JPH06231909A - 抵抗器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部物理量によって抵抗率が変化する抵抗と
抵抗温度係数が小さい固定抵抗とを、製造工程を複雑に
することなく同一基板上に形成した抵抗器およびその製
造方法を実現する。 【構成】 シリコン半導体基板１１上面にシリコン酸化
膜１２を形成し、そのシリコン酸化膜１２をエッチング
する。シリコン酸化膜１２の上部から一様に強磁性体を
堆積する。シリコン酸化膜１２をエッチングした部分に
おいては上記強磁性体とシリコン半導体基板１１とが反
応して固定抵抗１４を形成し、シリコン酸化膜１２表面
においては上記強磁性体をエッチングして磁性体抵抗１
３とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外部物理量によって抵
抗率が変化する抵抗と固定抵抗とを同一基板上に形成し
た抵抗器およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】物理量の変化を検出する有用な手段とし
て、その物理量の変化に応じて抵抗率が変化する抵抗が
用いられることが多い。たとえば、磁気を検出する方法
のひとつとして、磁界の方向に応じて抵抗率が変化する
磁性体抵抗（以下、このような特性を持つ抵抗を、単に
磁性体抵抗と呼ぶ）を用いるものが知られており、その
ような磁性体抵抗としては、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系等の強
磁性体薄膜が利用されている。

【０００３】この強磁性体薄膜を用いた磁性体抵抗の抵
抗率は、その磁性体抵抗に流れる電流の方向と、その磁
性体抵抗に印加される外部磁界の方向の関係によって変
化する。すなわち、上記電流の方向と上記外部磁界の方
向とが互いに平行のとき抵抗率が最大となり、その２つ
の方向の間の角度が広がるにつれて抵抗率が減少してゆ
き、直角のとき最小になる。

【０００４】このような磁性体抵抗の特性を用いた一応
用例としては、角度測定センサへの応用が考えられる。
この場合には、たとえば磁性体抵抗の両端に定電流源を
接続しておき、外部磁界の方向変化によって生じる磁性
体抵抗両端の電位差の変化を測定すれば角度を求めるこ
とができる。しかしながら、上記外部磁界の変化によっ
て生じる電位差の変化は非常に小さく、ノイズなどの影
響によって誤差が生じやすいため、一般には、図３に示
すようなブリッジ回路が用いられている同図において、
ブリッジ回路１は４つの抵抗から構成されており、Ｒ１
およびＲ２が磁性体抵抗、Ｒ３およびＲ４が固定抵抗で
ある。ここで、磁性体抵抗Ｒ１，Ｒ２は、それぞれのパ
ターンが互いに直角方向に形成されている。また、電源
２はブリッジ回路１に定電圧を供給する電源であり、そ
の＋側がＲ１およびＲ３に接続され、−側がＲ２および
Ｒ４に接続されている。そして、アンプ３はブリッジ回
路１の出力を増幅する増幅器であり、Ｒ１とＲ２の中点
の電位がアンプ３の−端子に入力され、Ｒ３とＲ４の中
点の電位がアンプ３の＋端子に入力されている。

【０００５】ここで、Ｒ３およびＲ４は固定抵抗である
ので、それらの中点の電位は、アンプ３の基準電圧とし
て入力される。一方、Ｒ１とＲ２の中点の電位は、外部
磁界の方向変化に応じてＲ１およびＲ２の抵抗率がそれ
ぞれ変わるので変化する。そして、この電位の変化をア
ンプ３によって測定に適した大きさに増幅し、角度を求
める。

【０００６】ところで、上述の磁性体抵抗の一適用例に
示したように、磁性体抵抗を固定抵抗と共に利用するこ
とがしばしばある。この場合、素子の小型化やノイズの
影響を防ぐためには、これら磁性体抵抗と固定抵抗とを
同一基板上に形成することが望ましい。

【０００７】従来、同一基板上に磁性体抵抗と固定抵抗
とを形成するときは、まず基板上に磁性体抵抗を形成
し、その後に、固定抵抗を形成する方法（以下、従来例
１という）で行われていた。この従来例１において、固
定抵抗を形成するための材料は、抵抗の温度係数（抵抗
値の温度依存性）が小さいＴａ−Ｎ系抵抗やＮｉ−Ｃｒ
−Ｓｉ系抵抗などを用いている。このように、固定抵抗
を形成する材料として、磁性体抵抗を形成する材料と異
なる材料を用いて、同一基板上に磁性体抵抗と固定抵抗
とを形成していた。

【０００８】また、同一基板上に磁性体抵抗と固定抵抗
とを形成する他の方法としては、たとえば特開昭５８−
１０１４８３号公報（以下、従来例２という）が知られ
ている。従来例２においては、磁性体抵抗と固定抵抗と
を同じ磁性材料で形成している。そして、その磁性材料
を用いて固定抵抗を形成するときには、基板上での抵抗
形成をＸ方向とＹ方向のパターン長が等しい直角パター
ンとし、この形状の磁性材料の抵抗率が外部磁界の方向
に依存しない特性を利用して、固定抵抗としている。こ
のように、固定抵抗を形成するパターンを工夫すること
によって、単一材料で同一基板上に磁性体抵抗と固定抵
抗とを形成していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来例１の方法におい
ては、固定抵抗を形成する材料と磁性体抵抗を形成する
材料とが異なるので、それら抵抗を形成する工程が複雑
になってしまう。すなわち、まず磁性体抵抗を形成し、
その後に固定抵抗を形成するという２工程が必要となっ
ていた。さらに、製造工程が複雑になることに加えて、
磁性体抵抗および固定抵抗を形成するために２種類の材
料を必要とするので、製造コストが増大してしまうとい
う問題点があった。

【００１０】従来例２は、磁性体抵抗と固定抵抗とを同
じ磁性材料で形成するので、従来例１における、製造工
程が複雑になる点および製造コストが増大する点を解決
している。ところで、従来例２にように磁性材料を用い
て固定抵抗を形成する場合、一般に磁性材料の抵抗率は
小さいので、所望の抵抗値を得るためには、上記直角パ
ターンを長く引き回す必要がある。したがって、基板上
において固定抵抗を形成するための面積が増加し、素子
の小型化が困難になってしまうという問題点があった。

【００１１】また、上記磁性材料の抵抗の温度係数は比
較的大きいため、基準電圧や基準電流を作るための固定
抵抗としては、その特性に問題があった。本発明は上記
問題点を解決するものであり、その目的は、外部物理量
によって抵抗率が変化する抵抗と抵抗の温度係数が小さ
い固定抵抗とを、製造工程を複雑にすることなく同一基
板上に形成した抵抗器およびその製造方法を実現するこ
とである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１または２記載の
抵抗器は、半導体基板の上面に絶縁膜を有し、その絶縁
膜の表面に外部物理量（外部磁界）によって抵抗率が変
化する材料（磁性材料）から成る抵抗（磁性体抵抗）を
有し、さらに上記絶縁膜をエッチングした底面に上記材
料（上記磁性材料）と上記半導体基板とにより形成した
固定抵抗とを有する。

【００１３】請求項３または４記載の抵抗器の製造方法
は、半導体基板の表面に絶縁膜を形成する第１の工程
と、上記絶縁膜をエッチングする第２の工程と、上記絶
縁膜の表面および上記絶縁膜をエッチングした底面に外
部物理量（外部磁界）によって抵抗率が変化する材料
（磁性材料）を堆積させる第３の工程と、上記絶縁膜の
表面に堆積している上記材料（上記磁性材料）をエッチ
ングする第４の工程とを有する。

【００１４】請求項５記載の抵抗器の製造方法は、請求
項３または４記載の製造方法において、上記第３の工程
の後にアニールを行う第５の工程を有する。

【００１５】

【作用】本発明の抵抗器は、第１の工程において、半導
体基板上を熱酸化することにより上記半導体基板の上面
に絶縁膜が形成され、第２の工程において、その絶縁膜
をエッチングして固定抵抗を形成するパターンを選択的
に除去する。

