(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁物上に形成された白金薄膜がパターニングされ、幅狭に成形された部分によって白金測温抵抗体が構成された温度検出素子であって、
前記白金測温抵抗体表面のＸ線回折パターンは、（１００）面方位の強度が（１１１）面方位の強度に対し０．８１以上の値であることを特徴とする温度検出素子。
【請求項２】
前記白金測温抵抗体は０．１８μｍ以上の膜厚にされていることを特徴とする請求項１記載の温度検出素子。
【請求項３】
前記絶縁物の結晶系は立方晶系であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の温度検出素子。
【請求項４】
前記絶縁物はＭｇＯであることを特徴とする請求項３記載の温度検出素子。
【請求項５】
前記絶縁物は、基板上に形成された薄膜で構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の温度検出素子。
【請求項６】
前記白金測温抵抗体から成る主抵抗部と、
前記白金測温抵抗体が電気的に並列接続されて成る第１の抵抗調節部とを有し、
前記主抵抗部と前記第１の抵抗調節部とが直列接続され、
前記第１の抵抗調節部を構成する一部の白金測温抵抗体を切断すると、全体の抵抗値を調節できるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の温度検出素子。
【請求項７】
前記白金薄膜の幅広に成形された部分から成る第２の抵抗調節部が設けられ、
前記第２の抵抗調節部は前記主抵抗部と直列接続され、
前記第２の抵抗調節部の一部に切れ込みを入れて幅を調節すると、全体の抵抗値を調節できるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の温度検出素子。
【請求項８】
前記白金薄膜で構成され、金属ワイヤーが接続されるべき電極パッドが設けられ、
前記電極パッドを介して前記白金測温抵抗体に通電できるように構成された温度検出素子であって、
前記白金測温抵抗体に通電する電極パッドに電気的に近接して電圧測定用の電極パッドが接続されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の温度検出素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は温度検出の技術分野にかかり、特に、白金薄膜を使用した小型の温度検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、温度による抵抗値の変化を検出し、温度測定を行う測温素子には、白金薄膜を利用した温度検出素子が用いられている。図４の符号１０２に、従来技術の温度検出素子を示す。
【０００３】
この温度検出素子１０２は、アルミナや酸化マグネシウムから成る絶縁基板１０４上に白金薄膜が全面成膜され、次いで、エッチングによって、その白金薄膜がパターニングされ、白金測温抵抗体が形成されている。そのパターニングによって形成された白金測温抵抗体のうち、幅狭に形成され、絶縁基板１０４上を引き回された部分によって主抵抗部１１５が形成されている。
【０００４】
また、白金薄膜が幅広で四角形状にパターニングされた部分によって電極パッド１１９１、１１９２が形成されており、各電極パッド１１９１、１１９２は、主抵抗部１１５の両端に接続され、金属ワイヤーをワイヤーボンディングによって接続すると、外部電源から金属ワイヤーを介して主抵抗部１１５に電流を流せるように構成されている。
【０００５】
白金は正の抵抗温度係数を有しており、温度が上昇すると抵抗値が増大する。従って、このように構成された温度検出素子１０２では、主抵抗部１１５に一定の大きさの電流を流し、そのときに生じる電圧ドロップを測定することで、温度検出素子１０２の温度を知ることが可能となる。
【０００６】
電圧検出精度上、そのような電圧ドロップの測定には、小さくても１００Ω程度の抵抗値、望ましくは１０００Ω程度の抵抗値が必要であると言われているが、温度検出素子は小型であることが求められているため、白金測温抵抗体の抵抗値を大きくすることにも限界がある。
【０００７】
そこで従来より、主抵抗部と電極パッドとを２ｍｍ２程度の面積にし、小型の温度検出素子を得るために、白金薄膜の膜厚をより一層薄くし、微細パターンを形成して抵抗値を増加させようとする努力が成されている。
【０００８】
