JPH08264304A - CrSi抵抗薄膜を含む抵抗素子 - Google Patents
CrSi抵抗薄膜を含む抵抗素子Info
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Abstract
ることを可能とする抵抗素子を提供する。 【解決手段】 基板上に設けることができ、少なくとも
1つはCrSiを主成分とする1又はそれ以上の抵抗薄
膜から成る抵抗素子であって、該CrSiを主成分とす
る抵抗薄膜は5〜50%のCr、10〜70%のSi、
5〜50%のOと、1〜50%の濃度のB,C及びNか
ら成る群より選ばれる少なくとも1つの元素とを含むこ
とを特徴とする抵抗素子である。
Description
じて設けることのでき、少なくとも1つはCrSiを主
成分とする1又はそれ以上の抵抗薄膜から成る抵抗素子
に関する。
求に合致するのみならず、幾何学的寸法と熱損失の点に
おける傾向にも適合する、高い抵抗を有する精密抵抗素
子が必要とされている。熱損失は、高抵抗素子を使用す
ることにより低減させることがてきる。幾何学的寸法が
約1mmの抵抗素子であるとともに、抵抗値が>1MΩで
あることが要求される。
(円筒状抵抗素子の場合はらせん構造、平坦な抵抗素子
の場合は曲がりくねった構造)、抵抗薄膜の基本値は、
特定の最終値が得られるという方法で変化させることが
できる。安定性の理由から、最小の薄膜厚みと同様、最
小の通路幅が観察されるべきであり、従って最も高い可
能な基本値/最終値の比は、抵抗素子の幾何学的寸法に
より制限される。その結果、両方の要求、即ち小さい物
理的大きさ及び低い熱損失は、最も高い可能な抵抗を有
する抵抗薄膜材料を用いることによってのみ達成され得
る。
膜クロム−シリコン−炭素抵抗材料の形態の良好な抵抗
材料が提案されており、該材料は、約25〜35重量%
のクロム、約40〜55重量%のシリコンと約20〜3
0重量%の炭素を含み、これは、800以上1200オ
ーム/インチ2 の抵抗値、200ppm /Kより低い抵抗
の温度係数と、前記抵抗値の0.1%以下のトリミング
安定性と絶対寿命により特徴づけられる。
のTCR、例えば±100ppm /Kを得ることを可能と
する抵抗素子を提供するものであり、これを用いること
により、特に幾何学的寸法が約1mmであるとともに、1
MΩのオーダーの高い抵抗値を有する抵抗素子に関して
は、1回のコーティングサイクルで抵抗値の広がりを可
能とし、同様に、コーティングサイクルからコーティン
グサイクルへの特定な抵抗値の再現性と、従って従来の
コーティングプロセスに比較してコーティングプロセス
の効率が改善される。
要に応じて設けることができ、少なくとも1つはCrS
iを主成分とする1又はそれ以上の抵抗薄膜から成る抵
抗素子であって、CrSiを主成分とする抵抗薄膜は5
〜50%のCr、10〜70%のSi、5〜50%のO
と、1〜50%の濃度のB,C及びNから成る群より選
ばれる少なくとも1つの元素とを含むことを特徴とする
本発明により達成される。
とする薄膜への、酸素及び炭素又は酸素及び窒素又は酸
素及び炭素及び窒素の反応性組み込みに基礎を置く。か
かる抵抗素子は、極めて小さい広がりと、抵抗値の非常
に優れた再現性とを示すことを特徴とする。更に、これ
は、ほとんどOppm /K(ρTCR.O )から100,00
0μΩcmを超えるまでの抵抗値を伴なう高い抵抗を有す
ることを特徴とする。従って、前記素子は、厳しい気候
状の歪及び電気的歪に関して高抵抗精密抵抗素子として
使用するのに極めて適するものである。更に、前記素子
は耐温度性があり、従って約500℃の温度でも、素子
