(57)【要約】【課題】  高温環境下での抵抗値変化を抑制しながら電極の接合不良をなくすことができ、品質及び信頼性が向上すること。【解決手段】  表面にＳｉＯ2層２が形成されたシリコン基板３と、ＳｉＯ2層２の上面にパターン形成されたサーミスタ薄膜４と、貴金属以外の金属材料で形成され、ＳｉＯ2層２の上面にパターン形成された接合層５と、該接合層５上にパターン形成された貴金属からなる電極６と、を備え、サーミスタ薄膜４の内部に、サーミスタ薄膜４が形成されない薄膜非形成領域４ａを有し、接合層５及び電極６が、薄膜非形成領域４ａ内に埋め込み形成され側面がサーミスタ薄膜４の内側面に接合され、薄膜非形成領域４ａ内の接合層５及び電極６の一部が、除去されて抵抗値調整されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に絶縁層が形成された基板又は絶縁基板と、
前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面にパターン形成されたサーミスタ薄膜と、
貴金属以外の金属材料で形成され、前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面にパターン形成された接合層と、
該接合層上にパターン形成された貴金属からなる電極と、を備え、
前記サーミスタ薄膜の内部に、前記サーミスタ薄膜が形成されない薄膜非形成領域を有し、
前記接合層及び前記電極が、前記薄膜非形成領域内に埋め込み形成され側面が前記サーミスタ薄膜の内側面に接合され、
前記薄膜非形成領域内の前記接合層及び前記電極の一部が、除去されて抵抗値調整されていることを特徴とする薄膜サーミスタ。
【請求項２】
基板上の絶縁層又は絶縁基板の上面にサーミスタ薄膜をパターン形成する薄膜形成工程と、
前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面に貴金属以外の金属材料により接合層をパターン形成する接合層形成工程と、
前記接合層上に貴金属材料により電極をパターン形成する電極形成工程と、
抵抗値を微調整する抵抗調整工程と、を有し、
前記薄膜形成工程において、前記サーミスタ薄膜の内部に、前記サーミスタ薄膜が形成されない薄膜非形成領域をパターン形成し、
前記接合層形成工程及び前記電極形成工程において、前記接合層及び前記電極を、前記薄膜非形成領域内に埋め込み形成し側面を前記サーミスタ薄膜の内側面に接合させ、
前記抵抗調整工程において、前記薄膜非形成領域内の前記接合層及び前記電極の一部を除去することを特徴とする薄膜サーミスタの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の薄膜サーミスタの製造方法において、
前記抵抗調整工程において、レーザ光を照射して前記接合層及び前記電極の一部を除去することを特徴とする薄膜サーミスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば赤外線検出センサに用いられる薄膜サーミスタ及び該薄膜サーミスタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触で温度を測定できる赤外線検出素子の開発が盛んになってきている。赤外線検出素子は、物体や人体から放出される微弱な赤外線を検出するのに用いられることが多く、高感度であることが要求される。この赤外線検出素子には、熱電対を直列に接続したサーモパイル型、特定材料の焦電効果を利用した焦電型、特定金属酸化物の抵抗率温度依存性を利用したサーミスタ型の三種類がある。
【０００３】
これらのうち、製品の微細化や高性能化、低価格化の潮流に乗った製品として、サーミスタ薄膜を半導体基板等の基板上に形成し、各種配線等を施したサーミスタ型の赤外線検出センサが注目され始めている。このサーミスタ薄膜を用いた赤外線検出センサの一般的な構造は、絶縁基板又は上面に絶縁層が形成された基板と、絶縁基板又は絶縁層の上面に形成されたサーミスタ薄膜と、該サーミスタ薄膜の上面に形成された一対の電極と、から構成されている。
【０００４】
このように構成された赤外線検出センサにおいては、照射された赤外線を受光してサーミスタ薄膜の温度が変化すると、サーミスタ薄膜の抵抗が変化するので、この抵抗変化を一対の電極で検出して赤外線を検知できるようになっている。
なお、この赤外線検出センサに用いられるサーミスタ薄膜は、例えば表面にＳｉＯ2層（絶縁層）が形成されたＳｉ基板や、アルミナ基板又は石英基板等の絶縁基板上に形成されている。
【０００５】
上述した赤外線検出センサ等して用いられる薄膜サーミスタは、現在様々なものが提供されている。例えば、熱応答性に優れたもの（特許文献１及び２参照）が提供されている。
このような薄膜サーミスタにおいて、抵抗値歩留まりを良くするために、レーザトリミングを行う方法が知られている。例えば、特許文献３には、抵抗値調整を行うために電極部分にトリミング部分を設けた技術が提案されている。また、特許文献４には、抵抗値調整を行うために、抵抗値用のサーミスタ部分を設けて、その部分に接続されている線を切断して抵抗値調整を行う技術が提案されている。
このように抵抗値調整手段として、従来、薄膜サーミスタに抵抗値調整用の抵抗体か電極を直列に接続してレーザトリミングにより抵抗値を調整する方法、またはサーミスタ薄膜自体をトリミングする方法が用いられている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１６０９０２号公報
【特許文献２】特開昭６１−２４２００２号公報
【特許文献３】特開２０００−３４８９１１号公報
【特許文献４】特開平９−２８３３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の薄膜サーミスタには、以下の課題が残されている。
すなわち、上記従来の技術のうち、抵抗値調整用の抵抗体や電極を別途設ける方法では、サーミスタ薄膜以外に占有面積の必要な領域が発生するため、必然的にチップサイズが大きくなってしまう不都合がある。また、サーミスタ薄膜自体をトリミングする方法では、サーミスタ薄膜自体がレーザ照射による熱で抵抗値が著しく上昇してしまうため、抵抗値を測定しながらトリミング距離を調整することが困難である。また、サーミスタ薄膜をトリミングすることは、サーミスタ薄膜自体にダメージを与えることになり、耐電圧等の電気特性が劣化するおそれもある。
【０００８】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、小型化が可能で、サーミスタ薄膜自体にダメージを与えずに高精度に抵抗値調整可能な薄膜サーミスタ及び該薄膜サーミスタの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る薄膜サーミスタは、表面に絶縁層が形成された基板又は絶縁基板と、前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面にパターン形成されたサーミスタ薄膜と、貴金属以外の金属材料で形成され、前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面にパターン形成された接合層と、該接合層上にパターン形成された貴金属からなる電極と、を備え、前記サーミスタ薄膜の内部に、前記サーミスタ薄膜が形成されない薄膜非形成領域を有し、前記接合層及び前記電極が、前記薄膜非形成領域内に埋め込み形成され側面が前記サーミスタ薄膜の内側面に接合され、前記薄膜非形成領域内の前記接合層及び前記電極の一部が、除去されて抵抗値調整されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る薄膜サーミスタの製造方法は、基板上の絶縁層又は絶縁基板の上面にサーミスタ薄膜をパターン形成する薄膜形成工程と、前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面に貴金属以外の金属材料により接合層をパターン形成する接合層形成工程と、前記接合層上に貴金属材料により電極をパターン形成する電極形成工程と、抵抗値を微調整する抵抗調整工程と、を有し、前記薄膜形成工程において、前記サーミスタ薄膜の内部に、前記サーミスタ薄膜が形成されない薄膜非形成領域をパターン形成し、前記接合層形成工程及び前記電極形成工程において、前記接合層及び前記電極を、前記薄膜非形成領域内に埋め込み形成し側面を前記サーミスタ薄膜の内側面に接合させ、前記抵抗調整工程において、前記薄膜非形成領域内の前記接合層及び前記電極の一部を除去することを特徴とする。
【００１１】
これらの薄膜サーミスタ及びその製造方法では、接合層及び電極を、薄膜非形成領域内に埋め込み形成し側面をサーミスタ薄膜の内側面に接合させ、さらに薄膜非形成領域内の接合層及び電極の一部を除去することで、抵抗値調整が行われているので、サーミスタ薄膜内部の薄膜非形成領域における接合層及び電極がトリミング位置となり、別途トリミング領域を設ける必要が無く小型化を図ることができる。また、サーミスタ薄膜自体を除去するトリミングを行わないので、サーミスタ薄膜自体にダメージを与えることなく、かつトリミング中の抵抗値変動を抑制して高精度な抵抗値調整がなされる。
