JPH1151793A - 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

Publication number
JPH1151793A
JPH1151793A JP9206184A JP20618497A JPH1151793A JP H1151793 A JPH1151793 A JP H1151793A JP 9206184 A JP9206184 A JP 9206184A JP 20618497 A JP20618497 A JP 20618497A JP H1151793 A JPH1151793 A JP H1151793A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
atomic
thin
silicon oxide
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP9206184A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3292099B2 (ja
Inventor
Atsushi Sakai
淳 阪井
Takashi Hatai
崇 幡井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP20618497A priority Critical patent/JP3292099B2/ja
Publication of JPH1151793A publication Critical patent/JPH1151793A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3292099B2 publication Critical patent/JP3292099B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高いゲージ率と高い抵抗率とを有し、かつ、
耐熱性に優れた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、マ
グネトロンスパッタ法を用いて、Cr,酸素及び窒素を
含んで成り、かつ、酸素含有量が40〜50原子%とな
り、窒素含有量が6〜10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(Al)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C
VD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

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜素子及びその
製造方法に関するものであり、金属ダイヤフラム上に形
成される薄膜歪みゲージに関する。
【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)や、クロム(Cr)合金等から成る金属薄膜(特公
平6−66162号公報)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。
【0004】ここで、金属ダイヤフラム型圧力センサと
しては、金属ダイヤフラム上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
イルを介して別のダイヤフラム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】ここで用いられる薄膜歪みゲージには、高
ゲージ率,低温度係数,適度な抵抗率,耐熱安定性,製
法の簡便性等様々な特性が要求される。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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10mmφ以下の小型のダイヤフラムには適用
が困難であった。
【0012】また、圧力センサが車載の油圧計測やプラ
ントでの高温流体計測に用いられる場合、薄膜歪みゲー
ジに耐熱性が要求される。ところが、上述のような金属
の薄膜歪みゲージでは高温で酸化しやすく、使用中に特
性が変動するという問題があった。
【0013】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、高いゲージ率と高い
抵抗率とを有し、かつ、耐熱性に優れた及びその製造方
法を提供することにある。
【0014】
【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40〜
50原子%であり、窒素含有量が6〜10原子%である
ことを特徴とするものである。
【0015】請求項2記載の発明は、請求項1記載の薄
膜素子を、アニール処理するようにしたことを特徴とす
るものである。
【0016】
【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。
【0017】=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3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3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形成する。
【0018】続いて、マグネトロンスパッタ法により酸
化窒化Cr薄膜を約0.1μm形成する。このとき、ス
パッタターゲットにクロム(Cr)を用い、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、図2に
示す形成条件にて成膜を行い、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し
て、薄膜歪みゲージ3を形成する。
【0019】次に、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
し、所定形状にパターニングする。
【0020】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。
【0021】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。
【0022】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。一般的に、不純物
を含まないCr薄膜歪みゲージは、ゲージ率は高いが、
正の温度係数が大きく抵抗率が低いという問題がある。
そこで、酸素,窒素,他の金属をCr中に含有させて、
温度係数をゼロ付近に調整することが既に行われてい
る。これらの研究では、ゲージ率を10前後の値に保ち
ながら、温度係数を抑え、抵抗率を上げる方向へ調整で
きるが、不純物を含有させたために組成が複雑になり、
耐熱安定性に劣るという問題があった。
【0023】そこで、本願発明の発明者等は、酸素,窒
素を適当な量含有させることにより、耐熱安定性を向上
させ得ることを見出した。具体的には、Cr中に酸素を
40〜50原子%,窒素を6〜10原子%含有させるこ
とにより耐熱性が向上する。
【0024】図2のNo.1,2は、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.3
〜6が比較例である。成膜条件としては、基板温度30
0℃,放電電力200W一定にして、ガス導入はアルゴ
ン,酸素及び窒素の流量比を変えて試料を作成した。ま
た、ガス導入は、マスフローコントローラーで行い、ア
ニールは大気中で390℃,5hr行った。更に、耐熱試
験は、300℃で100hr行い、ゲージ率と抵抗率の初
期値に対する変化率を評価した。
【0025】図2に示す成膜条件では、高いゲージ率,
低い温度係数を保ち、耐熱試験でゲージ率が多少増加す
る方向に動くが、抵抗率が殆ど変化せず、非常に耐熱安
定性に優れていることがわかる。No.3の試料は、窒素の
含有量を減らしたものであり、抵抗率,ゲージ率の初期
値はNo.1,2の試料と同様な値を示すが、耐熱性試験で
の変化率が大きくなっているのがわかる。No.4の試料
は、窒素を過剰に加えたものであり、初期のゲージ率の
低下が著しいことがわかる。No.5の試料は、酸素の含有
量を少し抑えるため、酸素流量を減らすとともにアニー
ル温度を300℃とした。ここでは、抵抗率,ゲージ率
の初期値は優れているが、耐熱試験での変化が大きいこ
とがわかる。No.6の試料は、No.2の試料と同じ条件で成
膜して、アニール処理を行わなかったものであり、この
場合、酸素含有量が12%と非常に少なく、耐熱性も悪
い。
【0026】これらの結果より、物性面の考察を行う
と、Crは非常に酸化されやすい金属で、薄膜の場合、
例えシリコン酸化膜5の保護膜が形成されていても、大
気中で300℃以上でアニール処理を行うと容易に酸化
が進むという非常に経時安定性の悪い金属である。
【0027】そこで、耐熱安定性を増すためには、アニ
ール処理により積極的に酸化させてやり、それ以上酸化
させないようにする必要がある。但し、あまり過剰に酸
素を加えると初期特性の劣化につながるので、酸素含有
量は40〜50原子%にする必要がある。
【0028】また、これだけでは十分な耐熱性が得られ
ず、さらに耐熱性の向上を図るためには酸化Crより耐
熱安定性に優れる窒化Crを同時に形成するようにす
る。即ち、酸化Crだけでは酸素や窒素と結合していな
い不安定なCrが存在するが、それらを窒素と結合させ
て固定化してやるのである。これによって、Crはそれ
以上酸化が進まなくなり、安定な構造を持つようにな
る。
【0029】但し、酸素を十分に含有させた状態で、窒
素を過剰に含有させてやると、ゲージ率の低下が著しい
ので、酸素含有量が40〜50原子%の場合、窒素含有
量は6〜10原子%にしてやるのが好ましい。
【0030】
【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、酸素含有量が40〜50原子%であ
り、窒素含有量が6〜10原子%としたことにより、高
いゲージ率と高い抵抗率とを有し、かつ、耐熱性に優れ
た薄膜素子を提供することができた。
【0031】請求項2記載の発明は、請求項1記載の薄
膜素子を、アニール処理することにより、積極的に酸化
させて、それ以上酸化させないようにすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【符号の説明】
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 (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cr,酸素及び窒素を含んで成り、酸素
    含有量が40〜50原子%であり、窒素含有量が6〜1
    0原子%であることを特徴とする薄膜素子。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の薄膜素子を、アニール処
    理するようにしたことを特徴とする薄膜素子の製造方
    法。
JP20618497A 1997-07-31 1997-07-31 薄膜素子及びその製造方法 Expired - Fee Related JP3292099B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20618497A JP3292099B2 (ja) 1997-07-31 1997-07-31 薄膜素子及びその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20618497A JP3292099B2 (ja) 1997-07-31 1997-07-31 薄膜素子及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1151793A true JPH1151793A (ja) 1999-02-26
JP3292099B2 JP3292099B2 (ja) 2002-06-17

Family

ID=16519213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP20618497A Expired - Fee Related JP3292099B2 (ja) 1997-07-31 1997-07-31 薄膜素子及びその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3292099B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003149073A (ja) * 2001-11-08 2003-05-21 Nikka Kensa Kikai Kk 包装シール不良品検出方法および装置
JP2008116371A (ja) * 2006-11-06 2008-05-22 Osaka Prefecture 触覚センサー及びその製造方法
CN103807174A (zh) * 2014-03-10 2014-05-21 吴月广 一种三缸滚动转子式压缩机

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02152201A (ja) * 1988-12-02 1990-06-12 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 歪ゲージ用薄膜抵抗体
JPH06124808A (ja) * 1992-08-24 1994-05-06 Nippon Soken Inc 摺動抵抗体
JPH06213613A (ja) * 1993-01-14 1994-08-05 Sumitomo Electric Ind Ltd 歪抵抗材料およびその製造方法および薄膜歪センサ
JPH06300649A (ja) * 1993-04-12 1994-10-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 薄膜歪抵抗材料とその製造方法及び薄膜歪みセンサ
JPH07306002A (ja) * 1994-05-13 1995-11-21 Nok Corp 歪ゲ−ジ用薄膜およびその製造法
JPH1038727A (ja) * 1996-07-24 1998-02-13 Matsushita Electric Works Ltd 薄膜素子及びその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02152201A (ja) * 1988-12-02 1990-06-12 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 歪ゲージ用薄膜抵抗体
JPH06124808A (ja) * 1992-08-24 1994-05-06 Nippon Soken Inc 摺動抵抗体
JPH06213613A (ja) * 1993-01-14 1994-08-05 Sumitomo Electric Ind Ltd 歪抵抗材料およびその製造方法および薄膜歪センサ
JPH06300649A (ja) * 1993-04-12 1994-10-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 薄膜歪抵抗材料とその製造方法及び薄膜歪みセンサ
JPH07306002A (ja) * 1994-05-13 1995-11-21 Nok Corp 歪ゲ−ジ用薄膜およびその製造法
JPH1038727A (ja) * 1996-07-24 1998-02-13 Matsushita Electric Works Ltd 薄膜素子及びその製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003149073A (ja) * 2001-11-08 2003-05-21 Nikka Kensa Kikai Kk 包装シール不良品検出方法および装置
JP2008116371A (ja) * 2006-11-06 2008-05-22 Osaka Prefecture 触覚センサー及びその製造方法
CN103807174A (zh) * 2014-03-10 2014-05-21 吴月广 一种三缸滚动转子式压缩机

Also Published As

Publication number Publication date
JP3292099B2 (ja) 2002-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0375399B1 (en) Adhesion layer for platinum based sensors
US5006421A (en) Metalization systems for heater/sensor elements
JPH06300649A (ja) 薄膜歪抵抗材料とその製造方法及び薄膜歪みセンサ
US4805296A (en) Method of manufacturing platinum resistance thermometer
JP2004319737A (ja) サーミスタ用材料及びその製造方法
US4100524A (en) Electrical transducer and method of making
JP3292099B2 (ja) 薄膜素子及びその製造方法
JP4811316B2 (ja) 薄膜サーミスタ素子及び薄膜サーミスタ素子の製造方法
JP3156593B2 (ja) 薄膜素子及びその製造方法
JP2008084991A (ja) サーミスタ薄膜及び薄膜サーミスタ素子
JP2001291607A (ja) 白金薄膜抵抗体の製造方法
JP2585681B2 (ja) 金属薄膜抵抗ひずみゲ―ジ
Bethe et al. Thin-film strain-gage transducers
JP5408533B2 (ja) ひずみゲージ用のFe−Ni−Cr系アイソエラスティック組成物、及び、該組成物を用いて製造されるひずみゲージ
KR20020069323A (ko) 금속 저항체 소자 및 그 제조 방법
JPH08261853A (ja) 機械量センサ素子
JP5029885B2 (ja) 薄膜サーミスタ素子及びその製造方法
JP2912896B1 (ja) 白金抵抗温度計の検出素子の製造方法及びその方法で製造された検出素子
JP2838361B2 (ja) 受圧管一体型圧力センサ
JP3229460B2 (ja) 歪みゲージ
JP2001110602A (ja) 薄膜抵抗体形成方法及びセンサ
JPH08260077A (ja) 大きな抵抗温度係数を有する電気抵抗合金とその製造法ならびにセンサデバイス
JPH05296864A (ja) 圧力センサおよびその製造方法
JPH1030907A (ja) 薄膜素子及びその製造方法
JP2562610B2 (ja) 歪ゲ−ジ用薄膜抵抗体

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20020226

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees