JP2000331808A - 薄膜抵抗体形成方法及びこの方法により形成された薄膜抵抗体とこの薄膜抵抗体を用いた歪センサ - Google Patents
薄膜抵抗体形成方法及びこの方法により形成された薄膜抵抗体とこの薄膜抵抗体を用いた歪センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スパッタリング法により抵抗温度係数が略ゼ
ロの薄膜抵抗体を得ることである。 【解決手段】 ＮｉＣｒを主成分とした合金ターゲット
を用いてスパッタリング法により薄膜抵抗体を形成する
ようにした薄膜抵抗体形成方法において、前記薄膜抵抗
体の抵抗温度係数が略ゼロになるように前記スパッタリ
ングに使用するアルゴンガスに混合する窒素ガスの混合
量を調整することである。
ロの薄膜抵抗体を得ることである。 【解決手段】 ＮｉＣｒを主成分とした合金ターゲット
を用いてスパッタリング法により薄膜抵抗体を形成する
ようにした薄膜抵抗体形成方法において、前記薄膜抵抗
体の抵抗温度係数が略ゼロになるように前記スパッタリ
ングに使用するアルゴンガスに混合する窒素ガスの混合
量を調整することである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＮｉＣｒを主成分
とする薄膜抵抗体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を調整する
ことができる薄膜抵抗体形成方法及びこの方法により形
成された薄膜抵抗体とこの薄膜抵抗体を用いた歪センサ
に関する。
とする薄膜抵抗体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を調整する
ことができる薄膜抵抗体形成方法及びこの方法により形
成された薄膜抵抗体とこの薄膜抵抗体を用いた歪センサ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、薄膜抵抗体等を含む微少回路の製
造には薄膜技術が利用されている。薄膜抵抗体として従
来から良く知られているのは、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔａ−Ｓ
ｉＯ2、Ｃｒ−ＳｉＯ2、ＮｉＣｒなどであり、中でも、
比較的安定性が高く、製造が容易なため、ＮｉＣｒ合金
が広く用いられている。
造には薄膜技術が利用されている。薄膜抵抗体として従
来から良く知られているのは、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔａ−Ｓ
ｉＯ2、Ｃｒ−ＳｉＯ2、ＮｉＣｒなどであり、中でも、
比較的安定性が高く、製造が容易なため、ＮｉＣｒ合金
が広く用いられている。
【０００３】通常、ＮｉＣｒ合金抵抗体は、Ｎｉリッチ
の組成で使われることが多い。その理由は、Ｃｒが多く
なると、経時変化が大きく安定性に欠けるようになり、
また機械的にもろくなる為である。一般には、Ｎｉ８０
ｗｔ％、Ｃｒ２０ｗｔ％を基調にした合金が用いられ
る。ところがこの組成の合金をターゲットとしてスパッ
タリング法により得られた膜の抵抗体は、抵抗温度係数
（ＴＣＲ）が約１３０ｐｐｍ／℃と大きくゼロ付近の値
が得られ難い。
の組成で使われることが多い。その理由は、Ｃｒが多く
なると、経時変化が大きく安定性に欠けるようになり、
また機械的にもろくなる為である。一般には、Ｎｉ８０
ｗｔ％、Ｃｒ２０ｗｔ％を基調にした合金が用いられ
る。ところがこの組成の合金をターゲットとしてスパッ
タリング法により得られた膜の抵抗体は、抵抗温度係数
（ＴＣＲ）が約１３０ｐｐｍ／℃と大きくゼロ付近の値
が得られ難い。
【０００４】これに対して、従来からＮｉＣｒ薄膜抵抗
体は真空蒸着法により形成され、薄膜形成時、または、
形成後に空気若しくは酸素を成膜槽に導入し、ＮｉＣｒ
成分中のＣｒの一部を酸化させてＣｒＯ、またはＣｒ2
Ｏ3を生成させて、ＴＣＲをゼロ付近に近づける試みが
なされていた。しかし、この方法は、再現性が乏しく実
用化は稀であった。
体は真空蒸着法により形成され、薄膜形成時、または、
形成後に空気若しくは酸素を成膜槽に導入し、ＮｉＣｒ
成分中のＣｒの一部を酸化させてＣｒＯ、またはＣｒ2
Ｏ3を生成させて、ＴＣＲをゼロ付近に近づける試みが
なされていた。しかし、この方法は、再現性が乏しく実
用化は稀であった。
【０００５】この問題を解決するため、特開昭５８−１
１９６０１号公報に開示されているように、ＮｉＣｒ合
金に対しＳｉを添加したＮｉＣｒＳｉ３元系合金が提案
されている。更には、ＴＣＲのバラツキを低減し、安定
