JP2008244342A - Thin-film thermistor and method of manufacturing thin-film thermistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば赤外線検出センサに用いられる薄膜サーミスタ及び該薄膜サーミスタの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thin film thermistor used for an infrared detection sensor, for example, and a method for manufacturing the thin film thermistor.
近年、非接触で温度を測定できる赤外線検出素子の開発が盛んになってきている。赤外線検出素子は、物体や人体から放出される微弱な赤外線を検出するのに用いられることが多く、高感度であることが要求される。この赤外線検出素子には、熱電対を直列に接続したサーモパイル型、特定材料の焦電効果を利用した焦電型、特定金属酸化物の抵抗率温度依存性を利用したサーミスタ型の三種類がある。 In recent years, development of infrared detection elements that can measure temperature in a non-contact manner has become active. Infrared detectors are often used to detect weak infrared rays emitted from an object or a human body, and are required to have high sensitivity. There are three types of infrared detection elements: a thermopile type in which thermocouples are connected in series, a pyroelectric type using the pyroelectric effect of a specific material, and a thermistor type using the resistivity temperature dependence of a specific metal oxide. .
これらのうち、製品の微細化や高性能化、低価格化の潮流に乗った製品として、サーミスタ薄膜を半導体基板等の基板上に形成し、各種配線等を施したサーミスタ型の赤外線検出センサが注目され始めている。このサーミスタ薄膜を用いた赤外線検出センサの一般的な構造は、絶縁基板又は上面に絶縁層が形成された基板と、絶縁基板又は絶縁層の上面に形成されたサーミスタ薄膜と、該サーミスタ薄膜の上面に形成された一対の電極と、から構成されている。 Among these, thermistor-type infrared detection sensors that have a thermistor thin film formed on a substrate such as a semiconductor substrate and have various wirings as products that are on the trend of miniaturization, high performance, and low prices of products. It has begun to attract attention. A general structure of the infrared detection sensor using the thermistor thin film is as follows: an insulating substrate or a substrate on which an insulating layer is formed, a thermistor thin film formed on the insulating substrate or the upper surface of the insulating layer, and an upper surface of the thermistor thin film. And a pair of electrodes formed on each other.
このように構成された赤外線検出センサにおいては、照射された赤外線を受光してサーミスタ薄膜の温度が変化すると、サーミスタ薄膜の抵抗が変化するので、この抵抗変化を一対の電極で検出して赤外線を検知できるようになっている。
なお、この赤外線検出センサに用いられるサーミスタ薄膜は、例えば表面にＳｉＯ2層（絶縁層）が形成されたＳｉ基板や、アルミナ基板又は石英基板等の絶縁基板上に形成されている。
In the infrared detection sensor configured as described above, when the temperature of the thermistor thin film changes when the irradiated infrared light is received, the resistance of the thermistor thin film changes. It can be detected.
The thermistor thin film used in this infrared detection sensor is formed on an insulating substrate such as an Si substrate having an SiO 2 layer (insulating layer) formed on the surface thereof, an alumina substrate, or a quartz substrate.
上述した赤外線検出センサ等して用いられる薄膜サーミスタは、現在様々なものが提供されている。例えば、熱応答性に優れたもの（特許文献１及び２参照）、電極の断線を防止してセンサとしての特性を安定化させたもの（特許文献３参照）が提供されている。
このように各種の工夫がなされた薄膜サーミスタが知られているが、いずれの場合であっても基本的な構成は上述したとおりである。このうち電極の材料としては、通常酸化防止を目的として、金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）等の貴金属が用いられている。ところがこの貴金属は、サーミスタ薄膜との接合性が悪く、十分な接合強度を得られないため接合不良が起こり易いものであった。
Various thin film thermistors used as the above-described infrared detection sensor or the like are currently provided. For example, the thing which was excellent in thermal response (refer patent document 1 and 2) and the thing which prevented the disconnection of an electrode and stabilized the characteristic as a sensor (refer patent document 3) are provided.
A thin film thermistor with various devices as described above is known, but in any case, the basic configuration is as described above. Of these, noble metals such as gold (Au) and platinum (Pt) are usually used as the electrode material for the purpose of preventing oxidation. However, this noble metal has poor bondability with the thermistor thin film, and a sufficient bonding strength cannot be obtained.
そのため、ウエハ内での抵抗値ばらつきや、製造途中での電極の剥がれや、耐熱試験における抵抗値の経時変化等、各種の不都合を引き起こしてしまっていた。そこで、このような不都合をなくすため、電極とサーミスタ薄膜との間に、サーミスタ薄膜との接合性に優れたＣｒやＴｉ等の接合層を１層介在させることが行われている。この接合層は、サーミスタ薄膜に対して接合性が優れているだけでなく、貴金属から形成された電極に対しても金属同士であるので、接合性に優れている。その結果、接合不良を極力なくして上述した不都合をなくしている。
しかしながら、上記従来の薄膜サーミスタには、以下の課題が残されている。
即ち、接合層を有する薄膜サーミスタを耐熱試験すると、抵抗値が著しく上昇してしまい、試験前の状態から抵抗値変化率が１０％以上変化する不都合が生じてしまうものであった。その結果、特性が変化してしまい、品質及び信頼性の低下を招くものであった。
この原因としては、主に２つの原因が考えられる。即ち、接合層が酸化してしまい、接合層自体が高抵抗化してしまう点と、接合層がサーミスタ薄膜内から酸素を奪ってしまい、接合層下のサーミスタ薄膜の酸素欠乏を引き起こすことで、サーミスタ薄膜自体が高抵抗化してしまう点と、が考えられる。その結果、薄膜サーミスタの抵抗値が上昇してしまい、試験前の状態よりも抵抗値が大きく変化してしまうものであった。
However, the following problems remain in the conventional thin film thermistor.