しかしながら膜上に形成された白金では、その抵抗温度係数（ＴＣＲ）は成膜条件によって異なる他、膜厚によっても異なるという事実があり、バルク状態では３８５０ｐｐｍ／℃の値をとるのに対し、薄膜状態ではそれより小さな値になってしまうことが知られている。特に、１．０μｍ未満の膜厚にした場合、従来得られている白金薄膜では、３５００ｐｐｍ／℃〜３７８０ｐｐｍ／℃程度の低い抵抗温度係数のものしか得られていない。
【０００９】
ＴＣＲについては、ＪＩＳ規格で定められている３８５０ｐｐｍ／℃の値に近い白金測温抵抗体が求められており、そのような高いＴＣＲの値を得るためには、白金膜の膜厚を厚くせざるを得ず、そのため、微細パターンが形成できず、現状では１ｋΩで８ｍｍ２、１００Ωでは２．４ｍｍ２より小さいチップ部品としての温度検出素子は得られていない。
【００１０】
ところで、一般に、スパッタリング等によって成膜される白金膜は、微小な白金粒子の成長によって形成されることが知られており、その白金粒子の成長過程において、白金膜中に各種の転位や格子欠陥が生じたり、結晶粒界に構造欠陥が生じることが多い。そのような転移や欠陥は、白金膜の膜質を悪化させ、その結果、白金測温抵抗体のＴＣＲの値が低下すると考えられている。
【００１１】
このような白金膜に対しては、密着性を向上させようとする試みの中で、非晶質であるアルミナ基板等の表面を改質して密着還元層を設け、その密着還元層上に白金膜を形成することで、結果的に結晶性の良い白金薄膜を得ているものがある（特開平３−１３３１０１号公報）。
【００１２】
また、より直接的には、ジルコニア上に白金膜を形成した場合、メカニズムは明らかにされていないものの、そのＸ線回折解析結果の一例から、結晶性が良く、高い抵抗温度係数の白金膜が得られたとする報告（特開平２−５８３０４）がある。
【００１３】
しかしながら、単に非晶質絶縁基板表面を改質して密着還元層を設ける場合には、白金膜の密着性と結晶性は向上するものの、必ずしも抵抗温度係数が向上するとは限らない。
【００１４】
また、ジルコニア上に形成された従来の白金膜では、その表面をＸ線回折分析した場合、（１１１）面方位しか観察できない。（１１１）面方位のＸ線強度が強く、結晶性が良いと考えられる白金膜では、膜厚が小さくなり、薄膜化するに連れて抵抗温度係数が急速に低下してしまい、薄膜で高いＴＣＲの白金測温抵抗体を再現性良く得ることができなかった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたもので、その目的は、小型で高い抵抗温度係数（ＴＣＲ）の温度検出素子が得られる技術を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、絶縁物上に形成された白金薄膜がパターニングされ、幅狭に成形された部分によって白金測温抵抗体が構成された温度検出素子であって、前記白金測温抵抗体表面のＸ線回折パターンは、（１００）面方位の強度が（１１１）面方位の強度に対し０．８１以上の値であることを特徴とする。
【００１７】
この場合、請求項２記載の発明のように、前記白金測温抵抗体は０．１８μｍ以上の膜厚にしておくことが望ましい。
【００１８】
そのような請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の発明については、請求項３記載の発明のように、結晶系が立方晶系の絶縁物上に白金薄膜を形成して白金測温抵抗体を構成することが望ましい。
【００１９】
その立方晶系の絶縁物については、請求項４記載の発明のように、ＭｇＯを用いることができる。
【００２０】
また、前記絶縁物については、請求項５記載の発明のように、基板上に形成された薄膜で構成することも可能である。
【００２１】
以上の請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の温度検出素子については、請求項６記載の発明のように、前記白金測温抵抗体から成る主抵抗部と、前記白金測温抵抗体が電気的に並列接続されて成る第１の抵抗調節部とを設け、前記主抵抗部と前記第１の抵抗調節部とを直列接続させ、前記第１の抵抗調節部を構成する白金測温抵抗体の一部を切断すると、全体の抵抗値を調節できるように構成することが好ましい。
【００２２】
また、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の温度検出素子については、請求項７記載の発明のように、前記白金薄膜の幅広に成形された部分から成る第２の抵抗調節部を設け、前記第２の抵抗調節部を前記主抵抗部と直列接続させ、前記第２の抵抗調節部の一部に切れ込みを入れて幅を調節すると、全体の抵抗値を調節できるように構成することが好ましい。
【００２３】
更に、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の温度検出素子については、請求項８記載の発明のように、前記白金薄膜で構成された電極パッドであって、金属ワイヤーが接続されるべきものを設け、その電極パッドを介して前記白金測温抵抗体に通電できるように構成し、各電極パッドに対し、電気的に近接させて電圧測定用の電極パッドを接続することが望ましい。
【００２４】
上述した本発明の構成は、本発明の発明者等が、白金薄膜で構成した白金測温抵抗体の表面をＸ線回折法により分析し、その結果と抵抗温度係数（ＴＣＲ）の値との関連を検討したところ、（１１１）面方位の強度に対する（１００）面方位の強度比が大きい場合に、ＴＣＲの値が高いことを見出したことにより創作されたものである。
【００２５】
具体的に実験結果を説明すると、マグネトロンスパッタリング法によって絶縁物上に白金薄膜を成膜する際、スパッタリング中の絶縁物の温度を変え、同じ膜厚（０．１２μｍ）で、（１００）面方位と（１１１）面方位の強度が異なる白金測温抵抗体を作成し、ＴＣＲを測定した。その測定結果を下記表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003631328.tif 000002
【００２７】
この表１の通り、膜厚が同じ場合でも、（１００）面方位／（１１１）面方位の強度比が高い白金測温抵抗体の方がＴＣＲの値が高い。即ち、同じ膜厚であれば（１００）面方位／（１１１）面方位の値が高いほどＴＣＲの値を高くすることができると予想される。
【００２８】
但し、絶縁基板表面近傍の白金薄膜は結晶性が乱れ易いので、０．１μｍ程度の膜厚まで薄くなると、ＴＣＲの値は界面近傍の影響を強く受けてしまい、（１００）面方位／（１１１）面方位の強度比が高い場合でも、膜厚が厚い白金測温抵抗体に比べるとＴＣＲの値は低くなる傾向にある。
【００２９】
他方、白金測温抵抗体の膜厚が０．２μｍ程度まで厚くなると、界面近傍の影響は小さくなる。従って、例えば膜厚０．１８μｍの白金薄膜では、（１００）面方位／（１１１）面方位の強度比が０．８１のもので、３８４０ｐｐｍ／℃と高いＴＣＲの値が得られている。
【００３０】
ところで、白金の結晶系は立方晶系なので、白金薄膜を絶縁物上に成膜して構成する白金測温抵抗体では、その（１００）面方位の強度は、絶縁物の結晶系が白金と同じ立方晶系である場合に強くなると考えられる。下記表２に、白金薄膜の結晶系と絶縁物の結晶系の一例を示す。
【００３１】
【表２】
0003631328.tif 000003
【００３２】
更に、格子のミスマッチを生じさせず、白金測温抵抗体の（１００）面方位の強度を強くするためには、格子定数の値が白金の格子定数に近いものを用いればよいと予想される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図２の符号２は、本発明の一例の温度検出素子を示しており、表面が（１００）面方位のＭｇＯ結晶基板で構成された絶縁物４を有しており、その表面に白金薄膜で構成された白金測温抵抗体５が形成されている。
【００３４】
その白金測温抵抗体５の形成方法を説明すると、まず、絶縁物４をスパッタリング装置内に搬入し、高真空状態に置いた後、１．０×１０−２Ｔｏｒｒの圧力までアルゴンガスを導入し、２００Ｗの投入電力で白金ターゲットを高周波マグネトロンスパッタリングし、絶縁物４表面に膜厚０．１８μｍの白金薄膜を全面成膜した。
【００３５】
次いで、その絶縁基板４をスパッタリング装置内から取り出し、フォトリソグラフィとプラズマエッチングによってパターニングし、白金薄膜が幅狭に成形された部分によって、断面図の図１（ａ）に示すような白金測温抵抗体５を構成した。
【００３６】
そのパターニングの際、絶縁物４上で白金測温抵抗体５を折れ曲げ、一定面積内でできるだけ抵抗値が大きくなるように引き回して主抵抗部１５１、１５２を構成し、また、白金測温抵抗体５を電気的に並列接続して第１の抵抗調節部１７１、１７２を構成し、更に、白金薄膜が幅広に成形された部分によって、第２の抵抗調節部１６を構成した。
【００３７】
また、白金薄膜のパターニングの際、主抵抗部１５１、１５２と、第１の抵抗調節部１７１、１７２と、第２の抵抗調節部１６とはこの順で直列接続されるようにした。そして、その直列接続された抵抗回路の両端に電極パッド１９１、１９２が接続されるようにし、各電極パッド１９１、１９２に金属ワイヤーをワイヤーボンディングして外部電源に接続できるように構成した。
【００３８】
この電極パッド１９１、１９２と白金測温抵抗体５とが接続されたところに、電気的に近接して電極パッド１８１、１８２がそれぞれ接続されるようにし、電極パッド１９１、１９２の間に電圧を印加し、主抵抗部１５１、１５２と第１、第２の抵抗調節部１７１、１７２、１６に電流を流したときに生じる電圧ドロップを、電極パッド１８１、１８２の間の電位を測定することで検出できるように構成した。
【００３９】
このような構成によれば、第１、第２の抵抗調節部１７１、１７２、１６にスポット状のレーザー光を照射し、第１の抵抗調節部１７１、１７２の並列接続された白金測温抵抗体５の所望のものを切断したり、第２の抵抗調節部１６に切れ込みを入れたりすれば全体の抵抗値を調節できるので、所望抵抗値の温度検出素子２を得ることが可能となる。
【００４０】
この温度検出素子２に形成した白金測温抵抗体５の特性を測定したところ、厚みは、０．１８μｍ、抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、ＪＩＳ規格で定められている３８５０ｐｐｍ／℃に近い値の３８４０ｐｐｍ／℃（平均値）が得られた。
【００４１】
この実施例と同じ成膜条件で、高い（１００）面方位強度で膜厚が異なる白金薄膜をＭｇＯ上に成膜し、パターニングによって白金測温抵抗体を構成し、ＴＣＲの値を測定した。その結果を下記表３に示す。
【００４２】
【表３】
0003631328.tif 000004
【００４３】
いずれの膜厚のものでも、（１００）面方位／（１１１）面方位の強度比が高く、高い値のＴＣＲが得られている。
【００４４】
比較例として、絶縁物にサファイア基板とアルミナ基板とを用い、上述のマグネトロンスパッタリングの条件と同じ条件で白金薄膜を成膜し、パターニングによって白金測温抵抗体を形成してＴＣＲの値を測定した。その結果を下記表４、表５に示す。
【００４５】
【表４】
0003631328.tif 000005
【００４６】
【表５】
0003631328.tif 000006
【００４７】
サファイア基板、アルミナ基板とも、その表面に形成された白金測温抵抗体の（１００）面方位／（１１１）面方位の強度比は小さく、ＴＣＲの値は低い。
【００４８】
これらの結果を図３のグラフにまとめて示す。ＭｇＯ上に白金測温抵抗体５を形成した場合には小さい膜厚まで高いＴＣＲの値を維持できることが分かる。
【００４９】
以上説明した実施例は、基板状のＭｇＯから成る絶縁物４表面に白金薄膜を成膜し、白金測温抵抗体５を形成した場合であるが、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板７表面に、エキシマレーザ蒸着法によって、温度３００〜６００℃、成長速度０．３Å／秒〜０．５Å／秒にてＭｇＯから成る薄膜を形成して絶縁物６とし、その絶縁物６表面に白金薄膜を成膜し、パターニングにして白金測温抵抗体５’を形成したところ、表１と同様に（１００）面方位／（１１１）面方位の強度比が高く、高いＴＣＲの値が得られた。
【００５０】
なお、薄膜で構成した絶縁物６’については、図１（ｃ）に示すように、白金測温抵抗体５’と同じ形状にパターニングすることができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、膜厚が薄くても高い抵抗温度係数（ＴＣＲ）の白金測温抵抗体を得ることができる。
【００５２】
白金薄膜によって白金測温抵抗体を構成したので、微細なパターニングによって小型で抵抗値が大きい温度検出素子を得ることができる。小型であれば、一つの基板から多数の温度検出素子を得ることができるので、低コストになるばかりでなく、小型であるために熱容量が小さくなり、応答速度を向上させることができる。
【００５３】
特に、基板上に絶縁物の薄膜を形成し、その表面に白金膜を成膜して温度検出素子を構成する場合には、測定物の熱容量や比熱を考慮して基板を選択すると、温度検出素子の特性を比測定物の特性に対応させることができるので、正確な測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）：本発明の温度検出素子の一例の断面図
（ｂ）：他の例の断面図
（ｃ）：更に他の例の断面図
【図２】本発明の温度検出素子の一例の平面図
【図３】ＭｇＯ、サファイア、アルミナ上に形成した白金測温抵抗体のＴＣＲの値を示すグラフ
【図４】従来技術の温度検出素子を説明するための平面図
【符号の説明】
２、２’、２”……温度検出素子    ４、６、６’……絶縁物
５、５’……白金測温抵抗体    ７、７’……基板
１５１、１５２……主抵抗部    １６……第２の抵抗調節部
１７１、１７２……第１の抵抗調節部
１８１、１８２、１９１、１９２……電極パッド
【図１】
0003631328.tif 000007
【図２】
0003631328.tif 000008
【図３】
0003631328.tif 000009
【図４】
0003631328.tif 000010