JPH071721B2 - 薄膜抵抗体 - Google Patents
薄膜抵抗体Info
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- JPH071721B2 JPH071721B2 JP60103284A JP10328485A JPH071721B2 JP H071721 B2 JPH071721 B2 JP H071721B2 JP 60103284 A JP60103284 A JP 60103284A JP 10328485 A JP10328485 A JP 10328485A JP H071721 B2 JPH071721 B2 JP H071721B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は窒化物薄膜抵抗、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窒化物薄膜抵抗からなる薄
膜抵抗体に関する。
抵抗変化の小さい高信頼性の窒化物薄膜抵抗からなる薄
膜抵抗体に関する。
（従来の技術） III−Ｖ族元素の窒化物の薄膜、つまり、窒化タンタ
ル、窒化チタニウム、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウ
ム、窒化アルミニウム、窒化ニオビウム、窒化ホウ素、
あるいは窒化クロムの薄膜は高温で安定性を有し、電気
的特性にもすぐれており、これらの窒化物単独であるい
は二種類以上の組み合せからなるものが、抵抗温度係数
の小さい高信頼性の精密級の薄膜抵抗として利用されて
いる。
ル、窒化チタニウム、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウ
ム、窒化アルミニウム、窒化ニオビウム、窒化ホウ素、
あるいは窒化クロムの薄膜は高温で安定性を有し、電気
的特性にもすぐれており、これらの窒化物単独であるい
は二種類以上の組み合せからなるものが、抵抗温度係数
の小さい高信頼性の精密級の薄膜抵抗として利用されて
いる。
上記した窒化物薄膜抵抗は、たとえばガラス、セラミツ
クなどの絶縁基体の上に電子ビーム蒸着法、イオンビー
ム蒸着法、フラツシユ蒸着法、カソードスパツタリング
蒸着法などの方法により形成される。この他、ホツトプ
レス法、昇華再結晶法、放電反応法、あるいは気相反応
法などによつても形成可能である。さらに最も一般的に
は、高純度の窒素ガスと高純度のアルゴンの雰囲気中で
行う反応性スパツタリング法で形成される。
クなどの絶縁基体の上に電子ビーム蒸着法、イオンビー
ム蒸着法、フラツシユ蒸着法、カソードスパツタリング
蒸着法などの方法により形成される。この他、ホツトプ
レス法、昇華再結晶法、放電反応法、あるいは気相反応
法などによつても形成可能である。さらに最も一般的に
は、高純度の窒素ガスと高純度のアルゴンの雰囲気中で
行う反応性スパツタリング法で形成される。
これらの窒化物薄膜抵抗には外部接続用電極が形成され
る。該外部接続用電極としては、たとえばCr−Cu,Cr−A
u,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は窒
化物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。
る。該外部接続用電極としては、たとえばCr−Cu,Cr−A
u,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は窒
化物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。
（発明が解決しようとする問題） 上記した窒化物薄膜抵抗からなる抵抗体を寿命試験、た
とえば室温での湿中負荷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175℃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
ーメチツ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。
とえば室温での湿中負荷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175℃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
ーメチツ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。
これは高温下において抵抗膜が変化してることを示して
いる。そしてその原因を究明した結果、窒化物薄膜抵抗
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、抵抗膜中の窒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、窒化物薄膜抵抗を窒化ジルコニウム（Zr
N）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窒
化ジルコニウム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、窒化ジルコニ
ウム薄膜中の窒素が次第に脱離し、外部接続用電極のNi
Crに移行してゆき、この窒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つていること
が判明した。
いる。そしてその原因を究明した結果、窒化物薄膜抵抗
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、抵抗膜中の窒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、窒化物薄膜抵抗を窒化ジルコニウム（Zr
N）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窒
化ジルコニウム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、窒化ジルコニ
ウム薄膜中の窒素が次第に脱離し、外部接続用電極のNi
Crに移行してゆき、この窒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つていること
が判明した。
すなわち、窒化物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つていること
になる。
触部において、次式に示すような反応が起つていること
になる。
Me′Ｎ ＋Me′ →Me′N1-X＋Me′NX （窒化物薄膜抵抗） （外部接続用電極） 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窒化物薄膜抵抗の
窒素を奪つてこの電極が窒化される反応が進むことにな
る。
荷時において外部接続用電極の金属が窒化物薄膜抵抗の
窒素を奪つてこの電極が窒化される反応が進むことにな
る。
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、窒化物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。
