JPH08306508A - 薄膜型サーミスタ素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体成膜技術を応用し、正、負の異なる抵
抗温度係数を有するサーミスタ材料を一体形成薄膜とす
ることによって、複数の抵抗温度係数を有し、且つ小型
で高速応答性を兼ね備えたサーミスタ素子を提供するこ
と。 【構成】 正の抵抗温度係数をもつサーミスタ薄膜と、
負の抵抗温度係数をもつサーミスタ薄膜を複数枚、直列
または並列に結合して一体形成薄膜を成す積層構造に構
成し、少なくとも２つ以上の抵抗温度係数を有するサー
ミスタ素子を構成する。その製造方法は、例えば、Ｓｉ
ウエハ６の基板の上に密着層( Ｔｉ) ５、バリア層( Ｔ
ｉＮ) ４、第１層として負の抵抗温度係数( 負特性) を
有す金属薄膜( ＴｉＯ2)３、その上に第２層として正の
抵抗温度係数( 正特性) を有す半導体セラミックス薄膜
( ＢａＴｉＯ3)２を順次に成膜して、複合薄膜型サーミ
スタ素子を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電装機器の制御に利用
される、温度センサ、赤外線センサ、過電流防止素子お
よび温度調節素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この分野に関連する技術として
は、特開平２−２４１２８号公報、特開昭６２−２４８
２０２号公報、特開昭６２−２４８２０３号公報、実開
昭６３−７５００１号公報、および実開昭５８−６９９
０１号公報等に、例えば、温度センサや水温センサとし
て開示されている。それらのセンサのうちには、ある温
度領域において「温度補償」させるために、正の抵抗温
度係数を有するサーミスタ素子と負の抵抗温度係数を有
するサーミスタ素子とを複合結合した、２つ以上の抵抗
温度係数を有するような温度センサが提案されている。

【０００３】つまり、温度センサを教示している特開昭
６２−２４８２０２号公報および特開昭６２−２４８２
０３号公報は、検知温度範囲の中間温度領域において０
に近い抵抗温度係数をもつセンサとしてのサーミスタの
提供が主な目的であり、ワッシャー状の正・負の抵抗温
度係数をもつ複数のサーミスタにより実現している。

【０００４】しかし、このような温度センサは単にワッ
シャー状、チップ状または円板状で、正または負の抵抗
温度係数を有するサーミスタ素子を直列または並列に配
設し、銀電極等で張り合わせた構造のものであるため、
現在の技術的動向である処の「軽薄短小」を求める利用
者のニーズには合致せず、センサとしての小型化と高速
応答性を図るためには構造的およびその製造方法等に問
題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、上述のよ
うな当分野における従来技術に代わり、今後の利用者が
求めるニーズに合致する、より小型で高速応答性を兼ね
備えたサーミスタの実現が待たれている。

【０００６】よって、本発明の目的は、半導体成膜技術
を応用し、正、負の異なる抵抗温度係数を有するサーミ
スタ材料を一体形成薄膜とすることによって、２つ以上
の抵抗温度係数を有し且つ小型で高速応答性を発揮する
正特性と負特性が複合した薄膜型サーミスタ素子を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
鑑みて成されたものであり、その不具合を解消すべく次
のような手段を講じている。すなわち、本発明の薄膜型
サーミスタ素子は、 ( １) 負の抵抗温度係数をもつ第１サーミスタ薄膜
と、正の抵抗温度係数を有する第２サーミスタ薄膜とが
複数、直列または並列に結合することにより一体形成薄
膜を成す積層構造に構成され、少なくとも２つ以上の抵
抗温度係数を有することを特徴とする薄膜型サーミスタ
素子にする。

【０００８】( ２) 負の抵抗温度係数をもつ前記第１
サーミスタ薄膜が金属酸化物によって構成され、かつ正
の抵抗温度係数をもつ前記第２サーミスタ薄膜が半導体
セラミックスによって構成されていることを特徴とする
( １) に記載の薄膜型サーミスタ素子にする。

