JP5186007B2

JP5186007B2 - サーミスタ及びその製造方法

Info

Publication number: JP5186007B2
Application number: JP2010537783A
Authority: JP
Inventors: 昌彦石曽根; 英治梅津; 一聡五十嵐; 健一田中
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2029-11-11
Also published as: JPWO2010055841A1; WO2010055841A1

Description

本発明は、各種電子機器の温度検知センサに用いられるサーミスタ及びその製造方法に関する。

サーミスタは、温度によって抵抗値が変わる酸化物半導体で構成された温度センサであり、温度補償回路などに広く用いられている。このサーミスタは、例えば、酸化物半導体上に、一対の櫛歯電極を互いに対向するように形成してなる構成を有する。具体的には、図４に示すように、酸化物半導体基材１１上に、互いに櫛部１２ａ，１３ａが所定の間隔をおいて対向するように（一方の櫛歯電極１２の櫛部１２ａ間に他方の櫛歯電極１３の櫛部１３ａが挿入するように配置されて）形成されている（特許文献１：図２）。サーミスタの抵抗値は、酸化物半導体の固有抵抗と、櫛歯電極１２，１３と酸化物半導体基材１１との間の接触面積で決定される。

サーミスタは、通常、温度補償回路などに用いられるものであるため、その抵抗値については、より高い精度を有することが求められている。このため、酸化物半導体基材上に櫛歯電極を形成した後に、所望の抵抗値とするために、必要に応じて抵抗値調整が行われる。例えば、特許文献１に記載されているように、抵抗値調整として、櫛歯電極１２の櫛部１２ａを部分的に除去（除去部１４）して抵抗値を高くしている。

特開平１１−２２４８０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法においては、櫛歯電極の櫛部を除去する際に、レーザートリミングやサンドブラストなどの方法が採られている。レーザートリミングやサンドブラストで櫛歯電極の櫛部を除去すると、櫛歯電極の下の酸化物半導体基材を損傷してしまい、抵抗値を調整しているにも拘わらず、結果としてサーミスタの特性が変わってしまう恐れがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、サーミスタ基材を損傷することなく、所望の抵抗値に高精度に調整されたサーミスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のサーミスタは、基板と、前記基板上に形成されたサーミスタ薄膜と、前記サーミスタ薄膜上に形成されており、互いに対向するように設けられた一対の櫛歯電極と、を具備し、前記櫛歯電極は、所望の抵抗値を有するように付加された付加電極部を有することを特徴とする。

本発明のサーミスタにおいては、前記付加電極部のサイズは、前記付加電極部の寸法と抵抗値との間の関係から求められたサイズであることが好ましい。

本発明のサーミスタにおいては、前記付加電極部は、前記櫛歯電極の櫛部の幅よりも広い幅を有することが好ましい。

本発明のサーミスタにおいては、前記付加電極部は、前記櫛歯電極の櫛部の長手方向に沿って延在するように設けられることが好ましい。

本発明のサーミスタの製造方法は、基板上にサーミスタ薄膜を形成する工程と、サーミスタが目標抵抗値よりも高い抵抗値を有するようなパターンを持つ一対の櫛歯電極を、前記サーミスタ薄膜上に、互いに対向するように形成する工程と、前記サーミスタが前記目標抵抗値を有するように、前記櫛歯電極に付加電極部を形成する工程と、を具備することを特徴とする。

この方法によれば、櫛歯電極に付加電極部を設けることにより、サーミスタの抵抗値を下げて調整するので、レーザートリミングやサンドブラストで櫛歯電極を除去する際のようにサーミスタ薄膜を損傷させることはない。このため、サーミスタ薄膜を損傷することなく、所望の抵抗値に高精度に調整されたサーミスタを実現することができる。

本発明のサーミスタの製造方法においては、前記付加電極部は、前記付加電極部の寸法と抵抗値との間の関係から求められたサイズで形成することが好ましい。

本発明のサーミスタは、基板上にサーミスタ薄膜を形成し、サーミスタが目標抵抗値よりも高い抵抗値を有するようなパターンを持つ一対の櫛歯電極を、前記サーミスタ薄膜上に、互いに対向するように形成し、前記サーミスタが前記目標抵抗値を有するように、前記櫛歯電極に付加電極部を形成することにより得られるので、サーミスタ基材を損傷することなく、所望の抵抗値に高精度に調整されたサーミスタを実現することができる。

本発明の実施の形態に係るサーミスタを示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）における付加電極部の拡大図である。本発明の実施の形態に係るサーミスタにおける付加電極部の長さＬと抵抗値との間の関係を示す図である。（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態に係るサーミスタの製造方法を説明するための図である。従来のサーミスタを説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るサーミスタを示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）における付加電極部の拡大図である。図１に示すサーミスタは、絶縁基板１と、絶縁基板１上に形成されたサーミスタ薄膜２と、サーミスタ薄膜２上に形成された一対の櫛歯電極３，４と、から主に構成されている。なお、基板としては、絶縁基板１の代わりに、導電性基板上に絶縁膜を形成してなる基板を用いても良い。一対の櫛歯電極３，４は、互いに対向するように配置されている。すなわち、一対の櫛歯電極３，４は、一方の櫛歯電極３の櫛部３ａ間に他方の櫛歯電極４の櫛部４ａが挿入するように配置されている。したがって、一方の櫛歯電極３の櫛部３ａと、他方の櫛歯電極４の櫛部４ａとは、その長手方向を略同じとし、互いに所定の間隔をおいて位置するように形成されている。また、櫛歯電極３，４とサーミスタ薄膜２との間の接触面積（オーバーラップ面積）は、サーミスタ薄膜２の固有抵抗を考慮して所望の抵抗値（目標抵抗値）を達成するために適宜変更することができる。すなわち、櫛歯電極３，４とサーミスタ薄膜２との間の接触面積（オーバーラップ面積）や、櫛歯電極３，４のパターンは、この所望の抵抗値（目標抵抗値）を実現するために、適宜変更することができる。

櫛歯電極３，４（ここでは櫛歯電極４）は、所望の抵抗値を有するように付加電極部５を有する。この付加電極部５を設けることにより、サーミスタ薄膜２と櫛歯電極４との間の接触面積が大きくなり、結果として抵抗値を下げることができる。

本発明者らは、図１に示すようなサーミスタを用い、付加電極部５の長さＬを変えたときのサーミスタの抵抗値を調べた。このとき、サーミスタ薄膜２の幅Ｄ１を１４０μｍとし、サーミスタ薄膜２の長さＷ１を２４０μｍとし、サーミスタ薄膜２と櫛歯電極との間の接触領域の幅Ｗ２を１３０μｍとし、サーミスタ薄膜２と櫛歯電極との間の接触領域の長さＤ２を１０μｍとし、櫛歯電極のパッド幅Ｗ４を７０μｍとし、櫛歯電極のパッド間距離Ｗ３を２２０μｍとし、櫛歯電極間の距離（櫛部３ａと櫛部４ａとの間の距離）を１０．９μｍとし、櫛歯電極幅（櫛部３ａ，４ａの幅）を１０μｍとした。また、サーミスタ薄膜２の比抵抗は０．２５ｋΩ・ｃｍであり、サーミスタ薄膜２の厚さは０．７５μｍであった。その結果を図２に示す。図２から分かるように、付加電極部５の長さＬを長くするにしたがって抵抗値が低くなっている。

本発明者らは、上記知見に基づいて、予め目標抵抗値よりも高い抵抗値を有するようなパターンを持つ一対の櫛歯電極をサーミスタ薄膜上に形成し、その後に付加電極部を設けて、抵抗値を下げて目標抵抗値に調整することにより、サーミスタ薄膜を損傷することなく、正確に抵抗値調整されたサーミスタを得ることができることを見出し本発明をするに至った。

すなわち、本発明の骨子は、基板上にサーミスタ薄膜を形成し、サーミスタが目標抵抗値よりも高い抵抗値を有するようなパターンを持つ一対の櫛歯電極を、前記サーミスタ薄膜上に、互いに対向するように形成し、前記サーミスタが前記目標抵抗値を有するように、前記櫛歯電極に付加電極部を形成することにより、サーミスタ基材を損傷することなく、所望の抵抗値に調整可能であるサーミスタを得ることである。

したがって、目標抵抗値よりも高い抵抗値となるように櫛歯電極を設けておき、図２に示す関係（付加電極部の寸法と抵抗値との間の関係）を用いて、所望の抵抗値になるような付加電極部のサイズ（ここでは付加電極部の長さＬ）を求めて、その長さの付加電極部を櫛歯電極に設ける。このように付加電極部を設けて抵抗値調整を行っているので、サーミスタ薄膜自体を損傷させることはない。これにより、サーミスタ基材を損傷することなく、所望の抵抗値に高精度に調整されたサーミスタを得ることができる。

付加電極部５については、図１（ｂ）に示すように、櫛歯電極４の櫛部４ａの幅よりも広い幅を有するように形成することが好ましい。これにより、付加電極部５の形成の際のアライメントずれを許容することができ、確実に櫛部４ａに付加電極部５を形成することができる。また、付加電極部５は、抵抗調整可能であることを考慮すると、櫛歯電極４の櫛部４ａの長手方向に沿って延在するように設けられることが好ましい。例えば、櫛歯電極４の櫛部４ａの幅が１０μmとすると、付加電極部５は１５μmである。すなわち、付加電極部５は、櫛歯電極４の櫛部４ａの幅よりも数ミクロン程度広い幅を有する。本実施の形態では、付加電極部５は、櫛部４ａより両側に２μm〜３μmそれぞれ広い。

