JP2007300065A - Thin film sensor, thin film sensor module, and method for manufacturing same - Google Patents

Thin film sensor, thin film sensor module, and method for manufacturing same Download PDF

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Mitsuhiro Wada
充弘 和田
Makoto Ikeda
真 池田
Kenji Tomonari
健二 友成
Shinichi Inoue
眞一 井上
Hidefumi Sekimori
英史 関守
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film sensor module and a thin film sensor in which surface roughness is not increased even by a thermal process after film formation, while obtaining superior electric properties. <P>SOLUTION: The thin film sensor comprises an insulating substrate, and a temperature-sensitive resistor laminated on the insulating substrate and made of a crystal of a platinum group metal. In the thin film sensor, surface roughness of the temperature-sensitive resistor is 0.1 μm or less, the ratio of the (111) plane of the crystal is 99% or more, and is oriented within 10° with respect to the perpendicular direction (ND direction) to the plane of the layer of the temperature-sensitive resistor, and further crystal grain diameter of the crystal is 0.3 μm or more. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜センサ、薄膜センサモジュール及び薄膜センサの製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film sensor, a thin film sensor module, and a thin film sensor manufacturing method.

従来から、各種物体又は流体の温度を測定する温度センサなどの機能の発揮のために用いられている薄膜センサモジュールとしては、熱量を電気信号に変換して温度を検出する感温抵抗体を利用したものが広く使用されている。なかでも、感度の点で、抵抗温度係数の絶対値が大きい白金族元素を利用した薄膜センサモジュールが広く用いられているが、さらなる高感度化が求められているのが現状である。   Conventionally, as a thin film sensor module that is used to perform functions such as a temperature sensor that measures the temperature of various objects or fluids, a temperature-sensitive resistor that detects the temperature by converting the amount of heat into an electrical signal is used. Is widely used. In particular, thin film sensor modules using platinum group elements having a large absolute value of resistance temperature coefficient in terms of sensitivity are widely used, but the present situation is that higher sensitivity is required.

一般に、抵抗体の抵抗温度係数は、抵抗体を構成する結晶の存在形態により、影響を受けることが知られている(非特許文献1)。例えば、特許文献1及び非特許文献2には、成膜後の積層体を熱処理するなどして、抵抗体を構成する結晶の粒径を大型化することにより、高感度化を図る技術が開示されている。   In general, it is known that the temperature coefficient of resistance of a resistor is affected by the presence form of crystals constituting the resistor (Non-Patent Document 1). For example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 disclose a technique for increasing the sensitivity by increasing the grain size of a crystal constituting a resistor by, for example, heat-treating a laminated body after film formation. Has been.

感温抵抗体を構成する結晶の粒径を大型化する方法としては、まず、基板上に白金などの感温抵抗物質をメッキや蒸着等の積層技術によりパターンを形成させて堆積させ、その後、数百〜千℃程度で熱処理して結晶を成長させてなどして製造させる方法などが挙げられる。   As a method of enlarging the grain size of the crystal constituting the temperature-sensitive resistor, first, a temperature-sensitive resistor material such as platinum is deposited on the substrate by forming a pattern by a lamination technique such as plating or vapor deposition, Examples thereof include a method in which a crystal is grown by heat treatment at about several hundred to 1,000 ° C.

しかしながら、感度を増大させることを目的として、過酷な熱処理条件により結晶を成長させることは可能であるが、この場合、薄膜センサの表面粗さが大きくなり、生産性が低下してしまう。また、熱処理のみでは、満足のいく電気特性(抵抗温度係数;TCR等)が得られていないのが現状であった。   However, for the purpose of increasing sensitivity, it is possible to grow crystals under severe heat treatment conditions. However, in this case, the surface roughness of the thin film sensor increases, and the productivity decreases. Moreover, the present condition is that satisfactory electrical characteristics (resistance temperature coefficient; TCR, etc.) are not obtained only by heat treatment.

また、特許文献2には、白金薄膜抵抗体の製造の際に、白金薄膜と基板との密着性を向上させるための層(たとえば)チタン層を両者の間に介在させることが記載されている。
さらに、特許文献1には、白金薄膜抵抗体の製造方法において、白金薄膜と基板との間にチタン層を介在させることで基板に対する白金薄膜の密着性の向上を図りながら、白金薄膜またはチタン層の形成のためのスパッタリングガス中に酸素を混入しておくことで、高温アニールによる白金薄膜の抵抗温度係数の十分な向上が可能となることが記載されている。
Patent Document 2 describes that a layer (for example) a titanium layer for improving the adhesion between a platinum thin film and a substrate is interposed between the two when a platinum thin film resistor is manufactured. .
Furthermore, in Patent Document 1, in a method for manufacturing a platinum thin film resistor, a platinum thin film or a titanium layer is provided while improving the adhesion of the platinum thin film to the substrate by interposing a titanium layer between the platinum thin film and the substrate. It has been described that oxygen can be mixed in the sputtering gas for forming the film to sufficiently improve the resistance temperature coefficient of the platinum thin film by high-temperature annealing.

しかしながら、白金薄膜と基板との密着性には、さらなる改善の余地があった。
特開2001−291607号公報 特開平11−354302号公報 「薄膜・微粒子の構造と物性」、丸善、139〜156頁(1974) 「高TCR白金薄膜の開発」、IEEE Trans.SM.、124巻、7号、242〜247頁(2004)
However, there is room for further improvement in the adhesion between the platinum thin film and the substrate.
JP 2001-291607 A JP 11-354302 A “Structure and Physical Properties of Thin Films / Fine Particles”, Maruzen, pp. 139-156 (1974) “Development of high TCR platinum thin film”, IEEE Trans. SM. , 124, 7, 242-247 (2004)

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、良好な電気特性を得つつ、成膜後の熱処理によっても、表面粗さを増大させることのない薄膜センサおよび該薄膜センサを有する薄膜センサモジュール、ならびに該薄膜センサの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a thin film sensor that does not increase surface roughness even after heat treatment after film formation while obtaining good electrical characteristics, and the thin film sensor. An object of the present invention is to provide a thin film sensor module and a method of manufacturing the thin film sensor.

また本発明は、高感度であり、かつ感温抵抗体が剥がれ難い薄膜センサおよび該薄膜センサを有する薄膜センサモジュール、ならびに該薄膜センサの製造方法を提供することをさらなる目的としている。   Another object of the present invention is to provide a thin film sensor having high sensitivity and a temperature-sensitive resistor that does not easily peel off, a thin film sensor module having the thin film sensor, and a method for manufacturing the thin film sensor.

本発明の薄膜センサは、
絶縁基板と、該絶縁基板上に積層された白金族金属の結晶からなる感温抵抗体とを有し、
前記感温抵抗体の表面粗さRzが0.1μm以下であり、
前記感温抵抗体の層の面垂直方向(ND方向)に対して10°以内に配向している前記結晶の(111)面の割合が99%以上であり、
前記結晶の粒径が0.3μm以上である
ことを特徴としている。
The thin film sensor of the present invention is
An insulating substrate and a temperature sensitive resistor made of a platinum group metal crystal laminated on the insulating substrate;
The surface roughness Rz of the temperature sensitive resistor is 0.1 μm or less,
The ratio of the (111) plane of the crystal that is oriented within 10 ° with respect to the surface perpendicular direction (ND direction) of the layer of the temperature sensitive resistor is 99% or more,
The crystal grain size is 0.3 μm or more.

前記結晶は、繊維状配向組織を有し、該繊維状配向組織において、前記結晶の(111)面が前記感温抵抗体の層の面垂直方向を回転軸としていることが好ましい。
前記白金族金属は、白金であることが好ましい。
It is preferable that the crystal has a fibrous oriented structure, and in the fibrous oriented structure, the (111) plane of the crystal has a rotational axis in the direction perpendicular to the surface of the layer of the temperature sensitive resistor.
The platinum group metal is preferably platinum.

前記薄膜センサは、前記絶縁基板上と前記感温抵抗体との間に、遷移金属を主成分とする材料からなる密着層をさらに有することが好ましい。
前記薄膜センサは、前記絶縁基板上と前記密着層との間に、ケイ素と炭素、窒素、フッ素および酸素からなる群から選ばれる元素との化合物からなるケイ素化合物層をさらに有することが好ましい。
It is preferable that the thin film sensor further includes an adhesion layer made of a material mainly composed of a transition metal between the insulating substrate and the temperature sensitive resistor.
The thin film sensor preferably further includes a silicon compound layer made of a compound of silicon and an element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, fluorine and oxygen between the insulating substrate and the adhesion layer.

前記薄膜センサとしては、温度センサ、流量センサ、比熱センサ、熱伝導性センサ、濃度センサ、液種識別センサ、歪センサ、応力センサおよび湿度センサからなる群から選択されたセンサが挙げられる。   Examples of the thin film sensor include a sensor selected from the group consisting of a temperature sensor, a flow rate sensor, a specific heat sensor, a thermal conductivity sensor, a concentration sensor, a liquid type identification sensor, a strain sensor, a stress sensor, and a humidity sensor.

本発明の薄膜センサモジュールは、前記薄膜センサを有することを特徴としている。
本発明の薄膜センサの製造方法は、
絶縁基板上に感温抵抗体を積層して感温積層体を得る工程と、
該感温積層体を酸素分圧が0.001ppt以上1ppm以下である不活性ガス雰囲気中で熱処理する工程と
を有することを特徴としている。
The thin film sensor module of the present invention includes the thin film sensor.
The manufacturing method of the thin film sensor of the present invention includes:
Laminating a temperature sensitive resistor on an insulating substrate to obtain a temperature sensitive laminate;
And heat-treating the temperature-sensitive laminate in an inert gas atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.001 ppt or more and 1 ppm or less.

本発明によれば、良好な電気特性を得つつ、成膜後の熱処理によっても、表面粗さを増大させることなく薄膜センサおよび該薄膜センサを有する薄膜センサモジュール、ならびに該薄膜センサの製造方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a thin film sensor, a thin film sensor module having the thin film sensor, and a method of manufacturing the thin film sensor without increasing surface roughness even by heat treatment after film formation while obtaining good electrical characteristics. Provided.

また本発明の一態様によれば、高感度であり、感温抵抗体が剥がれ難い、薄膜センサおよび該薄膜センサを有する薄膜センサモジュール、ならびに該薄膜センサの製造方法が提供される。   According to one embodiment of the present invention, there are provided a thin film sensor, a thin film sensor module having the thin film sensor, and a method for manufacturing the thin film sensor, which are highly sensitive and the temperature sensitive resistor is hardly peeled off.

<薄膜センサ>
図1は、本発明の薄膜センサ(薄膜チップ)の概略図である。薄膜センサ10は、電気的に絶縁性を有する絶縁基板11と、感温抵抗体14とを少なくとも有する。
<Thin film sensor>
FIG. 1 is a schematic view of a thin film sensor (thin film chip) of the present invention. The thin film sensor 10 includes at least an insulating substrate 11 having electrical insulation and a temperature-sensitive resistor 14.

薄膜センサ10は、図2に示すように、絶縁基板11と感温抵抗体14との密着性を向上させることを目的として、絶縁基板11と感温抵抗体14との間に密着層13を有してもよく、さらに絶縁基板11と密着層13との間にケイ素化合物層12を有してもよい。薄膜センサ10は、薄膜センサの物理的な損傷の防止を目的として、薄膜センサ10の表面に保護膜16を有してもよい。薄膜センサ10は、薄膜センサ10と外部の部材とを電気的に接続するボンディングパッド18を有してもよい。   As shown in FIG. 2, the thin film sensor 10 has an adhesive layer 13 between the insulating substrate 11 and the temperature sensitive resistor 14 for the purpose of improving the adhesion between the insulating substrate 11 and the temperature sensitive resistor 14. Further, the silicon compound layer 12 may be provided between the insulating substrate 11 and the adhesion layer 13. The thin film sensor 10 may have a protective film 16 on the surface of the thin film sensor 10 for the purpose of preventing physical damage to the thin film sensor. The thin film sensor 10 may include a bonding pad 18 that electrically connects the thin film sensor 10 and an external member.

なお、本発明においては、絶縁基板から感温抵抗体に向かう方向を、便宜上「上」と称することがある。
絶縁基板11の材料としては、絶縁性を有する材料であれば、特に制約はなく、例えば、シリコン、アルミナ等が挙げられる。絶縁基板11の形状は、種々の形状とすることができ、例えば、図1に示すように矩形であってもよく、楕円形、円形であってもよい。また、絶縁基板11の膜厚は、300〜1,000μm程度であってもよい。
In the present invention, the direction from the insulating substrate toward the temperature sensitive resistor may be referred to as “upper” for convenience.
The material of the insulating substrate 11 is not particularly limited as long as it is an insulating material, and examples thereof include silicon and alumina. The shape of the insulating substrate 11 can be various shapes. For example, the insulating substrate 11 may have a rectangular shape as shown in FIG. 1, an elliptical shape, or a circular shape. The film thickness of the insulating substrate 11 may be about 300 to 1,000 μm.

感温抵抗体14は、抵抗温度係数が大きく熱的に安定な材料で製造されたものであれば、特に制約はなく、感温抵抗体14の材料としては、白金族元素(ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金)のうち少なくとも一種類以上の元素を主成分とする金属又はこれら金属の合金が用いられる。特に、製膜の容易さ、特性の安定性、コストの面から、白金がより好ましい。感温抵抗体14は、このような材料を用いて、所望の膜厚や、所望のパターンに成形されればよく、例えば、膜厚は0.1〜1μm程度であってもよい。   The temperature-sensitive resistor 14 is not particularly limited as long as it is manufactured from a material having a large resistance temperature coefficient and being thermally stable. Examples of the material of the temperature-sensitive resistor 14 include platinum group elements (ruthenium, rhodium, Palladium, osmium, iridium, platinum) or a metal alloy containing at least one element as a main component or an alloy of these metals is used. In particular, platinum is more preferable from the viewpoints of film formation, stability of characteristics, and cost. The temperature sensitive resistor 14 may be formed into a desired film thickness or a desired pattern using such a material. For example, the film thickness may be about 0.1 to 1 μm.

密着層13の材料は、絶縁基板11の温度−抵抗特性に影響を与えない材料及び範囲において種々選択すればよく、その例として、遷移金属を主成分とする材料が挙げられ、この材料の中には、金属として、遷移金属以外の金属が含まれていてもよい。この遷移金属を主成分とする材料としては、具体的にはチタン(Ti)、クロム(Cr)、TiO2
TiBaOなどが挙げられ、中でも密着性の観点からチタンおよびクロムが好ましい。遷移金属を主成分とする材料の中には、遷移金属が通常10〜100重量%、好ましくは60〜100重量%含まれる。密着層の厚みは、例えば、0.002〜0.1μmであることが好ましく、0.005〜0.05μmであることがより好ましい。
The material of the adhesion layer 13 may be variously selected within the range and the material that does not affect the temperature-resistance characteristics of the insulating substrate 11, and examples thereof include a material mainly composed of a transition metal. May contain a metal other than a transition metal as a metal. Specific examples of the material mainly composed of this transition metal include titanium (Ti), chromium (Cr), TiO 2 ,
TiBaO and the like can be mentioned, among which titanium and chromium are preferable from the viewpoint of adhesion. In the material mainly composed of transition metal, transition metal is usually contained in an amount of 10 to 100% by weight, preferably 60 to 100% by weight. The thickness of the adhesion layer is, for example, preferably 0.002 to 0.1 μm, and more preferably 0.005 to 0.05 μm.

ケイ素化合物層12は、ケイ素と、炭素、窒素、フッ素および酸素からなる群から選ばれる元素との化合物からなる。このような化合物としては、SiO2、SiN、SiON
、SiC、SiOC、SiOFなどが挙げられ、中でも成膜の容易さの観点からSiO2
が好ましい。
The silicon compound layer 12 is made of a compound of silicon and an element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, fluorine and oxygen. Such compounds include SiO 2 , SiN, SiON
, SiC, SiOC, SiOF, etc. Among them, SiO 2 is particularly preferable from the viewpoint of film formation.
Is preferred.

ケイ素化合物層12の厚さは、好ましくは50〜5,000nm、さらに好ましくは100〜1,000nmである。
感温抵抗体14は、密着層13と、さらにこのケイ素化合物層12とを介して絶縁基板11に積層されると、絶縁基板11に強固に密着し、剥がれ難い。
The thickness of the silicon compound layer 12 is preferably 50 to 5,000 nm, more preferably 100 to 1,000 nm.
When the temperature sensitive resistor 14 is laminated on the insulating substrate 11 via the adhesion layer 13 and further the silicon compound layer 12, the temperature sensitive resistor 14 is firmly adhered to the insulating substrate 11 and hardly peeled off.

保護膜16の材料としては、上述の目的を達成し得る材料であれば特に制約はなく、例えば、樹脂やガラス等が挙げられる。また、保護膜16の膜厚は、約1μm程度であってもよい。   The material of the protective film 16 is not particularly limited as long as it can achieve the above-described object, and examples thereof include resin and glass. Further, the thickness of the protective film 16 may be about 1 μm.

ボンディングパッド18の材料としては、良好な導電性を有するものであれば特に制約はなく、例えば、金(Au)、白金などが挙げられる。また、ボンディングパッド18は、適用される形態に応じて種々の形状であってもよく、例えば、縦横0.2×0.15mm、厚み0.1μm程度の形状であってもよい。   The material of the bonding pad 18 is not particularly limited as long as it has good conductivity, and examples thereof include gold (Au) and platinum. Further, the bonding pad 18 may have various shapes depending on an applied form, for example, a shape of about 0.2 × 0.15 mm in length and width and about 0.1 μm in thickness.

<本発明における感温抵抗体の結晶の存在形態>
本発明の薄膜センサにおいて、感温抵抗体を構成する結晶は、特定の配向を有する形態で存在する。本発明では、この配向の状態を、下述する「配向性」で規定する。本発明において、「配向性」とは、感温抵抗体の層の面垂直方向(ND方向)から10°以内に配向している結晶(すなわち、感温抵抗体を構成する結晶)の(111)面の割合をいう。本発明の薄膜センサにおいては、この割合が、99%以上である。99%未満であると、結晶粒を粗大化しなければ、十分な抵抗温度係数が得られず、薄膜センサの高感度化を図ることができない。なお、この「配向性」の値は、後述する実施例の欄に記載の方法により求められる値である。
<Presence form of crystal of temperature-sensitive resistor in the present invention>
In the thin film sensor of the present invention, the crystals constituting the temperature sensitive resistor exist in a form having a specific orientation. In the present invention, this orientation state is defined by “orientation” described below. In the present invention, “orientation” means (111) of crystals oriented within 10 ° from the surface perpendicular direction (ND direction) of the layer of the temperature sensitive resistor (that is, crystals constituting the temperature sensitive resistor). ) The ratio of the surface. In the thin film sensor of the present invention, this ratio is 99% or more. If it is less than 99%, unless the crystal grains are coarsened, a sufficient resistance temperature coefficient cannot be obtained, and high sensitivity of the thin film sensor cannot be achieved. The “orientation” value is a value obtained by the method described in the column of Examples described later.

一般的に、感温抵抗体の結晶状態は、感温抵抗体における温度上昇に伴う抵抗値の変化に影響を及ぼすことが知られている。結晶状態、特に結晶の粒径が大型化することにより、抵抗温度係数の勾配が上昇することが知られ、粒径の大型化は、薄膜センサの感度を上昇させる手法の一つとして汎用されている。   In general, it is known that the crystalline state of the temperature-sensitive resistor affects the change in resistance value accompanying the temperature rise in the temperature-sensitive resistor. It is known that the gradient of the temperature coefficient of resistance increases as the crystal state, particularly the crystal grain size, increases. The increase in grain size is widely used as one of the techniques for increasing the sensitivity of thin film sensors. Yes.

一方、本発明においては、感温抵抗体を構成する結晶の存在形態に着目した。つまり、本発明者らは、結晶の存在形態、特に結晶の配向性を制御することで、感温抵抗体の抵抗温度係数が向上することを見出した。本発明のように、配向性を制御することにより、抵抗温度係数が向上する機構は定かではないが、結晶方位が特定の方向に揃うことにより、結晶の電気的特性が向上されることが考えられる。   On the other hand, in the present invention, attention is paid to the existence form of crystals constituting the temperature sensitive resistor. That is, the present inventors have found that the temperature coefficient of resistance of the temperature-sensitive resistor is improved by controlling the crystal form, particularly the crystal orientation. As in the present invention, the mechanism of improving the temperature coefficient of resistance by controlling the orientation is not clear, but it is considered that the electrical characteristics of the crystal can be improved by aligning the crystal orientation in a specific direction. It is done.

また、感温抵抗体を構成する結晶は、繊維状配向組織を有し、該繊維状配向組織において、該結晶の(111)面が該感温抵抗体の層の面垂直方向を回転軸としていることが好ましい。このような組織を有することにより、より一層電気的特性が向上される。なお、この繊維状配向組織の観察には、組織観察に用いる種々の手法を用いて観察すればよく、例えば、下述のEBSD評価装置を用いて観察してもよい。   Further, the crystal constituting the temperature sensitive resistor has a fibrous oriented structure, and in the fibrous oriented structure, the (111) plane of the crystal is set with the plane perpendicular to the layer of the temperature sensitive resistor as the rotation axis. Preferably it is. By having such a structure, the electrical characteristics are further improved. In addition, what is necessary is just to observe for the observation of this fibrous orientation structure | tissue using the various methods used for structure | tissue observation, for example, you may observe using the following EBSD evaluation apparatus.

なお、本発明において、結晶の配向性の評価は、EBSD(後方散乱電子回折パターン;Electron Backscatter Diffraction Pattern)法を用いて行った。無機材料の結晶配構成の評価としては、X線回折装置(XRD)が一般的に用いられているが、この装置では、結晶構造全体の平均的な情報しか得ることが出来ず、結晶構造を構成する個々の結晶粒の存在形態を評価することは出来ない。一方、個々の結晶粒の配向を評価するには、従来、透過型電子顕微鏡(TEM)が一般的に用いられているが、結晶構造に含まれる結晶粒について統計的な評価を行うのは、現実的に不可能である。   In the present invention, the crystal orientation was evaluated using the EBSD (Backscattered Electron Diffraction Pattern) method. An X-ray diffractometer (XRD) is generally used to evaluate the crystal structure of inorganic materials, but this device can only obtain average information of the entire crystal structure, It is not possible to evaluate the existence form of the individual crystal grains constituting. On the other hand, in order to evaluate the orientation of individual crystal grains, a transmission electron microscope (TEM) is generally used. However, statistical evaluation of crystal grains included in a crystal structure is performed. Really impossible.

