JP3443488B2 - 抵抗膜及びその製造方法 - Google Patents

抵抗膜及びその製造方法

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広也 重本
則之 後閑
洋子 関
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、抵抗膜及びその
製造方法にかかり、更に具体的には、プラズマディスプ
レイやタッチパネルなどの抵抗部やチップ抵抗などの用
途に好適な抵抗膜(特に薄膜抵抗)及びその製造方法に
関する。
【0002】
【背景技術】例えば、プラズマディスプレイでは、その
発光メカニズムの性質上ある程度抵抗をもった電極が必
要とされる。このような抵抗膜としては、透明導電膜と
して一般的に知られているSnの酸化物SnO2-X(以
下単に「SnO2」と表示)がある。このSnO2のよう
な金属酸化物の抵抗値を操作する方法としては、(1)
添加物材料とその濃度を変更する,(2)成膜温度を変
化させる,(3)真空中での熱拡散やイオン注入などの
2次処理を施す,が知られている。このような操作を行
うと、金属酸化物の結晶の欠陥構造や層状態が変化し、
これに伴って抵抗が変化するようになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような背景技術には、次のような不都合がある。SnO
2薄膜の場合を例にとると、 (1)操作できる抵抗値の範囲が限られている。具体的
な数値を示すと、比抵抗にしてρ=5×10-4〜3×1
-3Ω・cm程度,シート抵抗にしてRS=数百〜1k
(Ω/□)程度である。用途にもよるが、100k〜数
M(Ω)の抵抗値が得られると、実用上好都合である。
【0004】(2)SnO2の抵抗値を高くすると、今度
は抵抗値の温度特性の傾き,すなわち温度係数が大きく
なってしまう。比抵抗ρと温度係数TRは、TR=5901.1
1+1131.63・lnρで表わされる。従って、SnO2
抵抗値を高くして比抵抗ρが大きくなると、温度係数T
Rも大きくなり、抵抗体としての信頼性が悪化する。
【0005】(3)抵抗値を高くすると、更に耐熱性な
どの信頼性も低下し、安定した性能が得られない。例え
ば、高抵抗化したSnO2を、580℃で30分加熱す
ると、比抵抗ρ=2.5×10-3(Ω・cm)がその6
倍にもなってしまう。
【0006】(4)SnO2の抵抗値を所望の値に制御す
ることは、極めて困難である。
【0007】この発明は、以上の点に着目したもので、
その目的は、温度特性や耐熱特性に優れた抵抗膜を提供
することである。他の目的は、簡便な手法で高抵抗値の
抵抗膜を得ることである。更に他の目的は、抵抗値の制
御性に優れた抵抗膜を得ることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、この発明の抵抗膜は、Snの酸化物によって形成さ
れた導電性膜の結晶マトリクス中に、オキシリン酸錫又
はピロリン酸錫の少なくとも一方を含むことを特徴とす
る。このような抵抗膜は、(1)Snの酸化物による導
電性膜を形成する工程;(2)導電性膜と燐酸塩との反
応によって、前記導電性膜の結晶マトリクス中にオキシ
リン酸錫を形成する工程;によって製造される。
【0009】また、(1)Snの酸化物であって、Na
を含んだ導電性膜を形成する工程;(2)導電性膜と
塩との反応によって、前記導電性膜の結晶マトリクス
中にオキシリン酸錫を形成するとともに、Na,燐酸
塩,及び導電性膜の反応によって、前記導電性膜の結晶
マトリクス中にピロリン酸錫を形成する工程;によって
も製造される。
【0010】更に、(1)Naを含む層を形成する工
程;(2)この層上に、Snの酸化物による導電性膜を
形成する工程;(3)導電性膜と燐酸塩との反応によっ
て、前記導電性膜の結晶マトリクス中にオキシリン酸錫
を形成するとともに、Na,燐酸塩,及び導電性膜の反
応によって、前記導電性膜の結晶マトリクス中にピロリ
ン酸錫を形成する工程;によっても製造される。
【0011】導電膜のキャリア(特にホール)移動度
は、絶縁物の形成によって低下するようになり、高抵抗
化が可能となる。この発明の前記及び他の目的,特徴,
利点は、次の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろ
う。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態につい
て、実施例を参照しながら詳細に説明する。
【0013】
【実施例1】最初に、図1,図5を参照しながら実施例
1の製造手順を説明する。抵抗膜を形成するための素体
(基板)10は、図1(A)に示すように均熱板12上
