JP2772095B2

JP2772095B2 - 感温センサ

Info

Publication number: JP2772095B2
Application number: JP1738390A
Authority: JP
Inventors: 仁士金川; 浩一相澤; 啓治柿手
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1989-06-27
Filing date: 1990-01-26
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JPH0394401A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は感温センサに関する。

〔従来の技術〕

従来、感温センサとして様々なタイプのものがある
が、白金線を耐熱性絶縁物に巻き付けた感温センサは、
温度変化に対する抵抗変化が直線的であるために使い易
いセンサとして知られている。ただ、この感温センサ
は、白金線がバルク状であるため、小型化に適していな
い。

このような不都合を解決するため、第５図、あるい
は、第６図（ａ）、（ｂ）に示す感温センサが提案され
ている。これらの感温センサでは、感温用にバルク体で
なく薄膜体（例えば、温度変化に伴い抵抗値の変わる薄
膜抵抗体）を利用しているため、小型化に適するものと
なっている。

すなわち、第５図に示す感温センサでは、温度変化に
伴い抵抗値の変わる薄膜抵抗体52aとこの薄膜抵抗体52a
を外部回路に接続するための引出用端子部52bとからな
る白金パターン52が基板51表面に形成されていて、この
引出用端子部52bにリード線55が取り付けられた構成が
とられている。

第６図（ａ）、（ｂ）に示す感温センサでは、第５図
の感温センサに加えて、薄膜抵抗体52aの下側にあたる
個所に掘り込み51′ａのある基板51′を用い、薄膜抵抗
体52aのある部分の厚みを薄くすることにより熱容量を
小さくして熱応答性を高めるという構成がとられてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、これらの感温センサには、以下のよう
な問題がある。

第５図の感温センサでは、薄膜抵抗体断線や結露等に
よる感温機能低下を阻止するために薄膜抵抗体52a形成
面に保護膜を形成する。例えば、第７図（ａ）、（ｂ）
にみるように、ポリイミド系樹脂や低融点ガラス、ある
いは、比較的熱伝導性のよい樹脂でもって基板51表面全
体を覆う保護膜54を形成したり、あるいは、第８図
（ａ）、（ｂ）にみるように、例えば、二酸化シリコン
膜やシリコン窒化膜でもって薄膜抵抗体形成面だけを覆
う保護膜54′を先に形成し、その後でリード線55を取り
付けポリイミド系樹脂や低融点ガラスでもってリード線
固着部を別途覆う保護被覆56を形成するようにしている
（もちろん、第６図（ａ）、（ｂ）の感温センサでも同
様に保護膜が形成される）。

しかしながら、前者のようなリード線固着部をも含め
て覆うような保護形態は、二酸化シリコン膜やシリコン
窒化膜による薄い保護膜形成が困難であるため、保護膜
54自体の熱容量が大きくなり、小型化を図ったとして
も、それに見合うだけの十分な熱応答性の向上が伴わな
い。

一方、後者のように薄膜抵抗体形成面とリード線固着
部を別々に覆う保護形態は、小型化を進めた場合、それ
ぞれの部分を選択的にうまく覆う被覆形成が極めて困難
である。

この発明は、上記のような事情に鑑み、センサ小型化
が容易であり、しかも、感温用薄膜体形成面への薄い保
護膜形成が容易であって、かつ、熱応答性に優れる構成
をもつ感温センサを提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため、請求項１〜５記載の感温セ
ンサでは、感温用薄膜体が基板表面に形成され、前記薄
膜体に接続される引出用端子部が前記基板に設けられて
いる感温センサにおいて、前記引出用端子部が基板裏面
側に形成され、この引出用端子部と感温用薄膜体の間の
電気的接続が前記基板内を通してなされているととも
に、感温用薄膜体形成面が保護膜で覆われてなる構成を
とるようにしている。

感温用薄膜体と引出用端子部との電気的接続は、例え
ば、請求項２のように、基板に貫通孔が設けられ、この
貫通孔に感温用薄膜体の裏面側接続部が臨んでいるとと
もに、同裏面側接続部に引出用端子部が直接コンタクト
するという構成をとることでなされる。

基板としては、例えば、請求項３のように、半導体層
表面に絶縁層が積層されてなる絶縁基板（例えば、表面
に絶縁層用の二酸化シリコン層やシリコン窒化層を有す
るシリコン基板）が挙げられる。この場合、感温用薄膜
鯛は絶縁層の上に形成するようにし、また、感温用薄膜
体と引出用端子部との電気的接続は、例えば、請求項４
のように、半導体層に厚みが薄く不純物濃度の高い部分
を局所的に形成しておいて、同厚みの薄い部分表面の絶
縁層が除去された跡に感温用薄膜体の裏面側接続部がコ
ンタクトし、同厚みの薄い部分裏面に引出用端子部をコ
ンタクトさせるという構成が挙げられる。なお、基板と
して、これ以外に、絶縁セラミック材からなる絶縁基板
のなどを用いることもできる。

