一種電阻元件，其係由一種或多種電阻膜（若需要可設 置於基材上，且其至少之一係設置於CrSi之基礎上）組 成，其特點爲在CrSi基礎上之電阻膜包括5-50原子％ Cr，10-70原子％ Si，5-50原子％ Ο及由B，C及N依1-50原 子％之濃度形成之基之至少一元素。 2. 根據申請專利範圍第1項之電阻元件，特性爲CrSi基礎 上之電阻膜包括20-40原子％ Cr，10-30原子％ Si，10-40原 子％0，及由B，C及N依1-40原子％之濃度形成之基之 至少一元素。 - 3. 根據申請專利範圍第1項之電·阻元件，其特點爲CrSi之 基礎上之電阻膜包括25-35原子％ Cr，15-25原子％ Si，20-30原子％0，及由B，C及N依1-30原子％之濃度形成之 基之至少一元素。 4. 根據申請專利範園第1項之電阻元件，其特點爲CrSi基 礎上之電阻膜包括10-30原子％ Cr，20-60原子％ Si，20-50 原子％ Ο，及由B，C及N依1-40原子％之濃度形成之基 之至少一元素。 、 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 5. 根據申請專利範圍第1項之電阻元件，其特點爲CrSi基 礎上之電阻膜包括16-20原子％ Cr，35-45原子％ Si，20-30 原子％ Ο及15-25原子％ C。 6. 根據申請專利範圍第1項之電阻元件，其特點爲CrSi基 礎上之電阻膜另外包括1-20原子°/〇氫。 7. 根據申請專利範圍第1項之電阻元件，其特點爲電阻膜 另外包括 1-5原子 ％tGe，Ni，Co，Fe，Al，W，Mo， -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） abicd 六、申請專利範I Ti，Ru 或 8. 根據申請專利^第1項之電阻元件，其特點爲CrSi基 礎上之電阻膜厚爲10 nm至10 μιη。 9. 根據申請專利範圍第1項之電阻元件，其特點爲基材係 由 Α12〇3，BN，AIN，Si，SiC，Si3N4及 / 或 Si02組成。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 15 - 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