JP3331716B2 - 正特性半導体素子の製造方法 - Google Patents

正特性半導体素子の製造方法

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JP3331716B2 JP33640093A JP33640093A JP3331716B2 JP 3331716 B2 JP3331716 B2 JP 3331716B2 JP 33640093 A JP33640093 A JP 33640093A JP 33640093 A JP33640093 A JP 33640093A JP 3331716 B2 JP3331716 B2 JP 3331716B2
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、温度制御分野に広く用
いられている抵抗素子、特に、正特性半導体素子の製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の正の抵抗温度特性を有する半導体
素子(以下、正特性半導体素子と呼ぶ)の製造方法につ
いて、概略の工程図を図1に示し、説明する。チタン酸
バリウムを主原料として、正特性半導体素子のためのパ
ウダー状のセラミック材料を準備する。このセラミック
材料にバインダーを混合し、適切な圧力で乾式成形をし
て、ペレット状の成形体を形成する。この成形体を焼成
することにより、例えば円板状の正特性半導体素子を製
造するものであった。
【0003】焼成においては、炉内の雰囲気が大気であ
るバッチ式焼成炉を用いていた。この焼成炉における焼
成は、次の4工程からなるものである。 1.成形体中のバインダーを除去する脱バインダー工程 2.脱バインダー工程後から最高温度まで昇温する昇温
工程 3.最高温度を保持する保持工程 4.最高温度から常温まで冷却する冷却工程 ここで、焼成後のサイズが直径14mm×厚さ2.5m
mの正特性半導体素子を例にして、詳細な焼成条件を示
す。
【0004】脱バインダー工程は、常温である20℃か
ら800℃まで2℃/分の昇温速度で390分を要して
昇温しながら、成形体からバインダーを除去するもので
ある。次に、昇温工程は、800℃から1350℃まで
5℃/分の昇温速度で110分を要して昇温して最高温
度に到達する。次に、保持工程は、最高温度である13
50℃を90分間保持する。そして、冷却工程は、13
50℃から20℃まで2℃/分の降温速度で665分を
要して常温まで冷却する。以上の4工程を経る焼成によ
り、焼成時間は合計1255分(ほぼ21時間)を要し
て、正特性半導体素子を焼成するものであった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
正特性半導体素子の製造方法において、焼成時間が長
く、正特性半導体素子の生産期間短縮において大きな問
題点を有していた。
【0006】本発明の目的は、上記問題点を解消すべく
なされたもので、正特性半導体素子の特性を損なうこと
なくセラミックの焼成時間を短縮させる焼成方法を提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明において
は、チタン酸バリウムを主原料とする正特性半導体素子
材料から成形された成形体を、少なくとも、該成形体中
のバインダー工程後から最高温度まで昇温する昇温工程
と、前記成形体を前記最高温度に保持する保持工程と、
前記最高温度から常温まで冷却する冷却工程とを有する
焼成炉を用いて焼成する正特性半導体素子の製造方法に
おいて、前記昇温工程において炉内雰囲気の酸素分圧を
大気における酸素分圧より小さくし、かつ、前記保持工
程において炉内雰囲気の酸素分圧を大気における酸素分
圧にし、かつ、前記冷却工程において炉内雰囲気の酸素
分圧を大気における酸素分圧より大きくして、前記成形
体を焼成することを特徴とする。また、この発明の正特
性半導体素子の製造方法においては、前記昇温工程、前
記冷却工程について、それぞれ以下のような条件で実施
することが好ましい。つまり、昇温工程では、炉内雰囲
気の酸素分圧(PO2)を2.1%≦PO2≦10.2%
とするとともに、昇温速度を5〜11℃/分とすること
が好ましい。また、前記冷却工程において、炉内雰囲気
の酸素分圧(PO2)を40.2%≦PO2≦80.1%
とするとともに、昇温速度を5〜11℃/分とすること
が好ましい。
【0008】
【作用】すなわち、本発明では、上記のように焼成炉の
昇温工程および冷却工程において、炉内雰囲気の酸素分
圧を制御して、昇温工程では酸素分圧を小さく、また冷
却工程では酸素分圧を大きくすることにより、昇温速度
および降温速度を早くしても正特性半導体素子の結晶粒
径および抵抗値を同等にすることができるものである。
【0009】
【実施例】以下に、本発明の一実施例について説明す
る。但し、本発明は前述の従来例と比較して、昇温工程
および冷却工程における、炉内雰囲気および、昇温時間
並びに降温時間に特徴を有するもので、他の同一部分に
ついては、詳細な説明を省略する。
【0010】本実施例に使用する焼成炉は、少なくと
も、4工程からなるものであり、少なくとも、昇温工程
および冷却工程の雰囲気は、例えば、窒素ガスまたは酸
素ガスを炉内へ注入することにより、酸素分圧を設定値
に合わせることができるものである。
【0011】ここで、本発明による2種類の予備実験の
結果を説明する。先ず、昇温工程に関する予備実験を以
下の条件で行った。上記した焼成炉を用いて、従来例の
成形体と同様の成形体(焼成後の正特性半導体素子のサ
イズが直径14mm×厚さ2.5mm)を、従来例と同
条件(20℃から800℃までを昇温速度2℃/分)の
脱バインダー工程でバインダーを除去した。
【0012】次に、昇温工程において、炉内の酸素分圧
および昇温速度を表1に示す各4種類ずつの条件下で、
800から1350℃まで昇温した。
【0013】次に、従来例と同様に、保持工程は135
0℃で90分間保持し、冷却工程は1350℃から20
℃まで2℃/分の降温速度で665分を要して常温まで
冷却した。
【0014】この実験で得られたそれぞれの条件下での
正特性半導体素子の結晶粒径(単位はμm)を表1に示
す。
【0015】(但し、ここでの酸素分圧(表中PO2
略す)は、昇温工程における炉内の雰囲気中に占める酸
素の体積比を%単位で示す。)
【0016】
【表1】
【0017】表1から明らかなように、昇温工程におけ
る酸素分圧および昇温速度が、正特性半導体素子の結晶
粒成長に影響を及ぼすことが判り、更にその関係は、同
一の昇温速度ならば酸素分圧が大きくなるに従い結晶粒
径が小さくなり、同一の酸素分圧ならば昇温速度が早く
なるに従い結晶粒径が小さくなることが判った。
【0018】次に、冷却工程に関する予備実験を以下の
条件で行った。上記した焼成炉を用いて、従来例と同条
件で、従来例の成形体と同様の成形体(焼成後の正特性
半導体素子のサイズが直径14mm×厚さ2.5mm)
を、20℃から800℃までを昇温速度2℃/分の脱バ
インダー工程でバインダーを除去し、次に、800℃か
ら1350℃まで5℃/分の昇温速度で110分で昇温
して最高温度まで昇温し、そして、保持工程では135
0℃で90分間保持した。
【0019】次に、冷却工程において、炉内の酸素分圧
および降温速度を表2に示す各4種類づつの条件下で、
1350℃から20℃まで降温した。
【0020】この実験で得られたそれぞれの条件下での
正特性半導体素子の抵抗値(単位はΩ)を表2に示す。
【0021】
【表2】
【0022】表2から明らかなように、降温過程におけ
る酸素分圧および降温速度が、正特性半導体素子の抵抗
値に影響を及ぼすことが判り、更にその関係は、同一の
降温速度ならば酸素分圧が大きくなるに従い抵抗値が大
きくなり、同一の酸素分圧ならば降温速度が早くなるに
従い抵抗値が小さくなることが判った。
【0023】ところで、結晶粒径は、正特性半導体素子
の抵抗温度特性および熱に対する破壊強度などに影響す
るため、正特性半導体素子にとって品質上の重要な管理
項目である。また、正特性半導体素子の抵抗値も、正特
性半導体素子そのものの特性であり、品質上の重要な管
理項目である。つまり、従来例の昇温条件である大気の
酸素分圧20.6%,昇温速度5℃/分の昇温時にでき
る結晶粒径5.3μm(表1の*印)とほぼ同等の結晶
粒径を得ること、および、従来例の降温条件である大気
の酸素分圧20.6%,降温速度2℃/分の降温時に得
られる正特性半導体素子の抵抗値17.9Ω(表2の*
印)とほぼ同等の抵抗値を得ることが重要な要素にな
る。
【0024】上記内容を考慮しながら表1および表2を
参照して、製造上容易に設定でき且つ焼成速度を早くで
きる条件である、酸素分圧2.1%,昇温速度11℃/
分の条件下で800℃から1350℃まで昇温すること
により、結晶粒径は5.4μ(表1の※印)mを得るこ
とができ、また、酸素分圧80.1%,降温速度11℃
/分の条件下で1350℃から20℃まで降温すること
により、抵抗値18.4Ω(表2の※印)を得ることが
でき、従来例と同様の性能を有する正特性半導体素子を
焼成できることを見いだした。
【0025】そこで、本発明による一実施例として、次
に示す焼成を行った。脱バインダー工程は、常温である
20℃から800℃まで2℃/分の昇温速度で390分
を要してバインダーを除去した。次に、昇温工程は、8
00℃から1350℃まで11℃/分の昇温速度で50
分を要して最高温度に到達した。次に、保持工程は、最
高温度である1350℃を90分間保持した。そして、
冷却工程は、1350℃から20℃までを11℃/分の
降温速度で121分を要して常温まで冷却した。以上の
4工程による焼成条件で、焼成時間は4工程の合計であ
る651分(ほぼ11時間)を要し、従来と同様の特性
を有する正特性半導体素子を焼成することができた。以
上の結果を、本実施例による焼成と従来例による焼成と
を対比して表3に示す。
【0026】
【表3】
【0027】尚、少なくとも4工程からなる焼成におい
て、4工程の焼成条件、例えば、昇温速度および設定温
度、並びに昇温工程および冷却工程における酸素分圧
は、上述した実施例の具体的数値に限定されるものでは
ない。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による酸素分
圧を制御する焼成方法では、正特性半導体素子の性能を
維持したままで、昇温工程および冷却工程の昇温速度お
よび冷却速度を早くすることができた。特に、製造上制
御が容易な酸素分圧を変更するだけで、焼成時間を従来
例によるほぼ21時間から本実施例によるほぼ11時間
へと、ほぼ半減することができ、生産期間の短縮ができ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明および従来の正特性半導体素子の概略の
製造工程図である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チタン酸バリウムを主原料とする正特性半
    導体素子材料から成形された成形体を、少なくとも、該
    成形体中のバインダー工程後から最高温度まで昇温する
    昇温工程と、前記成形体を前記最高温度に保持する保持
    工程と、前記最高温度から常温まで冷却する冷却工程と
    を有する焼成炉を用いて焼成する正特性半導体素子の製
    造方法において、 前記昇温工程において炉内雰囲気の酸素分圧を大気にお
    ける酸素分圧より小さくし、かつ、前記保持工程におい
    て炉内雰囲気の酸素分圧を大気における酸素分圧にし、
    かつ、前記冷却工程において炉内雰囲気の酸素分圧を大
    気における酸素分圧より大きくして、前記成形体を焼成
    することを特徴とする正特性半導体素子の製造方法。
  2. 【請求項2】前記昇温工程において、炉内雰囲気の酸素
    分圧(PO2)を2.1%≦PO2≦10.2%とすると
    ともに、昇温速度を5〜11℃/分とし、かつ、前記冷
    却工程において、炉内雰囲気の酸素分圧(PO2)を4
    0.2%≦PO2≦80.1%とするとともに、昇温速
    度を5〜11℃/分とすることを、 特徴とする請求項1に記載の正特性半導体素子の製造方
    法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD838784S1 (en) * 2017-08-23 2019-01-22 Tomy Company, Ltd. Launching apparatus for spinning top toy

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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USD838784S1 (en) * 2017-08-23 2019-01-22 Tomy Company, Ltd. Launching apparatus for spinning top toy

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