JPH1038727A - 薄膜素子及びその製造方法 - Google Patents
薄膜素子及びその製造方法Info
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- JPH1038727A JPH1038727A JP19439796A JP19439796A JPH1038727A JP H1038727 A JPH1038727 A JP H1038727A JP 19439796 A JP19439796 A JP 19439796A JP 19439796 A JP19439796 A JP 19439796A JP H1038727 A JPH1038727 A JP H1038727A
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- Pressure Sensors (AREA)
- Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高いゲージ率と低い温度係数を保ちながら、
高い抵抗率を有し、その結果、小型のダイヤフラム上に
も容易に加工ができる薄膜素子及びその製造方法を提供
する。 【解決手段】 金属基板１上にプラズマＣＶＤ法により
シリコン酸化膜２を形成し、シリコン酸化膜２上に、電
子ビーム蒸着法を用いて、Ｃｒ，酸素及び窒素を主体と
し、かつ、酸素含有量が１０〜４０原子％となり、窒素
含有量が１０〜２０原子％となる薄膜歪みゲージ３を形
成し、薄膜歪みゲージ３の端末部に、アルミニウム（Ａ
ｌ）から成る電極配線４を形成する。そして、金属基板
１の電極配線４が形成された面側に、プラズマＣＶＤ法
によりシリコン酸化膜５を形成し、電極配線４上のシリ
コン酸化膜５にエッチングによりコンタクトホール６を
形成する。
高い抵抗率を有し、その結果、小型のダイヤフラム上に
も容易に加工ができる薄膜素子及びその製造方法を提供
する。 【解決手段】 金属基板１上にプラズマＣＶＤ法により
シリコン酸化膜２を形成し、シリコン酸化膜２上に、電
子ビーム蒸着法を用いて、Ｃｒ，酸素及び窒素を主体と
し、かつ、酸素含有量が１０〜４０原子％となり、窒素
含有量が１０〜２０原子％となる薄膜歪みゲージ３を形
成し、薄膜歪みゲージ３の端末部に、アルミニウム（Ａ
ｌ）から成る電極配線４を形成する。そして、金属基板
１の電極配線４が形成された面側に、プラズマＣＶＤ法
によりシリコン酸化膜５を形成し、電極配線４上のシリ
コン酸化膜５にエッチングによりコンタクトホール６を
形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜素子及びその
製造方法に関するものであり、特に金属ダイヤフラム上
に形成される薄膜歪みゲージ及びその製造方法に関す
る。
製造方法に関するものであり、特に金属ダイヤフラム上
に形成される薄膜歪みゲージ及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】これまで開発された代表的な薄膜歪みゲ
ージとしては、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇ
ｅ）から成る半導体薄膜（特開昭６１−７０７１６号公
報等）や、クロム（Ｃｒ）合金等から成る金属薄膜（特
公平６−６６１６２号公報等）がある。半導体薄膜は、
ゲージ率は高いが、抵抗温度係数が大きいという欠点が
あり、金属薄膜は、抵抗温度係数は小さいが、ゲージ率
が低いという欠点がある。
ージとしては、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇ
ｅ）から成る半導体薄膜（特開昭６１−７０７１６号公
報等）や、クロム（Ｃｒ）合金等から成る金属薄膜（特
公平６−６６１６２号公報等）がある。半導体薄膜は、
ゲージ率は高いが、抵抗温度係数が大きいという欠点が
あり、金属薄膜は、抵抗温度係数は小さいが、ゲージ率
が低いという欠点がある。
【０００３】上述の薄膜歪みゲージの代表的な応用分野
としては圧力センサがあり、圧力センサには、Ｓｉ微細
加工によるＳｉダイヤフラム型圧力センサと、耐腐食性
に優れ、超高圧に耐える金属ダイヤフラム型圧力センサ
がある。
としては圧力センサがあり、圧力センサには、Ｓｉ微細
加工によるＳｉダイヤフラム型圧力センサと、耐腐食性
に優れ、超高圧に耐える金属ダイヤフラム型圧力センサ
がある。
【０００４】ここで、金属ダイヤフラム型圧力センサと
しては、ダイヤフラム部分に歪みゲージを接着剤で貼り
付ける方式と、金属ダイヤフラムの変位をシリコンオイ
ルを介して薄膜歪みゲージに伝える二重ダイヤフラム方
式とがある。また、上述の２つの方式に対して、より高
精度でシンプルな構造を持つタイプとして、金属ダイヤ
フラム上に絶縁膜を介して薄膜歪みゲージを形成する方
法も既に実用化されている。
しては、ダイヤフラム部分に歪みゲージを接着剤で貼り
付ける方式と、金属ダイヤフラムの変位をシリコンオイ
ルを介して薄膜歪みゲージに伝える二重ダイヤフラム方
式とがある。また、上述の２つの方式に対して、より高
精度でシンプルな構造を持つタイプとして、金属ダイヤ
フラム上に絶縁膜を介して薄膜歪みゲージを形成する方
法も既に実用化されている。
【０００５】このような金属ダイヤフラム型圧力センサ
においても、更なる高信頼化，低コスト化の要望があ
り、そのためには高感度，高信頼性，製造が容易な薄膜
歪みゲージが望まれている。
においても、更なる高信頼化，低コスト化の要望があ
り、そのためには高感度，高信頼性，製造が容易な薄膜
歪みゲージが望まれている。
【０００６】そこで、最近ではクロム（Ｃｒ）を主体と
した薄膜歪みゲージが、高いゲージ率を要する材料とし
て注目を集めている。代表的なものとして、特公平７−
５４２８１号公報には、Ｃｒ−Ｍｏ合金をスパッタリン
グによって成膜することによりゲージ率が１０以上の薄
膜歪みゲージを生成できることが示されており、特公平
６−６６１６２号公報には、Ｃｒ（６０〜９８原子
％），酸素（２〜３０原子％），その他の添加金属（０
〜１０原子％）から成る合金薄膜を２元スパッタリング
によって成膜することによりゲージ率５以上，抵抗温度
係数±１００ｐｐｍ以下の薄膜歪みゲージを生成できる
ことが示されている。また、特開平６−２１３６１３号
公報には、クロム（Ｃｒ）を成膜後、４００℃以上でア
ニールし、ｂｃｃクロムと三方晶Ｃｒ2Ｏ3から成る薄膜
歪みゲージとしてゲージ率２０以上のものが示されてい
る。
した薄膜歪みゲージが、高いゲージ率を要する材料とし
て注目を集めている。代表的なものとして、特公平７−
５４２８１号公報には、Ｃｒ−Ｍｏ合金をスパッタリン
グによって成膜することによりゲージ率が１０以上の薄
膜歪みゲージを生成できることが示されており、特公平
６−６６１６２号公報には、Ｃｒ（６０〜９８原子
％），酸素（２〜３０原子％），その他の添加金属（０
〜１０原子％）から成る合金薄膜を２元スパッタリング
によって成膜することによりゲージ率５以上，抵抗温度
係数±１００ｐｐｍ以下の薄膜歪みゲージを生成できる
ことが示されている。また、特開平６−２１３６１３号
公報には、クロム（Ｃｒ）を成膜後、４００℃以上でア
ニールし、ｂｃｃクロムと三方晶Ｃｒ2Ｏ3から成る薄膜
歪みゲージとしてゲージ率２０以上のものが示されてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
なクロム（Ｃｒ）を主体とする薄膜歪みゲージにおいて
は、抵抗率が低いという問題点があった。
なクロム（Ｃｒ）を主体とする薄膜歪みゲージにおいて
は、抵抗率が低いという問題点があった。
【０００８】一般的に、圧力センサのインピーダンスは
数ｋΩになるよう調整されており、半導体薄膜の場合、
ドーピング濃度により抵抗率を幅広く制御することが可
能であり、例えば、３ｋΩの抵抗を作る場合、抵抗率を
１０-2Ω・cm，膜厚を０．１μｍとすると、長さ／幅の
比は３になる。
数ｋΩになるよう調整されており、半導体薄膜の場合、
ドーピング濃度により抵抗率を幅広く制御することが可
能であり、例えば、３ｋΩの抵抗を作る場合、抵抗率を
１０-2Ω・cm，膜厚を０．１μｍとすると、長さ／幅の
比は３になる。
【０００９】しかし、上述のクロム（Ｃｒ）を主体とす
る薄膜歪みゲージの抵抗率は、１０ -6〜１０-4Ω・cmで
あり、例えば、圧力センサのダイヤフラム上にホイート
ストンブリッジ状に抵抗体を４個形成しようとした場
合、膜厚を０．１μｍとすると、抵抗体の占める面積が
大きくなりすぎて、ダイヤフラムを小型化しようとした
場合使えなくなるという問題があった。
る薄膜歪みゲージの抵抗率は、１０ -6〜１０-4Ω・cmで
あり、例えば、圧力センサのダイヤフラム上にホイート
ストンブリッジ状に抵抗体を４個形成しようとした場
合、膜厚を０．１μｍとすると、抵抗体の占める面積が
大きくなりすぎて、ダイヤフラムを小型化しようとした
場合使えなくなるという問題があった。
【００１０】また、ダイヤフラム上では場所によって歪
み量，歪み方向が異なるため、抵抗体の面積が小さいほ
うがより最適な位置に抵抗体を配置することができる。
み量，歪み方向が異なるため、抵抗体の面積が小さいほ
うがより最適な位置に抵抗体を配置することができる。
【００１１】そこで、クロム（Ｃｒ）を主体とする薄膜
歪みゲージでは、面積を抑えるため、加工寸法を１０μ
ｍ前後のレベルにしなければならず、Ｓｉプロセスなら
１０μｍルールの加工は容易だが、金属ダイヤフラムの
場合は、切削加工によるダイヤフラムにしても、大面積
ＳＵＳ基板を用いる場合であっても、装置に様々な制約
があり加工寸法を１０μｍのレベルにするのが困難であ
り、特に６ｍｍφ以下の小型のダイヤフラムには適用が
困難であった。
歪みゲージでは、面積を抑えるため、加工寸法を１０μ
ｍ前後のレベルにしなければならず、Ｓｉプロセスなら
１０μｍルールの加工は容易だが、金属ダイヤフラムの
場合は、切削加工によるダイヤフラムにしても、大面積
ＳＵＳ基板を用いる場合であっても、装置に様々な制約
があり加工寸法を１０μｍのレベルにするのが困難であ
り、特に６ｍｍφ以下の小型のダイヤフラムには適用が
困難であった。
【００１２】本発明は、上記の点に鑑みて成されたもの
であり、その目的とするところは、高いゲージ率と低い
温度係数を保ちながら、高い抵抗率を有し、その結果、
小型のダイヤフラム上にも容易に加工ができる薄膜素子
及びその製造方法を提供することにある。
であり、その目的とするところは、高いゲージ率と低い
温度係数を保ちながら、高い抵抗率を有し、その結果、
小型のダイヤフラム上にも容易に加工ができる薄膜素子
及びその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
Ｃｒ，酸素及び窒素を含んで成り、酸素含有量が１０〜
４０原子％であり、窒素含有量が１０〜２０原子％であ
ることを特徴とするものである。
Ｃｒ，酸素及び窒素を含んで成り、酸素含有量が１０〜
４０原子％であり、窒素含有量が１０〜２０原子％であ
ることを特徴とするものである。
【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の薄
膜素子において、Ｃｒ以外の金属含有量が０〜５原子％
であることを特徴とするものである。
膜素子において、Ｃｒ以外の金属含有量が０〜５原子％
であることを特徴とするものである。
【００１５】請求項３記載の発明は、Ｃｒ，酸素及び窒
素を含んで成り、電子ビーム蒸着法を用いて製造する薄
膜素子の製造方法であって、ＣｒまたはＣｒ合金を蒸着
源として用い、電子ビーム発生前はチャンバ内の酸素と
窒素の混合ガスの導入圧を２×１０-5〜１×１０-3Torr
にし、かつ、酸素の分圧比を３／１０〜８／１０に制御
して成膜するようにしたことを特徴とするものである。
素を含んで成り、電子ビーム蒸着法を用いて製造する薄
膜素子の製造方法であって、ＣｒまたはＣｒ合金を蒸着
源として用い、電子ビーム発生前はチャンバ内の酸素と
窒素の混合ガスの導入圧を２×１０-5〜１×１０-3Torr
にし、かつ、酸素の分圧比を３／１０〜８／１０に制御
して成膜するようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】請求項４記載の発明は、Ｃｒ，酸素及び窒
素を含んで成り、スパッタリングにより製造する薄膜素
子の製造方法であって、ＣｒまたはＣｒ合金をターゲッ
トとして用い、放電開始前はアルゴン，酸素及び窒素の
混合ガスの導入圧を１×１０ -3〜８×１０-2Torrにし、
かつ、酸素の分圧比を１／２０〜８／２０，窒素の分圧
比を１／２０〜８／２０に制御して成膜するようにした
ことを特徴とするものである。
素を含んで成り、スパッタリングにより製造する薄膜素
子の製造方法であって、ＣｒまたはＣｒ合金をターゲッ
トとして用い、放電開始前はアルゴン，酸素及び窒素の
混合ガスの導入圧を１×１０ -3〜８×１０-2Torrにし、
かつ、酸素の分圧比を１／２０〜８／２０，窒素の分圧
比を１／２０〜８／２０に制御して成膜するようにした
ことを特徴とするものである。
【００１７】請求項５記載の発明は、請求項３または請
求項４記載の薄膜素子の製造方法において、前記成膜
後、３００〜４００℃でアニールするようにしたことを
特徴とするものである。
求項４記載の薄膜素子の製造方法において、前記成膜
後、３００〜４００℃でアニールするようにしたことを
特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づき説明する。
図面に基づき説明する。
【００１９】＝実施形態１＝ 図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜歪みゲージを用
いた圧力センサを示す略断面図であり、図２は、本実施
形態に係る薄膜歪みゲージの形成条件を示すテーブルで
ある。本実施形態においては、特性評価用の金属基板１
として、厚さ０．６ｍｍのＳＵＳ６３０基板を用いた。
先ず、金属基板１上に絶縁膜としてプラズマＣＶＤ法に
よりシリコン酸化膜２を約３μｍ形成し、チャンバ内に
酸素と窒素の混合ガスを導入した後、シリコン酸化膜２
上に電子ビーム蒸着法を用いて、薄膜歪みゲージ３を約
０．１μｍ形成し、フォトリソグラフィ技術及びエッチ
ング技術を用いて所定形状にパターニングする。なお、
薄膜歪みゲージ３は、図２に示す形成条件により形成さ
れる。また、蒸着源としては、ＣｒまたはＣｒ−Ａｌ合
金を用い、蒸着速度は５Å／秒、基板温度は２００℃と
した。
いた圧力センサを示す略断面図であり、図２は、本実施
形態に係る薄膜歪みゲージの形成条件を示すテーブルで
ある。本実施形態においては、特性評価用の金属基板１
として、厚さ０．６ｍｍのＳＵＳ６３０基板を用いた。
先ず、金属基板１上に絶縁膜としてプラズマＣＶＤ法に
よりシリコン酸化膜２を約３μｍ形成し、チャンバ内に
酸素と窒素の混合ガスを導入した後、シリコン酸化膜２
上に電子ビーム蒸着法を用いて、薄膜歪みゲージ３を約
０．１μｍ形成し、フォトリソグラフィ技術及びエッチ
ング技術を用いて所定形状にパターニングする。なお、
薄膜歪みゲージ３は、図２に示す形成条件により形成さ
れる。また、蒸着源としては、ＣｒまたはＣｒ−Ａｌ合
金を用い、蒸着速度は５Å／秒、基板温度は２００℃と
した。
【００２０】ここで、蒸着源として純度が低いＣｒ粒を
用いると、薄膜歪みゲージ３の特性ばらつきが大きくな
