DE4113372C2

DE4113372C2 - Widerstandsanordnung mit mindestens einem Dünnfilmwiderstand und Verfahren zum Herstellen der Anordnung

Info

Publication number: DE4113372C2
Application number: DE4113372A
Authority: DE
Inventors: Asao Nakano; Kiyoshi Ogata; Makiko Kohno; Yasunori Narizuka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2011-04-25
Also published as: JPH04218901A; DE4113372A1; US5218335A; KR960005321B1; KR910019276A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Widerstandsanordnung mit mindestens einem Dünnfilmwiderstand und ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung.

Die Druckschrift DE 19 57 717 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Cermet-Dünnschicht. Diese Cermet-Dünnschicht wird durch gleichzeitiges Sputtern eines Metallgitters und einer Quarzplatte als ein Tantal-SiO_X eines Cermet-Films hergestellt. Nach dem Herstellen der Anschlüsse an den Film wird dieser Film mit einem naßchemischen Verfahren anodisiert und schließlich thermisch an Luft gealtert. Dabei wird das Chrom, das üblicherweise als elektrisch leitender Bestandteil in einem Cermet-Film eingebracht ist, bei einer üblichen Wärmebehandlung oxidiert, so daß durch die Wärmebehandlung der Widerstand des Cermet-Films unter Oxidation des Chroms im Cermet-Film erhöht wird, wobei die Cermet-Dünnschicht als Dünnfilmwiderstand eine kristalline Struktur aufweist.

Aus der Druckschrift DE 19 23 827 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen von Dünnschicht-Cermet-Widerständen bekannt, bei dem ein amorphes Borsilikatglas zugesetzt wird und als metallische Bestandteile Nickel-Chrom- Legierungen und Molybdän eingesetzt werden.

Bei derartigen herkömmlichen elektronischen Widerstandsanordnungen ist ein Dünnfilmwiderstand aus einem isolierenden Substrat ausgebildet, das aus Keramik oder ähnlichem hergestellt ist, oder auf einem isolierenden Film oder ähnlichem, der auf das Substrat laminiert wird, und zwar unter Verwendung einer Dünnfilmtechnik wie beispielsweise Sputtern oder ähnlichem.

Der Dünnfilmwiderstand dieser Art wird beispielsweise für eine Widerstandsanordnung in einem elektronischen Schaltkreis, eine Widerstandsanordnung in einer Dünnfilm-Vielschichtleiterplatte oder einer Heizvorrichtung eines thermoempfindlichen Aufzeichnungskopfes in einem Drucker oder einem Faksimilegerät benutzt. Bei einer derartigen Anwendung, beispielsweise bei einer Dünnfilm-Vielschichtplatte, sind die folgenden Bedingungen zu erfüllen: ein Widerstand kann auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden, eine Widerstandswertänderung mit der Zeit ist gering, und eine Widerstandswertänderung über eine Temperaturänderung ist gering. Weiterhin ist es auch wünschenswert, daß, auch wenn eine hohe Temperatur wiederholt hinzugefügt wird, seine Kennlinien nicht geändert werden.

Für gewöhnlich ist ein Dünnfilmwiderstand aus einer Cr-Si-Legierung, einer Cr- SiO-Verbindung, einer Cr-Si-SiO-Verbindung oder ähnlichem zusammengesetzt, wie es in dem US-Patent 4,343,986 und den japanischen Offenlegungsschriften 54-1898 und 58-84401 offenbart ist.

Wenn jedoch ein herkömmlicher Dünnfilmwiderstand beispielsweise in einer Atmosphäre einer Temperatur von etwa 200 bis 300°C für eine lange Zeit gehalten wird, wird der Widerstandswert mit der Zeit verändert, und ein Betrieb eines elektronischen Schaltkreises wird instabil, was zur Folge hat, daß die erwartete Effizienz nicht beibehalten werden kann.

Beispielsweise wird bei einer Dünnfilm-Leiterplatte eine isolierende Schicht aus einem Harzmaterial wie beispielsweise Polyimid oder ähnlichem zwischen leitenden Schichten angeordnet zum Schichten bzw. Laminieren einer Vielzahl von Leiterschichten. Bei diesem Verfahren wird die Platte zum Härten des Polyimids auf mehrere 100°C erhitzt und das Erhitzen wird über eine bestimmte Zeitdauer beibehalten. Wenn ein Dünnfilmwiderstand in irgendeiner Schicht der Vielschichtleiterplatte vorgesehen ist, wird demgemäß der Widerstandswert des Dünnfilmwiderstands durch das Härten irreversibel abgeändert. Da die Widerstandswertänderung nicht regelmäßig erfolgt, auch wenn der Widerstandswert des Dünnfilmwiderstands bei seiner Filmausbildung im Hinblick auf die Widerstandswertänderung entworfen ist, gelangt der Widerstandswert weiterhin oft aus seinem gewünschten Wert oder Bereich hinaus, und somit ist ein Nutzen und eine Produktivität des Dünnfilmwiderstands gering.

Wenn ein Dünnfilmwiderstand für eine Heizvorrichtung benutzt wird, wird sein Widerstandswert durch Wiederholung einer Heizerzeugung in starkem Maße geändert und die gewünschte Heizerzeugungskapazität wird nicht erhalten. In einem extremen Fall ist eine Verdrahtung unterbrochen oder der Widerstand ist zerbrochen. Wenn eine derartige Verringerung der Heizerzeugungskapazität verursacht ist, wird bei einem thermoempfindlichen Aufzeichnungskopf ein Drucken an einem vorhandenen Abschnitt einer Heizvorrichtung nicht bewirkt.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Widerstandsanordnung mit einem Dünnfilmwiderstand zu schaffen und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, welche frei von den vorgenannten Defekten und Nachteilen des Standes der Technik sind und die elektrischen Charakteristiken verbessern können, wie beispielsweise Stabilität und Widerstandswertänderung, und zwar in Hinsieht auf Temperaturänderungen, die einen bestimmten Widerstand des Dünnfilmwiderstands auf einen erwünschten Wert einstellen können, ohne seine Temperaturcharakteristiken wesentlich zu ändern, und die eine elektrische Widerstandswertänderung des Dünnfilmwiderstands minimieren kann, um die erwarteten Charakteristiken für eine lange Zeit beizubehalten.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Merkmale bevorzugter Ausführungsformen werden mit den abhängigen Ansprüchen offenbart.

Das Atom, das die ersten Bereiche bildet, ist vorzugsweise Cr. Die Verbindung, die aus zwei Arten von Atomen zusammengesetzt ist und den zweiten Bereich bildet, ist vorzugsweise eine Verbindung aus Si und O, und besonders vorteilhaft SiO₂.

Die ersten Bereiche sind eine amorphe Mikroclusterstruktur eines Cr-Atoms, und der zweite Bereich ist eine amorphe Struktur aus SiO₂. Die elektronische Schaltkreisanordnung der vorliegenden Erfindung kann mit einem isolierenden Film ausgestattet sein, der auf dem Substrat gebildet ist zum Abdecken desselben. Der Dünnfilmwiderstand kann auf dem isolierenden Film ausgebildet sein. Ein leitender Film ist darüber hinaus auf dem isolierenden Film ausgebildet.

Bei der elektronischen Widerstandsanordnung der vorliegenden Erfindung bilden ein isolierender Film und mindestens ein Dünnfilmwiderstand und ein leitender Film, die auf dem isolierenden Film ausgebildet sind, eine Schichteinheit, und eine Vielzahl von Schichteinheiten sind aufeinander geschichtet.

Bei der elektronischen Widerstandsanordnung der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von Dünnfilmwiderständen, von denen jeder eine rechteckige Form hat, parallel auf dem Substrat angeordnet, und jeder Dünnfilmwiderstand ist mit Elektroden an seinen entgegengesetzten Enden ausgestattet zum Bilden einer Heizvorrichtung.

Bei dem Dünnfilmwiderstand der vorliegenden Erfindung beträgt eine bevorzugte Dicke 10 µm, ist aber nicht auf diesen Wert beschränkt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte Ansicht unter einem Elektronenmikroskop Metallbereiche in einer Probe eines Dünnfilmwiderstands in einer elektronischen Schaltkreisanordnung;

Fig. 2 ein Diagramm, das ein Röntgenbeugungsmuster eines Dünnfilm widerstands zeigt;

Fig. 3 und 4 Diagramme, die EXAFS-(Röntgenabsorption-Feinstrukturanalyse)- Meßergebnisse eines Dünnfilmwiderstands in einer Schaltkreis anordnung zeigen;

Fig. 5 und 6 Diagramme, die Radiusvektorverteilungen zeigen, die von den EXAFS-Messungen nach Fig. 3 und 4 erhalten sind;

Fig. 7 schematisch ein Sputtergerät für das Herstellen eines Dünnfilm widerstands;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer Vielschichtleiterplatte;

Fig. 9 perspektivisch eine Heizvorrichtungsschaltkreisplatte mit Heizwi derständen;

Fig. 10 eine relative Häufigkeitsverteilung einer Durchschnittsgröße von Bereichen, die in einer Probe eines Dünnfilmwiderstands im Vergleich mit jener eines Vergleichsbeispiels auftreten;

Fig. 11 graphisch Widerstandswertänderungen gegen die Temperatur, wenn ein Hitzezyklus auf Proben vorliegender Beispiele und Vergleichsbeispiele gegeben ist; und

Fig. 12 graphisch Widerstandswertänderungen gegen die Temperatur, wenn ein Hitzezyklus auf eine Probe eines Vergleichsbeispiels gegeben ist und ein Sputtern unter Verwendung von gesintertem CrSi₂ und SiO₂ als Target ausgeführt ist.

In Fig. 7 ist ein Sputtergerät zum Ausbilden eines Films eines Dünn filmwiderstands einer Schaltkreisanordnung gezeigt. Im oberen Abschnitt eines Vakuumgefäßes 3 ist ein Target 4 horizontal angeordnet, und eine Plattenelektrode 5a ist unter dem Target 4 in einem bestimmten Abstand angeordnet. Ein Substrat 5 ist auf der Plattenelektrode angeordnet. Eine Stromversorgung 20 zum Anlegen einer Spannung ist mit dem Target 4 verbunden. Das Sputtergerät ist mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) zum Entladen eines Gases aus dem Gefäß 3 und einer Gaszu führvorrichtung (nicht gezeigt) zum Einführen eines Gases in das Gefäß 3 versehen.

