RFマグネトロンスパッタ法とイオンビームスパッタ法にて作製されたNiCr薄膜の抵抗温度係数特性に及ぼす熱ひずみ効果

摘要

薄膜抵抗器にとって，抵抗温度係数Temperature Coefficient of Resistance（TCR）と抵抗値は重要な特性である．これまで，精密な薄膜抵抗器のTCR特性変化の要因として，膜の材料特性のみが議論されていたが，超精密抵抗器に要求されるTCRが0に近い範囲を考えた場合，抵抗体である膜にかかる熱ひずみや熱応力の効果もTCR特性に大きな影響を与えると考えられる．そこで，熱膨張率の異なる石英とアルミナの基板上に，スパッタ原子のエネルギーが大きく異なるRFマグネトロンスパッタ法とインビームスバッタ法を用い，膜厚をパラメータとしてNiCrスパッタ膜を作製し，それら膜の構造と抵抗率・TCR特性の膜厚依存性を調べた．膜の弾性率などの機械的特性は，ナノインデンテーション法により測定した．作製方法によってNiCr膜の構造と機械的特性は非常に異なっていたが，膜厚と基板の違いによる膜構造と抵抗率の変化は見られなかった．しかしながら，作製されたNiCr膜のTCR特性は，強い膜厚依存性を示すとともに，基板の種類によって最大で60ppm/K も変化した．そこで，ナノインデンテーション法から求められた弾性率の値と有限要素シミュレーションを用いて膜の熱ひずみの値を計算し，その熟ひずみとTCRの関係を調べた．その結果，膜のTCRは熱ひずみと比例関係にあり，硬いインビームスバッタ膜の方がRFマグネトロンスパッタ膜より，その熱ひずみの影響が少ないことが分かった．超精密薄膜抵抗器を作製するにあたって，膜にかかる熱ひずみの効果が重要であることが示された．