That is, when a thin film thermistor having a bonding layer is subjected to a heat resistance test, the resistance value is remarkably increased, resulting in a disadvantage that the resistance value change rate changes by 10% or more from the state before the test. As a result, the characteristics are changed, leading to deterioration in quality and reliability.
There are two main causes for this. That is, the junction layer is oxidized and the junction layer itself increases in resistance, and the junction layer deprives oxygen from the thermistor thin film, thereby causing the thermistor thin film below the junction layer to be deficient in oxygen. It can be considered that the resistance of the thin film itself increases. As a result, the resistance value of the thin film thermistor is increased, and the resistance value is greatly changed from the state before the test.
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、耐熱試験時での抵抗値変化を抑制しながら電極の接合不良をなくすことができ、品質及び信頼性が向上した薄膜サーミスタ及び該薄膜サーミスタの製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to eliminate the bonding failure of the electrode while suppressing the change in resistance value during the heat resistance test, and the quality and reliability are improved. A thin film thermistor and a method for manufacturing the thin film thermistor are provided.
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る薄膜サーミスタは、表面に絶縁層が形成された基板又は絶縁基板と、前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面にパターン形成されたサーミスタ薄膜と、貴金属以外の金属材料で形成され、前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面から前記サーミスタ薄膜の上面に亘ってパターン形成された接合層と、該接合層上に形成された貴金属からなる電極と、を備え、前記接合層と重なる領域の前記サーミスタ薄膜の厚みに対する前記接合層の厚みが、比率０．０００７から０．００６の範囲内であることを特徴とするものである。
The present invention provides the following means in order to solve the above problems.
A thin film thermistor according to the present invention is formed of a substrate or an insulating substrate having an insulating layer formed on a surface thereof, a thermistor thin film patterned on the upper surface of the insulating layer or the insulating substrate, and a metal material other than a noble metal, A bonding layer patterned from the upper surface of the insulating layer or the insulating substrate to the upper surface of the thermistor thin film, and an electrode made of a noble metal formed on the bonding layer, the region overlapping the bonding layer The thickness of the joining layer with respect to the thickness of the thermistor thin film is in the range of 0.0007 to 0.006.
また、本発明に係る薄膜サーミスタの製造方法は、基板上の絶縁層又は絶縁基板の上面にサーミスタ薄膜をパターン形成する薄膜形成工程と、前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面から前記サーミスタ薄膜の上面に亘って、貴金属以外の金属材料により接合層をパターン形成する接合層形成工程と、前記接合層上に貴金属材料により電極を形成する電極形成工程と、を備え、前記薄膜形成工程及び前記接合層形成工程の際に、前記接合層と重なる領域の前記サーミスタ薄膜の厚みに対する前記接合層の厚みが、比率０．０００７から０．００６の範囲内となるように、前記サーミスタ薄膜及び前記接合層をそれぞれ形成することを特徴とするものである。 In addition, the method of manufacturing a thin film thermistor according to the present invention includes a thin film forming step of patterning a thermistor thin film on an insulating layer on the substrate or the upper surface of the insulating substrate, and an upper surface of the thermistor thin film from the upper surface of the insulating layer or the insulating substrate. A bonding layer forming step of patterning a bonding layer with a metal material other than a noble metal, and an electrode forming step of forming an electrode with a noble metal material on the bonding layer, the thin film forming step and the bonding layer In the forming step, the thermistor thin film and the bonding layer are adjusted so that the thickness of the bonding layer with respect to the thickness of the thermistor thin film in the region overlapping with the bonding layer is within the range of 0.0007 to 0.006. Each is characterized by being formed.
これらの薄膜サーミスタ及び薄膜サーミスタの製造方法においては、電極が絶縁層又は絶縁基板の上面からサーミスタ薄膜の上面に亘って下地層でもある接合層を介して形成されている。ここで、接合層は、貴金属以外の金属（ＣｒやＴｉ等）で形成されているので、サーミスタ薄膜に対して接合性に優れた金属を選択できると共に、同じ金属同士でもある電極に対しても接合性が優れている。そのため、電極を十分な接合強度で安定に接合することができ、接合不良を防止して高品質化を図ることができる。 In these thin film thermistors and thin film thermistor manufacturing methods, the electrodes are formed from the upper surface of the insulating layer or insulating substrate to the upper surface of the thermistor thin film via a bonding layer that is also an underlayer. Here, since the bonding layer is formed of a metal other than the noble metal (Cr, Ti, etc.), a metal having excellent bonding property with respect to the thermistor thin film can be selected, and also for electrodes that are the same metal as each other. Excellent bondability. Therefore, the electrodes can be stably bonded with sufficient bonding strength, and defective bonding can be prevented and high quality can be achieved.