【００１２】
また、本発明に係る薄膜サーミスタの製造方法は、前記抵抗調整工程において、レーザ光を照射して前記接合層及び前記電極の一部を除去することを特徴とする。すなわち、この薄膜サーミスタの製造方法では、レーザ光照射により接合層及び電極を除去してトリミングするので、局所的な除去を高い位置精度で行うことができ、高精度な抵抗値調整が可能になる。また、接合層及び電極の下にはサーミスタ薄膜が無いため、レーザ光の熱によりサーミスタ薄膜にダメージを与えることがない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る薄膜サーミスタ及び薄膜サーミスタの製造方法によれば、接合層及び電極を、薄膜非形成領域内に埋め込み形成し側面をサーミスタ薄膜の内側面に接合させ、さらに薄膜非形成領域内の接合層及び電極の一部を除去することで、抵抗値調整が行われているので、別途トリミング領域を設ける必要が無く小型化を図ることができると共に、サーミスタ薄膜自体にダメージを与えることなく、かつトリミング中の抵抗値変動を抑制して高精度な抵抗値調整がなされる。したがって、本発明に係る薄膜サーミスタを例えば赤外線検出センサとして用いた場合には、小型かつ高精度なセンサとして好適に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る薄膜サーミスタ及び薄膜サーミスタの製造方法の一実施形態を、図１から図４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、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１５】
本実施形態の薄膜サーミスタ１は、図１及び図２に示すように、表面にＳｉＯ2層（絶縁層）２が形成されたシリコン基板（基板）３と、ＳｉＯ2層２の上面にパターン形成されたサーミスタ薄膜４と、貴金属以外の金属材料で形成され、ＳｉＯ2層２の上面にパターン形成された一対の接合層５と、これら接合層５上にパターン形成された貴金属からなる一対の電極６と、少なくともサーミスタ薄膜４の上面全体を電極６と共に覆う絶縁性の保護膜７と、を備えている。
【００１６】
また、薄膜サーミスタ１は、サーミスタ薄膜４の内部に、サーミスタ薄膜４が形成されない薄膜非形成領域４ａを有していると共に、接合層５及び電極６が薄膜非形成領域４ａ内に埋め込み形成され、接合層５及び電極６の側面がサーミスタ薄膜４の内側面に接合されている。なお、サーミスタ薄膜４の厚さと接合層５及び電極６の合計厚さとは、同一に設定され、サーミスタ薄膜４と電極６との表面が面一で平坦化されている。
さらに、薄膜非形成領域４ａ内の接合層５及び電極６の一部が、トリミングにより除去されて抵抗値調整されている。なお、図１中、符号Ｔは、接合層５及び電極６の除去部を示している。
【００１７】
上記ＳｉＯ2層２は、シリコン基板３の表面を熱酸化することで形成されたものであって、例えば、厚みが０．１μｍ以上１．５μｍ以下である。本実施形態のＳｉＯ2層２では、５００ｎｍの層厚とした。
上記サーミスタ薄膜４は、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）からなる複合金属酸化物膜であり、結晶面（１００）面に配向したスピネル型結晶構造であって、膜厚方向に延在する柱状結晶構造を有している。
【００１８】
本実施形態のサーミスタ薄膜４は、ＳｉＯ2層２の上面に、スパッタリング法により平面視略正方形状にパターン形成されたものであり、その後、所定時間アニール処理されている。
【００１９】
なお、上記ＭｎとＣｏとのモル比は、４：６程度が適当であり、Ｆｅを含む場合には、Ｍｎ：Ｃｏ：Ｆｅのモル比は（２０〜６０）：（２〜６５）：（９〜４０）程度が適当である。このサーミスタ薄膜４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。
【００２０】
一対の接合層５は、貴金属以外の金属材料（例えば、ＣｒやＴｉ、又はこれらの合金等）により、ＳｉＯ2層２上にパターン形成されている。一対の接合層５は、ＳｉＯ2層２上において、一対の電極６の下地層となるものであり、成膜される面の材料（本実施形態ではＳｉＯ2層２）との接合強度が電極６の貴金属材料よりも高い金属材料で構成される。また、接合層５は、サーミスタ薄膜４の薄膜非形成領域４ａ内に埋め込み形成された櫛歯部５ａと、該櫛歯部５ａからＳｉＯ2層２の上面に引き出された引き出し部５ｂと、引き出し部５ｂに接続されたパッド部５ｃとを有している。
【００２１】
一対の電極６は、貴金属材料（例えば、ＡｕやＰｔ等）により、一対の接合層５上にパターン形成されている。すなわち、電極６は、サーミスタ薄膜４の上面に形成された櫛歯部６ａと、該櫛歯部６ａに接続され、ＳｉＯ2層２の上面に引き出された引き出し部６ｂと、引き出し部６ｂに接続されたパッド部６ｃとを有している。なお、櫛歯部６ａ、引き出し部６ｂ及びパッド部６ｃは、接合層５の櫛歯部５ａ、引き出し部５ｂ及びパッド部５ｃ上に同一形状で形成されている。なお、図１において、電極６の下地層であって同位置に同パターンで形成されている接合層５及びその構成部分（櫛歯部５ａ、引き出し部５ｂ及びパッド部５ｃ）については、表面側の電極６及びその構成部分（櫛歯部６ａ、引き出し部６ｂ及びパッド部６ｃ）の符号と共に（  ）内にその符号を示している。
また、一対の電極６は、パッド部６ｃにワイヤーボンディングされたリード線により外部と導通するようになっている。
【００２２】
上記保護膜７は、パッド部６ｃを除いて、少なくともサーミスタ薄膜４の上面全体を櫛歯部６ａと共に覆うように形成されている。これにより、サーミスタ薄膜４と共に櫛歯部６ａを内部に封止している。この保護膜７は、例えば、ＳｉＯ2膜やＳｉＮ４膜である。但し、これに限られず、絶縁性で外部雰囲気を遮断できれば、ガラスや耐熱樹脂等の膜でも構わない。
【００２３】
次に、このように構成された薄膜サーミスタ１の製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。
ここでは、Ｃｒの接合層５及びＡｕの電極６を備えた薄膜サーミスタの製造方法について説明する。
【００２４】
まず、熱酸化法により、図３の（ａ）に示すように、シリコン基板３の表面に上述した厚みのＳｉＯ2層２を形成する。次いで、図３の（ｂ）に示すように、このＳｉＯ2層２の上面にサーミスタ薄膜４をパターン形成する薄膜形成工程を行う。即ち、ＳｉＯ2層２の全面に所定のスパッタ条件で上述した複合金属酸化物膜をスパッタリング法で成膜する。なお、本実施形態のサーミスタ薄膜４では、（Ｍｎ０．４Ｃｏ０．６）３Ｏ４のスピネル構造の薄膜を、２００ｎｍの層厚で形成した。
【００２５】
続いて、図３の（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術により、複合金属酸化物膜の上面であってサーミスタ薄膜４を形成する領域にフォトレジスト膜をパターニングする。そして、フォトレジスト膜をマスクとして、所定の溶液（希塩酸溶液など）を利用したウェットエッチング加工によりマスクされていない複合金属酸化物膜を選択的に除去する。そして、マスクとしていたフォトレジスト膜を除去する。これにより、ＳｉＯ2層２の上面に、外形が平面視略正方形状で内部に一対の櫛歯型の溝である薄膜非形成領域４ａを有するサーミスタ薄膜４をパターン形成することができる。
この後、耐熱性向上のため３００℃〜９００℃の範囲、より好ましくは６００℃〜９００℃の範囲で、所定時間アニール処理を行う。例えば、６００℃で１時間のアニール処理を行う。これにより、抵抗値及びＢ定数の信頼性の高いサーミスタ薄膜４が得られる。
【００２６】
次いで、薄膜非形成領域４ａ内及びＳｉＯ2層２の上面に、一対の接合層５をパターン形成する接合層形成工程を行う。まず、図３の（ｄ）に示すように、サーミスタ薄膜４全面及びＳｉＯ2層２全面にフォトレジスト膜を形成し、櫛歯部５ａ、引き出し部５ｂ及びパッド部５ｃとなる領域のフォトレジスト膜８を部分的に除去してパターニングを行う。
【００２７】
そして、図４の（ａ）に示すように、全面に接合層５となるＣｒをスパッタリング法により成膜する。例えば、層厚１０ｎｍのＣｒ薄膜を接合層５として形成する。さらに、この上に、電極６としてＡｕをスパッタリング法により成膜する。例えば、層厚１９０ｎｍのＡｕ薄膜を電極６として形成する。次に、図４の（ｂ）に示すように、リフトオフ法を用いてフォトレジスト膜８上のＣｒ薄膜及びＡｕ薄膜を除去し、接合層５及び電極６として、櫛歯部５ａ、６ａ、引き出し部５ｂ、６ｂ及びパッド部５ｃ、６ｃをパターン形成する。このとき、薄膜非形成領域４ａ内には、接合層５及び電極６が櫛歯部５ａ、６ａとして積層状態に埋め込まれた構造で形成される。
【００２８】
次いで、図４の（ｃ）に示すように、サーミスタ薄膜４を内部に封止する保護膜７を形成する保護膜形成工程を行う。即ち、全面にＳｉＯ２薄膜をスパッタリングにより、例えば層厚６００ｎｍで成膜した後、フォトレジスト膜をパターン形状し、このフォトレジスト膜をマスクにして、フッ酸を用いたウェットエッチングにより、ＳｉＯ２薄膜をパターニングする。これにより、パッド部６ｃを露出させた保護膜７を形成し、ワイヤーボンディング可能な状態とする。
【００２９】
さらに、抵抗値を微調整する抵抗調整工程を行う。すなわち、薄膜非形成領域４ａ内の接合層５及び電極６の一部を、保護膜７の上からＹＡＧレーザ光を照射して保護膜７と共に除去するトリミングを行う。この際、トリミングしながらパッド部６ｃに抵抗値測定用プローブの先端を接触させて抵抗値を測定し、所望の抵抗値に達したところで、トリミングを終了する。なお、ＹＡＧレーザ光のパワーは０．８Ｗ程度であり、Ｑレートは、２ｋＨｚ程度としている。
上記工程により、１枚の基板上に多数の薄膜サーミスタ１を形成し、その基板を切断することにより個々の薄膜サーミスタ１とする。なお、上記抵抗調整工程は、１チップの薄膜サーミスタ１に切断した後に行っても構わない。
【００３０】
このように本実施形態では、接合層５及び電極６を、薄膜非形成領域４ａ内に埋め込み形成し側面をサーミスタ薄膜４の内側面に接合させ、さらに薄膜非形成領域４ａ内の接合層５及び電極９の一部を除去することで、抵抗値調整が行われているので、サーミスタ薄膜４内部の薄膜非形成領域４ａにおける接合層５及び電極６がトリミング位置となり、別途トリミング領域を設ける必要が無く小型化を図ることができる。また、サーミスタ薄膜４自体を除去するトリミングを行わないので、サーミスタ薄膜４自体にダメージを与えることなく、かつトリミング中の抵抗値変動を抑制して高精度な抵抗値調整がなされる。
【００３１】
また、レーザ光照射により接合層５及び電極６を除去してトリミングするので、局所的な除去を高い位置精度で行うことができ、高精度な抵抗値調整が可能になる。さらに、接合層５及び電極６の下にはサーミスタ薄膜４が無いため、レーザ光の熱によりサーミスタ薄膜４にダメージを与えることがない。
このように、上記トリミングにより抵抗値歩留まりの高い薄膜サーミスタ１を得ることができる。
したがって、本実施形態の薄膜サーミスタ１を例えば赤外線検出センサとして用いた場合には、小型かつ高精度なセンサとして好適に利用することができる。
【００３２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の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。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、表面にＳｉＯ2層２が形成されたシリコン基板３を用いた場合を例にしたが、シリコン基板３に限られず、その他の半導体基板やＡｌやＣｕ等の板状金属材料でも構わない。また、半導体基板だけでなく、アルミナ基板や石英基板等の絶縁基板を利用しても構わない。この場合には、絶縁基板の上面に直接サーミスタ薄膜を形成すれば良い。
【００３４】
また、上記製造工程では、パターニング後にアニール処理を施してサーミスタ薄膜４を形成しているが、逆に成膜後にアニール処理を施してからパターニングしても構わない。
さらに、上記トリミングはＹＡＧレーザ光を照射して行っているが、他の波長のレーザ光（例えば紫外線レーザ光）を照射しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る薄膜サーミスタ及びその製造方法の一実施形態において、保護膜のみを分解して示す薄膜サーミスタの全体斜視図である。
【図２】本実施形態の薄膜サーミスタ及びその製造方法において、電極の櫛歯部近傍を示す要部断面図である。
【図３】本実施形態の薄膜サーミスタ及びその製造方法において、製造工程順に示す要部断面図である。
【図４】本実施形態の薄膜サーミスタ及びその製造方法において、製造工程順に示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…薄膜サーミスタ、２…ＳｉＯ2層（絶縁層）、３…シリコン基板（基板）、４…サーミスタ薄膜、４ａ…薄膜非形成領域、５…接合層、６…電極、７…保護膜（絶縁性保護膜）、Ｔ…除去部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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