絶縁基板１を構成する材料としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４などを挙げることができる。サーミスタ薄膜２を構成する材料としては、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタの場合、マンガン、ニッケル、コバルトなどの金属の酸化物を含むセラミック半導体などを用いることができ、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタの場合、チタン酸バリウムを含むセラミック半導体などを用いることができ、ＣＴＲ（Critical Temperature Resister）サーミスタの場合、酸化バナジウムを含むセラミック半導体などを用いることができる。櫛歯電極３，４及び付加電極部５を構成する材料としては、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄなどの電極材料を用いることができる。

図３（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態に係るサーミスタの製造方法を説明するための図である。図３（ａ）〜（ｆ）は、図１（ａ）におけるIII−III線に沿う断面図である。

本発明に係るサーミスタを製造する場合には、まず、図３（ａ）に示すように、絶縁基板１上にサーミスタ薄膜２を形成する。この場合、絶縁基板１上にサーミスタ薄膜２を形成し、その上にレジスト層を形成し、サーミスタ薄膜のパターンを有するマスクを用いて露光し、レジスト層を現像する。その後、ミリング加工により図１（ａ）に示す形状にする。

次いで、サーミスタ薄膜２上にレジスト層６を形成し、櫛歯電極のパターンを有するマスクを用いてレジスト層６を露光し、レジスト層６を現像して、図３（ｂ）に示すように、櫛歯電極を設けない領域にレジスト層６を残存させる。次いで、その上に櫛歯電極用材料を被着し、その後レジスト層６を除去してリフトオフする。これにより、図３（ｃ）に示すように、サーミスタ薄膜２上に櫛部３ａ，４ａを有する櫛歯電極３，４を形成する。このとき、櫛歯電極３，４のパターンは、サーミスタが目標抵抗値よりも高い抵抗値を持つように予め設計されている。

次いで、櫛歯電極３，４上にレジスト層６を形成し、付加電極部のパターンを有するマスクを用いてレジスト層６を露光し、レジスト層６を現像して、図３（ｄ）に示すように、付加電極部５を設けない領域にレジスト層６を残存させる。次いで、図３（ｅ）に示すように、その上に付加電極部用材料を被着し、その後レジスト層６を除去してリフトオフする。これにより、図３（ｆ）に示すように、櫛歯電極４の櫛部４ａに付加電極部５を形成する。このとき、付加電極部５の長さは、図２に示す関係に基づいて、サーミスタが所望の抵抗値（目標抵抗値）を持つように適宜設定される。

このように、上記方法によれば、抵抗値調整のための付加電極部の形成をリフトオフで行っているので、サーミスタ薄膜２に対する熱ダメージを可能な限り小さくすることができる。このため、サーミスタ薄膜２に損傷を与えることなく、所望の抵抗値に高精度に調整されたサーミスタを得ることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態における寸法、材質、形状、層形成プロセスについては本発明の効果を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

Claims

基板と、前記基板上に形成されたサーミスタ薄膜と、前記サーミスタ薄膜上に形成されており、互いに対向するように設けられた一対の櫛歯電極と、を具備し、前記櫛歯電極は、所望の抵抗値を有するように付加された付加電極部を有し、
前記付加電極部は、前記櫛歯電極の櫛部の長手方向に沿って延在するように設けられることを特徴とするサーミスタ。
基板と、前記基板上に形成されたサーミスタ薄膜と、前記サーミスタ薄膜上に形成されており、互いに対向するように設けられた一対の櫛歯電極と、を具備し、前記櫛歯電極は、所望の抵抗値を有するように付加された付加電極部を有し、
前記付加電極部は、前記櫛歯電極の櫛部の幅よりも広い幅を有することを特徴とするサーミスタ。
前記付加電極部は、前記櫛歯電極の櫛部の長手方向に沿って延在するように設けられることを特徴とする請求項２記載のサーミスタ。
前記付加電極部のサイズは、前記付加電極部の寸法と抵抗値との間の関係から求められたサイズであることを特徴とする請求項１乃至３記載のサーミスタ。
基板上にサーミスタ薄膜を形成する工程と、サーミスタが目標抵抗値よりも高い抵抗値を有するようなパターンを持つ一対の櫛歯電極を、前記サーミスタ薄膜上に、互いに対向するように形成する工程と、前記サーミスタが前記目標抵抗値を有するように、前記櫛歯電極に付加電極部を前記櫛歯電極の櫛部の長手方向に沿って延在するように形成する工程と、を具備することを特徴とするサーミスタの製造方法。
基板上にサーミスタ薄膜を形成する工程と、サーミスタが目標抵抗値よりも高い抵抗値を有するようなパターンを持つ一対の櫛歯電極を、前記サーミスタ薄膜上に、互いに対向するように形成する工程と、前記サーミスタが前記目標抵抗値を有するように、前記櫛歯電極に付加電極部を前記櫛歯電極の櫛部の幅よりも広い幅を有するように形成する工程と、を具備することを特徴とするサーミスタの製造方法。
前記付加電極部は、前記付加電極部の寸法と抵抗値との間の関係から求められたサイズで形成することを特徴とする請求項５または６記載のサーミスタの製造方法。