【００１６】次に、第３の工程において、上記絶縁膜の
表面および上記絶縁膜をエッチングすることによって露
出した上記半導体基板上に、外部物理量（外部磁界）に
よって抵抗率が変化する材料（磁性材料）を一様に堆積
させる。この堆積工程時には、上記半導体基板上におい
て上記材料（上記磁性材料）と半導体基板とが反応を起
こし、抵抗の温度係数が小さい固定抵抗が形成される。
一方、上記絶縁膜上においては、上記材料（上記磁性材
料）と上記絶縁膜とは反応を起こさない。

【００１７】この第３の工程の後にアニールを行えば、
上記材料（上記磁性材料）と半導体基板との反応が促進
され、形成される固定抵抗の構造が安定する。さらに、
第４の工程において、上記絶縁膜の表面に堆積している
上記材料（上記磁性材料）をエッチングすることにより
抵抗（磁性体抵抗）のパターンを形成する。

【００１８】このようにして、同一半導体基板上に、外
部物理量（外部磁界）によって抵抗率が変化する抵抗
（磁性体抵抗）と抵抗の温度係数が小さい固定抵抗とが
形成される。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図１は、本発明の一実施例である抵抗器の
断面図である。

【００２０】同図において、シリコン半導体基板１１は
このシリコン半導体基板１１上に形成される抵抗パター
ン間を電気的に絶縁する程度の抵抗率を有する。また、
このシリコン半導体基板１１は、一般的な半導体装置を
形成する際に用いられるシリコン半導体基板であっても
よい。すなわち、シリコン半導体基板１１上に抵抗器と
集積回路とをいっしょに形成することも可能である。

【００２１】シリコン半導体基板１１の表面にはシリコ
ン酸化膜１２が形成されており、そのシリコン酸化膜１
２は選択的に溝状に除去されている。この溝状に除去さ
れているパターンは、紙面に垂直方向に長く形成されて
いる。

【００２２】シリコン酸化膜１２の表面には、磁性体抵
抗１３が選択的に紙面垂直方向に形成されている。この
磁性体抵抗１３は、外部磁界によって抵抗率が変化する
強磁性体であるＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系の薄膜から成り、そ
の抵抗率は３〜５μΩ・ｃｍ、抵抗の温度係数は３００
０〜４０００ｐｐｍ／℃である。

【００２３】シリコン酸化膜１２が除去された溝状部分
の底部には、シリコン半導体基板１１に浸食して固定抵
抗１４が形成されている。この固定抵抗１４は、Ｎｉ−
Ｃｏ−Ｆｅ系強磁性体とシリコン半導体基板１１とが反
応することによって形成されたシリサイドから成り、そ
の抵抗率は５０〜１００μΩ・ｃｍ、抵抗の温度係数は
３００ｐｐｍ／℃以下である。

【００２４】さらに、磁性体抵抗１３の端部にはＡｌ−
Ｓｉから成る電極１５が形成されており、固定抵抗１４
の端部にはＡｌ−Ｓｉから成る電極１６が形成されてい
る。次に、図２（ａ）〜図２（ｄ）を参照しながら上記
抵抗器の製造方法を説明する。

【００２５】まず、図２（ａ）において、シリコン半導
体基板１１を約１０００℃の酸素雰囲気中で熱酸化する
ことによって、その表面に一様にシリコン酸化膜１２を
形成する。このシリコン酸化膜１２の膜厚は約１０００
０Åである。

【００２６】次に、図２（ｂ）において、シリコン酸化
膜１２をエッチングする。ここでエッチングするパター
ンは、シリコン半導体基板１１上に形成する固定抵抗の
パターンであって、ネガ型の固定抵抗パターンの形成で
ある。そして、このエッチングされた部分では、シリコ
ン半導体基板１１が露出している。

