JPH0541303A - サーミスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きなＢ定数を有し、引出電極との間の接触
特性が良好なオーミック性を示し、しかも、製造段階で
の抵抗値のバラツキの少ないサーミスタを提供する。 【構成】 基板４表面に半導体薄膜１が設けられている
とともに、この半導体薄膜１に接触する引出電極２，３
を備え、前記半導体薄膜１が、基板温度を低く保って製
膜されてなるｐ型アモルファスシリコン薄膜であるサー
ミスタ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体薄膜を用いたサ
ーミスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】温度や温度変化を図るためにサーミスタ
が従来から良く使われている。従来のサーミスタとして
は、金属（例えばＰｔ）製の抵抗体や半導体薄膜製の抵
抗体など温度変化に伴い抵抗値の変わるものが用いられ
ている。これらのサーミスタでは、熱応答性を向上させ
るために小型化・薄膜化が進められている。Ｐｔやアモ
ルファスシリコン（以下、適宜「ａ−Ｓｉ」と言う）は
薄膜化適性のある材料である。

【０００３】特に後者のａ−Ｓｉ薄膜は、抵抗値範囲が
広く、信号処理回路と同一の基板上に形成可能であるこ
となどから非常に有用視される。ａ−Ｓｉの場合、ノン
ドープのｉ型、例えばボロン（Ｂ）ドープのｐ型、例え
ばリン（Ｐ）ドープのｎ型があり、室温での比抵抗が１
０² 〜１０¹⁰Ωｃｍ程度、Ｂ定数が２０００〜８０００
程度のものが得られている。

【０００４】なお、絶対温度Ｔと比抵抗の関係は、下記
の式（１）であらわされる。 Ｒ（Ｔ）＝Ｒ₀ ｅｘｐ（Ｂ／Ｔ）・・・（１） （但し：Ｔ₀ は基準温度、Ｒ₀ は基準温度Ｔ₀ での比抵
抗） 上の（１）式からＢ定数が大きいほど温度変化に対する
比抵抗変化が大きく、サーミスタとして適切であるとい
うことが分かる。また、ｉ型ａ−Ｓｉ、ｐ型ａ−Ｓｉ、
ｎ型ａ−Ｓｉのうちのｐ型ａ−Ｓｉが、他の２つに比べ
て引出電極との接触適性が良好であることで期待がもた
れている。

【０００５】例えば、ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）とシラン
（ＳｉＨ₄ ）を用いグロー放電分解法により形成したｐ
型ａ−Ｓｉがある。グロー放電分解法でｐ型ａ−Ｓｉ薄
膜を形成する場合、製膜条件は、普通、圧力０．０５〜
５Torr、放電電力１〜５０Ｗ、基板温度１７０〜２６０
℃、ジボランとシランの濃度比１０^-1〜１０^-5程度であ
った。

【０００６】一方、ジボランとシランの濃度比（Ｂ₂ Ｈ
₆ ／ＳｉＨ₄ ）が比抵抗およびＢ定数に与える影響は図
１３および図１４の通りである。図１３は、ジボランと
シランの濃度比と比抵抗（光照射無し）の関係をあらわ
し、図１４は、ジボランとシランの濃度比とＢ定数の関
係をあらわす。ｐ型ａ−Ｓｉの場合、このように、ジボ
ランとシランの濃度比を変えることにより、Ｂ定数を変
化させることができるのである。

【０００７】図１４は、ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜でサーミスタ
を構成する場合、大きなＢ定数とするには、ジボランと
シランの濃度比（Ｂ₂ Ｈ₆ ／ＳｉＨ₄ ）を１０^-4以下に
しなければならないことを示している。しかし、ジボラ
ンとシランの濃度比が低い（すなわち、ドープする不純
物濃度の低い）場合、抵抗値の制御が非常に難しくな
り、１０^-4以下の濃度比の領域では、同じ条件で製膜し
たつもりでも、比抵抗が３桁もぶれるということが起こ
る。つまり、安定して製造することが覚束ないのであ
る。

【０００８】それに、ジボランとシランの濃度比が小さ
くなってくると、ａ−Ｓｉ薄膜と引出電極の間の接触は
オーミック性を失い接合性を示し、適切な接触状態を維
持できなくなる。特に、微細加工工程で引出電極とａ−
Ｓｉ薄膜の間に薄い酸化膜が形成されるとオーミック性
が著しく損なわれ、図１５にみるように、電圧−電流特
性が顕著な接合性を示し、特性のリニヤ性（対数目盛で
みたリニヤ性も含める）が劣化し、非常に使い難いもの
となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記事情
に鑑み、大きなＢ定数を有し、引出電極との間の接触特
性が良好なオーミック性を示し、しかも、製造段階での
抵抗値のバラツキの少ないサーミスタを提供することを
課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明のサーミスタは、基板表面に半導体薄膜が
設けられているとともに、この半導体薄膜に接触する引
出電極を備え、前記半導体薄膜を、基板温度を低く保っ
て製膜されてなるｐ型アモルファスシリコン薄膜で構成
するようにしている。

【００１１】ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜は、例えば、請求項２の
ように、グロー放電分解法により１４０℃以下（好まし
くは１１０℃以下）の基板温度で形成されたものであ
る。従来の太陽電池等におけるａ−Ｓｉ薄膜形成の基板
温度は１７０℃以上である。この発明におけるｐ型ａ−
Ｓｉ薄膜と引出電極まわりの構成例としては、以下に示
すものが挙げられる。

【００１２】第１の構成例は、図１にみるように、絶縁
基板４の上のｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１の裏面に一対の引出電
極２，３が所定の間隔を隔てて接触するという形態であ
る。第２の構成例は、図２にみるように、絶縁基板４の
上のｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１の表面に一対の引出電極２，３
が所定の間隔を隔てて接触するという形態である。第３
の構成例は、図３にみるように、絶縁基板４の上のｐ型
ａ−Ｓｉ薄膜１の表面と裏面に分かれて一対の引出電極
２、３が接触するという形態である。

【００１３】

【作用】この発明のサーミスタではｐ型ａ−Ｓｉ薄膜
が、基板温度を低く保っておいて製膜されてなるため、
ジボランとシランの濃度比（Ｂ₂ Ｈ₆ ／ＳｉＨ₄ ）が例
えば２．５×１０^-3程度と大きくても、Ｂ定数が十分に
大きなものになっている。その結果、微小な温度変化を
捉えることのできる温度センサが実現できる。図４にみ
るように、基板温度を低くすれば、形成されたｐ型ａ−
Ｓｉ薄膜におけるバンドギャップＥｇは大きくなり、こ
れに伴って活性化エネルギーＥａが増加する。即ち、図
５に示す基板温度６０℃の場合のバンドギャップＥｇと
活性化エネルギーＥａは、それぞれ、図６に示す基板温
度２１０℃のバンドギャップＥｇと活性化エネルギーＥ
ａより遙に大きくなるのである。

【００１４】そして、その結果、図７にみるように、活
性化エネルギーＥａに比例するＢ定数（＝Ｅａ／ｋ：但
しｋは８．６２×１０^-5ｅＶなる定数）が大きくなる。
上記のように、ドープされる不純物濃度（即ち、Ｂ₂ Ｈ
₆ ／ＳｉＨ₄ ）が比較的大きいと濃度ブレの割合が小さ
く、抵抗値のバラツキは少なくなる。抵抗値に関して安
定した製造が可能となる。これに対しドープされる不純
物濃度の低い領域では、濃度ブレの割合が大きく、抵抗
値のバラツキが激しい。なお、基板温度と抵抗値の関係
は、図８にみるように、基板温度の低下に伴い抵抗値は
上昇するというものになる。

【００１５】さらに、上記のようにドープされる不純物
濃度（即ち、Ｂ₂ Ｈ₆ ／ＳｉＨ₄ ）が比較的大きいと、
引出電極との間の接触は良好なオーミック性を示すた
め、使い易いものとなる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。勿論、
この発明は、以下の実施例に限らない。 −実施例１− 図９は実施例１のサーミスタの要部構成を上方よりみた
状態をあらわし、図１０は実施例１のサーミスタを断面
してあらわす。なお、図９では後述の保護膜５は省略し
てある。

【００１７】実施例１のサーミスタでは、ｐ型ａ−Ｓｉ
薄膜１の裏面に一対引出電極２，３が所定の間隔を隔て
て接触する構成をとっている。ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１の設
けられている絶縁基板４は、Ｓｉウエハの表面に絶縁酸
化膜を形成したものである。ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１の上に
は保護膜５が設けられている。一方、引出電極２，３で
は、先端側部分が、図９にみるように、櫛歯状部分が互
いに入り込む形状に形成され、基部側部分上にパッド
７，８がそれぞれ設けられている。

【００１８】続いて、実施例１のサーミスタの製造につ
いて説明する。まず、絶縁基板４として、Ｓｉウエハの
表面を熱酸化して絶縁酸化膜を設けたものを準備する。
そして、この絶縁基板４の表面に電子ビーム蒸着法によ
りクロム薄膜を形成し、微細加工でパターン化し電極
２，３を形成する。ついで、グロー放電分解法により、
厚み１００００Åのｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１を積層形成し、
微細加工によりパターン化した。ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１形
成の際の条件は、０．２５モル％のジボランを加えた水
素希釈モノシランを用い、基板温度１１０℃、圧力０．
９Torr、放電電力２０Ｗとした。

【００１９】その後、酸化シリコンからなる保護膜５を
積層形成するとともに電子ビーム蒸着によるアルミニウ
ム薄膜をパターン化したパッド７，８を形成しサーミス
タを得た。なお、得られたサーミスタでは電極間の幅と
長さの比２０００：１でＢ定数７５００、抵抗値７ＭΩ
であった。

【００２０】−実施例２− 図１１は実施例２のサーミスタの要部構成を上方よりみ
た状態をあらわし、図１２は実施例２のサーミスタを断
面してあらわす。なお、図１１では後述の保護膜５は省
略してある。実施例２のサーミスタでは、ｐ型ａ−Ｓｉ
薄膜１の表面と裏面に分かれて引出電極２，３が接触す
る構成をとっている。ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１の設けられて
いる絶縁基板４は、Ｓｉウエハの表面に絶縁酸化膜を形
成したものである。引出電極３の上には保護膜５が設け
られている。一方、引出電極２，３では基部側部分の上
に、図１２にみるように、パッド７，８がそれぞれ設け
られている。

【００２１】続いて、実施例２のサーミスタの製造につ
いて説明する。まず、絶縁基板４として、Ｓｉウエハの
表面を熱酸化して絶縁酸化膜を設けたものを準備する。
そして、この絶縁基板４の表面に電子ビーム蒸着法によ
りクロム薄膜を形成し、微細加工でパターン化し電極２
を形成した。ついで、グロー放電分解法により、厚み１
００００Åのｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１を積層形成し、微細加
工によりパターン化した。ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜形成の際の
条件は、０．２５モル％のジボランを加えた水素希釈モ
ノシランを用い、基板温度６０℃、圧力０．９Torr、放
電電力２０Ｗとした。

【００２２】続いて、電子ビーム蒸着法でアルミニウム
薄膜を積層形成し、パターン化して引出電極３を形成し
た。その後、酸化シリコンからなる保護膜５を積層形成
するとともに電子ビーム蒸着によるアルミニウム薄膜を
パターン化したパッド７，８を形成しサーミスタを得
た。

【００２３】なお、得られたサーミスタでは、面積２０
０μｍ×２００μｍでＢ定数８９００、抵抗値２．５Ｍ
Ωであった。

【００２４】

【発明の効果】以上に述べたように、この発明にかかる
サーミスタは、ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜が、基板温度を低く保
っておいて製膜されてなるものであり、ドープ用不純物
濃度を高くして、抵抗値のバラツキを少なくするととも
に引出電極との間の接触特性を良好なオーミック性にす
るようにしても、十分なＢ定数を確保することができる
ため、非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のサーミスタのｐ型ａ−Ｓｉ薄膜と引
出電極まわりの第１構成例をあらわす断面図である。

【図２】この発明のサーミスタのｐ型ａ−Ｓｉ薄膜と引
出電極まわりの第２構成例をあらわす断面図である。

【図３】この発明のサーミスタのｐ型ａ−Ｓｉ薄膜と引
出電極まわりの第３構成例をあらわす断面図である。

【図４】ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜形成の際の基板温度とバンド
ギャップおよび活性化エネルギーの関係を示すグラフで
ある。

【図５】基板温度６０℃で形成されたｐ型ａ−Ｓｉ薄膜
におけるエネルギーバンド構造をあらわす説明図であ
る。

【図６】基板温度２１０℃で形成されたｐ型ａ−Ｓｉ薄
膜におけるエネルギーバンド構造をあらわす説明図であ
る。

【図７】ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜形成の際の基板温度とＢ定数
の関係を示すグラフである。

【図８】ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜形成の際の基板温度と比抵抗
の関係を示すグラフである。

【図９】実施例１のサーミスタの要部構成をあらわす平
面図である。

【図10】実施例１のサーミスタの断面図である。

【図11】実施例２のサーミスタの要部構成をあらわす平
面図である。

【図12】実施例２のサーミスタの断面図である。

【図13】高基板温度のｐ型ａ−Ｓｉ薄膜の不純物濃度と
比抵抗の関係を示すグラフである。

【図14】高基板温度のｐ型ａ−Ｓｉ薄膜の不純物濃度と
Ｂ定数の関係を示すグラフである。

【図15】低不純物濃度のｐ型ａ−Ｓｉ薄膜の電圧−電流
特性を示すグラフである。

【符合の説明】

１ ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜 ２ 引出電極 ３ 引出電極 ４ （絶縁）基板

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【手続補正書】

【提出日】平成３年１１月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相澤 浩一 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 姫澤 秀和 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 高田 裕司 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板表面に半導体薄膜が設けられている
   とともに、この半導体薄膜に接触する引出電極を備え、
   前記半導体薄膜が、基板温度を低く保って製膜されてな
   るｐ型アモルファスシリコン薄膜であるサーミスタ。
2. 【請求項２】 ｐ型アモルファスシリコン薄膜が、グロ
   ー放電分解法により１４０℃以下の基板温度で形成され
   ている請求項１記載のサーミスタ。