性、特に、耐湿負荷寿命性を改善したＮｉＣｒＴａＳｉ
４元系合金が、特開昭６０−２７０１３号公報に開示さ
れている。その他、特開昭５７−１７３９０９号公報に
は、ＮｉＣｒＳｉＦｅ４元系合金が開示されている。
１９６０１号公報に開示されているように、ＮｉＣｒ合
金に対しＳｉを添加したＮｉＣｒＳｉ３元系合金が提案
されている。更には、ＴＣＲのバラツキを低減し、安定
性、特に、耐湿負荷寿命性を改善したＮｉＣｒＴａＳｉ
４元系合金が、特開昭６０−２７０１３号公報に開示さ
れている。その他、特開昭５７−１７３９０９号公報に
は、ＮｉＣｒＳｉＦｅ４元系合金が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの３元
系合金や４元系合金の金属材料を調整して作成されたス
パッタリング用のターゲットを用いて形成された薄膜抵
抗体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、微妙な組成のずれに
よりＴＣＲの変動が生ずる問題があった。例えば、Ｎｉ
ＣｒＳｉの３元系合金を用いたターゲットの組成がＮｉ
７２．４ｗｔ％、Ｃｒ１８．１ｗｔ％、Ｓｉ９．５ｗｔ
％でＴＣＲがゼロ付近であっても、再度同一組成で作成
した場合に微妙にＴＣＲがずれる問題があった。特に合
金成分の多いものほどずれ易い。特にＴＣＲの厳密な管
理が要請される４つの抵抗体のブリッジで構成される圧
力センサ等の歪センサに用いられる抵抗体は、ＴＣＲが
ほぼゼロが必要とされている。上記圧力センサが使用さ
れる環境下において、たとえば、温度変化が生じた時、
ＴＣＲがゼロであれば前記ブリッジもバランスも変動せ
ず安定的に計測が可能である。それ故、かかる用途にお
いて特にＴＣＲの小さい薄膜抵抗体を形成することが嘱
望されていた。
系合金や４元系合金の金属材料を調整して作成されたス
パッタリング用のターゲットを用いて形成された薄膜抵
抗体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）は、微妙な組成のずれに
よりＴＣＲの変動が生ずる問題があった。例えば、Ｎｉ
ＣｒＳｉの３元系合金を用いたターゲットの組成がＮｉ
７２．４ｗｔ％、Ｃｒ１８．１ｗｔ％、Ｓｉ９．５ｗｔ
％でＴＣＲがゼロ付近であっても、再度同一組成で作成
した場合に微妙にＴＣＲがずれる問題があった。特に合
金成分の多いものほどずれ易い。特にＴＣＲの厳密な管
理が要請される４つの抵抗体のブリッジで構成される圧
力センサ等の歪センサに用いられる抵抗体は、ＴＣＲが
ほぼゼロが必要とされている。上記圧力センサが使用さ
れる環境下において、たとえば、温度変化が生じた時、
ＴＣＲがゼロであれば前記ブリッジもバランスも変動せ
ず安定的に計測が可能である。それ故、かかる用途にお
いて特にＴＣＲの小さい薄膜抵抗体を形成することが嘱
望されていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ＮｉＣｒを主成分とした合金ターゲットを用いてスパッ
タリング法により薄膜抵抗体を形成するようにした薄膜
抵抗体形成方法において、前記薄膜抵抗体の抵抗温度係
数が略ゼロになるように前記スパッタリングに使用する
アルゴンガスに混合する窒素ガスの混合量を調整するよ
うにした薄膜抵抗体形成方法である。
ＮｉＣｒを主成分とした合金ターゲットを用いてスパッ
タリング法により薄膜抵抗体を形成するようにした薄膜
抵抗体形成方法において、前記薄膜抵抗体の抵抗温度係
数が略ゼロになるように前記スパッタリングに使用する
アルゴンガスに混合する窒素ガスの混合量を調整するよ
うにした薄膜抵抗体形成方法である。
【０００８】請求項２記載の発明は、ＮｉＣｒを主成分
とした合金ターゲットを用いてスパッタリングに使用す
るアルゴンガスに混合する窒素ガスの混合量を調整する
ことにより抵抗温度係数が略ゼロになるように形成され
た薄膜抵抗体である。
とした合金ターゲットを用いてスパッタリングに使用す
るアルゴンガスに混合する窒素ガスの混合量を調整する
ことにより抵抗温度係数が略ゼロになるように形成され
た薄膜抵抗体である。
【０００９】請求項３記載の発明は、請求項２記載の薄
膜抵抗体において、Ｎｉ８０ｗｔ％、Ｃｒ２０ｗｔ％を
主成分とする合金ターゲットを用いたことである。
膜抵抗体において、Ｎｉ８０ｗｔ％、Ｃｒ２０ｗｔ％を
主成分とする合金ターゲットを用いたことである。
【００１０】請求項４記載の発明は、請求項２記載の薄
膜抵抗体において、Ｎｉ７１〜７３ｗｔ％、Ｃｒ１９〜
２１ｗｔ％、Ｓｉ９〜１１ｗｔ％からなる成分の合金タ
ーゲットを用いたことである。
膜抵抗体において、Ｎｉ７１〜７３ｗｔ％、Ｃｒ１９〜
２１ｗｔ％、Ｓｉ９〜１１ｗｔ％からなる成分の合金タ
ーゲットを用いたことである。
【００１１】請求項５記載の発明は、外力により変形す
る起歪体の表面に請求項２、３又は４記載の薄膜抵抗体
を所定形状に形成して電気的に接続した歪センサであ
る。
る起歪体の表面に請求項２、３又は４記載の薄膜抵抗体
を所定形状に形成して電気的に接続した歪センサであ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態につい
て説明する。まず、本実施の形態に係わるＮｉＣｒ合金
薄膜からなる薄膜抵抗体の形成について説明する。一般
の抵抗体薄膜の形成に使われているスパッタリング法を
用いて基板上に薄膜抵抗体を形成する。スパッタリング
に用いる合金ターゲットとして、５インチΦの形状で、
その組成は、 Ｎｉ８０ｗｔ％、Ｃｒ２０ｗｔ％からな
るＮｉＣｒ合金を用いた。
て説明する。まず、本実施の形態に係わるＮｉＣｒ合金
薄膜からなる薄膜抵抗体の形成について説明する。一般
の抵抗体薄膜の形成に使われているスパッタリング法を
用いて基板上に薄膜抵抗体を形成する。スパッタリング
に用いる合金ターゲットとして、５インチΦの形状で、
その組成は、 Ｎｉ８０ｗｔ％、Ｃｒ２０ｗｔ％からな
るＮｉＣｒ合金を用いた。
【００１３】基板、例えば、ガラス基板をスパッタ装置
の所定の位置にセットして 到達真空度 ２×１０-6torr以下 放電圧力 ７×１０-3torr （Ａｒ＋窒素ガスの圧力） 基板 無アルカリガラス 基板温度 １２０℃ 放電パワー ＲＦ１ＫＷ なる条件で基板上にＮｉＣｒ合金薄膜を約０．１μｍ成
膜し、連続してその上層に電極としてのＴｉ、Ｃｕをそ
れぞれ０．２μｍ、１．５μｍ成膜した。
の所定の位置にセットして 到達真空度 ２×１０-6torr以下 放電圧力 ７×１０-3torr （Ａｒ＋窒素ガスの圧力） 基板 無アルカリガラス 基板温度 １２０℃ 放電パワー ＲＦ１ＫＷ なる条件で基板上にＮｉＣｒ合金薄膜を約０．１μｍ成
膜し、連続してその上層に電極としてのＴｉ、Ｃｕをそ
れぞれ０．２μｍ、１．５μｍ成膜した。
【００１４】この場合の成膜条件として、スパッタリン
グに用いるアルゴンガスに所定量の窒素ガスを加えるも
のであり、アルゴンガスに対する窒素ガスの種々の混合
量においてＮｉＣｒ薄膜抵抗体の成膜を行った。
グに用いるアルゴンガスに所定量の窒素ガスを加えるも
のであり、アルゴンガスに対する窒素ガスの種々の混合
量においてＮｉＣｒ薄膜抵抗体の成膜を行った。
【００１５】具体的な混合方法としては、アルゴンガス
と窒素ガスを夫々マスフローコントローラで流量を所定
の混合比になるように制御してスパッタ装置に導入し、
所定のガス圧力に調整した。
と窒素ガスを夫々マスフローコントローラで流量を所定
の混合比になるように制御してスパッタ装置に導入し、
所定のガス圧力に調整した。
【００１６】夫々のスパッタリング条件で成膜した試料
について、所定のパターニングを行い、ＮｉＣｒ合金薄
膜抵抗体を作成した。この薄膜抵抗体の電極にリードを
半田付けした後に所定の特性評価を行った。そして、温
度試験槽に入れて、−４０℃から１２０℃までの抵抗値
の変化を測定し、その薄膜抵抗体のＴＣＲを求めた。
について、所定のパターニングを行い、ＮｉＣｒ合金薄
膜抵抗体を作成した。この薄膜抵抗体の電極にリードを
半田付けした後に所定の特性評価を行った。そして、温
度試験槽に入れて、−４０℃から１２０℃までの抵抗値
の変化を測定し、その薄膜抵抗体のＴＣＲを求めた。
【００１７】図１は、上記に示したような方法で試作し
たＮｉＣｒ薄膜抵抗体について、アルゴンガスに対する
窒素ガスの混合量（添加量）とＮｉＣｒ薄膜抵抗体の比
抵抗との関係を示す。ここで、アルゴンガスに対して窒
素ガスの混合量の増加に伴い比抵抗が増加する結果が得
られた。
たＮｉＣｒ薄膜抵抗体について、アルゴンガスに対する
窒素ガスの混合量（添加量）とＮｉＣｒ薄膜抵抗体の比
抵抗との関係を示す。ここで、アルゴンガスに対して窒
素ガスの混合量の増加に伴い比抵抗が増加する結果が得
られた。
【００１８】また、図２は、アルゴンガスに対する窒素
ガスの混合量とＮｉＣｒ薄膜抵抗体のＴＣＲとの関係を
示す。ＴＣＲは、１０ｃｃ添加付近（アルゴンガスに対
して窒素ガスが１０％）までは正の方向に増加するが、
それ以上の添加は、逆に負の方向へ増加していき、略２
０〜３０cc添加でＴＣＲが０となる。この結果から、ア
ルゴンガスに加える窒素ガスの混合量によりＴＣＲを制
御することが可能で、しかも、ＴＣＲがゼロになる条件
が設定できることを見出すことができた。この方法によ
れば、所定の薄膜抵抗体を形成するためのスパッタリン
グのターゲット組成が多少ずれていても、成膜時のアル
ゴンガスに混合する窒素ガスの混合量で調整することも
可能である。
ガスの混合量とＮｉＣｒ薄膜抵抗体のＴＣＲとの関係を
示す。ＴＣＲは、１０ｃｃ添加付近（アルゴンガスに対
して窒素ガスが１０％）までは正の方向に増加するが、
それ以上の添加は、逆に負の方向へ増加していき、略２
０〜３０cc添加でＴＣＲが０となる。この結果から、ア
ルゴンガスに加える窒素ガスの混合量によりＴＣＲを制
御することが可能で、しかも、ＴＣＲがゼロになる条件
が設定できることを見出すことができた。この方法によ
れば、所定の薄膜抵抗体を形成するためのスパッタリン
グのターゲット組成が多少ずれていても、成膜時のアル
ゴンガスに混合する窒素ガスの混合量で調整することも
可能である。
【００１９】次に、本発明の第二の実施の形態について
説明する。第一の実施の形態と同様に、スパッタリング
のターゲットとしては、５インチΦの形状で、その組成
は、Ｎｉ７２．４ｗｔ％、Ｃｒ２０ｗｔ％ 、Ｓｉ９．
５ｗｔ％からなるＮｉＣｒＳｉ合金ターゲットを用い
た。
説明する。第一の実施の形態と同様に、スパッタリング
のターゲットとしては、５インチΦの形状で、その組成
は、Ｎｉ７２．４ｗｔ％、Ｃｒ２０ｗｔ％ 、Ｓｉ９．
５ｗｔ％からなるＮｉＣｒＳｉ合金ターゲットを用い
た。
【００２０】基板、例えば、ガラス基板をスパッタ装置
の所定の位置にセットして 到達真空度 ２×１０-6torr以下 放電圧力 ７×１０-3torr （アルゴンガス＋窒素ガスの圧力） 基板 無アルカリガラス 基板温度 １２０℃ 放電パワー ＲＦ１ＫＷ なる条件で基板上にＮｉＣｒ合金薄膜を約０．１μｍ成
膜し、連続してその上層に電極としてのＴｉ、Ｃｕをそ
れぞれ０．２μｍ、１．５μｍ成膜した。
の所定の位置にセットして 到達真空度 ２×１０-6torr以下 放電圧力 ７×１０-3torr （アルゴンガス＋窒素ガスの圧力） 基板 無アルカリガラス 基板温度 １２０℃ 放電パワー ＲＦ１ＫＷ なる条件で基板上にＮｉＣｒ合金薄膜を約０．１μｍ成
膜し、連続してその上層に電極としてのＴｉ、Ｃｕをそ
れぞれ０．２μｍ、１．５μｍ成膜した。
【００２１】この場合の成膜条件として、スパッタリン
グに用いるアルゴンガスに所定量の窒素ガスを加え、種
々のアルゴンガスに対する窒素ガスの混合量におけるＮ
ｉＣｒＳｉ薄膜抵抗体の成膜を行った。
グに用いるアルゴンガスに所定量の窒素ガスを加え、種
々のアルゴンガスに対する窒素ガスの混合量におけるＮ
ｉＣｒＳｉ薄膜抵抗体の成膜を行った。
【００２２】具体的な混合方法としては、アルゴンガス
と窒素ガスを夫々マスフローコントローラで流量を所定
の混合比になるように制御してスパッタ装置に導入し、
所定のガス圧力に調整した。
と窒素ガスを夫々マスフローコントローラで流量を所定
の混合比になるように制御してスパッタ装置に導入し、
所定のガス圧力に調整した。
【００２３】夫々のスパッタリング条件で成膜した試料
について、所定のパターニングを行い、ＮｉＣｒＳｉ合
金薄膜抵抗体を作成した。この薄膜抵抗体の電極にリー
ドを半田付けした後に所定の特性評価を行った。そし
て、温度試験槽に入れて、−４０℃から１２０℃までの
抵抗値の変化を測定し、その薄膜抵抗体のＴＣＲを求め
た。
について、所定のパターニングを行い、ＮｉＣｒＳｉ合
金薄膜抵抗体を作成した。この薄膜抵抗体の電極にリー
ドを半田付けした後に所定の特性評価を行った。そし
て、温度試験槽に入れて、−４０℃から１２０℃までの
抵抗値の変化を測定し、その薄膜抵抗体のＴＣＲを求め
た。
【００２４】図３は、上記に示したような方法で試作し
たＮｉＣｒＳｉ薄膜抵抗体についてアルゴンガスに対す
る窒素ガスの混合量とＮｉＣｒＳｉ薄膜抵抗体の比抵抗
との関係を示す。アルゴンガスに対して窒素ガスの混合
量の増加に伴い比抵抗が増加する結果が得られた。
たＮｉＣｒＳｉ薄膜抵抗体についてアルゴンガスに対す
る窒素ガスの混合量とＮｉＣｒＳｉ薄膜抵抗体の比抵抗
との関係を示す。アルゴンガスに対して窒素ガスの混合
量の増加に伴い比抵抗が増加する結果が得られた。
【００２５】また、図４は、アルゴンガスに対する窒素
ガスの混合量とＮｉＣｒＳｉ薄膜抵抗体のＴＣＲの関係
を示す。ＴＣＲは、窒素の混合量の増加とともに正の方
向に増加し、約４ｃｃ（アルゴンガス１００ｃｃに対し
て）付近でＴＣＲがほぼゼロになり、さらに、窒素の混
合量が増加するにつれてプラス側にＴＣＲが増加する傾
向にある。この結果から、前述したＮｉＣｒ２元系の場
合と異なった傾向を示しているが、アルゴンガスに対す
る窒素ガスの混合量を制御することでＴＣＲの制御が可
能なことを見出すことができた。
ガスの混合量とＮｉＣｒＳｉ薄膜抵抗体のＴＣＲの関係
を示す。ＴＣＲは、窒素の混合量の増加とともに正の方
向に増加し、約４ｃｃ（アルゴンガス１００ｃｃに対し
て）付近でＴＣＲがほぼゼロになり、さらに、窒素の混
合量が増加するにつれてプラス側にＴＣＲが増加する傾
向にある。この結果から、前述したＮｉＣｒ２元系の場
合と異なった傾向を示しているが、アルゴンガスに対す
る窒素ガスの混合量を制御することでＴＣＲの制御が可
能なことを見出すことができた。
【００２６】以上について、ＮｉＣｒＳｉ抵抗体の組成
について、Ｎｉ７２．４％、Ｃｒ２０ｗｔ％、Ｓｉ９．
５％についての実施例をその周辺の組成についての確認
も行った。すなわち、Ｎｉ７１〜７３ｗｔ％、Ｃｒ１９
〜２１、Ｓｉ９〜１１ｗｔ％について同様な実験により
ＴＣＲの制御が可能であることの確認を行った。これら
の組成の変更は、スパッタリングに用いるターゲットの
上にＮｉ、Ｃｒ、Ｓｉの材料からなるチップ片を載せて
所定のスパッタリングにより薄膜抵抗体を得た。そし
て、得られた薄膜抵抗体の組成分析を行い、上記組成範
囲を特定した。ただし、この領域内の組成におけるＴＣ
Ｒの制御において、ＮｉＣｒのみの組成とは異なり、窒
素ガスの添加量とともにＴＣＲがプラスの方向にしか変
化しないことが確認されたので、窒素ガスを混合しない
場合のＴＣＲをマイナス方向になるように調整しておく
必要がある。ＮｉＣｒＳｉ系の場合は、Ｓｉの添加量と
ともにマイナス方向にＴＣＲをシフトさせることができ
る。
について、Ｎｉ７２．４％、Ｃｒ２０ｗｔ％、Ｓｉ９．
５％についての実施例をその周辺の組成についての確認
も行った。すなわち、Ｎｉ７１〜７３ｗｔ％、Ｃｒ１９
〜２１、Ｓｉ９〜１１ｗｔ％について同様な実験により
ＴＣＲの制御が可能であることの確認を行った。これら
の組成の変更は、スパッタリングに用いるターゲットの
上にＮｉ、Ｃｒ、Ｓｉの材料からなるチップ片を載せて
所定のスパッタリングにより薄膜抵抗体を得た。そし
て、得られた薄膜抵抗体の組成分析を行い、上記組成範
囲を特定した。ただし、この領域内の組成におけるＴＣ
Ｒの制御において、ＮｉＣｒのみの組成とは異なり、窒
素ガスの添加量とともにＴＣＲがプラスの方向にしか変
化しないことが確認されたので、窒素ガスを混合しない
場合のＴＣＲをマイナス方向になるように調整しておく
必要がある。ＮｉＣｒＳｉ系の場合は、Ｓｉの添加量と
ともにマイナス方向にＴＣＲをシフトさせることができ
る。
【００２７】次に本発明による薄膜抵抗体の歪センサへ
の適用例として、圧力センサに適用した場合の第三の実
施の形態を、図５および図６を用いて説明する。まず、
金属弾性体材料、例えば、ＳＵＳ材や高力アルミニュウ
ームを用いて加工されたダイアフラム１の感圧部となる
起歪部３の表面部に４個の歪みゲージＲ1，Ｒ2，Ｒ3，
Ｒ4からなるブリッジ回路を構成するセンサパターン２
が形成されている。そのセンサパターン２の断面構造
は、図６に示すように起歪部３の表面に絶縁樹脂層４を
形成後、スパッタリング法により、本発明によるＮｉＣ
ｒを主成分とした薄膜抵抗層を膜厚 ０．１μｍで形成
し、連続して電極層となるＴｉ層０．２μｍおよびＣｕ
１．５μｍを形成する。その後、通常の薄膜パターン形
成技術を用いて、図５に示すようなセンサパターンを形
成する。
の適用例として、圧力センサに適用した場合の第三の実
施の形態を、図５および図６を用いて説明する。まず、
金属弾性体材料、例えば、ＳＵＳ材や高力アルミニュウ
ームを用いて加工されたダイアフラム１の感圧部となる
起歪部３の表面部に４個の歪みゲージＲ1，Ｒ2，Ｒ3，
Ｒ4からなるブリッジ回路を構成するセンサパターン２
が形成されている。そのセンサパターン２の断面構造
は、図６に示すように起歪部３の表面に絶縁樹脂層４を
形成後、スパッタリング法により、本発明によるＮｉＣ
ｒを主成分とした薄膜抵抗層を膜厚 ０．１μｍで形成
し、連続して電極層となるＴｉ層０．２μｍおよびＣｕ
１．５μｍを形成する。その後、通常の薄膜パターン形
成技術を用いて、図５に示すようなセンサパターンを形
成する。
【００２８】起歪部の引張り歪みが生ずる部位にＲ1お
よびＲ2の歪みゲージを形成し、圧縮歪みが生ずる部位
に歪みゲージＲ3およびＲ4を形成する。これらの４個の
ゲージは所定のリード配線パターンＬにより接続されて
ブリッジ回路が形成される。ここで、ＶOおよびＶEは、
夫々ブリッジ回路に入力される入力電圧端子および出力
電圧端子を示す。
よびＲ2の歪みゲージを形成し、圧縮歪みが生ずる部位
に歪みゲージＲ3およびＲ4を形成する。これらの４個の
ゲージは所定のリード配線パターンＬにより接続されて
ブリッジ回路が形成される。ここで、ＶOおよびＶEは、
夫々ブリッジ回路に入力される入力電圧端子および出力
電圧端子を示す。
【００２９】ここで圧力センサを用いて計測する場合、
特に測定の安定性および精度のへ影響の大きいゼロ点
（ブリッジバランス）の安定性に及ぼす抵抗体のＴＣＲ
の影響について説明する。
特に測定の安定性および精度のへ影響の大きいゼロ点
（ブリッジバランス）の安定性に及ぼす抵抗体のＴＣＲ
の影響について説明する。
【００３０】前述のように４個の歪みゲージの抵抗値を
それぞれＲ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4とし、ブリッジ回路の入力
電圧をＶE、出力電圧をＶOとしたとき、圧力センサに印
加される計測すべき圧力がゼロの時の出力電圧をＶ
Oは、 Ｖｏ＝Ｖｅ・{Ｒ1／（Ｒ1＋Ｒ3）―Ｒ4／（Ｒ2＋Ｒ4）} となる。
それぞれＲ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4とし、ブリッジ回路の入力
電圧をＶE、出力電圧をＶOとしたとき、圧力センサに印
加される計測すべき圧力がゼロの時の出力電圧をＶ
Oは、 Ｖｏ＝Ｖｅ・{Ｒ1／（Ｒ1＋Ｒ3）―Ｒ4／（Ｒ2＋Ｒ4）} となる。
【００３１】この式を用いて、具体的な計算は省略する
が、例えば周囲温度が１０℃変化して圧縮歪みを生ずる
側に配置されているＲ3およびＲ4と引張り歪み側に配置
されているＲ1およびＲ2において温度差が１℃生じた場
合のゼロ点のドリフト量は、当該センサの最大出力電圧
値にも依存するが、通常の使用形態において、歪センサ
の抵抗体（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4）のＴＣＲが、例えば、
＋１０ｐｐｍ／℃のときの１％／最大出力電圧のドリフ
ト量が生じてしまう。さらに、周囲の温度変化が大きく
なるにつれて、ドリフト量は増大してしまう。そのた
め、このゼロ点のドリフト量を低減させるためには、歪
ゲージ抵抗体のＴＣＲを更に低減させることが要求され
る。薄膜抵抗体のＴＣＲを調整するための、抵抗体の組
成コントロール（例えば、ターゲットのＮｉＣｒにＳｉ
を添加する）による方法では、例えば、５０ｐｐｍ／℃
程度は比較的容易に実現することは可能と思われるが、
前述したように、例えば、数ｐｐｍ／℃以下の制御は、
組成のわずかなずれ等によりＴＣＲが変動してしまう
為、非常に難しい。
が、例えば周囲温度が１０℃変化して圧縮歪みを生ずる
側に配置されているＲ3およびＲ4と引張り歪み側に配置
されているＲ1およびＲ2において温度差が１℃生じた場
合のゼロ点のドリフト量は、当該センサの最大出力電圧
値にも依存するが、通常の使用形態において、歪センサ
の抵抗体（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4）のＴＣＲが、例えば、
＋１０ｐｐｍ／℃のときの１％／最大出力電圧のドリフ
ト量が生じてしまう。さらに、周囲の温度変化が大きく
なるにつれて、ドリフト量は増大してしまう。そのた
め、このゼロ点のドリフト量を低減させるためには、歪
ゲージ抵抗体のＴＣＲを更に低減させることが要求され
る。薄膜抵抗体のＴＣＲを調整するための、抵抗体の組
成コントロール（例えば、ターゲットのＮｉＣｒにＳｉ
を添加する）による方法では、例えば、５０ｐｐｍ／℃
程度は比較的容易に実現することは可能と思われるが、
前述したように、例えば、数ｐｐｍ／℃以下の制御は、
組成のわずかなずれ等によりＴＣＲが変動してしまう
為、非常に難しい。
【００３２】本実施の形態の方法を用いれば、ＮｉＣｒ
合金ターゲットを用いたスパッタリング法により薄膜抵
抗体を形成する際に、アルゴンガスに対して所定量の窒
素ガスの混合量を制御して、所望のＴＣＲに調整するこ
とが可能である。
合金ターゲットを用いたスパッタリング法により薄膜抵
抗体を形成する際に、アルゴンガスに対して所定量の窒
素ガスの混合量を制御して、所望のＴＣＲに調整するこ
とが可能である。
【００３３】以上のように、本実施の形態における薄膜
抵抗体の適用の一例を圧力センサに適用したものについ
て説明したが、重量を計測するロードセルやトルクを計
測するトルクセンサ等のように外力を受けることにより
変形する部分に利用することができるため、これらを総
称して歪センサとして適用することができるものであ
る。その他、計測用に用いられる精密抵抗等にも幅広く
適用することは可能である。
抵抗体の適用の一例を圧力センサに適用したものについ
て説明したが、重量を計測するロードセルやトルクを計
測するトルクセンサ等のように外力を受けることにより
変形する部分に利用することができるため、これらを総
称して歪センサとして適用することができるものであ
る。その他、計測用に用いられる精密抵抗等にも幅広く
適用することは可能である。
【００３４】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、ＮｉＣｒを主成
分とした合金ターゲットを用いてスパッタリング法によ
り薄膜抵抗体を形成するようにした薄膜抵抗体形成方法
において、前記薄膜抵抗体の抵抗温度係数が略ゼロにな
るように前記スパッタリングに使用するアルゴンガスに
混合する窒素ガスの混合量を調整するようにしたので、
薄膜抵抗体の抵抗温度係数を略ゼロにすることが可能で
あるという効果を有する。
分とした合金ターゲットを用いてスパッタリング法によ
り薄膜抵抗体を形成するようにした薄膜抵抗体形成方法
において、前記薄膜抵抗体の抵抗温度係数が略ゼロにな
るように前記スパッタリングに使用するアルゴンガスに
混合する窒素ガスの混合量を調整するようにしたので、
薄膜抵抗体の抵抗温度係数を略ゼロにすることが可能で
あるという効果を有する。
【００３５】請求項２記載の発明は、ＮｉＣｒを主成分
とした合金ターゲットを用いてスパッタリングに使用す
るアルゴンガスに混合する窒素ガスの混合量を調整する
ことにより抵抗温度係数が略ゼロになるように形成され
た薄膜抵抗体であるので、抵抗温度係数が略ゼロの薄膜
抵抗体を得ることができるという効果を有する。
とした合金ターゲットを用いてスパッタリングに使用す
るアルゴンガスに混合する窒素ガスの混合量を調整する
ことにより抵抗温度係数が略ゼロになるように形成され
た薄膜抵抗体であるので、抵抗温度係数が略ゼロの薄膜
抵抗体を得ることができるという効果を有する。
【００３６】請求項３記載の発明は、請求項２記載の薄
膜抵抗体において、Ｎｉ８０ｗｔ％、Ｃｒ２０ｗｔ％を
主成分とする合金ターゲットを用いたので、抵抗温度係
数がプラスである合金ターゲットにおいても、抵抗温度
係数が略ゼロの薄膜抵抗体を得ることができるという効
果を有する。
膜抵抗体において、Ｎｉ８０ｗｔ％、Ｃｒ２０ｗｔ％を
主成分とする合金ターゲットを用いたので、抵抗温度係
数がプラスである合金ターゲットにおいても、抵抗温度
係数が略ゼロの薄膜抵抗体を得ることができるという効
果を有する。
【００３７】請求項４記載の発明は、請求項２記載の薄
膜抵抗体において、Ｎｉ７１〜７３ｗｔ％、Ｃｒ１９〜
２１ｗｔ％、Ｓｉ９〜１１ｗｔ％からなる成分の合金タ
ーゲットを用いたので、抵抗温度係数がマイナスである
合金ターゲットにおいても、抵抗温度係数が略ゼロの薄
膜抵抗体を得ることができるという効果を有する。
膜抵抗体において、Ｎｉ７１〜７３ｗｔ％、Ｃｒ１９〜
２１ｗｔ％、Ｓｉ９〜１１ｗｔ％からなる成分の合金タ
ーゲットを用いたので、抵抗温度係数がマイナスである
合金ターゲットにおいても、抵抗温度係数が略ゼロの薄
膜抵抗体を得ることができるという効果を有する。
【００３８】請求項５記載の発明は、外力により変形す
る起歪体の表面に請求項２、３又は４記載の薄膜抵抗体
を所定形状に形成して電気的に接続した歪センサである
ため、抵抗温度係数が略ゼロの薄膜抵抗体により安定し
た外力測定を行うことが出きるという効果を有する。
る起歪体の表面に請求項２、３又は４記載の薄膜抵抗体
を所定形状に形成して電気的に接続した歪センサである
ため、抵抗温度係数が略ゼロの薄膜抵抗体により安定し
た外力測定を行うことが出きるという効果を有する。
【図１】本発明の第一の実施の形態を示すもので、Ｎｉ
Ｃｒ膜の窒素添加量と比抵抗との関係を示すグラフであ
る。
Ｃｒ膜の窒素添加量と比抵抗との関係を示すグラフであ
る。
【図２】ＮｉＣｒ膜の窒素添加量とＴＣＲとの関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図３】本発明の第二の実施の形態を示すもので、Ｎｉ
ＣｒＳｉ膜の窒素添加量と比抵抗の関係を示すグラフで
ある。
ＣｒＳｉ膜の窒素添加量と比抵抗の関係を示すグラフで
ある。
【図４】ＮｉＣｒＳｉ膜の窒素添加量とＴＣＲの関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図５】本発明の第三の実施の形態を示すもので、圧力
センサのブリッジ回路パターンを示す平面図である。
センサのブリッジ回路パターンを示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線の断面図である。
Claims (5)
- 【請求項１】 ＮｉＣｒを主成分とした合金ターゲット
を用いてスパッタリング法により薄膜抵抗体を形成する
ようにした薄膜抵抗体形成方法において、前記薄膜抵抗
体の抵抗温度係数が略ゼロになるように前記スパッタリ
ングに使用するアルゴンガスに混合する窒素ガスの混合
量を調整することを特徴とする薄膜抵抗体形成方法。 - 【請求項２】 ＮｉＣｒを主成分とした合金ターゲット
を用いてスパッタリングに使用するアルゴンガスに混合
する窒素ガスの混合量を調整することにより抵抗温度係
数が略ゼロになるように形成されたことを特徴とする薄
膜抵抗体。 - 【請求項３】 Ｎｉ８０ｗｔ％、Ｃｒ２０ｗｔ％を主成
分とする合金ターゲットであることを特徴とする請求項
２記載の薄膜抵抗体。 - 【請求項４】 Ｎｉ７１〜７３ｗｔ％、Ｃｒ１９〜２１
ｗｔ％、Ｓｉ９〜１１ｗｔ％からなる成分の合金ターゲ
ットであることを特徴とする請求項２記載の薄膜抵抗
体。 - 【請求項５】 外力により変形する起歪体の表面に請求
項２、３又は４記載の薄膜抵抗体を所定形状に形成して
電気的に接続したことを特徴とする歪センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11143319A JP2000331808A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 薄膜抵抗体形成方法及びこの方法により形成された薄膜抵抗体とこの薄膜抵抗体を用いた歪センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11143319A JP2000331808A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 薄膜抵抗体形成方法及びこの方法により形成された薄膜抵抗体とこの薄膜抵抗体を用いた歪センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000331808A true JP2000331808A (ja) | 2000-11-30 |
Family
ID=15336026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11143319A Pending JP2000331808A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 薄膜抵抗体形成方法及びこの方法により形成された薄膜抵抗体とこの薄膜抵抗体を用いた歪センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000331808A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112525062A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-03-19 | 浙江工业大学 | 用于高压硫化氢环境中的薄膜式电阻应变计 |
| WO2022092205A1 (ja) * | 2020-10-30 | 2022-05-05 | 日東電工株式会社 | 積層フィルム、その製造方法およびひずみセンサ |
-
1999
- 1999-05-24 JP JP11143319A patent/JP2000331808A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022092205A1 (ja) * | 2020-10-30 | 2022-05-05 | 日東電工株式会社 | 積層フィルム、その製造方法およびひずみセンサ |
| CN112525062A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-03-19 | 浙江工业大学 | 用于高压硫化氢环境中的薄膜式电阻应变计 |
| CN112525062B (zh) * | 2021-01-08 | 2023-11-14 | 浙江工业大学 | 用于高压硫化氢环境中的薄膜式电阻应变计 |
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