に置かれる。均熱板12下にはヒータ14が設けられて
いる。素体10としては、例えばガラス,SiO2ガラ
ス,サファイヤ,アルミナ,Siウエハ,石英ガラスな
どが用いられる。
【0014】素体10上にCMD法で抵抗膜を形成する
場合には、例えば図5に示すような装置が用いられる。
同図において、適宜のキャリアガス(例えば、N2又は
2)101は、霧化箱100に導入される。霧化箱1
00中には後述する霧の原料102が貯留されている。
霧原料102は、超音波振動子(又は霧化ノズル)10
5によって霧化し、キャリアガス101により連結管1
04から反応管106に送られる。反応管106には、
その底部に素体10が配置されている。なお、均熱板1
2中には、温度測定用の熱電対108が設けられてい
る。反応管106及び素体10などが設けられた成膜箱
110には、ダンパ112を介してスクラバ114が設
けられている。反応後の気体は、ダンパ112によって
風量調整された後にスクラバ114に送られ、ここで除
害処理されて排出される。
【0015】かかる装置で、図1(A)に示すように、
ヒータ14によって素体10を例えば200〜1000
℃に加熱する。そして、一次原料霧16を噴霧して、導
電性酸化物,例えばSnO2,SnO2:Sb,Sn
2:Fなどの導電性膜18が形成される。例えば、S
nO2膜を形成する場合、原料霧16としてSnCl4
2Oが用いられる。これによって、低温度係数,高耐
熱性を有するSnO2膜が素体10上に形成される。な
お、原料霧中に、SbCl3やNH4Fを2〜20mol%
程度添加してもよい。
【0016】更に、同図(B)に示すように、導電性膜
18は、柱状に結晶マトリクスが成長するように形成さ
れる。この導電性膜18の形成には、例えばスプレー法
が用いられる。本実施例では、原料霧中に例えば8mol
%のSbCl3を添加し、形成された膜の厚さは50n
mであった。次に、以上のようにして形成された導電性
膜18の結晶粒界の安定化のため、ヒータ14によって
アニール処理が行われる。
【0017】次に、同図(C)に示すように、ヒータ1
4によって素体10及び導電性膜18を例えば200〜
800℃に加熱する。そして、この状態で二次原料霧2
0として燐酸(燐酸塩,H3PO4)の20wt%水溶液
を噴霧する。すると、同図(D)に示すように、導電性
膜18であるSnO2の粒界から燐酸との反応が生ずる
ようになる。これによって、SnO2の粒界に、SnO2
と燐酸との反応物であるオキシリン酸錫(2SnO2
25)が絶縁物(絶縁性酸化物)22として生成され
る。具体的には、(1)式で示される脱水反応によっ
て、オキシリン酸錫が生成される。 2SnO2+2H3PO4 → 2SnO2・P25+3H2O ……(1)
【0018】同図(E)には、同図(D)を平面的にみた
状態が示されている。このようにして、導電性膜18の
粒界中に絶縁物22が形成されるようになる。これを電
気的にみると、絶縁物22が形成されることで、キャリ
アの移動が絶縁物22で妨げられるようになって移動度
が低下する。従って、全体としてみると、高い抵抗値の
膜を得ることが可能となる。
【0019】図2には、本実施例による抵抗膜と従来の
SnO2膜との抵抗値の変化が示されている。同図中、
横軸は抵抗器製造のための主要工程(時間)であり、縦
軸はシート抵抗値(Ω/□)である。同図(A)のグラ
フGA,GBは燐酸処理を施さないSnO2膜の場合で
ある。GAはSnO2膜のみ,GBはSnO2膜がSbを
8wt%含有している場合である。グラフGC,GDは
いずれも本実施例のもので、Sbを8wt%含有してい
る。グラフGCは520℃,15分の燐酸処理を施した
ロットであり、グラフGDは温度を少し上げて550
℃,15分の燐酸処理を施したロットである。
【0020】これらを比較すると、素体10上に導電性
膜18としてSnO2膜を形成した初期の時点では、い
ずれのサンプルでもほぼ同様のシート抵抗値となってい
る。その後、粒界安定化のためのアニール処理を行い、
燐酸処理を行ってAg電極のスクリーン印刷,焼成を行
った時点では、抵抗値は、燐酸処理の条件に応じて上昇
している。更に、パッシベーション用のガラスペースト
のスクリーン印刷,焼成が行われ、抵抗器が完成する。
【0021】耐熱特性を調べるための焼成処理を行う
と、グラフGAでは抵抗値が上昇して不安定となり、耐
熱性が悪化してしまう。グラフGB〜GDはほとんど抵
抗値が変化せず、いずれも非常に安定して良好な耐熱性
が得られる。しかし、燐酸処理が施されていないグラフ
GBでは、高抵抗化の点で満足な結果が得られない。こ
のように、本実施例による燐酸処理を施すことで、耐熱
特性に優れた高い抵抗値の抵抗膜を安定して得ることが
できる。図2(B)については後述する。