一方、EBSD評価装置を用いれば、個々の結晶粒の存在形態に係る評価を迅速に行うことができ、結晶粒径や粒度分布、結晶の配向性や歪計算などの評価が可能である。
本発明の薄膜センサにおいて、感温抵抗体の表面粗さ(Rz)は、0.1μm以下、さらに好ましくは0.07μm以下であり、その下限値は、特に制限はされないが、通常0.01μm程度である。表面粗さ(Rz)が上記範囲よりも大きいと、パターン成型の際に、一定した電気特性が得られず、生産性が低下してしまうことにもなる。
On the other hand, if an EBSD evaluation apparatus is used, it is possible to quickly evaluate the existence form of individual crystal grains, and it is possible to evaluate crystal grain size, grain size distribution, crystal orientation, strain calculation, and the like.
In the thin film sensor of the present invention, the surface roughness (Rz) of the temperature sensitive resistor is 0.1 μm or less, more preferably 0.07 μm or less, and the lower limit is not particularly limited, but is usually 0.01 μm. Degree. If the surface roughness (Rz) is larger than the above range, a constant electrical characteristic cannot be obtained during pattern molding, and productivity is also lowered.

また、感温抵抗体を構成する結晶の粒径は、0.3μm以上、さらに好ましくは0.4μm以上であり、その上限値は、特に制限されないが、通常5.0μm程度である。なお、この「結晶粒径」の値は、後述する実施例の欄に記載の方法により求められる値である。   The grain size of the crystals constituting the temperature sensitive resistor is 0.3 μm or more, more preferably 0.4 μm or more, and the upper limit is not particularly limited, but is usually about 5.0 μm. In addition, the value of this “crystal grain size” is a value obtained by the method described in the column of Examples described later.

本発明の薄膜センサの抵抗温度係数は、好ましくは3,000ppm/K以上、さらに好ましくは3,300ppm/K以上であり、その上限値は3,900ppm/K程度で
ある。
The resistance temperature coefficient of the thin film sensor of the present invention is preferably 3,000 ppm / K or more, more preferably 3,300 ppm / K or more, and the upper limit is about 3,900 ppm / K.

なお、本発明の薄膜センサは、感温抵抗体の抵抗値に影響を与える指標を測定する装置に用いることが可能であって、その例としては、温度センサ、流量センサ、比熱センサ、熱伝導性センサ、濃度センサ、液種識別センサ、歪センサ、応力センサ、湿度センサなどが挙げられる。   The thin film sensor of the present invention can be used in an apparatus for measuring an index that affects the resistance value of a temperature sensitive resistor. Examples thereof include a temperature sensor, a flow rate sensor, a specific heat sensor, a heat conduction Examples include a sex sensor, a concentration sensor, a liquid type identification sensor, a strain sensor, a stress sensor, and a humidity sensor.

<薄膜センサの製造方法>
本発明の薄膜センサの製造方法について説明する。本発明の薄膜センサの製造においては、まず、絶縁基板上にスパッタリングなどの蒸着手段により、感温抵抗体を積層して、感温積層体を形成する。この感温積層体を、熱処理して、薄膜センサが得られる。
<Manufacturing method of thin film sensor>
The manufacturing method of the thin film sensor of this invention is demonstrated. In the production of the thin film sensor of the present invention, first, a temperature sensitive resistor is laminated on an insulating substrate by vapor deposition means such as sputtering to form a temperature sensitive laminate. This temperature-sensitive laminate is heat-treated to obtain a thin film sensor.

まず、上述の積層条件について、述べる。この積層手段/条件としては、特に制限はなく、スパッタリング、蒸着などが例示される。例えば、スパッタリングにより、感温積層体を作製する場合、スパッタリングの際の真空度、圧力等の条件は、特に制限はない。例えば、スパッタリングの際、導入ガスのアルゴンなどの不活性ガスには、酸素ガスを混合してもよい。不活性ガスへの酸素の混合量は、例えば標準状態で0.5〜30体積%の範囲内とすることができ、好ましくは2〜20体積%の範囲内である。0.5体積%未満であると、密着層を構成する金属原子の一部が感温抵抗体の内部に拡散し、その抵抗温度係数(TCR)が低下する。30体積%以上であると、感温抵抗体を構成する結晶の内部に酸素が固溶するため、そのTCRが低下する。   First, the above-described stacking conditions will be described. There is no restriction | limiting in particular as this lamination | stacking means / condition, Sputtering, vapor deposition, etc. are illustrated. For example, when a temperature-sensitive laminate is produced by sputtering, the conditions such as the degree of vacuum and pressure during sputtering are not particularly limited. For example, an oxygen gas may be mixed with an inert gas such as argon as an introduction gas during sputtering. The amount of oxygen mixed with the inert gas can be, for example, in the range of 0.5 to 30% by volume in the standard state, and preferably in the range of 2 to 20% by volume. If it is less than 0.5% by volume, a part of the metal atoms constituting the adhesion layer diffuses into the temperature-sensitive resistor, and the temperature coefficient of resistance (TCR) decreases. When it is 30% by volume or more, oxygen is dissolved in the crystal constituting the temperature-sensitive resistor, and thus its TCR is lowered.

感温抵抗体として白金薄膜を形成する場合であれば、たとえば、以下のような条件で蒸着を行うことができる。
蒸着手段:スパッタリング法
装置:マグネトロンスパッタリング装置
到達真空度:6.0×10-5Pa以下
成膜圧力:0.1〜0.8Pa
ガス流量:10〜180SCCM
成膜電力:400〜1,400W
成膜温度:室温〜250℃。
If a platinum thin film is formed as the temperature sensitive resistor, for example, vapor deposition can be performed under the following conditions.
Vapor deposition means: Sputtering method Apparatus: Magnetron sputtering apparatus Ultimate vacuum: 6.0 × 10 −5 Pa or less Film forming pressure: 0.1 to 0.8 Pa
Gas flow rate: 10-180 SCCM
Deposition power: 400-1400W
Deposition temperature: room temperature to 250 ° C.

薄膜センサに密着層を設ける場合は、感温抵抗体の積層の前に、絶縁基板上にスパッタリングなどの積層技術を用いて密着層を積層し、その後、感温抵抗体を上述の通りに積層すればよい。密着層の積層後は、大気、酸素又は水分等に触れることなくその後の工程を行うことが好ましい。密着層の積層条件としては、密着性を確保し、感温抵抗体の抵抗温度特性に影響、特に悪影響を与えないような条件であれば、特に制約はない。   When a thin film sensor is provided with an adhesion layer, the adhesion layer is laminated on the insulating substrate using a lamination technique such as sputtering before laminating the temperature sensitive resistor, and then the temperature sensing resistor is laminated as described above. do it. After the adhesion layer is stacked, it is preferable to perform the subsequent steps without being exposed to air, oxygen, moisture, or the like. The stacking condition of the adhesion layer is not particularly limited as long as the adhesion is ensured and the resistance temperature characteristics of the temperature sensitive resistor are not affected or particularly adversely affected.

