JP2015141167A - 歪抵抗薄膜およびこれを用いた歪センサ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜時におけるゲージ率の低下を抑制することができ、かつ、昇温によるρ−Ｔ特性の変化を抑制することができる歪抵抗薄膜およびこれを用いた歪センサ素子を提供する。【解決手段】クロムまたはクロム化合物により形成された感応層１０と、ケイ素と炭素とを含む化合物により形成された保護層２１，２２とが積層されている歪抵抗薄膜１において、感応層１０と保護層２１，２２との間に、クロムに比べて炭化物形成能が高い元素を含むバッファ層３１，３２を設けた。歪センサ素子４は、歪抵抗薄膜１と、歪抵抗薄膜１が設けられた基板４０とを備えており、歪抵抗薄膜１の電気抵抗が基板４０の歪に応じて変化する。【選択図】図１

Description

本発明は、歪に応じて電気抵抗が変動する歪抵抗薄膜、および歪抵抗薄膜を用いた歪センサ素子に関する。

圧力センサ、加速度センサ、触覚センサ、および力覚センサ等の力学的センサにおいて、測定対象物の変形量を検出する歪センサ素子（歪ゲージ）を使用することが知られている。歪センサ素子は、測定対象物の歪に応じて変形する歪抵抗薄膜を備えており、歪抵抗薄膜の電気抵抗を計測することにより、測定対象物の変形量を検出することができる。歪抵抗薄膜としては、ゲージ率（Gauge Factor：歪に応じた電気抵抗の変化量）が大きい金属材料であるクロムまたはクロム化合物により形成された感応膜を用いることが知られている。

ところで、クロムにより感応膜が形成された場合は、感応膜の電気抵抗の温度微分係数（ＴＣＲ：Temperature Coefficient of Resistance）が大きく、さらに、所定の温度（例えば３００℃）で加熱する前後において比抵抗と温度との関係（以下、「ρ−Ｔ特性」）が変化する場合がある。また、ＴＣＲが比較的小さいクロム化合物により感応膜が形成された場合でも、所定の温度で加熱する前後においてρ−Ｔ特性が変化する場合がある。このため、歪抵抗薄膜のＴＣＲを小さくするとともにρ−Ｔ特性を安定させることを目的として、クロムまたはクロム化合物により形成された感応層と、当該感応層に積層された保護層とを備える歪抵抗薄膜が提案されている（例えば特許文献１参照）。

図４は、特許文献１に記載された歪抵抗薄膜１０１を示している。歪抵抗薄膜１０１は、感応層１１０と保護層１２１，１２２とを備えており、感応層１１０の上面に保護層１２１が積層されるとともに、感応層１１０の下面に保護層１２２が積層されている。感応層１１０は、クロム薄膜、酸化クロム薄膜、または窒化クロム薄膜により形成されており、保護層１２１，１２２は、ケイ素と炭素とを含む化合物である炭化ケイ素等の薄膜により形成されている。

特開２０１２−２０７９８５号公報

しかしながら、高温（例えば５００℃）で歪抵抗薄膜１０１を成膜する場合には、低温（例えば３００℃）で歪抵抗薄膜１０１を成膜する場合に比べて、歪抵抗薄膜１０１のゲージ率が低下するという問題があった。また、ケイ素と炭素とを含む化合物により保護層１２１，１２２が形成された場合であっても、高温（例えば５００℃）で加熱したときにρ−Ｔ特性が変化するという問題があった。

図５は、感応層１１０が厚さ１５ｎｍのクロムにより形成され、各保護層１２１，１２２が厚さ３０ｎｍの炭化ケイ素により形成された歪抵抗薄膜１０１のρ−Ｔ特性を示すグラフである。図中の「○」は、歪抵抗薄膜１０１を室温（約３００Ｋ）から５００℃（７７３Ｋ）へ昇温した時に測定された歪抵抗薄膜１０１の比抵抗を示しており、「＋」は、５００℃から室温へ降温する時に測定された歪抵抗薄膜１０１の比抵抗を示している。室温から昇温すると、４５０℃（７２３Ｋ）以下においては歪抵抗薄膜１０１の比抵抗は徐々に大きくなるが、４５０℃を超えると歪抵抗薄膜１０１の比抵抗は急激に大きくなる。５００℃から降温すると、歪抵抗薄膜１０１の比抵抗は徐々に小さくなるものの、降温時の歪抵抗薄膜１０１の比抵抗は、昇温時の歪抵抗薄膜１０１の比抵抗に比べて大きくなる。上記の昇温を行った後は、昇温および降温を再び繰り返したとしても、歪抵抗薄膜１０１のρ−Ｔ特性は、図中の「○」で示す１回目の昇温時のρ−Ｔ特性と異なり、図中の「＋」で示す１回目の降温時のρ−Ｔ特性とほぼ同じとなる。このように、成膜後の初回の昇温の前後において歪抵抗薄膜１０１のρ−Ｔ特性は変化する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、成膜時におけるゲージ率の低下を抑制することができ、かつ、昇温によるρ−Ｔ特性の変化を抑制することができる歪抵抗薄膜およびこれを用いた歪センサ素子を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る歪抵抗薄膜は、クロムまたはクロム化合物により形成された感応層と、ケイ素と炭素とを含む化合物により形成された保護層とが積層されている歪抵抗薄膜であって、感応層と保護層との間に、クロムに比べて炭化物形成能が高い元素を含むバッファ層が設けられている。

上記構成によれば、感応層と保護層とが隣接した構成に比べて、感応層に炭素が拡散することを抑制することができる。このため、歪抵抗薄膜の成膜時に感応層に炭素が拡散することに起因するゲージ率の低下を抑制することができ、かつ、歪抵抗薄膜の成膜後の昇温時に感応層に炭素が拡散することに起因するρ−Ｔ特性の変化を抑制することができる。また、上記構成によれば、感応層、バッファ層、保護層の順に積層されているため、保護層によりバッファ層と感応層とを保護することができる。

上記歪抵抗薄膜のバッファ層は、例えば、チタン、ニオブ、バナジウム、タンタル、タングステン、およびモリブデンからなる群より選ばれる元素と炭素との化合物により形成することができる。これらの元素の中でも、バッファ層は、チタンと炭素との化合物により形成されていることが好ましい。この構成によれば、例えばバッファ層がニオブと炭素との化合物により形成された構成された場合に比べて、炭化物形成能が比較的高い元素を用いてバッファ層を形成することができる。したがって、感応層に炭素が拡散することを効果的に抑制することができる。また、入手が比較的容易なチタンを用いてバッファ層を形成することができるため、生産コストを低減することができる。

また、上記歪抵抗薄膜の保護層は、クロムを含まない炭化ケイ素により形成されていることが好ましい。この構成によれば、保護層がクロムを含む構成に比べて、保護層の比抵抗を高めることができ、ゲージ率を大きくすることができる。

また、上記歪抵抗薄膜のバッファ層の厚さは、感応層の厚さよりも小さく、かつ、保護層の厚さよりも小さいことが好ましい。この構成によれば、比抵抗が比較的小さい材料（例えば、炭化チタンや炭化モリブデン）をバッファ層に用いた場合であっても、バッファ層の厚さが感応層または保護層の厚さよりも大きい構成に比べて、電気抵抗の大きなバッファ層を形成することができるとともに、歪抵抗薄膜の全体を薄くすることができる。

本発明に係る歪センサ素子は、上記構成を有する歪抵抗薄膜と、当該歪抵抗薄膜が設けられた基板とを備え、歪抵抗薄膜の電気抵抗が基板の歪に応じて変化する。この構成によれば、基板が取り付けられる測定対象物の変形量を上記歪抵抗薄膜によって検出する歪センサ素子を得ることができる。

本発明によれば、成膜時におけるゲージ率の低下を抑制することができ、かつ、昇温によるρ−Ｔ特性の変化を抑制することができる歪抵抗薄膜および歪センサ素子を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る歪抵抗薄膜および当該歪抵抗薄膜を用いた歪センサ素子を示す断面図である。 同実施形態に係る歪抵抗薄膜の構成元素の組成率を示すグラフであって、（Ａ）は昇温前のグラフであり、（Ｂ）は昇温後のグラフである。 同実施形態に係る歪抵抗薄膜のρ−Ｔ特性を示すグラフである。 従来の歪抵抗薄膜を示す断面図である。 従来の歪抵抗薄膜のρ−Ｔ特性を示すグラフである。 従来の歪抵抗薄膜の構成元素の組成率を示すグラフであって、（Ａ）は昇温前のグラフであり、（Ｂ）は昇温後のグラフである。

図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
図１に示すように、歪抵抗薄膜１は、通電可能な感応層１０と、感応層１０に積層された保護層２１，２２とを備えている。保護層２１は、感応層１０の上方に設けられ、保護層２２は、感応層１０の下方に設けられている。

感応層１０は、クロムまたはクロム化合物により形成されている。具体的には、感応層１０は、例えば、クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（Ｃｒ−Ｏ）、窒化クロム（Ｃｒ−Ｎ）、炭化クロム（Ｃｒ−Ｃ）により形成されている。感応層１０を形成するクロム化合物において、クロムとクロムに結合する元素（酸素、窒素、または炭素）との組成比は、１：１に限定されない。ゲージ率の大きい歪抵抗薄膜１を得るためには、感応層１０の厚さは大きいことが好ましい。また、ゲージ率を維持しつつＴＣＲの小さい歪抵抗薄膜１を得るためには、酸化クロムや炭化クロム等のクロム化合物によって感応層１０が形成されることが好ましい。

保護層２１，２２は、ケイ素と炭素とを含む化合物により形成されている。具体的には、保護層２１，２２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはクロムと炭化ケイ素との化合物（Ｃｒ−ＳｉＣ）により形成されている。保護層２１，２２がクロムと炭化ケイ素との化合物により形成される場合、クロムと炭化ケイ素との組成比は、１：１に限定されず、クロムの組成率に比べて、炭化ケイ素の組成率は大きいことが好ましい。また、保護層２１，２２の各々は、互いに異なる材料により形成されていてもよく、互いに異なる厚さを有していてもよい。ゲージ率の大きい歪抵抗薄膜１を得るためには、保護層２１，２２の比抵抗が大きいことが好ましく、比抵抗の大きな保護層２１，２２を得るためには、クロムを含まないケイ素と炭素との化合物、すなわち炭化ケイ素によって保護層２１，２２が形成されることが好ましい。保護層２１，２２は、多層からなる歪抵抗薄膜１の最外層を構成しており、内層である感応層１０および下記のバッファ層３１，３２を保護する。

歪抵抗薄膜１は、感応層１０と保護層２１，２２との間に設けられたバッファ層３１，３２をさらに備えている。バッファ層３１は、感応層１０と保護層２１との間に設けられ、バッファ層３２は、感応層１０と保護層２２との間に設けられている。したがって、歪抵抗薄膜１を構成する各層１０，２１，２２，３１，３２は、保護層２２、バッファ層３２、感応層１０、バッファ層３１、保護層２１の順で積層されている。

バッファ層３１，３２は、クロムに比べて炭化物形成能が高い元素を含んでおり、当該元素と炭素との化合物により形成されている。クロムに比べて炭化物形成能が高い元素は、ケイ素と比べても炭化物形成能が高く、歪抵抗薄膜１が使用される温度（例えば室温以上５００℃以下）において、炭化物としてより安定して存在する元素である。すなわち、クロムに比べて炭化物形成能が高い元素と炭素との化合物である炭化物は、炭素との結合の分離に必要な熱量が炭化クロムに比べて大きく、当該炭化物から炭素は分離しにくい。具体的には、バッファ層３１，３２は、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群より選ばれる元素と炭素（Ｃ）との化合物により形成されている。炭化物形成能が高く入手容易な材料によってバッファ層３１，３２を形成するために、バッファ層３１，３２は、チタンと炭素との化合物により形成されていることが好ましい。クロムに比べて炭化物形成能が高い元素（チタン、ニオブ、またはタンタル等）と炭素との組成比は、１：１に限定されない。また、バッファ層３１，３２の各々は、互いに異なる材料により形成されていてもよく、互いに異なる厚さを有していてもよい。バッファ層３１，３２の各々の厚さは、感応層１０の厚さよりも小さく、かつ、保護層２１，２２の各々の厚さよりも小さい。感応層１０に流れる電流を大きくするためには、バッファ層３１，３２の電気抵抗が大きいことが好ましく、電気抵抗の大きいバッファ層３１，３２を得るためには、バッファ層３１，３２の厚さは小さいことが好ましい。バッファ層３１，３２の厚さは、各層１０，２１，２２，３１，３２の比抵抗に基づいて、適宜設計可能である。

上記構成の歪抵抗薄膜１は、歪センサ素子４を構成する基板４０に設けられる。歪センサ素子４は、歪抵抗薄膜１と、基板４０と、歪抵抗薄膜１の上面に設けられた電極（不図示）とを備えている。力学的センサに使用される歪センサ素子４は、歪抵抗薄膜１の電気抵抗を測定して、測定対象物（不図示）の変形量を検出する。

基板４０は、絶縁性を有しており、測定対象物に溶接等を用いて設けられる。基板４０は、測定対象物の歪に応じて変形する。基板４０に接合された歪抵抗薄膜１が基板４０とともに変形するとき、歪抵抗薄膜１の電気抵抗が、基板４０の歪に応じて変化する。

次に、歪抵抗薄膜１の成膜方法（製造方法）について説明する。
歪抵抗薄膜１の成膜方法は、下側保護層形成工程、下側バッファ層形成工程、感応層形成工程、上側バッファ層形成工程、上側保護層形成工程、およびパターン形成工程を有する。

まず、下側保護層形成工程において、スパッタリングによって下側保護層である保護層２２を基板４０の表面上に形成する。次いで、下側バッファ層形成工程において、スパッタリングによって下側バッファ層であるバッファ層３２を保護層２２の表面上に形成する。次いで、感応層形成工程において、スパッタリングによって感応層１０をバッファ層３２の表面上に形成する。次いで、上側バッファ層形成工程において、スパッタリングによって上側バッファ層であるバッファ層３１を感応層１０の表面上に形成する。次いで、上側保護層形成工程において、スパッタリングによって上側保護層である保護層２１をバッファ層３１の表面上に形成する。そして、パターン形成工程において、エッチングによって所定のパターンを有する歪抵抗薄膜１を形成する。

上記の各工程におけるスパッタリングは、例えば、下記の（成膜条件１）〜（成膜条件６）を満たすことが可能なイオンビームスパッタ装置を用いて行う。各層１０，２１，２２，３１，３２を形成する材料は、イオンビームが照射されるターゲットとして使用される。スパッタリング時間は、形成する各層１０，２１，２２，３１，３２の厚さに応じて設定する。
（成膜条件１）到達真空度：１．０×１０^−４Ｐａ以下
（成膜条件２）Ａｒガス圧：５．０×１０^−３Ｐａ
（成膜条件３）基板温度：７７３Ｋ（５００℃）一定
（成膜条件３）加速電圧：１，０００Ｖ
（成膜条件４）減速電圧：−５００Ｖ
（成膜条件５）アーク電圧：６０Ｖ
（成膜条件６）ターゲット電流：２０ｍＡまたは５ｍＡ

図２と図６とを対比して、本発明の歪抵抗薄膜１と従来の歪抵抗薄膜１０１（図４参照）との構成の差異を説明するとともに、本発明の作用について説明する。なお、図２は、歪抵抗薄膜１を上面からエッチングしながら、露出している最表面の組成をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）装置により測定した結果を示しており、図６は、歪抵抗薄膜１０１を上面からエッチングしながら、露出している最表面の組成をＸＰＳ装置により測定した結果を示している。図２および図６におけるグラフの縦軸は、測定された元素の組成率を示している。図２および図６におけるグラフの横軸は、エッチング時間を示しており、エッチング前における歪抵抗薄膜１，１０１の上面からの深さに対応している。図２および図６において、実線Ｃｒはクロムの組成率を示し、破線Ｓｉはケイ素の組成率を示し、一点鎖線Ｃは炭素の組成率を示し、点線Ｏは酸素の組成率を示している。また、図２において、二点鎖線Ｔｉはチタンの組成率を示している。

図２は、感応層１０が厚さ１５ｎｍのクロムにより形成され、各保護層２１，２２が厚さ３０ｎｍの炭化ケイ素により形成され、各バッファ層３１，３２が厚さ５ｎｍの炭化チタンにより形成された歪抵抗薄膜１の組成率を示している。図２（Ａ）は、成膜直後の歪抵抗薄膜１の組成率を示しており、図２（Ｂ）は、室温から５００℃までの昇温および降温後に室温で測定された歪抵抗薄膜１の組成率を示している。図２に示すように、歪抵抗薄膜１を室温から５００℃の範囲内で昇温および降温を行う前後において、各元素の組成率の変化は少なく、各層１０，２１，２２，３１，３２を構成する元素の移動が抑制されていることが分かる。すなわち、バッファ層３１，３２を構成する炭化物が、バッファ層３１，３２に隣接する感応層１０に保護層２１，２２から炭素が拡散することを抑制している。

一方、図６は、感応層１１０が厚さ１５ｎｍのクロムにより形成され、各保護層１２１，２２が厚さ３０ｎｍの炭化ケイ素により形成された歪抵抗薄膜１０１の組成率を示している。図６（Ａ）は、成膜直後の歪抵抗薄膜１０１の組成率を示しており、図６（Ｂ）は、室温から５００℃までの昇温および降温後に室温で測定された歪抵抗薄膜１０１の組成率を示している。図６に示すように、歪抵抗薄膜１０１を室温から５００℃の範囲内で昇温および降温を行う前後において、特にクロムおよび炭素の組成率の変化が大きく、保護層１２１，１２２を構成する炭素が、クロムにより形成される感応層１１０に移動していることが分かる。また、図６（Ａ）に示すように、成膜直後においても、クロムにより形成される感応層１１０に炭素が拡散していることが分かる。

図３を参照して、歪抵抗薄膜１のρ−Ｔ特性について説明する。
図３は、感応層１０が厚さ１５ｎｍのクロムにより形成され、各保護層２１，２２が厚さ３０ｎｍの炭化ケイ素により形成され、各バッファ層３１，３２が厚さ５ｎｍの炭化チタンにより形成された歪抵抗薄膜１のρ−Ｔ特性を示すグラフである。図中の「○」は、歪抵抗薄膜１を室温（約３００Ｋ）から５００℃（７７３Ｋ）へ昇温した時に測定された歪抵抗薄膜１の比抵抗を示しており、「＋」は、５００℃から室温へ降温する時に測定された歪抵抗薄膜１の比抵抗を示している。室温から昇温すると、歪抵抗薄膜１の比抵抗は、徐々に大きくなり、急激に大きくなることはない。５００℃から降温すると、歪抵抗薄膜１の比抵抗は徐々に小さくなり、降温時の歪抵抗薄膜１のρ−Ｔ特性は、昇温時のρ−Ｔ特性とほぼ同じである。

（実施例１）
感応層１０が厚さ１５ｎｍのクロムにより形成され、各保護層２１，２２が厚さ３０ｎｍの炭化ケイ素により形成され、各バッファ層３１，３２が厚さ５ｎｍの炭化チタンにより形成された歪抵抗薄膜１を製造した。感応層形成工程においては、ターゲット電流を２０ｍＡとしてスパッタリングを行った。そして、歪抵抗薄膜１のゲージ率を測定するために、下記のゲージ率測定試験を行った。本実施例１に係る歪抵抗薄膜１のゲージ率を下記の表１に示す。

［ゲージ率測定試験］
成膜直後の歪抵抗薄膜１のゲージ率を室温で測定し、測定結果を「昇温前のゲージ率」とした。さらに、歪抵抗薄膜１を５００℃に昇温した状態を大気中で１２時間維持した後の歪抵抗薄膜１のゲージ率を室温で測定し、その測定結果を「昇温後のゲージ率」とした。ゲージ率の測定は、デジタルフォースゲージとデジタルマルチメータを用いて行った。

（実施例２）
感応層１０を厚さ１００ｎｍのクロムにより形成することを除いては、実施例１と同じ方法で歪抵抗薄膜１を製造した。そして、上記ゲージ率測定試験を行った。本実施例２に係る歪抵抗薄膜１のゲージ率を下記の表１に示す。

（実施例３）
感応層１０を厚さ１５ｎｍの酸化クロムにより形成することを除いては、実施例１と同じ方法で歪抵抗薄膜１を製造した。そして、上記ゲージ率測定試験を行った。本実施例３に係る歪抵抗薄膜１のゲージ率を下記の表２に示す。

（実施例４）
感応層１０を厚さ１００ｎｍの酸化クロムにより形成することを除いては、実施例３と同じ方法で歪抵抗薄膜１を製造した。そして、上記ゲージ率測定試験を行った。本実施例４に係る歪抵抗薄膜１のゲージ率を下記の表２に示す。

（実施例５）
感応層１０を厚さ１５ｎｍの炭化クロムにより形成することを除いては、実施例１と同じ方法で歪抵抗薄膜１を製造した。そして、上記ゲージ率測定試験を行った。本実施例５に係る歪抵抗薄膜１のゲージ率を下記の表３に示す。

（実施例６）
感応層１０が厚さ１００ｎｍの炭化クロムにより形成され、各保護層２１，２２が厚さ３０ｎｍの炭化ケイ素により形成され、各バッファ層３１，３２が厚さ５ｎｍの炭化チタンにより形成された歪抵抗薄膜１を製造した。感応層形成工程においては、ターゲット電流を５ｍＡとしてスパッタリングを行った。そして、上記ゲージ率測定試験を行った。本実施例６に係る歪抵抗薄膜１のゲージ率を下記の表４に示す。

（実施例７）
感応層１０を厚さ３００ｎｍの炭化クロムにより形成することを除いては、実施例６と同じ方法で歪抵抗薄膜１を製造した。そして、上記ゲージ率測定試験を行った。本実施例７に係る歪抵抗薄膜１のゲージ率を下記の表４に示す。

（実施例８）
各バッファ層３１，３２を厚さ１５ｎｍの炭化チタンにより形成することを除いては、実施例６と同じ方法で歪抵抗薄膜１を製造した。そして、上記ゲージ率測定試験を行った。本実施例８に係る歪抵抗薄膜１のゲージ率を下記の表４に示す。

（実施例９）
各保護層２１，２２を厚さ１００ｎｍの炭化ケイ素により形成することを除いては、実施例６と同じ方法で歪抵抗薄膜１を製造した。そして、上記ゲージ率測定試験を行った。本実施例９に係る歪抵抗薄膜１のゲージ率を下記の表４に示す。

（比較例１）
感応層１１０が厚さ１５ｎｍのクロムにより形成され、各保護層１２１，１２２が厚さ３０ｎｍの炭化ケイ素により形成された歪抵抗薄膜１０１を製造した。感応層形成工程においては、ターゲット電流を２０ｍＡとしてスパッタリングを行った。そして、上記ゲージ率測定試験と同様にして、歪抵抗薄膜１０１のゲージ率を測定した。本比較例１に係る歪抵抗薄膜１０１のゲージ率を下記の表１に示す。

（比較例２）
感応層１１０を厚さ１５ｎｍの酸化クロムにより形成することを除いては、比較例１と同じ方法で歪抵抗薄膜１０１を製造した。そして、比較例１と同様に、歪抵抗薄膜１０１のゲージ率を測定した。本比較例２に係る歪抵抗薄膜１０１のゲージ率を下記の表２に示す。

（比較例３）
感応層１１０を厚さ１５ｎｍの炭化クロムにより形成することを除いては、比較例１と同じ方法で歪抵抗薄膜１０１を製造した。そして、比較例１と同様に、歪抵抗薄膜１０１のゲージ率を測定した。本比較例３に係る歪抵抗薄膜１０１のゲージ率を下記の表３に示す。

表１は、感応層１０，１１０がクロムにより形成された歪抵抗薄膜１，１０１のゲージ率を示している。表１に示すように、実施例１および２に係る歪抵抗薄膜１においては、バッファ層３１，３２を備えない比較例１に比べて、昇温前のゲージ率が大きく、昇温後のゲージ率も大きい。したがって、歪抵抗薄膜１の成膜時、および歪抵抗薄膜１に対して高温処理（大気中、５００℃で１２時間保持）が行われた時において、感応層１０に炭素が拡散することに起因するゲージ率の低下を抑制することができる。

表２は、感応層１０，１１０が酸化クロムにより形成された歪抵抗薄膜１，１０１のゲージ率を示している。表２に示すように、実施例３および４に係る歪抵抗薄膜１においては、バッファ層３１，３２を備えない比較例２に比べて、昇温前のゲージ率が大きく、昇温後のゲージ率も大きい。したがって、歪抵抗薄膜１の成膜時、および歪抵抗薄膜１に対して高温処理（大気中、５００℃で１２時間保持）が行われた時において、感応層１０に炭素が拡散することに起因するゲージ率の低下を抑制することができる。

表３は、感応層１０，１１０が炭化クロムにより形成された歪抵抗薄膜１，１０１のゲージ率を示している。表３に示すように、実施例５に係る歪抵抗薄膜１においては、バッファ層３１，３２を備えない比較例３に比べて、昇温前のゲージ率が大きく、昇温後のゲージ率も大きい。したがって、歪抵抗薄膜１の成膜時、および歪抵抗薄膜１に対して高温処理（大気中、５００℃で１２時間保持）が行われた時において、感応層１０に炭素が拡散することに起因するゲージ率の低下を抑制することができる。

また、実施例５に係る歪抵抗薄膜１においては、感応層１０がクロムまたは酸化クロムにより形成される実施例１および３に比べて、昇温前のゲージ率が大きく、昇温後のゲージ率も大きい。したがって、成膜時において感応層１０を炭化クロムにより形成することによって、ゲージ率を向上させることができる。

表４は、感応層１０が炭化クロムにより形成された歪抵抗薄膜１のゲージ率を示している。実施例６〜９に係る歪抵抗薄膜１においては、昇温前のゲージ率が１０以上であって、昇温後のゲージ率も１０以上である。したがって、各層１０，２１，２２，３１，３２の厚さを適宜変更した場合について、歪抵抗薄膜１の成膜時、および歪抵抗薄膜１に対して高温処理（大気中、５００℃で１２時間保持）が行われた時において、感応層１０に炭素が拡散することに起因するゲージ率の低下を抑制することができる。

また、バッファ層３１，３２によって感応層１０に炭素が拡散することが抑制されるため、実施例１に係る歪抵抗薄膜１のρ−Ｔ特性（図３参照）は、比較例１に係る歪抵抗薄膜１０１のρ−Ｔ特性（図５参照）に比べて、昇温の前後において安定している。したがって、バッファ層３１，３２を有する実施例１〜９に係る歪抵抗薄膜１においては、歪抵抗薄膜１の成膜後の昇温時に感応層１０に炭素が拡散することに起因するρ−Ｔ特性の変化を抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記構成を適宜変更することもできる。例えば、上記実施形態では、感応層１０の上下両面にバッファ層３１，３２および保護層２１，２２が設けられる構成であるが、保護層２２およびバッファ層３２を省略して基板４０上に感応層１０を直接形成することによって、感応層１０と保護層２１とバッファ層３１とにより歪抵抗薄膜を構成することもできる。また、基板４０と感応層１０との間にバッファ層３２を形成することで、保護層２２を省略することもできる。さらに、バッファ層３１を感応層１０上に形成することで、保護層２１を省略することもできる。感応層１０の上部および下部のうち少なくとも一方にバッファ層が設けられることによって、当該バッファ層側から感応層への炭素の拡散を抑制することができる。

また、上記実施形態では、歪抵抗薄膜１が基板４０の表面上に設けられる構成であるが、測定対象物が絶縁性を有していれば、測定対象物の表面上に歪抵抗薄膜１を設けることもできる。すなわち、基板４０を介さずに測定対象物に歪抵抗薄膜１を直接形成することもできる。また、基板４０を介さずに、歪抵抗薄膜１と同様にして形成される絶縁膜（不図示）を介して、測定対象物に歪抵抗薄膜を設けることもできる。

また、上記実施形態では、クロムに比べて炭化物形成能が高い元素と炭素との化合物によってバッファ層３１，３２が形成される構成であるが、感応層１０への炭素の拡散を抑制することができるのであれば、クロムに比べて炭化物形成能が高い元素の単体、または当該元素と炭素以外の元素との化合物によってバッファ層３１，３２を形成してもよい。

１ 歪抵抗薄膜
４ 歪センサ素子
１０ 感応層
２１，２２ 保護層
３１，３２ バッファ層
４０ 基板

Claims (6)

1. クロムまたはクロム化合物により形成された感応層と、ケイ素と炭素とを含む化合物により形成された保護層とが積層されている歪抵抗薄膜であって、
   前記感応層と前記保護層との間に、クロムに比べて炭化物形成能が高い元素を含むバッファ層が設けられたことを特徴とする歪抵抗薄膜。
2. 前記バッファ層が、チタン、ニオブ、バナジウム、タンタル、タングステン、およびモリブデンからなる群より選ばれる元素と炭素との化合物により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の歪抵抗薄膜。
3. 前記バッファ層が、チタンと炭素との化合物により形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の歪抵抗薄膜。
4. 前記保護層が、クロムを含まない炭化ケイ素により形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の歪抵抗薄膜。
5. 前記バッファ層の厚さが、前記感応層の厚さよりも小さく、かつ、前記保護層の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の歪抵抗薄膜。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の歪抵抗薄膜と、前記歪抵抗薄膜が設けられた基板とを備え、
   前記歪抵抗薄膜の電気抵抗が前記基板の歪に応じて変化することを特徴とする歪センサ素子。

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