(57)【要約】【課題】抵抗体を比抵抗の異なる複数の抵抗層によって形成することによって、酸化膜の除去処理の際に抵抗体の表面側の所定厚み部分が酸化膜とともに除去されたとしても抵抗素子全体の抵抗値に大きな変動が生じることを回避することができ、所望の抵抗値を得ることができる抵抗素子およびその製造方法を提供すること。【解決手段】抵抗体３が、基板２上に積層された比抵抗の異なる複数の抵抗層３ａ，３ｂからなり、かつ、各抵抗層３ａ，３ｂのうち比抵抗の大きな抵抗層３ａが上層側に形成されてなること。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも抵抗体およびこの抵抗体と導通された電極が形成されてなる抵抗素子であって、前記抵抗体は、前記基板上に積層された比抵抗の異なる複数の抵抗層からなり、かつ、各抵抗層のうち比抵抗の大きな抵抗層が上層側に形成されてなることを特徴とする抵抗素子。
【請求項２】
上層側の抵抗層の比抵抗が下層側の抵抗層の比抵抗の１０倍以上とされてなることを特徴とする請求項１に記載の抵抗素子。
【請求項３】
前記複数の抵抗層は、同一工程にて連続的にエッチングできる材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の抵抗素子。
【請求項４】
複数の抵抗層のうち、少なくとも一つの抵抗層はＴａＮからなり、他の抵抗層はＴａＳｉＯ２　からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の抵抗素子。
【請求項５】
基板上に抵抗体を形成し、この抵抗体の表面に、酸化膜の除去処理を施す抵抗素子の製造方法であって、
前記基板上に、比抵抗の異なる複数の抵抗層を、上層側の抵抗層の比抵抗が下層側の抵抗層の比抵抗よりも大きくなるように形成することによって前記抵抗体を形成し、上層側の抵抗層の表面に前記酸化膜の除去処理を施すことを特徴とする抵抗素子の製造方法。
【請求項６】
前記複数の抵抗層を真空槽内において真空状態を維持しつつ連続的にスパッタ成膜することによって、前記抵抗体を形成することを特徴とする請求項５に記載の抵抗素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、抵抗素子およびその製造方法に係り、特に、基板上に少なくとも抵抗体および電極が形成されてなる抵抗素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、抵抗素子を形成する際には、例えば、回路を形成する基材上に、スパッタ法によって抵抗体を形成し、その上に電極をスパッタ法やメッキ法で形成する、いわゆる薄膜法が採用されていた。
【０００３】
例えば、従来から、高周波回路で用いられる抵抗素子としては、抵抗値の周波数依存性が小さく、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が大きくない等の利点から、窒化タンタル（ＴａＮ）系の抵抗薄膜が採用されていた。
【０００４】
ここで、ＴａＮ膜の比抵抗は、２００乃至３００μΩｃｍ程度であるので、数十μｍの抵抗長で所望の数キロΩの抵抗値を得ようとすると、抵抗体の厚さを数ｎｍ乃至数十ｎｍと薄くする必要がある。より具体的には、ＴａＮ膜の比抵抗を２００μΩｃｍ、抵抗値を１ＫΩとし、抵抗長を１００μｍ、幅を２０μｍとする場合、厚さを１０ｎｍにする必要がある。
【０００５】
このような抵抗素子を形成するには、まず、真空槽内を真空引きした状態で、真空槽内に設置したセラミック等からなる基板上に、例えばスパッタ法を用いて前述したＴａＮの薄膜を形成する。この薄膜の成膜時間は通常１分程度である。そして、スパッタ後には、感光性レジストを基板上にスピンコートし、続いて、前記薄膜を所望の形状にエッチングするための露光パターンをマスクを通して露光し、現像を行う。そして、現像後に、ＲＩＥ法等によってエッチングを行った後、レジストを除去する。更に、その上に、電極となるアルミニウムをスパッタ法で形成し、レジストをパターニングしてリン酸等でエッチングを行う。なお、電極として、アルミニウムをスパッタする他に、銅、ニッケルからなるメッキを形成する場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような抵抗素子においては、真空中におけるスパッタ法や、その後の工程、特に空気中での熱（１００〜２００℃）工程の際に、抵抗体の表面が酸化してしまう結果、抵抗値が設計当初に予定されていた値と異なってしまうといった問題が生じていた。
【０００７】
例えば、前述したＴａＮ膜の場合、抵抗体の表面に形成される酸化膜の厚さは５乃至８ｎｍ程度ある。この酸化膜の厚さが常に一定なら、酸化膜による抵抗を予め考慮しつつ抵抗素子の設計を行うことも可能であるが、酸化膜の厚さは素子によってばらつきがあるため、抵抗値が安定しない。
【０００８】
かかる不具合を解消すべく、例えば、電極をスパッタ法で形成する前に、イオンエッチングやスパッタエッチング等の酸化膜の除去処理を行うことが考えられる。
【０００９】
しかしながら、酸化膜をすべて除去するためには、酸化膜が形成された抵抗体の表面側の所定厚み部分を酸化膜とともに除去してしまう、いわゆるオーバーエッチングをする場合がある。このような場合において、前述した厚さが１０ｎｍのＴａＮ膜のように抵抗体の厚さを薄く形成する場合には、オーバーエッチングによって抵抗体自体をすべて除去してしまう虞がある。
【００１０】
なお、抵抗体の上に電極以外の薄膜を形成する場合においても、抵抗体の形成後に抵抗体の表面が露出して空気に晒されていれば、特に、以降の工程おいて前記抵抗体に対して加熱をともなう処理を行う場合、抵抗体に酸化が生じやすく、抵抗素子の抵抗値が変化しやすい。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、抵抗体を比抵抗の異なる複数の抵抗層によって形成することによって、酸化膜の除去処理の際に抵抗体の表面側の所定厚み部分が酸化膜とともに除去されたとしても抵抗素子全体の抵抗値に大きな変動が生じることを回避することができ、所望の抵抗値を得ることができる抵抗素子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明に係る抵抗素子の特徴は、抵抗体が、前記基板上に積層された比抵抗の異なる複数の抵抗層からなり、かつ、各抵抗層のうち比抵抗の大きな抵抗層が上層側に形成されてなる点にある。
【００１３】
そして、このような構成を採用したことにより、比抵抗の大きな上層側の抵抗層に酸化膜が形成されるため、この酸化膜を除去する際に前記上層側の抵抗層における表面側の所定厚み部分が酸化膜とともに除去されることになっても、抵抗素子全体の抵抗値に大きな変動をもたらすことはない。
【００１４】
また、本発明に係る抵抗素子の特徴は、上層側の抵抗層の比抵抗が下層側の抵抗層の比抵抗の１０倍以上とされてなる点にある。
【００１５】
そして、このような構成を採用したことにより、酸化膜除去の際に上層側の抵抗層における表面側の所定厚み部分が除去される場合における抵抗素子全体の抵抗値の変動をさらに有効に抑制することができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る抵抗素子の特徴は、複数の抵抗層が同一工程にて連続的にエッチングできる材料からなる点にある。
【００１７】
そして、このような構成を採用したことにより、同一工程におけるエッチングに適した薄膜材料同士を選択することができるため、抵抗体の形成を効率的に行うことができ、ひいては抵抗素子の製造効率を向上することができる。
【００１８】
さらにまた、本発明に係る抵抗素子の特徴は、複数の抵抗層のうち、少なくとも一つの抵抗層がＴａＮからなり、他の抵抗層がＴａＳｉＯ２　からなる点にある。
【００１９】
そして、このような構成を採用したことにより、前記抵抗素子の製造効率の向上を確実に達成することができる。
【００２０】
また、本発明に係る抵抗素子の製造方法の特徴は、基板上に、比抵抗の異なる複数の抵抗層を、上層側の抵抗層の比抵抗が下層側の抵抗層の比抵抗よりも大きくなるように形成することによって抵抗体を形成し、上層側の抵抗層の表面に酸化膜の除去処理を施す点にある。
【００２１】
そして、このような方法を採用したことにより、比抵抗の大きな上層側の抵抗層に酸化膜が形成されるため、この酸化膜の除去処理の際に前記上層側の抵抗層における表面側の所定厚み部分が酸化膜とともに除去されることになっても、抵抗素子全体の抵抗値に大きな変動をもたらすことはない。
【００２２】
さらに、本発明に係る抵抗素子の製造方法の特徴は、前記複数の抵抗層を真空槽内において真空状態を維持しつつ連続的にスパッタ成膜することによって、前記抵抗体を形成する点にある。
【００２３】
そして、このような方法を採用したことにより、抵抗体の形成を効率的に行うことができ、ひいては抵抗素子の製造効率を向上することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１乃至図３を参照して説明する。
【００２５】
図１および図２は本発明に係る抵抗素子１の実施形態を示したもので、本実施形態における抵抗素子１は、セラミックス等からなる基板２上に抵抗体３を有している点において従来と同様である。
【００２６】
ただ、本実施形態において、前記抵抗体３は、基板上に図１における上下に積層された複数（図１において２層）の抵抗層３ａ，３ｂからなる点において従来と異なる。
【００２７】
前記２層の抵抗層３ａ，３ｂのうち、図１において上層側となる一方の抵抗層３ａは、抵抗体３の形成後に酸化膜４が形成され得る酸化膜側抵抗層３ａとされ、下層側となる他方の抵抗層３ｂは、基板側抵抗層３ｂとされている。
【００２８】
そして、本実施形態において、前記酸化膜側抵抗層３ａの比抵抗は、前記基板側抵抗層３ｂの比抵抗よりも大きくされている。好ましくは、前記酸化膜側抵抗層３ａの比抵抗は、前記基板側抵抗層３ｂの比抵抗の１０倍以上とされ、より好ましくは、１００倍以上とされている。これにより、抵抗素子１全体の抵抗値と、抵抗温度係数および高周波特性を、比抵抗の低い基板側抵抗層３ｂの特性によって支配することができるようになっている。
【００２９】
すなわち、本実施形態において、前記抵抗素子１は、酸化膜側抵抗層３ａと基板側抵抗層３ｂとの並列接続と考えることができる。かかる前提の下で、酸化膜側抵抗層３ａの比抵抗をρ１　、断面積をＳ１　、抵抗長をＬとすると、酸化膜側抵抗層３ａの抵抗値は、ρ１　Ｌ／Ｓ１　となる。一方、基板側抵抗層３ｂの比抵抗をρ２　、断面積をＳ２　、抵抗長を便宜上Ｌとすると、基板側抵抗層３ｂの抵抗値はρ２　Ｌ／Ｓ２　となる。これより、両抵抗層３ａ，３ｂの合成抵抗、すなわち抵抗素子１全体の抵抗値Ｒは、並列接続の合成抵抗の一般式より、Ｒ＝ρ１　ρ２　Ｌ／（ρ１　Ｓ２　＋ρ２　Ｓ１　）となる。ここで、右辺の分母のうち、ρ１　Ｓ２　は不動であるが、ρ２　Ｓ１　は、Ｓ１　が変化する場合があるため、すなわち、オーバーエッチングによって酸化膜側抵抗層３ａにおける表面側の所定厚み部分が除去される場合があるため変動を生ずる。しかしながら、前記ρ２　Ｓ１　のうち、基板側抵抗層３ｂの比抵抗であるρ２　は、酸化膜側抵抗層３ａの比抵抗であるρ１　に比べて１／１０以下であるため、結局抵抗素子１の抵抗値に大きな変動をもたらさないのである。
【００３０】
従って、前記酸化膜側抵抗層３ａに形成された酸化膜４を除去する際に、オーバーエッチングによって前記酸化膜側抵抗層３ａにおける表面側の所定厚み部分が酸化膜４とともに除去されたとしても、酸化膜側抵抗層３ａは比抵抗値が大きいため、抵抗素子１全体の抵抗値に大きな変動を生じさせないようになっている。
【００３１】
また、前記酸化膜側抵抗層３ａおよび基板側抵抗層３ｂは、成膜の際に真空槽内の真空状態を保持したまま連続的に積層形成されてなる。
【００３２】
従って、抵抗体３の形成過程において、前記基板側抵抗層３ｂの表面に酸化膜４が形成されてしまうことを確実に防止するようになっている。
【００３３】
さらに、本実施形態において、前記基板側抵抗層３ｂは、成膜材料としての窒化タンタル（ＴａＮ）によって形成され、前記酸化膜側抵抗層３ａは、ＴａＳｉＯ２　から形成されている。これらの成膜材料は、いずれも同一工程におけるエッチングに適したものである。すなわち、ＣＦ４　＋Ｏ２　等のガスを用いるドライエッチングによって、ＴａＳｉＯ２　からなる酸化膜側抵抗層３ａのエッチングを行い、その後、直ちにＴａＮからなる基板側抵抗層３ｂのエッチングを連続して行うことができる。これにより、両抵抗層３ａ，３ｂのパターニングを同一工程にて効率的に行うことができるようになっている。
【００３４】
なお、以下の表１に示すように、前記基板側抵抗層３ｂおよび前記酸化膜側抵抗層３ａは、前記の成膜材料と異なる成膜材料によっても形成することができる。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