密着層としてチタン(Ti)層を形成する場合であれば、たとえば、以下のような条件で蒸着を行うことができる。
蒸着手段:スパッタリング法
装置:マグネトロンスパッタリング装置
到達真空度:6.0×10-5Pa以下
成膜圧力:0.1〜2Pa
ガス流量:10〜180SCCM
成膜電力:400〜1,400W。
If a titanium (Ti) layer is formed as the adhesion layer, for example, vapor deposition can be performed under the following conditions.
Vapor deposition means: Sputtering method Apparatus: Magnetron sputtering apparatus Ultimate vacuum: 6.0 × 10 −5 Pa or less Film forming pressure: 0.1 to 2 Pa
Gas flow rate: 10-180 SCCM
Deposition power: 400-1400W.

薄膜センサにケイ素化合物層を設ける場合は、密着層の積層の前に、絶縁基板の一表面にケイ素化合物層を積層する。
ケイ素化合物層は、ゾルゲル法、スピンコート法、CVD法、スパッタリング法などの
手段により形成することができ、具体的には、たとえば以下のような条件で製造することができる。
When the silicon compound layer is provided on the thin film sensor, the silicon compound layer is laminated on one surface of the insulating substrate before the adhesion layer is laminated.
The silicon compound layer can be formed by means such as a sol-gel method, a spin coating method, a CVD method, or a sputtering method. Specifically, for example, it can be produced under the following conditions.

積層手段:スピンコート法
装置:スピンコーター
原料:塗布型SiO2系被膜形成材料(SOG)
回転数:1,000〜6,000rpm
温度:450〜1,000℃。
Lamination means: Spin coating method Equipment: Spin coater Raw material: Coating type SiO 2 film forming material (SOG)
Rotation speed: 1,000-6,000 rpm
Temperature: 450-1,000 ° C.

次に、上述の熱処理について、説明する。この熱処理においては、上述の通り得られた感温積層体(すなわち、絶縁基板および感温抵抗体、ならびに任意の密着層、および任意のケイ素化合物層を含む積層体)に対して、酸素分圧が0.001ppt以上1ppm以下である不活性ガス雰囲気中でアニーリングを行う。不活性ガスとしては、絶縁基板、密着層及び/又は感温抵抗体を構成する材料に対して不活性なガスを適宜選択すればよく、アルゴンが好ましい。不活性ガスの純度は99.9999%以上であることが望ましい。酸素分圧が上記範囲よりも高くなると、熱処理後の感温抵抗体の算術平均粗さ(Ra)や十点平均粗さ(Rz)などの表面粗さが大きくなり、薄膜センサの生産性が低下してしまう。また、0.001ppt未満となると、この雰囲気を実現するのに特殊な設備等が必要となり、生産コストが上がってしまう。   Next, the above heat treatment will be described. In this heat treatment, the oxygen partial pressure is applied to the temperature-sensitive laminate obtained as described above (that is, a laminate comprising an insulating substrate and a temperature-sensitive resistor, and an optional adhesion layer and an optional silicon compound layer). Annealing is performed in an inert gas atmosphere in which is 0.001 ppt or more and 1 ppm or less. As the inert gas, an inert gas may be appropriately selected with respect to the material constituting the insulating substrate, the adhesion layer, and / or the temperature sensitive resistor, and argon is preferable. The purity of the inert gas is desirably 99.9999% or more. When the oxygen partial pressure is higher than the above range, the surface roughness such as arithmetic average roughness (Ra) and ten-point average roughness (Rz) of the temperature-sensitive resistor after heat treatment increases, and the productivity of the thin film sensor increases. It will decline. On the other hand, if it is less than 0.001 ppt, special equipment or the like is required to realize this atmosphere, resulting in an increase in production cost.

アニーリング温度は、例えば約900℃〜約1100℃である。アニール温度が900℃未満であると、得られる薄膜センサの抵抗温度係数の特性が低下する傾向にある。また、1100℃を越えると、得られる薄膜センサの表面状態が劣化する傾向にある。アニール時間は、例えば4時間以上、8時間未満とすることができる。アニール時間が8時間よりも長くなると、白金の結晶粒が粗大化しすぎ、表面粗さが増大し、基板材料内での均一性が低下する傾向がある。一方、アニール時間が4時間未満、すなわち短過ぎる場合には、感温抵抗体の抵抗値の経時変化率が大きくなる傾向がある。   The annealing temperature is, for example, about 900 ° C. to about 1100 ° C. When the annealing temperature is less than 900 ° C., the characteristic of the temperature coefficient of resistance of the obtained thin film sensor tends to be lowered. Moreover, when it exceeds 1100 degreeC, it exists in the tendency for the surface state of the thin film sensor obtained to deteriorate. The annealing time can be, for example, 4 hours or more and less than 8 hours. If the annealing time is longer than 8 hours, the crystal grains of platinum are excessively coarsened, the surface roughness is increased, and the uniformity in the substrate material tends to be lowered. On the other hand, when the annealing time is less than 4 hours, that is, too short, the rate of change with time of the resistance value of the temperature-sensitive resistor tends to increase.

感温抵抗体は、エッチング等の手段により、種々のパターンに成形されてもよい。例えば、エッチング法などにより、感温抵抗体を、幅が例えば5〜25μmで、全長が例えば4〜23cmの蛇行パターン形状に加工してもよい。   The temperature sensitive resistor may be formed into various patterns by means such as etching. For example, the temperature sensitive resistor may be processed into a meandering pattern shape having a width of, for example, 5 to 25 μm and a total length of, for example, 4 to 23 cm by an etching method or the like.

このようにして得た感温積層体には、上述の通り必要に応じて、保護膜16、ボンディングパッド18等を設けてもよい。これらを設ける方法としては、本技術分野公知の方法を用いればよい。   The temperature-sensitive laminate thus obtained may be provided with a protective film 16, a bonding pad 18 and the like as necessary as described above. As a method of providing these, a method known in this technical field may be used.

<薄膜センサモジュール>
次に、本発明の薄膜センサモジュールについて、説明する。本発明の薄膜センサモジュールは、測定対象となる物体や流体と熱的に接続される部材と、この部材と熱的に接続された上述の薄膜センサと、この薄膜センサと電気的に接続された部材とを有する。この構成を図3及び図4に例示する。
<Thin film sensor module>
Next, the thin film sensor module of the present invention will be described. The thin film sensor module of the present invention includes a member that is thermally connected to an object or a fluid to be measured, the above-described thin film sensor that is thermally connected to the member, and the thin film sensor that is electrically connected to the thin film sensor. Member. This configuration is illustrated in FIG. 3 and FIG.

図3は、本発明の薄膜センサモジュール(たとえば、温度センサモジュール)を例示した概略図であり、図4は、本発明の薄膜センサモジュール(たとえば、温度センサモジュール)を例示した概略断面図であって、(a)は、平面縦断面図であり、(b)は、側方縦断面図である。本発明の薄膜センサモジュール(たとえば、温度センサモジュール)20は、ハウジング22の内部に、フィンプレート24と出力端子26とが固着された薄膜センサ(たとえば、温度センサ)10を有する。   FIG. 3 is a schematic view illustrating a thin film sensor module (for example, a temperature sensor module) of the present invention, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a thin film sensor module (for example, a temperature sensor module) of the present invention. (A) is a plan longitudinal sectional view, and (b) is a lateral longitudinal sectional view. The thin film sensor module (for example, temperature sensor module) 20 of the present invention has a thin film sensor (for example, temperature sensor) 10 in which a fin plate 24 and an output terminal 26 are fixed inside a housing 22.

