JPS5814501A - タンタル・シリコン・窒素薄膜抵抗体 - 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】 本発明は、タンタルとシリコンを′ｊ１１１木暮囲気中
にて合釡として成膜し、広い抵抗１ｉｌと、熱処理ｍ度
に依る任意の抵抗偏成係数とを持ち、安定度のすぐれた
薄麟抵抗に関する＝ 近年電子工業の飛躍的な発展に伴い、回ｗ！Ｉ累子に対
する電気的特性の要求も次第に敵しいものとなり、薄膜
回路および個別抵抗器の抵抗材料として従来はニクロム
系が主として使用されてきたが。

更に安全度の向上をねらいとして電化タンタル薄膜抵抗
体が開発され実用化されてきた。しかしながら電化タン
タル薄膜抵抗体は固有抵抗が２６０μΩ・ｃｌＬ程度で
、実用膜厚に対する面積抵抗もｂＯ〜２００Ｍ／口であ
るが、Ｓ度特性が恐く、安定度も低く、埃在の電気的特
性の要求に対して満足し僧ないという欠点があるーまた
、電化タンタルは原子半径の小さいＬＩｊｉ索との侵入
型１！！ｌ＃１体を形成しているため機械的な硬度けき
わめて萬いにもがかわらず、高温における電気的特性の
安定度に問題がめった。

本発明は、上記の諸点に麺みなされ友もので、タンタル
とシリコンとを′ｋ１１累雰囲気中Ｖトて付会として成
膜することによって、広い抵抗器の存在と、熱処理温度
に依る゛任意の抵抗ｉ！度係数とを持ち、安定度のすぐ
れた薄膜抵抗体を容易に製造することを目的とした吃の
である。

すなわち、抵抗温度係数は成膜後の熱処理、または成膜
時の加熱により調節することが可能でるり、同時にこの
熱処理筐たは加熱により薄膜抵抗体の安定度が着しく向
上して、電化タンタルをしのぐものとなる。特に注目す
べきことは、抵抗値決定はスパッタリングにおけるター
ゲットの組成金属の面積比と膜厚により決定され、その
８現性もよく、他の成膜県件の影響が少い点でおる。

以上のごとく時特性にもちろんのこと装造技術（２）に
おいてもこれまでの抵抗器に見られないすぐれた特長を
有する。

以下本発明について詳細に説明する。

本発明は、タンタル中にシリコンを２０ｙＡ子％以上８
０ＩＩＡ子係以下含んだメンタル・シリコン・Ｓｌ累薄
膜抵抗体である。本＠明のタンタル・シリコンｅ′ｔｈ
ｔ累博課抵抗体の特性を第１図によって説明する。ｗＪ
１図は、タンタルに対するシリコンの原子係の組成にお
ける比抵抗ρ（μΩ・儂）および抵抗温度係数ＴＣＲ（
１１１ｍ／’Ｃ）を示すもので、＠巌Ａｄ比抵抗ｐ’ｔ
、曲＠Ｂｋ′ｉ抵抗ｆｉ［％数ＴＣＲ＆示すものでるる
。

この図でわかるように、比抵抗ρはシリコン含有量０原
子俤よりＴａ８ｉ！　に相当する６７原子憾に至るまで
ゆるやかに増加するが、それ以上になると急激に増大す
る。一方、抵抗ｉｍｔ係ｉＩｉ、ＴＣＷはシリコン！有
量ＯｙＡ子％！り１５ｊＫ子係に至るまで急速に減少し
、それ以上性ゆるやかな下降を示しＴａ８　ｉ＠に相当
する６７原子％めたりから俄に負の大きな値をとる様に
なる。

シリコン含有量が１０Ｈ子嘔より少ない場合は抵抗ｍ度
係数ＴＣＦＬが大巾罠正の蝋に移行するので好ましくな
い。後述の安定度との関連上、シリコン組成比は’ｌ’
ａ８ｉ、に相当する６７１１！Ｌ子％にまたがった２０
〜８０原子俤が好ましい。

次に本発明のタンタル・シリコン・窒薄膜展抵抗体の製
造方法の一実施例について説明″すると、抵抗体用の基
板上に成膜を行なうスパッタリング条件ハ、ヘルシャ内
ヲＩ×１Ｏ−６１Ｏｒｒ〜３×１Ｏ−６Ｔｏｒｒ＠度ま
で排気した後、Ｍｌ＠、直値系ガスをニードルパルプを
介して０．５Ｘ１０−”８ＸｌＯ−”　Ｔｏｒｒの分圧
でその分圧を゛測定しながら注入し、次いで高１Ｍｌ＆
アルゴンガスなｌ０ＸＩＯ−”〜３０ＸＩＱ−”Ｔｏｒ
ｒ尋人し、隙他電圧−５，７〜−６．５ｋＶ、ｍｓ密度
０．１〜０．３ｍＡ／ｃｄで２極活性スパツタリングを
行なった・なお、成膜速度は５０〜１２０λ／ｗｒｘで
ある。膜陰極のシリコンとメンタルの含有−１を変える
ことにより行なう苑、 時第２図と第３図は不発−明の薄膜抵抗体を熱処理した
ときのｉ性を示したもので、それぞれ５腸／２１ＦＬの
送り速度で試料を炉に通して行なった熱処理１ａｌｌ’
ｌ’（”ＣＪに対して、比抵抗□ρ（μΩ・ｃＩＩＬ）
、抵抗ｇＡ匿係数’Ｉ’ＣＲ（ｐＰ／”Ｇ　）をプ□ロ
ットしておる・成膜はシリコン含有量が５７原子省およ
び７２鳳子係、′ｊ１１累の最大分圧が０，５ｘｌＯ−
’Ｔｏｒｒおよび４Ｘ１０−’Ｔｏｒｒの条件で行なっ
た。使用した彦根は５０　ｍ／　ｍ角、厚さ０．６３５
　ｍ／ｍ　ノア　ルミナ基板で、成膜後前、述の熱処理
を施し、これを素子に分割しリードを付けて試料とした
。

第２＠かられかるように、この抵抗体の比抵抗ρはｍ索
分圧が高いものほど大きくなっている。

例えば熱処理温度Ｔが７００℃のとき、窒素分圧０゜８
８１０−’Ｔｏｒｒのものでは４５０　ｐΩ”Ｃ１ｌ、
４ＸｌＯ−’Ｔｏｒｒのものでは２０００μΩ・菌であ
る。また熱処理温度Ｔの上昇に対する比抵抗ρの増大の
程度は、シリコン含有量の多いものはど窒素の影響を受
は易く、例えばシリコン含４１１７２鳳子優゛、窒素分
圧４Ｘ１０−’Ｔｏｒｒのものでは無処理時５５００μ
Ｊｌｊ拳傷で、これを７５０℃で熱処理を施すと２００
００μΩ・いと高い値をとるようになる。

以上かられかるように本発明Ｏ薄膜抵抗体は熱処理を施
すことにより窒素分圧に応じ、比較的小さい４００μＭ
＠ＣＩＩ　から２００００μＭｓｔｘｍ度と広軛囲な比
抵抗が得られる。

この熱処理温１ｊＴＫよる比抵抗ρの”変化に主として
窒素分圧が低いものでは結晶の成−＆に蔵置し、′＆１
木分圧が＾いものでｔｉｔ抵机体の博駅表面層が緻化さ
れて抵抗薄膜の実効膜厚が減少することによるものと推
定される、熱処理ｍ［Ｔとしては好ましく　Ｆ１８５０
℃以下、より好まり、　＜　Ｆｉ６００’Ｃ〜８５０℃
とする。これは８５０℃を越えると敵化の進行が著しく
なって比抵抗ρが急激に増大するからでおる。また６０
０℃より低いときは酸化膜かはとんと形成されず、耐湿
性に劣るようになるからである。

ただしこの場合でもニクロム糸のものよりは光分優れて
いる。

窒素分圧としてＦｉＯ，５Ｘ１０−１′〜８Ｘ１０−’
　Ｔｏｒｒ　カ好ましい。

これはｗ１累分圧を充分低く、おるいは高くすることに
よって比抵抗ρの−を広くできる傾向にるるか、８Ｘ１
０−’Ｔｏｒｒを越えるとタンタル・シリコンの着膜が
生成せず、また０、　５　Ｘ　１０″″”Ｔｏｒｒより
低いと窒素の反応が塊われ峻くなるからでめる。

一方、抵抗ｔｌｉ１度係数ＴＣ）Ｌは、第３図かられか
るように、窒素分圧が高いほど小さくなっており、また
熱処理温度Ｔの上昇につれて増大して、負の値から正側
へ移行し、窒素分圧に応じ一″ｃ６００℃〜８５０℃の
範囲で熱処理温度を調整することにより容易に抵抗温度
係数ＴＣＲを実用的な１近辺の小さい値にすることがで
きる。このように熱処理によって抵抗温度係数ＴＣ１（
ｔｉｌ素分圧に応じて広い範囲にわたって任意の小さな
値とできるのはタンタル・シリコンに音素が含有されて
いることの効果によるものと推定され、熱処理によって
結晶粒の成長および粒界析出層に微妙な変化をもたらし
ているものと思われる。

第４図は本発明の薄膜抵抗体の負荷寿命試験結果を示し
たもので、試験時間ｔ（ｈｒｓ）に対して比抵抗変化率
Δρ／゛ρ（％）をプロットしである、なお同寸法のニ
クロム系薄膜抵抗体に対する試験結果も併せて示した。

