JPH06163201A - 抵抗薄膜 - Google Patents

抵抗薄膜

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JPH06163201A
JPH06163201A JP5143759A JP14375993A JPH06163201A JP H06163201 A JPH06163201 A JP H06163201A JP 5143759 A JP5143759 A JP 5143759A JP 14375993 A JP14375993 A JP 14375993A JP H06163201 A JPH06163201 A JP H06163201A
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thin film
atomic
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carbon
resistive thin
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JP5143759A
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Heinz Dimigen
ディミゲン ハインツ
Claus-Peter Klages
クラゲス クラウス−ペーター
Rainer Veyhl
ベイル ライナー
Klaus Taube
タウベ クラウス
Rudolf Thyen
ティエン ルドルフ
Hubertus Huebsch
ヒュブシュ フベルツス
Eckart Boettger
ベトガー エッカルト
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Philips Electronics NV
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/006Thin film resistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C17/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/06Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
    • H01C17/075Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thin-film techniques
    • H01C17/12Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thin-film techniques by sputtering

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 1000μΩcmより大きい固有抵抗と−100 〜+
100ppm/Kの範囲の温度係数TCとを併せ有する抵抗薄
膜を提供する。 【構成】 40〜95原子%の炭素、4〜60原子%の1種ま
たは2種以上の金属および1〜30原子%の水素を含有し
ていて、炭化物の形成が起こっていない抵抗薄膜。炭素
の1〜95%は、ケイ素、ホウ素および窒素からなる群か
ら選択した1種または2種以上によって部分置換するこ
とができ、これにより抵抗値は一層大きくなる。金属は
元素の周期律表の第1亜族および第8亜族から選択した
1種または2種以上の金属であるかが好ましく、特にA
g,Pt,Auおよび/またはCuが好ましい。 【効果】 CrSiの場合より大きい固有抵抗を同じ温
度係数において得ることができ、また長期安定性が著し
く改善される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素および金属を含有
する抵抗薄膜、およびこの抵抗薄膜を設けた抵抗に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】この種の抵抗は既知である。西独国特許
出願公開(DE−OS)第25,09,623 公報には、陰極スパッ
タによってTa−Cx(ただし、0.35>×>0.8 )から
なる抵抗薄膜を製造する方法が記載されている。
【0003】この方法は、例えば、前記公報の図3に示
されているように、Ta−C系において、−25 ppm/K
の低い温度係数(TC)と 200〜300 μΩcmの固有抵抗
とが組み合わされていることを示している。従って、こ
の抵抗薄膜は高抵抗値の精密抵抗、すなわち1000μΩcm
より大きい固有抵抗を有する精密抵抗には不適当であ
る。
【0004】また、欧州特許出願(EP)第247,413 号
(A−1)明細書には、反応性ガス雰囲気中で、ジルコ
ニウム/パラジウム、チタン/金、ジルコニウム/金、
ハフニウム/金、またはチタン/パラジウムをスパッタ
することによって製造した抵抗薄膜が記載されている。
この明細書の第3欄第16〜19行および請求項3に記載さ
れている教示によれば、窒化物、炭化物、または窒化炭
化物(carbonitride)からなる薄膜のみが製造されてい
る筈である。
【0005】従って、前記欧州特許出願明細書記載の方
法によって製造した抵抗薄膜は、金属系導電性マトリッ
クス(炭化物または窒化物)と、このなかの金属系導電
性介在物(金、パラジウムまたは白金)とからなる。こ
のような金属複合体フィルムは、高導電性であるので、
高い固有抵抗を有する薄膜として使用するのには不適当
である。この抵抗の温度依存性は特定されていない。
【0006】しかし、今日のマイクロエレクトロニクス
分野では、抵抗の最抵可能温度係数(TC)において1
μΩより大きい抵抗値が必要とされている。このような
部品を実現するのに予め必要である条件は、抵抗薄膜材
料が極めて低い温度係数において1000μΩcm以上の高い
固有抵抗を有することである。今日の技術によって得ら
れる金属- 金属炭化物の薄膜はこのような要件を満たす
ことができない。このため、現在高抵抗値の薄膜抵抗に
使用するためにCr−Si系が実現されている。これら
の薄膜は従来使用されている堆積炭素抵抗より改善され
ているが、これら薄膜の性質は、温度係数および長期安
定性に関しては、マイクロエレクトロニクス分野におい
て精密抵抗として使用される薄膜系が満たす必要のある
要件に合致しない。
【0007】個々の抵抗の抵抗値は、微細構造処理(円
筒形抵抗体の場合にはコイル状に巻回し、平坦な抵抗体
の場合には蛇行させること)により、増大することがで
きる。しかし、抵抗の全表面は限られているので、この
処理で達成される最終値/基本値の比には上限がある。
この理由は、導電路を最小幅にしなければならないから
である。しかし、個々の抵抗の開発傾向は小型化に向か
っている。現在、最小部品の表面積は約1×2mm2 にす
ぎない。従って、高インピーダンスの要件は使用する薄
膜材料の固有抵抗を増大することによってのみ満たすこ
とができる。
【0008】従って、本発明の目的は、1000μΩcmより
大きい固有抵抗と−100 〜+100ppm/Kの範囲の温度係
数TCとを併せ有する薄膜抵抗材料を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、個々の部品として適当に使用
できる対応する抵抗を提供することにある。
【0009】本発明の目的は、40〜95原子%の炭素、4
〜60原子%の1種または2種以上の金属、および1〜30
原子%の水素を含有していて、炭化物の形成が起ってい
ない抵抗薄膜によって達成される。この抵抗薄膜は、好
ましくは、1000μΩcmより大きい固有抵抗および−100
〜+100ppm/Kの範囲の温度係数を有する。本発明にお
いては、驚くべきことに、あるMe−C:H薄膜が、金
属と炭素との間で炭化物の形成が起っていない場合に、
1000μΩcmより大きい固有抵抗および−50〜+50ppm /
K の範囲の温度係数TCを有することを見い出した。
【0010】本発明の好適例では、金属は元素の周期律
表の第1亜族および第8亜族からなる群から選択した1
種または2種以上の金属であるのが好ましい。本発明に
おいては、金属としてAg,Pt,Auおよび/又はC
uが極めて適当であることが分かった。本発明の他の好
適例では、抵抗薄膜は60〜75原子%の炭素、25〜30原子
%の1種又は2種以上の金属および5〜8原子%の水素
を含有するのが好ましい。
【0011】本発明のさらに他の好適例では、炭素はケ
イ素、ホウ素および窒素からなる群から選択した1種ま
たは2種以上によって部分置換されている。1〜95%、
好ましくは1〜40%の炭素をケイ素、ホウ素および窒素
からなる群から選択した1種または2種以上によって置
換するのが有利である。この手段は抵抗値を一層大きく
する。
【0012】本発明の抵抗薄膜は、高度に交差結合した
炭化水素マトリックスと、好ましくは、このなかに埋め
込まれた金属系の導電性微小結晶粒子とからなる。この
粒子の電気的性質に関しては、金属含有量が大きい場合
には、この粒子は金属のように挙動し(抵抗温度係数T
Cは+)、金属含有量が十分に低い場合には、この粒子
は半導体のように挙動する(TC<0)。
【0013】従って、各Me−C:HはTC=0となる
組成がある。内挿法によって推定されるように、TC=
0の薄膜の有する固有抵抗は、薄膜系がチタンCH、タ
ンタルCHおよびニオブCHである場合には約 200〜30
0 μΩcmであり、薄膜系が白金CH、金CHおよび銅C
Hである場合には約10,000μΩcmである。従って、白
金、金および銅のような炭化物を形成しない成分を含有
する薄膜は、「Mooij の法則」として知られている周知
の経験則から著しくずれている。この法則によれば多く
の導体では−100 〜+100ppm/KのTCと約 100〜200
μΩcmの固有抵抗とが組み合わされている。
【0014】Me−C:H薄膜は、CVDまたはPVDの
ような従来方法によって製造される。次いで調質(tempe
ring) を好ましくは空気中で行うことにより、薄膜の性
質を安定化することができる(プレエージング)。調質
によって生じる薄膜構造の変化(粒度の増大、結晶格子
の修復、マトリックスの増加)ならびに化学的組成の変
化(酸素の混入、水素および炭素の除去)によっても、
電気的性質の変化が起こる。
【0015】薄膜系および金属含有量によっては、適当
なエージング条件(温度、時間、周囲媒体)を使用する
ことにより、0 ppm/Kに近いTCを得ることができ
る。エージング中に、空気中からの酸素によって生じる
熱分解に対して薄膜を保護するために、抵抗薄膜上に追
加の不活性層を設けることができる。このためには、ケ
イ素含有炭素/水素層(CSi:H) を使用するのが適
当である。
【0016】従って、本発明の薄い薄膜材料によってC
rSiの場合(約1000μΩcm) より大きい固有抵抗を同
じ温度係数において得ることができる。さらに、本発明
の材料の特別な微細構造(緻密なアモルファス網状構
造)によって、長期安定性が著しく改善される。
【0017】さらに、本発明は個々の部品として使用さ
れる抵抗に関するものである。本発明においては、既知
方法により、上述の抵抗薄膜を厚さ10nm〜10μm;好
ましくは50nm〜5μmの基板上に設けることができ
る。本発明の好適例では、AlN,BN,Al2O3, SiCまたは
ケイ酸塩からなる基板を使用する。
【0018】
【実施例】次に、本発明を実施例について一層詳細に説
明する。 実施例1.Au−C:H 金ターゲット (15cm) を有する平行板RFスパッタ装置
(13.56MHz, 800W,1.5 KV DC−バイアス)にお
いて、アルゴン (46sccm) およびエチレン(3sccm) か
らなるガス雰囲気中で 0.03 ミリバールの圧力下に、プ
ラズマを発生させた。なお、sccmは standard cubic ce
ntimeter per minute を意味し、標準状態下における c
m3/分に等しい。ターゲットから6cmの距離に配置した
石英基板上に厚さ 1.5μmのAu−C:Hが17分で堆積
した。元素分析(電子ビーム・マイクロプローブ(micro
probe)) から、金原子含有量は0.05原子%であり、全水
素原子含有量は30原子%未満であることが分かった。生
成した薄膜の電気的特性に関しては、固有抵抗は2500μ
Ωcmであり、TCは常温において45 ppm/Kであった。
【0019】実施例2.Pt−C:H RFスパッタによりPt−C:H薄膜を製造した。ター
ゲットと基板との間の距離は 5.5cmであり、全圧は 0.0
20ミリバールであった。気相のアセチレン含有量は2%
であった(残部:アルゴン)。ターゲット電圧は 1.5k
V、基板バイアスは+20Vであった。このようにして、
セラミック基板上に厚さ 0.5μmの薄膜が30分で形成し
た。元素分析の結果、白金原子含有量は0.09原子%であ
り、全水素含有量は30原子%未満であった。調質処理
(空気中 300℃で1時間)後における電気特性に関して
は、固有抵抗は19,000μΩcmであり、TCは常温で40 p
pm/Kであった。
【0020】実施例3.Pt−Si−C:H テトラメチルシラン(TMS)を使用して反応RFスパ
ッタにより、Pt−Si−C:H薄膜を製造した。ター
ゲットと基板との間の距離は 5.5cmであり、ターゲット
電圧は 2.0kVであった。0.01ミリバールの圧力におい
て、TMS分圧は 0.001ミリバール(残部:アルゴン)
であった。コーティング処理を1時間行って厚さ2μm
の薄膜を製造した。元素分析の結果、白金原子含有量は
0.33原子%であり、ケイ素原子含有量は0.12原子%であ
り、炭化水素原子含有量は0.55原子%であることが分か
った。全水素含有量は30原子%未満であった。調質処理
(空気中 300℃で8時間)後の電気的特性に関しては、
固有抵抗は63,000μΩcmであり、TCは常温において−
46 ppm/Kであった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス−ペーター クラゲス ドイツ連邦共和国 2000 ハンブルク 76 カナルシュトラーセ 18 (72)発明者 ライナー ベイル ドイツ連邦共和国 2000 ハイデ オスト ローア ヴェーク 74 (72)発明者 クラウス タウベ ドイツ連邦共和国 2000 ハンブルク 53 ゴーサッカー 9 (72)発明者 ルドルフ ティエン ドイツ連邦共和国 2309 ボスカンプ ホ フ ボスカンプ 番地なし (72)発明者 フベルツス ヒュブシュ ドイツ連邦共和国 2000 ハンブルク 63 レントリスヴェーク 61 (72)発明者 エッカルト ベトガー ドイツ連邦共和国 3040 ソルタウ ステ ュベクショルン 17

