(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウムおよび窒化珪素の少なくとも１種から成るセラミック基板上に、チタンを主成分とし厚さが１０〜１００ｎｍである薄膜を介して、ルテニウム酸化物，ルテニウム窒化物，タンタル酸化物およびタンタル窒化物の少なくとも１種の金属化合物から成る抵抗体層を一体に形成したことを特徴とする抵抗体基板。
【請求項２】
前記薄膜が、金属チタン，酸化チタンおよび窒化チタンの少なくとも１種から成ることを特徴とする請求項１記載の抵抗体基板。
【請求項３】
前記抵抗体層の厚さが、０．６〜３０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の抵抗体基板。
【請求項４】
前記セラミック基板の表面粗さ（Ｒａ）が、２μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の抵抗体基板。
【請求項５】
前記セラミック基板の表面粗さ（Ｒａ）が、０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の抵抗体基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス基板上に抵抗体層が形成された抵抗体基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造技術の進歩により、集積回路（ＩＣ）は、高集積化、高速化および大チップ化され、大規模集積回路（ＬＳＩ）および超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）などの高集積回路が開発されており、これらの集積回路を基板上に搭載した回路基板を使用するこより、電子機器の小形化，高機能化および高性能化が実現されている。
【０００３】
基板材料としては、用途に応じて樹脂、金属およびセラミックス等が用いられるが、これらの中でもセラミックスは、放熱性、電気的特性および信頼性をはじめ多くの特性において総合的に優れている。従来、セラミック基板としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を適用したものが主流となっており、アルミナ基板上に直接酸化ルテニウムなどから成る薄膜抵抗体層を形成して抵抗体基板が形成されていた。
【０００４】
近年、半導体素子や回路の高集積化により発熱量が急増したことから、セラミック基板に要求される主たる機能が、半導体チップを機械的応力から保護する機能から、電気的および熱的な影響から保護する機能に移行してきている。そのような技術的要請に対処するために、セラミック基板として、高い放熱性を有するＡｌＮ，ＳｉＣおよびＳｉ３Ｎ４等のセラミック材料を用いることも試行されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、窒化アルミニウム等の非酸化物からなるセラミック基板上に直接抵抗体層を形成すると、セラミック基板と抵抗体層との密着強度が低いため、セラミック基板から抵抗体層が剥離し易く、また、抵抗体基板の経時劣化が大きいという問題が提起されていた。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、セラミック基板と抵抗体層との密着性を向上させ、高い放熱性を有する抵抗体基板を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、セラミック基板上に金属チタン，酸化チタン，窒化チタンの少なくとも１種から成るＴｉ膜を下地として形成した後、このＴｉ膜上に抵抗体層を形成したときに、セラミック基板からの抵抗体層の剥離を効果的に防止でき、抵抗体の経時劣化が大幅に低減できるという知見を得た。
【０００８】
すなわち、本発明に係る抵抗体基板は、窒化アルミニウムおよび窒化珪素の少なくとも１種から成るセラミック基板上に、チタンを主成分とし厚さが１０〜１００ｎｍである薄膜を介して、ルテニウム酸化物，ルテニウム窒化物，タンタル酸化物およびタンタル窒化物の少なくとも１種の金属化合物から成る抵抗体層を一体に形成したことを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、薄膜を介してセラミックス基板上に抵抗体層を形成した抵抗体を作製し、活性な金属であるチタン（Ｔｉ）を主成分とした薄膜を形成しているため、セラミック基板と薄膜との密着性が良好となり、かつ、薄膜と抵抗体層との間に金属間化合物が形成されることにより、より良好な密着性が得られるため、抵抗体層の剥離を効果的に防止できる。
【００１０】
また、本発明では、活性金属としてのＴｉを主成分とした薄膜を用いたが、Ｔｉのかわりに４Ａ族の元素であるＺｒまたはＨｆを用いても良い。しかし、Ｈｆは高価格であることからＴｉを用いることがコスト上実用的である。
【００１１】
また上記抵抗体基板において、薄膜が、金属チタン，酸化チタンおよび窒化チタンの少なくとも１種から構成することが好ましい。
【００１２】
なお、形成する抵抗体層の抵抗値は用途に応じて設定できる。すなわち、抵抗体層の抵抗値を低くする場合には、薄膜として金属チタンを用いる。一方、抵抗体層の抵抗値を高くする場合には、薄膜として窒化チタンまたは酸化チタンを適用する。このように薄膜の構成材を適宜選択することにより、抵抗値の選択幅が広い抵抗体基板を形成することが可能である。
【００１３】
なお、薄膜として金属チタンを用いた場合、抵抗体を製造する際に部分的に酸化チタンに変化させて抵抗値を制御することも可能である。
【００１４】
また、上記抵抗体基板において、セラミック基板を、窒化アルミニウムおよび窒化珪素の少なくとも一方から構成してもよい。
【００１５】
上記構成によれば、ＡｌＮおよびＳｉ３Ｎ４などの高放熱性セラミック基板を用いるため、優れた放熱性を得ることができる。
【００１６】
さらに、上記抵抗体基板において、薄膜の厚さが、１０〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００１７】
上記薄膜の厚さが１０ｎｍ未満であると、薄膜を形成した効果が少なく経時劣化が大きくなってしまう。一方、薄膜の厚さが１００ｎｍを超えると薄膜自体が抵抗物質として作用し、抵抗体基板の機能にばらつきが生じてしまう。そのため、本発明において、薄膜の厚さは１０〜１００ｎｍの範囲に規定される。さらに、好ましくは、薄膜の厚さを４０〜１００ｎｍの範囲に規定すると良い。
【００１８】
また、上記抵抗体基板において、抵抗体層の厚さは、０．６〜３０μｍであることが好ましい。
【００１９】
抵抗体層の厚さが０．６μｍ未満であるとセラミックス基板の表面凹凸などの表面状態の影響を受け易く均一な厚さの抵抗体膜を形成し難く、また膜厚が薄いことから目的の抵抗値を得難い。逆に抵抗体層の厚さが３０μｍを超えると抵抗体層の厚みが厚すぎることから膜厚の均一化が難しく抵抗値の安定化が困難であるめ、本発明では、０．６〜３０μｍの範囲と規定した。
【００２０】
さらに、上記抵抗体基板において、セラミック基板の表面粗さ（Ｒａ）が、２μｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
本発明において、セラミック基板の表面粗さを２μｍ以下と規定したが、薄膜をスパッタ法などで蒸着形成する場合には、表面粗さ（Ｒａ）を０．５μｍ以下とすることが好ましく、厚膜法で薄膜を形成する場合には表面粗さ（Ｒａ）を２μｍ以下とすることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、実施例１〜実施例９および比較例１〜比較例６を用いて説明する。
【００２３】
実施例１（図１、表１）
本実施例では、セラミック基板として表面粗さＲａ＝０．８μｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用いた。窒化アルミニウム基板上にスパッタ法を用いて、厚さ５０ｎｍのＴｉＮからなる薄膜を形成した。その後、薄膜上に厚膜法を用いて、縦１ｍｍ、横１ｍｍ、厚さ２０ｎｍのＲｕ酸化物からなる抵抗体層を形成した。さらに、抵抗体層上の両端にＮｉ／Ａｕからなる電極部分を形成して抵抗体基板を得た。
【００２４】
得られた抵抗体基板の断面図を図１に概略的に示す。
【００２５】
図１に示すように、抵抗体基板１は、セラミックス基板２上に薄膜３を介して抵抗体層４が形成される。さらに、抵抗体層４上の両端部にＮｉ／Ａｕからなる電極部分５が形成される。
【００２６】
実施例２〜実施例９（図１、表１）
実施例２ないし実施例８は、セラミック基板として窒化アルミニウムを用い、実施例９は窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を用いた。セラミック基板の表面粗さ（Ｒａ）を表１に示すように変化させて、実施例４ないし実施例６では厚膜法を用いて薄膜を形成する一方、それ以外はスパッタ法を用いて薄膜を形成した。また、抵抗体層の寸法は、縦１ｍｍ、横１ｍｍとし、厚さを表１に示すように変化させた抵抗体層を用い、抵抗体層の材質および厚さを変化させて抵抗体基板を形成した。なお、抵抗体層の形成に際して、実施例８のみスパッタ法を用いて抵抗体層を形成し、その厚さを１μｍとし、その他は厚膜法を用いたものである。
【００２７】
比較例１〜比較例６（表１）
比較例として、表１に示すように、比較例１ないし比較例６に係る抵抗体基板を作製した。
【００２８】
比較例１および比較例２は、薄膜の厚さを５ｎｍおよび１５０ｎｍとして本発明の範囲外とした抵抗体基板であり、比較例３は、薄膜を形成せずに窒化アルミニウム基板上に直接Ｒｕ酸化物からなる抵抗体層を形成した抵抗体基板である。
【００２９】
また、比較例４は、セラミック基板の表面粗さＲａを４μｍとして本発明の範囲を超える表面が粗いセラミック基板を用いたものであり、比較例５および比較例６は抵抗体層の厚さを本発明の範囲外として、比較例５は６０μｍ、比較例６は０．３μｍとしたものである。
【００３０】
上記実施例１〜実施例９および上記比較例１〜比較例６について、高温高湿試験を実施して、セラミック基板上に形成された抵抗体層の剥離の有無を調査した。
【００３１】
高温高湿試験の条件は、温度５０℃、湿度９５％の雰囲気中に抵抗体基板を１０００時間放置した後の抵抗値の増加率（％）を測定した。具体的には、常温（２５℃）における抵抗値からの変化率を測定した。
【００３２】
また、高温高湿試験後に抵抗体の断面をＳＥＭで観察することにより、セラミック基板上に形成された抵抗体層の剥離の有無を調査した。
【００３３】
なお、高温高湿試験および抵抗体層の剥離の有無は、各実施例および各比較例により作製した抵抗体基板を各１００個ずつ用い、これらの抵抗体基板について試験を行い、その平均値を示したものである。その結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0004398576.tif 000002
【００３５】
表１に示すように、高温高湿試験を実施した結果、薄膜を形成した実施例１ないし実施例９の抵抗体基板は、１０００時間経過後においても抵抗値の増加率が２．１％以下となっており、経時変化による抵抗値のばらつきが小さい。一方、薄膜を設けていない比較例３の抵抗体基板は、抵抗値の増加率が７．５％となっており経時変化による抵抗値のばらつきが大きくなっており、かつ、抵抗体層の剥離も９０個以上確認された。なお、高温高湿試験と同様に冷熱サイクル試験も実施したところ、同様の結果を得た。
【００３６】
さらに、本試験の断面のＳＥＭ観察を実施した。その結果、ＴｉＮからなる薄膜を形成したもののみ断面で抵抗体層の剥離が観察され、また、膜厚が５ｎｍと薄い比較例１の抵抗体基板においては、密着強度の改善効果が少なく、抵抗体層の剥離が１００個中１０個程度確認され、ややはがれがあった。
【００３７】
膜厚が１５０ｎｍと厚い比較例２に係る抵抗体基板においては、抵抗体層の剥離も観察されず、また抵抗値の増加率も０．８％と小さかったが、機械的強度が低下してしまう難点があった。
【００３８】
本実施形態によれば、セラミック基板上にＴｉを主成分とする薄膜を介して抵抗体層を形成することで、セラミック基板と抵抗体層との密着性を向上させて抵抗体層の剥離を防止するとともに、経時変化による抵抗値のばらつきを低減した抵抗体基板が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明の通り、本発明によれば、高い放熱性を有するとともに、経時変化による抵抗値のばらつきを低減でき、抵抗体層の剥離を防止して信頼性が高く、かつ、Ｓｉから成る半導体の熱膨張率に近似した抵抗体基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明する図で、抵抗体基板の一実施例を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
１  抵抗体基板
２  セラミック基板
３  薄膜
４  抵抗体層
５  電極部分
【図１】
0004398576.tif 000003