JPH0394401A - 感温センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は感温センサに関する。

〔従来の技術〕

従来、感温センサとして様々なタイプのものがあるが、
白金線を耐熱性絶縁物に巻き付けた感温センサは、温度
変化に対する抵抗変化が直線的であるために使い易いセ
ンサとして知られている。

ただ、この感温センサは、白金線がバルク状であるため
、小型化に適していない。

このような不都合を解決するため、第５図、あるいは、
第６図（ａ）、（ｂｌに示す感温センサが提案さレテイ
る．これらの感温センサでは、感温用にバルク体でなく
薄膜体（例えば、温度変化に伴い抵抗値の変わる薄膜抵
抗体）を利用しているため、小型化に適するものとなっ
ている。

すなわち、第５図に示す感温センサでは、温度変化に伴
い抵抗値の変わる薄膜抵抗体５２ａとこの薄膜抵抗体５
２ａを外部回路に接続するための引出用端子部５２ｂと
からなる白金パターン５２が基板５１表面に形成されて
いて、この引出用端子部５２ｂにリード線５５が取り付
けられた構戒がとられている． 第６図（ａ）、山》に示す感温センサでは、第５図の感
温センサに加えて、薄膜抵抗体５２ａの下側にあたる個
所に掘り込み５１′ａのある基板５１′を用い、薄膜抵
抗体５２ａのある部分の厚みを薄くすることにより熱容
量を小さくして熱応答性を高めるという構戒がとられて
いる． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、これらの感温センサには、以下のような
問題がある。

第５図の感温センサでは、薄膜抵抗体断線や結露等によ
る感温機能低下を阻止するためにｉｉ膜抵抗体５２ａ形
成面に保護膜を形戒する。例えば、第７図（ａｌ、（ｂ
）にみるように、ポリイミド系樹脂や低融点ガラス、あ
るいは、比較的熱伝導性のよい樹脂でもって基板５１表
面全体を覆う保護膜５４を形成したり、あるいは、第８
図（ａｌ、（ｂ）にみるように、例えば、二酸化シリコ
ン膜やシリコン窒化膜でもって薄膜抵抗体形成面だけを
覆う保護膜５４′を先に形成し、その後でリード線５５
を取り付けポリイミド系樹脂や低融点ガラスでもってリ
ード線固着部を別途覆う保護被ｆｆｌ５６を形或するよ
うにしている（もちろん、第６図（ａ）、（ｂ）の感温
センサでも同様に保護膜が形戊される）。

しかしながら、前者のようなリード線固着部をも含めて
覆うような保護形態は、二酸化シリコン膜やシリコン窒
化膜による薄い保護膜形戒が困難であるため、保護膜５
４自体の熱容量が大きくなり、小型化を図ったとしても
、それに見合うだけの十分な熱応答性の向上が伴わない
。

一方、後者のように薄膜抵抗体形戒面とリード線固着部
を別々に覆う保護形態は、小型化を進めた場合、それぞ
れの部分を選択的にうまく覆う被覆形或が極めて困難で
ある。

この発明は、上記のような事情に鑑み、センサ小型化が
容易であり、しかも、感温用薄膜体形或面への薄い保護
膜形戒が容易であって、かつ、熱応答性に優れる構戒を
もつ感温センサを提供することを課題とする． 〔課題を解決するための手段〕 前記課題を解決するため、請求項１〜５記載の感温セン
サでは、感温用薄膜体が基板表面に形成され、前記薄膜
体に接続される引出用端子部が前記基板に設けられてい
る感温センサにおいて、前記引出用端子部が基板裏面側
に形成され、この引出用端子部と感温用薄膜体の間の電
気的接続が前記基板内を通してなされているとともに、
感温用薄膜体形或面が保護膜で覆われてなる構戒をとる
ようにしている． 感温用薄膜体と引出用端子部との電気的接続は、例えば
、請求項２のように、基板に貫通孔が設けられ、この貫
通孔に感温用薄膜体の裏面側接続部が臨んでいるととも
に、同裏面側接続部に引出用端子部が直接コンタクトす
るという構或をとることでなされる。

基板としては、例えば、請求項３のように、半導体層表
面に絶縁層が積層されてなる絶縁基板（例えば、表面に
絶縁層用の二酸化シリコン層やシリコン窒化層を有する
シリコン基板）が挙げられる．この場合、感温用薄膜体
は絶縁層の上に形戒するようにし、また、感温用薄膜体
と引出用端子部との電気的接続は、例えば、請求項４の
ように、半導体層に厚みが薄く不純物濃度の高い部分を
局所的に形成しておいて、同厚みの薄い部分表面の絶縁
層が除去された跡に感温用薄膜体の裏面側接続部がコン
タクトし、同厚みの薄い部分裏面に引出用端子部をコン
タクトさせるという構或が挙げられる．なお、基板とし
て、これ以外に、絶縁セラミック材からなる絶縁基板な
どを用いることもできる。

保護膜としては、請求項５のように、酸化物および／ま
たは窒化物からなる蒸着膜、例えば、スパッタリング法
やＣＶＤ法等を用い形成された二酸化シリコン膜、シリ
コン窒化膜、これらの積層膜等が挙げられる。

感温用薄膜体としては、例えば、白金薄膜抵抗体や金薄
膜抵抗体など温度変化に伴い抵抗値の変わる薄膜抵抗体
が用いられる。また、引出用端子部は、通常、感温薄膜
体形或材料と同じ材料でもって形成されているが、異な
る材料でもって形戒されていてもよい。

もちろん、この発明の感温センサは上記例示した構戒に
何ら限定されないことはいうまでもない〔作　　　用〕 この発明の感温センサでは、感温用に薄膜体を用いてい
るため、小型化を図り易く、引出用端子部が感温用薄膜
体形戒面とは逆の基板裏面にあって、保護膜として、信
頼性が高くて厚みの薄い（例えば、数ｎ程度の）膜を容
易に形戒することができるので、熱応答性の向上が図り
易い．〔実　施　例〕 以下、この発明の感温センサの一実施例を、図面を参照
しながら、詳しく説明する。

一実施例１一 第１図｛ａ）、中》は、この発明にかかる感温センサの
一実施例の要部を、あらわす． この感温センサは、表裏面側の後述する厚みの薄い部分
１ｂを除いた部分それぞれに絶縁層（例えば、酸化物層
や窒化物層）１１、２１を有する半導体基板（例えば、
シリコン基板）１を備えるとともに、温度変化に伴い抵
抗値の変わる薄膜抵抗体２ａと裏面側接続部２ｂとから
なる白金パターン２を備え、かつ、薄膜抵抗体２ａを外
部に取り出すための２個の引出用端子部４を備えている
。図にみるように、白金パターン２は半導体基板（絶縁
基板）１表面に、白金からなる引出用端子部４が半導体
基板１裏面にそれぞれ形成されている。これら白金パタ
ーン２や引出用端子部４は白金膜をスパッタリング法や
真空蒸着法により形或しておいて、湿式エッチングやイ
オン主リング法等によりパターンニングすることでそれ
ぞれ形成されている。

半導体基板１には、裏面側から形成した掘り込み１ａに
より厚みが薄くなっていて、不純物が拡散されることに
より不純物濃度が高＜（＞１０”／　ｃｔＡ　）なった
部分（ダイアフラム状部分）ｌｂが局所的に設けられて
いる。この厚みの薄い部分工ｂ表面の絶縁層が除去され
た跡に裏面側接続部２ｂの一部が接合し電気的にコンタ
クトし、同厚みの薄い部分ｔ　ｂ’裏面に引出用端子部
４が電気的にコンタクトしていることにより、薄膜抵抗
体２ａと引出用端子部４の間の電気的接続がなされてい
る。この引出用端子部４にはリード線５が半田接着、熱
圧着などにより固着されている。

そして、半導体基板１の全表面には酸化物膜や窒化物膜
（二酸化シリコン膜やシリコン窒化膜）からなる厚み数
μ程度の薄い保護膜３が積層形成されている。

続いて、上記感温センサの製造方法の一例を、第２図（
ａ）〜（１）を参照しながら説明する。

まず、第２図（ａｌにみるように、基板用材料として、
表面が（１　０　０）面であるＰ型シリコン基板１を用
い、熱酸化法等により両面に二酸化シリコン層１１、２
２を形成し、その上にシリコン窒化膜１２、２２をＣＶ
Ｄ法等により形或する．ついで、レジストマスク（図示
省略）を用い、第２図（ｂｌにみるように、基板裏面側
に窓２３を明けておいて、ＫＯＨ（４０何ｔ％）および
Ｈ２０（６０ｗｔ％）の組威で８０℃のアルカリエッチ
ング液を用い、異方性エッチングを施し、第２図（Ｃ）
にみるように、掘り込み１ａを形成し厚みの薄い部分１
ｂを形或する．この厚みの薄い部分１ｂの厚みは１〜数
ｎ程度である。

掘り込みｌａ形戒後、第２図（ｄ）にみるように、窒化
膜１２、２２を除去した後、レジストマスク（図示省略
）を用い、二酸化シリコン膜１１における厚みの薄い部
分１ｂの位置に窓１１ａを明けてから、第２図（ｅ）に
みるように、例えば、リン等のＮ型不純物を高濃度で拡
散させる（抵抗値の低いＮ型の不純物高濃度領域１ｄを
形戒するのである）。

続いて、シリコン基板１裏面にスパッタリング法等によ
り白金薄膜を形成し、レジストマスク（図示省略〉を用
い、イオンミリング法等でパターンニングすることによ
り、第２図（ｆ）にみるように、引出用端子部４を形成
し、続いて、シリコン基板１表面にスパッタリング法等
により白金薄膜を形或し、レジストマスク（図示省略）
を用い、イオンミリング法等でパターンニングすること
により、第２図Ｔｇｌにみるように、微細な白金パター
ン２を形或する。

そして、白金パターン２の上に、第２図ｆｈｌにみるよ
うに、スパッタリング法やＣＶＤ法等により、二酸化シ
リコン膜やシリコン窒化膜を厚み数μ蒸着し保護膜３と
する． その後、第２図（１）にみるように、白金リード線５を
引出用端子部４に半田接着や熱圧着により固着する． なお、このようにして得た感温センサでは、白金薄膜抵
抗体には正の電圧を加えて動作させる。

これは半導体基板１内では拡散領域１ｄと他領域の間に
ＰＮ接合が形戒されており、正の電圧だと他領域に電流
が流れずにすむけれど、負の電圧だとバイアスが逆とな
り、他領域に電流が流れてしまうからである。したがっ
て、白金薄膜抵抗体に加わる動作電圧が負である場合に
は、半導体基板１にＮ型シリコン基板を用い、不純物と
して、例えば、ホウ素等のＰ型不純物を拡散させ拡散領
域を形成する． 感温センサの感温体がバルク状抵抗体の場合には、抵抗
体自体の抵抗値が低く　（５０〜１００Ω）で回路設計
の際の制約が大きいが、この発明の感温センサのように
、薄膜抵抗体の場合、抵抗体自体の抵抗値が比較的高い
ため、回路設計の際の制約が少ないという利点もある。

また、基板１において薄膜抵抗体２ａの下側に第６図と
同様に裏面側からの掘り込みがなされていて、薄膜抵抗
体２ａ形成部分の基板厚みが薄くなっているようであっ
てもよい． 実施例１の感温センサは、上記の製造方法以外の方法で
作られてもよいことはいうまでもない。

一実施例２− 第３図（ａ）、（ｂｌは、この発明にかかる感温センサ
の他の実施例の要部をあらわす． この感温センサは、掘り込みｌａ’と孔１１ａからなる
貫通孔があって、基板ｌ表裏面側には孔１１ａの所を除
いてそれぞれに絶縁ｒｆｌ（例えば、酸化物層や窒化物
層）１１、２１を有する半導体基板（例えば、シリコン
基板）■を備えるとともに、温度変化に伴い抵抗値の変
わる薄膜抵抗体２ａと裏面側接続部２ｂとからなる白金
パターン２を備え、かつ、薄膜抵抗体２ａを外部に取り
出すための２個の引出用端子部４を備えている。図にみ
るように、白金パターン２は半導体基板（絶縁基板）１
表面に、白金からなる引出用端子部４が半導体基板ｌ裏
面にそれぞれ形成されている。薄膜抵抗体２の裏面側接
続部２ｂが貫通孔に臨んでいるとともに、同裏面側接続
部２ｂに引出用端子部４が直接コンタクトすることより
薄膜抵抗体２と引出用端子部４の間の電気的接続がなさ
れている。これら白金パターン２や引出用端子ｓ４は、
実施例ｌの場合と同様にして形成されている。

引出用端子部４にはリード線５が半田接着、熱圧着など
により固着されている。そして、半導体基板１の全表面
には酸化物膜や窒化物膜（二酸化シリコン膜や窒化シリ
コン膜）からなる厚み数ｎ程度の薄い保護膜３が積層形
成されている。

実施例１、２の感温センサでは、リード線固着部に樹脂
材料や低融点ガラス写の保護被覆部が設けられることが
ある。リード線固着部が薄膜抵抗体形底面とは逆の側に
あるため、リード線固着部に保護被覆を形成しないまま
の場合もある。

続いて、実施例２の感温センサの製造方法の一例を、第
４図（ａ）〜（ｈｌを参照しながら説明する。

まず、第４図［ａ）にみるように、基板用材科として、
表面が（１　０　０）面であるシリコン基板１を用い、
熱酸化法、ＣＶＤ法等により両面に二酸化シリコン層（
または窒化シリコン層）１１、２ｌ′を形戒する。

ついで、レジストレジストマスク（同レジストマスクの
図示は省略）を用い、第４図（ｂ）にみるように、基板
裏面側に窓２３を明けておいて、ＫＯＨ（４０Ｉ１ｔ％
）およびＨ．○（６０ｗｔ％）の組戒で８０℃のアルカ
リエッチング液を用い、シリコン層がなくなるまで異方
性エソチングを施し、第４図（Ｃ）にみるように、掘り
込み１３′を形成する掘り込み１ａ′形戒後、第４図（
ｄ）にみるように、この掘り込み１ａ′部分を覆うよう
に酸化膜（または窒化膜）を基板１裏面側に形成し絶縁
層２１を形成してから、スパッタリング法等により白金
薄膜を基板１裏面側に形戒し、レジストマスク（図示省
略）を用い、イオン主リング法等でパターンニングする
ことにより、引出用端子部４を形戒する。

続いて、第４図（ｅ）にみるように、レジストマスク（
図示省略）を用い、ウエットエッチング（あるいはドラ
イエッチング〉により、掘り込み１ａ′底に孔１１ａを
明ける（掘り込みｌ　ａ　／と孔１１ａとで基板１に貫
通孔が明いたことになる）。

そして、シリコン基板ｌ表面にスパッタリング法等によ
り白金薄膜を形成し、レジストマスク（図示省略）を用
い、ウエソトエッチングあるいはイオンミリング法等で
パターンニングすることにより、第４図（ｆ）にみるよ
うに、白金パターン２を裏面側接続部２ｂが孔１１ａに
臨んで引出用端子部４に接合するパターンでもって形成
する。

その後、白金パターン２の上に、第４図（幻にみるよう
に、スパッタリング法やＣＶＤ法等により、二酸化シリ
コン膜やシリコン窒化膜を厚み数μ貴蒸着し保護膜３と
する。

引出用端子部４と白金パターン２の形ｔ７．順序は逆で
あってもよく、その際、白金パターン２の上に保護膜３
を形戒した後、引出用端子部４を形戒−するようにして
もよい． 最後に、第４図（ｈ）にみるように、白金リード線５を
引出用端子部４に半田接着や熱圧着により固着する。

また、基板１において薄膜抵抗体２ａの下側に第６図と
同様に裏面側からの掘り込みがなされていて、薄膜抵抗
体２ａ形戒部分の基板厚みが薄くなっているようであっ
てもよい。

実施例２の感温センサは、上記の製造一方法以外の方法
で作られてもよいことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、請求項１〜５記載の感温センサで
は、検温が感温用薄膜体でなされる構戒であるため、セ
ンサ小型化が容易であり、しかも、感温用薄膜体形戒面
と引出用端子部形戊面が基板の裏面と表面に分かれてい
るため、感温用薄膜体形成面に信頼性の高い保護膜を薄
い厚みで容易に形成できるため、熱応答性が十分なもの
となる

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）、（ｂ）は、実施例ｌの感温センサの要部
をあらわす図であって、図（ａ）は斜視図であり、図（
ｂｌはＩ−１１断面図である。第２図は、この感温セン
サを製造するときの様子を工程順にあらわす概略断面図
である。第３図（ａｌ、（ｂ）は、実施例２の感温セン
サの要部をあらわす図であって、図（ａ）は斜視図であ
り、図（ｂｌはＩ−Ｉ１断面図である。第４図は、この
感温センサを製造するときの様子を工程順にあらわす概
略断面図である。第５図は、従来の感温センサの要部を
あらわす斜視図、第６図（ａ＋、（ｂ）は、従来の他の
感温センサの要部をあらわす図であって、図（ａ）は斜
視図であり、図（ｂｌはＩ−ＩＩ断面図である。第７図
（ａ）、（ｂ）は、第５図の感温センサにおける保護膜
の構戒を説明するための図であって、図（ａ）は斜視図
であり、図（ｂ）はＩ−Ｉ１断面図である。第８図［ａ
ｌ、（ｂｌは、第５図の感温センサにおける保護膜の他
のｔｉ戒を説明するための図であって、図（ａ）は斜視
図であり、図（ｂ）はＩ−Ｉ１断面図である。 １・・・半導体基板　　１ｂ・・・厚みの薄い部分２ａ
・・・薄膜抵抗体（感温薄膜体）　　３・・・保護膜２
ｂ・・・裏面側接続部　４・・・引出用端子部　１１・
・・絶縁層 第 ２ 図 第８図 手続補正書く帥 補正の対象 平或２年４月ＩＯ日 図面 補正の内容 添付図面のうち第１図（ａ）を別紙の通り訂正事件の表
示 する。 特願平２〜０１７３８３号 発明の名称 感温センサ 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　感温用薄膜体が基板表面に形成され、前記薄膜体に
   接続される引出用端子部が前記基板に設けられている感
   温センサにおいて、前記引出用端子部が基板裏面側に形
   成され、この引出用端子部と感温用薄膜体の間の電気的
   接続が前記基板内を通してなされているとともに、感温
   用薄膜体形成面が保護膜で覆われてなる感温センサ。 ２　基板に貫通孔が設けられ、この貫通孔に感温用薄膜
   体の裏面側接続部が臨んでいるとともに、同裏面側接続
   部に引出用端子部が直接コンタクトすることより電気的
   接続がなされている請求項１記載の感温センサ。 ３　基板が半導体層表面に絶縁層が積層されてなる絶縁
   基板であって、前記絶縁層の上に感温用薄膜体が形成さ
   れている請求項１または２記載の感温センサ。 ４　半導体層に厚みが薄く不純物濃度の高い部分が局所
   的に形成されていて、同厚みの薄い部分表面の絶縁層が
   除去された跡に感温用薄膜体の裏面側接続部が引出用端
   子部と電気的にコンタクトし、同厚みの薄い部分裏面に
   引出用端子部が電気的にコンタクトしている請求項３記
   載の感温センサ。 ５　保護膜が酸化物および／または窒化物からなる蒸着
   膜である請求項１から４までのいずれかに記載の感温セ
   ンサ。