ハウジング22の材料としては、熱伝導性の低い材料であれば種々の材料を使用し得る
。また、測定対象である物体や流体等に応じて、耐薬品性や耐油性を付与された材料も使用し得る。これらの特性を有する例としては、例えば、エポキシ樹脂やポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)等が挙げられる。また、薄膜センサモジュールの形状は、薄膜センサモジュールを適用する態様に応じて、種々の形態とすればよい。例えば、ハウジング22は、図3及び図4(B)のように、出力端子26が突出する第1大径部34と、第1大径部34と間隔を置いて下方に位置する第2大径部36とを有し、第1大径部34と第2大径部36との間には、断熱用の空隙を形成するための切欠部38を有していてもよい。なお、ハウジング22は、この形態に限定されるものではない。
Various materials can be used as the material of the housing 22 as long as the material has low thermal conductivity. In addition, materials imparted with chemical resistance and oil resistance can be used according to the object or fluid to be measured. Examples having these characteristics include epoxy resin, polybutylene terephthalate (PBT), polyphenylene sulfide (PPS), and the like. Moreover, what is necessary is just to make the shape of a thin film sensor module into various forms according to the aspect to which a thin film sensor module is applied. For example, as shown in FIGS. 3 and 4B, the housing 22 has a first large-diameter portion 34 from which the output terminal 26 protrudes, and a second large-diameter portion positioned below the first large-diameter portion 34 with a gap therebetween. A diameter portion 36 may be provided, and a notch portion 38 for forming a heat insulating space may be provided between the first large diameter portion 34 and the second large diameter portion 36. The housing 22 is not limited to this form.

フィンプレート24は、熱伝導性の良好な材料からなれば特に制約はなく、例えば、銅、アルミニウム、タングステン、ジュラルミン、銅−タングステン合金等からなる。また、フィンプレート24は、薄膜センサモジュールの適用に応じて、適宜種々の形状とすればよく、例えば、厚さ200μm程度の薄板であってもよい。なお、フィンプレート24と薄膜センサ10との固着用の材料としては、熱導電性を有する材料であればいかなる材料をも用いることができ、例えば、銀ペーストが挙げられる。   The fin plate 24 is not particularly limited as long as it is made of a material having good thermal conductivity, and is made of, for example, copper, aluminum, tungsten, duralumin, a copper-tungsten alloy, or the like. Further, the fin plate 24 may have various shapes as appropriate according to the application of the thin film sensor module, and may be a thin plate having a thickness of about 200 μm, for example. In addition, as a material for adhering the fin plate 24 and the thin film sensor 10, any material can be used as long as it has a thermal conductivity, for example, a silver paste.

出力端子26は、導電性を有する材料からなるものであれば特に制約はなく、この材料としては、銅、アルミニウム等が挙げられる。出力端子26は、ボンディングワイヤ32を介して薄膜センサ10と電気的に接続される。出力端子26の形状は、図3では、樹脂ハウジング2の外部に、直線状に一列に並置されて突出し、かつ、前記直線状の列の一端から他端に向かって、樹脂ハウジング2からの突出長さが漸増(漸減)しているように示されるが、適用される形態に応じて種々の形状に成形されたものであればよい。なお、図3の形状を有することにより、薄膜センサモジュール20を上から押えるセンサ押圧板や、出力端子26と接続されて回路を形成する流量検出回路基板の装着を、容易に行なうことができる。また、これらセンサ押圧板や流量検出回路基板の装着の際に薄膜センサモジュール20を痛めるおそれも小さくなる。   The output terminal 26 is not particularly limited as long as it is made of a conductive material, and examples of this material include copper and aluminum. The output terminal 26 is electrically connected to the thin film sensor 10 via the bonding wire 32. In FIG. 3, the shape of the output terminal 26 protrudes from the resin housing 2 so as to protrude from the resin housing 2 in a straight line and juxtaposed in one line. Although the length is shown as gradually increasing (gradually decreasing), it may be formed into various shapes depending on the form to be applied. 3, the sensor pressing plate for pressing the thin film sensor module 20 from above and the flow rate detection circuit board connected to the output terminal 26 to form a circuit can be easily mounted. Further, the risk of damaging the thin film sensor module 20 when the sensor pressing plate and the flow rate detection circuit board are attached is reduced.

[実施例]
以下、本発明について実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、係る実施例により何ら限定されるものではない。
[Example]
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples, but the present invention is not limited to the examples.

(参考例)
アルミナ基板(寸法:直径100mmの円盤、厚み:385μm)上に、以下の条件でスピンコート法により膜厚300nmのSiO2層を形成した。
(Reference example)
A 300 nm-thick SiO 2 layer was formed on an alumina substrate (size: disk with a diameter of 100 mm, thickness: 385 μm) by the spin coating method under the following conditions.

装置:スピンコーター
原料:塗布型SiO2系被膜形成材料
(東京応化工業(株)製、原料:OCD(商品名)、シロキサン系材料)
回転数:1,000rpm×5s→5,000rpm×30s
温度:695℃。
Equipment: Spin coater Ingredients: Coating type SiO 2 film forming material
(Manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., raw material: OCD (trade name), siloxane-based material)
Rotational speed: 1,000 rpm x 5 s → 5,000 rpm x 30 s
Temperature: 695 ° C.

次に、このようにして形成されたSiO2層上に、金属チタン(純度99.99%)を
ターゲットとして、以下の条件でスパッタリングを行い、膜厚30nmのチタン層を形成させた。
Next, sputtering was performed on the SiO 2 layer thus formed using metal titanium (purity: 99.99%) as a target under the following conditions to form a titanium layer having a thickness of 30 nm.

装置:マグネトロンスパッタリング装置
到達真空度:6.0×10-5Pa未満
成膜圧力:0.86Pa
ガス流量:180SCCM[Ar:O2=10:0(標準状態での体積比)]
成膜電力:1,000W(DC)
成膜温度:250℃。
Apparatus: Magnetron sputtering apparatus Ultimate vacuum: less than 6.0 × 10 −5 Pa Deposition pressure: 0.86 Pa
Gas flow rate: 180 SCCM [Ar: O 2 = 10: 0 (volume ratio in the standard state)]
Deposition power: 1,000 W (DC)
Deposition temperature: 250 ° C.

次に、このようにして形成されたチタン層上に、白金(純度99.9%)をターゲットとして、以下の条件でスパッタリングを行い、膜厚400nmの感温抵抗体を形成させた。   Next, sputtering was performed on the titanium layer thus formed using platinum (purity 99.9%) as a target under the following conditions to form a 400 nm-thick temperature sensitive resistor.

装置:マグネトロンスパッタリング装置
到達真空度:6.0×10-5Pa未満
成膜圧力:0.18Pa
ガス流量:10SCCM[Ar:O2=9:1(標準状態での体積比)]
成膜電力:500W(RF)
成膜温度:250℃。
Apparatus: Magnetron sputtering apparatus Ultimate vacuum: less than 6.0 × 10 −5 Pa Deposition pressure: 0.18 Pa
Gas flow rate: 10 SCCM [Ar: O 2 = 9: 1 (volume ratio in standard state)]
Deposition power: 500W (RF)
Deposition temperature: 250 ° C.

このようにして得られた参考積層体について、下述の抵抗温度係数(TCR)、Ra及びRz並びに密着性の測定を行った。結果を表1に示す。
(実施例1)
アルゴンガスを精製し、標準状態でアルゴン純度99.9999%以上、酸素分圧0.1ppm未満の精製アルゴンガスを得た。この精製アルゴンガス中で、上記の参考積層体を、1,000℃で4時間、熱処理し、薄膜センサ1を得た。この薄膜センサ1について、下述の抵抗温度係数(TCR)、Ra及びRz並びに密着性の測定を行った。結果を表1に示す。
The reference temperature coefficient (TCR), Ra and Rz, and adhesion as described below were measured for the reference laminate thus obtained. The results are shown in Table 1.
Example 1
The argon gas was purified to obtain purified argon gas having an argon purity of 99.9999% or more and an oxygen partial pressure of less than 0.1 ppm in the standard state. In this purified argon gas, the above reference laminate was heat-treated at 1,000 ° C. for 4 hours to obtain a thin film sensor 1. The thin film sensor 1 was measured for the temperature coefficient of resistance (TCR), Ra and Rz, and adhesion as described below. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
実施例1において、熱処理の条件を、大気雰囲気下、酸素分圧20%、900℃で4時間に変更した以外は、実施例1と同様に熱処理を行い、比較薄膜センサ1を得た。この比較薄膜センサ1について、下述の抵抗温度係数(TCR)、Ra及びRz並びに密着性の測定を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
In Example 1, heat treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment conditions were changed to 4 hours at an oxygen partial pressure of 20% and 900 ° C. in an air atmosphere to obtain a comparative thin film sensor 1. With respect to this comparative thin film sensor 1, the following resistance temperature coefficient (TCR), Ra and Rz, and adhesion were measured. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
比較例1において、熱処理の温度を1,000℃に変更した以外は、比較例1と同様に行い、比較薄膜センサ2を得た。この比較薄膜センサ2について、下述の抵抗温度係数(TCR)、Ra及びRz並びに密着性の測定を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A comparative thin film sensor 2 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the heat treatment temperature was changed to 1,000 ° C. in Comparative Example 1. The comparative thin film sensor 2 was measured for the temperature coefficient of resistance (TCR), Ra and Rz, and adhesion as described below. The results are shown in Table 1.

(比較例3)
実施例1において、熱処理の条件を、真空雰囲気下、酸素分圧2ppm未満、900℃で4時間に変更した以外は、実施例1と同様に熱処理を行い、比較薄膜センサ3を得た。この比較薄膜センサ3について、下述の抵抗温度係数(TCR)、Ra及びRz並びに密着性の測定を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
In Example 1, heat treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment conditions were changed to 4 hours at 900 ° C. under an oxygen partial pressure of less than 2 ppm in a vacuum atmosphere, whereby a comparative thin film sensor 3 was obtained. The comparative thin film sensor 3 was measured for the temperature coefficient of resistance (TCR), Ra and Rz, and adhesion as described below. The results are shown in Table 1.

(比較例4)
比較例3において、熱処理の温度を1,000℃に変更した以外は、比較例3と同様に熱処理を行い、比較薄膜センサ4を得た。この比較薄膜センサ4について、下述の抵抗温度係数(TCR)、Ra及びRz並びに密着性の測定を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 3, the heat treatment was performed in the same manner as in Comparative Example 3 except that the heat treatment temperature was changed to 1,000 ° C., and a comparative thin film sensor 4 was obtained. The comparative thin film sensor 4 was measured for the following temperature coefficient of resistance (TCR), Ra and Rz, and adhesion. The results are shown in Table 1.

<抵抗温度係数(TCR)の測定>
対象となる積層体及び薄膜センサについて、比電気抵抗ρ−T特性の測定から、抵抗温度係数(TCR)を測定した。
<Measurement of resistance temperature coefficient (TCR)>
About the laminated body and thin film sensor used as object, the resistance temperature coefficient (TCR) was measured from the measurement of specific electrical resistance ρ-T characteristic.

なお、本願において、抵抗温度係数は、以下の(式1)で示される値をいう。
(式1):α=(1/R)×(dR/dT)×106
α:抵抗温度係数(ppm/℃)
T:任意の絶対温度(K)
R:T(K)におけるゼロ負荷抵抗値(Ω)。
In the present application, the resistance temperature coefficient is a value represented by the following (Equation 1).
(Formula 1): α = (1 / R) × (dR / dT) × 10 6
α: Temperature coefficient of resistance (ppm / ° C)
T: Any absolute temperature (K)
R: Zero load resistance value (Ω) at T (K).

<表面粗さRa及びRzの測定>
表面粗さRaは、上述の各薄膜センサ及び積層体を、光干渉式三次元構造解析顕微鏡(New View5032、Zygo社製)にて測定した。測定には、白色光を用いて100倍ミラウレンズを使用し、54×72μmの範囲を測定した。このようにして得た三次元測定面から、表面粗さRa及びRzを得た。
<Measurement of surface roughness Ra and Rz>
The surface roughness Ra was measured for each of the above-described thin film sensors and laminates with an optical interference type three-dimensional structural analysis microscope (New View 5032, manufactured by Zygo). For the measurement, a 100 × Mirau lens was used with white light, and a range of 54 × 72 μm was measured. Surface roughness Ra and Rz were obtained from the three-dimensional measurement surface thus obtained.

<結晶粒径>
上述のように製造された積層体及び薄膜センサの縦断面を研磨及び集束イオンビーム(FIB)を用いて平滑にした。この平滑にされた縦断面について、EBSD評価装置(OIM Analysis、株式会社TSLソリューションズ社製)を搭載したFE銃型の走査型電子顕微鏡(JSM−6700F又はJSM−7000F、日本電子株式会社製)および付属のEBSD解析装置を用いて、EBSD法に準じて、結晶状態のパターンの画像データを得た。この画像データについて、EBSD解析プログラム(OIM Analysis、同上)の分析メニュー「Grain Size」を選択し、結晶回転角が5°以上の結晶粒を観察し、結晶粒径(μm)を算出した。なお、結晶粒径については、双晶粒界を示すΣ3粒界を粒内欠陥と考慮して算出した。
<Crystal grain size>
The longitudinal sections of the laminate and the thin film sensor manufactured as described above were smoothed by polishing and using a focused ion beam (FIB). About this smoothed longitudinal section, an FE gun type scanning electron microscope (JSM-6700F or JSM-7000F, manufactured by JEOL Ltd.) equipped with an EBSD evaluation apparatus (OIM Analysis, manufactured by TSL Solutions Co., Ltd.) and Using the attached EBSD analyzer, image data of a crystal state pattern was obtained according to the EBSD method. With respect to this image data, an analysis menu “Grain Size” of the EBSD analysis program (OIM Analysis, same as above) was selected, crystal grains having a crystal rotation angle of 5 ° or more were observed, and crystal grain size (μm) was calculated. The crystal grain size was calculated considering the Σ3 grain boundary indicating the twin grain boundary as an intragranular defect.

