JPH0258801A - 白金測温抵抗体及びその製造方法 - Google Patents
白金測温抵抗体及びその製造方法Info
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- JPH0258801A JPH0258801A JP63210306A JP21030688A JPH0258801A JP H0258801 A JPH0258801 A JP H0258801A JP 63210306 A JP63210306 A JP 63210306A JP 21030688 A JP21030688 A JP 21030688A JP H0258801 A JPH0258801 A JP H0258801A
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- Japan
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- film
- substrate
- resistance
- platinum film
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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。
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
本発明は温度センサとして用いられる白金を主成分とす
る測温抵抗体及びその製造方法に関するものである。
る測温抵抗体及びその製造方法に関するものである。
従来の技術
白金は化学的に安定で高純度のものが得られ易く、しか
も電気抵抗の温度依存性（抵抗温度係数＝ＴＣＲ）が大
きいという理由で、温度センサ材料と・して古くから用
いられている。極細の白金線をマイカ等の絶縁体に螺旋
状に巻き付けた状態で保護管に挿入した形のものは、広
く測温抵抗体として実用され、ＪＩＳＣ−１６０４に詳
細に規格が決められている。この種の白金抵抗体は、高
精度である反面、 ■ 機械的強度が弱い。
も電気抵抗の温度依存性（抵抗温度係数＝ＴＣＲ）が大
きいという理由で、温度センサ材料と・して古くから用
いられている。極細の白金線をマイカ等の絶縁体に螺旋
状に巻き付けた状態で保護管に挿入した形のものは、広
く測温抵抗体として実用され、ＪＩＳＣ−１６０４に詳
細に規格が決められている。この種の白金抵抗体は、高
精度である反面、 ■ 機械的強度が弱い。
■ 構造上、製造に手間がかかる。
■ 形状が大きい。
■ 高価である。
等多くの欠点を有していた。
これらの欠点を無くしたものが、厚膜もしくは薄膜の白
金を用いた測温抵抗体で、近年盛んに開発され、一部市
販されている。しかし、厚膜白金測温抵抗体は、スクリ
ーン印刷技術によるため、１００μｍ以下の微細パター
ンが困難で製造上のばらつきが大きく、その材料成分の
関係上、高いＴＣＲ特性が得られにくい等の欠点を有し
ている。
金を用いた測温抵抗体で、近年盛んに開発され、一部市
販されている。しかし、厚膜白金測温抵抗体は、スクリ
ーン印刷技術によるため、１００μｍ以下の微細パター
ンが困難で製造上のばらつきが大きく、その材料成分の
関係上、高いＴＣＲ特性が得られにくい等の欠点を有し
ている。
一方、薄膜白金測温抵抗体は、
■ 組成が１００優）金属であり、高いＴＣＲ特性が得
られる。
られる。
■ パターンの微細化が容易なため、小型化を計ること
が出来、又高抵抗化による高感度化を達成することが出
来る。
が出来、又高抵抗化による高感度化を達成することが出
来る。
■ 機械的強度が強い。
■ ウェハー処理によってバラツキを小さくすることが
出来、量産に適し、低価格化が可能である。
出来、量産に適し、低価格化が可能である。
等の利点を有する。
薄膜白金による測温抵抗体の製造方法としては、まず、
真空蒸着法、スパッタリング法等により絶縁基板上に数
千（ム＝オングストローム）厚の白金薄膜を生成し、湿
式エツチング法、乾式エツチング法などでこの白金薄膜
を微細パターン化し、大気中で８００〜１４００℃の高
温熱処理を施すのが一般的である。その後、トリミング
による抵抗値調整、チップ化、リード線取り付けを行っ
て測温抵抗体とする。
真空蒸着法、スパッタリング法等により絶縁基板上に数
千（ム＝オングストローム）厚の白金薄膜を生成し、湿
式エツチング法、乾式エツチング法などでこの白金薄膜
を微細パターン化し、大気中で８００〜１４００℃の高
温熱処理を施すのが一般的である。その後、トリミング
による抵抗値調整、チップ化、リード線取り付けを行っ
て測温抵抗体とする。
しかし、このような方法で作成した白金薄膜の温度係数
は、熱処理条件によって大きく変化し、バルク材と同等
の抵抗温度係数にするには高温での熱処理が必要であっ
た。その理由としては以下のようなことが考えられる。
は、熱処理条件によって大きく変化し、バルク材と同等
の抵抗温度係数にするには高温での熱処理が必要であっ
た。その理由としては以下のようなことが考えられる。
即ち、このような薄膜の材料としての特徴の中で、物性
に大きく影響するものに、サイズ効果と構造欠陥がある
。サイズ効果とは、薄膜の中の電子の非弾性散乱により
、実効的に電子の平均自由工程が減少したことに起因す
るいわゆる電子の輸送現象に現れる影響である。
に大きく影響するものに、サイズ効果と構造欠陥がある
。サイズ効果とは、薄膜の中の電子の非弾性散乱により
、実効的に電子の平均自由工程が減少したことに起因す
るいわゆる電子の輸送現象に現れる影響である。
特に膜厚が電子の平均自由行程と同程度かそれ以下であ
る時には影響が顕著になる。
る時には影響が顕著になる。
また、薄膜の生成課程は、多かれ少なかれ薄膜物質とは
無関係な気体分子やイオンが存在している空間中で、気
層から固層への急激な凝集を伴うことが多いため、薄膜
中には空乱、格子間原子、各種の転位、格子欠陥、結晶
粒界など結晶に固有のあらゆる構造欠陥が導入されると
共に、異種原子や異種分子が不純物として混入し、電子
の散乱原因となる。これらの影響のために、薄膜の比抵
抗はバルクに比べて大きくなる等の特徴が現れ、従って
白金薄膜の抵抗温度係数は、バルクに比べて低くなり、
測温抵抗体としての感度が低下する原因となっている。
無関係な気体分子やイオンが存在している空間中で、気
層から固層への急激な凝集を伴うことが多いため、薄膜
中には空乱、格子間原子、各種の転位、格子欠陥、結晶
粒界など結晶に固有のあらゆる構造欠陥が導入されると
共に、異種原子や異種分子が不純物として混入し、電子
の散乱原因となる。これらの影響のために、薄膜の比抵
抗はバルクに比べて大きくなる等の特徴が現れ、従って
白金薄膜の抵抗温度係数は、バルクに比べて低くなり、
測温抵抗体としての感度が低下する原因となっている。
これを改善するため、白金測温抵抗体の製造工程では前
述のように熱処理を施すが、生成した白金の膜厚が１μ
ｍ以下の場合には熱処理温度が１１ｏｏ′Ｃを越すと熱
処理中に白金膜が凝集して島状の不均一な膜になる等、
測温抵抗体としての特性が得られなかった。
述のように熱処理を施すが、生成した白金の膜厚が１μ
ｍ以下の場合には熱処理温度が１１ｏｏ′Ｃを越すと熱
処理中に白金膜が凝集して島状の不均一な膜になる等、
測温抵抗体としての特性が得られなかった。
このため高い抵抗温度係数を安定して得るためには白金
の膜厚を１μｍ以上にしなければならず、材料単価の高
い白金を厚く生成することは工業的に満足できるもので
はなかった。
の膜厚を１μｍ以上にしなければならず、材料単価の高
い白金を厚く生成することは工業的に満足できるもので
はなかった。
発明が解決しようとする課題
本発明は上記した従来技術の欠点を解消し、薄い白金膜
で高い抵抗温度係数を有する白金測温抵抗体を提供する
ことを目的とする。
で高い抵抗温度係数を有する白金測温抵抗体を提供する
ことを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明者は白金膜を生成する支持基板の種類。
構造を種々検討した結果、基板の表面に２１０２層を形
成することにより、その表面に生成した白金膜は他の基
板材料の場合に比べ薄い膜厚で高い抵抗温度係数が得ら
れることを見い出したものである。
成することにより、その表面に生成した白金膜は他の基
板材料の場合に比べ薄い膜厚で高い抵抗温度係数が得ら
れることを見い出したものである。
作用
表−１は本発明よシ成る、Ａｌ２Ｏ，基板上に形成しだ
ＺｒＯ２層の上に生成した白金膜と、Ａβ２０５基板上
に直接生成した白金膜の熱処理後の結晶性をＸ線回折法
により比較した結果を示したものである。
ＺｒＯ２層の上に生成した白金膜と、Ａβ２０５基板上
に直接生成した白金膜の熱処理後の結晶性をＸ線回折法
により比較した結果を示したものである。
表−１に示すように本発明よりなる基板上に生成した白
金膜は（１１１）面のピーク強度が強く、半値幅も小さ
くなっておシ、共に配向性が高いことが解る。このよう
に本発明によれば基板材料の影響により、熱処理の際白
金膜の結晶性が高まる結果、ＴＣＲ特性が改善されるも
のである。
金膜は（１１１）面のピーク強度が強く、半値幅も小さ
くなっておシ、共に配向性が高いことが解る。このよう
に本発明によれば基板材料の影響により、熱処理の際白
金膜の結晶性が高まる結果、ＴＣＲ特性が改善されるも
のである。
（以下余白）
表 −１
Ｘ線回折法による白金薄膜の解析結果（熱処理後）実施
例 以下図面と共に本発明を具体的に説明する。
例 以下図面と共に本発明を具体的に説明する。
（実施例−１）
第１図は本発明の第１の実施例を示す白金測温抵抗体の
断面図で、第２図ｅ）〜（０）は第１図の測温抵抗体の
製造段階における断面図である。
断面図で、第２図ｅ）〜（０）は第１図の測温抵抗体の
製造段階における断面図である。
２６０℃に加熱したム７１！２０．基板１１の表面に反