【０００９】( ３) 負の抵抗温度係数をもつ金属酸化
物薄膜と、正の抵抗温度係数をもつ半導体セラミックス
の薄膜とは、前記金属酸化物薄膜上に半導体セラミック
スを「酸化熱処理」によって形成し、構成する元素の濃
度比が所定の濃度変化( 勾配) をもつように接合されて
いることを特徴とする( ２) に記載の薄膜型サーミスタ
素子にする。

【００１０】( ４) 前記半導体セラミックス薄膜は、
ＢａＴｉＯ3 薄膜( 即ち、正特性サーミスタ薄膜) また
は、所定の添加元素を加えたＢａＴｉＯ3 薄膜で構成さ
れ、金属酸化物薄膜がＴｉＯx 薄膜( 即ち、負特性サー
ミスタ薄膜) で構成されることを特徴とする( ３) に記
載の薄膜型サーミスタ素子にする。

【００１１】( ５) 前記ＢａＴｉＯ3 薄膜は、金属ア
ルコキシドゲルを「熱酸化処理」したＢａＴｉＯ3 薄膜
であることを特徴とする( ４) に記載の薄膜型サーミス
タ素子にする。

【００１２】( ６) 前記第１および第２サーミスタ素
子は、Ｓｉウエハ基板上に形成されることを特徴とする
( １) に記載の薄膜型サーミスタ素子にする。 ( ７) 前記サーミスタ薄膜を構成している元素とＳｉ
との相互拡散を防止するため、前記サーミスタ素子と前
記Ｓｉウエハとの間にバリア層を配設することを特徴と
する( ６) に記載の薄膜型サーミスタ素子にする。

【００１３】( ８) スピンコートするアルコキシド溶
液の組成を変えることにより、（前記ＢａＴｉＯ3 薄膜
の代わり、）添加元素ＳｒまたはＰｂを含むＢａ(1-x)
Ｐｂx ＴｉＯ3 またはＢａ(1-y) Ｓｒy ＴｉＯ3 なる組
成の薄膜であることを特徴とする( ４) に記載の薄膜型
サーミスタ素子にする。（他の実施例）。

【００１４】( ９) 前記の負特性のサーミスタ薄膜で
あるＴｉ系薄膜は、Ｃｒ，ＶまたはＹの酸化物が負の抵
抗温度係数を有する金属で構成されていることを特徴と
する( ４) に記載の薄膜型サーミスタ素子にする。（変
形例１）。

【００１５】( １０) 直列結合または並列結合された
前記の複数の薄膜からの配線の電極は、Ａｌ，Ｎｉ，Ａ
ｇまたはＡｕであることを特徴とする( １) に記載の薄
膜型サーミスタ素子にする。（変形例２）。

【００１６】( １１) 前記第１サーミスタ薄膜と前記
基板との間にスパッタ蒸着して成る、前記基板中のＳｉ
や前記第２サーミスタ薄膜中のＢａ，ＳｒまたはＰｂが
拡散を防止する所定の厚さのＴｉＮバリア層およびＴｉ
密着層を配設した構造に構成されることを特徴とする(
６) に記載の薄膜型サーミスタ素子にする。（変形例
３）。

【００１７】( １２) 温度センサ、赤外線センサ、過
電流防止素子または温度調節素子として機能することを
特徴とする( ６) に記載の薄膜型サーミスタ素子にす
る。 ( １３) 負の抵抗温度係数を有する第１層のサーミス
タ薄膜が、正の抵抗温度係数を有する第２層のサーミス
タ薄膜の上に積層されて形成し、少なくとも２つ以上の
抵抗温度係数をもつことを特徴とする薄膜型サーミスタ
素子にする。（上下関係逆：変形例４）。

【００１８】( １４) Ｓｉウエハからなる基板の上に
Ｔｉからなる密着層を形成する工程と、前記密着層の上
にＴｉＮからなるバリア層を形成する工程と、前記バリ
ア層の上に第１層として負の抵抗温度係数( 負特性) を
有すＴｉＯ2 の金属薄膜を形成する工程と、前記第１層
の上に第２層として正の抵抗温度係数( 正特性) を有す
ＢａＴｉＯ3 の半導体セラミックス薄膜を形成する工程
と、から構成される薄膜型サーミスタ素子の製造方法に
よって形成する。

