JP2013004640A - サーミスタ材料、温度センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 サーミスタ材料が、HfとAlとNとからなる窒化物で形成され、抵抗率が1〜10000Ωcm、B定数が2000K以上である。特に、Hf−Al−Nの三成分系状態図で、Hf:Al:Nの組成比が原子%で、13.1:21.9:65.0(A点)、20.6:19.9:59.5(B点)、28.6:12.4:58.9(C点)、43.4:0.1:56.4(D点)、37.1:0.5:62.4(E点)、23.6:11.9:64.5(F点)であるA点〜F点で囲まれる範囲にある。
【選択図】図1
Description
すなわち、特許文献1に記載のサーミスタ材料は、TaAlN系材料などであるが、組成比を調整することでサーミスタ特性を示すものの、高温環境下での抵抗特性の変化が大きく、耐熱性が低いという不都合があった。また、安定したサーミスタ特性を得るために焼成工程が必要であり、フィルム上などに形成した状態で焼成させることができないと共に製造コストが高くなるという問題もあった。
このサーミスタ材料では、HfとAlとNとからなるHfAlN系の窒化物で形成され、抵抗率が1〜10000Ωcm、B定数が2000K以上であるので、非焼成でもTaAlN系材料などより優れた耐熱性を有し、高B定数で安定したサーミスタ特性が得られる。
すなわち、このサーミスタ材料では、Hf−Al−Nの三成分系状態図で、上記A点〜F点で囲まれる範囲にあるので、少なくとも抵抗率が6.0〜2200Ωcm、B定数が2052〜3257Kのサーミスタ特性が得られる。
すなわち、この温度センサでは、感熱部が、第1または第2の発明のサーミスタ材料で形成されているので、高B定数で耐熱性に優れていると共に安定したサーミスタ特性の感熱部により、高精度で高感度なセンサが得られる。
すなわち、この温度センサでは、絶縁性基材が絶縁性フィルムであるので、薄型で全体がフィルム状の温度センサとなり、フレキシブルで凹凸が小さく、設置自由度を大幅に向上させることができる。
すなわち、この温度センサでは、感熱部をパターン形成する工程において、第1または第2の発明のサーミスタ材料をスパッタリングにより成膜するだけでよく、焼成工程が不要なため、製造コストが低いと共に絶縁性基材の材料選択の自由度が高い。特に、絶縁性基材として絶縁性フィルムを採用する場合には、焼成工程による絶縁性フィルムの劣化がなく、安定したサーミスタ特性の感熱部を絶縁性フィルム上に成膜することができる。
すなわち、本発明に係るサーミスタ材料、温度センサおよびその製造方法によれば、HfAlN系の窒化物で形成され、抵抗率が1〜10000Ωcm、B定数が2000K以上であるので、非焼成でもTaAlN系材料などより優れた耐熱性を有し、高B定数で安定したサーミスタ特性が得られる。
したがって、本発明のサーミスタ材料を用いることで、絶縁性フィルム上に安定したサーミスタ特性の感熱部を非焼成で形成することができ、このように作製された本発明の温度センサによれば、フレキシブルで凹凸が少なく、非接触給電装置やバッテリー等の狭い隙間に挿入して設置することや、曲面に設置することも可能になる。
このサーミスタ材料は、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)の性質を有したHfAlN系窒化物である。
上記絶縁性基材2は、例えば熱酸化膜付きのシリコン基板やアルミナ基板等の絶縁基板である。
上記感熱部3は、上記サーミスタ材料を絶縁性基材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サーミスタ薄膜である。
また、パターン配線4は、絶縁性基材2の上面から感熱部3の上面に亘ってTiとPtとの積層金属膜でパターン形成された一対のTi/Pt層と、電極パッド部4bとなる部分のPt層上に形成されたAu膜とで形成されている。
続いて、フォトリソグラフィ技術により、HfxAlyNzの窒化物膜の上面であって感熱部3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、Arによるドライエッチング加工によりマスクされていない窒化物膜を選択的に除去する。
次いで、感熱部3の上面からウエハW(絶縁性基材2)の上面に亘って、所定のスパッタ条件でTi層とPt層との積層金属膜をスパッタリング法で成膜する。続いて、フォトリソグラフィ技術により、Ti/Pt層の上面であって一対のパターン配線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。
上記絶縁性フィルム22は、例えばポリイミド樹脂シートであって帯状に形成されている。
一対のパターン配線24は、例えばCr膜とAu膜との積層金属膜でパターン形成されている。
上記感熱部3は、絶縁性フィルム22上に接着剤で張られたポリイミドカバーレイフィルム25で覆われている。
次に、積層されたCr膜とAu膜との上にレジスト液をバーコーターで塗布し、80℃で10minプリベークした後、露光装置で所定の櫛形電極構造のパターン形状に感光し、不要部分を除去する。さらに、図3の(b)に示すように、所定の溶液でウエットエッチングによって一対のパターン配線24を所定パターンでパターニングする。
その後、図3の(d)に示すように、この窒化物膜の感熱部3を覆うように絶縁性フィルム22上に接着剤付きのポリイミドカバーレイフィルム25を載せ、プレス機によって150℃で2MPaの圧力で30min加圧し、接着させる。なお、この際、電極端子部24cを形成するパターン配線24の基端部上は除いてポリイミドカバーレイフィルム25を接着する。
本発明の実施例を以下の工程により作製した。まず、反応性スパッタ法にて、表1に示す様々な組成比としたHf−Al複合ターゲットを用いて、熱酸化膜付きSiウエハ上に厚さ500μmのHfxAlyNzの窒化物膜(感熱部)を形成した複数の実施例を作製した。なお、Hf−Al−Nの三成分系状態図で、Hf:Al:Nの組成比が上記A点〜F点で囲まれる範囲外となるものも併せて作製した。
上記で得られた感熱部の薄膜は、電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)にて元素分析を行った。また、4端子法にて25℃の比抵抗を測定した。また、上記感熱部の薄膜の上にスパッタ法でPt膜を形成した。
このように作製した温度センサについて、25℃及び50℃の抵抗値を測定し、B定数を算出した結果を、表1および図1に示す。
Claims (5)
- HfとAlとNとからなる窒化物で形成され、抵抗率が1〜10000Ωcm、B定数が2000K以上であることを特徴とするサーミスタ材料。
- 請求項1に記載のサーミスタ材料において、
Hf−Al−Nの三成分系状態図で、Hf:Al:Nの組成比が原子%で、
13.1:21.9:65.0(A点)、
20.6:19.9:59.5(B点)、
28.6:12.4:58.9(C点)、
43.4:0.1:56.4(D点)、
37.1:0.5:62.4(E点)、
23.6:11.9:64.5(F点)であるA点〜F点で囲まれる範囲にあることを特徴とするサーミスタ材料。 - 絶縁性基材と、
該絶縁性基材上に形成された薄膜状の感熱部と、
前記絶縁性基材上に形成され前記感熱部に接続された一対のパターン配線とを備え、
前記感熱部が、請求項1または2に記載のサーミスタ材料で形成されていることを特徴とする温度センサ。 - 請求項3に記載の温度センサにおいて、
前記絶縁性基材が絶縁性フィルムであることを特徴とする温度センサ。 - 請求項3または4に記載の温度センサを作製する方法であって、
絶縁性基材上に薄膜状の感熱部をパターン形成する工程と、
前記絶縁性基材上に前記感熱部に接続させて一対のパターン配線をパターン形成する工程とを有し、
前記感熱部をパターン形成する工程において、請求項1または2に記載のサーミスタ材料をスパッタリングにより成膜することを特徴とする温度センサの製造方法。
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