るため、本実施形態においては純度９９．９９％以上の
Ｃｒ粒を用いた。
用いると、薄膜歪みゲージ３の特性ばらつきが大きくな
るため、本実施形態においては純度９９．９９％以上の
Ｃｒ粒を用いた。
【００２１】続いて、薄膜歪みゲージ３の端末部に、ア
ルミニウム（Ａｌ）から成る電極配線４を約１μｍ形成
する。なお、電極配線４の形成方法の一例としては、タ
ーゲットにアルミニウムを用いてスパッタリングを行う
ことにより、アルミニウム層を形成し、フォトリソグラ
フィ技術及びエッチング技術を用いて所定形状にパター
ニングする方法がある。
ルミニウム（Ａｌ）から成る電極配線４を約１μｍ形成
する。なお、電極配線４の形成方法の一例としては、タ
ーゲットにアルミニウムを用いてスパッタリングを行う
ことにより、アルミニウム層を形成し、フォトリソグラ
フィ技術及びエッチング技術を用いて所定形状にパター
ニングする方法がある。
【００２２】次に、金属基板１の電極配線４が形成され
た面側に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜５を
約０．５μｍ形成し、電極配線４上のシリコン酸化膜５
にエッチングによりコンタクトホール６を形成する。そ
して、製造されたものを矩形に切り出し、コンタクトホ
ール６を介して電極配線４にワイヤボンディングを行っ
て、電気信号を取り出せるようにし、切り出した基板の
一端を固定し、他端を変位させることにより、薄膜歪み
ゲージ３に歪みを与えて特性を評価した。
た面側に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜５を
約０．５μｍ形成し、電極配線４上のシリコン酸化膜５
にエッチングによりコンタクトホール６を形成する。そ
して、製造されたものを矩形に切り出し、コンタクトホ
ール６を介して電極配線４にワイヤボンディングを行っ
て、電気信号を取り出せるようにし、切り出した基板の
一端を固定し、他端を変位させることにより、薄膜歪み
ゲージ３に歪みを与えて特性を評価した。
【００２３】なお、本実施形態における各膜の膜厚は、
本実施形態に示す膜厚に限定されるものではない。
本実施形態に示す膜厚に限定されるものではない。
【００２４】以下、図２のテーブルに基づいて、薄膜歪
みゲージ３の特性について説明する。Ｎｏ．１〜３が本
願発明に係る形成条件により形成された薄膜歪みゲージ
３を示し、Ｎｏ．４〜７が比較例である。薄膜歪みゲー
ジ３の材料として、Ｃｒ中に酸素及び窒素を含有させた
薄膜は既に知られているが、本願発明は、薄膜中に酸化
Ｃｒ及び窒化Ｃｒを分散させることにより、高い抵抗率
及びゲージ率、低い抵抗温度係数及びゲージ率温度係数
を達成するものである。そこで、本願発明においては、
薄膜中の酸素含有量を１０〜４０原子％とし、窒素含有
量を１０〜２０原子％とした。
みゲージ３の特性について説明する。Ｎｏ．１〜３が本
願発明に係る形成条件により形成された薄膜歪みゲージ
３を示し、Ｎｏ．４〜７が比較例である。薄膜歪みゲー
ジ３の材料として、Ｃｒ中に酸素及び窒素を含有させた
薄膜は既に知られているが、本願発明は、薄膜中に酸化
Ｃｒ及び窒化Ｃｒを分散させることにより、高い抵抗率
及びゲージ率、低い抵抗温度係数及びゲージ率温度係数
を達成するものである。そこで、本願発明においては、
薄膜中の酸素含有量を１０〜４０原子％とし、窒素含有
量を１０〜２０原子％とした。
【００２５】一般的に、抵抗率は、酸素または窒素の含
有量が増すとともに高くなるが、その反面ゲージ率が低
下する。また、抵抗温度係数は、Ｃｒ単体の場合＋５０
０ppm／℃程度であるが、酸素または窒素の含有量とと
もに低下する。このとき、ゲージ率温度係数は、酸素ま
たは窒素の含有量によってはあまり影響を受けない。
有量が増すとともに高くなるが、その反面ゲージ率が低
下する。また、抵抗温度係数は、Ｃｒ単体の場合＋５０
０ppm／℃程度であるが、酸素または窒素の含有量とと
もに低下する。このとき、ゲージ率温度係数は、酸素ま
たは窒素の含有量によってはあまり影響を受けない。
【００２６】このように、抵抗率を１０-2〜１０-3Ω・
cmのオーダーに高めるために、多量の酸素または窒素を
それぞれ単独で含有させた場合、ゲージ率が低下して感
度の低下をもたらしていた。
cmのオーダーに高めるために、多量の酸素または窒素を
それぞれ単独で含有させた場合、ゲージ率が低下して感
度の低下をもたらしていた。
【００２７】ところが、薄膜中に酸素及び窒素を同時に
一定量混入させることにより、１０ -2〜１０-3Ω・cmの
オーダーの抵抗率に高めても、ゲージ率の低下が少ない
ことが判明した。
一定量混入させることにより、１０ -2〜１０-3Ω・cmの
オーダーの抵抗率に高めても、ゲージ率の低下が少ない
ことが判明した。
【００２８】そこで、本願発明においては、成膜雰囲気
中に積極的に酸素及び窒素を導入し、酸化Ｃｒ及び窒化
Ｃｒの２種類の高抵抗のものを薄膜中に均一に分散させ
ることによりゲージ率の低下を少なくしている。
中に積極的に酸素及び窒素を導入し、酸化Ｃｒ及び窒化
Ｃｒの２種類の高抵抗のものを薄膜中に均一に分散させ
ることによりゲージ率の低下を少なくしている。