【００１９】

【作用】以上のような手段により、本発明の薄膜型サー
ミスタ素子は次のような作用を奏する。第１層に負の抵
抗温度係数を有する金属酸化薄膜が成膜し、その上に第
２層としてＢａＴｉＯ3 等の正の抵抗温度係数を有する
半導体セラミックス薄膜が成膜するとき、これら２層が
同時に酸化形成されるために、銀電極等の接合電極は不
要となり、電気的および機械的に良好な結合がなされ、
しかも非常に薄くて小型の複合された薄膜型サーミスタ
素子が容易に製造される。

【００２０】

【実施例】

（第１実施例）図１には、本発明の第１の実施例に係わ
るサーミスタの基本となる複数の薄膜から成る積層構造
が断面図で示されている。

【００２１】図１に示すように、Ｓｉウエハ等の基板６
上には、第１層としてＴｉ，Ｃｒ，ＶまたはＹ等の酸化
物が負の抵抗温度係数をもつ金属薄膜を成膜し、その上
には、第２層としてＢａＴｉＯ3 等の正の抵抗温度係数
をもつ半導体セラミックス薄膜を成膜する。この第２層
の半導体セラミックス薄膜を成膜する際は一般的に、酸
化雰囲気中で処理されるため、それと同時に第１層も酸
化されて負の抵抗温度係数をもつ金属酸化薄膜となる。

【００２２】（作用効果１）その結果、第１層に負の抵
抗温度係数を有する金属酸化薄膜と、第２層にＢａＴｉ
Ｏ3 等の正の抵抗温度係数を有する半導体セラミックス
薄膜とから成る薄膜サーミスタ素子を製造することがで
きる。このような薄膜サーミスタ素子は、これら２層が
同時に酸化形成されるために、従来のサーミスタの構成
要素の１つであった銀電極等の接合電極が不要となり、
しかも電気的および機械的にも良好に結合された非常に
薄く小型の複合薄膜サーミスタ素子を、比較的容易に製
造することができる。

【００２３】図２および図３には、本発明の第１の実施
例に係わるサーミスタの積層構造の断面と、これに接続
された電極が示されている。Ｓｉウエハ６等の基板上に
隣接して積層されＴｉから成る密着層５および、ＴｉＮ
から成るバリア層４に続いて、その上に第１層としての
ＴｉＯ2 から成る負の抵抗温度係数( 負特性) を有する
金属薄膜３が、更にその上には第２層としてのＢａＴｉ
Ｏ3 から成る正の抵抗温度係数( 正特性) を有す半導体
セラミックス薄膜２が形成されている。この第２層であ
る半導体セラミックス薄膜２には図２に示すような間隙
を成す形状、または、図３に示すような台形の形状に成
形され、その上部には電極配線としての上部電極１が成
膜されている。そして、その電極からリード線７を介し
て所定の電源に接続されている。

【００２４】また、図４および図５には、それぞれ並列
結合および直列結合したサーミスタ素子の電気的負特性
および正特性と、それらを結合した薄膜型サーミスタ素
子の温度の変化にともなう各種のサーミスタ（例えば、
複合サーミスタ，正特性サーミスタおよび負特性サーミ
スタ）の抵抗値の変化が３本のグラフ曲線で示されてい
る。すなわち、グラフでは、正特性サーミスタの温度変
化にともなう抵抗値に関する電気特性は、破線で表さ
れ、同じく、負特性サーミスタの抵抗値に関する電気特
性は、一点破線で表されている。よって、これらの２種
類の正・負特性サーミスタを複合して成る本発明の複合
薄膜型サーミスタ素子の温度変化にともなう抵抗値に関
する電気特性は、実線で表されているような前述の２本
のグラフ曲線を合成したカーブを描き、これは実質的に
２つの抵抗温度係数をもつことを意味している。

【００２５】（作用効果１' ）よって、図２、図３に示
すような、正・負のサーミスタ薄膜を直列、並列結合に
なるようにエッチング加工し、Ａｕ，ＡｌまたはＮｉ等
の通常の電極を取り出し電極とすることにより、図４、
図５に示すような２つ以上の抵抗温度係数をもつ実線で
表されるような電気特性を有するサーミスタ素子が実現
できる。

【００２６】以上に述べたように、薄膜サーミスタは半
導体微細加工を用いて、いわゆる「ミクロンオーダ」に
超小型化することにより、素子の熱容量の微少化による
高速応答性が可能となる。またＳｉチップ上で半導体回
路との一体化により高機能センサや過昇温による自己保
護機能を有するようなインテリジェントＩＣにも応用で
きる。

【００２７】（第２実施例）図６には、本発明の正特性
と負特性を合せもつサーミスタが複合された一例であ
り、これらの薄膜サーミスタを電気的に「直列結合」し
た複合・薄膜型サーミスタ素子の斜視図が示されてい
る。

【００２８】また、図７の斜視図には、「並列結合」し
た複合・薄膜型サーミスタ素子の斜視図が示されてい
る。正特性と負特性を有する正負の薄膜サーミスタを電
気的に並列結合した複合薄膜型サーミスタ素子の断面を
含む。

【００２９】まず、薄膜型サーミスタは電気的絶縁のた
めＳｉ基板６とのＳｉＯ2 膜８上に形成され、第１層は
酸化物が負の抵抗温度係数をもつＴｉ，Ｃｒ，Ｖまたは
Ｙなどの金属層を蒸着する。続いて、第２層としてＢａ
ＴｉＯ3 等の正の抵抗温度係数をもつ半導体セラミック
ス薄膜２を形成する。

【００３０】このような作成過程において、第２層の半
導体セラミックス薄膜２は酸化雰囲気中で熱処理を施し
て作製するため、それと同時に第１層も酸化されて負の
抵抗温度係数をもつ金属酸化薄膜３となる。その結果、
この第１層に負の抵抗温度係数をもつ金属酸化薄膜３と
この第２層にＢａＴｉＯ3 系の正の抵抗温度係数をもつ
半導体セラミックス薄膜２を形成することができる。

【００３１】次に、「直列結合」または「並列結合」と
なるように第１層および第２層をエッチング処理を施し
てパターンニングした後、絶縁層としてＳｉＯ2 層８を
成膜し、その後には、Ａｌで電極配線１を施してこの複
合薄膜型サーミスタ素子を製造する。

【００３２】図６の「直列結合」と図７の「並列結合」
との差異を薄膜構造的にみれば、ＳｉＯ2 膜８上に形成
された第１層( 酸化物が負特性をもつＴｉ等の金属層が
蒸着された層) に接する層は、「並列結合」の方が、第
２層( ＢａＴｉＯ3 等の正の抵抗温度係数をもつ半導体
セラミックス薄膜２) のみならず、Ａｌ電極配線１にも
接している処にあることが、図７の断面からわかる。。

【００３３】次に、第１層にＴｉを、第２層にＢａＴｉ
Ｏ3 を用いた複合サーミスタの詳細な製造方法を述べ
る。まず基板との絶縁層としてＳｉＯ2 層を４インチＳ
ｉウエハ上に熱酸化によって５００nmほど成膜する。

【００３４】次に、第１層のＴｉ薄膜を基板温度２５０
℃で４００nmほどスパッタ装置で蒸着して成膜する。第
２層は、いわゆる「ゾルゲル法」を用いて成膜する。ま
ず、Ｔｉ，Ｂａの比が１：１の６％アルコキシド溶液を
１０cc、５００rpm ５秒、３０００rpm ３０秒の条件で
スピンコートし、１５０℃で１時間ほどの乾燥後、４０
０℃で１０分間、大気中または酸素雰囲気中で仮焼成
し、アモルファス状の酸化膜にする。