【0022】図3には、本実施例と従来手法との温度係
数の変化が示されている。同図中、横軸は比抵抗(Ω・
cm)であり、縦軸は温度係数(ppm/℃)である。
黒点PとグラフGは、上述した従来の抵抗値制御の手法
の場合であり、比抵抗が高くなるほど温度係数も高くな
ってしまう。
【0023】次に、*点PBは前記図2のグラフGBに
対応するもので、燐酸処理を施さない場合である。○点
PCは前記グラフGCに対応するもので、520℃,1
5分の燐酸処理を施した場合である。□点PDは前記グ
ラフGDに対応するもので、550℃,15分の燐酸処
理を施した場合である。なお、△点については実施例2
で説明する。これらをみると、本実施例のロットの場
合、高抵抗化を図って比抵抗が増大しても温度係数はさ
ほど増大せず、低い値に留まっていることがわかる。
【0024】このように、実施例1によれば、次のよう
な効果がある。 (1)導電性酸化物であるSnO2の粒界に絶縁性酸化物
が形成されるので、抵抗膜は薄膜サーメット形状にな
り、高い抵抗値が得られる。抵抗値はオキシリン酸錫と
SnO2との比で決定され、最大で初期の10倍までの
高抵抗化が可能である。
【0025】(2)温度特性や耐熱特性は、初期に形成
されたSnO2膜の特性がほぼ維持される。 (3)スプレー法などの簡単な手法で高抵抗を得ること
ができる。 (4)オキシリン酸錫とSnO2との比を変えることによ
って抵抗値を簡単に制御できる。
【0026】
【実施例2】次に、実施例2について説明する。素体1
0上にSnO2などによる導電性膜18を形成する際
に、図4(A)に示すようにSnO2の粒界にアルカリ金
属30,例えばNaが注入される。なお、同図(B)に
示すように、予め素体10上にアルカリ金属30を含む
下地層を形成し、その上に導電性膜18を形成するよう
にしてもよい。例えば、素体10を50〜100℃に保
ち、NaOHやKOHの10wt%水溶液を霧状にして
噴霧すると、アルカリ金属を含む層が形成される。ま
た、素体10にアルカリ金属30を含ませるようにして
もよい。例えば、素体10として、ソーダライムガラス
を使用するなどである。
【0027】この状態で、同図(C)に示すように、ヒ
ータ14によって素体10,導電性膜18,アルカリ金
属30を例えば200〜800℃に加熱する。そして、
この状態で二次原料霧20として燐酸を噴霧する。する
と、同図(D)に示すように、導電性膜18であるSn
2の粒界から燐酸との反応が生じ、実施例1と同様に
してオキシリン酸錫(2SnO2・P25)が絶縁物2
2として生成される。
【0028】しかし、本実施例では、アルカリ金属30
が存在するため、オキシリン酸錫の他にピロリン酸錫
(SnP27)32が生成される。具体的には、(2)
〜(4)式で示される化学式に従って、ピロリン酸錫3
2が生成される。最初に、燐酸(H3PO4)と素体中又
は素体上のアルカリ金属が250℃程度で反応し、メタ
リン酸ナトリウム(NaPO3)等が生成される。 2H3PO4+Na2CO3 2NaPO3+CO2+3H2O ……(2)
【0029】次に、このメタリン酸ナトリウム(NaP
3)と導電性膜18(SnO2)とが反応して、ピロリ
ン酸錫(SnP27)が生成される。 SnO2+2NaPO3+H2O → SnP27+2NaOH ……(3) 次に、燐酸(H3PO4)とNaOHとが反応して、 2H3PO4+4NaOH → 2Na4HPO4 +4H2O (240℃以上で) → Na427 +5H2O (更に加熱) → x(NaPO3)+yH2O ……(4) の反応が生ずる。(4)式で得られたメタリン酸ナトリ
ウム(NaPO3)は、更に(2)式の反応に寄与し、以
後同様の反応が繰り返し行われる。
【0030】このようにして、本実施例によれば、導電
性膜18中に、オキシリン酸錫による絶縁物22と、ピ
ロリン酸錫による絶縁物32が生成される。同図(E)
には、同図(D)を平面的にみた状態が示されている。
このようにして、導電性膜18の粒界中に絶縁物22,
32が形成されるようになる。これを電気的にみると、
絶縁物22,32が形成されることで、実施例1よりも
更にキャリアの移動が絶縁物22,32で妨げられるよ
うになって、移動度が更に低下する。従って、全体とし
てみると、実施例1よりも更に高い抵抗値の膜を得るこ
とが可能となる。
【0031】図2(B)のグラフGE,GFには、本実
施例による抵抗膜の抵抗値の変化が示されている。グラ
フGEは、石英基板上に80℃でアルカリ金属30とし
てNaOHの層を形成し、その上にSbを2wt%含有
するSnO2膜を形成し、これに550℃,15分の燐
酸水溶液(10wt%)で燐酸処理を施してオキシリン
酸錫及びピロリン酸錫を形成したロットの例である。グ
ラフGFは、Na2CO3を含む基板としてソーダライム
