JPS61245558A - 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〕 本宛明は、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、熱伝導性基体上に設けた
炭化ケイ素薄膜からなる微少抵抗群を有する抵抗回路素
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して、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。これらの搭載菓子の中に
は、トランジスタチップ、ＩＣチップ等に代宍される半
導体素子や、抵抗素子のように、発熱を伴なう素子が多
数含まれている。

従来は、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、抵抗素子として多用されてきたが、近年
、「１１子材料」、第２２巻、第５号、第２８頁（１９
８３年）などに開示されているよウニ、シリコン基体上
に、ニクロムやメ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。

前記文献に開示された集積抵抗素子は、シリコン基板に
、熱酸化によって二酸化ケイ素絶縁層を形成し、この二
酸化ケイ−絶縁層上に、蒸着にょ膜形成した抵抗膜と導
体膜で構成した抵抗ネットワークであり、レーザトリミ
ングによシ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、抵抗体
自体が抵抗値の温度依存性の小さいものであシ、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、抵抗体は抵抗温度係数の小さい材料で構成
されること、及びこの抵抗を集積するチップ基体は、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）ことが望ましい。更に好ましくは、高温状
態で抵抗体の変質（例えば、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などを材料と
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
ことが離かしいという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の欠点を改善し、微少抵抗
群を集積し、高温下あるいは温度変化のもとでも安定し
た抵抗特性を維持し、しかも放熱特性の面でも優れた抵
抗回路素子を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明抵抗回路素子は、高熱伝導性基体上に、炭化ケイ
素を主成分とする抵抗体を設けたことを特徴とする。

炭化ケイ素は、半導体としては周知の物質である。この
物質のエネルギギャップは２．６　ｅＶト、代表的な半
導体であるシリコン（１，１ｅＶ）に比べて格段に大き
い。このことは、炭化ケイ素が高温のもとで、安定した
電気特性を持つことを意味している。又、炭化ケイ素は
、化学的にも安定である。

これらの点から、炭化ケイ素は、発熱を伴なう抵抗体の
構成材料として、望ましい性質を有している。

本発明において、広範な抵抗値を高精度に制御できるよ
うにするためには、 （１）炭化ケイ素の結晶粒を可及的に微少にして、粒界
の接触抵抗を高めること、および （２）上記粒界に高抵抗の領域を形成すること、に留意
することが必要である。上記（１）　、　（２）によつ
て抵抗率の大きい薄膜抵抗体を得ることができる。

さらに具体的にいえば、上記薄膜抵抗体を得るため、基
板上に炭化ケイ素多結晶体をＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏ
ｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　　（ＣＶＤ　）法によって
、低温で被着せしめるのが望ましい。

Ｂｅとして、０．１〜３．５重量％を含む室温で１０１
０９傭以上の比抵抗を有する焼結体が好ましい。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明の第１実施例の抵抗回路素子の要部俯
敵図である。

基体３０は、酸化ベリリウムを１．５重量部含有した、
室温で電気絶縁性を有する焼結体炭化ケイ素板である室
温で１０”４２ｃｍ以上の比抵抗を有する。同基体の表
面部には、後述するような有機金属化合物の熱分解ＣＶ
Ｄ法によって形成した抵抗層１０が、選択的に設けられ
ている。

選択形成された抵抗層１０領域終端部には、蒸着法によ
シ被着された導体層２ｏが選択形成されている。また、
抵抗層１００表面には保賎膜（図示せず）が設けられ、
抵抗層１０の性能および特性安定化に寄与している。

抵抗層１０はつぎのような工程で作ることができる。

（１）輸送担体としてのへリウふガスとともに、反応チ
ャンバ内に案内された、有機金属化合物としての５ｔ（
ｃｕ２−ｃ三ＯＨ）、ガスを基体３０とともに加熱する
。上記有機金属化合物は、約４００℃で熱分解してＳｉ
Ｃ分子を生成する。

（２）このＳｉＣ分子は基体３０上に沈着される。沈着
されたＳｔＣ分子相互は、所持していたエネルギを消費
して結晶を構成する。

この場合、沈着されたＳＩＣ分子の所持エネルギが小さ
いと、結晶の成長（粒成長）が促進されにくくなる。し
たがって、熱分解温度が低いほど、基体３０上に沈着し
た炭化ケイ素（ＳＳＣ）は、結晶粒の微細な多結晶体な
いし多孔質体になる。

実施例において、基体３０は、ベリリヤ添加炭化ケイ素
焼結体であシ、同基体上に抵抗層ｌＯとしての炭化ケイ
素薄膜層が、熱分解温度４５０℃で、厚さ０．１μｍに
形成された。

本実施例において、ヘリウムガスは上記有機金属化合物
を反応チャンバ内に輸送する担体の役割を持つこと、及
び反応チャンバ内を非酸化性雰囲気に保つ役割を担うも
のであるが、これをアルゴン窒素、ネオン、クリプトン
、キセノン炭酸ガスの如き不活性ガス、あるいは水素、
−酸化炭素の如き還元性ガスに代えることも可能である
。

熱分解反応によって形成される炭化ケイ素薄膜層は、上
記基体３０の全面に被着される。この薄膜層の相対密度
は９１％であり、同層の面積抵抗は約１．５キロオ一ム
／口（室温、厚さ０．１μｍ）であった。

薄膜層の面積抵抗は、その厚さを調整するととによる他
に、結晶粒度の調整（熱分解温度の制＃）によって奄、
数オーム−数千オーム／口と広範囲に調整できる。

さらに、熱分解反応による炭化ケイ素薄膜層は、化学量
論比からずれを生じた組成比て形成することもできるが
、このような組成比の制御によっても面積抵抗値制御が
可能である。

基体３０上に被着された炭化ケイ素薄膜層は、所定の抵
抗網パターン並びに抵抗値を得るため、選択的に余剰領
域の薄膜層を除去されて、第１図に示したような抵抗層
１０が形成される。

抵抗層１０のパターンは、周辺領域の薄膜層を、イオン
ミリング法による乾式エツチングで除去することによっ
て、選択形成される。

第１図において、基体３０上に形成された抵抗層１０の
領域終端部には、蒸着形成されたクロム（０，１μｍ）
＝ツケル（０，５μｍ　）−金（０，５μｍ）多層膜か
らなる導体層２０が設けられる。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
板上配線と抵抗層１０との間の、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、種々の多層膜が考え
られるが、いずれにしても抵抗層１０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、ニッケルの如き金属で構成されていることが重
要である。これは、抵抗層１０と導体層２０の間の接合
性を高め、接触抵抗を／トさくするのに、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、ＣＶＤ
によって被着されることもでき、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
、所望形状に形成される。

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り、これら
を覆うように被着形成されている。

上記二酸化ケイ素膜は、抵抗層１ｏの特性を外気の影響
から保護する役割を担うものである。

前記保護膜は、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２図は、上述した面積抵抗１．５キロオ一ム／口の典
型例における、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℃ｔでの範囲で約
１５　ｐｐｗ℃　　と小さく、良い安定性を示している
。

又、第１図の抵抗回路素子に、−５５℃ないし＋１５０
℃の温度サイクルを３００００回与えたときの抵抗値変
化は、初期値の±０．０１　Ｘ以内であり、温度変化に
対して極めて優れた耐力を有している。

これは、抵抗層１０が基体３０と略一致した熱膨脹係数
の炭化ケイ素により形成され、基体との間の残留歪の小
さい一体化がなされていて、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
ング処理によシ、所望の抵抗値により近ずけられる。こ
のトリミング処理は、一般に用いられるレーザ光照射に
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−×３鵬、厚
さ０．２５−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つとして、配線を施したアルミナ基
板に他の回路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℃楊度しか上昇しな
い。

これは、基体３０が酸化ベリリウムを添加した高熱伝導
性炭化ケイ素焼結体（熱伝導率０．７（Ｏ１ｌ／℃・５
ｃｒｎ、室温）であって、抵抗層１ｏ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。

又、上記炭化ケイ素焼結体基体は、それ自体の比抵抗が
１０１１１Ω・副以上（室温）と大きく、嵐好な絶縁体
になシ得るため、電気回路を形成するのに特別な絶縁処
理を施す必要が無いという、副次的な利点を有する。

同様の熱伝導性、熱膨脹係数、絶縁性の点から、ベリリ
ウム又は窒化ホウ素を添加した焼結体炭化ケイ素も良好
な基体になり得る。

しかし、基体に特別な絶縁化処理を施すことは、本発明
に対して支障をきたすものではなく、熱膨脹係数が熱分
解炭化ケイ素抵抗層１０に略近似するとともに、熱伝導
率が高いという観点から、基体３０の代替物としてシリ
コン、ゲルマニウム、サファイヤ、スピネル、窒化アル
ミニウム、窒化ホウ素、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム
、酸化アルミニウム等を選択し得る。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

この実施例における抵抗層１０は、上記第１実施例にお
ける抵抗回路素子において、熱分解ＣＶＤによる炭化ケ
イ素層に、ベリリウムをドーピングした多結晶体ないし
多孔質体からなる。

上記べＩＪ　ＩＪウムドープ炭化ケイ素層は、上記第１
実施例の熱分解反応を進めるにあたり、炭化ケイ素源と
しての５ｔ（ＣＨ２−ＣミＣＨ）４ガスとともに、ドー
パント源としてのＢｅ　（ＣＨ！−Ｃ＝　ＣＨ）、ガス
を反応チャンバ内に導入し、４５０℃に加熱することに
よって得られる、。

この熱分解反応により生成されたＢｅ原子は、ＳｉＣ分
子とともに基体３０上に沈着するが、この際、ＳＩＣの
結晶粒界に、前記Ｂｅ原子が高濃度に沈着して、よシ高
抵抗な領域を形成する。

以上の如きベリリウムドープ炭化ケイ素抵抗層１０を有
する抵抗回路素子は、上述した第１実施例と同様の作用
効果を有するのみならず、この場合は、炭化ケイ素の結
晶粒制御に加えて、ベリリウムのドープ量制御により抵
抗調整が可能であり、抵抗回路素子設計の自由度、混成
集積回路装置設計の自由度を増すことができる。

本発明において、抵抗回路素子とは、炭化ケイ素焼結体
基体３０に抵抗層１ｏのみを設けたものに限らないこと
は当然である。例えば、薄膜容量菓子のような他の回路
素子が、抵抗層１０とともに、炭化ケイ素焼結体基体３
０又は他の代替基体上に形成されていても、本発明にい
う抵抗回路素子である。

又、炭化ケイ素焼結体又は他の代替物質からなる基体３
０は、上述した第１実施例におけるアルミナ配線基板の
代りにもなり得る。即ち、第１図の基体３０が配線基板
を兼ね、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あっても、本発明の抵抗回
路素子の一変形と解されるべきである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次の効果が得られる。

（１）抵抗回路素子の主要部を構成する抵抗層１０は、
電気的特性の安定した炭化ケイ素材を主成分とするので
、高温状態及び温度変化に対して安定な抵抗値を示す。

゛（２）抵抗値を炭化ケイ素の粒度やドープ材物質の　
゛添加によって広範な値に調整できるため、抵抗回路素
子や混成集積回路装置の設計の自由度が大きい。

（３）抵抗層が基体と略一致した熱膨脹係数を有してい
て、界面残留応力が小さく、そして界面が化学的に強固
に接合されているため、温度変化に対する耐力の大きい
抵抗回路素子が得られる。

（４）集積度の高い抵抗回路素子が得られる。

【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諏図
、第２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
代理人弁理士　　平　木　道　人 ＾＾Ｑ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱伝導性基体上に、炭化ケイ素を主成分とする抵
   抗体を固着形成したことを特徴とする抵抗回路素子。
2. （２）特許請求範囲第１項において、上記炭化ケイ素が
   多結晶質であることを特徴とする抵抗回路素子。
3. （３）特許請求範囲第２項において、上記炭化ケイ素の
   結晶粒界に高抵抗領域を配する如くに形成されたことを
   特徴とする抵抗回路素子。
4. （４）特許請求範囲第１項ないし第３項のいずれかにお
   いて、上記炭化ケイ素を主成分とする抵抗体が化学反応
   によつて形成されたことを特徴とする抵抗回路素子。
5. （５）特許請求範囲第１項ないし第４項のいずれかにお
   いて、上記抵抗体が熱膨脹係数の近似した基体上に設け
   られることを特徴とする抵抗回路素子。
6. （６）特許請求範囲第３項ないし第５項のいずれかにお
   いて、高抵抗領域はベリリウムから成ることを特徴とす
   る抵抗回路素子。