JPS61116631A - 薄膜サ−ミスタおよびその製造法 - 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〕 本発明は、薄膜サーミスタおよびその＠漬法に関する。

更に詳しくは、小型で応答速度の早い薄膜サーミスタお
よびその製造法に関する。

〔従来の技術〕

電気抵抗の変化を利用する温度センサーには、白金、熱
電対、サーミスタなどがあるが、中でもサーミスタは半
導体を感温材料としているため、大きな出力感度が得ら
れるばかりではなく、応答速度も白金や熱電対と比較し
て桁違いに早いので、近年家電製品や自動車などの温Ｗ
制御に次第に用いられるようになってきている。しかし
ながら、従来のサーミスタは、感温材がバルク片（数１
角のチップ状に切断したもの）であるため、応答性がよ
いとはいえ、熱時定数にして０，５秒弱が限界である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、サーミスタの応答性を更に高めるために、感温
材の薄膜化の検討が進められているが、この場合には感
温材薄膜をセラミックやシリコンなどの基板上に形成さ
せなければならず、用いられる基板の熱伝導性や熱容量
の関係で、応答性をある程度以上に高めるには限界がみ
られる。

本発明者は、感温部の熱容量を小さくすることにより、
応答速度を早くした薄膜サーミスタを求めて種々検討の
結果、下記の如き構造を有するものがかかる課題を解決
させるものであることを見出した。

〔問題点を解決するための手段〕

従って、本発明は薄膜サーミスタに係り、この薄膜サー
ミスタは、半導体単結晶基板に被測温流体接触用の孔部
を穿設し、該穿孔基板上に、電極取出窓部分を除いて耐
食性被膜によって表裏両面が覆われた感温半導体薄膜を
その薄膜感温部が前記孔部上に位置するように１ｉＩ＃
してなる。

本発明はまた、かかる薄膜サーミスタの製造法に係り、
薄膜サーミスタの製造は、（Ｎ半導体単結晶基板上に耐
食性被膜、感湿半導体薄膜および耐食性被膜を順次形成
させる工程および（Ｂ）半導体結晶基板に被測温流体接
触用の孔部を穿設する工程を任意の順序で実施すること
により行われる。

図面の第１図は、本発ＢＡＫ係る薄膜サーミスタの一態
様の平面図であり、第２図はそのｆｆ−ｆｆ線断面図で
ある。

シリコン単結晶基板によって代表される半導体単結晶基
板１には、彼？Ｍ温流体接触用の孔部２が穿設されてお
り、このような穿孔基板上圧、電極取出窓部分３，３′
を除いて耐食性被膜４および５によって装裏両面が覆わ
れた感温半導体薄膜６が、その薄膜感温部７が前記孔部
上に位置するように積層されている。

このようなＭＭササ−スタは、次のような工程に従って
製造される。まず、ｆ！導体単結晶基板（１）の全面に
、公知の化学的蒸着法または熱酸化法などを用いて耐食
性被膜、例えば窒化けい素被膜または二酸化けい素被膜
（５）を約１〜２μｍの厚さに形成させる。次いで、こ
の窒化けい素被灰の表面側上に、公知のスパッタリング
法などを用いて感温半導体薄膜を約１〜２μｍの厚さで
形成させ、る。

感温半導体薄膜材料としては、適用温友域との関係で、
例えば次の表に示されるようなものが用いられる。

窒化けい素被膜（６）の表面側上に一様に形成された感
温半導体薄膜は、符号６によって指示される形状に、公
知のフォトエツチング法により、例えば薄膜感温部（７
）がジグザグ模様忙なるようにパターニングされる。次
に、このバターニングされた感温半導体薄膜（６）の面
を、電極取出窓（３，３’）となる部分を覆いながら、
前記と同様に化学的蒸着法などによって窒化けい素被膜
（４）などの耐食性被膜などで被覆する。