しかも、接合層と重なる領域の前記サーミスタ薄膜の厚みに対する接合層の厚みが、比率０．０００７から０．００６の範囲内となるように形成されているので、サーミスタ薄膜の厚みを十分厚く、且つ、接合層の厚みを十分薄くした状態にすることができる。そのため耐熱試験を行った際に、接合層がサーミスタ薄膜から奪う酸素量を極力低減することができると共に、酸素が奪われたとしても、接合層下におけるサーミスタ薄膜内の酸素濃度が集中して減少してしまうことを防止することができる。その結果、耐熱試験前の状態よりも抵抗値が過度に上昇してしまうことを防止でき、耐熱試験時の抵抗値変化を抑制することができる。 In addition, since the thickness of the bonding layer with respect to the thickness of the thermistor thin film in the region overlapping with the bonding layer is within the range of 0.0007 to 0.006, the thickness of the thermistor thin film is sufficiently thick, and The bonding layer can be made sufficiently thin. Therefore, when the heat resistance test is performed, the amount of oxygen taken away from the thermistor thin film by the bonding layer can be reduced as much as possible, and even if the oxygen is taken away, the oxygen concentration in the thermistor thin film under the bonding layer is concentrated and reduced. Can be prevented. As a result, it is possible to prevent the resistance value from rising excessively compared to the state before the heat test, and to suppress a change in resistance value during the heat test.
また、本発明に係る薄膜サーミスタは、上記本発明の薄膜サーミスタにおいて、前記サーミスタ薄膜が、７００ｎｍ以下の厚みで形成されていることを特徴とするものである。
この発明に係る薄膜サーミスタにおいては、サーミスタ薄膜が７００ｎｍ以下の厚みであるので、形成過程中にヒビや割れ等が発生することを防止することができる。特に、アニール処理を行ったとしても、この処理中にヒビや割れが発生することを防止することができる。従って、さらなる高品質化を図ることができる。
The thin film thermistor according to the present invention is characterized in that, in the thin film thermistor of the present invention, the thermistor thin film is formed with a thickness of 700 nm or less.
In the thin film thermistor according to the present invention, since the thermistor thin film has a thickness of 700 nm or less, it is possible to prevent the occurrence of cracks, cracks, and the like during the formation process. In particular, even if an annealing process is performed, it is possible to prevent cracks and cracks from occurring during this process. Therefore, further improvement in quality can be achieved.
また、本発明に係る薄膜サーミスタは、上記本発明の薄膜サーミスタにおいて、前記接合層が、０．５ｎｍ以上の厚みで形成されていることを特徴とするものである。
この発明に係る薄膜サーミスタにおいては、接合層が０．５ｎｍ以上の厚みであるので、電極をより強固に接合することができる。仮に、接合層の厚みを０．５ｎｍよりも薄くした場合には、接合層を介在させない場合に近くなり、電極の接合不良が生じやすい。そのため、接合層の厚みを０．５ｎｍ以上にすることが好ましい。
The thin film thermistor according to the present invention is the thin film thermistor according to the present invention, wherein the bonding layer is formed with a thickness of 0.5 nm or more.
In the thin film thermistor according to the present invention, since the bonding layer has a thickness of 0.5 nm or more, the electrodes can be bonded more firmly. If the thickness of the bonding layer is made thinner than 0.5 nm, it becomes close to the case where no bonding layer is interposed, and electrode bonding failure is likely to occur. Therefore, it is preferable that the thickness of the bonding layer be 0.5 nm or more.
また、本発明に係る薄膜サーミスタは、上記本発明のいずれかの薄膜サーミスタにおいて、前記サーミスタ薄膜が、前記接合層と重なる領域とそれ以外の領域とで厚みが異なる２段構成とされ、接合層と重なる領域の厚みよりもそれ以外の領域の厚みの方が薄くなるように形成されていることを特徴とするものである。
この発明に係る薄膜サーミスタにおいては、サーミスタ薄膜の厚みが、接合層と重なる領域とそれ以外の領域とで異なっている。このうち、接合層と重なっていない領域は、接合層と重なっている領域に比べて、実際に測定に寄与する感熱領域となっており、この領域の厚みが薄くなっている。そのため、この感熱領域の熱容量を減らすことができ、サーミスタ薄膜自体の熱応答性を向上することができる。従って、熱応答性に優れたより高品質な薄膜サーミスタとすることができる。
Further, the thin film thermistor according to the present invention is the thin film thermistor according to any one of the above aspects of the present invention, wherein the thermistor thin film has a two-stage configuration in which the thickness overlaps with the region overlapping the bonding layer and the other region. It is characterized in that the thickness of the other region is thinner than the thickness of the overlapping region.
In the thin film thermistor according to the present invention, the thickness of the thermistor thin film is different between the region overlapping the bonding layer and the other region. Of these, the region that does not overlap with the bonding layer is a heat-sensitive region that actually contributes to measurement compared to the region that overlaps with the bonding layer, and the thickness of this region is reduced. Therefore, the heat capacity of this heat sensitive region can be reduced, and the thermal response of the thermistor thin film itself can be improved. Therefore, a higher quality thin film thermistor with excellent thermal response can be obtained.
