JP2000348903A - Thin-film thermistor element and manufacture of the same - Google Patents
Thin-film thermistor element and manufacture of the sameInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、情報処理機器や、
通信機器、住宅設備機器、自動車用電装機器などの温度
センサに用いられる薄膜サーミスタ素子およびその製造
方法に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an information processing device,
The present invention relates to a thin film thermistor element used for a temperature sensor of a communication device, a housing equipment device, an electric device for a vehicle, and the like, and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】温度検知に用いられる素子として、酸化
物半導体材料を用いたサーミスタ素子は、従来、例えば
Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅなどの遷移金属を主成分とした
スピネル型結晶構造を有する酸化物焼結体チップの端面
に、Ａｇなどの電極を塗布や焼き付けにより形成して構
成されている。2. Description of the Related Art As an element used for temperature detection, a thermistor element using an oxide semiconductor material has been conventionally used as an oxide having a spinel-type crystal structure containing a transition metal such as Mn, Co, Ni, Fe as a main component. An electrode such as Ag is formed by coating or baking on the end surface of the sintered product chip.
【０００３】上記のようなサーミスタ素子は、熱電対や
白金測温抵抗体と比較すると、 （１）抵抗の温度変化が大きいため温度分解能が高い （２）簡単な回路での計測が可能である （３）材料が比較的安定でかつ外界の影響を受けにくい
ため経時変化が少なく信頼性が高い （４）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、多く用いられている。The thermistor element as described above has the following advantages. (1) High temperature resolution due to a large temperature change in resistance, and (2) Measurement with a simple circuit is possible as compared with a thermocouple or a platinum resistance temperature detector. (3) Since the material is relatively stable and hardly affected by the outside world, there is little change with time and high reliability. (4) It is widely used because it has features such as mass production and low cost.
【０００４】ところで、近年、電子機器の小型軽量化や
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（温度に対する抵抗の変化率）
の高精度化（例えばバラツキが３％以下）などが求めら
れている。ところが、上記のような酸化物焼結体を用い
たサーミスタは、加工上の問題から大幅に小型化するこ
とが困難である。しかも、小型化するほど、加工精度の
問題から抵抗値やＢ定数のバラツキが大きくなってしま
うといった欠点があった。[0004] In recent years, as electronic devices have become smaller and lighter and have higher performance, thermistor elements have also become ultra-small (for example, 1 mm x 0.5 mm or smaller), and have a resistance value or B at the measurement temperature. Constant (rate of change of resistance with temperature)
(For example, a variation of 3% or less) is required. However, it is difficult to significantly reduce the size of the thermistor using the above-described oxide sintered body due to processing problems. In addition, there is a drawback that as the size is reduced, variations in the resistance value and the B constant increase due to the problem of processing accuracy.
【０００５】そこで、上記のような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た
薄膜サーミスタ素子の開発が盛んになされている。この
種の薄膜サーミスタ素子は、例えばＭｎ，Ｎｉ，Ｃｏ、
Ｆｅなどから成る複合酸化物の焼結体をターゲットとし
たスパッタリング法によりサーミスタ薄膜を形成をした
後、このサーミスタ薄膜上に所定の電極パターンを形成
することによって製造される。ところが、上記のように
スパッタリングによって形成されたサーミスタ薄膜で
は、良好な結晶性が得られにくく、安定性が低いため、
抵抗値やＢ定数の経時変化が大きく、特に、高温耐久性
が低いという問題点がある。この問題点に関しては、ス
パッタリングによって形成されたサーミスタ薄膜を例え
ば２００〜８００℃の大気中で熱処理し、スピネル型構
造への結晶化を行う技術が知られている（特開昭６３−
２６６８０１号公報、特開平３−５４８４２号公報、お
よび増田陽一郎他：八戸工業大学紀要、第８巻、pp.２
５〜３４）。In view of the above, thin film thermistor elements using the thin film technology for forming the thermistor material and electrodes have been actively developed. This type of thin film thermistor element includes, for example, Mn, Ni, Co,
It is manufactured by forming a thermistor thin film by a sputtering method using a sintered body of a composite oxide made of Fe or the like as a target, and then forming a predetermined electrode pattern on the thermistor thin film. However, in the thermistor thin film formed by sputtering as described above, it is difficult to obtain good crystallinity and the stability is low,
There is a problem that a change with time of the resistance value or the B constant is large, and particularly, the high-temperature durability is low. Regarding this problem, there is known a technique in which a thermistor thin film formed by sputtering is heat-treated in an atmosphere of, for example, 200 to 800 ° C. to crystallize into a spinel type structure (Japanese Patent Laid-Open No. 63-163).
266801, JP-A-3-54842, and Yoichiro Masuda et al .: Bulletin of Hachinohe Institute of Technology, Volume 8, pp.2
5-34).
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにスパッタリングにより形成された酸化物半導体の
サーミスタ薄膜を熱処理によって結晶成長させた場合、
得られる多結晶体における結晶粒径のバラツキが大きく
なりがちである。そのため、例えば同一ロットで製造さ
れたサーミスタ素子であっても、抵抗値やＢ定数などの
電気特性のバラツキが大きいという問題点を有してい
た。However, when a thermistor thin film of an oxide semiconductor formed by sputtering as described above is crystal-grown by heat treatment,
Variations in the crystal grain size in the obtained polycrystal tend to be large. Therefore, for example, even if the thermistor elements are manufactured in the same lot, there is a problem that the electrical characteristics such as the resistance value and the B constant vary widely.
【０００７】また、例えば４００℃以上の温度で熱処理
したとしても、安定性を大幅に向上させることは困難
で、高温耐久性を向上させることが困難であるという問
題点をも有していた。Further, even if the heat treatment is performed at a temperature of, for example, 400 ° C. or more, there is a problem that it is difficult to greatly improve the stability and it is difficult to improve the high-temperature durability.
【０００８】本発明は、上記の点に鑑み、抵抗値等のバ
ラツキを小さく抑えて、高い精度を得ることができると
ともに、高温耐久性などを向上させて、高い信頼性を得
ることができる薄膜サーミスタ素子およびその製造方法
の提供を目的としている。[0008] In view of the above, the present invention provides a thin film capable of suppressing variations in resistance value and the like, achieving high accuracy, and improving high-temperature durability and the like to obtain high reliability. It is an object of the present invention to provide a thermistor element and a method for manufacturing the thermistor element.
【０００９】[0009]
【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、上記サーミ
スタ薄膜に設けられた１対の電極とを有する薄膜サーミ
スタ素子であって、上記サーミスタ薄膜が、（１００）
面に配向したスピネル型結晶構造を有していることを特
徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a thin film thermistor element having a thermistor thin film and a pair of electrodes provided on the thermistor thin film. Thermistor thin film is (100)
It is characterized by having a spinel crystal structure oriented in the plane.
【００１０】このような結晶構造を有するサーミスタ薄
膜は、無配向のスピネル型結晶構造のサーミスタ薄膜に
比べて結晶粒径のバラツキが比較的小さいため、抵抗値
やＢ定数（温度に対する抵抗の変化率）などのバラツキ
が小さく、しかも、結晶状態が比較的安定であるため、
高温耐久性が高い。したがって、このような結晶構造を
持たせることにより、高精度で高信頼性のサーミスタ素
子を得ることができる。The thermistor thin film having such a crystal structure has a relatively small variation in crystal grain size as compared with a thermistor thin film having a non-oriented spinel type crystal structure. ) And the crystal state is relatively stable.
High temperature durability. Therefore, by providing such a crystal structure, a highly accurate and highly reliable thermistor element can be obtained.
【００１１】また、請求項２ないし請求項４の発明は、
上記のようなサーミスタ薄膜が、スパッタリング法によ
る膜形成とアニールとが交互に行われて形成され、ま
た、上記スパッタリング法による膜形成がなされた後
に、熱処理が施され、また、上記サーミスタ薄膜に対し
て垂直な方向に柱状に結晶成長した結晶粒を有している
ことを特徴としている。Further, the invention of claims 2 to 4 is:
The thermistor thin film as described above is formed by alternately performing film formation and annealing by the sputtering method, and after the film formation by the sputtering method, heat treatment is performed. It is characterized by having crystal grains grown in a columnar manner in a vertical direction.
【００１２】これらにより、より高精度で高信頼性のサ
ーミスタ素子を容易に得ることができる。Thus, a more accurate and highly reliable thermistor element can be easily obtained.
【００１３】また、請求項５ないし請求項８の発明は、
サーミスタ薄膜と、上記サーミスタ薄膜に設けられた１
対の電極とを有する薄膜サーミスタ素子の製造方法であ
って、上記サーミスタ薄膜を、スパッタリング法による
膜形成工程とアニール工程とを交互に行うことにより、
（１００）面に配向したスピネル型結晶構造を有するよ
うに形成することを特徴とし、より具体的には、例え
ば、下地基板を保持する基板ホルダと、上記基板ホルダ
に対向して設けられたターゲットとのうちの少なくとも
一方を回転させるとともに、上記基板ホルダにおける、
回転中心から偏心した位置に上記下地基板を保持させる
一方、上記ターゲットにおける、上記回転中心から偏心
した位置の一部だけが露出するように上記ターゲットを
シールドカバーで覆うことにより、上記基板が上記ター
ゲットの露出部に対向する回転位置で、上記基板上に上
記スパッタリング法による膜形成が行われる一方、上記
基板が上記ターゲットの上記シールドカバーで覆われた
位置に対向する回転位置で、上記アニールが行われるこ
とを特徴とし、また、上記サーミスタ薄膜を熱処理する
工程を有することを特徴とし、また、さらに、上記サー
ミスタ薄膜の形成を、アルゴンガスと酸素ガスとの流量
比が３以上である雰囲気中で行うことを特徴としてい
る。Further, the inventions of claims 5 to 8 are:
A thermistor thin film, and the 1 provided on the thermistor thin film.
A method for manufacturing a thin film thermistor element having a pair of electrodes, wherein the thermistor thin film is formed by alternately performing a film forming step by a sputtering method and an annealing step.
It is formed so as to have a spinel-type crystal structure oriented in the (100) plane. More specifically, for example, a substrate holder for holding a base substrate and a target provided opposite to the substrate holder While rotating at least one of the above, in the substrate holder,
While holding the base substrate at a position eccentric from the center of rotation, the target is covered with a shield cover so that only a part of the target at the position eccentric from the center of rotation is exposed. While the film is formed on the substrate by the sputtering method at a rotation position facing the exposed portion of the target, the annealing is performed at a rotation position facing the position where the substrate is covered with the shield cover of the target. The method further comprises a step of heat-treating the thermistor thin film, and further comprising forming the thermistor thin film in an atmosphere in which a flow ratio of argon gas to oxygen gas is 3 or more. It is characterized by performing.
【００１４】これらにより、前記のような高精度で高信
頼性のサーミスタ素子を容易に製造することができる。Thus, the thermistor element having high accuracy and high reliability as described above can be easily manufactured.
【００１５】ここで、上記スパッタリング法による膜形
成時の基板温度や熱処理温度は、形成するサーミスタ薄
膜の組成や成膜時間などに応じて種々に設定されるが、
例えば、膜形成は基板が２００〜６００℃に加熱された
状態で行い、熱処理は６００〜１０００℃の大気中で行
うことによって、上記のようなサーミスタ素子を容易に
製造することができる。Here, the substrate temperature and the heat treatment temperature at the time of film formation by the sputtering method are variously set according to the composition of the thermistor thin film to be formed, the film formation time, and the like.
For example, the above-described thermistor element can be easily manufactured by performing film formation in a state where the substrate is heated to 200 to 600 ° C. and performing heat treatment in the air at 600 to 1000 ° C.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】本発明の薄膜サーミスタ素子１１
は、図１に示すように、アルミナから成る下地基板１２
上に、サーミスタ薄膜１３と、Ｐｔ薄膜から成る１対の
くし形電極１４，１５とが形成されて成っている。上記
サーミスタ薄膜１３は、例えばＭｎ−Ｃｏ−Ｎｉの複合
酸化物から成り、（１００）面に優先配向した、すなわ
ち主として（１００）面に配向したスピネル型結晶構造
を有している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Thin Film Thermistor Element 11 of the Present Invention
Is a base substrate 12 made of alumina, as shown in FIG.
A thermistor thin film 13 and a pair of comb-shaped electrodes 14 and 15 made of a Pt thin film are formed thereon. The thermistor thin film 13 is made of, for example, a complex oxide of Mn—Co—Ni and has a spinel-type crystal structure preferentially oriented in the (100) plane, that is, mainly oriented in the (100) plane.
