JP3664655B2

JP3664655B2 - 高比抵抗材料とその製造方法

Info

Publication number: JP3664655B2
Application number: JP2001025112A
Authority: JP
Inventors: 英雄生田; 賢治栗田; 泰英趙
Original assignee: 進工業株式会社
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP2001332402A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高比抵抗材料とその製造方法に属し、特に薄膜抵抗器に好適に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
アルミナなどのセラミック基板上に薄膜にて抵抗材料を形成してなる薄膜抵抗器が知られている。従来、この薄膜抵抗材料としてＮｉＣｒ合金が用いられているが、その比抵抗はセラミック基板上で０．２ｍΩ・ｃｍ程度と小さい。そこで、比抵抗が２ｍΩ・ｃｍとＮｉＣｒ薄膜の１０倍近く大きいＣｒＳｉ薄膜が提案されているが、その温度係数の絶対値が数百ｐｐｍ／℃と大きい。即ち、従来の一般的な抵抗材料は、比抵抗が大きくなるに伴って温度係数の絶対値が大きく（通常、負方向に大きく）なっていた。従って、温度係数の絶対値が小さくて大きな比抵抗を得ることは困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電子部品の高集積化、高精度化に伴って、温度係数の絶対値が小さくて比抵抗の大きな材料が望まれている。
それ故、この発明の課題は、従来の抵抗材料の特性概念を打破し、温度係数の絶対値が小さくて比抵抗の大きな抵抗材料を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するために、この発明の高比抵抗材料は、
アルミニウムＡｌ、ホウ素Ｂ、クロムＣｒ及びケイ素Ｓｉの４元素から実質的になり、比抵抗が４ｍΩ・ｃｍ以上、抵抗温度係数の絶対値が３００ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする。
【０００５】
この発明の高比抵抗材料は、従来の抵抗材料の組成と異なり、４元素から実質的に構成されている。従って、それらの組み合わせから生じる結晶や結晶化の程度により比抵抗が４ｍΩ・ｃｍ以上、抵抗温度係数の絶対値が３００ｐｐｍ／℃以下のものが可能である。
【０００６】
前記４元素のうち少なくともＣｒ及びＳｉの一部はＣｒＳｉ_２結晶であり、この結晶が比抵抗を著しく増大させる。
前記４元素の含有比は、Ｓｉ５５〜６５ａｔ％、Ａｌ１０〜１３ａｔ％、Ｂ６〜７ａｔ％、Ｃｒ２０〜２５ａｔ％である。
【０００７】
この発明の高比抵抗材料を製造する適切な方法は、
アルミニウムＡｌ、ホウ素Ｂ、クロムＣｒ及びケイ素Ｓｉの４元素から実質的になる薄膜を還元性雰囲気中ＣｒＳｉ₂結晶が形成される温度以上で熱することを特徴とする。上記４元素系の場合、ケイ素濃度の増加に伴って比抵抗が増大し、温度係数は負方向に大きくなる。一方、４元素の含有比が同じであっても上記のようにＣｒＳｉ₂結晶を形成することでケイ素濃度を変えることなく比抵抗を著しく増大させることができる。こうして温度係数の絶対値が小さく比抵抗の大きい抵抗材料が得られる。
【０００８】
前記４元素の含有比は、Ｓｉ５５〜６５ａｔ％、Ａｌ１０〜１３ａｔ％、Ｂ６〜７ａｔ％、Ｃｒ２０〜２５ａｔ％で、熱処理温度は５００℃以上６５０℃以下である。熱処理温度と比抵抗との関係をグラフに打点すると、この温度範囲に変曲点が認められ、同時にＣｒＳｉ_２結晶が形成されていると認められるからである。
【０００９】
【実施例】
