JP2000114003A - 薄膜抵抗素子及びその製造方法 - Google Patents

薄膜抵抗素子及びその製造方法

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JP2000114003A
JP2000114003A JP10282253A JP28225398A JP2000114003A JP 2000114003 A JP2000114003 A JP 2000114003A JP 10282253 A JP10282253 A JP 10282253A JP 28225398 A JP28225398 A JP 28225398A JP 2000114003 A JP2000114003 A JP 2000114003A
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Japan
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film
thin film
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thin
temperature
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JP10282253A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Kawanishi
川西  利明
Kenji Tomonari
健二 友成
Shinichi Inoue
眞一 井上
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一の材料から抵抗膜を構成し、しかも抵抗
温度係数を幅広い範囲内で所望値に設定することが可能
な薄膜抵抗素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板2の電気絶縁性表面上にスパッタに
より厚さ0.002〜0.05μmのチタン薄膜4及び
厚さ0.1〜1.0μmの白金薄膜6をこの順に形成
し、次いで200〜1200℃の範囲内で選択された温
度をピーク温度とする熱処理を行うことでチタン薄膜4
と白金薄膜6との積層体からなる抵抗薄膜8の抵抗温度
係数を3200〜3800ppm/℃の範囲内の所望値
にする。熱処理は、ピーク温度での保持時間が2〜8時
間であり、ピーク温度までの昇温及び該ピーク温度から
の降温の速度が30℃/min以下である。熱処理に先
立ち抵抗薄膜8をパターニングすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜抵抗素子に関
するものであり、特にその抵抗温度係数を所望値に設定
することに関するものである。本発明の薄膜抵抗素子
は、例えば熱式流量計において感温素子として好適に使
用される。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
周囲温度の変化による抵抗体の電気抵抗値の変化を検知
して温度測定を行うための抵抗感温素子は幅広い分野で
利用されている。この抵抗感温素子は、抵抗体を薄膜と
して形成し寸法を微小にしたものが使用されている。こ
のような薄膜抵抗感温素子としては、流体の流量測定で
使用される傍熱型流量センサーの流量検知用感温素子や
温度補償用感温素子が例示される。
【0003】以上のような薄膜抵抗素子としては、従
来、表面が絶縁性の基板(例えばガラス板やアルミナ板
や表面に酸化シリコン膜を形成したシリコン板)の絶縁
性表面上に、白金を膜厚例えば0.02μm程度の抵抗
薄膜として形成し、その上に例えば酸化シリコン膜から
なる保護膜を形成したものが利用されている。薄膜抵抗
感温素子の抵抗薄膜や保護膜はスパッタなどの成膜法を
用いて製造される。以上のようにして得られる抵抗薄膜
は、ほぼ一定の抵抗温度係数を有する。
【0004】ところで、最近では、電子回路において特
性に温度係数を持つ素子を使用する場合に、この素子特
性の温度依存性を解消するために、電子回路中に同等の
温度依存性の抵抗素子または逆の温度依存性の抵抗素子
を用いることが要求されるなど、熱設計の自由度を高め
るために、幅広い範囲の温度係数の抵抗素子が要求され
ている。
【0005】このような要求に対して、複数種類の材料
のそれぞれからなる薄膜抵抗素子を利用することにすれ
ば種々の抵抗温度係数を実現することは可能であるが、
必ずしも所望の抵抗温度係数を持つものが容易に入手で
きるとは限らない。
【0006】そこで、本発明は、同一の材料から抵抗膜
を構成し、しかも抵抗温度係数を幅広い範囲内で所望値
に設定することが可能な薄膜抵抗素子の製造方法を提供
することを目的とするものである。また、本発明は、こ
の製造方法により製造可能な新規薄膜抵抗素子を提供す
ることをも目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、以上の
如き目的を達成するものとして、基板の電気絶縁性表面
上にチタン薄膜が形成されており、該チタン薄膜上に白
金薄膜が形成されており、前記チタン薄膜と前記白金薄
膜とからなる抵抗薄膜は3200〜3800ppm/℃
の抵抗温度係数を有することを特徴とする薄膜抵抗素
子、が提供される。
【0008】本発明の一態様においては、前記基板はシ
リコンからなる基体部の表面に酸化シリコン膜が形成さ
れているものである。
【0009】本発明の一態様においては、前記抵抗薄膜
上に保護膜が形成されている。
【0010】本発明の一態様においては、前記白金薄膜
は厚さ0.1〜1.0μmである。
【0011】本発明の一態様においては、前記チタン薄
膜は厚さ0.002〜0.05μmである。
【0012】また、本発明によれば、以上の如き目的を
達成するものとして、基板の電気絶縁性表面上にスパッ
タによりチタン薄膜及び白金薄膜をこの順に形成し、次
いで200〜1200℃の範囲内で選択された温度をピ
ーク温度とする熱処理を行うことで前記チタン薄膜と前
記白金薄膜との積層体からなる抵抗薄膜の抵抗温度係数
を3200〜3800ppm/℃の範囲内の所望値にす
ることを特徴とする、薄膜抵抗素子の製造方法、が提供
される。
【0013】本発明の一態様においては、前記熱処理は
前記ピーク温度での保持時間が2〜8時間であり、該ピ
ーク温度までの昇温及び該ピーク温度からの降温の速度
を30℃/min以下で行う。
【0014】本発明の一態様においては、前記熱処理に
先立ち前記抵抗薄膜をパターニングする。
【0015】本発明の一態様においては、前記白金薄膜
を厚さ0.1〜1.0μmに形成する。
【0016】本発明の一態様においては、前記チタン薄
膜を厚さ0.002〜0.05μmに形成する。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。
【0018】図1は本発明による薄膜抵抗素子の一実施
形態を示す模式的断面図である。
【0019】図1において、2は絶縁基板である。該基
板2は、酸化シリコンを主体とするガラスや酸化アルミ
ニウムを主体とするアルミナ等の酸化物系の絶縁体から
なる。基板2上には、チタン薄膜4を介して白金薄膜6
が形成されている。これらチタン薄膜4及び白金薄膜6
により抵抗薄膜8が形成されている。そして、白金薄膜
6上には、保護膜10が形成されている。
【0020】抵抗薄膜8は、金属からなり、正の抵抗温
度係数を有するが、その厚さが例えば0.1〜1.0μ
mと薄いため、抵抗体として機能することが可能であ
る。尚、白金薄膜6は厚さが例えば0.1〜1.0μm
好ましくは0.3〜0.8μmであり、チタン薄膜4は
厚さが例えば0.002〜0.05μm好ましくは0.
