JP2001291607A - 白金薄膜抵抗体の製造方法 - Google Patents

白金薄膜抵抗体の製造方法

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JP2001291607A
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platinum thin
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sputtering
annealing
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Kenji Tomonari
健二 友成
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板に対する白金薄膜の密着性を低下させる
ことなく、高温アニールによる白金薄膜の抵抗温度係数
向上の可能な白金薄膜抵抗体の製造方法を提供する。 【解決手段】 アルミナ基板2の表面上にスパッタリン
グによるチタン層4の形成を行い、チタン層4上にスパ
ッタリングによる白金薄膜6の形成を行った後に、白金
薄膜6の抵抗温度係数を調整あるいは増大させるアニー
ルを行って白金薄膜抵抗体を製造する。その際、白金薄
膜6の形成及びチタン層4の形成のうちの少なくとも一
方をアルゴンガス中に酸素ガスを混合したスパッタリン
グガス中で行い、アニールを大気中で温度1000℃の
条件下で行う。白金薄膜6を両端の電極パッド部7a,
7b間で蛇行形状にパターニングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜抵抗体に関す
るものであり、特に抵抗温度係数が大きく且つ温度変化
に対する抵抗値変化の直線性の良好な白金薄膜抵抗体に
関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
周囲温度の変化による抵抗体の電気抵抗値の変化を検知
して温度測定を行うための感温抵抗素子は、幅広い分野
で利用されており、この感温抵抗素子としては、抵抗体
を薄膜に形成し、しかもその寸法(パターン面積)を微
小にしたものが使用されている。このような薄膜感温抵
抗素子としては、流体の流量測定で使用される流量セン
サーの流量検知用感温素子や温度補償用感温素子が例示
される。
【0003】以上のような感温抵抗素子として利用され
る薄膜抵抗体としては、温度変化に対する抵抗値の変化
(抵抗温度係数)が大きく、その変化の直線性に優れて
いること、及び使用可能温度範囲が−200℃〜+80
0℃と耐久性に優れていることから、白金薄膜抵抗体が
好ましいものとされている。白金薄膜抵抗体は、表面が
絶縁性の基板(例えばガラスやアルミナや表面に酸化シ
リコン膜を形成したシリコン基板)の絶縁性表面上に、
スパッタリングにより白金薄膜を形成した後に、エッチ
ングまたはリフトオフなどの微細パターン形成技術を用
いて白金薄膜のパターンを形成することで製造されてい
る。
【0004】以上のような白金薄膜抵抗体の製造の際に
は、白金薄膜と基板との密着性を向上させるために基板
と白金薄膜との間にこれらの密着性を向上させるための
層たとえばチタン層を介在させることが行われている
(特開平11−354302号公報参照)。
【0005】ところで、白金薄膜抵抗体では、スパッタ
リングによって作製された白金薄膜の抵抗温度係数(T
CR)の値を調整し或は向上させるために、1000℃
程度またはそれ以上の高温でのアニールを大気中で行っ
ている(特開平8−219901号公報参照)。
【0006】しかし、このような高温アニールの際に
は、白金薄膜と基板との間に介在するチタン層の構成成
分の一部が白金薄膜へと移行することで白金薄膜の抵抗
温度係数を低下させるという問題のあることが指摘され
ている(特開平11−142201号公報参照)。これ
は、高温アニール時にチタン層中のチタン原子が白金薄
膜中に拡散し、白金薄膜中に取り込まれる酸素と結合し
てTiOとして白金薄膜中にとどまり、このTiOは抵
抗温度特性において負の寄与をなすため、白金薄膜のも
つ抵抗温度係数の値を低下させるからであると考えられ
ている。
【0007】そこで、本発明は、基板に対する白金薄膜
の密着性を低下させることなく、高温アニールによる白
金薄膜の抵抗温度係数向上の可能な白金薄膜抵抗体の製
造方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、以上の
如き目的を達成するものとして、基板の電気絶縁性表面
上にスパッタリングによるチタン層の形成を行い、該チ
タン層上にスパッタリングによる白金薄膜の形成を行っ