【００１７】上記のようなサーミスタ薄膜１３は、例え
ば図２に示すようなスパッタ装置２１によって形成する
ことができる。このスパッタ装置２１には、下地基板１
２を保持する基板ホルダ２２と、例えば直径が８インチ
のＭｎ−Ｃｏ−Ｎｉから成る複合酸化物の焼結体ターゲ
ット２３とが５０ｍｍの間隔で対向して設けられてい
る。上記焼結体ターゲット２３は、中心角が９０°の切
り欠き２４ａを有するシールドカバー２４によって、そ
の一部だけが露出するように覆われている。また、焼結
体ターゲット２３には、高周波電源２５（１３．５６Ｍ
Ｈｚ）が接続されている。一方、基板ホルダ２２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２２および焼結体タ
ーゲット２３は、例えばアルゴンと酸素との混合ガスが
充填された図示しないチャンバ内に設けられている。The thermistor thin film 13 as described above can be formed by, for example, a sputtering apparatus 21 as shown in FIG. The sputter apparatus 21 includes a base substrate 1
The substrate holder 22 holding the substrate 2 and a sintered body target 23 of a composite oxide made of Mn—Co—Ni having a diameter of, for example, 8 inches are provided facing each other at an interval of 50 mm. The sintered body target 23 is covered with a shield cover 24 having a notch 24a having a central angle of 90 ° so that only a part thereof is exposed. A high frequency power supply 25 (13.56 M
Hz) is connected. On the other hand, the substrate holder 22 is configured to rotate at a predetermined rotation speed by a driving device (not shown). The substrate holder 22 and the sintered body target 23 are provided in a chamber (not shown) filled with, for example, a mixed gas of argon and oxygen.
【００１８】上記基板ホルダ２２に下地基板１２を保持
させて加熱し、焼結体ターゲット２３に高周波電圧を印
加するとともに基板ホルダ２２を所定の回転速度で回転
させると、下地基板１２がシールドカバー２４の切り欠
き２４ａ上を通過する際には、焼結体ターゲット２３か
ら飛来する粒子がスパッタリングされてサーミスタ薄膜
１３が形成される。一方、下地基板１２がシールドカバ
ー２４上を通過する際には、サーミスタ薄膜１３の酸化
およびアニールが行われる。すなわち、スパッタリング
と、酸化およびアニールとが交互に行われて、サーミス
タ薄膜１３が形成される。なお、スパッタリングと酸化
等とを交互に行うためには、上記のように基板ホルダ２
２を回転させるものに限らず、例えば、基板ホルダ２２
と焼結体ターゲット２３との間に遮蔽板を出退させるな
どしてもよい。When the base substrate 12 is held by the substrate holder 22 and heated, a high-frequency voltage is applied to the sintered body target 23 and the substrate holder 22 is rotated at a predetermined rotation speed. When passing over the notch 24a, the particles flying from the sintered body target 23 are sputtered to form the thermistor thin film 13. On the other hand, when the base substrate 12 passes over the shield cover 24, the thermistor thin film 13 is oxidized and annealed. That is, the thermistor thin film 13 is formed by alternately performing the sputtering, the oxidation, and the annealing. In order to alternately perform sputtering and oxidation, etc., as described above, the substrate holder 2
2 is not limited to the one that rotates, for example, the substrate holder 22
The shielding plate may be moved between the metal target and the sintered body target 23.
【００１９】上記のようにして形成されたサーミスタ薄
膜１３を所定の温度で熱処理することにより、主として
（１００）面に配向したスピネル型結晶構造を有し、結
晶粒径の揃ったサーミスタ薄膜１３が得られる。The thermistor thin film 13 formed as described above is heat-treated at a predetermined temperature to obtain a thermistor thin film 13 having a spinel type crystal structure oriented mainly in the (100) plane and having a uniform crystal grain size. can get.
【００２０】[0020]
【実施例】以下、より具体的なサーミスタ薄膜１３の形
成条件（スパッタリングおよび熱処理条件）、および得
られたサーミスタ薄膜１３と薄膜サーミスタ素子１１の
特性について説明する。EXAMPLES Hereinafter, more specific conditions for forming the thermistor thin film 13 (sputtering and heat treatment conditions) and characteristics of the obtained thermistor thin film 13 and the thin film thermistor element 11 will be described.