【００２９】また、ＡｌやＴｉ等の他の金属を添加する
ことによって、抵抗温度係数を下げることが可能であ
る。
ことによって、抵抗温度係数を下げることが可能であ
る。
【００３０】具体的には、チャンバ内の酸素と窒素の混
合ガスの導入圧を、電子ビーム発生前に２×１０-5〜１
×１０-3Torrの範囲に調整し、かつ、酸素の分圧比を３
／１０〜８／１０に調整することにより薄膜歪みゲージ
３を成膜する。上述の方法により得られた薄膜歪みゲー
ジ３では、酸素を１０〜４０原子％、窒素を１０〜２０
原子％含ませることができ、これにより高いゲージ率及
び抵抗率と、低い抵抗温度係数を持たせることができ
る。
合ガスの導入圧を、電子ビーム発生前に２×１０-5〜１
×１０-3Torrの範囲に調整し、かつ、酸素の分圧比を３
／１０〜８／１０に調整することにより薄膜歪みゲージ
３を成膜する。上述の方法により得られた薄膜歪みゲー
ジ３では、酸素を１０〜４０原子％、窒素を１０〜２０
原子％含ませることができ、これにより高いゲージ率及
び抵抗率と、低い抵抗温度係数を持たせることができ
る。
【００３１】また、Ｃｒを主体とする薄膜歪みゲージを
アニールすることにより、抵抗の安定化，ゲージ率の向
上を図ることができるが、金属ダイヤフラムを備える圧
力センサへの応用を考えた場合、できるだけ低温でアニ
ールすることが好ましく、高温だと金属ダイヤフラムに
構造や膨張率に起因する熱歪みを与える。更に、金属基
板上に薄膜歪みゲージ３を形成する場合、金属基板を直
接アニールすると、熱によって金属基板に反りが発生し
たり、高温でアニールした場合に、金属基板上に形成さ
れた膜の熱膨張率の差によって膜の剥がれが生じる。そ
こで、アニール温度としては、金属基板の反りや膜の剥
がれが生じない温度である４００度以下であることが好
ましい。
アニールすることにより、抵抗の安定化，ゲージ率の向
上を図ることができるが、金属ダイヤフラムを備える圧
力センサへの応用を考えた場合、できるだけ低温でアニ
ールすることが好ましく、高温だと金属ダイヤフラムに
構造や膨張率に起因する熱歪みを与える。更に、金属基
板上に薄膜歪みゲージ３を形成する場合、金属基板を直
接アニールすると、熱によって金属基板に反りが発生し
たり、高温でアニールした場合に、金属基板上に形成さ
れた膜の熱膨張率の差によって膜の剥がれが生じる。そ
こで、アニール温度としては、金属基板の反りや膜の剥
がれが生じない温度である４００度以下であることが好
ましい。
【００３２】また、ゲージ率向上の効果を得るために
は、アニール温度とアニール時間との間に関連があり、
アニール温度が３９０℃では数時間でゲージ率向上の効
果が得られるが、３５０℃であれば１０時間以上、３０
０℃未満では相当の時間アニールしてもゲージ率向上の
効果が得られず、実用的でない。そこで、本願発明にお
いては、アニール温度を３００〜４００℃に設定した。
は、アニール温度とアニール時間との間に関連があり、
アニール温度が３９０℃では数時間でゲージ率向上の効
果が得られるが、３５０℃であれば１０時間以上、３０
０℃未満では相当の時間アニールしてもゲージ率向上の
効果が得られず、実用的でない。そこで、本願発明にお
いては、アニール温度を３００〜４００℃に設定した。
【００３３】但し、抵抗安定化は２００〜３００℃でも
なされ、これでもゲージ率７〜１２が得られるので、実
用的には十分である。
なされ、これでもゲージ率７〜１２が得られるので、実
用的には十分である。
【００３４】ここで、Ｎｏ．１〜３は、１０-2〜１０-3
Ω・cmオーダーの高い抵抗率を有するとともに、高いゲ
ージ率と、低い抵抗温度係数及びゲージ率温度係数を示
している。また、３５０℃のアニールによりゲージ率が
向上している。
Ω・cmオーダーの高い抵抗率を有するとともに、高いゲ
ージ率と、低い抵抗温度係数及びゲージ率温度係数を示
している。また、３５０℃のアニールによりゲージ率が
向上している。
【００３５】Ｎｏ．４は、酸素が過剰に入りすぎること
により特性の低下をもたらしている。また、Ｎｏ．５の
ように、１０-2Ω・cmオーダーの抵抗率を得るために酸
素だけを過剰に含ませると、特性が低下し、アニールの
効果も得られない。また、Ｎｏ．６のように、窒素の割
合が多くなると高いゲージ率を得ることができない。ま
た、Ｎｏ．７のように、ガス導入量が少ないと、ゲージ
率及びゲージ率温度係数は比較的良いが、抵抗率が低い
ため小型化が困難である。
により特性の低下をもたらしている。また、Ｎｏ．５の
ように、１０-2Ω・cmオーダーの抵抗率を得るために酸
素だけを過剰に含ませると、特性が低下し、アニールの
効果も得られない。また、Ｎｏ．６のように、窒素の割
合が多くなると高いゲージ率を得ることができない。ま
た、Ｎｏ．７のように、ガス導入量が少ないと、ゲージ
率及びゲージ率温度係数は比較的良いが、抵抗率が低い
ため小型化が困難である。
【００３６】以上より、酸素と窒素の混合ガスの導入圧
としては２×１０−５〜１×１０−３Torrが好ましく、
酸素と窒素はどちらかの成分に偏るのではなく、混合ガ
ス中の酸素の割合が３０〜８０％程度にすることが好ま
しい。また、混合ガス中の酸素の導入圧としては、６×
１０-6〜８×１０-4Torr程度にすることが好ましい。
としては２×１０−５〜１×１０−３Torrが好ましく、
酸素と窒素はどちらかの成分に偏るのではなく、混合ガ
ス中の酸素の割合が３０〜８０％程度にすることが好ま
しい。また、混合ガス中の酸素の導入圧としては、６×
１０-6〜８×１０-4Torr程度にすることが好ましい。
【００３７】＝実施形態２＝ 本実施形態においては、薄膜歪みゲージ３を高周波スパ
ッタリングにより形成した。
ッタリングにより形成した。
【００３８】なお、本実施形態においては、高周波スパ
ッタリングにより薄膜歪みゲージ３を形成するようにし
たが、これに限定される必要はなく、ＤＣスパッタリン
グやマグネトロンスパッタリング等、スパッタリングな
ら何でも良い。
ッタリングにより薄膜歪みゲージ３を形成するようにし
たが、これに限定される必要はなく、ＤＣスパッタリン
グやマグネトロンスパッタリング等、スパッタリングな
ら何でも良い。
【００３９】ここで、ターゲットとして純度が低いＣｒ
を用いると、薄膜歪みゲージ３の特性ばらつきが大きく
なるため、本実施形態においては純度９９．９９％以上
のＣｒを用いた。また、放電電力は２００Ｗ、基板温度
は２５０℃で行い、導入ガスとしてアルゴン，酸素及び
窒素の混合ガスを用いた。
を用いると、薄膜歪みゲージ３の特性ばらつきが大きく
なるため、本実施形態においては純度９９．９９％以上
のＣｒを用いた。また、放電電力は２００Ｗ、基板温度
は２５０℃で行い、導入ガスとしてアルゴン，酸素及び
窒素の混合ガスを用いた。
【００４０】以下、図３のテーブルに基づいて、薄膜歪
みゲージ３の特性について説明する。Ｎｏ．１〜３が本
願発明に係る形成条件により形成された薄膜歪みゲージ
３を示し、Ｎｏ．４〜６が比較例である。薄膜歪みゲー
ジ３の材料として、Ｃｒ中に酸素及び窒素を含有させた
薄膜は既に知られているが、本願発明は、薄膜中に酸化
Ｃｒ及び窒化Ｃｒを分散させることにより、高い抵抗率
及びゲージ率、低い抵抗温度係数及びゲージ率温度係数
を達成するものである。そこで、本願発明においては、
薄膜中の酸素含有量を１０〜４０原子％とし、窒素含有
量を１０〜２０原子％とした。
みゲージ３の特性について説明する。Ｎｏ．１〜３が本
願発明に係る形成条件により形成された薄膜歪みゲージ
３を示し、Ｎｏ．４〜６が比較例である。薄膜歪みゲー
ジ３の材料として、Ｃｒ中に酸素及び窒素を含有させた
薄膜は既に知られているが、本願発明は、薄膜中に酸化
Ｃｒ及び窒化Ｃｒを分散させることにより、高い抵抗率
及びゲージ率、低い抵抗温度係数及びゲージ率温度係数
を達成するものである。そこで、本願発明においては、
薄膜中の酸素含有量を１０〜４０原子％とし、窒素含有
量を１０〜２０原子％とした。
【００４１】ここで、Ｎｏ．１〜３は、１０-2〜１０-3
Ω・cmオーダーの高い抵抗率を有するとともに、高いゲ
ージ率と、低い抵抗温度係数及びゲージ率温度係数を示
している。また、Ｎｏ．３のように、Ｔｉを含ませると
抵抗温度係数を下げる効果がある。なお、アルゴン，酸
素及び窒素の混合ガスの導入圧としては、１×１０-3To
rr未満では放電が安定しないため、１×１０-3Torr以上
であることが好ましい。
Ω・cmオーダーの高い抵抗率を有するとともに、高いゲ
ージ率と、低い抵抗温度係数及びゲージ率温度係数を示
している。また、Ｎｏ．３のように、Ｔｉを含ませると
抵抗温度係数を下げる効果がある。なお、アルゴン，酸
素及び窒素の混合ガスの導入圧としては、１×１０-3To
rr未満では放電が安定しないため、１×１０-3Torr以上
であることが好ましい。
【００４２】Ｎｏ．４は、酸素が過剰に入りすぎること
により特性の低下をもたらしている。また、Ｎｏ．５の
ように酸素だけを過剰に含ませたり、Ｎｏ．６のように
酸素に比べて窒素の割合が多くなると、特性が低下し、
アニールの効果も得られない。
により特性の低下をもたらしている。また、Ｎｏ．５の
ように酸素だけを過剰に含ませたり、Ｎｏ．６のように
酸素に比べて窒素の割合が多くなると、特性が低下し、
アニールの効果も得られない。
【００４３】以上より、アルゴン，酸素及び窒素の混合
ガスの導入圧としては１×１０-3〜８×１０-2Torrが好
ましく、酸素と窒素はどちらかの成分に偏るのではな
く、混合ガス中の酸素及び窒素の割合がともに５〜４０
％程度にすることが好ましい。また、混合ガス中の酸素
及び窒素の導入圧としては、５×１０-5〜３．２×１０
-2Torr程度にすることが好ましい。
ガスの導入圧としては１×１０-3〜８×１０-2Torrが好
ましく、酸素と窒素はどちらかの成分に偏るのではな
く、混合ガス中の酸素及び窒素の割合がともに５〜４０
％程度にすることが好ましい。また、混合ガス中の酸素
及び窒素の導入圧としては、５×１０-5〜３．２×１０
-2Torr程度にすることが好ましい。
【００４４】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、Ｃｒ，酸素及び
窒素を含んで成り、酸素含有量を１０〜４０原子％と
し、窒素含有量を１０〜２０原子％としたことにより、
高いゲージ率と低い温度係数を保ちながら、高い抵抗率
を有し、かつ、小型のダイヤフラム上にも容易に加工が
できる薄膜素子を提供することができた。
窒素を含んで成り、酸素含有量を１０〜４０原子％と
し、窒素含有量を１０〜２０原子％としたことにより、
高いゲージ率と低い温度係数を保ちながら、高い抵抗率
を有し、かつ、小型のダイヤフラム上にも容易に加工が
できる薄膜素子を提供することができた。
【００４５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の薄
膜素子において、Ｃｒ以外の金属含有量を０〜５原子％
としたことにより、抵抗温度係数を下げることができ
る。
膜素子において、Ｃｒ以外の金属含有量を０〜５原子％
としたことにより、抵抗温度係数を下げることができ
る。
【００４６】請求項３記載の発明は、Ｃｒ，酸素及び窒
素を含んで成り、電子ビーム蒸着法を用いて製造する薄
膜素子の製造方法であって、ＣｒまたはＣｒ合金を蒸着
源として用い、電子ビーム発生前はチャンバ内の酸素と
窒素の混合ガスの導入圧を２×１０-5〜１×１０-3Torr
にし、かつ、酸素の分圧比を３／１０〜８／１０に制御
して成膜するようにしたことにより、高いゲージ率と低
い温度係数を保ちながら、高い抵抗率を有し、かつ、小
型のダイヤフラム上にも容易に加工ができる薄膜素子の
製造方法を提供することができた。
素を含んで成り、電子ビーム蒸着法を用いて製造する薄
膜素子の製造方法であって、ＣｒまたはＣｒ合金を蒸着
源として用い、電子ビーム発生前はチャンバ内の酸素と
窒素の混合ガスの導入圧を２×１０-5〜１×１０-3Torr
にし、かつ、酸素の分圧比を３／１０〜８／１０に制御
して成膜するようにしたことにより、高いゲージ率と低
い温度係数を保ちながら、高い抵抗率を有し、かつ、小
型のダイヤフラム上にも容易に加工ができる薄膜素子の
製造方法を提供することができた。
【００４７】請求項４記載の発明は、Ｃｒ，酸素及び窒
素を含んで成り、スパッタリングにより製造する薄膜素
子の製造方法であって、ＣｒまたはＣｒ合金をターゲッ
トとして用い、放電開始前はアルゴン，酸素及び窒素の
混合ガスの導入圧を１×１０ -3〜８×１０-2Torrにし、
かつ、酸素の分圧比を１／２０〜８／２０，窒素の分圧
比を１／２０〜８／２０に制御して成膜するようにした
ことにより、高いゲージ率と低い温度係数を保ちなが
ら、高い抵抗率を有し、かつ、小型のダイヤフラム上に
も容易に加工ができる薄膜素子の製造方法を提供するこ
とができた。
素を含んで成り、スパッタリングにより製造する薄膜素
子の製造方法であって、ＣｒまたはＣｒ合金をターゲッ
トとして用い、放電開始前はアルゴン，酸素及び窒素の
混合ガスの導入圧を１×１０ -3〜８×１０-2Torrにし、
かつ、酸素の分圧比を１／２０〜８／２０，窒素の分圧
比を１／２０〜８／２０に制御して成膜するようにした
ことにより、高いゲージ率と低い温度係数を保ちなが
ら、高い抵抗率を有し、かつ、小型のダイヤフラム上に
も容易に加工ができる薄膜素子の製造方法を提供するこ
とができた。
【００４８】請求項５記載の発明は、請求項３または請
求項４記載の薄膜素子の製造方法において、成膜後、３
００〜４００℃でアニールすることにより、ゲージ率を
向上させることができる。
求項４記載の薄膜素子の製造方法において、成膜後、３
００〜４００℃でアニールすることにより、ゲージ率を
向上させることができる。
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜歪みゲージ素子
を示す略断面図である。
を示す略断面図である。
【図２】本実施形態に係る薄膜歪みゲージの形成条件を
示すテーブルである。
示すテーブルである。
【図３】本発明の他の実施形態に係る薄膜歪みゲージの
形成条件を示すテーブルである。
形成条件を示すテーブルである。
１ 金属基板 ２ シリコン酸化膜 ３ 薄膜歪みゲージ ４ 電極配線 ５ シリコン酸化膜 ６ コンタクトホール
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｃｒ，酸素及び窒素を含んで成り、酸素
含有量が１０〜４０原子％であり、窒素含有量が１０〜
２０原子％であることを特徴とする薄膜素子。 - 【請求項２】 Ｃｒ以外の金属含有量が０〜５原子％で
あることを特徴とする請求項１記載の薄膜素子。 - 【請求項３】 Ｃｒ，酸素及び窒素を含んで成り、電子
ビーム蒸着法を用いて製造する薄膜素子の製造方法であ
って、ＣｒまたはＣｒ合金を蒸着源として用い、電子ビ
ーム発生前はチャンバ内の酸素と窒素の混合ガスの導入
圧を２×１０ -5〜１×１０-3Torrにし、かつ、酸素の分
圧比を３／１０〜８／１０に制御して成膜するようにし
たことを特徴とする薄膜素子の製造方法。 - 【請求項４】 Ｃｒ，酸素及び窒素を含んで成り、スパ
ッタリングにより製造する薄膜素子の製造方法であっ
て、ＣｒまたはＣｒ合金をターゲットとして用い、放電
開始前はアルゴン，酸素及び窒素の混合ガスの導入圧を
１×１０-3〜８×１０-2Torrにし、かつ、酸素の分圧比
を１／２０〜８／２０，窒素の分圧比を１／２０〜８／
２０に制御して成膜するようにしたことを特徴とする薄
膜素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記成膜後、３００〜４００℃でアニー
ルするようにしたことを特徴とする請求項３または請求
項４記載の薄膜素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19439796A JP3156593B2 (ja) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | 薄膜素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19439796A JP3156593B2 (ja) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | 薄膜素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038727A true JPH1038727A (ja) | 1998-02-13 |
| JP3156593B2 JP3156593B2 (ja) | 2001-04-16 |
Family
ID=16323923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19439796A Expired - Fee Related JP3156593B2 (ja) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | 薄膜素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3156593B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10270201A (ja) * | 1997-03-21 | 1998-10-09 | Res Inst Electric Magnetic Alloys | Ｃｒ−Ｎ基歪抵抗膜およびその製造法ならびに歪センサ |
| JPH1151793A (ja) * | 1997-07-31 | 1999-02-26 | Matsushita Electric Works Ltd | 薄膜素子及びその製造方法 |
| CN104034252A (zh) * | 2014-07-01 | 2014-09-10 | 重庆材料研究院有限公司 | 基于磁流变弹性体的应变片 |
| JP2018036143A (ja) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 公益財団法人電磁材料研究所 | 歪抵抗膜およびその製造方法、ならびに高温用歪センサおよびその製造方法 |
| JP2018091705A (ja) * | 2016-12-02 | 2018-06-14 | 公益財団法人電磁材料研究所 | 歪抵抗膜および高温用歪センサ、ならびにそれらの製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017108582A1 (de) | 2017-04-21 | 2018-10-25 | Epcos Ag | Schichtwiderstand und Dünnfilmsensor |
-
1996
- 1996-07-24 JP JP19439796A patent/JP3156593B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JPH10270201A (ja) * | 1997-03-21 | 1998-10-09 | Res Inst Electric Magnetic Alloys | Ｃｒ−Ｎ基歪抵抗膜およびその製造法ならびに歪センサ |
| JPH1151793A (ja) * | 1997-07-31 | 1999-02-26 | Matsushita Electric Works Ltd | 薄膜素子及びその製造方法 |
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| JP2018036143A (ja) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 公益財団法人電磁材料研究所 | 歪抵抗膜およびその製造方法、ならびに高温用歪センサおよびその製造方法 |
| JP2018091705A (ja) * | 2016-12-02 | 2018-06-14 | 公益財団法人電磁材料研究所 | 歪抵抗膜および高温用歪センサ、ならびにそれらの製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3156593B2 (ja) | 2001-04-16 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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