In dem Sputtergerät wird Gas in dem Gefäß 3 entladen, und ein Gas wie z. B. Argon, das zum Sputtern erforderlich ist, wird in das Gefäß eingeführt. Eine Gleichstrom- oder Wechselstromspannung, insbesondere eine hochfrequente Spannung wird zum Sputtern zwischen dem Target 4 und der Plattenelektrode 5a angelegt. Dabei wird das Material oder Materialien des Targets 4 zerstäubt und zu der Plattenelektrode ge führt. Das zerlegte Material wird auf dem Substrat 5 abgeschieden, das auf der Plattenelektrode angeordnet ist, wobei sich ein Dünnfilm des zerlegten bzw zerstäubten Materials auf der Oberfläche des Substrats 5 ausbildet.

Als Target körnen verschiedene Materialien eingesetzt werden. Als erstes werden Cr-Metall und SiO₂-Glas verwendet. Bei diesem Beispiel kann durch Verändern eines Cr-Metall/SiO₂-Glas-Flächenverhältnisses auf der Oberfläche des Targets 4 eine Zusammenwirkung gesteuert werden, um auf dem Substrat 5 abgeschieden zu werden. Das Volumenverhältnis zwischen Bereichen eines Cr-Atoms und SiO₂ wird zum Ändern des Widerstandswertes des abgeschiedenen Dünnfilms verändert. Dabei wer den SiO₂-Glasstücke mit einer schlanken rechteckigen Form oder einer Fächerform auf einer Cr-Platte gemäß dem Verhältnis zwischen diesen zwei Teilen angeordnet.

Als zweites werden Cr-Metallpulver und SiO₂-Pulver in dem gewünschten Verhältnis gemischt, und die erhaltene Mischung wird gesintert. Der gesinterte Teil wird als Target 4 verwendet.

Als drittes wird das Target 4 aus Cr-Metall und hochreinem Si unter Auswahl seines Oberflächenbereiches in das gewünschte Belichtungsflä chenverhältnis oder durch Herstellen eines gesinterten Teils dieser beiden Materialien gebildet, die in einem gewünschten Verhältnis gemischt sind, wobei das Cr-Metall und das hochreine Si im gewünschten Cr/SiO₂ Ver hältnis sind. Wenn ein Dünnfilm durch Sputtern unter Verwendung dieses Targets 4 abgeschieden wird, wird ein O₂-Gas in das Betriebsgas ge mischt und reagiert wieder damit zum Erhalten eines Dünnfilmwider stands mit der gewünschten Struktur seiner Bereiche.

Wenn das Sputtern ausgeführt wird, wird das Substrat 5 erhitzt. Die Heiztemperatur kann gering sein, wenn eine Hitzebehandlung des Sub strats 5 nach dem Ausbilden eines Dünnfilmwiderstands ausgeführt wird. Anderenfalls wird die Heiztemperatur entsprechend eingestellt.

Bei der Widerstandsanordnung ist ein Dünnfilmwiderstand für eine Viel schichtleiterplatte auf einem Substrat ausgebildet. Der Dünnfilmwider stand, der Cr, Si oder O enthält, ist unter Verwendung des Sputterver fahrens hergestellt. Die Filmbildungsbedingungen sind wie folgt:

Target: Cr/SiO₂-gesinterter Körper (Cr/SiO₂ Verhältnis = 2/1),
Substrat: Aluminiumplatte mit einer Dimension von 250 mm × 200 mm und mit einem darauf ausgebildeten Polyimidfilm,
Angelegte Leistung: 1,5 kW,
Substrattemperatur: Zimmertemperatur bis 100°C.

Unter dieser Bedingung werden zwei Proben von Substraten 5 auf der Plattenelektrode in dem Vakuumgefäß 3 angeordnet, und nach einer Entladung des Gases unter Verwendung der Vakuumvorrichtung innerhalb des Vakuumgefäßes 3 bis zu einem Druck von etwa 2 × 10^-7 Torr wird Ar-Gas in das Vakuumgefäß 3 bis zu einem Druck von etwa 2 × 10^-3 Torr eingeführt. Durch Anlegen einer Spannung von der Leistungsversorgung 20 an das Target 4 wird das Sputtern für 20 Minuten zum Bilden eines Dünnfilmwiderstands auf jedem Substrat 5 ausgeführt. Eine der beiden Proben wird für ein Vergleichsbeispiel verwendet. Eine weitere Probe wird bei einer Temperatur von 350°C für vier Stunden hitzebehandelt, und danach wird zum Erhalten von 6 mΩ × cm als beispielhaften Wert bei einer Filmdicke von 200 nm der spezifische Widerstand gemessen. Dabei wird die Hitzebehandlung in dem Ar-Gas ausgeführt. Ein weiteres intertes Gas wie Stickstoff oder ähnliches kann anstelle des Ar-Gases benutzt werden.

In einem Cr-Si-O-Dreikomponentensystem ist es wichtig, daß Cr-Atome sich zum Bilden von Bereichen treffen, und Si- und O-Atome werden zum Bilden von SiO₂ miteinander verbunden. Wenn die Probe dieses Ausführungsbeispiels durch ein Elektronenmikroskop betrachtet wird, ist seine Struktur erkennbar, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. In Fig. 1 zeigen schwarze Abschnitte Bereiche 1, die nur aus Cr-Atomen zusammengesetzt sind, und der andere weiße Bereich ist ein SiO₂-Bereich 2. Wenn eine Durchschnittsgröße der Bereiche 1 der erhaltenen Probe gemessen wird, werden 2 bis 20 nm erhalten. In dem in Fig. 1 gezeigten Abschnitt erscheinen Bereiche mit einer Größe von 2 bis 17 nm.

Die elektrische Leitfähigkeit wird nur durch die Cr-Bereiche 1 bewirkt, und der SiO₂-Bereich 2 ist elektrisch isolierend. Somit können durch Verändern des Cr/SiO₂ Verhältnisses erwünschte Werte erhalten werden.