004〜0.02μmである。
【0021】また、抵抗薄膜8は、図2に平面図を示す
様に、両端に1対の電極パッド部7a,7bを有する幅
が例えば5〜25μmで全長が例えば4〜23cmの蛇
行形状にパターニングすることができ、これによれば一
層良好に抵抗体として機能することが可能である。
【0022】保護膜10は、例えば酸化シリコンからな
り、その厚さは例えば0.3〜2.0μm好ましくは
0.5〜1.0μm程度である。
【0023】チタン薄膜4の形成、白金薄膜6の形成及
び保護膜10の形成は、スパッタ法を用いて行うことが
できる。尚、抵抗薄膜8の蛇行形状などのパターニング
は、抵抗薄膜8を成膜した後に、エッチングにより行う
ことができる。
【0024】保護膜10を形成した後、熱処理を行うこ
とで、抵抗薄膜8の抵抗温度係数を3200〜3800
ppm/℃の範囲内の値にすることができる。これは、
熱処理を行わない場合に得られる抵抗薄膜8の抵抗温度
係数値(3200ppm/℃未満)とは異なるものであ
る。上記熱処理は、例えば200〜1200℃の範囲内
で選択された温度をピーク温度とし、該ピーク温度での
保持時間を2〜8時間とし、該ピーク温度までの昇温及
び該ピーク温度からの降温の速度を30℃/min以下
で行うものである。但し、ピーク温度は、基板2が軟化
したり変質したりしないように上限が定められる。
【0025】本実施形態では、基板2と白金薄膜6との
間にチタン薄膜4が介在しており、このチタン薄膜4は
基板2中の酸素との結合力が白金より優れているので、
抵抗薄膜8の基板2に対する密着性を向上させることが
できる。即ち、チタン薄膜4を形成しない場合には上記
熱処理で白金薄膜6からなる抵抗薄膜が基板2から剥離
することがあるが、チタン薄膜4を形成した場合には上
記熱処理で抵抗薄膜8が基板2から剥離することがなく
製造歩留りが向上する。
【0026】本実施形態によれば、このような製造歩留
りの向上に加えて、同様の理由で、製造後の使用時にお
ける経時劣化も少ない。即ち、抵抗薄膜8の基板2に対
する密着性が良好であるので、使用時に発熱したり高温
外部環境にさらされたりしても、これらの間に剥離を生
じにくく、従って抵抗薄膜8が外気中の酸素と接触して
酸化されて電気的特性が劣化したりすることがなく、長
寿命化が可能である。
【0027】また、本実施形態では、抵抗薄膜8として
白金薄膜6の上に更にチタン薄膜を形成したものを用い
ることができる。この上側チタン薄膜は保護膜10中の
酸素との結合力が白金より優れているので、保護膜10
の抵抗薄膜8に対する密着性を向上させることができ
る。即ち、上側チタン薄膜を形成しない場合に比べて上
側チタン薄膜を形成した場合には保護膜10の抵抗薄膜
8に対する密着性を向上させることができる。上側チタ
ン薄膜は下側のチタン薄膜4と同様にして成膜すること
ができる。
【0028】特に、抵抗薄膜8が微細なパターン状をな
す場合には、その上に形成される保護膜10の下地が凹
凸状態となるので、保護膜10の部分的剥離が生じやす
い傾向にあるが、上側チタン薄膜を形成することで、保
護膜10の部分的剥離を効果的に防止することができ
る。
【0029】図3は本発明による薄膜抵抗素子の別の実
施形態を示す模式的断面図である。本図において、上記
図1〜2におけると同様の機能を有する部材には同一の
符号が付されている。
【0030】この図3の実施形態では、基板2として、
シリコン等の半導体からなる基体部2aの表面上に酸化
シリコン等からなる絶縁膜2bを形成したものを用いて
いる。この絶縁膜2bの表面上にチタン薄膜4を介して
白金薄膜6が形成されている。このように、本発明で
は、基板2は表面が電気絶縁性を有していればよく、そ
の下の基体部は所望の機能要素例えば種々の電子回路素
子などを有していてもよい。
【0031】本実施形態でも、上記図1〜2の実施形態
と同様な作用効果が得られる。
【0032】図4は、本実施形態の薄膜抵抗素子を製造
する際の熱処理ピーク温度と得られた薄膜抵抗素子の抵
抗温度係数との関係を示す図である。この図は、チタン
薄膜4の厚さを0.005μmとし、白金薄膜6の厚さ
を0.6μmとし、熱処理の昇温及び降温の速度を10
℃/minとし、熱処理のピーク温度を300℃、50
0℃、700℃、900℃及び1150℃の5種類と
し、熱処理のピーク温度保持時間を5時間とし、各種類
の熱処理につき10個の薄膜抵抗素子を製造した時に得
られた抵抗温度係数値と、これらの抵抗温度係数値に基
づき得られた抵抗温度係数特性曲線とを示すものであ
る。この図から、熱処理ピーク温度を適宜設定すること
で、薄膜抵抗素子の抵抗温度係数を3200〜3800
ppm/℃の範囲内で所望値に設定することが可能であ