ガラスを用い、Sbを2wt%含有するSnO2膜を形
成し、これに550℃,15分の燐酸水溶液(10wt
%)で燐酸処理を施してオキシリン酸錫及びピロリン酸
錫を形成したロットの例である。
【0032】いずれも、実施例1と同様に、良好な耐熱
特性が得られることがわかる。なお、グラフGGは、比
較例で、ソーダライムガラス上に、Sbを2wt%含有
するSnO2膜を形成したものである。
【0033】図3の△点PFは、前記図2(B)のグラ
フGFに対応するもので、アルカリ金属30を含有して
550℃,15分の燐酸処理を施した場合である。これ
をみると、本実施例のロットの場合、実施例1と比較し
て更に高抵抗化が実現されており、温度係数も同様に非
常に低く抑えられていることが分る。このように、実施
例2によれば、実施例1のオキシリン酸錫に加えてピロ
リン酸錫による高抵抗効果も得ることができる。もちろ
ん、ピロリン酸錫のみを形成した場合でも、高抵抗化の
効果を得ることができる。
【0034】
【他の実施例】この発明は、以上の開示に基づいて多様
に改変することが可能であり、例えば次のようなものが
ある。 (1)前記実施例では、導電性膜として導電性酸化物で
あるSnO2を用いたが、他の材料,例えば元素の周期
表におけるIVB族に属する元素,あるいはTi,Z
n,Inを含む金属酸化物を用いてもよい。 (2)前記実施例では、素体上に対する導電性膜の生成
にスプレー法を用いたが、他に、CVD,CMD,スパ
ッタリングなど、各種の薄膜技術が適用可能である。
【0035】(3)前記実施例では、SnO2に含まれる
金属を含むオキシリン酸錫やピロリン酸錫を用いたが、
他の金属酸化物を用いる場合には、その金属を含む絶縁
物(絶縁性酸化物)を形成するようにすればよい。 (4)前記実施例では、燐酸塩を用いて絶縁物であるオ
キシリン酸錫を生成したが、一般的には、導電性膜とV
B元素を含んだ塩との反応によって絶縁物を生成すれば
よい。 (5)燐酸の反応条件なども、必要に応じて適宜設定し
てよい。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、導電性膜の粒界中に絶縁物を形成することとしたの
で、温度特性や耐熱特性に優れた高抵抗の抵抗膜を簡便
な手法で得ることでき、また、抵抗値の制御も容易であ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1の主要工程を示す図であ
る。
【図2】実施例及び従来手法における抵抗変化の様子を
示すグラフである。
【図3】実施例及び従来手法における抵抗値と温度係数
の関係を示すグラフである。
【図4】実施例2の主要工程を示す図である。
【図5】CMD法の装置例を示す図である。
【符号の説明】
10…素体 12…均熱板 14…ヒータ 16…一次原料霧 18…導電性膜 20…二次原料霧 22…絶縁物 30…アルカリ金属 32…絶縁物
フロントページの続き (72)発明者 角田 サカ江 東京都台東区上野6丁目16番20号 太陽 誘電株式会社内 (56)参考文献 特公 昭51−7316(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01C 7/00 H01C 17/20

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Snの酸化物によって形成された導電性
    膜の結晶マトリクス中に、オキシリン酸錫又はピロリン
    酸錫の少なくとも一方を含むことを特徴とする抵抗膜。
  2. 【請求項2】 Snの酸化物による導電性膜を形成する
    工程; 導電性膜と燐酸塩との反応によって、前記導電性膜の結
    晶マトリクス中にオキシリン酸錫を形成する工程;を含
    む抵抗膜の製造方法。
  3. 【請求項3】 Snの酸化物であって、Naを含んだ導
    電性膜を形成する工程; 導電性膜と燐酸塩との反応によって、前記導電性膜の結
    晶マトリクス中にオキシリン酸錫を形成するとともに、
    Na,燐酸塩,及び導電性膜の反応によって、前記導電
    性膜の結晶マトリクス中にピロリン酸錫を形成する工
    程;を含む抵抗膜の製造方法。
  4. 【請求項4】 Naを含む層を形成する工程; この層上に、Snの酸化物による導電性膜を形成する工
    程; 導電性膜と燐酸塩との反応によって、前記導電性膜の結
    晶マトリクス中にオキシリン酸錫を形成するとともに、
    Na,燐酸塩,及び導電性膜の反応によって、前記導電
    性膜の結晶マトリクス中にピロリン酸錫を形成する工
    程;を含む抵抗膜の製造方法。
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