また、本発明に係る薄膜サーミスタは、上記本発明のいずれかの薄膜サーミスタにおいて、前記接合層及び前記電極が、前記サーミスタ薄膜を６００℃以上でアニール処理した後に形成されたものであることを特徴とするものである。
この発明に係る薄膜サーミスタにおいては、サーミスタ薄膜をアニール処理した後に接合層及び電極を形成しているので、接合層及び電極がアニール処理の影響を受けず、抵抗値変動をさらに抑制することができる。
Further, the thin film thermistor according to the present invention is the thin film thermistor according to any one of the present invention, wherein the bonding layer and the electrode are formed after annealing the thermistor thin film at 600 ° C. or higher. It is what.
In the thin film thermistor according to the present invention, since the bonding layer and the electrode are formed after the thermistor thin film is annealed, the bonding layer and the electrode are not affected by the annealing process, and the resistance value fluctuation can be further suppressed. .
本発明に係る薄膜サーミスタ及び薄膜サーミスタの製造方法によれば、耐熱試験時での抵抗値変化を抑制することができると共に、十分な接合強度で安定に接合された電極とすることができる。従って、安定した特性を確保することができ、品質及び信頼性の向上化を図ることができる。また、本発明に係る薄膜サーミスタを赤外線検出センサとして用いた場合には、信頼性が高く、高性能なセンサとして好適に利用できる。 According to the thin film thermistor and the manufacturing method of the thin film thermistor according to the present invention, it is possible to suppress a change in the resistance value during the heat resistance test and to provide an electrode that is stably bonded with sufficient bonding strength. Therefore, stable characteristics can be ensured, and quality and reliability can be improved. Further, when the thin film thermistor according to the present invention is used as an infrared detection sensor, it can be suitably used as a high-performance sensor with high reliability.
以下、本発明に係る薄膜サーミスタ及び薄膜サーミスタの製造方法の第１実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, a first embodiment of a thin film thermistor and a method for manufacturing the thin film thermistor according to the present invention will be described with reference to FIGS. In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
本実施形態の薄膜サーミスタ１は、表面にＳｉＯ2層（絶縁層）２が形成されたシリコン基板（基板）３と、ＳｉＯ2層２の上面にパターン形成されたサーミスタ薄膜４と、ＳｉＯ2層２の上面からサーミスタ薄膜４の上面に亘って形成された一対の接合層５と、これら接合層５上に形成された一対の電極６と、少なくともサーミスタ薄膜４を内部に封止する保護膜７と、を備えている。
Thin film thermistor 1 according to this embodiment includes a silicon substrate (substrate) 3 SiO 2 layer (insulating layer) 2 is formed on the surface, a thermistor thin film 4 which is patterned on the upper surface of the SiO 2 layer 2, the SiO 2 layer 2, a pair of
上記ＳｉＯ2層２は、シリコン基板３の表面を熱酸化することで形成されたものであって、例えば、厚みが０．１μｍ以上１．５μｍ以下である。
上記サーミスタ薄膜４は、Ｍｎ−Ｃｏ系複合金属酸化物（例えば、Ｍｎ3Ｏ4−Ｃｏ3Ｏ4系複合金属酸化物）又は、Ｍｎ−Ｃｏ系複合金属酸化物に、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕのうち少なくとも一種類の元素を含む複合金属酸化物（例えば、Ｍｎ3Ｏ4−Ｃｏ3Ｏ4−Ｆｅ2Ｏ3系複合金属酸化物）からなる複合金属酸化物膜であり、結晶面（１００）面に配向したスピネル型結晶構造であって、膜厚方向に延在する柱状結晶構造を有している。
本実施形態のサーミスタ薄膜４は、ＳｉＯ2層２の上面に、スパッタリング法により平面視略正方形状に成膜されたものであり、その後、所定時間アニール処理されている。
The SiO 2 layer 2 is formed by thermally oxidizing the surface of the
The thermistor thin film 4 is made of Mn—Co based composite metal oxide (for example, Mn 3 O 4 —Co 3 O 4 based composite metal oxide) or Mn—Co based composite metal oxide with Ni, Fe, or Cu. It is a composite metal oxide film made of a composite metal oxide (for example, Mn 3 O 4 —Co 3 O 4 —Fe 2 O 3 composite metal oxide) containing at least one element, and has a crystal plane (100) It has a spinel crystal structure oriented in the plane, and has a columnar crystal structure extending in the film thickness direction.
The thermistor thin film 4 of this embodiment is formed on the upper surface of the SiO 2 layer 2 in a substantially square shape in a plan view by a sputtering method, and thereafter annealed for a predetermined time.
なお、上記ＭｎとＣｏとのモル比は、４：６程度が適当であり、Ｆｅを含む場合には、Ｍｎ：Ｃｏ：Ｆｅのモル比は（２０〜６０）：（２〜６５）：（９〜４０）程度が適当である。このサーミスタ薄膜４は、半導体の性状を呈し、温度が上昇すると抵抗が低くなる負特性、いわゆるＮＴＣサーミスタ（Negative Temperature Coefficient Thermistor）の性質を有している。 The molar ratio of Mn to Co is suitably about 4: 6. When Fe is included, the molar ratio of Mn: Co: Fe is (20-60) :( 2-65) :( 9-40) is appropriate. The thermistor thin film 4 has the properties of a semiconductor, and has a negative characteristic in which resistance decreases as the temperature rises, that is, a so-called NTC thermistor (Negative Temperature Coefficient Thermistor) property.
一対の接合層５は、貴金属以外の金属材料（例えば、ＣｒやＴｉ、又はこれらの合金等）により、サーミスタ薄膜４の上面からＳｉＯ2層２の上面に亘って形成されている。この一対の接合層５は、一対の電極６の下地層となるものであり、成膜される面の材料（本実施形態ではＳｉＯ2層２及びサーミスタ薄膜４）との接合強度が電極６の貴金属材料よりも高い金属材料で構成される。また、本実施形態の接合層５は、それぞれサーミスタ薄膜４の上面に形成された櫛歯部５ａと、該櫛歯部５ａに接続され、ＳｉＯ2層２の上面に引き出された引き出し部５ｂと、引き出し部５ｂに接続されたパッド部５ｃとを有している。
また、本実施形態では、接合層５と重なる領域のサーミスタ薄膜４の厚みＴ１に対する接合層５の厚みＴ２が、比率０．０００７〜０．００６の範囲内になるように厚み調整されている。
The pair of
In the present embodiment, the thickness is adjusted so that the thickness T2 of the
一対の電極６は、貴金属材料（例えば、ＡｕやＰｔ等）により、一対の接合層５上に形成されている。即ち、一対の電極６は、それぞれ櫛歯部５ａ上に形成された櫛歯電極部６ａと、引き出し部５ｂ上に形成された引き出し電極部６ｂと、パッド部５ｃ上に形成されたパッド電極部６ｃとで一体的に形成されている。この一対の電極６は、パッド電極部６ｃを介して外部と導通するようになっている。
The pair of
上記保護膜７は、櫛歯電極部６ａ及びサーミスタ薄膜４を覆うように平面視略正方形状に形成されている。これにより、少なくともサーミスタ薄膜４を内部に封止している。この保護膜７は、例えば、ＳｉＯ2膜である。但し、これに限られず、絶縁性で外部雰囲気を遮断できれば、ガラスや耐熱樹脂等の膜でも構わない。
The
次に、このように構成された薄膜サーミスタ１の製造方法について説明する。
まず、熱酸化法により、シリコン基板３の表面に上述した厚みのＳｉＯ2層２を形成する。次いで、このＳｉＯ2層２の上面にサーミスタ薄膜４をパターン形成する薄膜形成工程を行う。即ち、ＳｉＯ2層２の全面に所定のスパッタ条件で上述した複合金属酸化物膜をスパッタリング法で成膜する。
Next, a manufacturing method of the thin film thermistor 1 configured as described above will be described.
First, the SiO 2 layer 2 having the above thickness is formed on the surface of the
続いて、フォトリソグラフィ技術により、複合金属酸化物膜の上面であってサーミスタ薄膜４を形成する領域にフォトレジスト膜をパターニングする。そして、フォトレジスト膜をマスクとして、所定の溶液を利用したウェットエッチング加工によりマスクされていない複合金属酸化物膜を選択的に除去する。そして、マスクとしていたフォトレジスト膜を除去する。これにより、ＳｉＯ2層２の上面に平面視略正方形状のサーミスタ薄膜４をパターン形成することができる。
この後、耐熱性向上のため３００℃〜９００℃の範囲、より好ましくは６００℃〜９００℃の範囲で、所定時間アニール処理を行う。
Subsequently, a photoresist film is patterned on the upper surface of the composite metal oxide film on the region where the thermistor thin film 4 is formed by photolithography. Then, using the photoresist film as a mask, the unmasked composite metal oxide film is selectively removed by wet etching using a predetermined solution. Then, the photoresist film used as the mask is removed. Thereby, the thermistor thin film 4 having a substantially square shape in a plan view can be patterned on the upper surface of the SiO 2 layer 2.
Thereafter, annealing treatment is performed for a predetermined time in the range of 300 ° C. to 900 ° C., more preferably in the range of 600 ° C. to 900 ° C. in order to improve heat resistance.
次いで、サーミスタ薄膜４の上面からＳｉＯ2層２の上面に亘って、一対の接合層５をパターン形成する接合層形成工程を行う。即ち、まず、サーミスタ薄膜４の上面からＳｉＯ2層２の上面に亘って、一対の接合層５及び一対の電極６が形成される領域以外の部分にリフトオフ法により、フォトレジスト膜を塗布する。続いて、ＣｒやＴｉ等の貴金属以外の金属材料をスパッタリング法により成膜する。これにより、一対の接合層５をパターン形成することができる。
Next, a bonding layer forming step of patterning a pair of
この際、接合層５と重なる領域のサーミスタ薄膜４の厚みＴ１に対する接合層５の厚みＴ２が、比率０．０００７〜０．００６の範囲内になるように接合層５の厚みを調整する。例えば、サーミスタ薄膜４の厚みＴ１を５００ｎｍで形成した場合には、接合層５の厚みＴ２を３ｎｍにする。これにより、（接合層５の厚みＴ２／サーミスタ薄膜４の厚みＴ１）の比率は、０．００６となる。
At this time, the thickness of the
続いて、一対の電極６を形成する電極形成工程を行う。即ち、一対の接合層５を形成した際のスパッタ装置の真空をそのままの状態にして、一対の接合層５上にＡｕやＰｔ等の貴金属材料をスパッタリング法により続けて成膜する。これにより、一対の接合層５上に一対の電極６を形成することができる。その後、フォトレジスト膜を除去する。
Subsequently, an electrode forming process for forming the pair of
次いで、サーミスタ薄膜４を内部に封止する保護膜７を形成する保護膜形成工程を行う。即ち、ＳｉＯ2層２の全面に保護膜７を成膜した後、サーミスタ薄膜４に重なる領域にフォトレジスト膜を形成する。そして、このフォトレジスト膜をマスクとして、所定の溶液を利用したウェットエッチング加工によりマスクされていない保護膜７を選択的に除去する。そして、マスクとしていたフォトレジスト膜を除去する。これにより、櫛歯電極部６ａ及びサーミスタ薄膜４を内部に封止することができると共に、パッド電極部６ｃを外部に露出させることができる。
Next, a protective film forming step for forming a
その結果、図１及び図２に示す薄膜サーミスタ１を製造することができる。
この薄膜サーミスタ１では、接合層５が貴金属以外の金属で形成されているので、サーミスタ薄膜４に対して接合性が優れていると共に、同じ金属同士でもある電極６に対しても接合性が優れている。従って、電極６を十分な接合強度で安定に接合することができ、接合不良を防止して高品質化を図ることができる。
As a result, the thin film thermistor 1 shown in FIGS. 1 and 2 can be manufactured.
In this thin film thermistor 1, since the
しかも、接合層５と重なる領域のサーミスタ薄膜４の厚みＴ１に対する接合層５の厚みＴ２が、比率０．０００７〜０．００６の範囲内となるように形成されているので、サーミスタ薄膜４の厚みＴ１を十分厚く、且つ、接合層５の厚みＴ２を十分薄くした状態にすることができる。そのため、この薄膜サーミスタ１を耐熱試験した際に、接合層５がサーミスタ薄膜４から奪う酸素量を極力低減することができると共に、酸素が奪われたとしても、接合層５下におけるサーミスタ薄膜４内の酸素濃度が集中して減少してしまうことを防止することができる。
その結果、試験前の状態よりも抵抗値が過度に上昇してしまうことを防止でき、耐熱試験時の抵抗値変化を抑制することができる。よって、安定した特性を確保することができ、品質及び信頼性の向上化を図ることができる。
In addition, since the thickness T2 of the
As a result, it is possible to prevent the resistance value from rising excessively as compared to the state before the test, and to suppress a change in resistance value during the heat resistance test. Therefore, stable characteristics can be ensured, and quality and reliability can be improved.
また、サーミスタ薄膜４をアニール処理した後に接合層５及び電極６を形成しているので、接合層５及び電極６がアニール処理の影響を受けず、抵抗値変動をさらに抑制することができる。更に、保護膜７によってサーミスタ薄膜４が内部に封止されているので、該サーミスタ薄膜４が外部に晒されることがない。そのため、サーミスタ薄膜４が外部から影響を受けてしまうことを防止でき、長期使用しても特性が変化し難い。よって、長期に亘って測定精度を安定化させることができる。
Further, since the
上述したように、本実施形態の薄膜サーミスタ１によれば、耐熱試験時での抵抗値変化を抑制することができると共に、十分な接合強度で安定に接合された電極６とすることができる。よって、本実施形態の薄膜サーミスタ１を赤外線検出センサとして用いた場合には、信頼性が高く、高性能なセンサとして好適に利用することができる。
As described above, according to the thin film thermistor 1 of the present embodiment, it is possible to suppress a change in the resistance value during the heat resistance test and to make the
なお、上記実施形態において、サーミスタ薄膜４の厚みＴ１を７００ｎｍ以下にすることが好ましい。サーミスタ薄膜４の厚みＴ１をこのように規制することで、サーミスタ薄膜４を形成する過程中にヒビや割れ等が発生することを防止することができる。特に、アニール処理を行ったとしても、この処理中にヒビや割れ等が発生することを防止することができる。従って、さらなる高品質化を図ることができる。 In the above embodiment, it is preferable that the thermistor thin film 4 has a thickness T1 of 700 nm or less. By regulating the thickness T1 of the thermistor thin film 4 in this way, it is possible to prevent cracks, cracks, etc. from occurring during the process of forming the thermistor thin film 4. In particular, even if an annealing process is performed, it is possible to prevent cracks, cracks, and the like from occurring during this process. Therefore, further improvement in quality can be achieved.
