JP2577969B2

JP2577969B2 - 薄膜抵抗体

Info

Publication number: JP2577969B2
Application number: JP63222700A
Authority: JP
Inventors: 秀哉山寺; 賢川畑; 進杉山; 康訓多賀
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1988-09-06
Filing date: 1988-09-06
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPH0271501A

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タルのよ
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／□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（−30〜120
℃）での抵抗温度係数は、±50ppm/℃以上であった。ま
た、通常のICプロセスでの400〜500℃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400〜500℃
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℃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。

（本発明の説明）本発明は、シリコン30〜45重量％、クロム50〜68重量
％、チタン２〜15重量％からなる合金からなり、膜厚が
50Å以上、500Å未満であ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（℃）、Ｒ（Ｔ）：温度Ｔにおける抵抗
値（Ω）、α：第１次抵抗温度係数、β：第２次抵抗温
度係数）前記抵抗温度特性を示す式は如何のようにして誘導す
る。抵抗Ｒと温度Ｔとの関係は、一般にＴの２次関数で
近似される。すなわち、Ｒ（Ｔ）＝ａ＋bT＋cT²＝ａ（１＋ｂ′Ｔ＋ｃ′T²）と
なる。ここで、ａ、ｂ、ｃは、抵抗材料による固有の定
数である。上式では、温度の基準を０℃として定数ａ、
ｂ′、ｃ′が求められる。しかし、実際は、室温（25
℃｝の抵抗値を基準に抵抗変化を表した方が実用上使い
やすい。そこで、室温（25℃）の抵抗値Ｒ（25）を基準
に、温度の１次の項の抵抗変化率をα、温度の２次の項
の抵抗変化率をβとすると、上式はＲ（Ｔ）＝Ｒ（25）［１＋α（Ｔ−25）＋β（Ｔ−25）^２］と変換される。ここで、αを第１次抵抗温度係数、βを
第２次抵抗温度係数と定義した。αの物理的意味は、室
温を基準とした抵抗温度特性の傾きであり、βの物理的
意味は、室温を基準とした抵抗温度特性の放物線の曲が
りの大きさに相当する。

従来はαが小さければ抵抗変化が小さく特性が優れて
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400〜500
℃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。

本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、50〜68wt％の範囲が望ましい。クロ
ム含有量が50wt％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68wt％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。

チタン含有量は、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15wt％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、50〜500Åの範囲が望ましい。膜厚が50Å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，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
5000Å）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、抵抗パターンをエッチングによ
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℃、30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℃から15
0℃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）^２ …（１）（但し、Ｔは温度（℃）、Ｒ（Ｔ）：温度Ｔにおける抵
抗値（Ω）である。）抵抗経時変化は、150℃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、
Si−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℃
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13wt
％、シリコンをそれぞれ本発明の組成範囲外である58wt
％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、制御性良く良好な特性の
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次抵抗温度係数の関
係を示す図、第２図は、薄膜抵抗体の膜厚と第２次抵抗
温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。

フロントページの続き合議体審判長石田惟久審判官平瀬博通審判官紀俊彦 (56)参考文献特開昭57−7103（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン30〜45重量％、クロム50〜68重量
％、チタン２〜15重量％からなる合金からなり、膜厚が
50Å以上、500Å未満であることを特徴とすることを特
徴とする薄膜抵抗体。