【００２７】続いて、図２（ｃ）において、Ｎｉ−Ｃｏ
−Ｆｅ系の強磁性体を、シリコン半導体基板１１の上面
からスパッタリング法等により一様に堆積させる。スパ
ッタリング法以外にも、たとえば真空蒸着法やＣＶＤ法
で上記強磁性体を堆積させることも可能であるが、Ｎｉ
−Ｃｏ−Ｆｅの合金組成比を一定に保ちながら堆積させ
る点においてはスパッタリング法が適している。このよ
うにして、シリコン酸化膜１２表面およびシリコン酸化
膜１２をエッチングしたシリコン半導体基板１１上に強
磁性体を堆積させる。

【００２８】シリコン酸化膜１２表面では、Ｎｉ−Ｃｏ
−Ｆｅ系強磁性体とシリコン酸化膜とが反応することは
なく、シリコン酸化膜１２の上面に強磁性体薄膜（図
中、符号１３）が形成される。この強磁性体薄膜の膜厚
は３００〜３０００Åで形成されるが、膜厚が薄い程感
度（感磁界強度）が良く、用途に応じて設定される。

【００２９】一方、シリコン酸化膜１２をエッチングし
たシリコン半導体基板１１上においては、スパッタリン
グ法ではシリコン半導体基板１１全体が２５０〜３００
℃に加熱されているので、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系強磁性体
がシリコン半導体と反応してシリサイド（符号１４：右
下りハッチング部）を形成し、その上部にＮｉ−Ｃｏ−
Ｆｅ系強磁性体（符号１４ａ：右上りハッチング部）が
一部残るようになる。

【００３０】この後、窒素雰囲気中または真空中で、４
５０℃，３０分間アニールを行う。このアニールによっ
て、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系強磁性体とシリコン半導体との
シリサイド形成が促進され、シリサイド構造が安定す
る。ところで、スパッタリング法で強磁性体を堆積させ
た場合には、一般にアルゴンイオンをターゲット（強磁
性体）に衝突させているが、このアルゴンイオンが強磁
性体といっしょにシリコン酸化膜１２の上面に堆積され
てしまう。上記アニールは、シリコン酸化膜１２の表面
に形成された薄膜からアルゴンを放出させるので、強磁
性体が構造緩和することによって磁気特性を向上させる
効果もある。

【００３１】次に、図２（ｄ）において、磁性体抵抗パ
ターンを形成するために強磁性体薄膜をエッチングす
る。このエッチングでは、シリコン酸化膜１２の表面で
磁性体抵抗となる部分の強磁性体薄膜を残して、シリコ
ン酸化膜１２の表面の他の部分の強磁性体および形成さ
れたシリサイド上の残留強磁性体（図２（ｃ）の符号１
４ａ）を除去する。

【００３２】図２（ｄ）に続いて、Ａｌ−Ｓｉから成る
電極を形成する。この電極形成はスパッタリング法など
で行い、磁性体抵抗１３の端部および固定抵抗１４の端
部にＡｌ−Ｓｉを堆積する。そして、オーミックコンタ
クトを得るために、４００〜５００℃の不活性ガス雰囲
気中でシンタリングを行う。このシンタリングは、図２
（ｃ）において説明したアニールと同様に、シリサイド
の構造を安定させる効果がある。

【００３３】この後、特に図示していないが、磁性体抵
抗１３および固定抵抗１４などの上部に保護膜を形成す
る。以上のようにして、同一工程で１つの材料（強磁性
体）を堆積することによって磁性体抵抗１３および固定
抵抗１４を形成するので、製造工程が簡単になり、かつ
製造コストが低下する。

【００３４】このような、同一基板上に磁性体抵抗１３
および固定抵抗１４を形成する適用例としては、従来の
技術として図３を用いて説明した磁気検出用のブリッジ
回路１がある。すなわち、図３のブリッジ回路１におい
て、Ｒ１およびＲ２として磁性体抵抗１３を形成し、Ｒ
３およびＲ４として固定抵抗１４を形成する。また、上
述したように、シリコン半導体基板１１は一般的な半導
体装置を形成する際に用いられるシリコン半導体基板で
あってもよいので、シリコン半導体基板１１上にＲ１〜
Ｒ４とともにアンプ３を形成することも可能である。

