JPS6028125B2

JPS6028125B2 - 炭化物膜抵抗体の製造方法

Info

Publication number: JPS6028125B2
Application number: JP55085541A
Authority: JP
Inventors: 一志山本; 彪長井; 郁夫小林
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1980-06-23
Filing date: 1980-06-23
Publication date: 1985-07-03
Also published as: JPS5710909A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、電気絶縁性基板面上に炭化物抵抗体材料をス
パッタリングにより薄膜形成せしめる炭化物膜抵抗体の
製造方法に関したものである。

従来よりこの種スパッタリングは、種々の材料たとえば
導電体、半導体、誘電体、、絶縁体材料などのターゲッ
ト材料を薄膜化して、抵抗、コンデンサーなど電子部品
を製造する一方法として利用されていることは衆知であ
る。スパッタリングは、イオン化したガス分子が、電界
により加速されターゲット電極（材料）に衝突しターゲ
ット材料が、分子あるいは原子状で放出される現象であ
る。

スパッタリングは、反応を抑止する普通のスパッタリン
グと、反応性（又は化学的）スパッタリングとに大別さ
れる。前者は、スパッタガス雰囲気を特に不活性な雰囲
気にするため希ガスを用いる方法で、少なくとも形成さ
れた生成膜がターゲット材料と類似の組成で得られる。

後者は、スパッタリングのさし、の反応性ガスの効果を
積極的に利用するもので、反応性ガスを含むスパッタガ
ス雰囲気でスパッタリングする方法である。

この生成膜の多くは、酸化物、窒化物などの状態で得ら
れ、少なくとも電気的には絶縁体もしくはそれに近いも
のが多い。例えば、前述の誘電体材料をスパッタリング
してＴａ２０５，Ｓｉ０２，Ｓｉ３Ｎ４，Ｔｉ０２など
の薄膜誘電体を得る場合に広く知られている。これらの
体積抵抗率は、少なくとも１び３０伽以上である。また
、これらの反応性ガスには酸素、窒素などがよく用いら
れ、通常、希ガスと５仇ｏｌ％以上の割で添加されてい
る。

また、半導体に属す炭化物抵抗体を薄膜化する場合は、
通常、普通のスパッタリングが用いられてし、た。

炭化物抵抗体の薄膜化の場合、通常基板温度７００午Ｃ
、高周波電力狐Ｗ、スパッタガス圧ＸＩＯ‐汀ｏｒｒ、
スパッタガス９９．９９９９％のアルゴン雰囲気中で、
スパッタ時間４〜８時間をしていた。これはＮＴＣサー
ミスタ特性を有した生成膜の形成法の例であるが、この
方法では比抵抗が大きく、さらにスパッタ室の残留ガス
などの影響を受けサーミスタの基本特性である抵抗値、
サーミスタ定数の安定化が非常に困難であった。また、
抵抗値のスパッタ時間依存性も、スパッタ時間により抵
抗温度特性が変化するのでより低い抵抗値を得鶏たかつ
た。すなわち、抵抗値は必ずしも膜厚に逆比例しないと
いう欠点があった。さらに所定の抵抗値に対する素子（
第１図参照）の形状は、膜の厚さと比抵抗との関係で決
定されることから、比抵抗の大きい場合、実用的抵抗値
範囲（５０めで測定のとき：１〜１００雌Ｑ）内で、小
型化した素子を得ることは難しかった。そのため材料、
エネルギー、人件費を多く費やすため、コストが高くつ
くという欠点を誘発していた。炭化物材料と不純ガスと
の反応生成物が絶縁体となるような不純ガスを多量に含
むスパッタ雰囲気中で炭化物抵抗体材料をスパッタリン
グした場合、不純ガスとの反応で該生成膜に多量の絶縁
性反応生成物が混在し、電気的にも絶縁体となることは
明らかである。

我々は、このことに着目し炭化物膜抵抗体の製造方法を
研究した結果、不純ガスをごく少量の範囲で添加するこ
とにより、希ガスのみの雰囲気中で作成した膜の比抵抗
より、さらに低い比抵抗を有する特性範囲を見し、出し
、さらに十分実用的な炭化物膜抵抗体が作成できること
を見い出した。

