(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板または表面に絶縁層が形成された基板と、
前記絶縁層または前記絶縁基板の上に互いに対向して貴金属でパターン形成された一対の電極層と、
少なくとも前記一対の電極層上と前記一対の電極層間の前記絶縁基板または前記絶縁層上とに形成された剥離防止用絶縁膜と、
前記剥離防止用絶縁膜上にパターン形成されたサーミスタ薄膜とを備え、
前記剥離防止用絶縁膜が、前記一対の電極層上で前記一対の電極層の互いに対向する部分の一部をサーミスタ電極領域として除いてパターン形成されていると共に前記電極層の端部分を上から覆って押さえており、
前記サーミスタ薄膜が、前記サーミスタ電極領域内まで埋込形成されていることを特徴とする薄膜サーミスタセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜サーミスタセンサにおいて、
前記基板が、Ａｌ２Ｏ３で形成されており、
少なくとも前記サーミスタ薄膜の直下かつ前記基板上に前記絶縁層としてＳｉＯ２下地膜が形成されていることを特徴とする薄膜サーミスタセンサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の薄膜サーミスタセンサにおいて、
前記電極層が、Ｐｔで形成され、
前記剥離防止用絶縁層が、ＳｉＯ２で形成されていることを特徴とする薄膜サーミスタセンサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の薄膜サーミスタセンサを作製する方法であって、
絶縁基板または表面に絶縁層が形成された基板の上面に互いに対向した一対の電極を貴金属でパターン形成する電極形成工程と、
少なくとも前記一対の電極層上と前記一対の電極層間の前記絶縁基板または前記絶縁層上とに剥離防止用絶縁膜を形成する剥離防止用絶縁膜形成工程と、
前記剥離防止用絶縁膜上にサーミスタ薄膜をパターン形成するサーミスタ成膜工程とを有し、
前記剥離防止用絶縁膜形成工程において、前記剥離防止用絶縁膜を、前記一対の電極層上で前記一対の電極層の互いに対向する部分の一部をサーミスタ電極領域として除いてパターン形成すると共に前記電極層の端部分を上から覆って押さえ、
前記サーミスタ成膜工程において、前記サーミスタ薄膜を、前記サーミスタ電極領域内まで埋込形成することを特徴とする薄膜サーミスタセンサの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の薄膜サーミスタセンサの製造方法において、
前記基板が、Ａｌ２Ｏ３で形成されており、
前記電極形成工程前に、少なくとも前記サーミスタ薄膜の直下かつ前記基板上に前記絶縁層としてＳｉＯ２下地膜を形成する下地膜形成工程を有していることを特徴とする薄膜サーミスタセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば温度センサ、流量センサ等のセンサに用いられる薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、情報機器、通信機器、医療用機器、住宅設備機器、自動車用伝送機器等の温度センサ、流量センサとして、大きな負の温度係数を有する酸化物半導体の焼結体からなるサーミスタチップがある。このサーミスタチップを用いた薄膜サーミスタセンサでは、基板の上面にサーミスタ薄膜と該サーミスタ薄膜に接続された櫛歯状などの一対の電極部とが形成されており、サーミスタ薄膜の下にＰｔ等の貴金属を用いた下部電極が基板上に形成されているものが知られている。
【０００３】
この薄膜サーミスタセンサでは、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）基板上やＳｉＯ２膜等が上面に形成された基板上にＰｔ等の貴金属からなる下部電極を直接形成すると、密着性が低いため、電極の剥離が生じてしまう場合がある。このため、例えば特許文献１に記載の電極構造のように、Ｐｔ電極層と基板のＳｉＯ２膜との間にＴｉ層やＴｉの酸化物層などの酸素親和性の高い密着層を介在させることで、電極の剥離を防止する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２７１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、薄膜サーミスタセンサを作製する場合、感熱膜であるサーミスタ薄膜を成膜後にアニール処理すると、サーミスタ薄膜に密着層中の物質が拡散し、サーミスタ薄膜の電気特性が変化してしまう問題があった。特に、スピネル系のサーミスタ薄膜の場合、薄膜中に密着層のＴｉが拡散すると、構成元素のイオン半径がＴｉのイオン半径に近いとサイト置換が行われ、高抵抗側または高Ｂ定数側に変化して電気特性を制御し難くなってしまう不都合があった。一方、密着層を介さずにＰｔの下部電極形成を行うと、その上からサーミスタ薄膜を形成した場合に、Ｐｔの電極層と基板との密着性が低いと共にＰｔの電極層とサーミスタ薄膜との接合力の方が強いことから、Ｐｔの電極層に対して引っ張り応力が働いて電極の端部分から剥離が生じてしまう場合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、Ｐｔ等の電極層の剥離を防止することができる薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の薄膜サーミスタセンサは、絶縁基板または表面に絶縁層が形成された基板と、前記絶縁層または前記絶縁基板の上に互いに対向して貴金属でパターン形成された一対の電極層と、少なくとも前記一対の電極層上と前記一対の電極層間の前記絶縁基板または前記絶縁層上とに形成された剥離防止用絶縁膜と、前記剥離防止用絶縁膜上にパターン形成されたサーミスタ薄膜とを備え、前記剥離防止用絶縁膜が、前記一対の電極層上で前記一対の電極層の互いに対向する部分の一部をサーミスタ電極領域として除いてパターン形成され、前記サーミスタ薄膜が、前記サーミスタ電極領域内まで埋込形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の薄膜サーミスタセンサの製造方法は、上記発明の薄膜サーミスタセンサを製造する方法であって、絶縁基板または表面に絶縁層が形成された基板の上面に互いに対向した一対の電極を貴金属でパターン形成する電極形成工程と、少なくとも前記一対の電極層上と前記一対の電極層間の前記絶縁基板または前記絶縁層上とに剥離防止用絶縁膜を形成する剥離防止用絶縁膜形成工程と、前記剥離防止用絶縁膜上にサーミスタ薄膜をパターン形成するサーミスタ成膜工程とを有し、前記剥離防止用絶縁膜形成工程において、前記剥離防止用絶縁膜を、前記一対の電極層上で前記一対の電極層の互いに対向する部分の一部をサーミスタ電極領域として除いてパターン形成し、前記サーミスタ成膜工程において、前記サーミスタ薄膜を、前記サーミスタ電極領域内まで埋込形成することを特徴とする。
【０００９】
これらの薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法では、剥離防止用絶縁膜が、一対の電極層上で一対の電極層の互いに対向する部分の一部をサーミスタ電極領域として除いてパターン形成され、サーミスタ薄膜が、サーミスタ電極領域内まで埋込形成されるので、Ｐｔ等の電極層と絶縁層または絶縁基板との密着性が低くても剥離防止用絶縁層が電極層を上から覆って剥離を防止することができる。すなわち、剥離の起点となる電極層の端部分が剥離防止用絶縁層で押さえられていると共に、電極層の接合面積も大きくできることから、Ｐｔ等の電極層の剥離が防止される。また、サーミスタ薄膜と電極層との導通は、剥離防止用絶縁層に開けられたサーミスタ電極領域を介して行われる。これにより、電極層の側面とサーミスタ薄膜とが接触しておらず、サーミスタ電極領域内に露出した電極層上面でのみ導通されるため、電極層の側面分の抵抗値寄与が無くなり、電極層の層厚ばらつきによらず、抵抗値調整が容易になる。また、酸素を通しやすいＰｔの電極層の場合、この電極層とサーミスタ薄膜との接触面積を少なくすることが可能になる。さらに、Ｐｔ等の電極層のパターニングの構造が単純になり、従来の櫛歯状のような複雑な形状が不要になってパターニングの容易になる。
【００１０】
また、本発明の薄膜サーミスタセンサは、前記基板が、Ａｌ２Ｏ３で形成されており、少なくとも前記サーミスタ薄膜の直下かつ前記基板上に前記絶縁層としてＳｉＯ２下地膜が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の薄膜サーミスタセンサの製造方法は、前記基板が、Ａｌ２Ｏ３で形成されており、前記電極形成工程前に、少なくとも前記サーミスタ薄膜の直下かつ前記基板上に前記絶縁層としてＳｉＯ２下地膜を形成する下地膜形成工程を有していることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、これらの薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法では、少なくともサーミスタ薄膜の直下かつＡｌ２Ｏ３の基板上に絶縁層としてＳｉＯ２下地膜が形成されるので、基板中のＡｌが拡散して電極層を透過し、サーミスタ薄膜まで達して電気特性に影響を与えることをＳｉＯ２下地膜で抑制することができる。
【００１２】
さらに、本発明の薄膜サーミスタセンサは、前記電極層が、Ｐｔで形成され、前記剥離防止用絶縁層が、ＳｉＯ２で形成されていることを特徴とする。