【００３５】さらに、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系強磁性体とシ
リコン半導体とのシリサイドの抵抗温度係数は３００ｐ
ｐｍ／℃以下であり、一般的なＩＣプロセスで利用され
ている拡散抵抗の抵抗温度係数が約２０００ｐｐｍ／℃
であることと比べて小さいので、ＩＣ内の固定抵抗とし
て拡散抵抗の代わりに上記シリサイドを用いることも有
用である。

【００３６】なお、上記実施例においては、外部磁界に
よって抵抗率が変化する磁性体抵抗と固定抵抗とを同一
基板上に形成する例を示したが、本発明はこれに限るこ
とはなく、他の物理量によって抵抗率が変化する抵抗と
固定抵抗との組合せであってもよい。これは、図２
（ｃ）に示す工程において、適当な材料を堆積させ、そ
の他の工程においては上記実施例と同様の手法を行うこ
とによって実現できる。

【００３７】たとえば、外部物理量として歪みを検出す
る装置に本発明を適用する場合には、図２（ｃ）に示す
工程において、Ｃｕ−Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ，Ｎｉ−Ｃｒ−
Ｓｉ系などの材料を堆積させることによって歪みゲージ
を実現できる。また、温度を検出する装置に適用する場
合には、図２（ｃ）に示す工程において、Ｎｉ系などの
材料を堆積させることによって温度センサを実現でき
る。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、外部物理量によっ
て抵抗率が変化する材料をシリコン酸化膜の表面に堆積
することにより抵抗を形成し、その同じ材料を同一工程
でシリコン半導体基板上に堆積することにより固定抵抗
を形成するようにしたので、外部物理量によって抵抗率
が変化する抵抗と固定抵抗とを同一基板上に形成するた
めの工程が簡単になり、また、コストを低下させること
ができる。さらに、上記材料とシリコン半導体基板とが
反応することによって形成されるシリサイドは、抵抗の
温度係数が小さく固定抵抗として優れた特性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である、同一基板上に磁性体
抵抗と固定抵抗とを形成した抵抗器の断面図である。

【図２】図１に示した抵抗器の製造方法を説明する製造
工程図である。

【図３】同一基板上に磁性体抵抗と固定抵抗とを形成し
た抵抗器の適用例を示す図である。

【符号の説明】

１１ シリコン半導体基板 １２ シリコン酸化膜 １３ 磁性体抵抗 １４ 固定抵抗

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の上面に絶縁膜を有し、該絶
   縁膜の表面に外部物理量によって抵抗率が変化する材料
   から成る抵抗と、前記絶縁膜をエッチングした底面に前
   記材料と前記半導体基板とにより形成した固定抵抗とを
   有することを特徴とする抵抗器。
2. 【請求項２】 前記材料は外部磁界によって抵抗率が変
   化する磁性材料であることを特徴とする請求項１記載の
   抵抗器。
3. 【請求項３】 半導体基板の表面に絶縁膜を形成する第
   １の工程と、 前記絶縁膜をエッチングする第２の工程と、 前記絶縁膜の表面および前記絶縁膜をエッチングした底
   面に外部物理量によって抵抗率が変化する材料を堆積さ
   せる第３の工程と、 前記絶縁膜の表面に堆積している前記材料をエッチング
   する第４の工程とを有することを特徴とする抵抗器の製
   造方法。
4. 【請求項４】 前記材料は外部磁界によって抵抗率が変
   化する磁性材料であることを特徴とする請求項３記載の
   抵抗器の製造方法。
5. 【請求項５】 前記第３の工程の後にアニールを行う第
   ５の工程を有することを特徴とする請求項３または４記
   載の抵抗器の製造方法。