ＡｌＢＣｒ板状合金及び板状金属Ｃｒ片をＳｉ基板上に配置し、これをターゲットとしてアルミナセラミック基板上にスパッタリングし、Ａｌ−Ｂ−Ｃｒ−Ｓｉ４元合金（Ａｌ_0.28Ｂ_0.16Ｃｒ_0.56）_1-XＳｉ_Xからなる薄膜を形成した。この薄膜をアルミナセラミック基板とともに水素２％、窒素９８％の混合ガス雰囲気中６００℃で１０分間熱処理した後、４端子法により比抵抗と温度係数を測定した。薄膜中の成分比は、Ｓｉ基板の重量に対するＡｌＢＣｒ合金及び金属Ｃｒの重量で調整した。薄膜中のＳｉ濃度と比抵抗及び抵抗温度係数の関係を測定した結果を図１に示す。
【００１０】
ここで温度係数は以下の式（１）で定義される値である。
温度係数＝（ρ−ρ₀）／（ρ₀ΔＴ）・・・・（１）
ρ：任意温度（本例では１２５℃）での比抵抗
ρ₀：基準温度（本例では２５℃）での比抵抗
ΔＴ：温度差
【００１１】
図１から明らかなようにＳｉ濃度の増加に伴って比抵抗は増大し、温度係数は負方向に大きくなっている。しかし、Ｓｉ濃度が０．５５〜０．６５ａｔ％の範囲にあるとき、温度係数が−３００ｐｐｍ／℃と３００ｐｐｍ／℃の間に収まり、比抵抗も４ｍΩ・ｃｍ乃至１４ｍΩ・ｃｍと高い。
【００１２】
次に、上記４元素系合金薄膜のうち、（Ａｌ_0.28Ｂ_0.16Ｃｒ_0.56）_0.35Ｓｉ_0.65組成のものを８００℃までの種々の温度で熱処理し、比抵抗温度依存性を測定した結果を図２に示す。図２に見られるように昇温過程において４００℃付近の２つの温度（Ｔ₁、Ｔ₂）で変曲点となり比抵抗が増大する。薄膜のＸ線回折測定結果によれば、これらの変曲点以下の温度、特に結晶化の開始点Ｔ₁以下の温度ではＣｒＳｉ₂結晶が認められないが、変曲点以上の温度ではＣｒＳｉ₂結晶が認められたので、前記比抵抗の増大は薄膜中におけるＣｒＳｉ₂結晶の生成による。尚、図示しないが、Ｓｉ濃度０．５５〜０．６５ａｔ％の範囲では、上記２つの変曲点はＴ₁が３００〜４５０℃、Ｔ₂が５００℃以下にあり、Ｓｉ濃度の増加とともに高温側に移動することが実験的に確認できた。
【００１３】
更に熱処理温度の上昇とともに比抵抗は増大し、第三の変曲点Ｔ_３より低下する。Ｓｉ濃度０．５５〜０．６５ａｔ％の範囲では、Ｔ_３は６００〜６５０℃であった。
図３に（Ａｌ_０．２８Ｂ_０．１６Ｃｒ_０．５６）_０．３５Ｓｉ_０．６５薄膜の２５℃を基準とする種々の温度での温度係数の測定結果を示す。図３から明らかなように１２５℃までの実用的な温度範囲において、温度係数の絶対値が１５０ｐｐｍ／℃以下となっていた。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、比抵抗が高く温度係数の絶対値の小さい抵抗材料が得られるので、高集積回路などの回路構成に有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａｌ_0.28Ｂ_0.16Ｃｒ_0.56）_1-XＳｉ_X薄膜のケイ素濃度と比抵抗及び温度係数の関係を示すグラフである。
【図２】（Ａｌ_0.28Ｂ_0.16Ｃｒ_0.56）_0.35Ｓｉ_0.65薄膜の比抵抗の熱処理温度依存性を示すグラフである。
【図３】（Ａｌ_0.28Ｂ_0.16Ｃｒ_0.56）_0.35Ｓｉ_0.65薄膜の種々の温度における抵抗温度係数を示すグラフである。

Claims

アルミニウムＡｌ、ホウ素Ｂ、クロムＣｒ及びケイ素Ｓｉの４元素から実質的になり、前記４元素の含有比が、Ｓｉ５５〜６５ａｔ％、Ａｌ１０〜１３ａｔ％、Ｂ６〜７ａｔ％、Ｃｒ２０〜２５ａｔ％であり、前記４元素のうち少なくともＣｒ及びＳｉの一部はＣｒＳｉ_２結晶であり、比抵抗が４ｍΩ・ｃｍ以上、２５℃基準で１２５℃における抵抗温度係数の絶対値が３００ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする高比抵抗材料。
アルミニウムＡｌ、ホウ素Ｂ、クロムＣｒ及びケイ素Ｓｉの４元素から実質的になり、前記４元素の含有比が、Ｓｉ５５〜６５ａｔ％、Ａｌ１０〜１３ａｔ％、Ｂ６〜７ａｔ％、Ｃｒ２０〜２５ａｔ％である薄膜を還元性雰囲気中５００℃以上６５０℃以下で熱することを特徴とする高比抵抗材料の製造方法。