Durch Messung unter Verwendung von Röntgenstrahl- oder Elektronen strahl-Brechungen können die Durchschnittsgröße und Zustände der Bereiche 1 grob abgeschätzt werden. Da die Röntgenstrahl- oder Elek tronenstrahlbrechungen gemäß der Bragg-Formel (I) auftreten, wobei θ ein Beugungswinkel und λ eine Wellenlänge des Röntgen- oder Elek tronenstrahls it, wenn Streuphasen von Atomen getroffen werden, werden scharfspitzige Beugungsstärken bei einem Abstand d zwischen einzelnen atomaren Ebenen beobachtet.

2d . sinθ = λ (I)

Eine Relation zwischen einer Spitzenbreite einer Röntgenstrahlbeugung und einer Durchschnittsgröße η von Teilchen, die bei einer Beugung vorkommen, wird durch Formel (II) dargestellt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, werden bei einem Dünnfilmwiderstand des Ausführungsbeispiels zwei Spitzen mit einer weiten Breite an Positionen nahe d = 0,26 nm und d = 0,16 nm beobachtet. Die Teilchen besitzen eine Durchschnittsgröße von ungefähr einigen nm bis 20 nm, und eine Beugung durch Kristalle kann nicht beobachtet werden. Von den vor deren und späteren Spitzen kann abgeleitet werden, daß es eine Cr-Cr- Kopplung bzw eine Si-O-Kopplung gibt.

Durch eine Feinstrukturanalyse einer erweiterten Röntgenstrahlabsorption (EXAFS) kann eine atomare Struktur um ein beobachtetes Atom erhal ten werden. Bezüglich der EXAFS sind Einzelheiten beispielsweise in "Bulletin of the Physical Society of Japan", Band 34, Nr. 7 (1979), Seiten 589-598, und "Physical Review B", Band 11, Nr. 8 (1975), Seiten 2795-2811 beschrieben.

In Fig. 3 und 4 sind EXAFS-Meßergebnisse eines Dünnfilmwiderstands nach dem Ausführungsbeispiel gezeigt. Fig. 3 zeigt eine EXAFS, die an einem K-Röntgenstrahlabsorptionsende eines Si gemessen ist, um eine Umgebungsstruktur des Cr-Atoms zu analysieren. Fig. 4 zeigt eine EX- AFS, die bei einem K Röntgenstrahlabsorptionsende von Cr gemessen ist, um eine Umgebungsstruktur des Cr-Atoms zu analysieren.

Eine atomare Strukturanalyse eines Dünnfilmwiderstands nach dem Ausführungsbeispiel, die auf der Basis der EXAFS ausgeführt ist, ist in Verbindung mit Fig. 5 und 6 beschrieben.

Fig. 5 zeigt eine Radiusvektorverteilung um ein Cr-Atom, die von einer CrK-EXAFS erhalten ist. Es läßt sich aus dieser Radiusvektorverteilung schließen, daß fast nur Cr-Atome um das Cr-Atom existieren. Genauer gesagt wird die Analyse durch Vergleichen dieser Radiusvektorverteilung mit einer Radiusvektorverteilung durchgeführt, die vorher von der CrK- EXAFS bezüglich der Masse einer Cr-Standardprobe erhalten ist.

Fig. 6 zeigt eine Radiusvektorverteilung um ein Si-Atom, die von einer SiK-EXAFS erhalten ist. Es kann aus dieser Radiusvektorverteilung geschlossen werden, daß fast nur O-Atome um das Si-Atom existieren, und zwar aus seiner Radiusvektorentfernung und dem Abstand zwischen den Atomen.

Die Struktur des Dünnfilmes des Ausführungsbeispiels wird auf der Basis dieser Analyseergebnisse erhalten, und es wird gefunden, daß die Cr- Atome kaum mit dem O-Atom verbunden sind und die Cr-Atome die Bereiche bilden, die eine Durchschnittsgröße von 2 bis 20 nm haben. Inzwischen wurde gefunden, daß die Si-Atome sich teilweise mit dem Cr- Atom verbinden, aber fast alle Si-Atome verbinden sich mit den O- Atomen, um amorphes SiO₂ zu bilden. Eine relative Häufigkeitsverteilung der Durchschnittsgrößen der Bereiche, die von der erhaltenen Probe gemessen sind, ist durch eine Kurve B in Fig. 10 angegeben.

Andererseits wird in Bezug auf die Vergleichsprobe, die nicht hitzebehan delt ist, die Analyse auf die gleiche Art ausgeführt, wie sie oben be schrieben ist, und es ist gefunden worden, daß Cr-Bereiche und amorphe SiO₂-Bereiche in einer gemischten Form in dem erhaltenen Dünnfilm existieren. Bei der Vergleichsprobe ist jedoch eine Durchschnittsgröße der Cr-Bereiche 0,5 bis 8 nm. Eine relative Häufigkeitsverteilung der Durch schnittsgrößen der Bereiche, die an der Vergleichsprobe gemessen sind, ist durch eine Kurve A in Fig. 10 gezeigt.

Wie aus einem Vergleich zwischen den Kurven A und B in Fig. 10 erkennbar ist, ist die Durchschnittsgröße der Cr-Bereiche in der hitzebe handelten Probe größer als die der Probe, die nicht hitzebehandelt ist. Wenn eine Hitzebehandlung bei einer Temperatur ausgeführt ist, die niedriger als 350°C ist, wird eine Verteilung erhalten, deren Kurve zwischen den Kurven A und B liegt.

Der Einfluß dieser Durchschnittsgrößendifferenz erscheint, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, ganz gleich, ob die Widerstandsänderung vorhanden oder nicht vorhanden ist, wenn die Probe einem Hitzezyklus unterworfen wird. In Fig. 11 sind die Widerstandswerte zum Erleichtern des Vergleichs auf eine allgemeine Einheit normiert.

Das bedeutet, daß in Fig. 11 bezogen auf die Vergleichsprobe, die nicht bei einer Temperatur von mehr als 350°C hitzebehandelt ist, angenom men ist, daß ein ursprünglicher Widerstandswert R1 eine Einheit ist, und wenn eine Temperatur von 300°C einwirkt, ist der Widerstandswert in großem Maß auf R2 herabgesetzt, da die Temperatur erhöht ist, wie es durch einen Pfeil a angezeigt ist. Danach wird durch ein abermaliges Erhitzen auf eine Temperatur von 300°C der Widerstandswert weiter auf R3 oder R3' geändert, wie es durch einen Pfeil b oder c angezeigt ist.

Darüber hinaus ist die Widerstandswertänderung nicht stabil, und es ist nicht möglich vorherzusagen, ob sich der Widerstandswert auf R3 oder R3' geändert hat, um einen Widerstandswert zu verbreiten bzw streuen. Weiterhin ist diese Tatsache nicht auf das Erhitzen beschränkt, und es wurde gefunden, daß dies auch durch Altern verursacht wird.

Bei der Probe, die bei einer Temperatur von mehr als 350°C hitzebe handelt ist, wie es durch eine unterbrochene Linie angezeigt ist, wird der Widerstandswert auch bei wiederholtem Erhitzen auf einen nahezu konstanten Wert R4 geändert, der nach der Hitzebehandlung erhalten werden soll. Weiterhin wird der Widerstandswert groß, wenn die Tempe ratur ansteigt. Somit kann eine Widerstandsanordnung mit stabilen Cha rakteristiken realisiert werden.

Bei der Probe, die bei einer Temperatur von weniger als 350°C hitzebe handelt ist, ist es, obwohl die Widerstandswertänderung im Vergleich mit der Probe kleiner ist, die bei einer Temperatur von mehr als 350°C hitzebehandelt ist, wie durch die Pfeile b und c angezeigt, wird bestätigt, daß der Widerstandswert irreversibel geändert ist.

Als nächstes ist zum Bestätigen dieser Effekte eine weitere Vergleichs probe mit dem beschriebenen Sputtergerät auf die gleiche Art erhalten, wie oben beschrieben ist, wobei das Target unter Verwendung eines CrSi₂-gesinterten Teils und SiO₂ hergestellt ist.

Es wurde gefunden, daß Cr, CrSi₂ und CrSi existieren, die in SiO₂ gemischt sind.

Wenn diese Vergleichsprobe bei einer Temperatur von 300°C hitzebe handelt ist, ändert sich der Widerstandswert, der von seinem ursprüng lichen Wert R5 auf R6 ansteigt, wie es durch einen Pfeil e in Fig. 12 angezeigt ist, der unterschiedlich von dem oben beschriebenen vorliegen den Ausführungsbeispiel ist. Darüber hinaus wird, wenn das Erhitzen wiederholt wird, der Widerstandswert auf R7, R8 oder R8' erhöht, wie es durch einen Pfeil f, g oder h in Fig. 12 angezeigt ist. Auch wenn die Vergleichsprobe bei einer Temperatur von mehr als 350°C hitzebehan delt ist, wird der Widerstandswert instabil erhöht, wie es durch einen Pfeil i oder j gezeigt ist.

Es wird vermutet, daß dieses Phänomen durch Aufbrechen einer Kopp lung von Cr-Si mittels einer Hitzebehandlung verursacht ist und daß, auch wenn eine Durchschnittsgrößenverteilung der Vergleichsprobe durch die Kurve B in Fig. 10 gezeigt ist, solange die Cr-Si-Kopplungen existie ren, Kopplungen laufend durch die Hitze aufgebrochen werden und so die Widerstandswertänderung und den instabilen Widerstandswert bewir ken.

Darüber hinaus wird eine weitere Vergleichsprobe überprüft, die auf die gleiche Art hergestellt ist wie die beschriebene Vergleichsprobe unter Verwendung des CrSi₂-gesinterten Teils und SiO₂, wobei das Target aus einem CrSi₂-gesinterten Teil hergestellt ist, um herauszufinden, ob der Widerstand instabil ist. Die strukturellen Änderungen der Vergleichsprobe können durch die oben beschriebene EXAFS-Messung analysiert werden - Wenn der Dünnfilmwiderstand nach dem Ausführungsbeispiel bei einer Temperatur von 500°C für 5 Stunden hitzebehandelt ist und dann durch das EXAFS Verfahren analysiert ist, ist die Struktur fast die gleiche wie vor der Hitzebehandlung, und der Widerstandswert ist fast gleich demje nigen vor der Hitzebehandlung. Somit ergibt sich, daß der Dünnfilmwi derstand mit einer Struktur, bei welcher die Cr-Bereiche von dem Oxid, d. h. von SiO₂ umgeben sind, nicht durch das Erhitzen auf etwa 500°C geändert ist.

