JP2000348901A - サーミスタ薄膜の製造方法 - Google Patents
サーミスタ薄膜の製造方法Info
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- JP2000348901A JP2000348901A JP11156123A JP15612399A JP2000348901A JP 2000348901 A JP2000348901 A JP 2000348901A JP 11156123 A JP11156123 A JP 11156123A JP 15612399 A JP15612399 A JP 15612399A JP 2000348901 A JP2000348901 A JP 2000348901A
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- thermistor
- sputtering
- thermistor thin
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高精度・高信頼性のサーミスタ薄膜の製造方
法を提供する。 【解決手段】 下地基板２上に、スパッタリング法によ
りＭｎを主成分とした酸化物薄膜を形成し、酸化物薄膜
上に電極対を形成することによりサーミスタ薄膜を製造
する際、ターゲット４が、バッキンブプレート上に複数
個のＭｎを主成分とした酸化物焼結体ブロックを敷き詰
めてボンディングしたものである。
法を提供する。 【解決手段】 下地基板２上に、スパッタリング法によ
りＭｎを主成分とした酸化物薄膜を形成し、酸化物薄膜
上に電極対を形成することによりサーミスタ薄膜を製造
する際、ターゲット４が、バッキンブプレート上に複数
個のＭｎを主成分とした酸化物焼結体ブロックを敷き詰
めてボンディングしたものである。
Description
【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に用いる薄
膜サーミスタ素子の製造方法に関するものである。
器、住設機器、自動車機器などの温度センサに用いる薄
膜サーミスタ素子の製造方法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。
半導体材料を用いたサーミスタは、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。
【０００３】従来サーミスタ素子には、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｆｅなどの遷移金属のスピネル型結晶構造を主成分
とした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。近年の電子機器の小型化・軽量化および高性能化に
伴い、サーミスタ素子にも素子サイズの超小型化（例え
ば1ｍｍ×0.5ｍｍサイズ以下）や測定温度での抵抗値や
Ｂ定数の高精度化（例えば、ばらつき３％以内）が求め
られている。しかしながら、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超小型化が困難であ
る。また、小型化によりサーミスタ素子の使用温度での
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
言った欠点があった。この問題を解決するために、サー
ミスタ材料および電極の形成に薄膜技術を用いた薄膜サ
ーミスタ素子の開発が盛んになされている。
ｉ，Ｆｅなどの遷移金属のスピネル型結晶構造を主成分
とした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。近年の電子機器の小型化・軽量化および高性能化に
伴い、サーミスタ素子にも素子サイズの超小型化（例え
ば1ｍｍ×0.5ｍｍサイズ以下）や測定温度での抵抗値や
Ｂ定数の高精度化（例えば、ばらつき３％以内）が求め
られている。しかしながら、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超小型化が困難であ
る。また、小型化によりサーミスタ素子の使用温度での
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
言った欠点があった。この問題を解決するために、サー
ミスタ材料および電極の形成に薄膜技術を用いた薄膜サ
ーミスタ素子の開発が盛んになされている。
【０００４】薄膜サーミスタ素子は、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃ
ｏ、Ｆｅなどからなる複合酸化物の焼結体をターゲット