ることがわかる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
抵抗薄膜としてチタン薄膜上に白金薄膜を形成したもの
を使用し成膜後に適宜の熱処理を行うことで、同一材料
の抵抗膜でありながら、成膜工程を全く変更することな
く、抵抗温度係数を幅広い範囲内で所望値に設定するこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による薄膜抵抗素子の一実施形態を示す
模式的断面図である。
【図2】本発明による薄膜抵抗素子の一実施形態におけ
る抵抗薄膜の平面図である。
【図3】本発明による薄膜抵抗素子の別の実施形態を示
す模式的断面図である。
【図4】本発明による薄膜抵抗素子を製造する際の熱処
理ピーク温度と得られた薄膜抵抗素子の抵抗温度係数と
の関係を示す図である。
【符号の説明】
2 絶縁基板 2a 基体部 2b 絶縁膜 4 チタン薄膜 6 白金薄膜 7a,7b 電極パッド部 8 抵抗薄膜 10 保護膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 眞一 埼玉県上尾市原市1333−2 三井金属鉱業 株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 5E033 AA02 BB02 BC01 BD02 BE01

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の電気絶縁性表面上にチタン薄膜が
    形成されており、該チタン薄膜上に白金薄膜が形成され
    ており、前記チタン薄膜と前記白金薄膜とからなる抵抗
    薄膜は3200〜3800ppm/℃の抵抗温度係数を
    有することを特徴とする薄膜抵抗素子。
  2. 【請求項2】 前記基板はシリコンからなる基体部の表
    面に酸化シリコン膜が形成されているものであることを
    特徴とする、請求項1に記載の薄膜抵抗素子。
  3. 【請求項3】 前記抵抗薄膜上に保護膜が形成されてい
    ることを特徴とする、請求項1〜2のいずれかに記載の
    薄膜抵抗素子。
  4. 【請求項4】 前記白金薄膜は厚さ0.1〜1.0μm
    であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記
    載の薄膜抵抗素子。
  5. 【請求項5】 前記チタン薄膜は厚さ0.002〜0.
    05μmであることを特徴とする、請求項1〜4のいず
    れかに記載の薄膜抵抗素子。
  6. 【請求項6】 基板の電気絶縁性表面上にスパッタによ
    りチタン薄膜及び白金薄膜をこの順に形成し、次いで2
    00〜1200℃の範囲内で選択された温度をピーク温
    度とする熱処理を行うことで前記チタン薄膜と前記白金
    薄膜との積層体からなる抵抗薄膜の抵抗温度係数を32
    00〜3800ppm/℃の範囲内の所望値にすること
    を特徴とする、薄膜抵抗素子の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記熱処理は前記ピーク温度での保持時
    間が2〜8時間であり、該ピーク温度までの昇温及び該
    ピーク温度からの降温の速度を30℃/min以下で行
    うことを特徴とする、請求項6に記載の薄膜抵抗素子の
    製造方法。
  8. 【請求項8】 前記熱処理に先立ち前記抵抗薄膜をパタ
    ーニングすることを特徴とする、請求項6〜7のいずれ
    かに記載の薄膜抵抗素子の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記白金薄膜を厚さ0.1〜1.0μm
    に形成することを特徴とする、請求項6〜8のいずれか
    に記載の薄膜抵抗素子の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記チタン薄膜を厚さ0.002〜
    0.05μmに形成することを特徴とする、請求項6〜
    9のいずれかに記載の薄膜抵抗素子の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007294929A (ja) * 2006-03-28 2007-11-08 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 薄膜センサの製造方法、薄膜センサおよび薄膜センサモジュール

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