の酸化は無視できるほど小さい。更に、TC100範囲
で焼戻すことができる。薄膜技術により表面抵抗体とし
て製造される場合には、次の値が得られる:R>20k
オーム/□(これは薄膜厚みが100nmでの>200,
000μオームの抵抗に相当)及びTCR<100ppm
/Kである。
〜40%のCr、10〜30%のSi、10〜40%の
Oと、1〜40%の濃度のB,C及びNから成る群より
選ばれる少なくとも1つの元素とを含むことを特徴とす
る抵抗素子が好ましい。
を主成分とする抵抗薄膜が、25〜35%のCr、15
〜25%のSi、20〜30%のOと、1〜30%の濃
度のB,C及びNから成る群より選ばれる少なくとも1
つの元素とを含む。
〜30%のCr、20〜60%のSi、20〜50%の
Oと、1〜40%の濃度のB,C及びNから成る群より
選ばれる少なくとも1つの元素を含むものも好ましい。
〜20%のCr、35〜45%のSi、20〜30%の
Oと15〜25%のCとを含むものが特に好ましい。
1〜20%の水素を含むものも好適である。
Fe,Al,W,Mo,Ti,Ru又はCuを含むこと
も好適である。その結果、抵抗素子の防湿性は改善され
る。
は、10nm〜10μm の範囲であることが好適である。
N,Si,SiC,Si3 N4 及び/又はSiO2 から
成る。
項を、次の実施例を参照して明らかにする。本発明の抵
抗素子は、個別の素子又は集積された素子であることが
可能である。一般的には基板及びターミナル上の1つ又
はそれ以上の抵抗薄膜から成る。本発明の抵抗薄膜に
は、クロム、シリコン、酸素及び、ホウ素と炭素と窒素
から成る群より選ばれる少なくとも1つの元素とを含
む。この場合、酸素、ホウ素、炭素及び窒素は、酸化、
ホウ化、炭化若しくは窒化結合、又は元素混在物の形態
で薄膜中に存在する。
は、本発明の抵抗薄膜又は、従来の薄膜と前記薄膜との
組み合わせによってのみ得られる。本発明の前記抵抗薄
膜は、例えば、Ni,Co,Fe,Al,W,Mo,T
i,Ru又はCuを含む抵抗薄膜と組み合わせることが
できる。
る。前記基板はAl2 O3 ,BN,AlN,Si,Si
C,Si3 N4 及び/又はSiO2 から成ることができ
る。基板に適用する薄膜の厚みは、一般的に10nm〜5
0μm であり、好ましくは50〜500nmの範囲であ
る。
真空蒸発のような従来の薄膜堆積方法手段により基板上
に堆積することができる。しかし、好ましくは、該薄膜
を反応性陰極スパッター(反応性スパッター)により設
ける。反応性陰極スパッターの間に、クロム及びシリコ
ンを、固体ターゲットのイオンボンバードにより物理的
にスパッターする。O,C,B及びN元素を、ガス状出
発化合物として堆積チャンバ内に導入する。これらのガ
ス状出発化合物をプラズマ活性化により励起し、物理的
にスパッターされるCr及びSiとともに基板上に堆積
される極めて反応性のある粒子を形成する。このよう
に、反応性陰極スパッタープロセスは、PVDとCVD
との組み合わせである。
化物又はO,C,B,Nの元素の他の固体化合物を含む
ターゲットを、イオンボンバードにより物理的にスパッ
ターする方法も用いることができる。前記方法において
は、同じ組成又は異なるCr x Siy 組成を有する1又
はそれ以上のターゲットを用いる。代わりに、同じか又
は異なるCrx Siy Rz組成を有する1又はそれ以上
のターゲットを用いることができる。前記式中において
Rは、O,B,C,N又はH,Ge,Ni,Co,F
e,Al,W,Mo,Ti,Ru又はCuのような上記
元素の1つ又はそれ以上のものである。ターゲット中の
0%〜100%(相対)の間のSi含量を、Geで置換
することができる。特に酸素含有Crx Siy Oz −サ
ーメットターゲットは適切であることが明らかとなっ
た。
x:y組成は0:100〜100:0の範囲であり、好
ましくは20:80〜60:40である。30:70〜
50:50範囲の組成のものが極めて適切であることが
明らかとなった。Crx SiyRz ターゲット材料を用
いた場合には、x:yは上記組成に相当し、(x+
y):zは0:100〜100:0、好ましくは90:
10〜50:50の範囲にある。
N,Si,SiC,Si3 N4 及び/又はSiO2 のよ
うな基板上へ、反応性ガス含有雰囲気中で実施する。C
rx Siy Rz ターゲット材料を用いた場合には、前記
雰囲気は反応性ガスを含有する必要はない。
性ガスは、二酸化炭素(CO2 )、一酸化炭素(C
O)、笑気ガス(N2 O)、一酸化窒素(NO)、二酸
化窒素(NO2 )又は、ヘキサメチルジシロキサン(H
MDSO)、(CH3 )3SiOSi(CH3 )3 )又は
ヘキサメチルシクロトリシロキサン(HMCTSO,
((CH3 )2 SiO)3 )のような酸素−、水素−及
びシリコン−含有反応性ガスである。水(H2 O)と比
較して、前記反応性ガスは、冷たい表面で吸着される傾
向は極めて少ないという利点を有し、従って、堆積プロ
セスの間一定である反応性ガス分圧を問題なく、例えば
ガス流制御装置により設定することができる。
させるために、分子状酸素(O2 )及び/又は水(H2
O)を上記反応性ガス又は反応性ガス混合物に添加する
ことができ、これらは、酸素が他の元素と結合している
反応性ガスのタイプから少なくとも構成される。堆積す
べき抵抗薄膜の炭素−及び/又は窒素−及び/又はホウ
素含量を増大させるために、炭化水素(Cx Hy )及び
/又は分子状窒素(N 2 )及び/又はアンモニア(NH
3 )及び/又はトリメチルボラゾールTMB、(C
H3 )3 B3 N3 )のような他の反応性ガスを上記反応
性ガス又は反応性ガス混合物に添加することができ、こ
れらは、酸素が他の元素と結合している反応性ガスのタ
イプから少なくとも成る。
後処理手段により予めエージングすることができる。前
記後処理は、通常200〜700℃で、空気又は保護性
ガス又は真空中で数時間、好ましくは400〜600℃
で、空気中2〜6時間の焼戻しプロセスにより実施す
る。更に焼戻し(結晶化)により生ずる薄膜構造の変化
は、TCRを、例えば±100ppm /Kに変化すること
を可能にする。
高周波スパッター装置中で反応性陰極スパッターにより
堆積する。ポンプ系は、ターボ分子ポンプ(300l/
s)と羽根型回転フォアポンプ(40m3/h)から構成
される。残留ガス圧は<10-5ミリバールであった。使
用する反応性ガスはCO2 であった。このCO2 ガス流
を1.1sccm(1分あたりの標準cm3 )に設定した。ア
ルゴンを不活性ガスとして使用して、プロセス圧力を2
・10-2ミリバールに設定した。これは約30sccmのア
ルゴンガス流に相当する。ターゲット(φ=150mm)
を、Cr(60%)及びSi(40%)から構成した。
約700Wのプラズマ電力での1時間のコーティングプ
ロセスで、1.4μm 厚みの薄膜が、セラミック−及び
シリコン基板上に堆積された、該堆積プロセス後、ファ
ンデルポーウ法(Van der Pauw′s 法)を用いてセラミ
ック基板上の測定をすると、抵抗は300,000μΩ
cmで、TCRは−1,430ppm /Kを示した。電子ビ
ーム微量分析(EBMH)により、薄膜は次の組成であ
ることが決定された: ・ Crが31% ・ Siが19% ・ O が26% ・ C が24%
は、抵抗は165,000μΩcm、TCRは−28ppm
/Kの測定値を示した。該焼戻しした後には、膜は次の
組成であることが決定された: ・ Crが30% ・ Siが20% ・ O が29% ・ C が21%
件及びコーティング装置中で、他の酸素−及び炭素−含
有CrSi膜を堆積する。
後には、フィルム膜厚は1.2μmとなった。抵抗は2
2,000μΩcm、TCRは−732ppm /Kであっ
た。空気中、600℃で3時間焼戻しした後には、抵抗
は28,500μΩcm、TCRは−52ppm /Kであっ
た。該焼戻しした後には、薄膜は次の組成であった: ・ Crが18% ・ Siが40% ・ O が26% ・ C が16%
ティング装置と、28%のクロムと72%のシリコンか
らなるターゲットを用いて、2種の抵抗薄膜を堆積し
た。 ・薄膜1:酸素を反応性ガスとして使用;O2 分圧=
0.070Pa ・薄膜2:二酸化炭素を反応性ガスとして使用;CO2
分圧=0.043Pa 他のコーティングパラメータは全て同じであった: ・ 不活性ガス:アルゴン ・ プラズマ電力:0.77kW ・ ターゲットバイアス:2.0kV ・ 基板バイアス:接地 ・ コーティング時間:1時間 ・ 基板:−電気的測定用に8個のAl2 O3 セラミッ
ク基板(10×10mm) −1個は約10cmの長さ及び約1cmの幅のストリップ
で、EBMAにより薄膜組成を決定するために使用され
る磨かれたシリ コンのストリップで
ある。
9μm 、薄膜2に関し1.5μm であった。基板の位置
の関数として、薄膜中の酸素含量の分布を図1に示す。
基板の位置の関数として抵抗値の分布を図2に示す。本
例は、同じコーティング条件下で、酸素の代わりに反応
性ガスとして二酸化炭素を用いた場合には、酸素含量の
横方向変化及び、従って同様に抵抗値の変化がかなり小
さいことを表している。
グ装置中で、28%のクロムと72%のシリコンから成
るターゲットを用い、2種の実験による抵抗薄膜を堆積
した: ・ 実験I:反応性ガス及び変動反応性ガス流として酸
素を使用 ・ 実験II:反応性ガス及び変動反応性ガス流として二
酸化炭素を使用
施例2と同様であった。図3は、予め決められた反応性
ガス流に関して得られる抵抗の依存性を示す。酸素含量
は、コーティングプロセスの間、基板電極の真中に位置
するシリコン基板上で測定した。抵抗は、コーティング
プロセスの間、基板電極の真中に位置するセラミック基
板上で測定した。
用した場合、酸素含量が、予め決められた反応性ガス流
の増加に従い連続的に増加すること、及びこの方法で高
い抵抗値が再現性良く得られることを表わしている。酸
素を二酸化炭素の代わりに反応性ガスとして使用する場
合には、酸素含量は約25%から65%に段階的に増加
する。この結果として、高い抵抗を有する抵抗薄膜を再
現性良く堆積できるかが疑わしくなる。
薄膜を、高周波スパッター装置中で反応性陰極スパッタ
ーにより堆積する。かかるプロセス中、バルク材料を使
用した。
/s)と羽根型回転フォアポンプ(30m3/h)から構
成される。残留ガス圧は、<3・10-6ミリバールであ
った。CO2 を反応性ガスとして使用した。
は、0.55sccmであった。アルゴンを不活性ガスとし
て使用して、プロセス圧力を2.5・10-2ミリバール
に設定した。ターゲットを、Cr(28%)及びSi
(72%)から構成した。堆積を、1.0kWのスパッ
ター電力で丸い酸化アルミニウムセラミックに実施し
た。164分のコーティング後には、11.9kΩ/□
の表面抵抗(100nmのフィルム厚での119,000
μオームに相当)及び−457ppm /KのTCRが得ら
れた。表面抵抗の広がりは16%であった。TCRの広
がりは53ppm /Kであった。空気中460℃で3時間
焼戻しした後には、24.7kΩ/□の抵抗(100nm
の膜厚での247,000μオームに相当)及び+21
ppm /KのTCRが得られた。表面抵抗の広がりは26
%であった。TCRの広がりは36ppm/Kであった。
2 の反応性ガス混合物を、他のコーティングサイクルで
使用した。反応性ガス流は、各々0.40sccmに設定し
た。165分のコーティングの後には、20.4kΩ/
□の表面抵抗(100nmのフィルム厚での204,00
0μオームに相当)及び−633ppm /KのTCRが得
られた。表面抵抗の広がりは20%であった。TCRの
広がりは46ppm /Kであった。空気中480℃で3時
間焼戻しした後には、48.7kΩ/□の表面抵抗(1
00nmの膜厚での487,000μオームに相当)及び
+18ppm /KのTCRが得られた。表面抵抗の広がり
は35%であった。TCRの広がりは56ppm /Kであ
った。
て、抵抗薄膜中の酸素含量を示す線図である。
て、抵抗薄膜の抵抗を示す線図である。
して、抵抗薄膜中の酸素含量を示す線図である。
て、抵抗薄膜中の抵抗を示す線図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 基板上に設けることができ、少なくとも
1つはCrSiを主成分とする1又はそれ以上の抵抗薄
膜から成る抵抗素子であって、該CrSiを主成分とす
る抵抗薄膜は5〜50%のCr、10〜70%のSi、
5〜50%のOと、1〜50%の濃度のB,C及びNか
ら成る群より選ばれる少なくとも1つの元素とを含むこ
とを特徴とする抵抗素子。 - 【請求項2】 CrSiを主成分とする抵抗薄膜は、2
0〜40%のCr、10〜30%のSi、10〜40%
のOと、1〜40%の濃度のB,C及びNから成る群よ
り選ばれる少なくとも1つの元素とを含むことを特徴と
する請求項1記載の抵抗素子。 - 【請求項3】 CrSiを主成分とする抵抗薄膜は、2
5〜35%のCr、15〜25%のSi、20〜30%
のOと、1〜30%の濃度のB,C及びNから成る群よ
り選ばれる少なくとも1つの元素とを含むことを特徴と
する請求項1記載の抵抗素子。 - 【請求項4】 CrSiを主成分とする抵抗薄膜は、1
0〜30%のCr、20〜60%のSi、20〜50%
のOと、1〜40%の濃度のB,C及びNから成る群よ
り選ばれる少なくとも1つの元素とを含むことを特徴と
する請求項1記載の抵抗素子。 - 【請求項5】 CrSiを主成分とする抵抗薄膜は、1
6〜20%のCr、35〜45%のSi、20〜30%
のOと、15〜25%のCとを含むことを特徴とする請
求項1記載の抵抗素子。 - 【請求項6】 CrSiを主成分とする抵抗薄膜は、更
に、1〜20%の水素を含むことを特徴とする請求項1
記載の抵抗素子。 - 【請求項7】 抵抗薄膜は、更に1〜5%のGe,N
i,Co,Fe,Al,W,Mo,Ti,Ru又はCu
を含むことを特徴とする請求項1記載の抵抗素子。 - 【請求項8】 CrSiを主成分とする抵抗薄膜の厚み
は、10nm〜10μm であることを特徴とする請求項1
記載の抵抗素子。 - 【請求項9】 基板はAl2 O3 、BN,AlN,S
i,SiC,Si3 N 4 及び/又はSiO2 から成るこ
とを特徴とする請求項1記載の抵抗素子。
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