JP3156593B2 - Thin film element and method of manufacturing the same - Google Patents
Thin film element and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[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。The present invention relates to a thin film element and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a thin film strain gauge formed on a metal diaphragm and a method of manufacturing the same.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Typical thin film strain gauges developed so far include silicon (Si) and germanium (G).
e) and a metal thin film made of a chromium (Cr) alloy or the like (Japanese Patent Publication No. 6-66162). Semiconductor thin film
Although the gauge factor is high, there is a drawback that the temperature coefficient of resistance is large, and the metal thin film has a drawback that the gauge factor is low although the temperature coefficient of resistance is small.
【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。A typical application field of the above-described thin film strain gauge is a pressure sensor. The pressure sensor includes a Si diaphragm type pressure sensor formed by Si micromachining, and a metal diaphragm type sensor having excellent corrosion resistance and withstanding an ultra-high pressure. There is a pressure sensor.
【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。Here, as the metal diaphragm type pressure sensor, there are a system in which a strain gauge is attached to the diaphragm portion with an adhesive, and a double diaphragm system in which displacement of the metal diaphragm is transmitted to the thin film strain gauge via silicon oil. . In addition, as compared with the above two methods, a method of forming a thin film strain gauge on a metal diaphragm via an insulating film as a type having a more accurate and simple structure has already been put to practical use.
【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。[0005] In such a metal diaphragm pressure sensor as well, there is a demand for higher reliability and lower cost. For this purpose, a thin film strain gauge having high sensitivity, high reliability and easy manufacture is desired. .
【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。Therefore, recently, a thin film strain gauge mainly composed of chromium (Cr) has attracted attention as a material requiring a high gauge factor. As a representative,
Japanese Patent No. 54281 discloses that a thin film strain gauge having a gauge factor of 10 or more can be generated by depositing a Cr—Mo alloy by sputtering, and Japanese Patent Publication No. 6-66162 discloses that a Cr (60 to 98 atomic%), oxygen (2-30 atomic%), and other additional metals (0 atomic%).
It is shown that a thin film strain gauge having a gauge factor of 5 or more and a temperature coefficient of resistance of ± 100 ppm or less can be generated by forming an alloy thin film of (to 10 atomic%) by binary sputtering. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-213613 discloses a thin film strain gauge composed of bcc chromium and trigonal Cr 2 O 3 having a gauge ratio of 20 or more after chromium (Cr) is formed and then annealed at 400 ° C. or more. It is shown.
【０００７】[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。However, the above-described thin film strain gauge mainly composed of chromium (Cr) has a problem that the resistivity is low.
【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。In general, the impedance of a pressure sensor is adjusted to be several kΩ, and in the case of a semiconductor thin film,
The resistivity can be widely controlled by the doping concentration. For example, when a resistance of 3 kΩ is formed, if the resistivity is 10 −2 Ω · cm and the film thickness is 0.1 μm, the length / width ratio becomes It becomes 3.
【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。However, the above-mentioned chromium (Cr) is mainly used.
The resistivity of a thin film strain gauge is 10 -6-10-FourΩ ・ cm
Yes, for example, a wire on the pressure sensor diaphragm
When trying to form four resistors in a stone bridge shape
If the film thickness is 0.1 μm, the area occupied by the resistor is
Trying to make the diaphragm too small
There was a problem that it could not be used.
【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。In addition, since the amount of distortion and the direction of distortion vary depending on the location on the diaphragm, the smaller the area of the resistor, the more optimally the resistor can be arranged at the optimum position.
【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。Therefore, in the case of a thin film strain gauge mainly composed of chromium (Cr), the processing dimension is reduced to 10 μm in order to reduce the area.
m, and it is easy to process with the 10 μm rule in the case of a Si process. However, in the case of a metal diaphragm, even if a diaphragm is formed by cutting or a large-area SUS substrate is used, various devices are used. Therefore, it is difficult to reduce the processing size to a level of 10 μm, and it is particularly difficult to apply the method to a small diaphragm of 6 mmφ or less.
【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。The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to have a high resistivity while maintaining a high gauge factor and a low temperature coefficient.
An object of the present invention is to provide a thin film element which can be easily processed even on a small diaphragm and a method for manufacturing the same.
【００１３】[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。According to the first aspect of the present invention,
It contains Cr, oxygen and nitrogen and has an oxygen content of 10 to 10.
40 atomic% and a nitrogen content of 10 to 20 atomic%.
【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。According to a second aspect of the present invention, there is provided the thin film device according to the first aspect, wherein the content of a metal other than Cr is 0 to 5 atomic%.
It is characterized by being.
【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。According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film element comprising Cr, oxygen and nitrogen, and manufacturing the thin film element using an electron beam evaporation method, wherein Cr or a Cr alloy is used as an evaporation source. Before the generation of the beam, the introduced pressure of the mixed gas of oxygen and nitrogen in the chamber is set to 2 × 10 -5 to 1 × 10 -3 Torr.
And forming a film by controlling the partial pressure ratio of oxygen to 3/10 to 8/10.
【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。The invention according to claim 4 is characterized in that Cr, oxygen and nitrogen
Thin film element produced by sputtering
A method for manufacturing a child, wherein Cr or a Cr alloy is targeted.
Before starting discharge, argon, oxygen and nitrogen
1 x 10 -3~ 8 × 10-2Torr,
And the partial pressure ratio of oxygen is 1 / 20-8 / 20, the partial pressure of nitrogen
The film was formed by controlling the ratio to 1/20 to 8/20.
It is characterized by the following.
【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。According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a thin film element according to the third or fourth aspect, after the film is formed, annealing is performed at 300 to 400 ° C. .
【００１８】[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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【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。Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic sectional view showing a pressure sensor using a thin film strain gauge according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the formation of a thin film strain gauge according to this embodiment. It is a table showing conditions. In this embodiment, the metal substrate 1 for characteristic evaluation is used.
A SUS630 substrate having a thickness of 0.6 mm was used.
First, a silicon oxide film 2 of about 3 μm is formed as an insulating film on a metal substrate 1 by a plasma CVD method, and a mixed gas of oxygen and nitrogen is introduced into a chamber.
A thin film strain gauge 3 is formed to a thickness of about 0.1 μm by using an electron beam evaporation method, and is patterned into a predetermined shape by using a photolithography technique and an etching technique. In addition,
The thin film strain gauge 3 is formed under the forming conditions shown in FIG. Further, Cr or Cr-Al alloy was used as an evaporation source, the evaporation rate was 5 ° / sec, and the substrate temperature was 200 ° C.
【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。Here, if Cr particles having low purity are used as the evaporation source, the characteristic variation of the thin film strain gauge 3 becomes large. Therefore, in this embodiment, Cr particles having a purity of 99.99% or more are used.
【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。Subsequently, an electrode wiring 4 made of aluminum (Al) is formed to a thickness of about 1 μm at the terminal of the thin film strain gauge 3. As an example of a method for forming the electrode wiring 4, there is a method in which an aluminum layer is formed by performing sputtering using aluminum as a target and patterned into a predetermined shape by using a photolithography technique and an etching technique.
【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。Next, a silicon oxide film 5 of about 0.5 μm is formed on the surface of the metal substrate 1 on which the electrode wiring 4 is formed by a plasma CVD method.
A contact hole 6 is formed by etching. Then, the manufactured product is cut into a rectangle, and wire bonding is performed to the electrode wiring 4 through the contact hole 6 so that an electric signal can be extracted. One end of the cut substrate is fixed, and the other end is displaced. The characteristics were evaluated by applying a strain to the thin film strain gauge 3.
【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。The thickness of each film in this embodiment is:
It is not limited to the film thickness shown in this embodiment.
【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。Hereinafter, the characteristics of the thin film strain gauge 3 will be described with reference to the table of FIG. No. Nos. 1 to 3 indicate thin film strain gauges 3 formed under the forming conditions according to the present invention. 4 to 7 are comparative examples. As a material of the thin film strain gauge 3, a thin film containing oxygen and nitrogen in Cr is already known, but the present invention disperses Cr oxide and Cr nitride in the thin film to obtain a high resistivity and a high gauge. Rate, low temperature coefficient of resistance and gauge factor temperature coefficient. Therefore, in the present invention,
The oxygen content in the thin film was 10 to 40 atomic%, and the nitrogen content was 10 to 20 atomic%.
【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。In general, the resistivity increases as the content of oxygen or nitrogen increases, but the gauge factor decreases. The temperature coefficient of resistance is +50 for Cr alone.
It is about 0 ppm / ° C, but decreases with the content of oxygen or nitrogen. At this time, the gauge factor temperature coefficient is not significantly affected by the content of oxygen or nitrogen.
【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。As described above, the resistivity is set to 10 −2 to 10 −3 Ω ·
When a large amount of oxygen or nitrogen alone was contained in order to increase to the order of cm, the gauge factor was lowered and the sensitivity was lowered.
【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。However, oxygen and nitrogen are simultaneously contained in the thin film.
By mixing a certain amount, 10 -2-10-3Ωcm
Even if the resistivity is increased to the order, there is little decrease in the gauge factor
It has been found.
【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。Therefore, in the present invention, oxygen and nitrogen are positively introduced into the film formation atmosphere, and two types of high resistance materials, Cr oxide and Cr nitride, are uniformly dispersed in the thin film to obtain a gauge factor. Decrease of the decrease.
【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。The temperature coefficient of resistance can be reduced by adding other metals such as Al and Ti.
【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。Specifically, the introduction pressure of the mixed gas of oxygen and nitrogen in the chamber is adjusted to 2 × 10 -5 to 1 before the generation of the electron beam.
X 10 -3 Torr range and oxygen partial pressure ratio of 3
By adjusting to / 10 to 8/10, the thin film strain gauge 3 is formed. In the thin film strain gauge 3 obtained by the above-described method, oxygen is 10 to 40 atomic% and nitrogen is 10 to 20 atomic%.
Atomic%, thereby providing a high gauge factor and resistivity and a low temperature coefficient of resistance.
【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。Further, by annealing a thin film strain gauge mainly composed of Cr, it is possible to stabilize the resistance and to improve the gauge factor. However, considering the application to a pressure sensor having a metal diaphragm, Annealing is preferably performed at a low temperature, and at a high temperature, the metal diaphragm is subjected to thermal strain due to its structure and expansion coefficient. Further, when the thin film strain gauge 3 is formed on a metal substrate, if the metal substrate is directly annealed, the metal substrate may be warped by heat, or if the film is annealed at a high temperature, the heat of the film formed on the metal substrate may be reduced. Peeling of the film occurs due to the difference in the coefficient of expansion. Therefore, the annealing temperature is preferably 400 ° C. or less, which is a temperature at which the warpage of the metal substrate and the peeling of the film do not occur.
【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。In order to obtain the effect of improving the gauge factor, there is a relationship between the annealing temperature and the annealing time.
When the annealing temperature is 390 ° C., the effect of improving the gauge factor can be obtained in several hours.
If the temperature is lower than 0 ° C., even if annealing is performed for a considerable time, the effect of improving the gauge factor cannot be obtained, which is not practical. Therefore, in the present invention, the annealing temperature is set at 300 to 400 ° C.
【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。However, resistance stabilization can be performed even at 200 to 300 ° C., and a gauge factor of 7 to 12 can be obtained, which is practically sufficient.
【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。Here, No. 1-3 are 10 -2 to 10 -3
It has a high resistivity on the order of Ω · cm, a high gauge factor, a low temperature coefficient of resistance and a low temperature coefficient of gauge factor. Further, the gauge factor is improved by annealing at 350 ° C.
【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。No. In No. 4, the properties are deteriorated due to excessive oxygen. In addition, No. If only oxygen is excessively contained in order to obtain a resistivity on the order of 10 −2 Ω · cm, as in 5, the characteristics are deteriorated and the effect of annealing cannot be obtained. In addition, No. As in the case of 6, when the ratio of nitrogen is large, a high gauge factor cannot be obtained. In addition, No. When the gas introduction amount is small as in 7, the gauge factor and the gauge factor temperature coefficient are relatively good, but it is difficult to reduce the size because the resistivity is low.
【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。From the above, the introduction pressure of the mixed gas of oxygen and nitrogen is preferably 2 × 10 −5 to 1 × 10 −3 Torr,
It is preferable that the ratio of oxygen in the mixed gas be about 30 to 80%, instead of oxygen and nitrogen being biased to either component. Further, the introduction pressure of oxygen in the mixed gas is 6 ×
Preferably, the pressure is set to about 10 -6 to 8 × 10 -4 Torr.
【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。= Embodiment 2 = In this embodiment, the thin film strain gauge 3 is formed by high frequency sputtering.
【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。In the present embodiment, the thin film strain gauge 3 is formed by high-frequency sputtering. However, the present invention is not limited to this, and any sputtering such as DC sputtering or magnetron sputtering may be used.
【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。Here, Cr having a low purity is used as a target.
Is used, the characteristic variation of the thin film strain gauge 3 becomes large. Therefore, in this embodiment, Cr having a purity of 99.99% or more is used. The discharge power was 200 W, the substrate temperature was 250 ° C., and a mixed gas of argon, oxygen, and nitrogen was used as the introduced gas.
【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。Hereinafter, the characteristics of the thin film strain gauge 3 will be described with reference to the table of FIG. No. Nos. 1 to 3 indicate thin film strain gauges 3 formed under the forming conditions according to the present invention. 4 to 6 are comparative examples. As a material of the thin film strain gauge 3, a thin film containing oxygen and nitrogen in Cr is already known, but the present invention disperses Cr oxide and Cr nitride in the thin film to obtain a high resistivity and a high gauge. Rate, low temperature coefficient of resistance and gauge factor temperature coefficient. Therefore, in the present invention,
The oxygen content in the thin film was 10 to 40 atomic%, and the nitrogen content was 10 to 20 atomic%.
【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。Here, No. 1-3 are 10 -2 to 10 -3
It has a high resistivity on the order of Ω · cm, a high gauge factor, a low temperature coefficient of resistance and a low temperature coefficient of gauge factor. In addition, No. Including Ti as in No. 3 has the effect of lowering the temperature coefficient of resistance. The introduction pressure of the mixed gas of argon, oxygen and nitrogen was 1 × 10 −3 To
If the pressure is less than rr, the discharge is not stable, so that the pressure is preferably 1 × 10 −3 Torr or more.
【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。No. In No. 4, the properties are deteriorated due to excessive oxygen. In addition, No. As shown in FIG. When the ratio of nitrogen is larger than oxygen as in 6, the characteristics deteriorate,
The effect of annealing cannot be obtained.
【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。As described above, the mixture of argon, oxygen and nitrogen
The gas introduction pressure is 1 × 10-3~ 8 × 10-2Torr is good
More specifically, oxygen and nitrogen should not be biased toward either component.
And the ratio of oxygen and nitrogen in the mixed gas is 5-40
% Is preferable. Also, the oxygen in the mixed gas
And the introduction pressure of nitrogen is 5 × 10-Five~ 3.2 × 10
-2It is preferable to set the pressure to about Torr.
【００４４】[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。The invention according to claim 1 comprises Cr, oxygen and nitrogen, and has an oxygen content of 10 to 40 at% and a nitrogen content of 10 to 20 at%.
A thin film element having a high resistivity while maintaining a high gauge factor and a low temperature coefficient, and which can be easily processed on a small diaphragm can be provided.
【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。According to a second aspect of the present invention, in the thin film element of the first aspect, the content of a metal other than Cr is 0 to 5 atomic%.
By doing so, the temperature coefficient of resistance can be reduced.
【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。According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film element comprising Cr, oxygen and nitrogen and manufactured by using an electron beam evaporation method, wherein Cr or a Cr alloy is used as an evaporation source. Before the generation of the beam, the introduced pressure of the mixed gas of oxygen and nitrogen in the chamber is set to 2 × 10 -5 to 1 × 10 -3 Torr.
In addition, by forming the film while controlling the partial pressure ratio of oxygen to 3/10 to 8/10, it has a high resistivity while maintaining a high gauge factor and a low temperature coefficient, and has a small size. And a method for manufacturing a thin film element which can be easily processed on the diaphragm.
【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。The invention according to claim 4 is characterized in that Cr, oxygen and nitrogen
Thin film element produced by sputtering
A method for manufacturing a child, wherein Cr or a Cr alloy is targeted.
Before starting discharge, argon, oxygen and nitrogen
1 x 10 -3~ 8 × 10-2Torr,
And the partial pressure ratio of oxygen is 1 / 20-8 / 20, the partial pressure of nitrogen
The film was formed by controlling the ratio to 1/20 to 8/20.
By maintaining high gauge factor and low temperature coefficient,
High resistivity and on a small diaphragm
To provide a method of manufacturing a thin film element which can be easily processed.
I was able to.
【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。According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a thin film element according to the third or fourth aspect, after forming the film,
Annealing at 00 to 400 ° C. can improve the gauge factor.
【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。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a thin film strain gauge element according to an embodiment of the present invention.
【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。FIG. 2 is a table showing conditions for forming a thin film strain gauge according to the embodiment.
【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。FIG. 3 is a table showing conditions for forming a thin film strain gauge according to another embodiment of the present invention.
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 Reference Signs List 1 metal substrate 2 silicon oxide film 3 thin film strain gauge 4 electrode wiring 5 silicon oxide film 6 contact hole
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−176754（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−310175（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−95751（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−19703（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−152201（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−124808（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−132802（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−294466（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−213613（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−213612（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−306002（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−300649（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 9/04 G01L 1/22 G01B 7/16 H01C 7/00 H01C 17/08 Continuation of front page (56) References JP-A-8-176754 (JP, A) JP-A-7-310175 (JP, A) JP-A-9-95751 (JP, A) JP-A-10-19703 (JP) JP-A-2-152201 (JP, A) JP-A-6-124808 (JP, A) JP-A-2-132802 (JP, A) JP-A-2-294466 (JP, A) JP-A-6-213613 (JP, A) JP-A-6-213612 (JP, A) JP-A-7-306002 (JP, A) JP-A-6-300649 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7, DB name) G01L 9/04 G01L 1/22 G01B 7/16 H01C 7/00 H01C 17/08
Claims (5)
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。1. The method according to claim 1, which comprises Cr, oxygen and nitrogen, has an oxygen content of 10 to 40 atomic%, and has a nitrogen content of 10 to 10 atomic%.
A thin film element characterized by being 20 atomic%.
あることを特徴とする請求項１記載の薄膜素子。2. The thin film device according to claim 1, wherein the content of metal other than Cr is 0 to 5 atomic%.
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。3. An electronic device comprising Cr, oxygen and nitrogen.
A method of manufacturing a thin film element manufactured by using a beam evaporation method.
Therefore, Cr or Cr alloy is used as an evaporation source,
Before the occurrence of a storm, introduce a mixed gas of oxygen and nitrogen in the chamber.
Pressure 2 × 10 -Five~ 1 × 10-3Torr and oxygen
The pressure ratio is controlled to 3/10 to 8/10 to form a film.
A method for manufacturing a thin-film element.
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。4. A method for producing a thin film element comprising Cr, oxygen and nitrogen and produced by sputtering, wherein Cr or a Cr alloy is used as a target, and a mixed gas of argon, oxygen and nitrogen is used before starting discharge. The introduction pressure is 1 × 10 −3 to 8 × 10 −2 Torr, the partial pressure ratio of oxygen is 1/20 to 8/20, and the partial pressure ratio of nitrogen is 1/20 to 8 /
20. A method of manufacturing a thin film element, wherein a film is formed by controlling the thickness to 20.
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。5. The method according to claim 3, wherein annealing is performed at 300 to 400 ° C. after the film formation.
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