JPH07201521A - Ｐｔ薄膜およびその製膜方法 - Google Patents
Ｐｔ薄膜およびその製膜方法Info
- Publication number
- JPH07201521A JPH07201521A JP5350516A JP35051693A JPH07201521A JP H07201521 A JPH07201521 A JP H07201521A JP 5350516 A JP5350516 A JP 5350516A JP 35051693 A JP35051693 A JP 35051693A JP H07201521 A JPH07201521 A JP H07201521A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- film
- diffraction
- indicates
- hkl
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｐｔ膜の膜剥離故障を防ぐため、密着補強層
を採用することなくＰｔ薄膜の構造制御により十分な密
着力を確保することにより、マイクロセンサ等の素子に
対し、高信頼性を持つＰｔ薄膜抵抗体及びを提供するも
のである。 【構成】 下式（Ｉ）で定義される配向度が６０％以
上、９０％以下であり、かつ下式（II）で定義されるシ
ェラーの関係式より求められる結晶子サイズが０．０１
μｍ以上であることを特徴とするＰｔ薄膜及び該Ｐｔ薄
膜の作製方法、前記Ｐｔ薄膜よりなる薄膜ヒータ、前記
Ｐｔ薄膜よりなる正の温度係数を利用した温度検出素子
並びにガスセンサ。 【数１】〔（１１１）面配向度〕＝〔Ｉ（１１１）／Σ
Ｉ（ｈｋｌ）〕×１００ （Ｉ） 【数２】Ｄhkl＝Ｋλ／βｃｏｓθ (II） 〔上式中、Ｉ（１１１）はＸＲＤ測定における（１１
１）面回折強度、ΣＩ（ｈｋｌ）は測定範囲内で測定さ
れる全ての回折強度の和、Ｄhklは（ｈｋｌ）面に垂直
方向の結晶子の大きさ（Å）、λはＸ線の波長（Å）、
βは回折線幅（ｒａｄ）、θは回折角（゜）である。Ｋ
は定数であり、０．９である。〕
を採用することなくＰｔ薄膜の構造制御により十分な密
着力を確保することにより、マイクロセンサ等の素子に
対し、高信頼性を持つＰｔ薄膜抵抗体及びを提供するも
のである。 【構成】 下式（Ｉ）で定義される配向度が６０％以
上、９０％以下であり、かつ下式（II）で定義されるシ
ェラーの関係式より求められる結晶子サイズが０．０１
μｍ以上であることを特徴とするＰｔ薄膜及び該Ｐｔ薄
膜の作製方法、前記Ｐｔ薄膜よりなる薄膜ヒータ、前記
Ｐｔ薄膜よりなる正の温度係数を利用した温度検出素子
並びにガスセンサ。 【数１】〔（１１１）面配向度〕＝〔Ｉ（１１１）／Σ
Ｉ（ｈｋｌ）〕×１００ （Ｉ） 【数２】Ｄhkl＝Ｋλ／βｃｏｓθ (II） 〔上式中、Ｉ（１１１）はＸＲＤ測定における（１１
１）面回折強度、ΣＩ（ｈｋｌ）は測定範囲内で測定さ
れる全ての回折強度の和、Ｄhklは（ｈｋｌ）面に垂直
方向の結晶子の大きさ（Å）、λはＸ線の波長（Å）、
βは回折線幅（ｒａｄ）、θは回折角（゜）である。Ｋ
は定数であり、０．９である。〕
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、Ｐｔ薄膜、Ｐｔ薄膜化技術およ
びＰｔ薄膜抵抗体に関する。
びＰｔ薄膜抵抗体に関する。
【０００２】
【従来技術】Ｐｒｏｃ． １ｓｔ Ｉｎｔ’ｌ Ｓｙｍ
ｐ． ｏｎ ＩＳＳＰ ’９１ Ｔｏｋｙｏ（１９９
１）ｐ．７３には、スパッタリング法により、各種機能
性薄膜を作製している。ある種の結晶化薄膜は、Ｐｔ上
にしか結晶構造を取らず、またその結晶化薄膜の特性
と、Ｐｔ（１１１）配向度に関する考察をこの論文で報
告している。Ｐｔ（１１１）面の配向性はＸＲＤにより
その半値幅から定量され、配向度の向上と機能性薄膜特
性の信頼性には相関があった。Ｐｔ薄膜に要求される結
晶性は、最終的にはサファイア単結晶基板上に、エピタ
キシャル成長させたＰｔエピタキシャル膜が最も高い信
頼性を（その上層の機能性薄膜）与えた。また、米国特
許第４，９５２，９０４号には、マイクロブリッジ上に
形成される気体質量流量センサに、Ｐｔ薄膜抵抗体を使
用し、該Ｐｔ膜の膜剥離を防止するために金属酸化膜層
を、Ｐｔ膜上下層に設けることを開示している。特公平
３−４４４０１号公報には、Ｐｔ薄膜抵抗体の膜剥離を
防止するために、Ｐｔ膜上下層にＴｉＯ2層を設けてい
る。
ｐ． ｏｎ ＩＳＳＰ ’９１ Ｔｏｋｙｏ（１９９
１）ｐ．７３には、スパッタリング法により、各種機能
性薄膜を作製している。ある種の結晶化薄膜は、Ｐｔ上
にしか結晶構造を取らず、またその結晶化薄膜の特性
と、Ｐｔ（１１１）配向度に関する考察をこの論文で報
告している。Ｐｔ（１１１）面の配向性はＸＲＤにより
その半値幅から定量され、配向度の向上と機能性薄膜特
性の信頼性には相関があった。Ｐｔ薄膜に要求される結
晶性は、最終的にはサファイア単結晶基板上に、エピタ
キシャル成長させたＰｔエピタキシャル膜が最も高い信
頼性を（その上層の機能性薄膜）与えた。また、米国特
許第４，９５２，９０４号には、マイクロブリッジ上に
形成される気体質量流量センサに、Ｐｔ薄膜抵抗体を使
用し、該Ｐｔ膜の膜剥離を防止するために金属酸化膜層
を、Ｐｔ膜上下層に設けることを開示している。特公平
３−４４４０１号公報には、Ｐｔ薄膜抵抗体の膜剥離を
防止するために、Ｐｔ膜上下層にＴｉＯ2層を設けてい
る。
【０００３】
【目的】Ｐｔは（１）抵抗率が１０．８×１０-6Ω・ｃ
ｍ（室温）と他の金属と較べて比較的高い、（２）通電
によるＰｔ原子移動（エレクトロマイグレーション）が
ほとんど無い、（３）高い温度抵抗係数を持ち（３７０
０ｐｐｍ）、かつ温度抵抗係数の直線性が良い、（４）
酸、アルカリに侵されることなく、かつ化学的に安定で
ある。前記のような特徴を有するＰｔはヒータ材料とし
て適しており、また、抵抗値を測定することで、温度の
測温もできる。さらに、素子の小型化の要請から、近年
Ｐｔを各種の真空製膜法により薄膜とし、これら機能を
実現する試みがある。特にマイクロマシーン加工による
Ｓｉ基板上でのマイクロ素子では、マイクロブリッジ上
にＰｔ薄膜抵抗体を形成させ、その機能を小型化、高感
度化、高機能化、低消費電力、高速応答等を実現させて
きている。例えば、金属酸化物半導体の高温時における
吸着現象による抵抗値変化を利用したガスセンサでは、
酸化物半導体の薄膜形成、および加熱用にＰｔ薄膜抵抗
体の発熱素子を配置させ、ここにＰｔ薄膜ヒータが使用
されている。熱式気体質量流量計では同様に、マイクロ
ブリッジ上にＰｔ薄膜ヒータを、また気体移動に伴う熱
移動を正確に測定するために、Ｐｔ薄膜測温体を対称位
置に配置させた素子がある。これら各種センサに共通し
ている構造は、マイクロブリッジ（絶縁体物質で構成さ
れている）上にＰｔ薄膜を積層し、更に絶縁体のパッシ
ベーション膜を積層していることである。しかし、Ｐｔ
は安定な金属であるために、Ｐｔと下地絶縁物質、およ
びＰｔとその上のパッシベーション膜との接着強度が弱
く、はがれ易いという問題がある。この対策として、Ｔ
ｉ、Ｔａ、Ｃｒ等のＰｔや絶縁体、および半導体材料と
接着強度が高い（密着性の良い）金属膜が採用されてい
る。しかしこのような密着補強層の採用は以下の不都合
を生じる。 （１）Ｐｔ薄膜抵抗体を薄膜ヒータとして用いた場合、
通電による発熱により、下地金属層とＰｔ薄膜間で合金
化、固溶化が進行する。ＴｉはＰｔと同じ結晶構造を取
り、比較的低温で固溶し、この場合グレイン成長が進行
する。Ｔａ、ＣｒのＰｔ反応性は、これらがＰｔと異な
る結晶構造を有しているため、Ｐｔグレインは反応の進
行に伴い、微粒子化する。この時、抵抗率、温度抵抗係
数はいずれの場合にも変化し、従って経時変化がある。
特に、ガスセンサ等に用いられるＰｔ薄膜ヒータに於い
ては、酸化物半導体の電荷吸着が４５０℃程の高温であ
るために、経時変化が著しい。 （２）Ｐｔ薄膜抵抗体を熱式質量流量計の測温体に用い
る場合、熱収支による薄膜温度変化の対応を正確に検出
するため、温度抵抗係数が高いことが望まれる。Ｐｔ自
身のそれは金属元素の中で高い値を持つグループに属し
ており、その値はバルク体で３７００ｐｐｍ（室温〜３
００℃）に達しているが、先の密着補強のための金属は
Ｐｔより温度抵抗係数が低いため、積層構造では結果と
して温度抵抗係数が低くなってしまう。一例を示すと、
スパッタ製膜した膜厚１０００ÅのＰｔ薄膜の温度抵抗
係数は２６００ｐｐｍであり、Ｃｒ３００Å、Ｐｔ１０
００Åの積層試料では１９００ｐｐｍになってしまっ
た。すなわち、Ｐｔ密着補強のための金属膜の採用は、
膜剥離という故障は回避できるものの、Ｐｔ本来の持つ
物性値を低減させてしまい、特性を劣化させてしまう欠
点を有する。前記の従来技術の項で示した２件の特許
は、密着補強層として電気的に絶縁体である金属酸化物
を採用している。すなわち、米国特許第４９５２９０４
では、極薄膜２０〜１００Åの金属酸化膜を使用してい
る。また特公平３−４４４０１ではＴｉＯ2を４００Å
堆積させ、積層している。一般に薄膜形成の機構は、質
量膜厚が薄い成長初期においては島状構造を取り、質量
膜厚の増加に伴い連続膜へと形態変化をする。従って、
先の２０〜１００Åの膜厚は、部分的に、ピンホールを
有する非連続膜に近い。このような下地にＰｔ薄膜が堆
積されれば、ピンホール部において密着強度の劣る、絶
縁材料／Ｐｔの界面が存在し、駆動時（薄膜ヒータとし
て使用した場合）の熱による熱応力の発生と歪みにより
剥離が生じることがある。ＴｉＯ2４００Å様に厚くな
ると、先の問題は無くなるが、積層構造において、３次
元的にパターンが立体化してくる。これは次の問題を招
く。パッシベーションは環境から素子を保護する目的で
堆積させるものである。仮にＴｉＯ2（４００Å）／Ｐ
ｔ（１０００Å）／ＴｉＯ2（４００Å）の積層構造を
取ると、このパターンにより生じる段差は１８００Åに
なり、ステップカバレッジを考慮したときのパッシベー
ション膜厚は４０００Å程になってしまう。各種マイク
ロセンサに共通する応答速度の高速化は、熱容量が膜厚
の増加により増えてしまうという物理的な制約により、
その特性劣化を免れることは出来ない。すなわち、金属
酸化物のような電気的に不活性な材料を用いても、以上
の不具合を生じる。更につけ加えれば、密着補強層など
を施すことは基本的には工程数の増加につながり、工程
の煩雑さを増し、製品コストを高くし、歩留まりを低下
させるものであり好ましくない。本発明の目的は、これ
ら各種マイクロセンサを作製するに当り、Ｐｔ薄膜抵抗
体を用いる場合、Ｐｔ膜の膜剥離故障を防ぐため、従来
から報告されている密着補強層を採用することなくＰｔ
薄膜の構造制御により十分な密着力を確保することによ
り解決するものである。したがって、今まで述べてきた
マイクロセンサ等の素子に対し、高信頼性を持つＰｔ薄
膜抵抗体を提供するものである。
ｍ（室温）と他の金属と較べて比較的高い、（２）通電
によるＰｔ原子移動（エレクトロマイグレーション）が
ほとんど無い、（３）高い温度抵抗係数を持ち（３７０
０ｐｐｍ）、かつ温度抵抗係数の直線性が良い、（４）
酸、アルカリに侵されることなく、かつ化学的に安定で
ある。前記のような特徴を有するＰｔはヒータ材料とし
て適しており、また、抵抗値を測定することで、温度の
測温もできる。さらに、素子の小型化の要請から、近年
Ｐｔを各種の真空製膜法により薄膜とし、これら機能を
実現する試みがある。特にマイクロマシーン加工による
Ｓｉ基板上でのマイクロ素子では、マイクロブリッジ上
にＰｔ薄膜抵抗体を形成させ、その機能を小型化、高感
度化、高機能化、低消費電力、高速応答等を実現させて
きている。例えば、金属酸化物半導体の高温時における
吸着現象による抵抗値変化を利用したガスセンサでは、
酸化物半導体の薄膜形成、および加熱用にＰｔ薄膜抵抗
体の発熱素子を配置させ、ここにＰｔ薄膜ヒータが使用
されている。熱式気体質量流量計では同様に、マイクロ
ブリッジ上にＰｔ薄膜ヒータを、また気体移動に伴う熱
移動を正確に測定するために、Ｐｔ薄膜測温体を対称位
置に配置させた素子がある。これら各種センサに共通し
ている構造は、マイクロブリッジ（絶縁体物質で構成さ
れている）上にＰｔ薄膜を積層し、更に絶縁体のパッシ
ベーション膜を積層していることである。しかし、Ｐｔ
は安定な金属であるために、Ｐｔと下地絶縁物質、およ
びＰｔとその上のパッシベーション膜との接着強度が弱
く、はがれ易いという問題がある。この対策として、Ｔ
ｉ、Ｔａ、Ｃｒ等のＰｔや絶縁体、および半導体材料と
接着強度が高い（密着性の良い）金属膜が採用されてい
る。しかしこのような密着補強層の採用は以下の不都合
を生じる。 （１）Ｐｔ薄膜抵抗体を薄膜ヒータとして用いた場合、
通電による発熱により、下地金属層とＰｔ薄膜間で合金
化、固溶化が進行する。ＴｉはＰｔと同じ結晶構造を取
り、比較的低温で固溶し、この場合グレイン成長が進行
する。Ｔａ、ＣｒのＰｔ反応性は、これらがＰｔと異な
る結晶構造を有しているため、Ｐｔグレインは反応の進
行に伴い、微粒子化する。この時、抵抗率、温度抵抗係
数はいずれの場合にも変化し、従って経時変化がある。
特に、ガスセンサ等に用いられるＰｔ薄膜ヒータに於い
ては、酸化物半導体の電荷吸着が４５０℃程の高温であ
るために、経時変化が著しい。 （２）Ｐｔ薄膜抵抗体を熱式質量流量計の測温体に用い
る場合、熱収支による薄膜温度変化の対応を正確に検出
するため、温度抵抗係数が高いことが望まれる。Ｐｔ自
身のそれは金属元素の中で高い値を持つグループに属し
ており、その値はバルク体で３７００ｐｐｍ（室温〜３
００℃）に達しているが、先の密着補強のための金属は
Ｐｔより温度抵抗係数が低いため、積層構造では結果と
して温度抵抗係数が低くなってしまう。一例を示すと、
スパッタ製膜した膜厚１０００ÅのＰｔ薄膜の温度抵抗
係数は２６００ｐｐｍであり、Ｃｒ３００Å、Ｐｔ１０
００Åの積層試料では１９００ｐｐｍになってしまっ
た。すなわち、Ｐｔ密着補強のための金属膜の採用は、
膜剥離という故障は回避できるものの、Ｐｔ本来の持つ
物性値を低減させてしまい、特性を劣化させてしまう欠
点を有する。前記の従来技術の項で示した２件の特許
は、密着補強層として電気的に絶縁体である金属酸化物
を採用している。すなわち、米国特許第４９５２９０４
では、極薄膜２０〜１００Åの金属酸化膜を使用してい
る。また特公平３−４４４０１ではＴｉＯ2を４００Å
堆積させ、積層している。一般に薄膜形成の機構は、質
量膜厚が薄い成長初期においては島状構造を取り、質量
膜厚の増加に伴い連続膜へと形態変化をする。従って、
先の２０〜１００Åの膜厚は、部分的に、ピンホールを
有する非連続膜に近い。このような下地にＰｔ薄膜が堆
積されれば、ピンホール部において密着強度の劣る、絶
縁材料／Ｐｔの界面が存在し、駆動時（薄膜ヒータとし
て使用した場合）の熱による熱応力の発生と歪みにより
剥離が生じることがある。ＴｉＯ2４００Å様に厚くな
ると、先の問題は無くなるが、積層構造において、３次
元的にパターンが立体化してくる。これは次の問題を招
く。パッシベーションは環境から素子を保護する目的で
堆積させるものである。仮にＴｉＯ2（４００Å）／Ｐ
ｔ（１０００Å）／ＴｉＯ2（４００Å）の積層構造を
取ると、このパターンにより生じる段差は１８００Åに
なり、ステップカバレッジを考慮したときのパッシベー
ション膜厚は４０００Å程になってしまう。各種マイク
ロセンサに共通する応答速度の高速化は、熱容量が膜厚
の増加により増えてしまうという物理的な制約により、
その特性劣化を免れることは出来ない。すなわち、金属
酸化物のような電気的に不活性な材料を用いても、以上
の不具合を生じる。更につけ加えれば、密着補強層など
を施すことは基本的には工程数の増加につながり、工程
の煩雑さを増し、製品コストを高くし、歩留まりを低下
させるものであり好ましくない。本発明の目的は、これ
ら各種マイクロセンサを作製するに当り、Ｐｔ薄膜抵抗
体を用いる場合、Ｐｔ膜の膜剥離故障を防ぐため、従来
から報告されている密着補強層を採用することなくＰｔ
薄膜の構造制御により十分な密着力を確保することによ
り解決するものである。したがって、今まで述べてきた
マイクロセンサ等の素子に対し、高信頼性を持つＰｔ薄
膜抵抗体を提供するものである。
【０００４】
【構成】本発明によるＰｔ薄膜の結晶構造は、若干の
（１１１）面優先配向を示す多結晶体であり、シェラー
の関係式より求められる結晶子サイズが０．０１μｍ以
上からなる薄膜である。若干の（１１１）面優先配向と
は、式（Ｉ）で定義する配向度に於いて、６０％以上、
９０％以下であることを意味する。またシェラーの関係
式とはＸ線回折に於いて、回折線の幅の広がりが結晶子
の大きさのみに基づくと仮定し、式（II）で示されるも