【００３５】このスピンコートから仮焼成までの１回の
処理により５０nmのアモルファス状の酸化膜が成膜でき
る。続けて１０回の重ね塗りを行うことより、厚さ６０
０nmのアモルファス状のＢａＴｉＯ3 酸化膜が成膜され
る。

【００３６】また、最後に７００℃で１時間、大気中で
熱処理することにより、アモルファス状ＢａＴｉＯ3 の
酸化と結晶化が進みペロブスカイトＢａＴｉＯ3 多結晶
層となる。

【００３７】この時、第１層のＴｉ層も同時に酸化され
て、負の抵抗温度係数を有するＴｉＯ2-x 膜となる。こ
のＴｉ層はＢａＴｉＯ3 層を介して酸化されるため、酸
化は第２層側から徐々に進み完全なＴｉＯ2 にならずに
「Ｏ欠陥」を多くもつＴｉＯ2-x となり、導電性があり
負の抵抗温度係数を有すサーミスタ薄膜となる。

【００３８】ここで、熱処理時間については、図８およ
び図９の各グラフを参照して説明する。図８のグラフに
は、Ｔｉが最終的にＴｉＯ2 に組成変化( 酸化) する場
合の組成と熱処理時間との関係が示され、図９のグラフ
には熱処理時間とＢａＴｉＯ3 層の結晶化率が示されて
いる。

【００３９】図９が示すように、ＢａＴｉＯ3 層の結晶
化は３０分以上で完了し、図８が示すように、ＴｉはＴ
ｉＯを経てＴｉＯ2 に酸化して変化するのに約１. ５時
間を要するので１〜１. ５時間熱処理するのが望まし
い。

【００４０】最後に、レジストでマスクし、ＨＣｌ，Ｈ
ＮＯ3 またはイオンミーリングでエッチング処理して電
気的に直列または並列結合とになるようにパターニング
する。そして、パッシベーション膜としてＳｉＯ2 を成
膜し、コンタクトホールを開口した後に、Ａｌ電極配線
を行う。

【００４１】（作用効果２）上記実施例でも述べたよう
に、本発明の薄膜型サーミスタ素子は、正特性をもつＢ
ａＴｉＯ3 薄膜と負特性をもつＴｉＯ2-x 薄膜の２つの
層が同時に酸化形成される。

【００４２】図１０に第２層表面から深さ方向の元素分
析を行った結果を示す。第１層と第２層におけるＴｉ，
Ｂａ，ＳｒおよびＯの各組成元素ごとの混有率(%) の変
化に注目すると、２層の接合部分近傍の組成がそれぞれ
の傾きをもつ、いわゆる「濃度傾斜」をもって徐々に変
化することがわかる。

【００４３】つまり、Ｔｉは、深さ方向４００nmまでは
ＢａＴｉＯ3 薄膜層中で約２０% の濃度を保っている
が、２層の接合部分近傍からＴｉＯ2-x 薄膜にかけてそ
の濃度を約３８% まで増加させるような上昇傾斜のグラ
フを示す。またＢａは、上記のＴｉと同じく、エッチン
グ開始から深さ方向４００nmまではＢａＴｉＯ3 薄膜層
中での濃度の変化はほとんど認められず、濃度はほぼ一
定の約１８% を保っているが、２層の接合部分近傍から
ＴｉＯ2-x 薄膜にかけてその濃度を約２% までほぼ直線
的に減少させるような下降傾斜のグラフを示す。その
他、Ｓｒもやはり、２層の接合部分近傍からＴｉＯ2-x
薄膜にかけて、その濃度が序々に０% になる傾向で減少
する下降傾斜のグラフを示している。一方、Ｏの濃度は
処理の時間経過にかかわらず、多少の増減はあるがほぼ
一定の濃度６０% を維持していることがこの図１０のグ
ラフからわかる。

【００４４】以上により、機械的にも電気的にも良好に
結合することが可能となり、従来の銀電極等の接合電極
が不要となった。そして、これら２つの層はそれぞれ厚
さの極めて薄い薄膜構造で形成されているために、互い
に接合しても非常に薄く、小型でしかも薄い、いわゆる
「軽薄短小」にかなった複合薄膜型サーミスタ素子を製
造し提供することができる。

【００４５】なお、並列結合または直列結合した素子の
電気的な特性については、図４および図５に示す如く、
負特性と正特性を電気的に結合した複数( 例では２つ)
の抵抗温度係数をもつような抵抗変化を示すので、異な
る温度領域においても良好な性能が得られる。

【００４６】（その他の実施例）本発明の前述の実施例
では、正特性を有するＢａＴｉＯ3 薄膜と、負特性を有
するＴｉＯ2-x 薄膜の２層が同時に酸化形成され接合さ
れた複合薄膜型サーミスタ素子について例示したが、次
の例も考えられる。

【００４７】例えば、図１１には、ＢａＴｉＯ3 なる組
成による（ＢａＴｉＯ3 層における）抵抗の立ち上がり
温度、即ち、「キュリー温度」がグラフで示されてい
る。図１２には、前述の実施例のようなＢａＴｉＯ3 に
代わりに、添加材元素Ｓｒを含むＢａ(1-y) Ｓｒy Ｔｉ
Ｏ3 なる組成による当該層における抵抗の立ち上がり温
度( キュリー温度) がグラフで示されている。

【００４８】また、図１３には、同じくＢａＴｉＯ3 に
代わりに、添加材元素Ｐｂを含むＢａ(1-x) Ｐｂx Ｔｉ
Ｏ3 なる組成による当該層における抵抗の立ち上がり温
度(キュリー温度) がグラフで示されている。

【００４９】詳しくは、スピンコートするアルコキシド
溶液の組成を変えることにより、ＢａＴｉＯ3 をＳｒま
たはＰｂ等の添加材を含むＢａ(1-x) Ｐｂx ＴｉＯ3 や
Ｂａ(1-y) Ｓｒy ＴｉＯ3 なる組成にすることによっ
て、これら図１１〜図１３に示すように、ＢａＴｉＯ3
層またはその該当する層（第２層）における抵抗の立上
がり温度( キュリー温度) を任意に設定することができ
る。

【００５０】（変形実施例）以上に説明した実施例の他
にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施
が可能である。

【００５１】例えば、構成する材料については、次のよ
うな変形実施も可能である （変形例１） Ｔｉ薄膜( 負特性サーミスタ薄膜) は、
Ｃｒ，ＶまたはＹ等の、酸化物が負の抵抗温度係数を有
する金属で構成されていてもよい。

【００５２】（変形例２） 図２，図３に例示された上
部電極１は、Ａｌ電極配線に代わる材料として、Ｎｉ，
ＡｇまたはＡｕ等を採用してもよい。また構造において
は、次の変形実施が可能である。

【００５３】（変形例３） 基板中のＳｉや第２層中の
Ｂａ，ＳｒまたはＰｂが拡散しないように、第１層の負
特性サーミスタ薄膜と基板との間にスパッタ蒸着した厚
さ約２００nmのＴｉＮから成るバリア層および、厚さ約
２００nmのＴｉから成る密着層を設けた構造に、この複
合サーミスタ素子を構成してもよい。

【００５４】（変形例４） 正・負特性を有す２つの薄
膜サーミスタの積層順の上下を逆に形成しようとする構
造にしてもよい。ただし、この場合には、前記の実施例
の説明で例示した製造方法では実際的に、その製造が困
難であると考えられるので、それに合致する他の製造方
法を適用して作製する必要はあろう。

【００５５】

【発明の効果】以上のような本発明の薄膜型サーミスタ
素子を実施することによって、次のような効果を奏す
る。本発明の薄膜型サーミスタ素子は、半導体微細加工
法を用いて、「ミクロンオーダ」に超小型化することが
でき、その素子の熱容量の微少化により高速応答性が実
現する。

【００５６】また、Ｓｉチップ上での半導体回路との一
体化が可能で、高機能センサや過昇温による自己保護機
能を有するインテリジェントＩＣにも応用が可能であ
る。更に、従来の銀電極等の接合電極が不要となる。以
上、主要な２層は互いに接合しても非常に薄い薄膜構造
である故に、いわゆる「軽薄短小」にかなう複合薄膜型
サーミスタ素子として提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係わるサーミスタの基
となる複数の薄膜から成る積層構造を示す断面図。

【図２】 本発明の第１実施例に係わるサーミスタの積
層構造を表す断面と接続された電極を示す断面図。

【図３】 本発明の第１実施例に係わるサーミスタの積
層構造を表す断面と接続された電極を示す断面図。

【図４】 直列結合したサーミスタ素子の電気的負特性
および正特性と、それらを結合した複合薄膜サーミスタ
の抵抗変化をしめすグラフ。

【図５】 同じく、並列結合したサーミスタ素子の電気
的正特性および負特性と、それらを結合して成る複合薄
膜型サーミスタの抵抗変化をしめすグラフ。

【図６】 本発明の第２実施例に係わるサーミスタに関
し、正特性、負特性を有する正負の薄膜サーミスタを電
気的に「直列結合」した複合薄膜サーミスタの断面を含
む斜視図。

【図７】 同じく、本発明の第２実施例に係わるサーミ
スタに関し、正特性、負特性を有する正負の薄膜サーミ
スタを電気的に「並列結合」した複合薄膜サーミスタの
断面を含む斜視図。

【図８】 ＴｉがＴｉＯ2 に組成変化( 酸化) する場合
の熱処理時間との関係を示すグラフ。

【図９】 熱処理時間と、ＢａＴｉＯ3 層の結晶化率を
示すグラフ。

【図１０】 正特性のＢａＴｉＯ3 薄膜と負特性のＴｉ
Ｏ2-x 薄膜の２層が同時に酸化形成された薄膜サーミス
タの層の接合部分の組成の変化を示すグラフ。エッチン
グ処理時間と組成の混有率の変化を示すグラフ。

【図１１】 ＢａＴｉＯ3 なる組成によるＢａＴｉＯ3
層における抵抗の立ち上がり温度( キュリー温度) を示
すグラフ。

【図１２】 ＢａＴｉＯ3 に代わり、添加材Ｓｒを含む
Ｂａ(1-y) Ｓｒy ＴｉＯ3 なる組成による当該層におけ
る抵抗の立上がり温度( キュリー温度) を示すグラフ。

【図１３】 ＢａＴｉＯ3 に代わり、添加材Ｐｂを含む
Ｂａ(1-x) Ｐｂx ＴｉＯ3 なる組成による当該層におけ
る抵抗の立上がり温度( キュリー温度) を示すグラフ。

【符号の説明】

１…上部電極、２…正特性サーミスタ薄膜( 第２層：Ｂ
ａＴｉＯ3 等) 、３…負特性サーミスタ薄膜( 第１層：
ＴｉＯ2 等) 、４…バリア層( ＴｉＮ等)、５…密着層
( Ｔｉ等) 、６…Ｓｉウエハ( 基板) 、７…リード線、
８…ＳｉＯ2 膜。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負の抵抗温度係数をもつ第１サーミスタ
   薄膜と、正の抵抗温度係数を有する第２サーミスタ薄膜
   とが複数、直列または並列に結合することにより一体形
   成薄膜を成す積層構造に構成され、少なくとも２つ以上
   の抵抗温度係数を有することを特徴とする薄膜型サーミ
   スタ素子。
2. 【請求項２】 負の抵抗温度係数をもつ前記第１サーミ
   スタ薄膜が金属酸化物によって構成され、かつ正の抵抗
   温度係数をもつ前記第２サーミスタ薄膜が半導体セラミ
   ックスによって構成されていることを特徴とする、請求
   項１に記載の薄膜型サーミスタ素子。
3. 【請求項３】 負の抵抗温度係数をもつ金属酸化物薄膜
   と、正の抵抗温度係数をもつ半導体セラミックスの薄膜
   とは、 前記金属酸化物薄膜上に半導体セラミックスを酸化熱処
   理によって形成され、構成する元素の濃度比が所定の濃
   度変化をもつように接合されていることを特徴とする、
   請求項２に記載の薄膜型サーミスタ素子。
4. 【請求項４】 前記半導体セラミックス薄膜は、 ＢａＴｉＯ3 薄膜( 即ち、正特性サーミスタ薄膜) また
   は、所定の添加元素を加えたＢａＴｉＯ3 薄膜で構成さ
   れ、金属酸化物薄膜がＴｉＯx 薄膜( 即ち、負特性サー
   ミスタ薄膜) で構成されることを特徴とする、請求項３
   に記載の薄膜型サーミスタ素子。
5. 【請求項５】 前記ＢａＴｉＯ3 薄膜は、 金属アルコキシドゲルを熱酸化処理したＢａＴｉＯ3 薄
   膜であることを特徴とする、請求項４に記載の薄膜型サ
   ーミスタ素子。
6. 【請求項６】 前記第１および第２サーミスタ素子は、 Ｓｉウエハ基板上に形成されることを特徴とする、請求
   項１に記載の薄膜型サーミスタ素子。
7. 【請求項７】 前記サーミスタ薄膜を構成している元素
   とＳｉとの相互拡散を防止するため、前記サーミスタ素
   子と前記Ｓｉウエハとの間にバリア層を配設することを
   特徴とする、請求項６に記載の薄膜型サーミスタ素子。
8. 【請求項８】 スピンコートするアルコキシド溶液の組
   成を変えることにより、前記ＢａＴｉＯ3 薄膜の代わり
   に、添加元素ＳｒまたはＰｂを含むＢａ(1-x) Ｐｂx Ｔ
   ｉＯ3 またはＢａ(1-y) Ｓｒy ＴｉＯ3 なる組成の薄膜
   であることを特徴とする、請求項４に記載の薄膜型サー
   ミスタ素子。
9. 【請求項９】 前記の負特性のサーミスタ薄膜であるＴ
   ｉ系薄膜は、 Ｃｒ，ＶまたはＹの酸化物が負の抵抗温度係数を有する
   金属で構成されていることを特徴とする、請求項４に記
   載の薄膜型サーミスタ素子。
10. 【請求項１０】 直列結合または並列結合された前記の
    複数の薄膜からの配線の電極は、Ａｌ，Ｎｉ，Ａｇまた
    はＡｕであることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜
    型サーミスタ素子。
11. 【請求項１１】 前記第１サーミスタ薄膜と前記基板と
    の間にスパッタ蒸着して成る、前記基板中のＳｉや前記
    第２サーミスタ薄膜中のＢａ，ＳｒまたはＰｂが拡散を
    防止する所定の厚さのＴｉＮバリア層およびＴｉ密着層
    を配設した構造に構成されることを特徴とする、請求項
    ６に記載の薄膜型サーミスタ素子。
12. 【請求項１２】 温度センサ、赤外線センサ、過電流防
    止素子または温度調節素子として機能することを特徴と
    する、請求項６に記載の薄膜型サーミスタ素子。
13. 【請求項１３】 負の抵抗温度係数を有する第１層のサ
    ーミスタ薄膜が、正の抵抗温度係数を有する第２層のサ
    ーミスタ薄膜の上に積層されて形成し、少なくとも２つ
    以上の抵抗温度係数をもつことを特徴とする薄膜型サー
    ミスタ素子。
14. 【請求項１４】 Ｓｉウエハからなる基板の上にＴｉか
    らなる密着層を形成する工程と、 前記密着層の上にＴｉＮからなるバリア層を形成する工
    程と、 前記バリア層の上に第１層として負の抵抗温度係数( 負
    特性) を有すＴｉＯ2の金属薄膜を形成する工程と、 前記第１層上に第２層として正の抵抗温度係数( 正特
    性) を有すＢａＴｉＯ3の半導体セラミックス薄膜を形
    成する工程と、から構成される薄膜型サーミスタ素子の
    製造方法。