本実施形態においては、表１に例示する各材料系の中から、抵抗素子１に要求される比抵抗や抵抗温度係数（ＴＣＲ）に応じて所望の材料を選択するようにしてもよい。
【００３７】
前記基板側抵抗層３ｂおよび前記酸化膜側抵抗層３ａの上層には、電極構造が形成されている。すなわち、前記酸化膜側抵抗層３ａの上層には、この酸化膜側抵抗層３ａよりも小さな範囲にわたってレジスト５が積層形成されている。
【００３８】
そして、前記酸化膜側抵抗層３ａの表面における前記レジスト５の非形成部分には、例えばスパッタエッチングやイオンエッチング等によって酸化膜４の除去処理が施されている。
【００３９】
前記レジスト５の図１における左右の両端部の表面には、それぞれ、酸化膜側抵抗層３ａの表面を経て基板２の表面に至る範囲にわたって、チタン（Ｔｉ）および銅（Ｃｕ）の薄膜からなる一対の導通部６が形成されており、各導通部６によって、抵抗体３と電極７との導通が図られるようになっている。そして、各導通部６上には、銅（Ｃｕ）およびニッケル（Ｎｉ）によるメッキ部からなる一対の電極７が形成されている。
【００４０】
なお、前記抵抗層３ａ，３ｂは、酸化膜側抵抗層３ａおよび基板側抵抗層３ｂの二層のみに限らず三層以上の構造を有するようにしてもよい。
【００４１】
また、図１に示すレジスト５は、必要に応じて設ければよく、例えば図３に示すように酸化膜側抵抗層３ａの上層にレジストを有しない構成を採用するようにしてもよい。
【００４２】
次に、本発明に係る抵抗素子の製造方法について、前述した図１の他に図４乃至図１０を参照しながら具体的数値を例示しつつ説明する。
【００４３】
本実施形態においては、まず、図４に示すように、真空槽内を真空に引いた状態で、セラミックス等からなる絶縁性の扁平な基板２上に、基板側抵抗層３ｂを形成するための比抵抗が２００μΩｃｍとされた窒化タンタル（ＴａＮ）の薄膜９ｂを、スパッタ法によって１５ｎｍの厚さに形成する。
【００４４】
続いて、同図４に示すように、真空槽内の真空状態を保持したまま、前記窒化タンタルの薄膜９ｂの上に、酸化膜側抵抗層３ａを形成するための比抵抗が１００ｍΩｃｍとされたＴａＳｉＯ２　からなる薄膜９ａを、スパッタ法によって連続的に形成する。このとき、薄膜９ａの厚さを０．１２μｍとする。
【００４５】
このように、基板側抵抗層３ｂを形成するための薄膜９ｂと、酸化膜側抵抗層３ａを形成するための薄膜９ａとを真空槽内の真空状態を保持しつつ連続的に成膜することができる結果、基板側抵抗層３ｂの表面に酸化膜４が形成されてしまう事態を回避することができる。
【００４６】
次に、前記窒化タンタルの薄膜９ｂおよび前記ＴａＳｉＯ２　の薄膜９ａに対してエッチングを施すことによって、図５に示すように両薄膜９ａ，９ｂが所望の形状にパターニングされ、前記酸化膜側抵抗層３ａと前記基板側抵抗層３ｂとが形成される。
【００４７】
このとき、前記基板側抵抗層３ｂと前記酸化膜側抵抗層３ａとは、ともに同一工程におけるエッチングに適した材料同士が選択されているため、両抵抗層３ａ，３ｂを同時にパターニングすることができる。
【００４８】
その後、図６に示すように、前記酸化膜側抵抗層３ａの表面にレジスト５をパターニング形成する。
【００４９】
この時点で、前記酸化膜側抵抗層３ａの表面における前記レジスト５の非形成部分には、酸化膜４が形成されている可能性があり、このままでは抵抗素子１の抵抗値に大きな変動を与える虞がある。
【００５０】
そこで、次工程において、酸化膜４の除去処理としてスパッタエッチングを行う。これによって、酸化膜４とともに、前記酸化膜側抵抗層３ａの表面における前記レジスト５の非形成部分が０．０２μｍの厚さ分だけ除去される。これにより、酸化膜側抵抗層３ａの抵抗厚みが０．１μｍに減少する。なお、酸化膜４の除去は、イオンエッチングによって行うようにしてもよい。
【００５１】
このとき、酸化膜側抵抗層３ａは、基板側抵抗層３ｂに比べて比抵抗が大きいため、抵抗素子１全体の抵抗率に大きな影響を与えることはない。
【００５２】
そして、図７に示すように、前記酸化膜４が除去された基板２上に、チタン（Ｔｉ）および銅（Ｃｕ）を用いたスパッタリングを行う。これにより、前記基板２および前記酸化膜側抵抗層３ａならびに前記レジスト５の表面に、前記導通部６を形成するための薄膜１０が成膜される。
【００５３】
続いて、図８に示すように前記チタンおよび銅からなる薄膜１０が形成された前記レジスト５上に、電極形成用のレジスト１２をパターニングする。
【００５４】
そして、図９に示すように、前記電極形成用のレジスト１２の周囲に、銅（Ｃｕ）およびニッケル（Ｎｉ）のメッキ部からなる電極７を形成する。
【００５５】
電極７を形成後、図１０に示すように、前記レジスト１２を剥離し、続いて、前記レジスト１２が剥離されて露出された前記チタンおよび銅からなる薄膜１０の部位をエッチングすることによって前記導通部６を形成する。
【００５６】
以上の工程を経ることによって、図１に示した本実施形態における抵抗素子１が完成する。なお、比抵抗や抵抗層の厚さについての前記の各具体的数値条件に加えて、酸化膜側抵抗層３ａおよび基板側抵抗層３ｂの抵抗長をともに１５０μｍとし、抵抗幅をともに２０μｍとした場合、抵抗素子１の抵抗は９８７．１Ωとなる。
【００５７】
従って、本実施形態によれば、抵抗素子１全体の抵抗値に影響を与えない酸化膜側抵抗層３ａの表面に酸化膜４が形成されるようにするため、酸化膜４の除去処理の際の抵抗値の変動を抑制しつつ酸化膜４を適正に除去することができる。この結果、設計当初予定していた通りの抵抗値を適正に得ることができる。
【００５８】
なお、本発明は前記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【００５９】
例えば、前記酸化膜側抵抗層３ａおよび前記基板側抵抗層３ｂに関する比抵抗や抵抗層の厚さ等の具体的数値は、前記実施形態に示したものに限らず適宜変更することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に係る抵抗素子によれば、酸化膜の除去処理の際に抵抗体の表面側の所定厚み部分が酸化膜とともに除去されたとしても抵抗素子全体の抵抗値に大きな変動が生じることを回避することができるため、設計当初予定されていた抵抗値を適正に得ることができ、信頼性を向上することができる。
【００６１】
また、本発明に係る抵抗素子によれば、酸化膜除去のためのエッチングによる抵抗値の変動をさらに有効に低減することができる。
【００６２】
さらに、本発明に係る抵抗素子によれば、製造効率を向上することができる。
【００６３】
さらにまた、本発明に係る抵抗素子によれば、より有効に製造効率を向上することができ、コストの削減を図ることができる。
【００６４】
また、本発明に係る抵抗素子の製造方法によれば、酸化膜を適正に除去し、かつ、酸化膜除去の際及び、工程中の抵抗値の変動、更に種々の環境下においても抵抗層の抵抗値が変動すること防止することができるため、設計当初予定されていた抵抗値を適正に得ることができ、信頼性を向上することができる。
【００６５】
さらに、本発明に係る抵抗素子の製造方法によれば、抵抗素子の製造効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る抵抗素子の実施形態を示す断面図
【図２】図１の平面図
【図３】本発明に係る抵抗素子の実施形態において図１および図２と異なる他の実施形態を示す断面図
【図４】本発明に係る抵抗素子の製造方法の実施形態において、基板上への基板側抵抗層および酸化膜側抵抗層の形成工程を示す断面図
【図５】本発明に係る抵抗素子の製造方法の実施形態において、基板側抵抗層および酸化膜側抵抗層のパターニング工程を示す断面図
【図６】本発明に係る抵抗素子の製造方法の実施形態において、酸化膜側抵抗層へのレジストのパターニング工程を示す断面図
【図７】本発明に係る抵抗素子の製造方法の実施形態において、酸化膜の除去工程および導通部を形成するための薄膜の成膜工程を示す断面図
【図８】本発明に係る抵抗素子の製造方法の実施形態において、電極形成用のレジストのパターニング工程を示す断面図
【図９】本発明に係る抵抗素子の製造方法の実施形態において、電極の形成工程を示す断面図
【図１０】レジストの除去工程を示す断面図
【符号の説明】
１　抵抗素子
２　基板
３　抵抗体
３ａ　酸化膜側抵抗層
３ｂ　基板側抵抗層
４　酸化膜
７　電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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