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素および金属を含有する抵抗薄膜にお
    いて、 前記抵抗薄膜は40〜95原子%の炭素、4〜60原子%の1
    種または2種以上の金属、および1〜30原子%の水素を
    含有することを特徴とする抵抗薄膜。
  2. 【請求項2】 前記抵抗薄膜は好ましくは約60〜75原子
    %の炭素、約25〜30原子%の金属および5〜8原子%の
    水素を含有することを特徴とする請求項1記載の抵抗薄
    膜。
  3. 【請求項3】 炭素の1〜95%は、ケイ素、ホウ素およ
    び窒素からなる群から選択した1種または2種以上によ
    って置換されていることを特徴とする請求項1または2
    記載の抵抗薄膜。
  4. 【請求項4】 金属は、元素の周期律表の第1亜族およ
    び第8亜族からなる群から選択した1種または2種以上
    の金属である請求の範囲1〜3のいずれか一つの項に記
    載の抵抗薄膜。
  5. 【請求項5】 金属はナノメータ範囲の粒径を有する粒
    子の形態で存在している請求の範囲1〜4のいずれか一
    つの項に記載の抵抗薄膜。
  6. 【請求項6】 個々の部品として使用される抵抗におい
    て、 厚さ50nm〜5μmの請求項1〜5のいずれか一つの項
    に記載の抵抗薄膜が基板に被着されていることを特徴と
    する抵抗。
  7. 【請求項7】 基板はAlN,BN,Al2 3 ,Si
    Cおよびケイ酸塩からなる群から選択したセラミック材
    料からなることを特徴とする請求項6 記載の抵抗。
JP5143759A 1992-06-16 1993-06-15 抵抗薄膜 Pending JPH06163201A (ja)

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DE4219649:3 1992-06-16

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EP (1) EP0575003B1 (ja)
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