保護膜としては、請求項５のように、酸化物および／
または窒化物からなる蒸着膜、例えば、スパッタリング
法やCVD法等を用い形成された二酸化シリコン膜、シリ
コン窒化膜、これらの積層膜等が挙げられる。

感温用薄膜体としては、例えば、白金薄膜抵抗体や金
薄膜抵抗体など温度変化に伴い抵抗値の変わる薄膜抵抗
体が用いられる。また、引出用端子部は、通常、感温薄
膜体形成材料と同じ材料でもって形成されているが、異
なる材料でもって形成されていてもよい。

もちろん、この発明の感温センサは上記例示した構成
に何ら限定されないことはいうまでもない。

〔作用〕

この発明の感温センサでは、感温用に薄膜体を用いて
いるため、小型化を図り易く、引出用端子部が感温用薄
膜体形成面とは逆の基板裏面にあって、保護膜として、
信頼性が高くて厚みの薄い（例えば、数μｍ程度の）膜
を容易に形成することができるので、熱応答性の向上が
図り易い。

〔実施例〕

以下、この発明の感温センサの一実施例を、図面を参
照しながら、詳しく説明する。

−実施例１− 第１図（ａ）、（ｂ）は、この発明にかかる感温セン
サの一実施例の要部をあらわす。

この感温センサは、表裏両側の後述する厚みの薄い部
分1bを除いた部分それぞれに絶縁層（例えば、酸化物層
や窒化物層）11、21を有する半導体基板（例えば、シリ
コン基板）１を備えるとともに、温度変化に伴い抵抗値
の変わる薄膜抵抗体2aと裏面側接続部2bとからなる白金
パターン２を備え、かつ、薄膜抵抗体2aを外部に取り出
すための２個の引出用端子部４を備えている。図にみる
ように、白金パターン２は半導体基板（絶縁基板）１表
面に、白金からなる引出用端子部４が半導体基板１裏面
にそれぞれ形成されている。これら白金パターン２や引
出用端子部４は白金膜をスパッタリング法や真空蒸着法
により形成しておいて、湿式エッチングやイオンミリン
グ法等によりパターニングすることでそれぞれ形成され
ている。

半導体基板１には、裏面側から形成した掘り込み1aに
より厚みが薄くなっていて、不純物が拡散されることに
より不純物濃度が高く（＞10¹⁷/cm²）なった部分（ダイ
アフラム状部分）1bが局所的に設けられている。この厚
みの薄い部分1b表面の絶縁層が除去された跡に裏面側接
続部2bの一部が接合し電気的にコンタクトし、同厚みの
薄い部分1b裏面に引出用端子部４が電気的にコンタクト
していることにより、薄膜抵抗体2aと引出用端子部４の
間の電気的接続がなされている。この引出用端子部４に
はリード線５が半田接着、熱圧着などにより固着されて
いる。

そして、半導体基板１の全表面には酸化物膜や窒化物
膜（二酸化シリコン膜やシリコン窒化膜）からなる厚み
数μｍ程度の薄い保護膜３が積層形成されている。

続いて、上記感温センサの製造方法の一例を、第２図
（ａ）〜（ｉ）を参照しながら説明する。

まず、第２図（ａ）にみるように、基板用材料とし
て、表面が（100）面であるＰ型シリコン基板１を用
い、熱酸化法等により両面に二酸化シリコン層11、22を
形成し、その上にシリコン窒化膜12、22をCVD法等によ
り形成する。

ついで、レジストマスク（図示省略）を用い、第２図
（ｂ）にみるように、基板裏面側に窓23を明けておい
て、KOH（40wt％）およびH₂O（60wt％）の組成で80℃の
アルカリエッチング液を用い、異方性エッチングを施
し、第２図（ｃ）にみるように、掘り込み1aを形成し厚
みの薄い部分1bを形成する。この厚みの薄い部分1bの厚
みは１〜数μｍ程度である。

掘り込み1a形成後、第２図（ｄ）にみるように、窒化
膜12、22を除去した後、レジストマスク（図示省略）を
用い、二酸化シリコン膜11における厚みの薄い部分1bの
位置に窓11aを明けてから、第２図（ｅ）にみるよう
に、例えば、リン等のＮ型不純物を高濃度で拡散させる
（抵抗値の低いＮ型の不純物高濃度領域1dを形成するの
である）。

続いて、シリコン基板１裏面にスパッタリング法等に
より白金薄膜を形成し、レジストマスク（図示省略）を
用い、イオンミリング法等でパターニングすることによ
り、第２図（ｆ）にみるように、引出用端子部４を形成
し、続いて、シリコン基板１表面にスパッタリング法等
により白金薄膜を形成し、レジストマスク（図示省略）
を用い、イオンミリング法等でパターンニングすること
により、第２図（ｇ）にみるように、微細な白金パター
ン２を形成する。

そして、白金パターン２の上に、第２図（ｈ）にみる
ように、スパッタリング法やCVD法等により、二酸化シ
リコン膜やシリコン窒化膜を厚み数μｍ蒸着し保護膜３
とする。

その後、第２図（１）にみるように、白金リード線５
を引出用端子部４に半田接着や熱圧着により固着する。

なお、このようにして得た感温センサでは、白金薄膜
抵抗体には正の電圧を加えて動作させる。これは半導体
基板１内では拡散領域1dと他領域の間にPN接合が形成さ
れており、正の電圧だと他領域に電流が流れずにすむけ
れど、負の電圧だとバイアスが逆となり、他領域に電流
が流れてしまうからである。したがって、白金薄膜抵抗
体に加わる動作電圧が負である場合には、半導体基板１
にＮ型シリコン基板を用い、不純物として、例えば、ホ
ウ素等のＰ型不純物を拡散させ拡散領域を形成する。

感温センサの感温体がバルク状抵抗体の場合には、抵
抗体自体の抵抗値が低く（50〜100Ω）て回転設計の際
の制約が大きいが、この発明の感温センサのように、薄
膜抵抗体の場合、抵抗体自体の抵抗値が比較的高いた
め、回路設計の際の制約が少ないという利点もある。

また、基板１において薄膜抵抗体2aの下側に第６図と
同様に裏面側からの掘り込みがなされていて、薄膜抵抗
体2a形成部分の基板厚みが薄くなっているようであって
もよい。

実施例１の感温センサは、上記の製造方法以外の方法
で作られてもよいことはいうまでもない。

−実施例２− 第３図（ａ）、（ｂ）は、この発明にかかる感温セン
サの他の実施例の要部をあらわす。

この感温センサは、掘り込み1a′と孔11aからなる貫
通孔があって、基板１表裏面側には孔11aの所を除いて
それぞれに絶縁層（例えば、酸化物層や窒化物層）11、
21を有する半導体基板（例えば、シリコン基板）１を備
えるとともに、温度変化に伴い抵抗値の変わる白魔抵抗
体2aと裏面側接続部2bとからなる白金パターン２を備
え、かつ、薄膜抵抗体2aを外部に取り出すための２個の
引出用端子部４を備えている。図にみるように、白金パ
ターン２は半導体基板（絶縁基板）１表面に、白金から
なる引出用端子部４が半導体基板１裏面にそれぞれ形成
されている。薄膜抵抗体２の裏面側接続部2bが貫通孔に
臨んでいるとともに、同裏面側接続部2bに引出用端子部
４が直接コンタクトすることにより薄膜抵抗体２と引出
用端子部４の間の電気的接続がなされている。これら白
金パターン２や引出用端子部４は、実施例１の場合と同
様にして形成されている。引出用端子部４にはリード線
５が半田接着、熱圧着などにより固着されている。そし
て、半導体基板１の全表面には酸化物膜や窒化物膜（二
酸化シリコン膜や窒化シリコン膜）からなる厚みμｍ程
度の薄い保護膜３が積層形成されている。

実施例１、２の感温センサでは、リード線固着部に樹
脂材料や低融点ガラス等の保護被覆部が設けられること
がある。リード線固着部が薄膜抵抗体形成面とは逆の側
にあるため、リード線固着部に保護被覆を形成しないま
まの場合もある。

続いて、実施例２の感温センサの製造方法の一例を、
第４図（ａ）〜（ｈ）を参照しながら説明する。

まず、第４図（ａ）にみるように、基板用材料とし
て、表面（100）面であるシリコン基板１を用い、熱酸
化法、CVD法等により両面に二酸化シリコン層（または
窒化シリコン層）11、21′を形成する。

ついで、レジストレジストマスク（同レジストマスク
の図示は省略）を用い、第４図（ｂ）にみるように、基
板裏面側に窓23を明けておいて、KOH（40wt％）およびH
₂O（60wt％）の組成で80℃のアルカリエッチング液を用
い、シリコン層がなくなるまで異方性エッチング施し、
第４図（ｃ）にみるように、掘り込み1a′を形成する。

掘り込み1a′形成後、第４図（ｄ）にみるように、こ
の掘り込み1a′部分を覆うように酸化膜（または窒化
膜）を基板１裏面側に形成し絶縁層21形成してから、ス
パッタリング法等により白金薄膜を基板１裏面側に形成
し、レジストマスク（図示省略）を用い、イオンミリン
グ法等でパターニングすることにより、引出用端子部４
を形成する。

続いて、第４図（ｅ）にみるように、レジストマスク
（図示省略）を用い、ウエットエッチング（あるいはド
ライエッチング）により、掘り込み1a′底に孔11aを明
ける（掘り込み1a′と孔11aとで基板１に貫通孔が明い
たことになる）。

そして、シリコン基板１表面にスパッタリング法等に
より白金薄膜を形成し、レジストマスク（図示省略）を
用い、ウエットエッチングあるいはイオンミリング法等
でパターニングすることにより、第４図（ｆ）にみるよ
うに、白金パターン２を裏面側接続部2bが孔11aに臨ん
で引出用端子部４に接合するパターンでもって形成す
る。

その後、白金パターン２の上に、第４図（ｇ）にみる
ように、スパッタリング法やCVD法等により、二酸化シ
リコン膜やシリコン窒化膜を厚み数μｍ蒸着し保護膜３
とする。

引出用端子部４と白金パターン２の形成順序は逆であ
ってもよく、その際、白金パターン２の上に保護膜３を
形成した後、引出用端子４を形成するようにしてもよ
い。

最後に、第４図（ｈ）にみるように、白金リード線５
を引出用端子部４に半田接着や熱圧着により固着する。

実施例２の感温センサは、上記の製造方法以外の方法
で作られてもよいことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、請求項１〜５記載の感温センサ
では、検温が感温用薄膜体でなされる構成であるため、
センサ小型化が容易であり、しかも、感温用薄膜体形成
面と引出用端子部形成面が基板の裏面と表面に分かれて
いるため、感温用薄膜体形成面に信頼性の高い保護膜を
薄い厚みで容易に形成できるため、熱応答性が十分なも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は、実施例１の感温センサの要部
をあらわす図であって、図（ａ）は斜視図であり、図
（ｂ）はＩ−II断面図である。第２図は、この感温セン
サを製造するときの様子を工程順にあらわす概略断面図
である。第３図（ａ）、（ｂ）は、実施例２の感温セン
サの要部をあらわす図であって、図（ａ）は斜視図であ
り、図（ｂ）はＩ−II断面図である。第４図は、この感
温センサを製造するときの様子を工程順にあらわす概略
断面図である。第５図は、従来の感温センサの要部をあ
らわす斜視図、第６図（ａ）、（ｂ）は、従来の他の感
温センサの要部をあらわす図であって、図（ａ）は斜視
図であり、図（ｂ）はＩ−II断面図である。第７図
（ａ）、（ｂ）は、第５図の感温センサにおける保護膜
の構成を説明するための図であって、図（ａ）は斜視図
であり、図（ｂ）はＩ−II断面図である。第８図
（ａ）、（ｂ）は、第５図の感温センサにおける保護膜
の他の構成を説明するための図であって、図（ａ）は斜
視図であり、図（ｂ）はＩ−II断面図である。１……半導体基板、1b……厚みの薄い部分 2a……薄膜抵抗体（感温薄膜体）、３……保護膜 2b……裏面側接続部、４……引出用端子部、11……絶縁
層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭64−65427（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−274601（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−134655（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01C 7/02 - 7/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】感温用薄膜体が基板表面に形成され、前記
薄膜体に接続される引出用端子部が前記基板に設けられ
ている感温センサにおいて、前記引出用端子部が基板裏
面側に形成され、この引出用端子部と感温用薄膜体の間
の電気的接続が前記基板内を通してなされているととも
に、感温用薄膜体形成面が保護膜で覆われてなる感温セ
ンサ。
【請求項２】基板に貫通孔が設けられ、この貫通孔に感
温用薄膜体の裏面側接続部が臨んでいるとともに、同裏
面側接続部に引出用端子部が直接コンタクトすることに
より電気的接続がなされている請求項１記載の感温セン
サ。
【請求項３】基板が半導体層表面に絶縁層が積層されて
なる絶縁基板であって、前記絶縁層の上に感温用薄膜体
が形成されている請求項１または２記載の感温センサ。
【請求項４】半導体層に厚みが薄く不純物濃度の高い部
分が局所的に形成されていて、同厚みの薄い部分表面の
絶縁層が除去された跡に感温用薄膜体の裏面側接続部が
引出用端子部と電気的にコンタクトし、同厚みの薄い部
分裏面に引出用端子部が電気的にコンタクトしている請
求項３記載の感温センサ。
【請求項５】保護膜が酸化物および／または窒化物から
なる蒸着膜である請求項１から４までのいずれかに記載
の感温センサ。