のである。
（１１１）面優先配向を示す多結晶体であり、シェラー
の関係式より求められる結晶子サイズが０．０１μｍ以
上からなる薄膜である。若干の（１１１）面優先配向と
は、式（Ｉ）で定義する配向度に於いて、６０％以上、
９０％以下であることを意味する。またシェラーの関係
式とはＸ線回折に於いて、回折線の幅の広がりが結晶子
の大きさのみに基づくと仮定し、式（II）で示されるも
のである。
【数３】〔（１１１）面配向度〕＝〔Ｉ（１１１）／Σ
Ｉ（ｈｋｌ）〕×１００ （Ｉ） Ｉ（１１１）はＸＲＤ測定における（１１１）面回折強
度、ΣＩ（ｈｋｌ）は測定範囲内で測定される全ての回
折強度の和である。
Ｉ（ｈｋｌ）〕×１００ （Ｉ） Ｉ（１１１）はＸＲＤ測定における（１１１）面回折強
度、ΣＩ（ｈｋｌ）は測定範囲内で測定される全ての回
折強度の和である。
【数４】Ｄhkl＝Ｋλ／βｃｏｓθ （II） Ｄhklは（ｈｋｌ）面に垂直方向の結晶子の大きさ
（Å）、λはＸ線の波長（Å）、βは回折線幅（ｒａ
ｄ）、θは回折角（゜）である。Ｋは定数であり、０．
９である。
（Å）、λはＸ線の波長（Å）、βは回折線幅（ｒａ
ｄ）、θは回折角（゜）である。Ｋは定数であり、０．
９である。
【０００５】本発明のＰｔ薄膜は、例えばＡｒおよび酸
素混合ガスによるスパッタリング法で製膜して作成する
ことができる。一般的なＡｒスパッタリングによるＰｔ
製膜は、エピタキシャル条件を満たす基板以外の場合、
例えばアモルファス基板では（１１１）配向膜が得られ
る。この時の配向度は先述の式（Ｉ）の定義によれば９
５％以上の結晶化配向膜が得られている。エピタキシャ
ル基板としてはＭｇＯ（１００）上では、Ｐｔ（１０
０）エピタキシャル膜が、またサファイア（００１）基
板では、Ｐｔ（１１１）エピタキシャル膜が製膜され
る。アモルファスＴａ2Ｏ5膜を製膜した基板上でのＰｔ
膜成長過程をＲＨＥＥＤで観察すると、成長初期からス
ポティな配向成長がＲＨＥＥＤパターンから観察され
る。この原因は、堆積粒子（スパッタ粒子）の運動エネ
ルギー密度が非常に高く、基板到達粒子は、その運動エ
ネルギーにより基板上をマイグレートし、最も安定した
状態で付着するからである。一般にこの安定状態とは、
各種エネルギー平衡により決定され、結果として密度の
最も充填される方位に配向成長すると考えられる。先の
エネルギー平衡とは、単結晶基板上での成長では、基板
原子の配列状態が作用し、（１１１）配向でないエピタ
キシャル成長がなされる場合もある。アモルファス基板
上の９５％以上の（１１１）配向膜で観察されるＸＲＤ
より求めた結晶子サイズはシェラーの関係式からは推定
出来ないほどの大きな結晶子である。推定出来ないほど
とは、Ｘ線装置、および光学系の揺らぎによる回折ピー
クの広がりがあり、結晶子サイズ２０００Å以上ではそ
の測定される半値幅が、結晶子の大きさに依存するの
か、光学系の揺らぎに依存するのかが区別できなくなる
からである。このことから先のＰｔ薄膜の結晶子の大き
さは、２０００Å以上と推定でき、ＲＨＥＥＤ、レウエ
像、ＴＥＭ像、表面形態観察からの総合的な判断によ
り、２〜４μｍの結晶子（すなわち、グレイン）になっ
ていることがわかった。このような単結晶薄膜に近いＰ
ｔ薄膜は、膜特有の応力が欠陥に集中することなく、膜
全体に応力が保持され、密着性の不良の場合には容易に
剥離してしまう。従って、基板との密着性を向上させる
には、適度な応力集中点を形成させる必要が有り、従っ
て、この欠陥を結晶成長の積層欠陥（スタッキングフォ
ールト）で形成し、かつ結晶子サイズを微粒子化すれば
良い。本発明は、スパッタリングでＰｔ薄膜を作製する
が、その時スパッタガスとして通常用いられているＡｒ
ガスの他に、Ｏ2ガスを導入し、これら混合ガスによる
スパッタを行う。これは、後で述べる実施例にデータを
示すが、Ｏ2ガスの導入により、本来ならば（１１１）
面配向をするところが、（２００）面の成長が認めら
れ、結晶子サイズも小さくなる、という発見に基づくも
のである。これは、酸素イオンのＰｔターゲットへの衝
突エネルギーが、Ａｒのそれと比較して小さいことに起
因している。
素混合ガスによるスパッタリング法で製膜して作成する
ことができる。一般的なＡｒスパッタリングによるＰｔ
製膜は、エピタキシャル条件を満たす基板以外の場合、
例えばアモルファス基板では（１１１）配向膜が得られ
る。この時の配向度は先述の式（Ｉ）の定義によれば９
５％以上の結晶化配向膜が得られている。エピタキシャ
ル基板としてはＭｇＯ（１００）上では、Ｐｔ（１０
０）エピタキシャル膜が、またサファイア（００１）基
板では、Ｐｔ（１１１）エピタキシャル膜が製膜され
る。アモルファスＴａ2Ｏ5膜を製膜した基板上でのＰｔ
膜成長過程をＲＨＥＥＤで観察すると、成長初期からス
ポティな配向成長がＲＨＥＥＤパターンから観察され
る。この原因は、堆積粒子（スパッタ粒子）の運動エネ
ルギー密度が非常に高く、基板到達粒子は、その運動エ
ネルギーにより基板上をマイグレートし、最も安定した
状態で付着するからである。一般にこの安定状態とは、
各種エネルギー平衡により決定され、結果として密度の
最も充填される方位に配向成長すると考えられる。先の
エネルギー平衡とは、単結晶基板上での成長では、基板
原子の配列状態が作用し、（１１１）配向でないエピタ
キシャル成長がなされる場合もある。アモルファス基板
上の９５％以上の（１１１）配向膜で観察されるＸＲＤ
より求めた結晶子サイズはシェラーの関係式からは推定
出来ないほどの大きな結晶子である。推定出来ないほど
とは、Ｘ線装置、および光学系の揺らぎによる回折ピー
クの広がりがあり、結晶子サイズ２０００Å以上ではそ
の測定される半値幅が、結晶子の大きさに依存するの
か、光学系の揺らぎに依存するのかが区別できなくなる
からである。このことから先のＰｔ薄膜の結晶子の大き
さは、２０００Å以上と推定でき、ＲＨＥＥＤ、レウエ
像、ＴＥＭ像、表面形態観察からの総合的な判断によ
り、２〜４μｍの結晶子（すなわち、グレイン）になっ
ていることがわかった。このような単結晶薄膜に近いＰ
ｔ薄膜は、膜特有の応力が欠陥に集中することなく、膜
全体に応力が保持され、密着性の不良の場合には容易に
剥離してしまう。従って、基板との密着性を向上させる
には、適度な応力集中点を形成させる必要が有り、従っ
て、この欠陥を結晶成長の積層欠陥（スタッキングフォ
ールト）で形成し、かつ結晶子サイズを微粒子化すれば
良い。本発明は、スパッタリングでＰｔ薄膜を作製する
が、その時スパッタガスとして通常用いられているＡｒ
ガスの他に、Ｏ2ガスを導入し、これら混合ガスによる
スパッタを行う。これは、後で述べる実施例にデータを
示すが、Ｏ2ガスの導入により、本来ならば（１１１）
面配向をするところが、（２００）面の成長が認めら
れ、結晶子サイズも小さくなる、という発見に基づくも
のである。これは、酸素イオンのＰｔターゲットへの衝
突エネルギーが、Ａｒのそれと比較して小さいことに起
因している。
【０００６】本発明によるＰｔ薄膜は、それ自身が素子
作製プロセス中で剥離を発生させることなく、十分密着
性が有るものであり、従って、各種密着層を積層するこ
となく、すなわち、積層による不具合の発生がなくな
り、良好な結果を与えるものである。これらＰｔ薄膜抵
抗体は、通電することにより加熱する、所謂発熱体とし
て用いたり、正の温度係数を利用した温度検出素子に用
いたり、またこれらをマイクロブリッジ上に形成させた
各種センサに用いることを特徴とするＰｔ薄膜抵抗体素
子、さらにそのセンサ素子である。以下、実施例に基づ
き説明する。
作製プロセス中で剥離を発生させることなく、十分密着
性が有るものであり、従って、各種密着層を積層するこ
となく、すなわち、積層による不具合の発生がなくな
り、良好な結果を与えるものである。これらＰｔ薄膜抵
抗体は、通電することにより加熱する、所謂発熱体とし
て用いたり、正の温度係数を利用した温度検出素子に用
いたり、またこれらをマイクロブリッジ上に形成させた
各種センサに用いることを特徴とするＰｔ薄膜抵抗体素
子、さらにそのセンサ素子である。以下、実施例に基づ
き説明する。
【０００７】
【実施例】（１００）Ｓｉウエハ基板にＴａ2Ｏ5膜をス
パッタリング法により１．５μｍ堆積する。このＴａ2
Ｏ5膜はアモルファスである。次に、基板温度：２００
℃、Ａｒ／Ｏ2流量比：３／１、スパッタ圧：０．７×
１０-3Ｔｏｒｒ、スパッタパワー密度：３〜４Ｗ／ｃｍ
2にて膜厚１０００ÅのＰｔ薄膜を堆積する。この時の
Ｐｔ薄膜のＸＲＤパターンを図１に示す。また酸素ガス
導入なしでのＰｔ薄膜のＸＲＤパターンを図２に示す。
このように酸素ガス導入により（２００）面配向が出現
し結晶子サイズが数百Å程の多結晶Ｐｔ薄膜が得られ
た。詳細な実験の結果、酸素混合比の増加に伴い（２０
０）面配向が増加し、酸素分圧５０％で、（１１１）面
配向率は５５％まで低下した。同様に結晶子サイズも２
０００Å以上から酸素分圧の増加に伴い減少し、酸素分
圧２５％で数百Åになり、それ以上の酸素分圧の増加に
対しては、減少は認められなかった。このように各種配
向度、結晶子の異なるＰｔ薄膜を作製し、膜の密着強度
を測定した。測定方法は引っ張り法（ｐｅｅｌ ｔｅｓ
ｔ）で行った。薄膜、基板の境界面に垂直な引っ張り応
力を加えて、Ｐｔ薄膜を基板から剥離させ、剥離に要し
た力を検出する方法である。剥離試験板とＰｔ薄膜の接
着には、十分ヤング率の高いエポキシ系接着剤を使用し
た。その結果を表１に示す。
パッタリング法により１．５μｍ堆積する。このＴａ2
Ｏ5膜はアモルファスである。次に、基板温度：２００
℃、Ａｒ／Ｏ2流量比：３／１、スパッタ圧：０．７×
１０-3Ｔｏｒｒ、スパッタパワー密度：３〜４Ｗ／ｃｍ
2にて膜厚１０００ÅのＰｔ薄膜を堆積する。この時の
Ｐｔ薄膜のＸＲＤパターンを図１に示す。また酸素ガス
導入なしでのＰｔ薄膜のＸＲＤパターンを図２に示す。
このように酸素ガス導入により（２００）面配向が出現
し結晶子サイズが数百Å程の多結晶Ｐｔ薄膜が得られ
た。詳細な実験の結果、酸素混合比の増加に伴い（２０
０）面配向が増加し、酸素分圧５０％で、（１１１）面
配向率は５５％まで低下した。同様に結晶子サイズも２
０００Å以上から酸素分圧の増加に伴い減少し、酸素分
圧２５％で数百Åになり、それ以上の酸素分圧の増加に
対しては、減少は認められなかった。このように各種配
向度、結晶子の異なるＰｔ薄膜を作製し、膜の密着強度
を測定した。測定方法は引っ張り法（ｐｅｅｌ ｔｅｓ
ｔ）で行った。薄膜、基板の境界面に垂直な引っ張り応
力を加えて、Ｐｔ薄膜を基板から剥離させ、剥離に要し
た力を検出する方法である。剥離試験板とＰｔ薄膜の接
着には、十分ヤング率の高いエポキシ系接着剤を使用し
た。その結果を表１に示す。
【０００８】
【表１】 従って従来の接着強度の１０倍ほどの改善がなされた。
このＰｔ薄膜抵抗体を用いて、図３に示す各種のマイク
ロセンサを試作した。図３は酸化物半導体の電荷吸着・
脱離現象による抵抗率変化を検出する所謂ガスセンサで
ある。Ｓｉ基板上にマイクロブリッジ形成のための、絶
縁性アモルファス上のＴａ2Ｏ5膜をスパッタリング法に
より１．５μｍ堆積した。次に本発明に係るＰｔ薄膜を