応性イオンブレーティング法により圧力が３×１０５（
Ｔｏｒｒ）、分圧比が１：１の酸素：アルゴン混合雰囲
気中で電子ビーム加熱法によりＴｉを蒸発させ、約１μ
ｍのＺｒＯ２膜１２全１２した後（第２図＆）、その表
面に真空蒸着法、スパッタリングにより、０．４〜１．
６μｍの白金膜１３を生成する（第２図ｂ）。
応性イオンブレーティング法により圧力が３×１０５（
Ｔｏｒｒ）、分圧比が１：１の酸素：アルゴン混合雰囲
気中で電子ビーム加熱法によりＴｉを蒸発させ、約１μ
ｍのＺｒＯ２膜１２全１２した後（第２図＆）、その表
面に真空蒸着法、スパッタリングにより、０．４〜１．
６μｍの白金膜１３を生成する（第２図ｂ）。
白金膜１３を所望形状にパターニングした後（第２図Ｃ
）、９００〜９５０’Ｃで熱処理を行い、トリミングに
よる抵抗値調整後、個片に分割し、リード線１４を接続
する。
）、９００〜９５０’Ｃで熱処理を行い、トリミングに
よる抵抗値調整後、個片に分割し、リード線１４を接続
する。
（実施例−２）
第３図は本発明の第２の実施例を示す白金測温抵抗体の
断面図である。
断面図である。
実施例−１と同様、２５０’Ｃに加熱したム１２０３基
板１１０表面に反応性イオンブレーティング法により圧
力が３Ｘ１０ （Ｔｏｒｒ）、分圧比が１＝１の酸素
：アルゴン混合雰囲気中で電子ビーム加熱法によｐＴｉ
を蒸発させ、約１μｍのＺｒＯ２膜１２全１２した後、
その表面に真空蒸着法、スパッタリング法により、０．
４〜１．６μｍの白金膜１３を生成した後、白金膜１３
をＺｒＯ２層１２と共に所望形状にパターニングし、９
００〜９５０℃で熱処理を行い、トリミングによる抵抗
値調整後、個片に分割し、リード線１４を接続する。
板１１０表面に反応性イオンブレーティング法により圧
力が３Ｘ１０ （Ｔｏｒｒ）、分圧比が１＝１の酸素
：アルゴン混合雰囲気中で電子ビーム加熱法によｐＴｉ
を蒸発させ、約１μｍのＺｒＯ２膜１２全１２した後、
その表面に真空蒸着法、スパッタリング法により、０．
４〜１．６μｍの白金膜１３を生成した後、白金膜１３
をＺｒＯ２層１２と共に所望形状にパターニングし、９
００〜９５０℃で熱処理を行い、トリミングによる抵抗
値調整後、個片に分割し、リード線１４を接続する。
（比較例）
第４図は本発明の比較例を示す白金測温抵抗体の断面図
である。
である。
実施例−１，２に用いたλ６２０５基板１１の表面に真
空蒸着法、スパッタリング法により０．４〜１．６μｍ
の白金膜１３を生成し、白金膜１３を所望形状にパター
ニングした後、９００〜９６０’Ｃで熱処理を行い、ト
リミングによる抵抗値調整後、個片に分割し、リード線
１４を接続する。
空蒸着法、スパッタリング法により０．４〜１．６μｍ
の白金膜１３を生成し、白金膜１３を所望形状にパター
ニングした後、９００〜９６０’Ｃで熱処理を行い、ト
リミングによる抵抗値調整後、個片に分割し、リード線
１４を接続する。
得られた白金測温抵抗体の両端よシミ流を流し、ｏ′Ｃ
〜１００’Ｃの温度間における抵抗値の変化を測定し、
抵抗温度係数（ＴＣＲ）を算出した結果、表−２に示す
ように本発明よシ成る白金測温抵抗体はＺｒＯ２層を用
いない比較例に比べ高い値を得ることが出来る。
〜１００’Ｃの温度間における抵抗値の変化を測定し、
抵抗温度係数（ＴＣＲ）を算出した結果、表−２に示す
ように本発明よシ成る白金測温抵抗体はＺｒＯ２層を用
いない比較例に比べ高い値を得ることが出来る。
（以下余白）
表 ２
本発明の基板材料とＴＣＲ特性の関係（白金膜厚０．４
μ）また、これらの実施例−１，２、比較例における白
金測温抵抗体について、白金の膜厚とＴＣＲとの関係を
調べると、第６図のようになシ、本発明によれば、薄い
白金膜でも高いＴＣＲを得ることが出来る。
μ）また、これらの実施例−１，２、比較例における白
金測温抵抗体について、白金の膜厚とＴＣＲとの関係を
調べると、第６図のようになシ、本発明によれば、薄い
白金膜でも高いＴＣＲを得ることが出来る。
発明の効果
以上のように本発明によれば、白金薄膜は、従来よりも
薄い膜で高い抵抗温度係数が安定して得られ、材料単価
の高い白金の使用量を低減することが可能となシ、高感
度の薄膜白金測温抵抗体を安価に提供し得るものである
。また、本発明による別の効果として基板の基体が自由
に選択できるため、基板の熱容量、比熱等の熱特性の制
御が可能となり、測温抵抗体に求められる第二の特性で
ある熱応答性の向上が容易に出来、安価で高性能な測温
抵抗体を提供することが可能となる。
薄い膜で高い抵抗温度係数が安定して得られ、材料単価
の高い白金の使用量を低減することが可能となシ、高感
度の薄膜白金測温抵抗体を安価に提供し得るものである
。また、本発明による別の効果として基板の基体が自由
に選択できるため、基板の熱容量、比熱等の熱特性の制
御が可能となり、測温抵抗体に求められる第二の特性で
ある熱応答性の向上が容易に出来、安価で高性能な測温
抵抗体を提供することが可能となる。
なお、本発明の効果を絶縁性基体（人β２０３）上に２