Daher wird auch dann, wenn eine Widerstandsanordnung an einer Stelle angeordnet ist, an welcher der Dünnfilmwiderstand erhitzt werden kann, keine Widerstandswertänderung verursacht. Somit kann die Widerstands anordnung mit dem Dünnfilmwiderstand bei einer Dünnfilm Vielschicht leiterplatte benutzt werden, die beispielsweise eine Heizvorrichtung oder eine Heizerzeugungsvorrichtung eines thermoempfindlichen Aufzeichnungs kopfs einschließt, um wiederholt erhitzt zu werden.

In Fig. 8 sind Halbleiterchips 6 auf einer Dünnfilm Vielschichtplatte 8 mittels eines Lötmittels 7 verbunden. Die Dünnfilm Vielschichtplatte 8 enthält ein Keramiksubstrat 9, eine Vielzahl isolierender Filme 10, die aus einem Polymid oder ähnlichem zusammengesetzt sind, mit einer Dicke von 10 bis 100 µm leitende Dünnfilme 11, Dünnfilmwiderstände 12 mit einer Dicke von 10 nm bis 10 µm und einen kapazitiven Dünn film 13 zum Bilden eines Kondensators, wobei die zuletzt genannten vier Teile geschichtet sind. Bei diesen Schichten kann der Kontakt zwischen den Schichten durch Duchgangslöcher 14 hergestellt sein, wobei eine Vielschichtleiterplatte hoher Dichte erhalten wird.

Die isolierenden Filme 10 sind beispielsweise durch Auftragen eines Polyimidvorläufers wie einer Polyamidsäure oder dergleichen gebildet.

Die Polyimidfilme sind mittels Fotoätzens, einer Ionzerkleinerung oder ähnlichem mit Durchgangslöchern ausgebildet. Wenn ein fotoempfindlicher Polyimidfilm benutzt wird, kann der isolierende Film 10 mittels einer Fotolithographietechnik gebildet werden.

Die leitenden Dünnfilme 11 werden durch Schaffen eines leitenden Basisfilms mit einem vorbestimmten Muster gebildet, und zwar unter Anwendung der Sputtertechnik, der Fotolithographietechnik und durch Plattieren von Kupfermetall oder ähnlichem auf den leitenden Basisfilm.

Die Dünnfilmwiderstände 12 werden auf dem isolierenden Film 10 durch Sputtern aufgetragen. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthalten die Dünnfilmwiderstände 12 die drei wesentlichen Komponenten Cr, Si und O. Die Dünnfilmwiderstände 12 werden, beispielsweise bei einer Tempe ratur von 350°C für 4 Stunden hitzebehandelt. Danach werden die Dünnfilmwiderstände 12 mittels eines Fotowiderstands in die gewünschte Form gebracht. Weiterhin werden an die Durchgangslöcher anzubringende Elektroden an die Dünnfilmwiderstände 12 angebracht.

Die Dünnfilm Vielschichtplatte 8 nach diesem Beispiel wird durch aufein anderfolgende Schichten der isolierenden Filme 10 hergestellt, während die leitenden Dünnfilme 11, die Dünnfilmwiderstände 12 und die Durch gangslöcher 14 zur gleichen Zeit ausgebildet werden. Diese Kombination kann auch zu einer Vielschichtstruktur geschichtet sein, während die Durchgangslöcher 14 gleichzeitig in jeder Schichteinheit gebildet sind. Die Anschlüsse des Lötmittels 7 werden oben auf der Dünnfilm Viel schichtplatte 8 gebildet und die Halbleiterchips 6 wie LSIs (hochintegrier te Schaltkreise) auf den Anschlußstellen angeordnet. Dann werden die Halbleiterchips 6 oben auf der Dünnfilm Vielschichtplatte 8 an den Lötmittelanschlußstellen 7 gelötet, die dazwischen angeordnet sind. Die so erhaltene Anordnung kann beispielsweise für einen Prozessor eines Computers eingesetzt werden.

Wenn Polyimid als isolierender Film benutzt wird, ist ein sog. Anlage rungs- oder Aushärtungsverfahren, d. h. ein Heizverfahren bei einer Temperatur von etwa 200 bis 400°C erforderlich.

Wenn die Dünnfilmwiderstände 12 einen Phasenübergang oder eine Umstellung bzw Umgruppierung oder ähnliches bei dieser Heiztempera tur erfahren, werden auch die elektrischen Eigenschaften wie beispiels weise der spezifische Widerstandswert geändert. Hierdurch können ernst hafte Probleme in der Stabilität der Schaltkreise bei der Fertigung usw. entstehen. Gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel ist bei einem Dünn filmwiderstand mit Bereichen, die als elektrische Leiter Metallatome enthalten, jeder der Cr-Atom-Bereiche von SiO₂ umgeben, das hitzebe ständig ist. Somit kann der Dünnfilmwiderstand nicht durch Erhitzen auf eine Temperatur von 400 bis 500°C geändert werden, und auch seine elektrischen Eigenschaften sind stabil.

Bei der Dünnfilm-Schichtplatte 8 kann die Chipmontieroberfläche der Platte effektiv genutzt werden, da Widerstände und Kondensatoren in dem Vielschichtleiter angeordnet sind. Auch wenn ein Kondensator außen an der Oberfläche der Platte angebracht ist, ist es durch internes An bringen einer großen Anzahl von Widerständen, die in der Platte ge braucht werden, möglich, einen Halbleiterchip herzustellen, der in einer Schaltkreisplatte eine Besetzungsrate von mehr als 50% aufweist. In der Dünnfilm-Vielschichtplatte 8 können nicht nur die Widerstände und Kondensatoren in der Platte angeordnet werden, sondern auch die Höhe der Halbleiterchipoberflächen kann ausgerichtet sein, um ein Anordnen eines Strahlers für die Halbleiterchips leicht zu machen.