また、上記実施形態において、接合層５の厚みＴ２を０．５ｎｍ以上の厚みで形成することが好ましい。このように接合層５の厚みＴ２を規制することで、電極６をより強固に接合することができる。仮に、接合層５の厚みＴ２を０．５ｎｍよりも薄くした場合には、接合層５を介在させない場合に近くなり、電極６の接合不良が生じやすい。そのため、接合層５の厚みＴ２を０．５ｎｍ以上にすることが好ましい。
Moreover, in the said embodiment, it is preferable to form thickness T2 of the joining
次に、本発明に係る薄膜サーミスタ及び薄膜サーミスタの製造方法の第２実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。なお、第２実施形態において第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付しその説明を省略する。 Next, a second embodiment of the thin film thermistor and the method for manufacturing the thin film thermistor according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same reference numerals in the second embodiment denote the same components as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、サーミスタ薄膜４が均一の厚みであったのに対し、第２実施形態の薄膜サーミスタ１０は、サーミスタ薄膜４の厚みが２段に構成されている点である。
即ち、本実施形態の薄膜サーミスタ１０は、図３及び図４に示すように、サーミスタ薄膜４が、接合層５と重なる領域とそれ以外の領域とで厚みが異なる２段構成とされており、接合層５と重なる領域の厚みＴ３よりもそれ以外の領域の厚みＴ４の方が薄くなるように形成されている。具体的には、櫛歯電極部６ａ間のサーミスタ薄膜４の厚みＴ４が、櫛歯電極部６ａ下のサーミスタ薄膜４の厚みＴ３よりも薄くなるように形成されている。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the thermistor thin film 4 has a uniform thickness in the first embodiment, whereas the
That is, the
サーミスタ薄膜４は、櫛歯電極部６ａ間の部分が実際に測定に寄与する感熱領域となっており、この領域の厚みが薄くなっている。そのため、この感熱領域の熱容量を減らすことができ、サーミスタ薄膜４自体の熱応答性を向上することができる。従って、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができることに加え、熱応答性に優れたより高品質な薄膜サーミスタ１とすることができる。
In the thermistor thin film 4, a portion between the
次に、本発明に係る薄膜サーミスタを上述した第１実施形態の製造方法で実際に製造した実施例を、図５及び図６を参照して具体的に説明する。
第１実施形態の製造方法に基づいて、サーミスタ薄膜４をスパッタ装置にて成膜した後、大気雰囲気中において６００℃で１時間のアニール処理を行った。また、接合層５の材料としてＣｒを使用し、電極６の材料としてＡｕを使用した。この条件で薄膜サーミスタ１を製造した後、初期抵抗値を２５℃の雰囲気下でマルチメータにより測定した。その後、大気雰囲気にて１５０℃で５００時間の耐熱試験を行い、耐熱試験終了後、２５℃の雰囲気下で再度抵抗値を測定して、初期値からの抵抗値変化率を算出した。
Next, an example in which the thin film thermistor according to the present invention is actually manufactured by the manufacturing method of the first embodiment described above will be specifically described with reference to FIGS.
Based on the manufacturing method of the first embodiment, the thermistor thin film 4 was formed by a sputtering apparatus, and then annealed at 600 ° C. for 1 hour in an air atmosphere. Further, Cr was used as the material for the
その結果を図５に示す。なお、図５において、縦軸は抵抗値変化率を示し、横軸は（接合層５の厚みＴ２／サーミスタ薄膜４の厚みＴ１）の比率を示している。この図５に示すように、厚みの比率が０．００６以下の場合には、抵抗値変化率が５％以下で、しかも抵抗値変化率が大きく変化しないことが確認できた。つまり、耐熱試験時の抵抗値変化を抑制できたことが確認できた。
The result is shown in FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents the resistance value change rate, and the horizontal axis represents the ratio of (thickness T 2 of the
更に、接合層５の厚みＴ２を０．５ｎｍよりも薄くした場合には、電極６が接合不良となったことが確認できた。加えて、サーミスタ薄膜４の厚みＴ１を７００ｎｍよりも厚くして、６００℃以上でアニール処理を行った場合には、以下の表１に示すように、サーミスタ薄膜４にクラックが発生したことが確認された。
Furthermore, when the thickness T2 of the
これらの結果から、接合層５の厚みＴ２の下限は０．５ｎｍ以上であり、サーミスタ薄膜４の厚みＴ１の上限は７００ｎｍ以下とすることが好ましいことが判明した。これに基づいて計算すると、（接合層５の厚みＴ２／サーミスタ薄膜４の厚みＴ１）の比率は、０．０００７以上であることが確認された。
From these results, it was found that the lower limit of the thickness T2 of the
なお、上記実施例では、接合層５がＣｒ、電極６がＡｕであったが、接合層５がＴｉ、電極６がＰｔの場合や、接合層５がＴｉ、電極６がＡｕの場合や、接合層５がＣｒ、電極６がＰｔの場合であっても同様の結果が得ることができた。
In the above embodiment, the
また、本発明に係る薄膜サーミスタを上述した第２実施形態の製造方法で製造した実施例について説明する。
第２実施形態の製造方法に基づいて、サーミスタ薄膜４を製造した。この際、接合層５の厚みを３ｎｍ、サーミスタ薄膜４の厚みを５００ｎｍにて製造を行った。即ち、厚みの比率は、０．００６である。その結果、第２実施形態の薄膜サーミスタ１０によれば、抵抗値変化が減少すると共に、感熱部分の熱容量が小さくなり、熱応答性が向上するという望ましい特性を得ることができた。
Moreover, the Example which manufactured the thin film thermistor based on this invention with the manufacturing method of 2nd Embodiment mentioned above is demonstrated.