これは不純ガス濃度をあげるにつれて、体積抵抗率が増
加して最終的には絶縁体にまでなることからも、反応性
スパッタリングに属していることは明らかである。すな
わち本発明は、このような反応性スパッタリングを利用
して前述の如き従来の欠点を解消した新規な炭化物膜抵
抗体の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、少なくともスパッタガス雰囲気の希ガス中に
、少量の不純ガスを添加することにより生成する膜が不
純ガスの反応による影響をうけ、不純ガスの添加量にし
たがい、比抵抗が増加し、かつ、希ガスのみの雰囲気中
で作成した膜の比抵抗よりも低い範囲で炭化物抵抗体材
料を電気絶縁性基板面上にスパッタリングすることを特
徴とした炭化物膜抵抗体の製造方法である。

以下、本発明の詳細な説明を実施例で述べる。

実施例１抵抗体素子の構成は第１図の如くで、抵抗体
膜を形成する電気絶縁性基板には、純度９６％のアルミ
ナ基板１（厚さ０．５凧）を選んだ。

次に抵抗体膜を形成する面には、電極２は、Ａｇ、Ａリ
Ａｇ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔなぞどの導電性ペーストの結晶
体膜が形成される。この電極２パターンは、幾何学的模
様に構成され、幅２．仇吻の２本の電極と、その間に相
対向する同寸の１本の電極からなり、この３本の電極が
、それぞれ隣接する距離は０．３脇であった。このよう
に構成された、該基板面上に所望の抵抗体膜が形成され
る。以下の実験には、上記の作成による該基板による該
基板をティトピースとして用いた。

スパッタ装置は高周波２極型で、真空室が３５００×２
５地肌からなる汎用型を用いた。

スパッタリングの設定条件は、高周波電力２．皿Ｗスパ
ッタ時間２．岬ｒｓ、基板温度６５０℃、スパッタ圧力
×１０‐かｏｒｒであった。まず予め、スパッタ真空室
は×１０−６Ｔｏｒｒまで十分真空排気がおこなわれ、
次に希ガスに対し選ばれた不純ガスが所定量導入される
。

次にターゲット材料には、炭化物抵抗体材料として炭化
珪素の凝結体を選んだ。

希ガスには、純度９９．９９９９％のアルゴン、不純ガ
スには純度９９．９９９％の窒素、純度９９．９９９％
酸素、純度９９．９９％二酸化炭素、純度９９．９９％
一酸化炭素、大気中の空気、或はこれらの群より代表的
に選んだ混合ガス（窒素７８．５０％、酸素２１．４５
％）二酸化炭素０．０５％に濃度調合）を用いた。これ
ら希ガスと各不純ガスは、その分圧比を変えて所定量導
入し、スパッタ圧力×１０‐２Ｔｏｎでスパッタリング
した。このようにして、作成された温度依存性を有す炭
化珪素の各々の膜抵抗素子の抵抗特性を、５ぴ０の油槽
で測定した。その結果を第２図に示した。第２図は、各
不純ガスの添加量と抵抗値（５０ｑＣで測定）および比
抵抗との関係を示すものである。第２図のＡ点は、従来
方法でスパッタガス雰囲気をアルゴンだけとし、その他
設定条件は上記と同様の方法で作成したものである（以
下ブランクと呼ぶ）。第２図の曲線イは窒素の添加効果
、口は酸素、ハは二酸化炭素、二は一酸化炭素、木は空
気、へは混合ガスの添加効果を示したものである。第２
図より、従釆方法ではＡ点のブランク範囲しか得られな
かった特性が、各不純ガスを少量添加することでイ〜へ
に示す曲線に渡り広く得られることが判る。

このことはプランクに対し、抵抗値または比抵抗が非常
に低いものから大きなものまで広い範囲で簡単にコント
ロールでき、不純ガスの添加量調節で安定な膜抵抗体が
得られることを示す。また、希ガスをアルゴンから、純
度９９．９９％のキセノン、純度９９．９９％のネオン
、純度９９．９９％のクリプトンに置き換え、各不純ガ
ス量を３．びｏｌ％に固定した場合について、前述のア
ルゴンと同様の条件で膿形成をおこなった。

その結果を表‐１（後記）に示した。表一１の舷．１〜
３は窒素に対する希ガス（キセ／ン、ネオン、クリプト
ン）の効果を示したもので、同様にＭ．４〜６は酸素、
舷．７〜９は二酸化炭素、Ｍ．１０〜１２は一酸化炭素
、Ｍ．１３〜１５は空気、Ｍ．１６〜１８は代表的に選
ばれた混合ガス、（前述の調合品と同じ）の場合である
。第２図のアルゴンを用いた結果と、表−１の結果から
、希ガスをキセノン、ネオン、クリプトンとした場合も
同様に不純ガス添加の効果があることが判るｏ次に、こ
のように作成した各々の膿抵抗体について、ブランクを
含め高温放置試験（３５０℃中に１００岬ｒｓ放置）、
耐熱衝撃性試験（室温で１５分保持〜３５０ｑｏで１８
分保持を１サイクルとし３０００サイクル）をした。

そその結果、抵抗変化率は殆んど土８％以内で、ブラン
クとの差は認められなかった。また、炭化珪素以外の炭
化物でホウ素、ジルコニウム化合物について、同様の検
討を試みたが耐熱衝撃性試験において一部膜の剥離など
があった。

表−１本発明に係る不純ガス添加量の請求範囲は、第２図のイ
〜へに示すような曲線の各比抵抗の最小値から第２図Ａ
点で示した希ガスのみの雰囲気中で作成した膜の比抵抗
以下になる範囲で表わされる各不純ガスの添加範囲で示
される。

ころ場合、最も有用なことは比抵抗であって、実施例で
示した抵抗値は第１図に示した電極構成上のものである
。

従って、この電極構成をフオトリソグラフィー、電子線
あるいはＸ線リソグラフィー技術で微細に構成すること
により、ここで示した比抵抗の場合でも十分実用的な抵
抗値を実現できることは明白である。またこれ以上、例
えば不純ガスを５０％以上添加した様な場合、得られる
膜質は酸化物、窒化物などに近い組成になり、通常、誘
電体、絶縁体として利用されている。

このように多量の不純ガスを添加して反応生成膜を得る
反応性スパッタリングと、本発明とは電気的特性からも
同じ延長線上に位置し、反応性スパッタリングであるこ
とは明らかである。しかし、本発明である炭化物膜抵抗
体の製造方法に関して、しかも少量の不純ガスを添加し
反応を意図するスパッタリングにより、希ガスのみの雰
囲気中で作成した炭化物膜抵抗体の比抵抗より低い比抵
抗の炭化物膜抵抗体が得られるという報告はない。また
、不純ガス添加量の最適範囲をイ〜へに示した抵抗値及
び比抵抗の曲線において最小値で表わされる不純ガス添
加量範囲からとした理由は、このような反応性スパッタ
リングの際の比抵抗の最小値が、その添加量のときに生
ずるからである。

この最４・値になる各々の不純ガス添加量はほぼ数％前
後である。その範囲以下における作成方法では、本発明
とは逆に不純ガス添加量を増すと、比抵抗または比抵抗
値が減少する煩向を有し、その生成膜も反応生成物を含
まないターゲット材料と同組成を有した膜である。この
ことより、この作成方法と本発明の方法とは区別できる
ことは明白であろう。なお炭化物抵抗体材料には種々の
組成のものがあるが、これらのなかでも炭化珪素抵抗体
は前述したように優れた耐熱性を有する。

したがって、炭化珪素抵抗体は実用的見地から判断して
最とも有用な感温抵抗体の一つと言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の製造方法により得られる炭化物膜抵
抗素子の構成を示す模式図、第２図は本発明の製造方法
における不純ガス添加量による特性図である。１・・・・・・アルミナ基板、２・・・・・・電極、３
・・・・・・抵抗膜形成部。第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】１希ガスのみの雰囲気中で生成した膜より低い比低抗
を有し、かつ、不純ガスの添加量に従い、比抵抗が増加
する範囲で、スパツタガス雰囲気の希ガス中に、少量の
不純ガスを添加して炭化物抵抗体材料を電気絶縁性基板
面上にスパツタリングする炭化物膜抵抗体の製造方法。２希ガスは、少なくともアルゴン、キセノン、クリプ
トンである特許請求の範囲第１項記載の炭化物膜抵抗体
の製造方法。３不純ガスは、少なくとも窒素、酸素、
二酸化炭素、一酸化炭素、空気、或はこれらの群より選
ばれた１種以上の混合ガスである特許請求の範囲第１項
記載の炭化物膜抵抗体の製造方法。４炭化物抵抗体材料は、少なくとも炭化硅素である特
許請求の範囲第１項記載の炭化物膜抵抗体の製造方法。