【００２１】実施例１〜８、およびそれぞれに対応する
比較例１〜８について、下記（表１）に示す条件でサー
ミスタ薄膜１３を形成し、さらに、同表に示す条件で大
気中で熱処理した。上記実施例１〜８と比較例１〜８と
の主な相違は、基板ホルダ２２の回転の有無、すなわ
ち、実施例１〜８では、前記のようにスパッタリング
と、酸化およびアニールとが交互に行われる一方、比較
例１〜８では、シールドカバー２４が設けられず、スパ
ッタリングが連続して行われることである。ここで、下
地基板１２としては、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．３ｍｍ
の大きさで、表面の凹凸が０．０３μm以下になるよう
に研磨したアルミナ基板を用いた。また、基板ホルダ２
２には、上記下地基板１２とともに、結晶性を評価する
ためのガラス基板３１を保持させた。For Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 8 corresponding to them, a thermistor thin film 13 was formed under the conditions shown in the following (Table 1), and was further heat-treated in the air under the conditions shown in the table. . The main difference between the above Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 8 is whether or not the substrate holder 22 rotates, that is, in Examples 1 to 8, the sputtering, the oxidation and the annealing are alternately performed as described above. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 8, the shield cover 24 is not provided, and sputtering is performed continuously. Here, as base substrate 12, 50 mm × 50 mm × 0.3 mm
An alumina substrate polished so as to have a surface roughness of 0.03 μm or less was used. Also, the substrate holder 2
2 holds a glass substrate 31 for evaluating crystallinity together with the base substrate 12.
【００２２】[0022]
【表１】 上記のようにしてガラス基板３１上に形成され、熱処理
されたサーミスタ薄膜１３について、 （１）Ｘ線マイクロアナライザによる組成分析 （２）Ｘ線解析（ＸＲＤ）による結晶構造の観察 （３）走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による膜表面と破断
面の観察 を行った。その結果を下記（表２）に示す。[Table 1] Regarding the thermistor thin film 13 formed on glass substrate 31 and heat-treated as described above, (1) composition analysis by X-ray microanalyzer (2) observation of crystal structure by X-ray analysis (XRD) (3) scanning type The surface of the film and the fracture surface were observed with an electron microscope (SEM). The results are shown below (Table 2).
【００２３】[0023]
【表２】 具体的には、例えば実施例１および比較例１において
は、Ｘ線マイクロアナライザによる組成分析によれば、
熱処理後のサーミスタ薄膜１３の膜組成は、Ｍｎ：Ｃ
ｏ：Ｎｉ＝５３：１９：２８（実施例１）、または、５
１：２０：２９（比較例１）であった。ここで、これら
の実施例１および比較例１の場合には、焼結体ターゲッ
ト２３としてＭｎ−Ｃｏ−Ｎｉ複合酸化物（組成Ｍｎ：
Ｃｏ：Ｎｉ＝５５：２０：２５）の焼結体を用いたが、
形成されるサーミスタ薄膜１３の組成は上記のように焼
結体ターゲット２３とは若干異なったものとなった。な
お、他の実施例および比較例においても、焼結体ターゲ
ット２３の組成を適宜選択することにより、同表に示す
ような膜組成のサーミスタ薄膜１３を形成することがで
きる。[Table 2] Specifically, for example, in Example 1 and Comparative Example 1, according to the composition analysis using the X-ray microanalyzer,
The film composition of the thermistor thin film 13 after the heat treatment is Mn: C
o: Ni = 53: 19: 28 (Example 1) or 5
1:20:29 (Comparative Example 1). Here, in the case of these Example 1 and Comparative Example 1, a Mn—Co—Ni composite oxide (composition Mn:
Co: Ni = 55: 20: 25) was used,
The composition of the formed thermistor thin film 13 was slightly different from that of the sintered body target 23 as described above. In other examples and comparative examples, the thermistor thin film 13 having a film composition as shown in the table can be formed by appropriately selecting the composition of the sintered body target 23.
