JPS61245557A - 抵抗回路素子 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、基体上に少なくとも１つの微少抵抗体を設け
た抵抗回路素子に関し、特に、炭化ケイ素を主成分とす
る焼結体基体上に、前記基体なレーザ光照射などによっ
て改質して得られた微少抵抗群を設けた抵抗回路素子に
関する。

〔発明の背景〕

混成集積回路装置は、各種の情報を処理するエレクトロ
ニクス機器を構成する回路部品と１．て、大量に利用さ
れている。特に、回路の高機能化、高精度化、高速化へ
のニーズの高まりに伴ない、搭載素子数や回路の複雑さ
も増大している。

従来の混成集積回路装置では、一般にアルミナ配線基板
上に、能動素子及び受動素子を搭載し、所定の電気的機
能を持つ回路を構成している。これらの搭載素子の中に
は、トランジスタチップ、ＩＣチップ等圧代表される半
導体素子や抵抗素子のように、発熱を伴なう素子が多数
含まれる。

従来、抵抗素子としては、アルミナ基板上に配線ととも
に印刷焼成された厚膜抵抗体が多用されてきたが、近年
、「電子材料」第２２巻、第５号、第２８頁（１９８３
年）などの文献に開示されているヨウニ、シリコン基体
上に、ニクロムやタンタル系物質などからなる薄膜微少
抵抗群を集積したチップを、アルミナ基板上に搭載し、
もって上記ニーズに応えようとする展開がなされている
。

このような集積抵抗素子は、シリコン基板に熱酸化によ
って、形成した二酸化ケイ素絶縁層上に、蒸着によ膜形
成した抵抗膜および導体膜で構成した抵抗ネットワーク
であり、レーザトリミングにより抵抗値精度を高めたも
のである。

このような抵抗回路素子において、発熱を伴なう抵抗体
が、稼動時に安定した特性を維持するためには、発生し
た熱が効率的に放散されることが重要である。したがっ
て、微少抵抗群を乗積するナツプ基体は、熱伝導率の大
きいことが望ましい。

又、同基体は絶縁基体でなければならない、。

又、抵抗体は抵抗値を高精度に制御でき、しかも環境変
化、特に温度変化に対する安定性を有する（抵抗温度係
数が小さい）ことが漬ましい１゜更に好ましくは、高温
状態で抵抗体の変質（例えは、抵抗材が酸化されて、そ
の抵抗値や抵抗温度係数が変化すること）がなく、安定
的に所定の抵抗特性を有することが望まれる。

しかし、従来のニクロムやタンタル系物質々どな材料と
する抵抗体では、高温状態での酸化を防止することが困
難であり、酸化によってその抵抗値や抵抗温度係数が変
化することが避けられず、設計どおりの抵抗特性を得る
ことが難かしいという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、微少抵抗群を集積することができ、しかも放
熱性に優れ、特性の安定した抵抗回路素子を提供するこ
とを目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明抵抗回路素子は、炭化ケイ素を主成分とし、ベリ
リウム、酸化ベリリウム、窒化ホウ素の群から選択され
た少なくとも一種を添加物として含む焼結体からなる基
体上に、炭素と、ケイ素、ベリリウム、ホウ素の群から
選択された少なくとも１種の単体物質と炭素を除く上記
単体物質の酸化吻および窒化物のうちの少なくとも１種
の化合物とを含む組成物よりなる抵抗体を設けたことを
特徴とする。

ベリリウム、酸化ベリリウム、窒化ホウ素の少なくとも
１禰を添加物として含む焼結体炭化ケイ素は、熱伝導率
０．７　ａｄ／　℃・８−ｏｎ　（室温）、電気抵抗率
１０１ａρ副以上（室温）と、抵抗回路素子用絶縁基体
として好適な性質を有している。

本発明において最も特徴的な点は、上記絶縁基体自体の
表面を改質して抵抗体を形成することであり、絶縁基体
上に新たな抵抗体物質を輸送、被着せしめて得られた、
従来の抵抗回路素子とは本質的に異なる点である。　・ シ量として、０．１〜３．５重量％を含む室温の比抵抗
が１０１０ρ−以上である焼結体が好ましい。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す抵抗回路素子の４１部
俯轍図である。

基体３０は、酸化ベリリウムを１．５重量部含有した、
焼結体炭化ケイ素板である。同基体３０の表面部には、
同基体の改質によって形成された抵抗層１０が選択的に
設けられている。

選択形成された抵抗層１０の領域終端部には、蒸着法に
より被着された導体層２０が選択形成されている。また
、抵抗層１００表面には保護膜（図示せず）が設けられ
、抵抗層１０の性能安定化に寄与している３゜ 抵抗層ｌＯは、基体３０の表面にレーザ光を選択的に照
射し、基体が本来保有している絶縁体としての性質を、
以下に詳述するように、抵抗体としての性質に改質して
得られたものである。

抵抗層１０は、次のメカニズムによって改質される。

第２図は、酸化ベリリウム添加炭化ケイ素焼結体基体３
０の結晶組織の模式図である。

炭化ケイ素焼結体は、同図（、）に示すように、微細な
炭化ケイ素結晶粒３（１１、３０１が相互に焼結により
一体化されたものであり、各々の結晶粒界には、ベリリ
ウム濃度の高い領域３０２　、３０２が、酸化ベリリウ
ム又は炭化ケイ素粒内に拡散したベリリウムの形態にて
存在し、炭化ケイ素結晶粒３０１゜３０１を包囲してい
る。

このベリリウム濃度の高い領域３０２　、’　３０２が
、高い抵抗率を有し、基体３０全体に対して絶縁性を付
与する役割を担っている。

同図（ｂ）は、空気中で、前記基体３０にレーザ光を選
択照射し、前記基体を改質した後の状態を示す。レーザ
光照射された浅層部（図の上側Ｓ）の炭化ケイ素結晶粒
３０１は、高温に加熱されて一部昇華するが、他の一部
は遊離原子又は酸化物又は窒化物となる。

ここで言う遊離原子とは、遊離ケイ素や遊離炭素のこと
であり、そして酸化物とは酸化ケイ素や酸化炭素、窒化
物とは窒化ケイ素のことである。

このうち酸化炭素は、レーザ照射期゛間中に殆んどが飛
散してしまう。

又、浅層部粒界に存在していた高濃［領域３０２の酸化
ベリリウムも、レーザ光照射期間中に一部は昇華するが
、他の一部は酸化ベリリウム又は窒化ベリリウム又は遊
離ベリリウムとして残留する。

この結果、深層部の炭化ケイ素粒３０１及び高濃度領域
３０２上に、上記遊離原子、酸化物および窒化物から構
成される改質層、即ち抵抗層１０が、第２図（ｂ）に示
したように形成される。

本発明において、基体３０の代替物としては、ベリリウ
ムを添加した炭化ケイ素焼結体、窒化ホウ素を添加した
炭化ケイ素焼結体、酸化ベリリウム、ベリリウム、窒化
ホウ素を適宜重複して碓加した炭化ケイ素焼結体を使用
できる。

ベリリウム添加炭化ケイ素焼結体を用いた場合の、抵抗
層１０の生成メカニズムは、上記酸化ベリリウム添加基
体の場合と同様である。。

窒化ホウ素添加炭化ケイ素焼結体にあっては、炭化ケイ
素結晶相互の粒界又はその付近に、錯化ホウ素又は高濃
度のホウ素あるいは窒素を含む高抵抗領域が存在し、こ
の領域が基板全体としての絶縁性の付与に寄与している
。

レーザ光照射された浅層部のホウ素や窒素は、遊離ホウ
素、遊離窒素、窒化ホウ素の形態の１１μ、窒化シリコ
ン、酸化ホウ素等の形態で残留し、改質抵抗層１０を形
成する。