に使用したスパッタリング法による膜形成、およびその
後の大気中熱処理（２００〜８００℃）によるスピネル
型構造への結晶化、さらにサーミスタ薄膜上への電極パ
ターン形成することにより得られる（特開平３−５４８
４２号公報、および、増田陽一郎他：八戸工業大学紀
要、第８巻、Ｐ２５〜３４）。
ｏ、Ｆｅなどからなる複合酸化物の焼結体をターゲット
に使用したスパッタリング法による膜形成、およびその
後の大気中熱処理（２００〜８００℃）によるスピネル
型構造への結晶化、さらにサーミスタ薄膜上への電極パ
ターン形成することにより得られる（特開平３−５４８
４２号公報、および、増田陽一郎他：八戸工業大学紀
要、第８巻、Ｐ２５〜３４）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆ
ｅなどからなる複合酸化物の焼結体をターゲットに使用
したスパッタリング法により膜形成する際、膜厚や膜組
成にバラツキがあると、薄膜サーミスタ素子の抵抗値や
Ｂ定数の高精度化は実現できないため、スパッタリング
の際の成膜面積はターゲットサイズよりも小さくする必
要がある。すなわち、一度に大量の薄膜サーミスタ素子
を製造するためには、できるだけ大きなターゲット（例
えばφ１０インチで厚み５ｍｍ）を用いてスパッタリン
グしなくてはならない。しかしながら、上記サーミスタ
材料は堅くてもろいため、大面積に均一にしかも緻密に
焼結させた上で、バッキングプレートにボンディングす
ることはかなり困難である。
ｅなどからなる複合酸化物の焼結体をターゲットに使用
したスパッタリング法により膜形成する際、膜厚や膜組
成にバラツキがあると、薄膜サーミスタ素子の抵抗値や
Ｂ定数の高精度化は実現できないため、スパッタリング
の際の成膜面積はターゲットサイズよりも小さくする必
要がある。すなわち、一度に大量の薄膜サーミスタ素子
を製造するためには、できるだけ大きなターゲット（例
えばφ１０インチで厚み５ｍｍ）を用いてスパッタリン
グしなくてはならない。しかしながら、上記サーミスタ
材料は堅くてもろいため、大面積に均一にしかも緻密に
焼結させた上で、バッキングプレートにボンディングす
ることはかなり困難である。
【０００６】本発明は、従来技術による上記問題点を解
決し、高精度・高信頼性の薄膜サーミスタ素子の製造方
法を提供するものである。
決し、高精度・高信頼性の薄膜サーミスタ素子の製造方
法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の薄膜サーミスタ素子は、スパッタリングに
用いるターゲットに、Ｍｎを主成分とした酸化物焼結体
ブロックを複数個用意し、それらのブロックを、バッキ
ングプレート上に隙間なく敷き詰めてボンディングした
構成を有することを特徴とするものである。
め、本発明の薄膜サーミスタ素子は、スパッタリングに
用いるターゲットに、Ｍｎを主成分とした酸化物焼結体
ブロックを複数個用意し、それらのブロックを、バッキ
ングプレート上に隙間なく敷き詰めてボンディングした
構成を有することを特徴とするものである。
【０００８】なお、下地基板を設置した基板ホルダーを
回転させながらスパッタ形成する事が望ましい。
回転させながらスパッタ形成する事が望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明におけるサーミスタ
薄膜の製造方法について図面を用いて説明する。
薄膜の製造方法について図面を用いて説明する。
【００１０】図１は、サーミスタ薄膜を作製するために
用いたスパッタ装置のターゲットおよび基板ホルダー周
りの斜視図である。図１において１は下地基板を保持し
ている基板ホルダーで、２は基板ホルダーのターゲット
側に設置した下地基板（アルミナ基板：１２０×１２０
×０．３ｍｍ）、３は高周波電源（１３．５６ＭＨ
ｚ）、４はターゲット、５はシールドカバー（開口部φ
２００ｍｍ）である。
用いたスパッタ装置のターゲットおよび基板ホルダー周
りの斜視図である。図１において１は下地基板を保持し
ている基板ホルダーで、２は基板ホルダーのターゲット
側に設置した下地基板（アルミナ基板：１２０×１２０
×０．３ｍｍ）、３は高周波電源（１３．５６ＭＨ
ｚ）、４はターゲット、５はシールドカバー（開口部φ
２００ｍｍ）である。
【００１１】ターゲット４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）、２０×２
０ｍｍ（×５ｍｍ：厚み）の３種類のサイズのＭｎＣｏ
Ｎｉ酸化物（いずれも組成Ｍｎ：Ｃｏ：Ｎｉ＝６７：１
８：１５）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た。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。