【００２４】また、Ｘ線解析によれば、実施例１〜８に
おいては、熱処理後のサーミスタ薄膜１３は主として
（１００）面に配向したスピネル型結晶構造を有してい
る一方、比較例１〜８においては、配向がランダムな
（結晶配向性を示さない）スピネル型結晶構造を有して
いることがわかった。According to the X-ray analysis, in Examples 1 to 8, the thermistor thin film 13 after the heat treatment has a spinel type crystal structure mainly oriented in the (100) plane, In No. 8, it was found that the sample had a spinel-type crystal structure in which the orientation was random (having no crystal orientation).
【００２５】さらに走査型電子顕微鏡による膜表面およ
び破断面の観察によれば、熱処理後のサーミスタ薄膜１
３の結晶粒は、実施例１〜８においては、図３に模式的
に示すような柱状構造を有しており、その粒径のバラツ
キ（値の範囲）は、上記（表２）に示すように、各実施
例１〜８の方が各比較例１〜８よりも小さかった。ま
た、比較例１〜８においては上記のような柱状構造は有
していなかった。According to the observation of the film surface and the fracture surface with a scanning electron microscope, the thermistor thin film 1 after the heat treatment was observed.
The crystal grain of No. 3 has a columnar structure as schematically shown in FIG. 3 in Examples 1 to 8, and the variation (range of values) of the particle diameter is shown in the above (Table 2). As described above, each of Examples 1 to 8 was smaller than each of Comparative Examples 1 to 8. In Comparative Examples 1 to 8, the columnar structure as described above was not provided.
【００２６】次に、上記のようにして下地基板１２上に
形成され、熱処理されたサーミスタ薄膜１３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（アルゴンガス）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
ニングして、くし形電極１４，１５を形成した。次い
で、ダイシング装置を用い、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、前記図１に
示した構成の薄膜サーミスタ素子１１を１０００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）
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。また、上記薄膜サーミスタ素
子１１を２００℃の大気中に１０００時間放置する高温
耐久性試験を行った後に、再度、抵抗値およびＢ定数を
測定して、高温耐久性試験前後の変化率を算出した。上
記抵抗値およびＢ定数の平均値、バラツキ、高温耐久性
変化を上記（表２）に併せて示す。Next, a Pt thin film having a thickness of 0.1 μm and a resist pattern are formed on the entire surface of the thermistor thin film 13 formed on the base substrate 12 and subjected to the heat treatment as described above. The pattern electrodes 14 and 15 were formed by patterning by a photolithography process using dry etching according to (1). Next, using a dicing apparatus, excluding the peripheral portion of the substrate, 1 ×
By cutting to a size of 0.5 mm, 1000 thin-film thermistor elements 11 having the structure shown in FIG.
Was measured, and the average value and the variation ((maximum value−minimum value) / average value) were obtained. After performing a high-temperature durability test in which the thin-film thermistor element 11 was left in the air at 200 ° C. for 1000 hours, the resistance value and the B constant were measured again, and the rate of change before and after the high-temperature durability test was calculated. . The average value, variation, and change in high-temperature durability of the resistance value and the B constant are also shown in the above (Table 2).
【００２７】上記実施例１〜８および比較例１〜８から
明らかなように、サーミスタ薄膜１３に主として（１０
０）面に配向したスピネル型結晶構造の酸化物薄膜を形
成することにより、無配向のスピネル型結晶構造の酸化
物薄膜を形成する場合よりも抵抗値およびＢ定数のバラ
ツキが小さく、しかも高温耐久性が高い、高精度で高信
頼性のサーミスタ素子を得ることができる。なお、上記
のように主として（１００）面に配向したスピネル型結
晶構造のサーミスタ薄膜であれば、複合酸化物の組成は
上記（表２）に示したものに限らず、他の組成とした場
合においても同様に優れた結果が得られた。As is clear from the above Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 8, the thermistor thin film 13 mainly contains (10
By forming an oxide thin film having a spinel-type crystal structure oriented in the 0) plane, variations in the resistance value and the B constant are smaller than when an oxide thin film having a non-oriented spinel-type crystal structure is formed, and high-temperature durability is achieved. A highly accurate, highly accurate and highly reliable thermistor element can be obtained. As long as the thermistor thin film has a spinel-type crystal structure mainly oriented to the (100) plane as described above, the composition of the composite oxide is not limited to the composition shown in the above (Table 2). Also obtained excellent results.