た後に、該白金薄膜の抵抗温度係数を調整あるいは増大
させるアニールを行って白金薄膜抵抗体を製造する方法
において、前記白金薄膜の形成及び前記チタン層の形成
のうちの少なくとも一方を雰囲気中の酸素の存在下で行
うことを特徴とする、白金薄膜抵抗体の製造方法、が提
供される。
【0009】本発明の一態様においては、前記酸素は不
活性ガス中に酸素ガスを混合することで供給される。本
発明の一態様においては、前記白金薄膜の形成の際のス
パッタリングまたは前記チタン層の形成の際のスパッタ
リングを不活性ガスの存在下で行う。本発明の一態様に
おいては、前記アニールを大気中で温度900℃〜11
00℃の条件下で行う。
【0010】本発明の一態様においては、前記白金薄膜
をパターニングする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。図1は本発明による白金薄
膜抵抗体の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【0012】先ず、図1(a)に模式的断面図を示すよ
うに、絶縁基板2の表面にスパッタリングによりチタン
層4を形成する。基板2は、例えば酸化アルミニウムを
主体とするアルミナ(Al23 )等の酸化物系の絶縁
体からなる。このチタン層形成のスパッタリングは、例
えば、次のような条件: 装置:マグネトロンスパッタリング装置 到達真空度<6.0×10-5Pa 成膜圧力:0.6Pa ガス流量:120SCCM[Ar:O2 =9:1] 成膜電力:1400W(DC) 成膜温度:250℃ 膜厚:5nm で行うことができる。
【0013】次に、図1(b)に模式的断面図を示すよ
うに、チタン層4の表面にスパッタリングにより白金薄
膜6を形成する。この白金薄膜形成のスパッタリング
は、例えば、次のような条件: 装置:マグネトロンスパッタリング装置 到達真空度<6.0×10-5Pa 成膜圧力:0.18Pa ガス流量:10SCCM[Ar:O2 =9:1] 成膜電力:500W(RF) 成膜温度:250℃ 膜厚:400nm で行うことができる。
【0014】続いて、温度1000℃で5時間大気雰囲
気下でのアニールを行う。このアニールにより、基板2
との密着性が損なわれることなしに白金薄膜6の抵抗温
度係数の向上が実現する。
【0015】そして、図1(c)に模式的平面図を示す
ように、エッチング法などにより、白金薄膜6を、両端
に1対の電極パッド部7a,7bを有する幅が例えば5
〜25μmで、全長が例えば4〜23cmの蛇行パター
ン形状とすることができる。
【0016】以上の実施形態ではチタン(Ti)層4の
形成の際のスパッタリングと白金(Pt)薄膜6の形成
の際のスパッタリングとの双方において不活性ガス(A
rガス)中に酸素(O2 )ガスを混合しているが、本発
明では、Ti層4の形成の際のスパッタリング及びPt
薄膜6の形成の際のスパッタリングのうちのいずれか一
方で不活性ガス中にO2 ガスを混合してもよい。
【0017】以上の実施形態では不活性ガス中への酸素
ガスの混合量は10体積%とされているが、本発明で
は、不活性ガス中への酸素ガスの混合量は例えば0.5
〜30体積%の範囲内とすることができ、好ましくは2
〜20体積%の範囲内である。
【0018】また、以上の実施形態ではアニール温度を
1000℃としているが、本発明では、アニール温度を
例えば900℃〜1100℃の範囲内とすることができ
る。アニール温度が900℃未満で低過ぎる場合には得
られる白金薄膜抵抗体の抵抗温度係数の特性が低下する
傾向にあり、アニール温度が1100℃を越えて高過ぎ
る場合には得られる白金薄膜抵抗体の表面状態が劣化す
る傾向にある。
【0019】また、以上の実施形態ではアニール時間を
5時間としているが、本発明では、アニール時間を例え
ば4時間以上とすることができる。アニール時間が4時
間未満で短過ぎる場合には得られる白金薄膜抵抗体の抵
抗値の経時変化率が大きくなる傾向にある。
【0020】図2は、以上のようにして製造された白金
薄膜抵抗体の抵抗値と抵抗温度係数との関係の具体例を
示すものである。図2において: ・A群は、Ti層4形成時にArガス中にO2 ガスを混
合し、Pt薄膜6形成時にはArガス中にO2 ガスを混
合しない場合 ・B群は、Ti層4形成時にはArガス中にO2 ガスを
混合せず、Pt薄膜6形成時にArガス中にO2 ガスを
混合した場合 ・C群は、Ti層4形成時及びPt薄膜6形成時の双方
でArガス中にO2ガスを混合した場合 ・D群(比較例)は、Ti層4形成時及びPt薄膜6形
成時の双方でArガス中にO2 ガスを混合しない場合 であり、各群について3つの試料を測定した。
【0021】図2から分かるように、得られた白金薄膜
抵抗体のTCR値は、従来法のD群のものでは3500
ppm/K程度であったが、本発明に属するC群のもの
では3790ppm/K程度まで向上し、また本発明に
属するA群及びB群のものでも3650ppm/K程度
まで向上させることができた。
【0022】これは、酸素の存在下でスパッタリング成
膜することで、アニールの際のPt薄膜6へのチタン原
子の拡散が抑制されること、及び、ゲッター効果により
Pt薄膜6中の不純物の悪影響が低減されることに基づ
くものと推測される。
【0023】上記C群の白金薄膜抵抗体についてTEM
分析を行ったところ、白金薄膜6中へのチタンの拡散は
確認されなかった。また、白金薄膜6中の元素分析の結
果においても、チタンは一切検出されなかった。この結
果から、酸素存在下で成膜することには、高温アニール
後においても白金薄膜6中へのチタンの拡散を抑制する
効果があることがわかる。
【0024】尚、ピールテスト(カプトンテープによ
る)の結果、上記A〜C群のいずれについても、白金薄
膜6と基板2との剥離は確認されず、膜の密着強度は少
なくとも従来法によるものと同等以上であることが確認
された。
【0025】図3に、上記A〜D群について、150℃
での抵抗値R0 の経時変化の具体例を示す。また、図4
に、上記A〜D群について、150℃でのTCRの経時
変化の具体例を示す。これらの図から分かる様に、本発
明方法により製造された白金薄膜抵抗体は、抵抗値R0
やTCRの経時変化においても、従来法によるものと同
等以上である。特に、B群のものは、R0 の750時間
経時変化で0.08%以内であり、TCRの750時間
経時変化で0.1%以内であり、従来法によるもの(D
群)に対して優れている。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の白金薄膜
抵抗体の製造方法によれば、白金薄膜と基板との間にチ
タン層を介在させることで基板に対する白金薄膜の密着
性の向上をはかりながら、白金薄膜形成またはチタン層
形成のためのスパッタリングガス中に酸素ガスを混入し
ておくことで、高温アニールによる白金薄膜の抵抗温度
係数の十分な向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による白金薄膜抵抗体の製造方法の一実
施形態を示す工程図である。
【図2】白金薄膜抵抗体の抵抗値と抵抗温度係数との関
係の具体例を示すグラフである。
【図3】白金薄膜抵抗体の150℃での抵抗値R0 の経
時変化の具体例を示すグラフである。
【図4】白金薄膜抵抗体の150℃でのTCRの経時変
化の具体例を示すグラフである。
【符号の説明】
2 絶縁基板 4 チタン層 6 白金薄膜 7a,7b 白金薄膜の電極パッド部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の電気絶縁性表面上にスパッタリン
    グによるチタン層の形成を行い、該チタン層上にスパッ
    タリングによる白金薄膜の形成を行った後に、該白金薄
    膜の抵抗温度係数を調整あるいは増大させるアニールを
    行って白金薄膜抵抗体を製造する方法において、 前記白金薄膜の形成及び前記チタン層の形成のうちの少
    なくとも一方を雰囲気中の酸素の存在下で行うことを特
    徴とする、白金薄膜抵抗体の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記酸素は不活性ガス中に酸素ガスを混
    合することで供給されることを特徴とする、請求項1に
    記載の白金薄膜抵抗体の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記白金薄膜の形成の際のスパッタリン
    グまたは前記チタン層の形成の際のスパッタリングを不
    活性ガスの存在下で行うことを特徴とする、請求項1に
    記載の白金薄膜抵抗体の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記アニールを大気中で温度900℃〜
    1100℃の条件下で行うことを特徴とする、請求項1
    〜3のいずれかに記載の白金薄膜抵抗体の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記白金薄膜をパターニングすることを
    特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の白金薄膜
    抵抗体の製造方法。
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