グプレート（Ｃｕ）上に、４０×４０ｍｍ（×５ｍｍ：
厚み）、４０×２０ｍｍ（×５ｍｍ：厚み）、２０×２
０ｍｍ（×５ｍｍ：厚み）の３種類のサイズのＭｎＣｏ
Ｎｉ酸化物（いずれも組成Ｍｎ：Ｃｏ：Ｎｉ＝６７：１
８：１５）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た。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。
【００１２】以下、本発明のサーミスタ薄膜の製造方法
について、具体的な実施の形態をあげて説明する。
について、具体的な実施の形態をあげて説明する。
【００１３】下地基板には表面を研磨したアルミナ基板
（表面凹凸が０．０３μｍ以下、１２０ｍｍ×１２０ｍ
ｍ×０．３ｍｍサイズ）とガラス基板（１２０×１２０
×３ｍｍサイズ）を用いた。いずれの基板を用いた場合
も、アルゴンと酸素の混合ガス（Ａｒ／Ｏ2＝１８／２
ＳＣＣＭ）中で、４００℃に加熱した基板ホルダーを回
転させながら（５回転／分）、１８０分間サーミスタ薄
膜を作製した。プラズマパワーは９００Ｗ、成膜時の真
空度は１Ｐａであった。そして、スパッタ後大気中８０
０℃で１０時間熱処理を行った。
（表面凹凸が０．０３μｍ以下、１２０ｍｍ×１２０ｍ
ｍ×０．３ｍｍサイズ）とガラス基板（１２０×１２０
×３ｍｍサイズ）を用いた。いずれの基板を用いた場合
も、アルゴンと酸素の混合ガス（Ａｒ／Ｏ2＝１８／２
ＳＣＣＭ）中で、４００℃に加熱した基板ホルダーを回
転させながら（５回転／分）、１８０分間サーミスタ薄
膜を作製した。プラズマパワーは９００Ｗ、成膜時の真
空度は１Ｐａであった。そして、スパッタ後大気中８０
０℃で１０時間熱処理を行った。
【００１４】ガラス基板上に形成したサーミスタ膜を分
析した結果、膜厚は１．８２μｍで、基板内での膜厚の
分布は１％であった。膜組成はＭｎ：Ｃｏ：Ｎｉ＝６
５：１９：１６で、ターゲット組成殻ややずれていた
が、基板内でのばらつきは１％であった。また、サーミ
スタ薄膜内からバッキングプレート材料であるＣｕは検
出されなかった。
析した結果、膜厚は１．８２μｍで、基板内での膜厚の
分布は１％であった。膜組成はＭｎ：Ｃｏ：Ｎｉ＝６
５：１９：１６で、ターゲット組成殻ややずれていた
が、基板内でのばらつきは１％であった。また、サーミ
スタ薄膜内からバッキングプレート材料であるＣｕは検
出されなかった。
【００１５】アルミナ基板上に作製したサーミスタ薄膜
は、熱処理後、電極としてのＰｔ薄膜（厚み：０．１μ
ｍ）をサーミスタ薄膜上の全面に形成し、その後通常の
フォトリソプロセスによりレジストパターンを形成し、
ＡｒによるドライエッチングによりＰｔ電極のくし形パ
ターン形成を行った。そして、ダイシング装置により基
板周辺部を除いて１×０．５ｍｍサイズにカットするこ
とにより、サーミスタ薄膜を用いた薄膜サーミスタ素子
を２５０００個作製した。
は、熱処理後、電極としてのＰｔ薄膜（厚み：０．１μ
ｍ）をサーミスタ薄膜上の全面に形成し、その後通常の
フォトリソプロセスによりレジストパターンを形成し、
ＡｒによるドライエッチングによりＰｔ電極のくし形パ
ターン形成を行った。そして、ダイシング装置により基
板周辺部を除いて１×０．５ｍｍサイズにカットするこ
とにより、サーミスタ薄膜を用いた薄膜サーミスタ素子
を２５０００個作製した。
【００１６】得られた薄膜サーミスタ素子の抵抗の平均
値は１５３ｋΩ、Ｂ定数の平均値は３４９０Ｋであっ
た。ここで、作製した２５０００個の素子間におけるバ
ラツキは抵抗値が２％以内、Ｂ定数が０．５％以内であ
った。
値は１５３ｋΩ、Ｂ定数の平均値は３４９０Ｋであっ
た。ここで、作製した２５０００個の素子間におけるバ
ラツキは抵抗値が２％以内、Ｂ定数が０．５％以内であ
った。
【００１７】また、経時変化および高温耐久性試験を行
った。その結果、大気中２５０℃における１０００時間
放置後の変化は、すべての素子において抵抗値が２％以
内、Ｂ定数が１％以内であった。
った。その結果、大気中２５０℃における１０００時間
放置後の変化は、すべての素子において抵抗値が２％以
内、Ｂ定数が１％以内であった。
【００１８】以上の結果から、サーミスタ薄膜をスパッ
タリングで形成する際のターゲットを、Ｍｎを主成分と
した酸化物焼結体ブロックを複数個用意し、それらのブ
ロックを、バッキングプレート上に隙間なく敷き詰めて
ボンディングした構成としたことにより、高精度で高信
頼性のサーミスタ薄膜が、１回のスパッタ成膜で大量に
製造することを可能とすることがわかる。
タリングで形成する際のターゲットを、Ｍｎを主成分と
