(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーミスタ薄膜と、前記サーミスタ薄膜上に設けられた１対の電極とを有する薄膜サーミスタ素子であって、前記サーミスタ薄膜が（０１２）面に配向した菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を有している希土類遷移金属系酸化物からなることを特徴とする薄膜サーミスタ素子。
【請求項２】
前記希土類遷移金属系酸化物はランタンコバルト酸化物薄膜である請求項１記載の薄膜サーミスタ素子。
【請求項３】
前記サーミスタ薄膜の膜表面での結晶粒径が２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である、請求項１記載の薄膜サーミスタ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は情報機器、通信機器、住設機器、自動車機器などの温度センサ素子などに用いる薄膜ＮＴＣサーミスタ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
温度検知に用いる素子のなかでも酸化物半導体材料を用いたＮＴＣサーミスタは、熱電対や白金測温抵抗体と比較して、抵抗の温度変化が大きく温度分解能が大きい、簡単な回路での計測が可能である、材料が安定でかつ外界の影響を受けにくいため経事変化が小さく高信頼性である、大量生産が可能であり安価である、などといった特徴を有するため大量に使用されている。温度検知に用いるＮＴＣサーミスタ素子は、従来からＭｎ，Ｃｏ，Ｎｉなどの遷移金属を主成分としたスピネル型結晶構造の酸化物焼結体チップの端面にＡｇなどの電極を塗布・焼き付けにより形成した構成のものが用いられてきた。
【０００３】
またＮＴＣサーミスタは上記温度検知の目的以外にも、室温での抵抗値が高く温度上昇とともに抵抗値が減少する特性を利用して、スイッチング電源でスイッチを入れた瞬間に流れる過電流を防止する素子としても用いられてる。この場合、初期の突入電流を抑制し、その後、自己発熱による昇温により低抵抗となり、定常状態では電力消費量を低下させることができる。突入防止用として用いられるＮＴＣサーミスタ素子には、サーミスタ材料に希土類遷移金属酸化物、例えばペロブスカイト型結晶構造のランタンコバルト酸化物の焼結体を用い、その表面にスパッタリング法により銀の薄膜電極を形成することにより製造されている（特開平７−２３０９０２号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年の電子機器の小型化・軽量化および高性能化に伴い、ＮＴＣサーミスタ素子にも素子サイズの小型化や、素子性能の高精度化（例えば、抵抗値やＢ定数の素子間のバラツキ低減）が求められている。しかしながら、サーミスタ材料にランタンコバルト酸化物の焼結体を用いた上記構成のサーミスタでは加工精度の問題から、小型化することにによりサーミスタ素子の抵抗値やＢ定数の値のバラツキが大きくなってしまうと言った課題があった。
【０００５】
本発明は、従来技術による上記問題点を解決し、小型で高精度な薄膜サーミスタ素子を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、サーミスタ薄膜と、その上に設けられた１対の電極とを有する薄膜サーミスタ素子であって、サーミスタ薄膜が、（０１２）面に配向した菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を有している希土類遷移金属系酸化物からなることを特徴としている。
【０００７】
このようにサーミスタ素子に対して、サーミスタ材料や電極の形成に薄膜技術を用いる事により、焼結体を用いた場合と比較して、小型化や高精度化が可能となる。
【０００８】
特に本発明においては、サーミスタ材料に（０１２）面に配向した菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を有している希土類遷移金属系酸化物からなる薄膜を用いることにより、結晶粒径がそろった薄膜が得られるため、無配向膜を用いた場合以上に、高精度化が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の薄膜サーミスタ素子１０は、図１に示すように、アルミナからなる基板１１上に、サーミスタ薄膜１２と、Ｐｔ薄膜からなるくし形電極１３と１４とが形成され成っている。上記サーミスタ薄膜は希土類遷移金属薄膜、例えばペロブスカイト型結晶構造のＬａＣｏＯ3から成る。
【００１１】
図１に示したサーミスタ薄膜１２は、例えば図２に示すようなスパッタ装置２０によって作製することができる。このスパッタ装置２０には、下地基板２２を保持する基板ホルダ２１と、ターゲット２４とが５０ｍｍの間隔で対向して設けられている。このターゲット２４は、φ２５０ｍｍのバッキングプレート（Ｃｕ）上に、４０×４０ｍｍ（×５ｍｍ：厚み）、４０×２０ｍｍ（×５ｍｍ：厚み）、２０×２０ｍｍ（×５ｍｍ：厚み）の３種類のサイズのＬａＣｏＯ3酸化物の焼結体ブロックを敷き詰めて、ボンディングすることによって作製している。
【００１２】
なお、それぞれの焼結体ブロック間の隙間は、すべて０．５ｍｍ以下となっている。また、２５はアースシールドで、開口部は２００ｍｍである。上記ターゲット２４には、高周波電源２３（１３．５６ＭＨｚ）が接続されている。一方、基板ホルダ２１は、図示しない駆動装置によって所定の回転速度で回転するようになっている。上記基板ホルダ２１おおよびターゲット２４は、例えばアルゴンと酸素が充填された図示しないチャンバー内に設けられている。なお、必ずしも上記の様に基板ホルダ２１を回転させるようにしなくても良いが、一般に、基板ホルダ２１を回転させることにより、サーミスタ薄膜１２の均一性を向上させることが容易になる。
【００１３】
上記基板ホルダ２１に下地基板２２を保持させて加熱し、ターゲット２４に高周波電圧を印加するとともに基板ホルダー２１を所定の回転速度で回転させると、ターゲット２４から飛来する粒子がスパッタリングされてランタンコバルト酸化物薄膜が形成される。そして得られたランタンコバルト薄膜を所定の条件で熱処理することによりサーミスタ薄膜１２が得られる。
【００１４】
【実施例】
以下、より具体的なサーミスタ薄膜１２の形成条件（スパッタ条件および熱処理条件）、及び得られたサーミスタ薄膜１２と薄膜サーミスタ素子１０の特性について説明する。
【００１５】
（実施例）
下記に示す条件でサーミスタ薄膜を形成し、さらに大気中で熱処理した。ここで、下地基板１１としては、１２０×１２０×０．３ｍｍの大きさで、表面の凹凸が０．０３μｍ以下となるように研磨したアルミナ基板を用いた。また、膜結晶性などを評価するために、上記下地基板と同じ大きさのガラス基板を用意し、同様の条件でサーミスタ薄膜を形成した。
【００１６】
・ターゲット組成：  Ｌａ／Ｃｏ＝４８．４／５１．６
・Ａｒ／Ｏ２流量比：  １４／６（ＳＣＣＭ）
・真空度：  １（Ｐａ）
・基板温度：  ５００（℃）
・ホルダ回転数：  ５（ｒｐｍ）
・成膜時間：  １００（分）
・膜厚：  ２．１（μｍ）
・熱処理温度・時間：  ８００（℃）・５（時間）
上記のようにして評価用にガラス基板上に形成され、熱処理されたサーミスタ薄膜について、
（１）Ｘ線マイクロアナライザーによる組成分析
（２）Ｘ線回折（ＸＲＤ）による結晶構造の解析
（３）走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による膜表面の観察
を行った。
【００１７】
その結果、基板中央部のサーミスタ薄膜の組成はＬａ／Ｃｏ＝４８．９／５１．１であり、ややターゲット組成からはずれていた。しかし、基板周辺部においても同様の組成を示しており、基板内での組成の違いは見られなかった。
【００１８】
ＸＲＤ測定より、膜は結晶性の良好なペロブスカイト型構造を示していた。また、菱面体晶系（０１２）面に優先配向していた。
【００１９】
さらにＳＥＭ観察から得られたサーミスタ薄膜の膜表面での結晶粒径は２５０〜３５０ｎｍであった。
【００２０】
次に、上記のようにして下地基板（アルミナ）１１上に形成され、熱処理されたサーミスタ薄膜１２上の全面に、厚さが０．１μmのＰｔ薄膜およびレジストパターンを形成し、Ａｒによるドライエッチングを用いたフォトリソグラフィプロセスによりパターンニングして、くし形電極１３，１４を形成した。ついで、ダイシング装置を用い、基板周辺部を除いて３．２×１．６ｍｍサイズにカットすることにより、前記図１に示した構成の薄膜サーミスタ素子１０を２０００個作製し、抵抗値およびＢ定数（温度に対する抵抗の変化率、Ｂ0は０℃〜２５℃における変化、Ｂ150は２５℃〜１５０℃における変化）を測定して、平均値、およびバラツキ（（最大値−最小値）／平均値）を求めた。結果を以下に示す。
【００２１】
・抵抗値：平均値＝８．６１（ＫΩ）    バラツキ＝１．７（％）
・Ｂ定数（Ｂ0）：平均値＝３２５６（Ｋ）、バラツキ＝０．９（％）
・Ｂ定数（Ｂ150）：平均値＝４３２０（Ｋ）、バラツキ＝０．８（％）
（比較例）
次に比較のために、下記に示す条件でサーミスタ薄膜を形成し、さらに大気中で熱処理した。
【００２２】
・ターゲット組成：  Ｌａ／Ｃｏ＝４８．４／５１．６
・Ａｒ／Ｏ２流量比：  １９／１（ＳＣＣＭ）
・真空度：  １（Ｐａ）
・基板温度：  ３５０（℃）
・ホルダ回転数：  ８（ｒｐｍ）
・成膜時間：  ８０（分）
・膜厚：  １．９（μｍ）
・熱処理温度・時間：  ８００（℃）・５（時間）
得られたサーミスタ膜は、実施例と同様に解析を行った。その結果、基板中央部のサーミスタ薄膜の組成はＬａ／Ｃｏ＝４８．７／５１．３であり、ややターゲット組成からはずれていた。しかし、基板内での組成の違いは見られなかった。
【００２３】
ＸＲＤ測定より、膜は結晶性の良好なペロブスカイト型構造を示していた。結晶配向性は示さなかった。
【００２４】
さらにＳＥＭ観察から得られたサーミスタ薄膜の膜表面での結晶粒径は１００〜５５０ｎｍであった。
【００２５】
次に、実施例と同様なプロセスで薄膜サーミスタ素子を２０００個作製し、抵抗値およびＢ定数（温度に対する抵抗の変化率、Ｂ0は０℃〜２５℃における変化、Ｂ150は２５℃〜１５０℃における変化）を測定して、平均値、およびバラツキ（（最大値−最小値）／平均値）を求めた。結果を以下に示す。
【００２６】
・抵抗値：平均値＝９．１０（ＫΩ）    バラツキ＝３．９（％）
・Ｂ定数（Ｂ0）：平均値＝３２２３（Ｋ）、バラツキ＝１．３（％）
・Ｂ定数（Ｂ150）：平均値＝４３１２（Ｋ）、バラツキ＝１．３（％）
このように、（０１２）面に配向したサーミスタ薄膜を用いた場合と比較して、無配向膜を用いた場合には、サーミスタ薄膜の結晶粒径のバラツキが大きくなるため、抵抗値やＢ定数などのバラツキも大きくなっていると考えられる。
【００２７】
なお、サーミスタ薄膜１２を構成する希土類遷移金属系酸化物としては、ペロブスカイト型結晶構造のＬａＣｏＯ3に限らず、例えばＬａの代わりに他の希土類元素であるＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂなどでも良く、またＣｏの代わりに他の遷移金属元素であるＴｉ、Ｖ、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ、Ｎｉであっても同様に優れた結果が得られた。さらに、希土類遷移金属酸化物に、添加物としてＡｌ酸化物やＳｉ酸化物などを含んだ場合においても同様に優れた結果が得られた。
【００２８】
なお、電極薄膜材料にはＰｔを用いたが、それに限らずパラジウム、銀、ニッケル、銅、クロム、あるいはそれらの合金を用いた薄膜であっても同様に優れた特性を得ることができた。
【００２９】
なお、本発明の実施例において、下地基板１１にアルミナを用いたが、その他のセラミクスなどの絶縁性基板を用いた場合においても同様に優れた結果が得られた。
【００３０】
なお、本発明の実施例において、ｒｆプラズマ（１３．５６ＭＨｚ）を用いたが、これに限られるものではなく、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマを用いた場合においても同様に優れた結果が得られた。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３２】
すなわち、（０１２）面に配向した、菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を有する希土類遷移金属系酸化物からなるサーミスタ薄膜を形成することにより、そのようなサーミスタ薄膜は結晶粒径のバラツキが小さいため、抵抗値やＢ定数などのバラツキを小さくでき、高精度なサーミスタ素子を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜サーミスタ素子の構成を示す斜視図
【図２】本発明の薄膜サーミスタ素子の製造装置の構成を示す斜視図
【符号の説明】
１０  薄膜サーミスタ素子
１１  下地基板
１２  サーミスタ薄膜（ＬａＣｏＯ3）
１３，１４  Ｐｔ電極
２０  スパッタ装置
２１  基板ホルダ
２２  下地基板
２３  高周波電源
２４  ターゲット
２５  アースシールド
【図１】
0004277380.tif 000002
【図２】
0004277380.tif 000003