【００２８】また、サーミスタ薄膜の形成条件や熱処理
条件も、上記のものに限らず、焼結体ターゲットの組成
などに応じて種々設定すればよい。なお、概ね酸素分圧
が低く、また、アルゴン／酸素流量比が３以上である場
合に、上記のような（１００）面に配向したスピネル型
結晶構造が形成されやすい。The conditions for forming the thermistor thin film and the conditions for the heat treatment are not limited to those described above, but may be set variously in accordance with the composition of the sintered body target. When the oxygen partial pressure is generally low and the argon / oxygen flow ratio is 3 or more, a spinel-type crystal structure oriented in the (100) plane as described above is likely to be formed.
【００２９】また、サーミスタ薄膜の全域にわたって上
記のような結晶構造を有するものに限らず、スピネル型
結晶相中に部分的にビックスバイト型結晶相やＮａＣｌ
型結晶相が含まれていてもよく、また、サーミスタ薄膜
の表面に他の結晶面に配向した層がある場合でも、実質
的にサーミスタ薄膜の内部が（１００）面に配向してい
ればよい。Further, the present invention is not limited to the above-described crystal structure over the entire area of the thermistor thin film.
A type crystal phase may be contained, and even when the surface of the thermistor thin film has a layer oriented to another crystal plane, it is sufficient that the inside of the thermistor thin film is substantially oriented to the (100) plane. .
【００３０】また、上記の例では下地基板としてアルミ
ナ基板を用いたが、その他のセラミクス基板やガラス基
板などを用いた場合においても、同様に優れた結果が得
られた。In the above example, an alumina substrate was used as the base substrate. However, similarly excellent results were obtained when other ceramics substrates or glass substrates were used.
【００３１】また、薄膜サーミスタ素子の構造は、上記
のようにサーミスタ薄膜における同一の表面上に１対の
くし形電極が形成されたものに限らず、サーミスタ薄膜
の両面側に、サーミスタ薄膜を挟むように１対の電極を
設けるようにしてもよい。Further, the structure of the thin-film thermistor element is not limited to the one in which a pair of comb-shaped electrodes are formed on the same surface of the thermistor thin film as described above. Thus, a pair of electrodes may be provided.
【００３２】[0032]
【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。The present invention is embodied in the form described above and has the following effects.
【００３３】すなわち、（１００）面に配向したスピネ
ル型結晶構造をを有す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
キが比較的小さいため、抵抗値やＢ定数などのバラツキ
が小さく、しかも、結晶状態が比較的安定であるため、
高温耐久性が高いので、高精度で高信頼性のサーミスタ
素子を得ることができるという効果を奏する。That is, by forming a thermistor thin film having a spinel type crystal structure oriented in the (100) plane, such a thermistor thin film has relatively small variation in crystal grain size, and thus has a resistance value, a B constant, etc. Is small and the crystal state is relatively stable.
Since the high-temperature durability is high, it is possible to obtain a highly accurate and highly reliable thermistor element.
【００３４】また、上記サーミスタ薄膜を、スパッタリ
ング法による膜形成工程とアニール工程とを交互に行う
ことにより、（１００）面に配向したスピネル型結晶構
造を有するように形成することにより、上記のような高
精度で高信頼性のサーミスタ素子を容易に製造すること
ができるという効果を奏する。Further, the thermistor thin film is formed so as to have a spinel type crystal structure oriented in the (100) plane by alternately performing a film forming step by a sputtering method and an annealing step. It is possible to easily produce a highly accurate and highly reliable thermistor element.
【図１】本発明の薄膜サーミスタ素子の構成を示す斜視
図FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a thin film thermistor element of the present invention.
【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FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a manufacturing apparatus of a thin film thermistor element of the present invention.
【図３】本発明のサーミスタ薄膜の結晶形態を示す説明
図FIG. 3 is an explanatory view showing a crystal form of a thermistor thin film of the present invention.
１１ 薄膜サーミスタ素子 １２ 下地基板 １３ サーミスタ薄膜 １４，１５ くし形電極 ２１ スパッタ装置 ２２ 基板ホルダ ２３ 焼結体ターゲット ２４ シールドカバー ２４ａ 切り欠き ２５ 高周波電源 ３１ ガラス基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Thin-film thermistor element 12 Undersubstrate 13 Thermistor thin film 14, 15 Comb-shaped electrode 21 Sputter device 22 Substrate holder 23 Sintered target 24 Shield cover 24a Notch 25 High frequency power supply 31 Glass substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鳥井 秀雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 高山 良一 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 BC02 BC03 BC04 BC05 BC20 DA02 DC03 DE16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hideo Torii 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Ryoichi Takayama 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co. Term (reference) 5E034 BA09 BB08 BC02 BC03 BC04 BC05 BC20 DA02 DC03 DE16
Claims (8)
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、 上記サーミスタ薄膜が、（１００）面に配向したスピネ
ル型結晶構造を有していることを特徴とする薄膜サーミ
スタ素子。1. A thin-film thermistor element having a thermistor thin film and a pair of electrodes provided on the thermistor thin film, wherein the thermistor thin film has a spinel type crystal structure oriented in a (100) plane. A thin-film thermistor element characterized in that:
とアニールとが交互に行われて形成されたサーミスタ薄
膜であることを特徴とする薄膜サーミスタ素子。2. The thin film thermistor element according to claim 1, wherein said thermistor thin film is a thermistor thin film formed by alternately performing film formation and annealing by a sputtering method. .
形成がなされた後に、熱処理が施されていることを特徴
とする薄膜サーミスタ素子。3. The thin film thermistor element according to claim 2, wherein said thermistor thin film is subjected to a heat treatment after said film formation by said sputtering method.
直な方向に柱状に結晶成長した結晶粒を有していること
を特徴とする薄膜サーミスタ素子。4. The thin film thermistor element according to claim 1, wherein said thermistor thin film has crystal grains grown in a column shape in a direction perpendicular to said thermistor thin film. element.
設けられた１対の電極とを有する薄膜サーミスタ素子の
製造方法であって、 上記サーミスタ薄膜を、スパッタリング法による膜形成
工程とアニール工程とを交互に行うことにより、（１０
０）面に配向したスピネル型結晶構造を有するように形
成することを特徴とする薄膜サーミスタ素子の製造方
法。5. A method of manufacturing a thin film thermistor element having a thermistor thin film and a pair of electrodes provided on the thermistor thin film, wherein the thermistor thin film is formed by alternately performing a film forming step by a sputtering method and an annealing step. (10)
0) A method for manufacturing a thin film thermistor element, characterized in that the thin film thermistor element is formed so as to have a spinel type crystal structure oriented in a plane.
であって、 下地基板を保持する基板ホルダと、上記基板ホルダに対
向して設けられたターゲットとのうちの少なくとも一方
を回転させるとともに、上記基板ホルダにおける、回転
中心から偏心した位置に上記下地基板を保持させる一
方、上記ターゲットにおける、上記回転中心から偏心し
た位置の一部だけが露出するように上記ターゲットをシ
ールドカバーで覆うことにより、上記基板が上記ターゲ
ットの露出部に対向する回転位置で、上記基板上に上記
スパッタリング法による膜形成が行われる一方、上記基
板が上記ターゲットの上記シールドカバーで覆われた位
置に対向する回転位置で、上記アニールが行われること
を特徴とする薄膜サーミスタ素子の製造方法。6. A method for manufacturing a thin film thermistor element according to claim 5, wherein at least one of a substrate holder for holding the base substrate and a target provided opposite to the substrate holder is rotated. In the substrate holder, while holding the base substrate at a position eccentric from the center of rotation, while covering the target with a shield cover so that only a part of the position eccentric from the center of rotation is exposed in the target, At a rotational position where the substrate faces the exposed portion of the target, a film is formed on the substrate by the sputtering method, while at a rotational position facing the position where the substrate is covered with the shield cover of the target. And a method of manufacturing a thin film thermistor element, wherein the annealing is performed.
であって、さらに、 上記サーミスタ薄膜を熱処理する工程を有することを特
徴とする薄膜サーミスタ素子の製造方法。7. The method for manufacturing a thin film thermistor element according to claim 5, further comprising a step of heat-treating said thermistor thin film.
であって、 上記サーミスタ薄膜の形成を、アルゴンガスと酸素ガス
との流量比が３以上である雰囲気中で行うことを特徴と
する薄膜サーミスタ素子の製造方法。8. The method for manufacturing a thin film thermistor element according to claim 5, wherein said thermistor thin film is formed in an atmosphere in which a flow ratio of argon gas to oxygen gas is 3 or more. A method for manufacturing a thermistor element.
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