試料はアルミナ価器を素板として、こににシリコン含有
量が７２原子％、窒素分圧１，０ＸＩＯ−’Ｔｏｒｒで
成膜し、これを大気中にて７００℃で熱処理したものを
用いた、ｇ、線条件は槽内ｍ度１２５±２℃、１／８Ｗ
定格負荷で１，５ｈｒｓＯＮ、　　’０．５ｈｒｓＵＦ
Ｆの断続通電したものでらる。

この図かられかるように本発明による薄膜抵抗体では負
荷寿命試験による比抵抗変化率△ρ／ρはニクロム系薄
膜抵抗体に比べて充分小さく、最本安定度の＾いとされ
ている窒化タンタル薄膜抵抗体よりも小さい値となって
いる。また、第５図は第４図に際Ｌ２て用いたものと同
一条件の抵抗体の耐湿負旬＃館試験結果を示したもので
、第４図と−１様に試験時１ｉｊｊｔ（ｈｒｓ）に対し
て比抵抗変化率Δρ／ρ（％）をプロットしてあり、ニ
クロム系薄膜抵抗体及び電化タンタル博膜抵仇体に対す
る結果も示しておる。試ｋ１１条件はＮ内編度４０±２
℃、槽内ｔ１１ａｔｌ相ヌ・Ｊ湿表フ９０〜９５ｑｂ、
１／４　Ｗ定格負荷で１．５　ｈｒａ　ＵＮ　、　０．
５　ｎｒｓ　ＯＦＦ　ノＭｆｔａｍｔＬ　１．タモので
める。

この図でわかるように、本発明による薄膜抵抗体の耐浸
負荷寿命試験での比抵・抗質化率△ρ／ρ１はニクロム
系薄膜抵抗体に比べて光分小さく、厳を安定度の篩いと
さｎ、１いる電化タンタル薄膜抵抗体よりも小さい櫨と
なっている、 このように本発明による抵抗体に通常の負荷に対してば
かりでなくｔｒｍ負何Ｖこも尚い女足匿を呈ｆ　４０−
ｔ’るるか、高耐湿性はシリコンにタンタルを含有させ
て窒素雰囲気中で成膜させたものを大気中中熱処理する
ことによって完全な酸化膜が形成されるためであると推
定される。

以上説明したように本発明は、タンタルに２０〜ＳＯＢ
子係のシリコンを含むメンタル・シリコンを窒素雰囲気
中で成膜して得られたタンタル・シリコン・ｉｊ！累合
金合金薄膜いて抵抗体を構成したので、従来の薄膜抵抗
体に比べてきわめて広い比抵抗のものを容易に得ること
ができる。また８５０℃以下で熱処理したものは抵抗温
度係数が改善され、かつそのバラツキを小さくすること
が口Ｊ能であり同時に薄膜抵抗体の安定性を看しく向上
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のタンタル・シリコン・輩本薄膜抵抗体
のシリコン含有率に対する比抵抗と抵抗ｍ［係数との関
係を示す特性図、第２図および第３図はそれぞれ１１１
索分圧を異ならしめ８た薄膜抵抗体の熱処理による比抵
抗および抵抗温度係数の変化を示す図、第４図および第
５図はそれぞれシリコン含有量７２原子係の薄膜抵抗体
の負荷寿命試験及び耐湿負荷寿命試験における比抵抗変
化率と他の合金薄膜抵抗体との比較を示す図でるる。 図中ρは比抵抗、’ｒａｎは抵抗ｍ度係数、人、Ｂはそ
れぞれ比抵抗ρ、抵抗温度係数を示す曲線、Ｔは熱処理
温度、ｔは時間、Δρ／ρは比ａ抗質化率である。 代理人　弁理士　　守　谷　−雄 ＃７４　回 ｆｏｏ　　　ｍ　　　　５）０　１０００ｔ　（ｈｒｓ
） １００　　２００　　　５００　　１０００ｔ（ｈｒｓ
）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、不質的に２０〜８０原子係のシリコンを含むメンタ
   ル・シリコンを最大分圧０，５Ｘ１０−”〜８×１０−
   ’Ｔｏｒｒの窒素を含む雰囲気中にて地膜して。 得られるタンタル・シリコン・ｉａｘ合金博展を用いて
   構成したことを特徴とするタンタル・シリコン・ｗ１累
   薄膜抵抗体。 ２、本質的に２０〜８０原子係のシリコンを含むタンタ
   ル・シリコンを最大分圧ｏ、　５　Ｘ　１０’〜８×１
   ０−’Ｔｏｒｒの窒素を含む雰囲気中にて成膜して得ら
   れるタンタル・シリコン・輩素會金薄膜を８５０℃以下
   の鵬度で熱処理したものを用いて構成したことを％黴と
   するタンタル−シリコン・＊＊Ｓ展抵仇体。