JPH0271501A - 薄膜抵抗体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子部品における薄膜抵抗体に関するもので
あり、特にアナログＩＣ等で使用されるトリミング可能
なオンチップ薄膜抵抗体に関するものである。

（従来技術） 従来薄膜抵抗体は、ニクロム合金や窒化タンクルのよう
に低い抵抗温度係数を有し、熱的安定性の高い材料が使
用されている。しかし、これらの薄膜抵抗体は、比抵抗
が低いために高い面積抵抗（２００Ω／口以上）を得よ
うとすると、薄膜が薄くなり過ぎて安定性が悪化すると
いう問題があった。そこで、高い比抵抗を持つ材料とし
てシリコンクロム合金からなる薄膜抵抗体が提案されて
いるが、ニクロム合金等と比べると、抵抗温度特性と安
定性が劣るという欠点があった。特に、抵抗温度係数を
小さくしようと膜組成を調整すると抵抗温度特性の非直
線性が生ずるために、実用使用温度範囲（−３０〜１２
０°Ｃ）での抵抗温度係数は、±５０　ｐ　ｐ　ｍ／”
Ｃ以上であった。また、通常のＩＣプロセスでの４００
〜５００°Ｃの熱処理により、薄膜抵抗体の抵抗値が変
化するために、安定性に欠けるという問題もあった。

すなわち、従来は面積抵抗が高くかつ抵抗温度特性、熱
的安定性の優れた薄膜抵抗体を得るのは困難であった。

（発明の背景） このような状況下、本発明者等は上記問題点を解決すべ
く鋭意努力を重ねた。

本発明者等は、ＩＣプロセスの一工程である４００〜５
００°Ｃの熱処理によって、シリコンクロム薄膜抵抗体
の一部分にクロムシリサイドが形成されることを見出し
た。さらに、このクロムシリサイドの形成が、薄膜抵抗
体の抵抗温度特性の非直線性と不安定性の原因となるこ
とを見つけた。

そこで、本発明者等は、４００〜５００°Ｃの熱処理に
よってもクロムシリサイドが形成されないための添加元
素を鋭意探索した結果、チタンが有効であることを発見
し、本発明へと至ったのである。

（第１発明の説明） 本第１発明（特許請求の範囲第（１〕項記載の発明）は
、シリコン３０〜４５重量％、クロム５０〜６８重量％
、チタン２〜１５重量％からなる合金から構成されてい
ることを特徴とする薄膜抵抗体に関するものである。

オンチップ薄膜抵抗体の抵抗温度特性は、温度に対する
抵抗変化が小さいこと、ならびに直線性を有しているこ
とが必要とされる。

抵抗温度特性は Ｒ（Ｔ）＝Ｒ（２５）＋１＋α（Ｔ−２５）＋β（Ｔ−
２５）２）で表される。

（但し、Ｔ：温度（’Ｃ）　、Ｒ（Ｔ）：温度Ｔにおけ
る抵抗値（Ω）、α：第第１抵抵抗温係数、β：第第２
抵抵抗温係数） 従来はαが小さければ抵抗変化が小さく特性が（１れて
いると判断していた。しかし実際には、抵抗は温度に対
し放物線的に変化しており、曲がりの大小を判断するβ
を考慮する必要があり、βの小さいことが重要な因子と
なる。本第１発明はシリコン、クロム、チタンの組成を
制御して抵抗温度係数αを小さくすると共に、βをも小
さくし、直線性を改善したものである。このように直線
性が改善される理由は該抵抗体を構成するチタンが、シ
リコンとクロムが反応して、抵抗温度特性の直線性を劣
化させるクロムシリサイドの形成を抑制する働きをなす
ためである。この働きはＩＣプロセスの一工程である４
００〜５００″Ｃの加熱処理においても発揮される。

また、チタンはＰＶＤ等で薄膜抵抗体を形成する際に非
晶質とする働きもなす。さらに、シリコンクロムを主成
分とすることから、従来のニクロム合金薄膜抵抗体より
も高い比抵抗を有し、高い面積抵抗の薄膜抵抗を形成す
ることができる。また、本発明の薄膜抵抗体は、非晶質
で均一であるので膜厚が薄くても抵抗特性は安定であり
、５０Å以上の膜厚で比抵抗が一定であり、面積抵抗を
自由に設定できる利点を有する。

本第１発明に係る薄膜抵抗体は、シリコン−クロム合金
に近い高い面積抵抗を有し、かつ温度に対する抵抗変化
が小さく直線性に優れ、その高温での安定性も優れてい
ることからオンチップ用薄膜抵抗体として従来にない優
れた抵抗体である。

（第２発明の説明） 本第１発明をより具体化した発明（本第２発明とする）
について詳しく説明する。

本第２発明に係る薄膜抵抗体は、シリコン、クロム、チ
タンから構成される合金薄膜である。

シリコン含有量は、３０〜４５重量（ｗｔ）％の範囲が
望ましい。シリコン含有量が３０ｗｔ％より少ないと抵
抗温度係数が正の方向へ大きくなり過ぎる。また、シリ
コン含有量が４５ｗｔ％より多いと抵抗温度係数が負の
方向へ大きくなり過ぎ、さらに抵抗温度特性の非直線性
が生ずる。