The thermistor thin film 4 was manufactured based on the manufacturing method of the second embodiment. At this time, the
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記各実施形態では、表面にＳｉＯ2層２が形成されたシリコン基板３を用いた場合を例にしたが、シリコン基板３に限られず、その他の半導体基板でも構わない。また、半導体基板だけでなく、アルミナ基板や石英基板等の絶縁基板を利用しても構わない。この場合には、絶縁基板の上面に直接サーミスタ薄膜を形成すれば良い。
また、上記製造工程では、パターニング後にアニール処理を施してサーミスタ薄膜４を形成しているが、逆に成膜後にアニール処理を施してからパターニングしても構わない。
For example, in each of the above-described embodiments, the case where the
In the manufacturing process, the thermistor thin film 4 is formed by performing an annealing process after patterning, but conversely, the patterning may be performed after the annealing process is performed after the film formation.
１…薄膜サーミスタ、２…ＳｉＯ2層（絶縁層）、３…シリコン基板（基板）、４…サーミスタ薄膜、５…接合層、６…電極、７…保護膜
1 ... film thermistor, 2 ... SiO 2 layer (insulating layer), 3 ... silicon substrate (substrate), 4 ... thermistor thin film, 5 ... bonding layer, 6 ...
Claims (6)
前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面にパターン形成されたサーミスタ薄膜と、
貴金属以外の金属材料で形成され、前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面から前記サーミスタ薄膜の上面に亘ってパターン形成された接合層と、
該接合層上に形成された貴金属からなる電極と、を備え、
前記接合層と重なる領域の前記サーミスタ薄膜の厚みに対する前記接合層の厚みが、比率０．０００７から０．００６の範囲内であることを特徴とする薄膜サーミスタ。 A substrate with an insulating layer formed on the surface or an insulating substrate;
A thermistor thin film patterned on the top surface of the insulating layer or the insulating substrate;
A bonding layer formed of a metal material other than a noble metal and patterned from the upper surface of the insulating layer or the insulating substrate to the upper surface of the thermistor thin film;
An electrode made of a noble metal formed on the bonding layer,
The thin film thermistor, wherein a thickness of the bonding layer with respect to a thickness of the thermistor thin film in a region overlapping with the bonding layer is in a range of 0.0007 to 0.006.
前記サーミスタ薄膜は、７００ｎｍ以下の厚みで形成されていることを特徴とする薄膜サーミスタ。 The thin film thermistor according to claim 1,
The thermistor thin film is formed with a thickness of 700 nm or less.
前記接合層は、０．５ｎｍ以上の厚みで形成されていることを特徴とする薄膜サーミスタ。 The thin film thermistor according to claim 1 or 2,
The bonding layer is formed with a thickness of 0.5 nm or more.
前記サーミスタ薄膜は、前記接合層と重なる領域とそれ以外の領域とで厚みが異なる２段構成とされ、前記接合層と重なる領域の厚みよりもそれ以外の領域の厚みの方が薄くなるように形成されていることを特徴とする薄膜サーミスタ。 The thin film thermistor according to any one of claims 1 to 3,
The thermistor thin film has a two-stage configuration in which the thickness of the region overlapping the bonding layer and the other region are different, and the thickness of the other region is thinner than the thickness of the region overlapping the bonding layer. A thin film thermistor characterized by being formed.
前記接合層及び前記電極が、前記サーミスタ薄膜を６００℃以上でアニール処理した後に形成されたものであることを特徴とする薄膜サーミスタ。 In the thin film thermistor according to any one of claims 1 to 4,
The thin film thermistor, wherein the bonding layer and the electrode are formed after annealing the thermistor thin film at 600 ° C. or higher.
前記絶縁層又は前記絶縁基板の上面から前記サーミスタ薄膜の上面に亘って、貴金属以外の金属材料により接合層をパターン形成する接合層形成工程と、
前記接合層上に貴金属材料により電極を形成する電極形成工程と、を備え、
前記薄膜形成工程及び前記接合層形成工程の際に、前記接合層と重なる領域の前記サーミスタ薄膜の厚みに対する前記接合層の厚みが、比率０．０００７から０．００６の範囲内となるように前記サーミスタ薄膜及び前記接合層をそれぞれ形成することを特徴とする薄膜サーミスタの製造方法。 A thin film forming step of patterning a thermistor thin film on the insulating layer on the substrate or the upper surface of the insulating substrate;
A bonding layer forming step of patterning a bonding layer with a metal material other than a noble metal from the upper surface of the insulating layer or the insulating substrate to the upper surface of the thermistor thin film;
An electrode forming step of forming an electrode with a noble metal material on the bonding layer,
In the thin film forming step and the bonding layer forming step, the thickness of the bonding layer with respect to the thickness of the thermistor thin film in the region overlapping with the bonding layer is within a range of 0.0007 to 0.006. A method for manufacturing a thin film thermistor, comprising: forming a thermistor thin film and the bonding layer.
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