改質抵抗１−１０の抵抗値は、種々の手法によって制御
可能である。すなわち、例えば、（１）改質抵抗層の断
面積−、長さを調整する方法、（２）抵抗層の組成を調
整する方法 等によることができる。

藺ｍ１ｌｌ！　（１）及び（２）の方法による場合はと
もに、レーザ光のエネルギや照射時間（レーザ光走査速
度）の制御によって、そして特に、（２）の場合には、
レーザ光照射雰囲気を不活性ガス（Ｎ□Ｈｅ　、　Ｎｅ
　、　Ａｒ。

Ｋｒ　、　Ｘｅ　）に選ぶことや、基体３０の添加物質
濃度をあらかじめ選択しておくこと、等によって調整可
能である。

即ち、上記方法によれば、面積抵抗は、数オーム−数千
オーム／口と広範囲に調整できる。本発明者らの実験例
では、酸化ベリリウムを１．５重量部含有する炭化ケイ
素焼結体を基板３０として用い、空気中でレーザ光を照
射して得た厚さ約０．１μｍの抵抗層１０は、約１，５
キロオ一ム／口（室温）を有していた。

第１図において、前述のようにして、基体３０上に形成
された抵抗層１０は、同層領域終端部において、蒸着形
成されたクロム（０，１μｍ　）−ニッケル（０，５μ
ｍ　）−金（０，５μｍ　）・多層膜からなる導体層２
０を設けられる。この導体層２０は、抵抗層１０相互間
、あるいは抵抗回路素子が搭載される基板上配線との、
電気的接続に供せられる。

上記導体層２０の代替物としては、抵抗層１゜に接する
部分がクロム、チタニウム、アルミニウム、モリブデン
、タングステン、ニッケルの如キ金属で構成されている
ものが好適である。その理由は、抵抗層１０と導体層２
００間の接合性を高め、接触抵抗を小さくするのに、上
記金属が有効だからである。

これらの金属は、蒸着法の他、スパッタリング、Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法によっ
ても被着され、そして化学エツチング法、ミリング法、
リフトオフ法、マスク蒸着法によって、所望形状に成形
される。

基体３０及び抵抗層１０には、二酸化ケイ素膜からなる
保護膜（図示せず）が、スパッタリングによ）被着形成
されている。上記二酸化ケイ素保護膜は、抵抗層１０の
特性を外気の影替から保護する役割を担うものである。

前記保護膜４０は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウ
ム、窒化ケイ素、窒化ホウ素の如きセラミックス材料で
代替できる。

第３図は、上述した面積抵抗１．５キロオ一ム／口なる
典厘例における、抵抗層１０の温度特性を示すグラフで
ある。抵抗温度係数は、室温から１５０　Ｃまでの範囲
で約２０　ｐｐ＠／　℃と、曳い安定性を示している。

又、第１図の抵抗回路素子は一５５℃ないし＋１５０℃
の温度サイクルをａｏｏｏｏ回与えたときの抵抗値変化
は、初期値の±０．０１Ｘ以内であシ、温度変化に対し
て優れた耐力を有している。これは、抵抗層１０が基体
３０の改質により形成され、基体に強固に密着していて
、抵抗層１０の亀裂や剥離等を生じにくいためである。

本発明において、抵抗層１０は、必要に応じてトリミン
グ処理（抵抗層領域を増加したシ、レーザ光エネルギの
１４！１によシ改質抵抗層領域を減少させたりする）に
より、所定の抵抗値に近ずけられる。

トリミング処理は、上述した改質抵抗層ｌＯの形成と同
様のレーザ光照射によってなされるが、同処理による抵
抗値制御の精度は、目標抵抗値の±０．００５％にする
ことが可能である。このトリミング処理は、保護膜４０
を設ける前に実施されることが望ましい。

第１図に示した抵抗回路素子では、面積３■×３ｍ、厚
さ０．２５ｍｍの基体３０上に抵抗層１０を３３個搭載
して、抵抗網を形成している。この抵抗回路素子は、最
終的な使用形態の１として、配線を施したアルミナ基板
に他の回ｗＩ素子とともに搭載され、混成集積回路装置
の一部品に供される。

この搭載抵抗回路素子に１ワツトの電力を消費させたと
きの、素子基体３０の温度は、１５℃根度しか上昇しな
い。

これは、基体３０が高熱伝導性焼結炭化ケイ素材であっ
て、抵抗層ｌＯで発生した熱を基体内に効率的に広げ得
るため、アルミナ基板への熱伝達が良好になされるため
である。

本発明にいう抵抗回路素子は、炭化ケイ素焼結体基体３
０に抵抗層１ｏのみを設けた物に限らないことは当然で
ある。例えば、薄膜容量素子のような他の素子が、抵抗
層１０とともに基体３ｏ上に形成されていても、本発明
の抵抗回路素子である０ 又、炭化ケイ素焼結体基体３０がアルミナ配線基板の代
替物とを少い同基板上に抵抗層１０が形成され、ＩＣチ
ップ、チップコンデンサ等のような他の個別型搭載素子
や、同基板上に設けられた厚膜抵抗素子等とともに、混
成集積回路を形成するような物でおっても、本発明の抵
抗回路素子の一変形と解すべきである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次の効果が得られる。

（１）抵抗回路素子は、高熱伝導性炭化ケイ素を主成分
とする焼結体が母材基体となっているため、放熱性がよ
く、抵抗層の性能を高精度に維持できる０ （２）抵抗層は、上記基体の改質によって形成され、基
本に対して、優れた密着性を有しており、かつ熱膨張係
数が基体のそれと等しいため、温度変化に対して安定な
性能を有する。

（３）抵抗層の抵抗値を数オーム−数千オーム／口と広
範に制御でき、又抵抗温度係数を小さい値に保つ仁とが
できる。

（４）抵抗層は、基体にレーザ光を照射するだけで形成
されるため、抵抗回路素子の裏作が簡便である。

（５）抵抗層は、微少かつ占有面積が小さく、そして基
板の放熱性もよいため、基板上の抵抗層の集積密度を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の抵抗回路素子の要部俯緻図
、第２図は基体の改質によって抵抗層を形成する際のメ
カニズムを説明する拡大断面図、そして第３図は本発明
による抵抗層の温度特性を示すグラフである。 １０・・・抵抗層、２０・・・導体層、３０・・・基体
、３０１・・・炭化ケイ素結晶粒、３０２・・・高濃度
領域代理人弁理士　　平　木　道　人 第１図 第２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭火ケイ素を主成分とし、ベリリウム、酸化ベリ
   リウム、および窒化ホウ素の群から選択された少くとも
   １種を添加物として含む電気絶縁性焼結体基体に、該基
   体からなる抵抗体を設けたことを特徴とする抵抗回路素
   子。
2. （２）上記抵抗体が炭素、ケイ素、ベリリウム、ホウ素
   の群から選択された少くとも１種の単体と、ケイ素、ベ
   リリウム、ホウ素の酸化物および窒化物の群から選択さ
   れた少くとも１種の化合物とを含む組成物よりなること
   を特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の抵抗回路
   素子。
3. （３）前記抵抗体は、前記基体を選択的に改質すること
   によつて形成されたことを特徴とする前記特許請求の範
   囲第１項記載の抵抗回路素子。
4. （４）前記改質は、前記基体を選択的に加熱して行なわ
   れることを特徴とする前記特許請求の範囲第３項記載の
   抵抗回路素子。
5. （５）前記加熱は、レーザ光照射によつて行なわれたこ
   とを特徴とする前記特許請求の範囲第４項記載の抵抗回
   路素子。