ＡｒとＯ2の混合ガスによるスパッタリング法により１
０００Å堆積させ、通常のフォトリソグラフィ・エッチ
ングにより薄膜ヒータを形成した。層間絶縁膜として、
Ｔａ2Ｏ5膜、ＳｉＯ2膜を製膜し、コンタクトホール開
孔、Ｓｉ異方性エッチング用のエッチングホールを開孔
後、ＫＯＨのアルカリエッチングにより基板Ｓｉを除去
し、マイクロブリッジを得た。次にマスク蒸着により所
望する箇所に酸化スズ膜（酸化物半導体）の堆積を行っ
た。酸化スズの酸素の電荷吸着が生じる４５０℃まで、
Ｐｔ薄膜抵抗体に電流を流し発熱させ、駆動を行った。
このＰｔ薄膜抵抗体は従来と同様の信頼性を有する薄膜
であった。図４は気体質量流量センサであり、本発明に
係るＰｔ薄膜抵抗体を有するものである。この薄膜抵抗
体の抵抗率は１８μΩ・ｃｍ、温度抵抗係数は２３００
ｐｐｍであり、従来のＰｔ薄膜での値：１５μΩ・ｃ
ｍ、２５７０ｐｐｍと比較して、遜色のない値であり、
この質量流量センサを試作したところ、実用に値する特
性を示した。
このＰｔ薄膜抵抗体を用いて、図３に示す各種のマイク
ロセンサを試作した。図３は酸化物半導体の電荷吸着・
脱離現象による抵抗率変化を検出する所謂ガスセンサで
ある。Ｓｉ基板上にマイクロブリッジ形成のための、絶
縁性アモルファス上のＴａ2Ｏ5膜をスパッタリング法に
より１．５μｍ堆積した。次に本発明に係るＰｔ薄膜を
ＡｒとＯ2の混合ガスによるスパッタリング法により１
０００Å堆積させ、通常のフォトリソグラフィ・エッチ
ングにより薄膜ヒータを形成した。層間絶縁膜として、
Ｔａ2Ｏ5膜、ＳｉＯ2膜を製膜し、コンタクトホール開
孔、Ｓｉ異方性エッチング用のエッチングホールを開孔
後、ＫＯＨのアルカリエッチングにより基板Ｓｉを除去
し、マイクロブリッジを得た。次にマスク蒸着により所
望する箇所に酸化スズ膜（酸化物半導体）の堆積を行っ
た。酸化スズの酸素の電荷吸着が生じる４５０℃まで、
Ｐｔ薄膜抵抗体に電流を流し発熱させ、駆動を行った。
このＰｔ薄膜抵抗体は従来と同様の信頼性を有する薄膜
であった。図４は気体質量流量センサであり、本発明に
係るＰｔ薄膜抵抗体を有するものである。この薄膜抵抗
体の抵抗率は１８μΩ・ｃｍ、温度抵抗係数は２３００
ｐｐｍであり、従来のＰｔ薄膜での値：１５μΩ・ｃ
ｍ、２５７０ｐｐｍと比較して、遜色のない値であり、
この質量流量センサを試作したところ、実用に値する特
性を示した。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、Ｐｔ薄膜の接着強度が
増し、強固な各種マイクロセンサ用Ｐｔ薄膜抵抗体が得
られ、その工業的価値は高い。
増し、強固な各種マイクロセンサ用Ｐｔ薄膜抵抗体が得
られ、その工業的価値は高い。
【図１】Ａｒ＋Ｏ2混合ガスのスパッタリングによって
製膜したＰｔ膜のＸＲＤパターン。
製膜したＰｔ膜のＸＲＤパターン。
【図２】Ａｒガスのみのスパッタリングによって製膜し
たＰｔ膜のＸＲＤパターン。
たＰｔ膜のＸＲＤパターン。
【図３】酸化物半導体の電荷吸着・脱離現象による抵抗
率変化を検出するマイクロガスセンサの平面を模式的に
示す図である。
率変化を検出するマイクロガスセンサの平面を模式的に
示す図である。
【図４】本発明のＰｔ薄膜抵抗体を有する気体質量流量
センサの平面を模式的に示す図である。
センサの平面を模式的に示す図である。
１ エッチングホール ２ 白金薄膜線 ３ 酸化物半導体層 ４ マイクロブリッジ ５ 白金薄膜ヒーター ６ コンタクトホール ７ 温度測定線 ８ 温度測定線
Claims (5)
- 【請求項１】 下式（Ｉ）で定義される配向度が６０％
以上、９０％以下であり、かつ下式（II）で定義される
シェラーの関係式より求められる結晶子サイズが０．０
１μｍ以上であることを特徴とするＰｔ薄膜。 【数１】〔（１１１）面配向度〕＝〔Ｉ（１１１）／Σ
Ｉ（ｈｋｌ）〕×１００ （Ｉ） 【数２】Ｄhkl＝Ｋλ／βｃｏｓθ (II） 〔上式中、Ｉ（１１１）はＸＲＤ測定における（１１
１）面回折強度、ΣＩ（ｈｋｌ）は測定範囲内で測定さ
れる全ての回折強度の和、Ｄhklは（ｈｋｌ）面に垂直
方向の結晶子の大きさ（Å）、λはＸ線の波長（Å）、
βは回折線幅（ｒａｄ）、θは回折角（゜）である。Ｋ
は定数であり、０．９である。〕 - 【請求項２】 請求項１記載のＰｔ薄膜よりなる薄膜ヒ
ータ。 - 【請求項３】 請求項１記載のＰｔ薄膜よりなる正の温
度係数を利用した温度検出素子。 - 【請求項４】 請求項３記載の薄膜ヒータおよび／また
は請求項４記載の温度検出素子をマイクロブリッジ上に
有するガスセンサ。 - 【請求項５】 Ａｒおよび酸素混合ガスによるスパッタ
リング法で基板上に製膜することを特徴とした基板上に
製膜されたＰｔ薄膜の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35051693A JP3385087B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 基板と一体化されたＰｔ薄膜、それを用いた薄膜ヒータ、温度検出素子およびガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35051693A JP3385087B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 基板と一体化されたＰｔ薄膜、それを用いた薄膜ヒータ、温度検出素子およびガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201521A true JPH07201521A (ja) | 1995-08-04 |