すなわち、この薄膜サーミスタセンサは、剥離防止用絶縁層が、ＳｉＯ２で形成されているので、ＳｉＯ２層のパターンニングが短時間にできるため、製造時間を大幅に短縮することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法によれば、剥離防止用絶縁膜が、一対の電極層上で一対の電極層の互いに対向する部分の一部をサーミスタ電極領域として除いてパターン形成され、サーミスタ薄膜が、サーミスタ電極領域内まで埋込形成されるので、剥離防止用絶縁層が電極層を上から覆って剥離を防止することができると共に電極層上面のみでサーミスタ薄膜に導通することで抵抗値調整が容易になる。
したがって、Ｔｉを含む密着層を介在させなくても電極部の剥離を防止でき、高い信頼性が得られると共に、設計値に対してばらつきの少ない電気特性を有した薄膜サーミスタセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法の一実施形態において、薄膜サーミスタセンサを示す断面図である。
【図２】本実施形態において、薄膜サーミスタセンサの製造方法を工程順に示す平面図である。
【図３】本発明に係る薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法の一実施形態において、薄膜サーミスタセンサの他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る薄膜サーミスタセンサおよびその製造方法の一実施形態を、図１および図２を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部又は構成を認識可能な大きさとするために、各部の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
本実施形態の薄膜サーミスタセンサ１は、図１および図２に示すように、表面に絶縁層２ａがパターン形成された絶縁基板（基板）２と、絶縁層２ａおよび絶縁基板２の上に互いに対向して貴金属でパターン形成された一対の電極層３と、少なくとも一対の電極層３上と一対の電極層３間の絶縁層２ａ上とに形成された剥離防止用絶縁膜４と、剥離防止用絶縁膜４上にパターン形成されたサーミスタ薄膜５と、該サーミスタ薄膜５を覆うようにパターン形成されたＳｉＯ２保護膜６とを備えている。
【００１７】
上記剥離防止用絶縁膜４は、一対の電極層３上で一対の電極層３の互いに対向する部分の一部をサーミスタ電極領域３ａとして除いてパターン形成されている。また、上記サーミスタ薄膜５は、サーミスタ電極領域３ａ内まで埋込形成されている。なお、本実施形態の剥離防止用絶縁膜４は、互いに対向した矩形状の３対のサーミスタ電極領域３ａが露出するようにパターン形成されている。
上記絶縁基板２は、Ａｌ２Ｏ３で形成されたアルミナ基板であり、少なくともサーミスタ薄膜５の直下かつ絶縁基板２上に絶縁層２ａとしてＳｉＯ２下地膜が形成されている。なお、このＳｉＯ２下地膜の絶縁層２ａは、矩形状にパターン形成されている。
【００１８】
上記サーミスタ薄膜５は、例えばＭｎ−Ｃｏ系複合金属酸化物（例えば、Ｍｎ3Ｏ4−Ｃｏ3Ｏ4系複合金属酸化物）又は、Ｍｎ−Ｃｏ系複合金属酸化物に、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕのうち少なくとも一種類の元素を含む複合金属酸化物（例えば、Ｍｎ3Ｏ4−Ｃｏ3Ｏ4−Ｆｅ2Ｏ3系複合金属酸化物）からなるスピネル系の複合金属酸化物膜である。
このサーミスタ薄膜５は、半導体の性状を呈し、温度が上昇すると抵抗が低くなる負特性、いわゆるＮＴＣサーミスタ（Negative Temperature Coefficient Thermistor）の性質を有している。
なお、このサーミスタ薄膜５は、スパッタリング法により平面視略正方形状に成膜されたものである。
【００１９】
上記一対の電極層３は、図２の（ｅ）に示すように、一対の矩形状にパターン形成され、リードフレーム等が接続される一対の電極パッド部３ｂと、サーミスタ薄膜５と接合する３対のサーミスタ電極領域３ａとを有している。
また、一対の電極層３は、Ｐｔで形成され、剥離防止用絶縁層４は、ＳｉＯ２で形成されている。
【００２０】
なお、絶縁基板２の厚さは、例えば０．２ｍｍであり、絶縁層２ａの厚さは、例えば１００ｎｍである。また、電極層３の厚さは、例えば１００ｎｍであり、剥離防止用絶縁層４の厚さは、例えば１００ｎｍである。さらに、サーミスタ薄膜５の厚さは、例えば５００ｎｍであり、ＳｉＯ２保護膜６の厚さは、例えば６００ｎｍである。
【００２１】
次に、このように構成された薄膜サーミスタセンサ１の製造方法について、図２を参照して説明する。
【００２２】
本実施形態の薄膜サーミスタセンサ１の製造方法は、図２の（ａ）〜（ｅ）に示すように、表面に絶縁層２ａが形成された絶縁基板２の上面に互いに対向した一対の電極層３をＰｔ等の貴金属でパターン形成する電極形成工程と、少なくとも一対の電極層３と一対の電極層３間の絶縁層２ａ上とに剥離防止用絶縁膜４を形成する剥離防止用絶縁膜形成工程と、剥離防止用絶縁膜４上にサーミスタ薄膜５をパターン形成するサーミスタ成膜工程とを有している。
【００２３】
そして、上記剥離防止用絶縁膜形成工程では、剥離防止用絶縁膜４を、一対の電極層３上で一対の電極層３の互いに対向する部分の一部をサーミスタ電極領域３ａとして除いてパターン形成する。
また、上記サーミスタ成膜工程では、サーミスタ薄膜５を、サーミスタ電極領域３ａ内まで埋込形成する。
【００２４】
以下に、薄膜サーミスタセンサ１の製造方法について具体的に説明する。
まず、図２の（ａ）に示すように、アルミナ基板の絶縁基板２の表面にＳｉＯ２下地膜をスパッタにより成膜し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により所定の矩形状にパターニングして絶縁層２ａを形成する。
次に、図２の（ｂ）に示すように、絶縁層２ａがパターン形成された絶縁基板２上にＰｔ膜をスパッタにより成膜し、ＲＩＥにより一対の矩形状にパターニングして一対の電極層３を形成する。
【００２５】
さらに、図２の（ｃ）に示すように、絶縁層２ａおよび電極層３が形成された絶縁基板２上にＳｉＯ２膜の剥離防止用絶縁層４をスパッタにより成膜し、図２の（ｄ）に示すように、ＲＩＥによりパターニングして、一対の矩形状の電極パッド部３ｂと、３対の矩形状のサーミスタ電極領域３ａとを露出させる。
【００２６】
次に、図２の（ｄ）に示すように、剥離防止用絶縁層４上にサーミスタ薄膜５をスパッタにより成膜し、ウエットエッチングにより所定の矩形状にパターニングする。このとき、各サーミスタ電極領域３ａ内にもサーミスタ薄膜５が埋め込まれて電極層３と接合される。この後、耐熱性向上のために所定温度及び所定時間でサーミスタ薄膜５のアニール処理を行う。例えば、アニール処理の温度は、７００〜８００℃とする。
最後に、サーミスタ薄膜５上にＳｉＯ２保護膜６をスパッタにより成膜し、パターニングすることで、本実施形態の薄膜サーミスタセンサ１が作製される。なお、さらにＳｉＯ２保護膜６上に保護ガラス印刷膜を印刷により積層しても構わない。
【００２７】
このように本実施形態の薄膜サーミスタセンサ１では、剥離防止用絶縁膜４が、一対の電極層３上で一対の電極層３の互いに対向する部分の一部をサーミスタ電極領域３ａとして除いてパターン形成され、サーミスタ薄膜５が、サーミスタ電極領域３ａ内まで埋込形成されるので、Ｐｔの電極層３と絶縁層２ａまたは絶縁基板２との密着性が低くても剥離防止用絶縁層４が電極層３を上から覆って剥離を防止することができる。すなわち、剥離の起点となる電極層３の端部分が剥離防止用絶縁層４で押さえられていると共に、電極層３の接合面積も大きくできることから、Ｐｔの電極層３の剥離が防止される。
【００２８】
また、サーミスタ薄膜５と電極層３との導通は、剥離防止用絶縁層４に開けられた窓部内のサーミスタ電極領域３ａを介して行われる。これにより、電極層３の側面とサーミスタ薄膜５とが接触しておらず、サーミスタ電極領域３ａ内に露出した電極層３上面でのみ導通されるため、電極層３の側面分の抵抗値寄与が無くなり、電極層３の層厚ばらつきによらず、抵抗値調整が容易になる。また、酸素を通しやすいＰｔの電極層３とサーミスタ薄膜５との接触面積を少なくすることが可能になる。さらに、Ｐｔの電極層３のパターニングの構造が単純になり、従来の櫛歯状のような複雑な形状が不要になってパターニングが容易になる。
【００２９】
さらに、サーミスタ薄膜５の直下かつＡｌ２Ｏ３の絶縁基板２上に絶縁層２ａとしてＳｉＯ２下地膜が形成されるので、絶縁基板２中のＡｌが拡散して電極層３を透過し、サーミスタ薄膜５まで達して電気特性に影響を与えることをＳｉＯ２下地膜の電極層３で抑制することができる。
また、剥離防止用絶縁層４が、ＳｉＯ２で形成されているので、ＳｉＯ２層のパターンニングが短時間にできるため、製造時間を大幅に短縮することができる。
【００３０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００３１】
例えば、上述したように、サーミスタ薄膜５の直下においてアルミナ基板の絶縁基板２上にＳｉＯ２下地膜の電極層３を形成することが好ましいが、図３に示す他の例のように、サーミスタ薄膜５の直下においてアルミナ基板の絶縁基板２上にＰｔの電極層３を直接パターン形成しても構わない。この場合、絶縁基板２からのＡｌの拡散によりサーミスタ薄膜５の電気特性が影響されるおそれもあるが、ＳｉＯ２下地膜の電極層３のパターン形成工程が省略されるため、工程数および製造コストの削減を図ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…薄膜サーミスタセンサ、…絶縁基板２、２ａ…絶縁層、３…電極層、３ａ…サーミスタ電極領域、４…剥離防止用絶縁膜、５…サーミスタ薄膜
【図１】
0005709041.tif 000002
【図２】
0005709041.tif 000003
【図３】
0005709041.tif 000004