した酸化物焼結体ブロックを複数個用意し、それらのブ
ロックを、バッキングプレート上に隙間なく敷き詰めて
ボンディングした構成としたことにより、高精度で高信
頼性のサーミスタ薄膜が、１回のスパッタ成膜で大量に
製造することを可能とすることがわかる。
【００１９】なお、本発明の実施の形態において、Ｍｎ
を主成分としたサーミスタ薄膜をＭｎ−Ｃｏ−Ｎｉ酸化
物としたが、これに限られるものではなく、Ｍｎ以外に
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒのうちの１種以上
の元素を含む組成とした場合においても同様に優れた結
果が得られた。
を主成分としたサーミスタ薄膜をＭｎ−Ｃｏ−Ｎｉ酸化
物としたが、これに限られるものではなく、Ｍｎ以外に
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒのうちの１種以上
の元素を含む組成とした場合においても同様に優れた結
果が得られた。
【００２０】なお、本発明の実施の形態において、下地
基板にアルミナを用いたが、その他のセラミクス基板ま
たはガラス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。
基板にアルミナを用いたが、その他のセラミクス基板ま
たはガラス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。
【００２１】
【発明の効果】上記のように本発明によれば、Ｍｎを主
成分とした酸化物焼結体のターゲット面積を大きくする
ことができるため、高精度・高信頼性のサーミスタ薄膜
を１回のスパッタ成膜で大量に製造することを可能とす
るものである。
成分とした酸化物焼結体のターゲット面積を大きくする
ことができるため、高精度・高信頼性のサーミスタ薄膜
を１回のスパッタ成膜で大量に製造することを可能とす
るものである。
【図１】本発明のサーミスタ薄膜の製造に用いるスパッ
タ装置のターゲットおよび基板ホルダー周りの図
タ装置のターゲットおよび基板ホルダー周りの図
１ 基板ホルダー ２ 下地基板 ３ 高周波電源 ４ ターゲット ５ シールドカバー
フロントページの続き (72)発明者 友澤 淳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E034 BA09 BB08 BC03 CB08
Claims (2)
- 【請求項１】 下地基板上に、スパッタリング法により
Ｍｎを主成分とした酸化物薄膜を形成し、前記酸化物薄
膜上に電極対を形成することによりサーミスタ薄膜を製
造する方法であって、スパッタリングの際に用いるター
ゲットが、バッキンブプレート上に複数個のＭｎを主成
分とした酸化物焼結体ブロックを敷き詰めてボンディン
グした構成であることを特徴とする薄膜サーミスタの製
造方法。 - 【請求項２】 下地基板を設置した基板ホルダーを回転
させながらスパッタ形成する事を特徴とする請求項１記
載のサーミスタ薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11156123A JP2000348901A (ja) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | サーミスタ薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11156123A JP2000348901A (ja) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | サーミスタ薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000348901A true JP2000348901A (ja) | 2000-12-15 |
Family
ID=15620836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11156123A Pending JP2000348901A (ja) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | サーミスタ薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000348901A (ja) |
-
1999
- 1999-06-03 JP JP11156123A patent/JP2000348901A/ja active Pending
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