クロム含有量は、５０〜６８−ｔ％の範囲が望ましい。

クロム含有量が５０−ｔ％より少ないと抵抗温度係数が
負の方向へ大きくなり過ぎる。また、クロム含有量が６
８−ｔ％より多いと抵抗温度係数が正の方向へ大きくな
り過ぎ、さらに比抵抗も小さくなり過ぎる。

チタン含を量は、２〜１５ｗｔ％の範囲が望ましい。チ
タン含有量が２ｗｔ％より少ないと抵抗温度特性の非直
線性が生じ、さらに抵抗値の安定性も不良である。また
、チタン含有量が１５−１％よりも多いと、比抵抗が小
さくなり過ぎ、高い面積抵抗が得られない。

膜厚は、５０〜５００人の範囲が望ましい。膜厚が５０
Å以下であると、膜が不均一となり安定な抵抗特性が得
られない。また、膜厚が５００Å以上であると、面積抵
抗が低くなり過ぎ、さらにオンチップでのトリミングが
困難となる。

薄膜抵抗体は多元同時スパッタリング法等のＰＶＤ法に
より、二酸化ケイ素の絶縁膜上に形成する。スパッタリ
ング等の条件は、薄膜抵抗体を形成するのに通常用いら
れる条件で十分である。

（実施例） シリコン・クロム・チタン薄膜抵抗体は、多元同時スパ
ッタリング法により、二酸化ケイ素の熱酸化膜（膜厚５
０００人）を絶縁膜とするシリコン基板上に形成した。

薄膜抵抗体の組成・膜厚はＥＰＭＡ分析により評価した
。試料Ｎｏ、　１〜５の組成・膜厚を表に示す。次に、
ＩＣプロセスとの適合性を計るために、抵抗パターンを
エツチングにより形成後アルミ配線を施し、窒素と水素
の混合ガス中で４５０°Ｃ１３０分間の熱処理を行い、
これを評価試料とした。特性評価は、抵抗温度特性、抵
抗経時変化、面積抵抗測定により実施した。抵抗温度特
性は、−５０°Ｃから１５０°Ｃまで温度を変化させて
（１）式における第１次抵抗温度係数α、第２次抵抗温
度抵抗βを測定した。

Ｒ（Ｔ）＝Ｒ（２５）（１＋α（Ｔ−２５）＋β（Ｔ−
２５）”）　　　　　・・・（１）（但し、Ｔは温度（
’Ｃ）　、Ｒ（Ｔ）は温度Ｔにおける抵抗値（Ω）であ
る。） 抵抗経時変化は、１５０°Ｃで５０時間放置し、放置前
後の抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）を測定した。

面積抵抗は四端子法により測定した。評価結果を表、第
１図〜第３図に示す。

（比較例） 実施例と同様の方法によりシリコン・クロムならびにシ
リコン・クロム・チタン薄膜抵抗体を形成し、実施例と
同様の特性評価を実施した。試料Ｎｏ、　６〜１１の膜
組成・膜厚および評価結果を表、第１図〜第３図に示す
。

（評価） 第１図、第２図からシリコン・クロム薄膜抵抗体は、Ｓ
ｔ−４５ｗｔ％Ｃｒの組成で膜厚を調整した場合、αを
小さくすることができるがβを小さくすることはできな
い。また、比較例１からβを小さくするとαは大きくな
る。すなわち、シリコン・クロム薄膜抵抗体は、−５０
〜１５０°Ｃの範囲で良好な抵抗温度特性を得るのは困
難である。

一方、実施例１〜５のシリコンを３２〜４０ｗｔ％、チ
タンを５〜１０ｗｔ％添加したシリコン・クロム・チタ
ン薄膜抵抗体は、表からα、βともに小さく良好な抵抗
温度特性を得ることができる。比較例５．６はチタンを
４ｗｔ％と１３−ｔ％、シリコンをそれぞれ本発明の組
成範囲外である５８−ｔ％と４６ｗｔ％とした試料であ
るが、α、βともに大きく、本発明が目的とする薄膜抵
抗体として適していない。

さらに、第１図、第２図から実施例のα、βの膜厚依存
性は比較例と比べて小さく、制御性艮（良好な特性の薄
膜抵抗体を得る。また、表から実施例の抵抗経時変化は
０．１％以下で、比較例と比べて著しく改善されている
。さらに、第３図から比較例の面積抵抗は膜厚が薄くな
ると急激に増大するのに対して、実施例の面積抵抗は膜
厚に反比例しており、膜厚が薄くても均一な連続膜で安
定な抵抗特性を示すことが分る。

これらの特性向上の原因は、シリコン・クロム薄膜抵抗
体にチタンを添加し、かつ組成を適正に制御することに
より、クロムシリサイドの形成を抑制し均一で安定な膜
構造を維持することによる効果である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、薄膜抵抗体の膜厚と第１次抵抗風度係数の関
係を示す図、第２図は、薄膜抵抗体の膜厚と第２次抵抗
風度係数の関係を示す図、第３図は、薄膜抵抗体の膜厚
と面積抵抗の関係を示す図である。 竿２回 ｆ４！厚七（Ａ） Ｈ脅Ｎ−ｔ：　ｒ；Ａノ 隼３図 Ｈ莫ｉｔ（Ａ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン３０〜４５重量％、クロム５０〜６８重
   量％、チタン２〜１５重量％からなる合金から構成され
   ていることを特徴とする薄膜抵抗体。
2. （２）膜厚が５０〜５００Åであることを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載の薄膜抵抗体。