Als nächstes wird eine Heizschaltkreisplatte hoher Dichte mit einer sehr kleinen Heizvorrichtung, die den beschriebenen Dünnfilmwiderstand ein schließt, als zweites Ausführungsbeispiel in Verbindung mit Fig. 9 be schrieben.

Nach Fig. 9 sind bei der Heizschaltkreisplatte auf einem Substrat 15 Heizwiderstände 16, Sperrschichtfilme 17, elektrisch leitende Filme 18 und ein Schutzfilm 19 für die Heizwiderstände 16 vorgesehen.

Die rechteckigen Heizwiderstände 16 sind parallel zueinander auf dem Substrat 15 angeordnet. Die Heizwiderstände 16 sind beispielsweise durch Sputtern auf die gleiche Art wie der oben beschriebene Dünnfilmwi derstand gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthalten die Heizwi derstände 16 als wesentliche Komponenten Cr, Si und O. Die Heizwider stände 16 nach Bildung des Dünnfilms sind unter Anwendung eines Fotowiderstands in die gewünschten Formen gemustert. Die Sperrschicht filme 17 und leitenden Filme 18 werden aufeinanderfolgend an beiden Enden der Heizwiderstände 16 ausgebildet. Die Sperrschichtfilme 17 bestehen beispielsweise aus Cr, so daß die Atome der leitenden Filme 18 nicht in die Heizwiderstände 16 diffundieren. Die leitenden Filme 18 bestehen beispielsweise aus Al. Der Schutzfilm 19 ist beispielsweise aus SiO₂ zum Schutz der Heizwiderstände 16 gegen Verschleiß aufgebaut.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zum Verbessern der Heizerzeugungs effizienz des Heizwiderstands 16 das Cr/SiO₂-Verhältnis des Targets verringert, verglichen mit jenem des oben beschriebenen Dünnfilmwider stands. Der Dünnfilm wird durch Sputtern unter den folgenden Bedingun gen gebildet:

Target: Cr/SiO₂-gesinterter Körper (Cr/SiO₂-Verhältnis = 1/2),
Substrat: Aluminiumplatte mit einer Abmessung von 250 mm × 200 mm, die ein darauf ausgebildetes Spie gelglas aufweist,
Angelegte Leistung: 1,0 kW,
Substrattemperatur: 100°C.

Unter dieser Bedingung werden zwei Proben von Substraten 5 an der Plattenelektrode 5a in dem Vakuumgefäß 3 angeordnet, und nach einem Entladen des Gases innerhalb des Vakuumgefäßes 3 auf einen Druck von etwa 1 × 10^-7 Ton unter Anwendung der Vakuumvorrichtung wird Argon-Gas in das Vakuumgefäß 3 bis zu einem Druck von etwa 3 × 10^-2 Ton eingeführt. Durch Anlegen einer Spannung von der Leistungsver sorgung 20 an das Target 4 wird das Sputtern für 30 Minuten ausge führt, um einen Dünnfilmwiderstand auf jedem Substrat 5 auszubilden. Eine der beiden Proben wird für ein Vergleichsbeispiel verwendet. Eine weitere Probe wird bei einer Temperatur von 350°C für 4 Stunden hitzebehandelt, und danach wird ihr spezifischer Widerstandwert gemes sen, um 30 mΩ.cm als einen beispielhaften Wert einer Filmdicke von 100 nm zu erhalten.

Danach wird eine weitere Vergleichsprobe auf die gleiche Art wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel erhalten, wobei als Target ein CrSi₂- gesinterter Teil und SiO₂ eingesetzt wird.

Bei den erhaltenen Proben werden die Strukturanalyse und die Tempera turcharakteristikmessungen auf die gleiche Art wie bei dem ersten Aus führungsbeispiel ausgeführt, um die gleichen Ergebnisse zu erhalten wie jene, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel erhalten sind, mit Aus nahme der Differenz der Widerstandswerte.

Zum unabhängigen Steuern der Temperatur jedes Heizwiderstands wird bei der Heizschaltkreisplatte ein Leistungsimpuls an jeden Heizwiderstand 16 über den jeweiligen leitenden Film 18 angelegt.

Danach wird eine Spannung an die Heizwiderstände auf die gleiche Art wie bei einem Aufzeichnungszustand angelegt, und die Strukturanalyse der Heizwiderstände wird durch die EXAFS ausgeführt, um nachzuwei sen, daß die Struktur und die Widerstandswerte fast die gleichen wie vor dem Erhitzen sind.

Es kann ein thermoempfindlicher Aufzeichnungskopf unter Verwendung der Hitzeerzeugungsschaltkreisplatte hoher Dichte hergestellt werden, die einen Heizwiderstand mit einer Weite von weniger als 100 µm enthält. Durch Einsatz dieses Aufzeichnungskopfs können Zeichen und Figuren auf ein monochromes oder multicolores thermoempfindliches Papier gedruckt werden. Da dieser Aufzeichnungskopf eine ausgezeichnete thermale Stabilität aufweist, sogar wenn die Hitzererzeugung wiederholt wird, ist eine Veränderung seiner Eigenschaften klein, so daß ein Auf zeichnen mit einer ausgezeichneten Qualität ausgeführt werden kann.

Ein solcher Aufzeichnungskopf mit Heizwiderständen nach dem vorliegen den Ausführungsbeispiel kann auf einen Aufzeichnungsteil eines Faksimi legerätes, eines Druckgerätes, eines Instrumenten-/Steuergeräts mit einem automatischen Rekorder und ähnlichem angewandt werden. Bei diesen Geräten wird die Lebensdauer des Aufzeichnungsteils in großem Maß verbessert.

Als erste elektrisch leitende Komponente läßt sich zusätzlich zu Cr W, Mo, und/oder Ta einsetzen. Als zweite Komponente mit isolierender Eigenschaft, die eine Verbindung mit Sauerstoff eingehen kann, lassen sich zusätzlich Ge, Ti, und/oder Al einsetzen.

Da der elektrische Leiter der ersten Bereiche durch den Sauerstoff des zweiten Bereichs mit einer guten thermischen Stabilität geschützt ist und die ersten Bereiche umgibt, ist die Struktur des Dünnfilmwiderstands gegen eine Temperatur von 400 bis 500°C stabil. Somit wird, sogar wenn ein Hitzezyklus zu dem Dünnfilmwiderstand gegeben wird, eine strukturelle Änderung des atomaren Pegels nicht verursacht. Durch Steuern des Volumenverhältnisses zwischen den Bereichen des Atoms der ersten Komponente wie Cr und dem Bereich des Oxids wie SiO₂ des Atoms der zweiten Komponenten kann der spezifische Widerstand des Dünnfilmwiderstands auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.

Claims

1. Widerstandsanordnung mit einem Substrat (15, 9) mit mindestens einem Dünnfilmwiderstand (16, 12), der auf dem Substrat (15, 9) gebildet ist, wobei der Dünnfilmwiderstand (16, 12) als elektrisch leitenden Bestandteil Cr und als elektrisch nicht leitenden Bestandteil Siliciumoxide enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß nach einem Sputtern von Cr und Siliciumoxid aus einem Cr-Si-O- Dreikomponentensystem und nach einer Wärmebehandlung der Dünnfilmwiderstand (16, 12)
aus ersten Bereichen von Mikroclustern (1), in denen Cr-Atome ein Cr-Atom umgeben und die eine Durchschnittsgröße von 2-20 nm und eine gegenüber vor der Wärmebehandlung erhöhte Anzahl von Cr-Cr-Bindungen aufweisen, und
aus zweiten Bereichen (2), in denen O-Atome ein Si-Atom in einer amorphen Struktur umgeben, besteht,
wobei die Mikrocluster (1) in den zweiten Bereichen (2) verteilt sind.

2. Widerstandsanordnung nach Anspruch 1, die weiterhin einen isolierenden Film (10) aufweist, der zwischen dem Substrat (9) und dem Dünnfilmwiderstand (12) ungeordnet ist.

3. Widerstandsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin eine Vielzahl isolierender Filme (10), die auf dem Substrat (9) aufgebracht sind, aufweist, wobei mindestens ein leitender Dünnfilm (11) zwischen benachbarten isolierenden Filmen (10) angeordnet ist und der mindestens eine Dünnfilmwiderstand (12) zwischen benachbarten isolierenden Filmen (10) gebildet ist.

4. Widerstandsanordnung nach Anspruch 3, wobei der isolierende Film und mindestens entweder der Dünnfilmwiderstand (12) oder der leitende Dünnfilm (11), der auf dem isolierenden Film (10) gebildet ist, eine Schichteinheit bilden und wobei eine Vielzahl von Schichteinheiten gestapelt sind.

5. Widerstandsanordnung nach Anspruch 4, wobei der isolierende Film (10) mindestens ein Durchgangsloch (14) aufweist.

6. Widerstandsanordnung nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Dünnfilmwiderständen (16), von denen jeder eine rechteckige Form aufweist, parallel auf dem Substrat (15) angeordnet sind.

7. Widerstandsanordnung nach Anspruch 6, wobei jeder Dünnfilmwiderstand (16) mit Elektroden an beiden entgegengesetzten Enden versehen ist.

8. Widerstandsanordnung nach Anspruch 7, wobei ein Sperrschichtfilm (17) zwischen jedem Ende des Dünnfilmwiderstands (16) und jeder Elektrode, angeordnet ist, um ein Diffundieren des Leitermaterials in den Dünnfilmwiderstand (16) zu verhindern.

9. Verwendung der Widerstandsanordnung nach Anspruch 8, wobei die Dünnfilmwiderstände (16) eine Heizvorrichtung eines thermoempfindlichen Aufzeichnungskopfes bilden.

10. Verfahren zum Herstellen einer Widerstandsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten
Bilden eines Films auf einem Substrat (15,9) nach Sputtern eines Targets (4), das aus Cr und SiO₂-Glas besteht,
Formen eines Musters aus dem Film zum Bilden von Dünnfilmwiderständen und
Ausführen einer Hitzebehandlung an dem Substrat (15,9) mit den Dünnfilmwiderständen bei einer Temperatur von mehr als 350°C.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Target (4) ein gesinterter Körper einer Mischung von Chrom und Siliciumdioxid ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Target (4) aus einer Cr-Platte und darauf angeordneten SiO₂-Glasstücken zusammengesetzt ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Cr/SiO₂-Verhältnis auf der Oberfläche des Targets (4) verändert wird, um einen bestimmten Widerstand des Dünnfilmwiderstands (16,12) einzustellen.