<配向性>
上述のように製造された積層体及び薄膜センサの縦断面を、研磨及び集束イオンビーム(FIB)を用いて平滑にした。EBSD評価装置(OIM Analysis、株式会社TSLソリューションズ社製)を搭載したFE銃型の走査型電子顕微鏡(JSM−6700F又はJSM−7000F、日本電子株式会社製)および付属のEBSD解析装置を用いて、この平滑にされた縦断面について、EBSD法に準じて、結晶状態のパターンの画像データを得た。この画像データを、EBSD解析プログラム(OIM Analysis、同上)の分析メニュー「Crystal Direction」を選択し、積層体又は薄膜センサの「ND方向」と、感温抵抗体の白金結晶の(111)面方位とのずれが10度以内にある結晶粒の全結晶粒に対する割合を算出する条件で解析し、この割合を、「配向性」とした。なお、粒回転角が5°以上にあるものを結晶粒界とし、5°以内である集合体をひとつの結晶粒として認定した。
<Orientation>
The longitudinal sections of the laminate and the thin film sensor manufactured as described above were smoothed using polishing and a focused ion beam (FIB). Using an FE gun type scanning electron microscope (JSM-6700F or JSM-7000F, manufactured by JEOL Ltd.) equipped with an EBSD evaluation device (OIM Analysis, manufactured by TSL Solutions, Inc.) and an attached EBSD analysis device, With respect to this smoothed longitudinal section, image data of a crystal state pattern was obtained according to the EBSD method. This image data is selected from the analysis menu “Crystal Direction” of the EBSD analysis program (OIM Analysis, same as above), the “ND direction” of the laminated body or thin film sensor, and the (111) plane orientation of the platinum crystal of the temperature sensitive resistor. Analysis was performed under the condition of calculating the ratio of crystal grains with respect to all crystal grains within 10 degrees, and this ratio was defined as “orientation”. Note that a grain rotation angle of 5 ° or more was regarded as a crystal grain boundary, and an aggregate within 5 ° was recognized as one crystal grain.

<密着性>
上述のように製造された積層体及び薄膜センサのそれぞれについて、以下のワイヤープルテスト方法で、絶縁基板と感温抵抗体との密着性を評価した。
*ワイヤープルテスト方法
薄膜チップ(薄膜センサ)の金電極パッド(18)上に、金線(25μmφ)を接合(ボンディング)させた。その後、室温にて、薄膜チップの垂直方向に10g重程度の力で金線を引っ張った。評価基準は以下のとおりである。
<Adhesion>
About each of the laminated body manufactured as mentioned above and the thin film sensor, the adhesiveness of an insulated substrate and a temperature sensitive resistor was evaluated with the following wire pull test methods.
* Wire Pull Test Method A gold wire (25 μmφ) was bonded (bonded) on a gold electrode pad (18) of a thin film chip (thin film sensor). Thereafter, the gold wire was pulled with a force of about 10 g in the vertical direction of the thin film chip at room temperature. The evaluation criteria are as follows.

AA・・・金電極パッドおよび感温抵抗体は金線から剥離せず、金線が破断した。
CC・・・金電極パッドおよび感温抵抗体は金線から剥離した。
AA: The gold electrode pad and the temperature sensitive resistor did not peel from the gold wire, and the gold wire was broken.
CC: The gold electrode pad and the temperature sensitive resistor were peeled from the gold wire.

Figure 2007300065
Figure 2007300065

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。   The present invention has been described above by the preferred embodiments of the present invention. While the invention has been described with reference to specific embodiments, various modifications and changes may be made to the embodiments without departing from the broad spirit and scope of the invention as defined in the claims. Obviously you can. In other words, the present invention should not be construed as being limited by the details of the specific examples and the accompanying drawings.

薄膜センサ(薄膜チップ)の一態様の概略図である。It is a schematic diagram of one mode of a thin film sensor (thin film chip). 薄膜センサ(薄膜チップ)の一態様の概略図である。It is a schematic diagram of one mode of a thin film sensor (thin film chip). 本発明の薄膜センサモジュールを例示した概略図である。It is the schematic which illustrated the thin film sensor module of this invention. 本発明の薄膜センサモジュールを例示した概略断面図であって、(a)は、平面縦断面図であり、(b)は、側方縦断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic sectional drawing which illustrated the thin film sensor module of this invention, Comprising: (a) is a plane longitudinal cross-sectional view, (b) is a side longitudinal cross-sectional view.

符号の説明Explanation of symbols

10 薄膜センサ(薄膜チップ)
11 絶縁基板
12 ケイ素化合物層
13 密着層
14 感温抵抗体
16 保護膜
18 ボンディングパッド
20 薄膜センサモジュール
22 ハウジング
24 フィンプレート
26 出力端子
32 ボンディングワイヤ
34 第1大径部
36 第2大径部
38 切欠部
10 Thin film sensor (thin film chip)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Insulating substrate 12 Silicon compound layer 13 Adhesion layer 14 Temperature sensitive resistor 16 Protective film 18 Bonding pad 20 Thin film sensor module 22 Housing 24 Fin plate 26 Output terminal 32 Bonding wire 34 1st large diameter part 36 2nd large diameter part 38 Notch Part

Claims (8)

絶縁基板と、該絶縁基板上に積層された白金族金属の結晶からなる感温抵抗体とを有し、
前記感温抵抗体の表面粗さRzが0.1μm以下であり、
前記感温抵抗体の層の面垂直方向(ND方向)に対して10°以内に配向している前記結晶の(111)面の割合が99%以上であり、
前記結晶の粒径が0.3μm以上である
ことを特徴とする薄膜センサ。
An insulating substrate and a temperature sensitive resistor made of a platinum group metal crystal laminated on the insulating substrate;
The surface roughness Rz of the temperature sensitive resistor is 0.1 μm or less,
The ratio of the (111) plane of the crystal that is oriented within 10 ° with respect to the surface perpendicular direction (ND direction) of the layer of the temperature sensitive resistor is 99% or more,
A thin film sensor, wherein the crystal grain size is 0.3 μm or more.
前記結晶が繊維状配向組織を有し、該繊維状配向組織において、前記結晶の(111)面が前記感温抵抗体の層の面垂直方向を回転軸としていることを特徴とする請求項1に記載の薄膜センサ。   2. The crystal according to claim 1, wherein the crystal has a fibrous orientation structure, and in the fibrous orientation structure, a (111) plane of the crystal has a rotational axis in a plane perpendicular to the layer of the temperature sensitive resistor. The thin film sensor described in 1. 前記白金族元素が白金であることを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜センサ。   The thin film sensor according to claim 1, wherein the platinum group element is platinum. 前記絶縁基板上と前記感温抵抗体との間に、遷移金属を主成分とする材料からなる密着層をさらに有す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センサ。   The thin film sensor according to claim 1, further comprising an adhesion layer made of a material mainly composed of a transition metal between the insulating substrate and the temperature sensitive resistor. 前記絶縁基板上と前記密着層との間に、ケイ素と炭素、窒素、フッ素および酸素からなる群から選ばれる元素との化合物からなるケイ素化合物層をさらに有することを特徴とする請求項4に記載の薄膜センサ。   The silicon compound layer comprising a compound of silicon and an element selected from the group consisting of carbon, nitrogen, fluorine and oxygen is further provided between the insulating substrate and the adhesion layer. Thin film sensor. 温度センサ、流量センサ、比熱センサ、熱伝導性センサ、濃度センサ、液種識別センサ、歪センサ、応力センサおよび湿度センサからなる群から選択されたセンサであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜センサ。   6. A sensor selected from the group consisting of a temperature sensor, a flow sensor, a specific heat sensor, a thermal conductivity sensor, a concentration sensor, a liquid type identification sensor, a strain sensor, a stress sensor, and a humidity sensor. The thin film sensor according to any one of the above. 請求項1〜6のいずれかに記載の薄膜センサを有することを特徴とする薄膜センサモジュール。   A thin film sensor module comprising the thin film sensor according to claim 1. 絶縁基板上に感温抵抗体を積層して感温積層体を得る工程と、
該感温積層体を酸素分圧が0.001ppt以上1ppm以下である不活性ガス雰囲気中で熱処理する工程と
を有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の薄膜センサの製造方法。
Laminating a temperature sensitive resistor on an insulating substrate to obtain a temperature sensitive laminate;
The thin film sensor according to any one of claims 1 to 6, further comprising a step of heat-treating the temperature-sensitive laminate in an inert gas atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.001 ppt or more and 1 ppm or less. Production method.
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