| JP3385087B2 JP3385087B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=18411030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35051693A Expired - Fee Related JP3385087B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 基板と一体化されたＰｔ薄膜、それを用いた薄膜ヒータ、温度検出素子およびガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3385087B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007091686A1 (ja) * | 2006-02-09 | 2007-08-16 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | 積層体、薄膜センサ、薄膜センサモジュールおよび薄膜センサの製造方法 |
| JP2007243173A (ja) * | 2006-02-09 | 2007-09-20 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 積層体、薄膜センサ及び薄膜センサモジュール |
| JP2008244344A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Mitsubishi Materials Corp | 薄膜サーミスタ素子及び薄膜サーミスタ素子の製造方法 |
| WO2008143221A1 (ja) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Yamatake Corporation | 白金抵抗温度計の製造方法 |
| WO2008143222A1 (ja) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Yamatake Corporation | 白金測温抵抗素子の製造方法 |
| JP2010038815A (ja) * | 2008-08-07 | 2010-02-18 | Yamari Sangyo Kk | 白金抵抗温度計および白金測温抵抗素子の製造方法 |
| WO2014010591A1 (ja) * | 2012-07-13 | 2014-01-16 | Ｓｅｍｉｔｅｃ株式会社 | 薄膜サーミスタ素子およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP35051693A patent/JP3385087B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007091686A1 (ja) * | 2006-02-09 | 2007-08-16 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | 積層体、薄膜センサ、薄膜センサモジュールおよび薄膜センサの製造方法 |
| JP2007243173A (ja) * | 2006-02-09 | 2007-09-20 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 積層体、薄膜センサ及び薄膜センサモジュール |
| JP2008244344A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Mitsubishi Materials Corp | 薄膜サーミスタ素子及び薄膜サーミスタ素子の製造方法 |
| JP2009004764A (ja) * | 2007-05-18 | 2009-01-08 | Yamari Sangyo Kk | 白金測温抵抗素子の製造方法 |
| WO2008143222A1 (ja) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Yamatake Corporation | 白金測温抵抗素子の製造方法 |
| JP2009002940A (ja) * | 2007-05-18 | 2009-01-08 | Yamatake Corp | 白金抵抗温度計の製造方法 |
| WO2008143221A1 (ja) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | Yamatake Corporation | 白金抵抗温度計の製造方法 |
| US8247040B2 (en) | 2007-05-18 | 2012-08-21 | Azbil Corporation | Process for manufacturing platinum temperature-measuring resistance element |
| US8328418B2 (en) | 2007-05-18 | 2012-12-11 | Azbil Corporation | Process for manufacturing platinum resistance thermometer |
| JP2010038815A (ja) * | 2008-08-07 | 2010-02-18 | Yamari Sangyo Kk | 白金抵抗温度計および白金測温抵抗素子の製造方法 |
| WO2014010591A1 (ja) * | 2012-07-13 | 2014-01-16 | Ｓｅｍｉｔｅｃ株式会社 | 薄膜サーミスタ素子およびその製造方法 |
| CN103688320A (zh) * | 2012-07-13 | 2014-03-26 | Ｓｅｍｉｔｅｃ株式会社 | 薄膜热敏电阻元件及其制造方法 |
| JP5509393B1 (ja) * | 2012-07-13 | 2014-06-04 | Ｓｅｍｉｔｅｃ株式会社 | 薄膜サーミスタ素子およびその製造方法 |
| US9659691B2 (en) | 2012-07-13 | 2017-05-23 | Semitec Corporation | Thin-film thermistor element and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3385087B2 (ja) | 2003-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0375399B1 (en) | Adhesion layer for platinum based sensors | |
| US7508120B2 (en) | Piezoelectric element and method for manufacturing | |
| US5006421A (en) | Metalization systems for heater/sensor elements | |
| KR102027626B1 (ko) | 온도 센서 | |
| US20050236710A1 (en) | Piezoelectric device comprising ultrahighly-orientated aluminum nitride thin film and its manufacturing method | |
| JPH06140393A (ja) | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 | |
| JPH0765174B2 (ja) | 半導体ウェーハ上へのタングステン層のｃｖｄ蒸着方法 | |
| CN103688320B (zh) | 薄膜热敏电阻元件及其制造方法 | |
| JP3385087B2 (ja) | 基板と一体化されたＰｔ薄膜、それを用いた薄膜ヒータ、温度検出素子およびガスセンサ | |
| US20020030577A1 (en) | Thin-film resistor, wiring substrate, and method for manufacturing the same | |
| WO2014196486A1 (ja) | サーミスタ用金属窒化物材料及びその製造方法並びにフィルム型サーミスタセンサ | |
| US20100245030A1 (en) | Processes for Producing Thin-Film Sensors, Thin-Film Sensors and Thin-Film Sensor Modules | |
| Zhang et al. | Microstructure and temperature coefficient of resistance of platinum films | |
| WO2023223815A1 (ja) | 圧電積層体、圧電素子、および圧電積層体の製造方法 | |
| Tsutsumi et al. | The experimental study of high TCR Pt thin films for thermal sensors | |
| JP2002115056A (ja) | 単結晶巨大粒子からなる金属薄膜の製造方法 | |
| WO2004066406A2 (ja) | 圧電素子およびその製造方法 | |
| JPH0414821A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP4461634B2 (ja) | 薄膜型ガスセンサ及びその製造方法 | |
| JPH0552790A (ja) | ガスセンサ | |
| JP2646246B2 (ja) | ガス感応性溥膜素子の製造方法 | |
| US20100038234A1 (en) | Method for Forming Multilayer Film and Apparatus for Forming Multilayer Film | |
| JPH05225523A (ja) | 薄膜磁気ヘッド及びその製造方法 | |
| Ohfuji et al. | Tensile stress in sputtered molybdenum silicide films | |
| JPH06302600A (ja) | 半導体装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071227 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081227 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091227 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101227 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |