JP2000315805A - 歪み検出素子及び歪み検出素子製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温下でも高感度に歪みを検出することによ
り、各種物理量を検出することが可能な歪み検出素子を
提供すると共に、当該歪み検出素子を実現することが可
能な歪み検出素子製造方法を提供する。 【解決手段】 起歪部としての金属ダイアフラムと、金
属ダイアフラム上に積層された絶縁膜３と、絶縁膜３上
に積層されると共に結晶化された炭化珪素膜により形成
されている歪みゲージ５ａ乃至５ｄと、を備え、当該歪
みゲージ５ａ乃至５ｄのピエゾ抵抗効果により歪みを検
出する。また、結晶化された炭化珪素膜を絶縁膜３上に
形成する際には、先ず、金属ダイアフラムの起歪部とし
ての弾性を損なわない結晶化温度未満の温度で非晶質状
態の炭化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により形成し、これ
をエキシマレーザを用いてアニール処理することにより
結晶化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歪み抵抗効果に基
づいて歪みを検出することにより、例えば物理的変位や
加えられる力又は圧力等の各種の物理量を電気信号に変
換する歪み検出素子及びその製造方法の技術分野に属
し、より詳細には、溶融樹脂内又は車両のエンジンシリ
ンダ内等の高温環境下でも歪みを検出して上記各種物理
量を検出することが可能な歪み検出素子及びその製造方
法の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、歪み検出素子としては、その中
心材料として金属や半導体を用いたものがあり、また夫
々の材料の使用形態としても、いわゆるバルクを用いた
ものや厚膜化して用いたもの或いは薄膜化して用いたも
の等各種あり、夫々にその特徴を生かして種々の用途に
対してより適したものが使用されている（歪み検出素子
として具体的には、例えば、特開平１０−３８７２７号
公報等参照）。

【０００３】このとき、従来から高感度の歪み検出素子
として用いられている半導体薄膜ピエゾ抵抗素子は、ゲ
ージ率が金属を用いた歪み検出素子より大きく、更にそ
の比抵抗も金属を用いた歪み検出素子と比較し調節可能
範囲が広いという特徴を有しており、歪み検出素子とし
ては優れたものである。

【０００４】一方、半導体歪み検出素子として代表的な
拡散型半導体歪み検出素子は、その形成方法から起歪部
分との接合性に優れ信頼性が高い歪み検出素子である。

【０００５】ここで、起歪部分としての金属ダイアフラ
ム等の上に形成して使用されるセンサとしてこれらの半
導体歪み検出素子を利用する場合、その使用される環境
には種々のものがあり、具体的には、エンジンシリンダ
内の内圧を検出する場合のように高温下（例えば、４０
０℃乃至５００℃環境下）で使用されることが頻繁にあ
り得る。

【０００６】これに対し、従来から使用されている半導
体（シリコン）薄膜ピエゾ低抗素子では、その種類とし
ては結晶性の異なるもので２乃至３種類あるが、最も高
温で使用できる非晶質のものでもその使用温度としては
１５０℃乃至２５０℃が上限となっており上記したよう
な高温下では使用できないという欠点があった。

【０００７】ここで、半導体以外の材料を用いた歪み検
出素子としては上記した金属を用いた歪み検出素子があ
るが、この金属の歪み検出素子では、いわゆるゲージ率
が低く抵抗率も半導体に比べて千分の一以下と小さく、
更に薄膜化した場合の素子形状のパターンに制約が多
く、特に小型化には向いていないという欠点を有してい
る。更に、抵抗率が低いため抵抗素子としての膜厚を薄
くする必要があり、表面や絶縁膜との界面の変質の影響
が大きくなりその抵抗特性が変化しやすいという欠点も
有している。

【０００８】ところで、上述したように半導体として広
く用いられているシリコンに対し、炭化珪素（ＳiＣ）
は、半導体としてのエネルギーギャップがシリコンに対
して約２倍広く、このため半導体素子としての特性を維
持したまま４００℃乃至５００℃での高温動作が可能と
なる材料である。従って、この炭化珪素を薄膜化して起
歪部に形成すれば、高温環境下でも高感度に歪みを検出
できる歪み検出素子を構成することができることとな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭化珪
素を薄膜ピエゾ抵抗素子として起歪部分に薄膜化して形
成するために従来のＣＶＤ法を用いるとすると、一般的
には薄膜形成時の基板の温度を６００℃乃至９００℃に
する必要があった。

【００１０】そして、この場合、歪み検出素子の起歪部
分（基板）としての金属に起歪効果を高めるべく弾性体
を使用する場合を考えると、当該金属が６００℃より高
い温度に加熱されたのではその弾性特性に悪影響があ
り、結果として炭化珪素膜を薄膜ピエゾ抵抗素子として
用いた高温下で使用可能な高感度の歪み検出素子は実現
できないという問題点があった。

【００１１】このことは、ピエゾ抵抗素子として半導体
を用いると共に金属を起歪部として用いることで歪み検
出素子としての用途を大きく広げる可能性のあるＭＩＳ
（Metal Insulator Semiconductor）構造の歪み検出
素子が実現できなくなるという問題点にも繋がるもので
ある。

【００１２】そこで、本発明は、上記の各問題点に鑑み
て為されたもので、その課題は、高温下でも高感度に歪
みを検出することにより、各種物理量を検出することが
可能な歪み検出素子を提供すると共に、当該歪み検出素
子を実現することが可能な歪み検出素子製造方法を提供
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、起歪部としての金属ダ
イアフラム等の金属基板と、前記金属基板上に積層され
た絶縁膜と、前記絶縁膜上に積層されると共に結晶化さ
れた炭化珪素膜と、を備え、前記炭化珪素膜のピエゾ抵
抗効果により歪みを検出するように構成される。

【００１４】よって、結晶化された炭化珪素膜が絶縁膜
を介して金属基板上に形成され、当該炭化珪素膜のピエ
ゾ抵抗効果により歪みを検出するので、高温下でも高感
度に歪みを検出することができる。

【００１５】上記の課題を解決するために、請求項２に
記載の発明は、請求項１に記載の歪み検出素子におい
て、前記炭化珪素膜は、非晶質状態の炭化珪素を結晶化
するための結晶化温度より低い温度であって前記金属基
板の弾性を損なわない温度で前記絶縁膜上に非晶質状態
で堆積された後、レーザアニール法により結晶化されて
形成されている。

【００１６】よって、起歪部として必要な金属基板の弾
性を損なうことなく結晶化された炭化珪素膜が形成され
ているので、高感度で歪みを検出することができる。

【００１７】上記の課題を解決するために、請求項３に
記載の発明は、請求項１又は２に記載の歪み検出素子に
おいて、前記炭化珪素膜のゲージ率の温度変化特性が、
当該温度変化特性が前記金属基板のヤング率の温度変化
特性に対応して変化することにより当該炭化珪素膜の温
度が変化しても前記歪み検出素子の出力特性が安定化さ
れるように最適化されている。

【００１８】よって、炭化珪素膜の温度が変化しても歪
み検出素子の出力特性が安定化されているので、高温下
でも安定して歪みを検出することができる。

【００１９】上記の課題を解決するために、請求項４に
記載の発明は、請求項２又は３に記載の歪み検出素子に
おいて、結晶化前の前記炭化珪素膜は、プラズマＣＶＤ
法により前記絶縁膜上に堆積されて形成されると共に、
前記炭化珪素膜の結晶化は、エキシマレーザを用いたレ
ーザアニール法により行われている。

【００２０】よって、より高感度に歪みを検出すること
ができる。

【００２１】上記の課題を解決するために、請求項５に
記載の発明は、起歪部としての金属ダイアフラム等の金
属基板上に絶縁膜を積層する絶縁膜積層工程と、非晶質
状態の炭化珪素を結晶化するための結晶化温度より低く
且つ前記金属基板の弾性を損なわない温度で、ピエゾ抵
抗効果により歪みを検出するための炭化珪素膜を前記積
層された絶縁膜上に非晶質状態に積層する炭化珪素膜積
層工程と、前記積層された炭化珪素膜をレーザアニール
法により結晶化する結晶化工程と、を備える。

【００２２】よって、結晶化された炭化珪素膜を絶縁膜
を介して金属基板上に形成し、当該炭化珪素膜のピエゾ
抵抗効果により歪みを検出することにより、高温下でも
高感度に歪みを検出することが可能な歪み検出素子を製
造することができる。

【００２３】また、起歪部として必要な金属基板の弾性
を損なうことなく結晶化された炭化珪素膜を形成するこ
とができるので、より高感度で歪みを検出することが可
能な歪み検出素子を製造することができる。

【００２４】上記の課題を解決するために、請求項６に
記載の発明は、請求項５に記載の歪み検出素子製造方法
において、前記炭化珪素膜積層工程は、プラズマＣＶＤ
法を用いて実行されると共に、前記結晶化工程は、エキ
シマレーザを用いたレーザアニール法により行われる。

【００２５】よって、一般的に用いられている簡易な方
法により結晶化された炭化珪素膜を形成することができ
る。

【００２６】上記の課題を解決するために、請求項７に
記載の発明は、請求項５又は６に記載の歪み検出素子製
造方法において、前記炭化珪素膜積層工程及び前記結晶
化工程においては、前記金属基板のヤング率の温度変化
特性に対応して、当該炭化珪素膜の温度が変化しても前
記歪み検出素子の出力特性が安定化されるように前記炭
化珪素膜のゲージ率の温度変化特性を最適化して前記炭
化珪素膜の積層及び結晶化を行うように構成する。

【００２７】よって、温度が変化しても歪み検出素子の
出力特性が安定化されるように、炭化珪素膜のゲージ率
の温度変化特性が金属基板のヤング率の温度変化特性に
基づいて設定されるので、高温下でも安定して歪みを検
出すること可能な歪み検出素子を製造することができ
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、本発明に好適な実施の形態
について、図面に基づいて説明する。なお、以下に説明
する各実施の形態は、例えばエンジンシリンダ内等の高
温環境下において、その内部圧力等を測定する圧力セン
サに対して本発明を適用した場合の実施形態である。 （Ｉ）第１実施形態 始めに、本発明に係る第１実施形態について、図１乃至
図４を用いて説明する。なお、図１乃至図３は第１実施
形態に係る圧力センサの構成を示す図であり、図４は当
該圧力センサの製造工程を示す工程図である。

【００２９】先ず、第１実施形態の圧力センサの全体構
成について、図１及び図２を用いて説明する。なお、図
１は当該圧力センサの構成を示す平面図（図１（ａ））
及び縦断面図（図１（ｂ））であり、図２はその斜視図
である。

【００３０】図１（ａ）及び図２に示すように、第１実
施形態に係る圧力センサＳは、その下面から加えられる
圧力により変形し歪みを生じる起歪部として機能する金
属基板としての金属ダイアフラム１と、当該金属ダイア
フラム１上に絶縁膜３を介して形成され金属ダイアフラ
ム１に加わっている圧力に基づいて生じる歪みに起因す
る電気抵抗の変化（いわゆるピエゾ抵抗効果による電気
抵抗の変化）によりその圧力値を検出するゲージ部Ｇ
と、により構成されている。ここで、金属ダイアフラム
１の材質としては、コバルト−ニッケル合金が用いられ
ている。

【００３１】なお、実際の圧力センサＳにおいては、当
該ゲージ部Ｇの一部には当該ゲージ部Ｇを構成する後述
の歪みゲージを保護するための保護層２として窒化珪素
膜が当該歪みゲージ上に形成されているが、図１（ａ）
及び図２においては説明の明確化のため当該保護膜２を
破線で示している。

【００３２】次に、圧力センサＳの断面構造について、
図１（ｂ）を用いて説明する。なお、図１（ｂ）は図１
（ａ）におけるＡ−Ａ’部断面図である。

【００３３】図１（ｂ）に示すように、圧力センサＳに
おいては、ゲージ部Ｇが形成されている領域における金
属ダイアフラム１は他の部分に比して極めて薄く形成さ
れており（具体的には、厚さ０．３mm程度）、その上に
絶縁膜３として例えば酸化珪素膜が形成され、更にその
上にゲージ部Ｇが形成され当該ゲージ部Ｇが保護膜２に
より保護されている構造となっている。

【００３４】そして、当該金属ダイアフラム１の薄膜化
された部分が図１（ｂ）中両矢印方向に生じる圧力の変
化により歪み、この歪みに対応してピエゾ抵抗効果によ
りゲージ部Ｇの電気抵抗が変化することで当該圧力が電
気的変化として検出される。

【００３５】次に、第１実施形態に係る圧力センサＳに
おけるゲージ部Ｇの細部構成について、図３を用いて説
明する。なお、図３は当該ゲージ部Ｇの構成を示す平面
図（図３（ａ））及び断面図（図３（ｂ）、（ｃ）及び
（ｄ））である。

【００３６】図３（ａ）に示すように、ゲージ部Ｇは、
金属ダイアフラム１の薄膜化された領域に圧力が加わる
ことにより当該薄膜化された領域に生じる歪みに対応し
て電気抵抗が変化する歪みゲージ５ａ乃至５ｄと、当該
歪みゲージ５ａ乃至５ｄを保護するために当該歪みゲー
ジ５ａ乃至５ｄ上に形成されている窒化珪素膜よりなる
保護膜２と、当該保護膜２上に形成されると共に各歪み
ゲージ５ａ乃至５ｄにコンタクトホール等を介して電気
的に接続され、当該歪みゲージ５ａ乃至５ｄに生じてい
る電気抵抗の変化を電気信号の変化として外部に取り出
すためのチタニウム等よりなる金属電極４ａ乃至４ｄ
と、により構成されている。そして、これらの歪みゲー
ジ５ａ乃至５ｄ、保護膜２及び金属電極４ａ乃至４ｄは
後述するようにいわゆるフォトリソグラフィ技術により
金属ダイアフラム１上に予め形成されている絶縁膜３
（厚さは１０μｍ程度である。）の表面に形成されてい
る。

【００３７】次に、各部の断面形状について説明する。
なお、図３（ｂ）は図３（ａ）中Ｂ−Ｂ’部断面図であ
り、図３（ｃ）は図３（ａ）中Ｃ−Ｃ’部断面図であ
り、図３（ｄ）は図３（ａ）中Ｄ−Ｄ’部断面図であ
る。

【００３８】図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）中Ｂ
−Ｂ’部においては、金属ダイアフラム１の薄膜化され
た領域に形成されている絶縁膜３上に歪みゲージ５ａが
形成されており、更にその上に当該歪みゲージ５ａを保
護するように保護膜２が形成されている。そして、当該
保護膜２の表面に金属電極４ｂ及び４ａが形成されてい
る。このとき、金属電極４ａと歪みゲージ５ａとは、保
護膜２に開口されたコンタクトホールＨを介して電気的
に接続されている。

【００３９】次に、図３（ｃ）に示すように、図３
（ａ）中Ｃ−Ｃ’部においては、絶縁膜３上に歪みゲー
ジ５ｂ及び５ｄが形成されており、更にその上に保護膜
２が形成されている。

【００４０】更に、図３（ｄ）に示すように、図３
（ａ）中Ｄ−Ｄ’部においては、絶縁膜３上に歪みゲー
ジ５ｃが形成されており、更にその上に保護膜２が形成
されている。そして、当該保護膜２の表面に金属電極４
ｃ及び４ｄが形成されている。

【００４１】上述した構成を有するゲージ部Ｇにおいて
は、上述したように金属ダイアフラム１の薄膜化された
領域に生じた歪みにより各歪みゲージ５ａ乃至５ｄにも
同様に歪みが生じ、これに起因してピエゾ抵抗効果によ
り各歪みゲージ５ａ乃至５ｄの電気抵抗の値が変化し、
これを電気的に各金属電極４ａ乃至４ｄを介して検出す
ることにより当該歪みの原因となった圧力の値が検出さ
れる。

【００４２】なお、各歪みゲージ５ａ乃至５ｄの電気抵
抗の変化を外部に取り出すための線は、各金属電極４ａ
乃至４ｄにおける円形部分にいわゆるボンディング等の
方法により接続される。

【００４３】次に、上述した構成を有するゲージ部Ｇを
製造する際の製造工程について、図４を用いて説明す
る。なお、図４に示す各工程図は、上記図３（ｂ）に断
面を示した部分を例としてゲージ部Ｇの製造工程を説明
するものである。

【００４４】ゲージ部Ｇをフォトリソグラフィ技術によ
り製造する際には、先ず、図４（ａ）に示すように、金
属ダイアフラム１の薄膜化された領域上に絶縁膜３とし
ての酸化珪素（ＳiＯ₂）膜を厚さ１０μｍ程度形成す
る。この工程においては、具体的には、一般的な常圧Ｃ
ＶＤ法又は減圧ＣＶＤ法により、例えばＳiＨ₄とＮ₂Ｏ₂
等を原料ガスとして酸化珪素膜が形成される。

【００４５】次に、絶縁膜３が形成されると、その上
に、ピエゾ抵抗膜としての炭化珪素膜１０を以下の表１
に示す諸元にて非晶質状態に厚さ０．６μｍだけ堆積す
る（図４（ｂ）参照。）。この炭化珪素膜１０の堆積
は、具体的には平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて
行われる。

【００４６】

【表１】

【００４７】ここで、堆積の際の基板温度は、金属ダイ
アフラム１として用いられているコバルト−ニッケル合
金の起歪部としての弾性を加熱により損なうことがない
温度として設定されているものである。また、表１にお
いて、各ガス流量の単位としては、「Standard Cubic
Centimeter/Minute」を用いている。

【００４８】なお、このとき、非晶質状態の炭化珪素膜
１０という場合には、アモルファス状態の炭化珪素膜と
微結晶状態の炭化珪素膜の双方又は少なくともいずれか
一方が含まれているものとする（以下、同じ。）。

【００４９】次に、非晶質状態で堆積されている炭化珪
素膜１０をレーザアニール法によりアニール処理して結
晶化させ、結晶化された炭化珪素膜１０’を形成する
（図４（ｃ）参照。）。

【００５０】このときのアニール処理にはエキシマレー
ザアニール装置を用い、そのアニール条件としては、以
下の表２に示す諸元を用いる。

【００５１】

【表２】

【００５２】なお、上述した表１及び２には、炭化珪素
膜１０の製造諸元及びそのアニール諸元を具体的に示し
たが、これらの諸元は、一般的には、アニールされて結
晶化された後の炭化珪素膜１０’のゲージ率の温度変化
特性が、当該温度変化特性が金属ダイアフラム１のヤン
グ率の温度変化特性に対応して変化することにより、当
該炭化珪素膜１０’の温度が変化してもゲージ部Ｇとし
ての出力特性が安定化されるように最適化されて設定さ
れるものである。

【００５３】また、上記した諸元によるアニール処理後
の結晶化した炭化珪素膜１０’の特性は、以下の表３に
示すようなものとなる。

【００５４】

【表３】

【００５５】次に、アニール処理により結晶化した炭化
珪素膜１０’上にレジスト１１を塗布すると共に、フォ
トリソグラフィ技術を用いて当該レジスト１１を歪みゲ
ージ５ａ乃至５ｄを形成するためのマスクパターンにパ
ターニングする（図４（ｄ）参照。）。

【００５６】そして、当該パターニングしたレジスト１
１を含む炭化珪素膜１１’をドライエッチング法等によ
りエッチングして歪みゲージ５ａ乃至５ｄを形成し、更
に当該形成した歪みゲージ５ａ乃至５ｄを保護する領域
に当該歪みゲージ５ａ乃至５ｄ上に積層して保護層２を
形成する。この保護層２の形成はＣＶＤ法等を用いて窒
化珪素膜を形成することにより行う。この時、当該形成
された保護膜２内に、後述する処理により金属電極４ａ
乃至４ｄと歪みゲージ５ａ乃至５ｄとを接続するための
コンタクトホールＨをやはりドライエッチング法等によ
り形成しておく（図４（ｅ）参照。）。

【００５７】次に、形成されているコンタクトホールＨ
を含めた保護層２上の領域に金属電極４ａ乃至４ｄとな
るチタニウム膜１２を真空蒸着法等により形成する。こ
のときのチタニウム膜１２の厚さは、例えば０．８μｍ
程度である（図４（ｆ）参照。）。

【００５８】そして、チタニウム膜１２が形成される
と、次に、当該チタニウム膜１２上にレジスト１３を塗
布すると共に、フォトリソグラフィ技術を用いて当該レ
ジスト１３を金属電極４ａ乃至４ｄを形成するためのマ
スクパターンにパターニングする（図４（ｇ）参照。） そして、当該パターニングしたレジスト１３を含むチタ
ニウム膜１２をドライエッチング法等によりエッチング
して金属電極４ａ乃至４ｄを形成し、ゲージ部Ｇが完成
する（図４（ｈ）参照。）。

【００５９】以上説明したように、第１実施形態の圧力
センサＳによれば、結晶化された炭化珪素膜１０’より
なる歪みゲージ５ａ乃至５ｄが絶縁膜３を介して金属ダ
イアフラム１上に形成され、当該歪みゲージ５ａのピエ
ゾ抵抗効果により歪みを検出するので、高温下でも高感
度に歪みを検出することができる。

【００６０】また、炭化珪素膜１０’が、その結晶化温
度より低い温度であって金属ダイアフラム１の弾性を損
なわない温度で絶縁膜３上に非晶質状態で炭化珪素膜１
０が堆積された後、レーザアニール法により結晶化され
て形成されているので、起歪部として必要な金属ダイア
フラム１の弾性を損なうことなく歪みゲージ５ａ乃至５
ｄとしての炭化珪素膜１０’が結晶化されていることと
なり、高感度で歪みを検出することができる。

【００６１】更に、歪みゲージ５ａ乃至５ｄの温度が変
化してもゲージ部Ｇの出力特性が安定化されているの
で、高温下でも安定して歪みを検出することができる。

【００６２】更にまた、結晶化前の炭化珪素膜１０がプ
ラズマＣＶＤ法により絶縁膜３上に堆積されて形成され
ると共に、堆積された炭化珪素膜１０の結晶化がエキシ
マレーザを用いたレーザアニール法により行われている
ので、より高感度に歪みを検出することができる。

【００６３】一方、第１実施形態の歪みゲージ５ａ乃至
５ｄの製造方法によれば、ピエゾ抵抗効果により歪みを
検出する結晶化された炭化珪素膜１０’を絶縁膜３を介
して金属ダイアフラム１上に形成するので、高温下でも
高感度に歪みを検出することが可能な歪みゲージ５ａ乃
至５ｄを製造することができる。

【００６４】また、起歪部として必要な金属ダイアフラ
ム１の弾性を損なうことなく結晶化された炭化珪素膜１
０’を形成することができるので、より高感度で歪みを
検出することが可能な歪みゲージ５ａ乃至５ｄを製造す
ることができる。

【００６５】また、炭化珪素膜積層工程がプラズマＣＶ
Ｄ法を用いて実行されると共に、結晶化工程がエキシマ
レーザを用いたレーザアニール法により行われるので、
一般的に用いられている簡易な方法により結晶化された
炭化珪素膜１０’を形成することができる。

【００６６】更に、温度が変化してもゲージ部Ｇの出力
特性が安定化されるように、炭化珪素膜１０’のゲージ
率の温度変化特性が金属ダイアフラム１のヤング率の温
度変化特性に基づいて設定されるので、高温下でも安定
して歪みを検出すること可能な歪みゲージ５ａ乃至５ｄ
を製造することができる。 （ii）第２実施形態 次に、本発明に係る他の実施形態である第２実施形態に
ついて説明する。

【００６７】上述した第１実施形態においては、圧力セ
ンサＳ上のゲージ部Ｇを図４に示す工程により表１及び
２に示した諸元を用いて製造したが、第２実施形態にお
いては、当該ゲージ部Ｇを構成する歪みゲージ５ａ乃至
５ｄとなる結晶化された炭化珪素膜１０’を以下の表４
に示す堆積諸元及び表５に示すアニール諸元により製造
する。

【００６８】なお、第２実施形態の製造方法により製造
されるゲージ部を備える圧力センサの構造は、第１実施
形態の圧力センサＳと全く同様であり、更に、その製造
工程も上記表４及び５に示した諸元以外は第１実施形態
の製造方法と全く同様であるので、夫々の細部説明は省
略する。

【００６９】

【表４】

【００７０】

【表５】

【００７１】ここで、表４に示す諸元における基板温度
は、金属ダイアフラム１の材質としてＪＩＳ規格ＳＵＳ
６３０ステンレス鋼を用いる場合の温度であり、第１実
施形態の場合（上述したように、金属ダイアフラム１の
材質としてコバルト−ニッケル合金を用いている。）に
比して低い値となっている。この温度は、第１実施形態
の場合と同様に、起歪部としての金属ダイアフラム１に
用いられるＳＵＳ６３０ステンレス鋼の弾性を損なうこ
とがない温度として設定されているものである。

【００７２】なお、第２実施形態の製造方法において
は、非晶質状態の炭化珪素膜１０の堆積は第１実施形態
の場合と同様のプラズマＣＶＤ装置を用いて表３に示す
諸元により行うのであり、更に堆積された炭化珪素膜１
０の結晶化も、第１実施形態の場合と同様のエキシマレ
ーザアニール装置を用いて表４に示す諸元により行う。

【００７３】更に、上述した表３及び４に示される各諸
元は、第１実施形態の場合と同様に、アニールされて結
晶化された後の炭化珪素膜１０’のゲージ率の温度変化
特性が、金属ダイアフラム１のヤング率の温度変化特性
に基づき当該炭化珪素膜１０’の温度が変化してもゲー
ジ部Ｇの出力特性が安定化されるように最適化されて設
定されているものである。

【００７４】以上説明した第２実施形態の製造方法によ
っても、第１実施形態の場合と同様の効果を奏するゲー
ジ部Ｇが得られる。

【００７５】なお、上述した各実施形態においては、本
発明を圧力センサＳにおけるゲージ部Ｇに対して適用し
た場合について説明したが、これ以外に、例えば、ピエ
ゾ抵抗効果を用いた変位計における歪みゲージとして本
発明の製造方法により製造された炭化珪素膜を用いるこ
とも可能であるし、更に、電気抵抗の温度変化を利用し
た温度計における測温部として本発明の製造方法により
製造された炭化珪素膜を用いることも可能である。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、結晶化された炭化珪素膜が絶縁膜を介し
て金属基板上に形成され、当該炭化珪素膜のピエゾ抵抗
効果により歪みを検出するので、高温下でも高感度に歪
みを検出することができる。

【００７７】従って、起歪効果の高い金属基板を用いて
高温下でも高感度に歪みを検出し、これにより種々の物
理量を高温下で高感度に検出することができる。

【００７８】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加えて、炭化珪素膜がその結晶化
温度より低い温度であって金属基板の弾性を損なわない
温度で絶縁膜上に非晶質状態で堆積された後、レーザア
ニール法により結晶化されて形成されているので、起歪
部として必要な金属基板の弾性を損なうことなく炭化珪
素膜が結晶化されていることとなり、高感度で歪みを検
出することができる。

【００７９】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
又は２に記載の発明の効果に加えて、炭化珪素膜の温度
が変化しても歪み検出素子の出力特性が安定化されてい
るので、高温下でも安定して歪みを検出することができ
る。

【００８０】請求項４に記載の発明によれば、請求項２
又は３に記載の発明の効果に加えて、結晶化前の炭化珪
素膜がプラズマＣＶＤ法により絶縁膜上に堆積されて形
成されると共に、炭化珪素膜の結晶化がエキシマレーザ
を用いたレーザアニール法により行われているので、よ
り高感度に歪みを検出することができる。

【００８１】請求項５に記載の発明によれば、ピエゾ抵
抗効果により歪みを検出する結晶化された炭化珪素膜を
絶縁膜を介して金属基板上に形成するので、高温下でも
高感度に歪みを検出することが可能な歪み検出素子を製
造することができる。

【００８２】従って、起歪効果の高い金属基板を用いて
高温下でも高感度に歪みを検出し、これにより種々の物
理量を高温下で高感度に検出することが可能な歪み検出
素子を製造することができる。

【００８３】また、起歪部として必要な金属基板の弾性
を損なうことなく結晶化された炭化珪素膜を形成するこ
とができるので、より高感度で歪みを検出することが可
能な歪み検出素子を製造することができる。

【００８４】請求項６に記載の発明によれば、請求項５
に記載の発明の効果に加えて、炭化珪素膜積層工程がプ
ラズマＣＶＤ法を用いて実行されると共に、結晶化工程
がエキシマレーザを用いたレーザアニール法により行わ
れるので、一般的に用いられている簡易な方法により結
晶化された炭化珪素膜を形成することができる。

【００８５】請求項７に記載の発明によれば、請求項５
又は６に記載の発明の効果に加えて、温度が変化しても
歪み検出素子の出力特性が安定化されるように、炭化珪
素膜のゲージ率の温度変化特性が金属基板のヤング率の
温度変化特性に基づいて設定されるので、高温下でも安
定して歪みを検出することが可能な歪み検出素子を製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る圧力センサの構成を示す図
であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）に
おけるＡ−Ａ’部縦断面図である。

【図２】第１実施形態に係る圧力センサの構成を示す斜
視図である。

【図３】第１実施形態のゲージ部の構成を示す図であ
り、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけ
るＢ−Ｂ’部断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＣ
−Ｃ’部断面図であり、（ｄ）は（ａ）におけるＤ−
Ｄ’部断面図である。

【図４】第１実施形態のゲージ部の製造工程を示す断面
工程図であり、（ａ）は第１工程を示す断面工程図であ
り、（ｂ）は第２工程を示す断面工程図であり、（ｃ）
は第３工程を示す断面工程図であり、（ｄ）は第４工程
を示す断面工程図であり、（ｅ）は第５工程を示す断面
工程図であり、（ｆ）は第６工程を示す断面工程図であ
り、（ｇ）は第７工程を示す断面工程図であり、（ｈ）
は第８工程を示す断面工程図である。

【符号の説明】

１…金属ダイアフラム ２…保護膜 ３…絶縁膜 ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ…金属電極 ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ…歪みゲージ １０、１０’…炭化珪素膜 １１、１３…レジスト １２…チタニウム膜 Ｇ…ゲージ部 Ｈ…コンタクトホール Ｓ…圧力センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 靖司 東京都大田区東馬込１−30−４ 長野計器 株式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD01 DD19 EE11 FF38 GG01 GG12 4M112 AA01 BA01 CA11 CA14 DA03 DA06 DA14 DA15 EA06 EA07 EA08 EA11 FA05 5F045 AA08 AB06 AB32 AB33 AC01 AD09 AD10 AE19 AE21 AF10 HA18

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 起歪部としての金属基板と、 前記金属基板上に積層された絶縁膜と、 前記絶縁膜上に積層されると共に結晶化された炭化珪素
   膜と、を備え、 前記炭化珪素膜のピエゾ抵抗効果により歪みを検出する
   ことを特徴とする歪み検出素子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の歪み検出素子におい
   て、 前記炭化珪素膜は、非晶質状態の炭化珪素を結晶化する
   ための結晶化温度より低い温度であって前記金属基板の
   弾性を損なわない温度で前記絶縁膜上に非晶質状態で堆
   積された後、レーザアニール法により結晶化されて形成
   されていることを特徴とする歪み検出素子。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の歪み検出素子に
   おいて、 前記炭化珪素膜のゲージ率の温度変化特性が、当該温度
   変化特性が前記金属基板のヤング率の温度変化特性に対
   応して変化することにより当該炭化珪素膜の温度が変化
   しても前記歪み検出素子の出力特性が安定化されるよう
   に最適化されていることを特徴とする歪み検出素子。
4. 【請求項４】 請求項２又は３に記載の歪み検出素子に
   おいて、 結晶化前の前記炭化珪素膜は、プラズマＣＶＤ（Chemic
   al Vapor Deposition）法により前記絶縁膜上に堆積
   されて形成されると共に、 前記炭化珪素膜の結晶化は、エキシマレーザを用いたレ
   ーザアニール法により行われていることを特徴とする歪
   み検出素子。
5. 【請求項５】 起歪部としての金属基板上に絶縁膜を積
   層する絶縁膜積層工程と、 非晶質状態の炭化珪素を結晶化するための結晶化温度よ
   り低く且つ前記金属基板の弾性を損なわない温度で、ピ
   エゾ抵抗効果により歪みを検出するための炭化珪素膜を
   前記積層された絶縁膜上に非晶質状態に積層する炭化珪
   素膜積層工程と、 前記積層された炭化珪素膜をレーザアニール法により結
   晶化する結晶化工程と、 を備えることを特徴とする歪み検出素子製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の歪み検出素子製造方法
   において、 前記炭化珪素膜積層工程は、プラズマＣＶＤ法を用いて
   実行されると共に、 前記結晶化工程は、エキシマレーザを用いたレーザアニ
   ール法により行われることを特徴とする歪み検出素子製
   造方法。
7. 【請求項７】 請求項５又は６に記載の歪み検出素子製
   造方法において、 前記炭化珪素膜積層工程及び前記結晶化工程において
   は、前記金属基板のヤング率の温度変化特性に対応し
   て、当該炭化珪素膜の温度が変化しても前記歪み検出素
   子の出力特性が安定化されるように前記炭化珪素膜のゲ
   ージ率の温度変化特性を最適化して前記炭化珪素膜の積
   層及び結晶化を行うことを特徴とする歪み検出素子製造
   方法。