１０２層を形成した基板の例で説明したが、基体が半導
体（例えばＳｉ等）、導体（例えば人β。
１０２層を形成した基板の例で説明したが、基体が半導
体（例えばＳｉ等）、導体（例えば人β。
Ｚｒ等）の場合でも同様の効果を得ることが出来る。ま
た、ＺｒＯ２層の形成方法、白金膜の生成方法について
も本発明の実施例に限定されるものではない。
た、ＺｒＯ２層の形成方法、白金膜の生成方法について
も本発明の実施例に限定されるものではない。
第１図は本発明の第１の実施例による白金測温抵抗体の
断面図、第２図は第１図の測温抵抗体の製造段階におけ
る断面図、第３図は本発明の第２の実施例による白金測
温抵抗体の断面図、第４図は比較例による白金測温抵抗
体の断面図、第５図は実施例、比較例よシなる白金測温
抵抗体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）と白金膜厚の関係を示
す特性図である。 １１・・・・・・人１２０５基板、１２・・・・・・Ｚ
ｒＯ２膜、１３・・・・白金膜、１４・・・・・・リー
ド線。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか１名図 図
断面図、第２図は第１図の測温抵抗体の製造段階におけ
る断面図、第３図は本発明の第２の実施例による白金測
温抵抗体の断面図、第４図は比較例による白金測温抵抗
体の断面図、第５図は実施例、比較例よシなる白金測温
抵抗体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）と白金膜厚の関係を示
す特性図である。 １１・・・・・・人１２０５基板、１２・・・・・・Ｚ
ｒＯ２膜、１３・・・・白金膜、１４・・・・・・リー
ド線。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか１名図 図
Claims (2)
- （１）基体の表面に異種の絶縁層を形成し、その絶縁層
上に白金膜を生成し、かつ前記絶縁層を酸化ジルコニウ
ム（ＺｒＯ＿２）で構成したことを特徴とする白金測温
抵抗体。 - （２）基体上に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ＿２）層、白
金膜を順次形成した後、白金膜とＺｒＯ＿２を同一形状
にパターニングしたことを特徴とする白金測温抵抗体の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63210306A JPH0258801A (ja) | 1988-08-24 | 1988-08-24 | 白金測温抵抗体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63210306A JPH0258801A (ja) | 1988-08-24 | 1988-08-24 | 白金測温抵抗体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0258801A true JPH0258801A (ja) | 1990-02-28 |
Family
ID=16587225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63210306A Pending JPH0258801A (ja) | 1988-08-24 | 1988-08-24 | 白金測温抵抗体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0258801A (ja) |
Cited By (2)
| 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 |
| US10211173B1 (en) | 2017-10-25 | 2019-02-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1988
- 1988-08-24 JP JP63210306A patent/JPH0258801A/ja active Pending
Cited By (3)
| 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 |
| US10211173B1 (en) | 2017-10-25 | 2019-02-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| DE102018210725B4 (de) | 2017-10-25 | 2023-07-06 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitervorrichtung und zugehöriges Herstellungsverfahren |
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