以上のようにして（Ａ）工程が実施されたら、次に（Ｂ
）工程の基板の穿孔（２）が行われる。穿孔は、基板（
１）の全面が窒化けい素被膜（５）によって被覆されて
いるので、まず裏面側の被膜部分を公知のフォトエツチ
ング法により、例えはプラズマエツチング”ｅ　タｎ　
ＢＨＦ　液（フッ酸１：フッ化アンモニウム７混合溶液
）をエツチング液に用いる方法で、常温でエツチング除
去する。次いで、この基板部分を、耐食性被膜がＳｉ、
Ｎ４の場合には４４％水酸化カリウム水溶液を用いて８
０℃で、また耐食性被膜がＳｉ、Ｎ、か５１０２の場合
には、例えばエチレンジアミンＬ７＋ｎｔ、ピロカテフ
ール３ｇおよび水８Ｍｔの組成割合のエツチング液を用
いて９０〜１００℃で、それぞれ浸漬することにより、
シリコン単結晶基板の厚さ分だけ異方性エツチングを行
ない、そこに孔部（２）を形成させる。

（Ａ）工程と（Ｂ）工程とは、その順序を変えて実施し
てもよ＜　、（Ｂ）工程が先に実施される場合には貫通
孔を有する半導体単結晶基板上に（Ａ）工程が実施され
る。

〔作用〕

このように構成される本発明の薄膜サーミスタは、半導
体単結晶基板の孔部（２）の上の部分に薄膜感温部（７
）が形成されているため、この薄膜感温部はその表裏両
面共被測温流体に触れることが可能である。

このため、恒温水槽や恒温油槽などに用いられている水
や油などの液体または精密電気恒温炉、昇温ならびに降
温速度の厳密な制御を必要とする熱サイクル試験用電気
オーブンなどに用いられている空気、雰囲気ガスなどの
気体を、被測温流体とすることができる。

実際の使用に際しては、このサーミスタをホイーストン
　ブリッジ回路に組込んで、微小温度変化による抵抗変
化を高感度で電気的に検出することができる。

〔発明の効果〕

本発明に係る薄膜サーミスタは、次のような効果を奏す
る。

（１）感温部が薄膜である上、これが基板と触れていな
いため熱容ｌがきわめて小さく、従って応答速度が早い
。

（２）感温部のパターニングおよび異方性エツチングに
フォトエツチングの手法が用いられているため、高精度
で小型のサーミスタの製作が可能である。

（１）薄膜感温部の保持にシリコン単結晶などの基板が
用いられているため、感温部と同一基板上に増幅回路や
他のセンサーを形成させて、サーミスタの多機能化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る薄膜サーミスタの一態様の平面
図であり、第２図はその■−…線断面図である。 （符号の説明） １・・・・・・半導体単結晶基板 ２・・・・・・基板孔部 ３・・・・・・電極取出窓部分 ４．５・・・耐食性被膜 ６・・・・・・感温半導体薄膜 ７・・・・・・薄膜感温部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 　１．半導体単結晶基板に被測温流体接触用の孔部を穿
   設し、該穿孔基板上に、電極取出窓部分を除いて耐食性
   被膜によつて表裏両面が覆われた感温半導体薄膜をその
   薄膜感温部が前記孔部上に位置するように積層してなる
   薄膜サーミスタ。
2. 　２．半導体単結晶基板がシリコン単結晶板である特許
   請求の範囲第１項記載の薄膜サーミスタ。
3. 　３．耐食性被膜が窒化けい素被膜である特許請求の範
   囲第１項記載の薄膜サーミスタ。
4. 　４．（Ａ）半導体単結晶基板上に耐食性被膜、感温半
   導体薄膜および耐食性被膜を順次形成させる工程および
   （Ｂ）半導体結晶基板に被測温流体接触用の孔部を穿設
   する工程を任意の順序で実施することを特徴とする薄膜
   サーミスタの製造法。
5. 　５．半導体単結晶基板がシリコン単結晶板である特許
   請求の範囲第４項記載の薄膜サーミスタの製造法。
6. 　６．耐食性被膜が窒化けい素被膜である特許請求の範
   囲第４項記載の薄膜サーミスタの製造法。
7. 　７．耐食性被膜の形成が化学的蒸着法によつて行われ
   る特許請求の範囲第４項または第６項記載の薄膜サーミ
   スタの製造法。
8. 　８．感温半導体薄膜の形成がスパツタリングによる被
   覆法およびフオトエツチングによるパターニング法によ
   つて行われる特許請求の範囲第４項記載の薄膜サーミス
   タの製造法。
9. 　９．孔部の穿設が異方性エツチング法によつて行われ
   る特許請求の範囲第４項記載の薄膜サーミスタの製造法
   。