た結果、窒化物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。
（発明の目的） したがつて、この発明は抵抗膜が窒化物薄膜抵抗からな
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。
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。
（発明の構成） すなわち、この発明の要旨とするところは、窒化物薄膜
抵抗と外部接続用電極の間に、窒化物薄膜抵抗より固有
抵抗の低い導電性を有する金属窒化物層、または窒化物
薄膜抵抗から窒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。
抵抗と外部接続用電極の間に、窒化物薄膜抵抗より固有
抵抗の低い導電性を有する金属窒化物層、または窒化物
薄膜抵抗から窒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。
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、窒化ニツケル、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
化イツトリウム、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。
金属窒化物層としては、窒化ニツケル、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
化イツトリウム、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。
抵抗要素である窒化物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窒化物薄膜抵抗より固有
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、窒化物薄膜抵抗から窒素
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。
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窒化物薄膜抵抗より固有
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、窒化物薄膜抵抗から窒素
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。
具体的には、前者の例では、たとえば窒化物薄膜抵抗が
窒化ジルコニウムの場合、中間層は窒化タンタルが選択
され、窒化物薄膜抵抗が窒化タンタルの場合、中間層は
窒化ニツケルが選択される。また後者の例では、たとえ
ば、窒化物薄膜抵抗が窒化ジルコニウムの場合、中間層
は窒素をドープしたニツケルが選択される。
窒化ジルコニウムの場合、中間層は窒化タンタルが選択
され、窒化物薄膜抵抗が窒化タンタルの場合、中間層は
窒化ニツケルが選択される。また後者の例では、たとえ
ば、窒化物薄膜抵抗が窒化ジルコニウムの場合、中間層
は窒素をドープしたニツケルが選択される。
中間層は一般的にスパツ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
ープした金属のいずれにするかは次にような処理により
行われる。すなわち、スパツ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
プした金属となつて形成されることになる。まなた、窒
素分圧が一定であるとすると、成膜速度、すなわちスパ
ツタ電力の違いによつ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。
合が多く、導電性を有する金属窒化物とするか窒素をド
ープした金属のいずれにするかは次にような処理により
行われる。すなわち、スパツ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
プした金属となつて形成されることになる。まなた、窒
素分圧が一定であるとすると、成膜速度、すなわちスパ
ツタ電力の違いによつ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。
上記した例は中間層をスパツ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。
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。
（実施例） 実施例1. アルミナ基板の上に、金属ジルコニウムをターゲツトと
して、窒素とアルゴンの混合ガス中で下記の条件により
リアクテイブスパツタを実施し、窒化ジルコニウムの薄
膜抵抗を形成した。
して、窒素とアルゴンの混合ガス中で下記の条件により
リアクテイブスパツタを実施し、窒化ジルコニウムの薄
膜抵抗を形成した。
基板温度 :300℃ 混合ガス比 ：窒素／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、窒化ジルコニウ
ム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ツトとして下記の条件
によりリアクテイブスパツタを行い、窒化タンタルから
なる中間層を形成した。
ム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ツトとして下記の条件
によりリアクテイブスパツタを行い、窒化タンタルから
なる中間層を形成した。
基板温度 :250℃ 混合ガス比 ：窒素／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。
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。
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175℃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
0.1％以下であつた。また薄膜抵抗の色調についても変
化は認められなかつた。
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175℃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
0.1％以下であつた。また薄膜抵抗の色調についても変
化は認められなかつた。
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
上に窒化ジルコニウムの薄膜抵抗を形成した。
上に窒化ジルコニウムの薄膜抵抗を形成した。
次に、アルミナ基板にマスクを置き、窒化ジルコニウム
の薄膜抵抗の上に形成する中間層の個所を露出させた。
そして金属ニツケルをターゲツトとして下記の条件によ
りリアクテイブスパツタを行い、窒素をドープしたニツ
ケルからなる中間層を形成した。
の薄膜抵抗の上に形成する中間層の個所を露出させた。
そして金属ニツケルをターゲツトとして下記の条件によ
りリアクテイブスパツタを行い、窒素をドープしたニツ
ケルからなる中間層を形成した。
基板温度 :250℃ 混合ガス比 ：窒素／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ツ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。
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。
得られた薄膜抵抗体を実施例１と同様に処理し、175℃
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0.1
％以下であつた。また薄膜抵抗の色調についても変化は
認められなかつた。
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0.1
％以下であつた。また薄膜抵抗の色調についても変化は
認められなかつた。
実施例３ アルミナ基板の上に、金属タンタルをターゲツトとし
て、窒素とアルゴンの混合ガス中で下記の条件によりリ
アクテイブスパツタを実施し、面積抵抗が50Ω／□の窒
化タンタルの薄膜抵抗を形成した。
て、窒素とアルゴンの混合ガス中で下記の条件によりリ
アクテイブスパツタを実施し、面積抵抗が50Ω／□の窒
化タンタルの薄膜抵抗を形成した。
基板温度 :300℃ 混合ガス比 ：窒素／アルゴン＝5/95（容量比） 導入ガス圧 :1kg/cm2 導入ガス流量:20cc/分 DC出力 :200W（2.5W/cm2） 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
ぞれ窒化ニツケル膜、窒素をドープしたニツケル膜を形
成した。
ぞれ窒化ニツケル膜、窒素をドープしたニツケル膜を形
成した。
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。
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。
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％以下であつた。
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％以下であつた。
実施例４〜17 アルミナ基板の上に、表に示す各種の窒化物薄膜抵抗を
形成した。その後アルミナ基板の上にマスクを置き、窒
化物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。
形成した。その後アルミナ基板の上にマスクを置き、窒
化物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。
比較例１ 実施例１に記載の方法により窒化ジルコニウムよりなる
薄膜抵抗を形成した。
薄膜抵抗を形成した。
その後、窒化ジルコニウム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。
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。
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175℃の温度に250時間設置したところ、窒化ジル
コニウムの薄膜抵抗の褐色が消失して無色透明へと変化
し、抵抗値も初期抵抗値にくらべ10％以上も変化した。
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175℃の温度に250時間設置したところ、窒化ジル
コニウムの薄膜抵抗の褐色が消失して無色透明へと変化
し、抵抗値も初期抵抗値にくらべ10％以上も変化した。
比較例２ 実施例３に記載の方法により窒化タンタルよりなる薄膜
抵抗体を形成した。
抵抗体を形成した。
その後、窒化タンタル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Au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。
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Au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。
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
0.5％変化した。
0時間設置したところ、抵抗値は初期抵抗値にくらべて
0.5％変化した。
（効果） 以上この発明によれば、窒化物薄膜抵抗と外部接続用電
極の間に、窒化物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窒化物薄膜抵抗から窒素を奪
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。
極の間に、窒化物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窒化物薄膜抵抗から窒素を奪
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。
Claims (1)
- 【請求項１】窒化物薄膜抵抗と外部接続用電極の間に、
窒化物薄膜抵抗より固有抵抗の低い導電性を有する金属
窒化物層または窒化物薄膜抵抗から窒素を奪わないよう
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60103284A JPH071721B2 (ja) | 1985-05-14 | 1985-05-14 | 薄膜抵抗体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60103284A JPH071721B2 (ja) | 1985-05-14 | 1985-05-14 | 薄膜抵抗体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61260602A JPS61260602A (ja) | 1986-11-18 |
| JPH071721B2 true JPH071721B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=14350021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60103284A Expired - Lifetime JPH071721B2 (ja) | 1985-05-14 | 1985-05-14 | 薄膜抵抗体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071721B2 (ja) |
-
1985
- 1985-05-14 JP JP60103284A patent/JPH071721B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61260602A (ja) | 1986-11-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |