JP6650564B2 - Physical quantity sensor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、車両等に用いられる物理量センサおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a physical quantity sensor used for a vehicle or the like and a method for manufacturing the same.
図１５は従来のゲージ率および抵抗温度係数の測定に用いられる試験片の上面図である。 FIG. 15 is a top view of a conventional test piece used for measuring a gauge factor and a temperature coefficient of resistance.
図１５において、１は基板である。２は検知部で、この検知部２は前記基板１の上面に設けられている。３は電極で、この電極３は前記基板１の上面に設けられるとともに、検知部２の両端に電気的に接続されている。 In FIG. 15, reference numeral 1 denotes a substrate. Reference numeral 2 denotes a detection unit. The detection unit 2 is provided on the upper surface of the substrate 1. Reference numeral 3 denotes an electrode, which is provided on the upper surface of the substrate 1 and is electrically connected to both ends of the detection unit 2.
以上のように構成された従来の試験片について、その製造方法を図面を参照しながら説明する。 A method of manufacturing the conventional test piece configured as described above will be described with reference to the drawings.
まず、図１６に示す成膜装置の成膜チャンバー５の内部にＣｒターゲット４およびこれと対向位置に、基板１を取り付けた後、基板１の背面に設けた赤外線ランプ６により基板１の背面を約８０℃〜２００℃に加熱する。 First, after mounting the Cr target 4 and the substrate 1 at a position facing the Cr target 4 in the film forming chamber 5 of the film forming apparatus shown in FIG. Heat to about 80-200C.
次に、Ａｒガスボンベ７およびＮ２ガスボンベ８からマスフロコントローラ９を介して、流量を調整しながら、ＡｒガスおよびＮ２ガスを成膜チャンバー５内に流入させる。そして、このマスフロコントローラ９により流量を調整することにより、薄膜の窒素含有率をコントロールすることが出来、薄膜抵抗の温度依存性を調整することができるものである。 Next, Ar gas and N 2 gas are caused to flow into the film forming chamber 5 from the Ar gas cylinder 7 and the N 2 gas cylinder 8 via the mass flow controller 9 while adjusting the flow rate. By adjusting the flow rate by the mass flow controller 9, the nitrogen content of the thin film can be controlled, and the temperature dependence of the thin film resistance can be adjusted.
次に、Ｃｒターゲット４を高周波スパッタリングすることにより、基板１に薄膜からなる検知部２を形成した後、この検知部２の両端に電極３を形成する。 Next, after the detection part 2 made of a thin film is formed on the substrate 1 by subjecting the Cr target 4 to high frequency sputtering, the electrodes 3 are formed at both ends of the detection part 2.
以上のように構成、組立られた従来の試験片を用いて、次に、その試験片のゲージ率および抵抗温度係数を測定する方法を説明する。 Next, a method of measuring the gauge factor and the temperature coefficient of resistance of the conventional test piece constructed and assembled as described above will be described.
図１７に示すように、４点曲げの方法を用いて、歪と抵抗変化量との関係からゲージ率を求めた。 As shown in FIG. 17, the gauge factor was determined from the relationship between the strain and the resistance change amount by using a four-point bending method.
そうすると、（表１）に示すように、例えば、窒素含有率１．０％付近では、ゲージ率１６．３、ＴＣＲ２２［ｐｐｍ／ｋ］と、特にＴＣＲ特性を良化させることが可能となった。 Then, as shown in (Table 1), for example, at a nitrogen content of around 1.0%, it became possible to improve the gauge factor of 16.3 and the TCR 22 [ppm / k], particularly the TCR characteristics. .
ここで、Ｃｒ−Ｎ２合金薄膜を物理量センサに適用する場合を考える。 Here, a case where a Cr—N 2 alloy thin film is applied to a physical quantity sensor will be considered.
ＡｒガスおよびＮ２ガスを成膜チャンバー５内に流入させて、物理量センサを製造し、検出部（図示せず）のＴＥＭ分析を行うと、図１８に示すように、ＣｒＯｘ結晶粒子１０ａの内部にまで、ＣｒＯＸＮｙ１０ｂが進入して設けられる。 When a physical quantity sensor is manufactured by flowing Ar gas and N 2 gas into the film formation chamber 5 and a TEM analysis of a detection unit (not shown) is performed, as shown in FIG. , CrO X Ny 10b is provided to enter.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１および非特許文献１が知られている。 As prior art documents related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 are known.
しかしながら、上記従来の物理量センサにおいては、Ｎの効果によりＴＣＲ特性を良化させている反面、ＣｒＯｘ結晶粒子１０ａの内部にまで、ＣｒＯＸＮｙが進入して設けられているため、ＣｒＯＸＮｙがＣｒにより生じる高いゲージ率を低下させることなり、物理量センサとして出力を十分に確保することができないという課題を有していた。 However, the above conventional physical sensor, although that is improved the TCR characteristics by the effect of N, to the inside of CrOx crystal grains 10a, since the CrO X Ny is provided to enter, CrO X Ny is There is a problem that a high gauge factor caused by Cr is reduced, and a sufficient output cannot be secured as a physical quantity sensor.
本発明は上記従来の課題を解決するもので、Ｎの効果によりＴＣＲ特性を良化させつつも、ゲージ率が大きく、出力を十分に確保することが可能な物理量センサを提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide a physical quantity sensor which has a large gauge factor and can sufficiently secure an output while improving TCR characteristics by the effect of N. Is what you do.
本発明の請求項１に記載の発明は、ベース層の上面に酸化膜層を介して活性層を設けるとともにこの活性層の上面に第１の絶縁層を設けさらにこの第１の絶縁層の上面に第１の金属層を設けた支持基板と、前記支持基板に一端を接続され活性層および第１の絶縁層を設けるとともに上面に検出部を設けた梁部と、前記梁部の他端に接続されるとともに前記ベース層、酸化膜層、活性層および第１の絶縁層を設けた錘部と備え、前記梁部における検出部を少なくともＣｒＯＸとＮとの混合物からなる第１の金属層にするとともに、この第１の金属層におけるＣｒＯＸ結晶の粒子表面の近傍のみにＣｒＯＸＮｙを設けたものである。 According to the first aspect of the present invention, an active layer is provided on an upper surface of a base layer via an oxide film layer, a first insulating layer is provided on an upper surface of the active layer, and an upper surface of the first insulating layer is further provided. A support substrate having a first metal layer provided thereon, a beam portion having one end connected to the support substrate, an active layer and a first insulating layer provided, and a detection section provided on an upper surface, and a second end of the beam portion. the base layer is connected, the oxide film layer, comprising an active layer and a weight portion having a first insulating layer, a first metal layer made of a mixture of at least CrO X and N detecting unit in the beam portion In addition, CrO X Ny is provided only in the vicinity of the particle surface of the CrO X crystal in the first metal layer.
この構成によれば、Ｎの効果によりＴＣＲ特性を良化させるとともに、ＣｒＯＸ結晶の粒子表面の近傍のみにＣｒＯＸＮｙを設けたため、Ｃｒにより生じる高いゲージ率を低下させずに確保できるという作用効果を有するものである。 According to this structure, the TCR characteristic is improved by the effect of N, and the CrO X Ny is provided only in the vicinity of the particle surface of the CrO X crystal. It has an effect.
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、第１の金属層のＮ比率を表面から深さ方向に全てにわたって０.８％以上としたもので、この構成によれば、Ｎの作用がさらに増加するから、検出部のゲージ率を確保しながら、ＴＣＲ特性を良化させることができるという作用効果を有するものである。 According to the second aspect of the present invention, in particular, the N ratio of the first metal layer is set to 0.8% or more over the entire surface from the surface to the depth direction. Is further increased, so that the TCR characteristic can be improved while the gauge factor of the detection unit is secured.
本発明の請求項３に記載の発明は、ベース層の上面に酸化膜層を介して活性層を設けるとともにこの活性層の上面に第１の絶縁層を設けさらにこの第１の絶縁層の上面に第１の金属層を設けた支持基板と、前記支持基板に一端を接続され活性層および第１の絶縁層を設けるとともに上面に検出部を設けた梁部と、前記梁部の他端に接続されるとともに前記ベース層、酸化膜層、活性層および第１の絶縁層を設けた錘部と備え、前記梁部における検出部を少なくともＣｒＯＸとＮとの混合物からなる第１の金属層にするとともに、この第１の金属層のＣｒＯＸを成膜後、Ｎ２雰囲気中にさらすことにより、ＣｒＯＸ結晶の粒子表面の近傍のみにＣｒＯＸＮｙを設けたものである。 According to a third aspect of the present invention, an active layer is provided on an upper surface of a base layer via an oxide film layer, a first insulating layer is provided on an upper surface of the active layer, and an upper surface of the first insulating layer is further provided. A support substrate having a first metal layer provided thereon, a beam portion having one end connected to the support substrate, an active layer and a first insulating layer provided, and a detection section provided on an upper surface, and a second end of the beam portion. the base layer is connected, the oxide film layer, comprising an active layer and a weight portion having a first insulating layer, a first metal layer made of a mixture of at least CrO X and N detecting unit in the beam portion as well as to, after formation of the CrO X of the first metal layer, by exposure to N2 atmosphere, is provided with a CrO X Ny only in the vicinity of the particle surface of the CrO X crystals.
この構成によれば、ゲージ率の低下を防止できるという作用効果を有するものである。 According to this configuration, there is an operational effect that a reduction in the gauge factor can be prevented.
本発明の請求項４に記載の発明は、予め酸化膜層を介して活性層を設けたベース層における活性層の上面に第１の絶縁層を形成した後、第１の絶縁層の上面に第１の金属層および検出部を形成する工程と、前記第１の金属層および検出部の上面に第２の絶縁層を形成した後、この第２の絶縁層の上面に第２の金属層を形成する工程と、前記ベース層の所定の位置にレジスト膜を形成した後、ベース層および酸化膜層を除去する工程と、前記活性層の所定の位置にレジスト膜を形成した後、活性層を除去する工程とを備え、第１の金属層および検出部としてＣｒＯＸを成膜後、Ｎ２雰囲気中にさらすようにしたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the first insulating layer is formed on the upper surface of the active layer in the base layer on which the active layer is provided in advance via the oxide film layer, and then the first insulating layer is formed on the upper surface of the first insulating layer. Forming a first metal layer and a detection unit, forming a second insulation layer on the top surface of the first metal layer and the detection unit, and then forming a second metal layer on the top surface of the second insulation layer Forming a resist film at a predetermined position of the base layer, and then removing the base layer and the oxide film layer; forming a resist film at a predetermined position of the active layer; And forming a first metal layer and CrO x as a detection portion, and then exposing the film to an N 2 atmosphere.
この方法によれば、容易にＣｒＯＸ結晶の粒子表面の近傍のみにＣｒＯＸＮｙを設けることができるという作用効果を有するものである。 According to this method, there is an operational effect that CrO X Ny can be easily provided only in the vicinity of the particle surface of the CrO X crystal.
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、第１の金属層および検出部を形成した後、第１の金属層および検出部のラマン分析をすることにより、良品、不良品を選別するようにした方法で、この方法によれば、特定［カイザ］の強度を測定することにより、良品、不良品を選別することができるという作用効果を有するものである。 In the invention according to claim 5 of the present invention, in particular, after forming the first metal layer and the detection unit, good products and defective products are selected by performing Raman analysis of the first metal layer and the detection unit. According to the method described above, according to this method, it is possible to select a non-defective product or a defective product by measuring the strength of a specific [Kaiza], and has an operational effect.
本発明の請求項６に記載の発明は、絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられた金属層と、この金属層の両端部の上面から前記絶縁基板の上面にわたって設けた一対の電極と、前記金属層の上面に設けた絶縁層とを備え、前記金属層を少なくともＣｒＯＸとＮとの混合物からなる金属層にするとともに、この金属層におけるＣｒＯＸ結晶の粒子表面の近傍のみにＣｒＯＸＮｙを設けたものである。 The invention according to claim 6 of the present invention is directed to an insulating substrate, a metal layer provided on the upper surface of the insulating substrate, and a pair of electrodes provided from the upper surfaces of both ends of the metal layer to the upper surface of the insulating substrate. An insulating layer provided on the upper surface of the metal layer, wherein the metal layer is a metal layer made of a mixture of at least CrO X and N, and CrO X is provided only in the vicinity of the particle surface of the CrO X crystal in the metal layer. X Ny is provided.
この構成によれば、Ｎの効果によりＴＣＲ特性を良化させるとともに、ＣｒＯＸ結晶の粒子表面の近傍のみにＣｒＯＸＮｙを設けたため、Ｃｒにより生じる高いゲージ率を低下させずに確保できるという作用効果を有するものである。 According to this configuration, the TCR characteristic is improved by the effect of N, and the CrO X Ny is provided only in the vicinity of the particle surface of the CrO X crystal, so that the high gauge factor generated by Cr can be secured without lowering. It has an effect.
本発明の請求項７に記載の発明は、特に、前記金属層のＮ比率を表面から深さ方向に全てにわたって０.８％以上としたもので、この構成によれば、Ｎの作用がさらに増加するから、検出部のゲージ率を確保しながら、ＴＣＲ特性を良化させることができるという作用効果を有するものである。 In the invention according to claim 7 of the present invention, in particular, the N ratio of the metal layer is set to 0.8% or more over the entire surface from the surface in the depth direction. Since the number increases, the TCR characteristic can be improved while maintaining the gauge factor of the detection unit, and the effect is obtained.
本発明の物理量センサは、ベース層の上面に酸化膜層を介して活性層を設けるとともにこの活性層の上面に第１の絶縁層を設けさらにこの第１の絶縁層の上面に第１の金属層を設けた支持基板と、前記支持基板に一端を接続され活性層および第１の絶縁層を設けるとともに上面に検出部を設けた梁部と、前記梁部の他端に接続されるとともに前記ベース層、酸化膜層、活性層および第１の絶縁層を設けた錘部と備え、前記梁部における検出部を少なくともＣｒＯＸとＮとの混合物からなる第１の金属層にするとともに、この第１の金属層におけるＣｒＯＸ結晶の粒子表面の近傍のみにＣｒＯＸＮｙを設けたものである。 According to the physical quantity sensor of the present invention, an active layer is provided on an upper surface of a base layer via an oxide film layer, a first insulating layer is provided on an upper surface of the active layer, and a first metal is provided on an upper surface of the first insulating layer. A support substrate provided with a layer, a beam part having one end connected to the support substrate, an active layer and a first insulating layer provided and a detection unit provided on the upper surface, and the other end of the beam part base layer, oxide layer, comprising an active layer and a first weight portion provided with an insulating layer, while the first metal layer made of a mixture of at least CrO X and N detecting unit in the beam portion, the CrO X Ny is provided only in the vicinity of the particle surface of the CrO X crystal in the first metal layer.
この構成によれば、Ｎの効果によりＴＣＲ特性を良化させるとともに、ＣｒＯＸ結晶の粒子表面の近傍のみにＣｒＯＸＮｙを設けたため、Ｃｒにより生じるゲージ率の低下を防止した物理量センサを提供することができるという効果を有するものである。 According to this configuration, the TCR characteristic is improved by the effect of N, and a CrO X Ny is provided only in the vicinity of the particle surface of the CrO X crystal, so that a physical quantity sensor that prevents a decrease in the gauge factor caused by Cr is provided. It has the effect that it can do.
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における例えば加速度センサ等の物理量センサについて、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a physical quantity sensor such as an acceleration sensor according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は本発明の実施の形態１における物理量センサの分解斜視図、図２は同物理量センサにおける検出素子の上面図、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ´線における断面図、（ｂ）は（ａ）の検出素子２０を拡大した図である。 FIG. 1 is an exploded perspective view of a physical quantity sensor according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a top view of a detection element in the physical quantity sensor, FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. (b) is an enlarged view of the detection element 20 of (a).
図１、図２、図３に示すように、物理量センサ１０は、検出素子２０と、検出素子２０の上面に接続される上蓋３０と、検出素子２０の下面に設けた錘部と備え、前記梁部における下面の表面粗さをＲａ＝０．０１μｍ以下としたものである。
検出素子２０は、支持基板１２と、錘部１３と、支持基板１２に一端が接続され、錘部１３に他端が接続された第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂと、錘部１３の上面に形成された自己診断電極１６と、支持基板１２に形成された接地電極１８と、を備える。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the physical quantity sensor 10 includes a detection element 20, an upper lid 30 connected to an upper surface of the detection element 20, and a weight provided on a lower surface of the detection element 20. The surface roughness of the lower surface of the beam portion is set to Ra = 0.01 μm or less.
The detection element 20 includes a support substrate 12, a weight portion 13, a first beam portion 14 a and a second beam portion 14 b having one end connected to the support substrate 12 and the other end connected to the weight portion 13, The self-diagnosis electrode 16 is formed on the upper surface of the portion 13 and the ground electrode 18 is formed on the support substrate 12.
ここで、支持基板１２は、検出素子２０の外周側に位置し、その形状は、例えば略四角形の枠状に形成されている。そして、前記支持基板１２から延出さている枠部１２ａにより、検出素子２０における錘部１３を取り囲むように構成されている。また、支持基板１２の内側には、第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂが設けられている。 Here, the support substrate 12 is located on the outer peripheral side of the detection element 20, and has a shape of, for example, a substantially rectangular frame. The frame portion 12 a extending from the support substrate 12 is configured to surround the weight portion 13 of the detection element 20. Further, inside the support substrate 12, a first beam portion 14a and a second beam portion 14b are provided.
第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂはそれぞれ、一端が支持基板１２に繋がり、他端が錘部１３に繋がっている。なお、図１では１対の梁を有する構造を示すが、これに限らない。例えば、１本、あるいは３本の梁部で錘部１３を支持する構造であってもよい。 One end of each of the first beam portion 14a and the second beam portion 14b is connected to the support substrate 12, and the other end is connected to the weight portion 13. Although FIG. 1 shows a structure having a pair of beams, the structure is not limited to this. For example, a structure in which the weight 13 is supported by one or three beams may be used.
錘部１３は、第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂの先端に繋がっており、支持基板１２の内側に位置する。また、錘部１３と支持基板１２との間には、錘部１３を取囲む溝が設けられている。これにより、錘部１３と支持基板１２との間には隙間が形成され、錘部１３は、第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂによってＺ軸方向に変位可能に支持されている。 The weight portion 13 is connected to the tips of the first beam portion 14a and the second beam portion 14b, and is located inside the support substrate 12. In addition, a groove surrounding the weight 13 is provided between the weight 13 and the support substrate 12. Thereby, a gap is formed between the weight 13 and the support substrate 12, and the weight 13 is supported by the first beam 14a and the second beam 14b so as to be displaceable in the Z-axis direction. .
検出素子２０は、シリコンからなるベース層２０ａと、ベース層２０ａ上のシリコン酸化膜の絶縁層からなる酸化膜層２０ｂと、酸化膜層２０ｂ上のシリコン層である活性層２０ｃと、活性層２０ｃ上に設けた第１の絶縁層２０ｄと、を有している。 The detection element 20 includes a base layer 20a made of silicon, an oxide film layer 20b made of an insulating layer of a silicon oxide film on the base layer 20a, an active layer 20c which is a silicon layer on the oxide film layer 20b, and an active layer 20c. And a first insulating layer 20d provided thereon.
上蓋３０は、自己診断電極１６と対向する位置に形成された対向電極１７を備えている。また、第１の梁部１４ａの上に検出部１４ｃが形成され、第２の梁部１４ｂの上に検出部１４ｄが形成されている。自己診断電極１６は第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂ上の配線を経由して支持基板１２上の電極パッドに接続されている。 The upper lid 30 includes a counter electrode 17 formed at a position facing the self-diagnosis electrode 16. Further, a detection section 14c is formed on the first beam section 14a, and a detection section 14d is formed on the second beam section 14b. The self-diagnosis electrode 16 is connected to an electrode pad on the support substrate 12 via wiring on the first beam portion 14a and the second beam portion 14b.
また、支持基板１２、錘部１３、第１の梁部１４ａ、第２の梁部１４ｂ、上蓋３０は、シリコン、溶融石英、アルミナ等を用いることができる。好ましくは、シリコンを用いて形成することにより、微細加工技術を用いて小型の物理量センサとすることができる。 The support substrate 12, the weight 13, the first beam 14a, the second beam 14b, and the upper lid 30 can be made of silicon, fused quartz, alumina, or the like. Preferably, by using silicon, a small physical quantity sensor can be formed by using a microfabrication technique.
また、支持基板１２と上蓋３０とを接着する方法として、接着材による接着や金属接合、常温接合、陽極接合等を用いることができる。このうち、接着材としてはエポキシ系樹脂やシリコン系樹脂等の接着剤が用いられる。接着剤として、シリコン系樹脂を用いることにより、接着剤自身の硬化による応力を小さくすることができる。 Further, as a method of bonding the support substrate 12 and the upper lid 30, bonding with an adhesive, metal bonding, room temperature bonding, anodic bonding, or the like can be used. Among them, an adhesive such as an epoxy resin or a silicon resin is used as the adhesive. By using a silicon-based resin as the adhesive, the stress due to the curing of the adhesive itself can be reduced.
検出部１４ｃ、１４ｄとして、歪抵抗方式を用いることができる。歪抵抗としてピエゾ抵抗を用いることにより、物理量センサ１０の感度を向上させることができる。また、歪抵抗方式として酸化膜歪み抵抗体を用いた薄膜抵抗方式を用いることにより、物理量センサ１０の温度特性を向上させることができる。 As the detection units 14c and 14d, a strain resistance method can be used. By using a piezo resistor as the strain resistor, the sensitivity of the physical quantity sensor 10 can be improved. Further, by using a thin film resistance method using an oxide film distortion resistor as the strain resistance method, the temperature characteristics of the physical quantity sensor 10 can be improved.
図４は物理量センサ１０の検出回路を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a detection circuit of the physical quantity sensor 10.
Ｒ１は検出部１４ｃに対応する抵抗、Ｒ４は検出部１４ｄに対応するピエゾ抵抗、Ｒ２およびＲ３は支持基板１２に設けられた基準となるピエゾ抵抗である。図４に示す如く、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４をブリッジ型に接続し、対向する一対の接続点ＶｄｄとＧＮＤとの間に電圧を印加し、Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２と間の電圧の変化を検出することにより、物理量センサ１０に印加された加速度を検出することができる。 R1 is a resistor corresponding to the detecting unit 14c, R4 is a piezoresistor corresponding to the detecting unit 14d, and R2 and R3 are piezoresistors serving as references provided on the support substrate 12. As shown in FIG. 4, R1, R2, R3, and R4 are connected in a bridge type, a voltage is applied between a pair of opposing connection points Vdd and GND, and a change in voltage between Vout1 and Vout2 is detected. Thereby, the acceleration applied to the physical quantity sensor 10 can be detected.
図３に戻り、下蓋４０は、錘部１３と対向する部分に凹部４１を形成している。下蓋４０は、シリコン材料を用いて形成されている。また、上蓋３０も、シリコン材料を用いて形成されている。 Returning to FIG. 3, the lower lid 40 has a concave portion 41 at a portion facing the weight portion 13. The lower lid 40 is formed using a silicon material. The upper lid 30 is also formed using a silicon material.
以下、図３および図４を用いて自己診断機能について説明する。
図３に示すように、自己診断を行う際には、診断回路から、自己診断電極１６と対向電極１７との間に電圧Ｖを印加する。これにより自己診断電極１６と対向電極１７の間に静電力が発生し、錘部１３が上蓋３０に引き寄せられる。この錘部１３の変位により、検出部１４ｃに対応する抵抗Ｒ１および検出部１４ｄに対応する抵抗Ｒ４が低下する。したがって、ブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔが検出され、正常に動作していることが確認できる。
Hereinafter, the self-diagnosis function will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, when performing self-diagnosis, a voltage V is applied between the self-diagnosis electrode 16 and the counter electrode 17 from the diagnosis circuit. As a result, an electrostatic force is generated between the self-diagnosis electrode 16 and the counter electrode 17, and the weight 13 is drawn to the upper lid 30. Due to the displacement of the weight 13, the resistance R1 corresponding to the detection unit 14c and the resistance R4 corresponding to the detection unit 14d decrease. Therefore, the output voltage Vout of the bridge circuit is detected, and it can be confirmed that the bridge circuit is operating normally.
図５は、本発明の実施の形態１における物理量センサのベース層の上面に活性層を介して形成される他のコンタクト部の側断面図である。 FIG. 5 is a side sectional view of another contact portion formed via an active layer on the upper surface of the base layer of the physical quantity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
コンタクト部１１は、第１の絶縁層２０ｄに設けた第１の開口部２０ｆに、例えばクロム、あるいはクロムを含む合金等からなる第１の金属層２００ｂを設けている。そして、この第１の金属層２００ｂは活性層２０ｃが第２の金属層２００ａに相互拡散しないための密着層としての役割を果たしている。そして、この第１の金属層２００ｂを前記第２の金属層２００ａと絶縁するために、第２の絶縁層２０ｅを設けている。そして、さらに、第２の金属層２００ａは図２に示すように、配線１８ａを経由して、検出素子２０に設けられる接地電極１８に接続される。 In the contact section 11, a first metal layer 200b made of, for example, chromium or an alloy containing chromium is provided in a first opening 20f provided in the first insulating layer 20d. The first metal layer 200b serves as an adhesion layer for preventing the active layer 20c from interdiffusion with the second metal layer 200a. Then, in order to insulate the first metal layer 200b from the second metal layer 200a, a second insulating layer 20e is provided. Further, as shown in FIG. 2, the second metal layer 200a is connected to the ground electrode 18 provided on the detection element 20 via the wiring 18a.
この構成により、自己診断の際に錘部１３に帯電が発生したとしても、その電荷を錘部１３における活性層２０ｃ、第１の梁部１４ａ、第２の梁部１４ｂにおける活性層２０ｃ、枠部１２ａのコンタクト部１１における活性層２０ｃ、第１の金属層２００ｂ、第２の金属層２００ａ、配線１８ａ、接地電極１８を介してグランドに落とすことができる。そのため、例えば、活性層２０ｃと対向電極１７で形成される空間に電界が形成されることを抑制でき、その結果、錘部１３を動作させる静電力が安定し正常な自己診断を行うことができる。 With this configuration, even if the weight 13 is charged during the self-diagnosis, the charge is transferred to the active layer 20c in the weight 13, the first beam 14a, the active layer 20c in the second beam 14b, and the frame. The active layer 20c, the first metal layer 200b, the second metal layer 200a, the wiring 18a, and the ground electrode 18 in the contact portion 11 of the portion 12a can be dropped to the ground. Therefore, for example, the formation of an electric field in the space formed by the active layer 20c and the counter electrode 17 can be suppressed, and as a result, the electrostatic force for operating the weight 13 can be stabilized, and normal self-diagnosis can be performed. .
このように、第１の金属層２００ｂを設けた場合のコンタクト部１１ｂでは、第１の絶縁層２０ｄに設けた第１の開口部２０ｆと第２の絶縁層２０ｅに設けた第２の開口部２０ｇは同じ位置に設けられる。そして、第１の絶縁層２０ｄに設ける第１の開口部２０ｆよりも第２の絶縁層２０ｅに設ける第２の開口部２０ｇの方が大きいことが好ましい。（すなわち、図５において、Ｄ２＜Ｄ１、あるいは、第１の絶縁層２０ｄに設ける第１の開口部２０ｆよりも第２の絶縁層２０ｅに設ける第２の開口部２０ｇの方が、垂直方向断面において、幅において大きい）この構成により、第２の金属層２００ａと第１の金属層２００ｂとのコンタクト抵抗を低減でき、より効率よく錘部１３の帯電を抑制することができる。 As described above, in the contact portion 11b when the first metal layer 200b is provided, the first opening 20f provided in the first insulating layer 20d and the second opening provided in the second insulating layer 20e are provided. 20g is provided at the same position. It is preferable that the second opening 20g provided in the second insulating layer 20e is larger than the first opening 20f provided in the first insulating layer 20d. (That is, in FIG. 5, D2 <D1, or the second opening 20g provided in the second insulating layer 20e has a more vertical cross section than the first opening 20f provided in the first insulating layer 20d. In this configuration, the contact resistance between the second metal layer 200a and the first metal layer 200b can be reduced, and the charging of the weight portion 13 can be suppressed more efficiently.
以下に、この実施形態例のベース層の上面に、活性層を介して形成されるコンタクト部および梁部の製造工程の一例を図６に基づいて説明する。 Hereinafter, an example of a process of manufacturing a contact portion and a beam portion formed on the upper surface of the base layer via the active layer according to the embodiment will be described with reference to FIG.
まず、図６（ａ）のように、活性層２０ｃの表面に第１の絶縁層２０ｄを形成する。この第１の絶縁層２０ｄは、活性層２０ｃの表面を保護すると共に、活性層２０ｃを絶縁させるためのものである。例えば、第１の絶縁層２０ｄとしてＳｉＯ２等の酸化膜を形成する場合には、例えば熱酸化手法により活性層２０ｃの表面部分を酸化させて第１の絶縁層２０ｄが形成される。 First, as shown in FIG. 6A, a first insulating layer 20d is formed on the surface of the active layer 20c. The first insulating layer 20d protects the surface of the active layer 20c and insulates the active layer 20c. For example, when an oxide film such as SiO2 is formed as the first insulating layer 20d, the surface portion of the active layer 20c is oxidized by, for example, a thermal oxidation method to form the first insulating layer 20d.
次に、図６（ｂ）に示されるように、その第１の絶縁層２０ｄの予め定められた位置に第１の開口部２０ｆを開口形成する。その第１の開口部２０ｆは、例えばフォトリソ技術を用いて形成することができる。つまり、まず、第１の絶縁層２０ｄの表面全面にレジスト膜を形成し、その後、そのレジスト膜の上方側に配置したコンタクトホール形成位置規制用のマスクを利用してコンタクトホール形成領域以外のレジスト膜部分を紫外線照射により硬化させる。そして、レジスト膜の硬化してない部分、つまり、コンタクトホール形成領域のレジスト膜部分を除去してレジスト膜に第１の絶縁層２０ｄまで達する孔部を形成する。その後、そのレジスト膜の孔部の形成位置の第１の絶縁層２０ｄの部分をそのレジスト膜の孔部を通して例えばドライエッチング手法やウエットエッチング手法により除去してコンタクトホールを形成する。その後、レジスト膜を例えばアッシング手法により除去する。このようにフォトリソ技術を利用して第１の開口部２０ｆを形成することができる。 Next, as shown in FIG. 6B, a first opening 20f is formed at a predetermined position of the first insulating layer 20d. The first opening 20f can be formed by using, for example, a photolithography technique. That is, first, a resist film is formed on the entire surface of the first insulating layer 20d, and thereafter, a resist other than the contact hole formation region is formed by using a contact hole formation position regulating mask disposed above the resist film. The film portion is cured by ultraviolet irradiation. Then, an uncured portion of the resist film, that is, the resist film portion in the contact hole formation region is removed, and a hole portion reaching the first insulating layer 20d is formed in the resist film. Thereafter, the contact hole is formed by removing the portion of the first insulating layer 20d at the position where the hole of the resist film is formed through the hole of the resist film by, for example, a dry etching method or a wet etching method. After that, the resist film is removed by, for example, an ashing technique. In this manner, the first opening 20f can be formed using the photolithography technique.
次に、成膜装置（図示せず）にウェハ（図示せず）を準備する。 Next, a wafer (not shown) is prepared in a film forming apparatus (not shown).
次に、成膜装置（図示せず）の内部にＣｒターゲット（図示せず）およびこれと対向位置に、支持基板１２、第１の梁部１４ａ、第２の梁部１４ｂおよび錘部１３を複数設けたウェハ（図示せず）を取り付けた後、成膜装置（図示せず）を真空にする。 Next, a Cr target (not shown) is provided inside a film forming apparatus (not shown), and a support substrate 12, a first beam portion 14a, a second beam portion 14b, and a weight portion 13 are provided at positions facing the Cr target. After attaching a plurality of wafers (not shown), the film forming apparatus (not shown) is evacuated.
次に、成膜装置（図示せず）にＡｒガスを導入した後、放電することにより、第１の絶縁層２０ｄの上面に、図６（ｃ）に示すように、密着層としてのＣｒからなる第１の金属層２００ｂを形成すると同時に、第１の梁部１４ａにＣｒからなる検出部１４ｃ、さらには、第２の梁部１４ｂにＣｒからなる検出部１４ｄをスパッタリングにより形成する。 Next, after introducing an Ar gas into a film forming apparatus (not shown), a discharge is performed so that the upper surface of the first insulating layer 20d is coated with Cr as an adhesion layer as shown in FIG. At the same time as forming the first metal layer 200b, a detecting portion 14c made of Cr is formed on the first beam portion 14a, and a detecting portion 14d made of Cr is formed on the second beam portion 14b by sputtering.
次に、成膜装置（図示せず）にＮ２ガスを充填し、第１の金属層２００ｂ、検出部１４ｃおよび検出部１４ｄのＣｒＯＸ結晶の粒子表面の近傍のみににＮ２を進入させる。 Then, filled with N 2 gas into the film forming apparatus (not shown), the first metal layer 200b, advancing the N 2 in the detection unit 14c and in the vicinity of CrO X crystal grain surface of the detection unit 14d Mini .
そして、図７に示すように、検出部の深さ方向の表面から深さ方向に約６０［ｎｍ］まで均一に０.８％以上のＮが存在するように構成されている。 Then, as shown in FIG. 7, the detector is configured such that 0.8% or more of N is uniformly present from the surface in the depth direction of the detection unit to about 60 [nm] in the depth direction.
このとき、図８に示すように、ＴＥＭ分析によると、ＣｒＯｘＮｙ２０３はＣｒＯｘ結晶粒子２０１の粒界２０２に存在している。 At this time, as shown in FIG. 8, according to the TEM analysis, CrOxNy 203 exists at the grain boundary 202 of the CrOx crystal particle 201.
次に、図６（ｄ）に示すように、第１の金属層２００ｂ、検出部１４ｃおよび検出部１４ｄの表面に第２の絶縁層２０ｅを形成する。この第２の絶縁層２０ｅは第１の金属層２００ｂの表面を保護すると共に、第２の絶縁層２０ｅの表面上に形成される図４に示す、Ｖｄｄ、ＧＮＤ、Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２からなる電極や検出部１４ｃに対応するビエゾ抵抗Ｒ１、検出部１４ｄに対応するピエゾ抵抗Ｒ４、支持基板１２に設けられたピエゾ抵抗Ｒ２、Ｒ３およびそれらを結線してブリッジ回路を構成する配線と、第１の金属層２００ｂとを絶縁させるためのものである。 Next, as shown in FIG. 6D, a second insulating layer 20e is formed on the surfaces of the first metal layer 200b, the detection unit 14c, and the detection unit 14d. The second insulating layer 20e protects the surface of the first metal layer 200b, and is formed on the surface of the second insulating layer 20e and includes electrodes made of Vdd, GND, Vout1, and Vout2 shown in FIG. A piezoresistor R1 corresponding to the detecting unit 14c, a piezoresistor R4 corresponding to the detecting unit 14d, piezoresistors R2 and R3 provided on the support substrate 12, and wiring connecting these components to form a bridge circuit; This is for insulating the layer 200b.
また、第２の絶縁層２０ｅとしてＳｉＮ膜が形成される場合には、例えばＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により第２の絶縁層２０ｅが第１の金属層２００ｂ上に積層形成される。 When a SiN film is formed as the second insulating layer 20e, the second insulating layer 20e is formed on the first metal layer 200b by, for example, a CVD (chemical vapor deposition) method.
次に、図６（ｅ）に示されるように、第２の絶縁層２０ｅの予め定められた位置に第２の開口部２０ｇを形成する。第２の開口部２０ｇも前述のフォトリソ技術を用いることで形成することができる。 Next, as shown in FIG. 6E, a second opening 20g is formed at a predetermined position of the second insulating layer 20e. The second opening 20g can also be formed by using the photolithography technique described above.
次に、図６（ｆ）に示すように、第２の金属層２００ａを形成する。この第２の金属層２００ａも例えば第２の絶縁層２０ｅの表面全面にスパッタ等の成膜形成技術により形成する。 Next, as shown in FIG. 6F, a second metal layer 200a is formed. The second metal layer 200a is also formed on the entire surface of the second insulating layer 20e by a film formation technique such as sputtering.
次に、図９（ａ）に示すように、第２の金属層２００ａの所定の位置にレジスト膜（図示せず）を形成した後、ドライエッチングをすることにより、活性層２０ｃを残すまで、前記第２の金属層２００ａ、第２の絶縁層２０ｅおよび第１の金属層２００ｂを除去する。 Next, as shown in FIG. 9A, after a resist film (not shown) is formed at a predetermined position of the second metal layer 200a, dry etching is performed until the active layer 20c is left. The second metal layer 200a, the second insulating layer 20e, and the first metal layer 200b are removed.
次に、図９（ｂ）に示すように、ウエハーを上下逆さまに取り付けた後、ベース層２０ａの下面の所定の位置にレジスト膜（図示せず）を形成し、さらに、ドライエッチングすることにより、ベース層２０ａを除去し、さらに、ウェットエッチングすることにより、酸化膜層２０ｂを除去する。 Next, as shown in FIG. 9B, after the wafer is mounted upside down, a resist film (not shown) is formed at a predetermined position on the lower surface of the base layer 20a, and further, dry etching is performed. Then, the oxide layer 20b is removed by removing the base layer 20a and further performing wet etching.
次に、図９（ｃ）に示すように、活性層２０ｃおよびベース層２０ａの下面に保護膜２２０を形成する。 Next, as shown in FIG. 9C, a protective film 220 is formed on the lower surfaces of the active layer 20c and the base layer 20a.
次に、図９（ｄ）に示すように、ウエハーの上下を戻して取り付けた後、活性層２０ｃの所定の位置にレジスト膜（図示せず）を形成し、さらに、ドライエッチングすることにより、活性層２０ｃを貫通させる。 Next, as shown in FIG. 9D, after the wafer is mounted upside down, a resist film (not shown) is formed at a predetermined position of the active layer 20c, and further, dry etching is performed. The active layer 20c is penetrated.
以上のように構成、組立られた本発明の実施の形態１における物理量センサについて、次にその検査方法を説明する。 Next, the inspection method of the physical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention configured and assembled as described above will be described.
従来の物理量センサとして、大気雰囲気においてスパッタリングしたＣｒＯＸからなる検出部１４ｃ、検出部１４ｄおよび第１の金属層２００ｂについて、レーザーラマン分析を行う。分析方法は測定波数範囲：２００〜１２００ｃｍ−１、対物レンズ：１００倍、光源：半導体レーザ、波長：４８８ｎｍ、レーザーパワー：３０ｍＷ、（レーザ出口付近での強度）、レーザースポット径：約０．７μｍΦ、回折格子：６００ｇｒ／ｎｍ、検出器：ＣＣＤ、測定範囲：１０μｍ×１０μｍ、測定点：９点にて測定である。 As a conventional physical quantity sensor, a laser Raman analysis is performed on the detection unit 14c, the detection unit 14d, and the first metal layer 200b made of CrO X sputtered in the atmosphere. The analysis method is as follows: measurement wave number range: 200 to 1200 cm-1, objective lens: 100 times, light source: semiconductor laser, wavelength: 488 nm, laser power: 30 mW, (intensity near the laser exit), laser spot diameter: about 0.7 μmΦ , Diffraction grating: 600 gr / nm, detector: CCD, measurement range: 10 μm × 10 μm, measurement points: 9 points.
従来の物理量センサの如く、ＡｒガスおよびＮ２ガスの雰囲気でスパッタリングすると、図１０に示すように、Ｃｒ２Ｏ３に相当する５５０．８［カイザ］の強度が約８７０であるのに対して、６６３．６［カイザ］の強度が約７５０である。 When sputtering is performed in an atmosphere of Ar gas and N 2 gas as in a conventional physical quantity sensor, the intensity of 550.8 [kaiza] corresponding to Cr 2 O 3 is about 870, as shown in FIG. , 663.6 [kaiza] have an intensity of about 750.
一方、本発明の実施の形態１における物理量センサのように、Ａｒガスの雰囲気で、スパッタリングした後、Ｎ２の雰囲気にさらすと、図１１に示すように、Ｃｒ２Ｏ３に相当する５５０．９［カイザ］の強度が約１０００であるのに対して、６６４．２［カイザ］の強度が約２５０である。 On the other hand, as a physical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention, in an atmosphere of Ar gas, after sputtering, when exposed to an atmosphere of N 2, as shown in FIG. 11, 550 corresponding to Cr 2 O 3. The strength of 94.2 [kaiza] is about 1000, while the strength of 664.2 [kaiza] is about 250.
すなわち、Ｃｒ２Ｏ３に相当する強度に対して、６６４．２［カイザ］の強度が小さくなるような検出部１４ｃ、１４ｄの粒子の結合状態とすることにより、抵抗温度係数を小さくすることができるものである。 In other words, the temperature coefficient of resistance can be reduced by setting the coupling state of the particles of the detection units 14c and 14d such that the intensity of 664.2 [Kaiza] is smaller than the intensity corresponding to Cr2O3. is there.
すなわち、第１の金属層２００ｂおよび検出部１４ｃ、１４ｄを形成した後、第１の金属層２００ｂおよび検出部１４ｃ、１４ｄのラマン分析をすることにより、良品、不良品を選別することができるものである。 That is, after forming the first metal layer 200b and the detectors 14c and 14d, the first metal layer 200b and the detectors 14c and 14d can be subjected to Raman analysis to select non-defective products and defective products. It is.
以上のように構成、組立られた本発明の実施の形態１における物理量センサについて、次に、その動作を説明する。 Next, the operation of the physical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention configured and assembled as described above will be described.
物理量センサ１０にＺ軸方向の加速度が作用すると、錘部１３に作用する慣性力（外部応力）によって錘部１３が揺動し、これに起因して梁部が歪み変形する。その結果、検出部１４ｃ、１４ｄに応力が加わる。これにより、加速度による外部応力に応じてピエゾ抵抗の抵抗値が変化するため、ピエゾ抵抗に流れる電流も抵抗値に応じて変化する。このため、ピエゾ抵抗に流れる電流を検出信号として用いることで検出素子２０に作用した加速度（慣性力）を検出することができる。 When acceleration in the Z-axis direction acts on the physical quantity sensor 10, the weight 13 swings due to inertial force (external stress) acting on the weight 13, and as a result, the beam deforms and deforms. As a result, stress is applied to the detection units 14c and 14d. As a result, the resistance value of the piezoresistor changes according to the external stress due to the acceleration, so that the current flowing through the piezoresistor also changes according to the resistance value. Therefore, the acceleration (inertial force) applied to the detection element 20 can be detected by using the current flowing through the piezoresistor as the detection signal.
図３に戻り、下蓋４０は、錘部１３と対向する部分に凹部４１を形成している。下蓋４０は、シリコン材料を用いて形成されている。また、上蓋３０も、シリコン材料を用いて形成されている。 Returning to FIG. 3, the lower lid 40 has a concave portion 41 at a portion facing the weight portion 13. The lower lid 40 is formed using a silicon material. The upper lid 30 is also formed using a silicon material.
以下、図３および図４を用いて自己診断機能について説明する。
図３に示すように、自己診断を行う際には、診断回路から、自己診断電極１６と対向電極１７との間に電圧Ｖを印加する。これにより自己診断電極１６と対向電極１７の間に静電力が発生し、錘部１３が上蓋３０に引き寄せられる。この錘部１３の変位により、検出部１４ｃに対応する抵抗Ｒ１および検出部１４ｄに対応する抵抗Ｒ４が低下する。したがって、ブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔが検出され、正常に動作していることが確認できる。
Hereinafter, the self-diagnosis function will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, when performing self-diagnosis, a voltage V is applied between the self-diagnosis electrode 16 and the counter electrode 17 from the diagnosis circuit. As a result, an electrostatic force is generated between the self-diagnosis electrode 16 and the counter electrode 17, and the weight 13 is drawn to the upper lid 30. Due to the displacement of the weight 13, the resistance R1 corresponding to the detection unit 14c and the resistance R4 corresponding to the detection unit 14d decrease. Therefore, the output voltage Vout of the bridge circuit is detected, and it can be confirmed that the bridge circuit is operating normally.
ここで、４点曲げの方法を用いて、歪と抵抗変化量との関係からゲージ率を求めて、ゲージ率ＧＦ＝２０となる状態で、ＴＣＲ特性を測定する。 Here, the gage factor is determined from the relationship between the strain and the resistance change amount using a four-point bending method, and the TCR characteristic is measured in a state where the gage factor GF = 20.
そうすると、図１２に示すように、例えば、窒素含有率０．８％付近では、ゲージ率２０、ＴＣＲ約２８０［ｐｐｍ／ｋ］となる。 Then, as shown in FIG. 12, for example, when the nitrogen content is around 0.8%, the gauge factor becomes 20 and the TCR becomes about 280 [ppm / k].
すなわち、従来の物理量センサにおいては、ゲージ率が２０以上で、ＴＣＲ特性２８０以上の性能が得られていないのに比較して、本発明の実施の形態１における物理量センサにおいては、第１の金属層２００ｂのＣｒＮＸ比率を表面から深さ方向に全てにわたって０.８％以上としたため、Ｎの作用がさらに増加する。これにより、検出部１４ｃ、１４ｄのゲージ率を確保しながら、ＴＣＲ特性を良化させることができるという作用効果を有するものである。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における例えば歪検出装置等の物理量センサについて、図面を参照しながら説明する。
That is, the physical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention has the first metal as compared with the conventional physical quantity sensor in which the gauge factor is 20 or more and the performance with the TCR characteristic 280 or more is not obtained. Since the CrN X ratio of the layer 200b is set to 0.8% or more over the entire depth direction from the surface, the effect of N is further increased. This has the effect of improving the TCR characteristic while ensuring the gage factor of the detectors 14c and 14d.
(Embodiment 2)
Hereinafter, a physical quantity sensor such as a strain detection device according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１３は本発明の実施の形態２における物理量センサの側断面図、図１４は同物理量センサの絶縁層を除いた状態を示す上面図である。 FIG. 13 is a side sectional view of a physical quantity sensor according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 14 is a top view showing a state where an insulating layer of the physical quantity sensor is removed.
図１３、図１４において、５１は絶縁基板で、この絶縁基板５１は例えばステンレス等の金属ベース基材５２上面に絶縁ガラス層５３設けることにより構成されている。５４金属層で、この金属層５４前記絶縁基板５１の上面に設けている。５５は少なくとも銀を含有する一対の電極で、この一対の電極５５は前記金属層５４の両端部の上面から絶縁基板５１の上面にわたって設けており、かつこの一対の電極５５は前記金属層５４と電気的に接続され、さらにこの一対の電極５５は焼成温度を前記金属層５４の焼成温度よりも低く設定して構成しているものである。 13 and 14, reference numeral 51 denotes an insulating substrate. The insulating substrate 51 is formed by providing an insulating glass layer 53 on the upper surface of a metal base 52 made of, for example, stainless steel. The metal layer 54 is provided on the upper surface of the insulating substrate 51. Reference numeral 55 denotes a pair of electrodes containing at least silver. The pair of electrodes 55 is provided from the upper surface of both ends of the metal layer 54 to the upper surface of the insulating substrate 51. The pair of electrodes 55 are electrically connected, and are configured such that the firing temperature is set lower than the firing temperature of the metal layer 54.
また、記一対の電極５５は図１４に示すように、金属層５４の両側縁との接続部分に切欠部５６を設けている。５７はガラスからなる絶縁層で、この絶縁層５７は前記金属層５４の上面に設けている。 As shown in FIG. 14, the pair of electrodes 55 has cutouts 56 at the connection portions with both side edges of the metal layer 54. Reference numeral 57 denotes an insulating layer made of glass. The insulating layer 57 is provided on the upper surface of the metal layer 54.
以上のように構成された本発明の実施の形態２における物理量センサについて、次にその製造方法について説明する。 Next, a method of manufacturing the physical quantity sensor according to the second embodiment of the present invention configured as described above will be described.
まず、予め準備された金属ベース基材５２にガラスを含有するペーストを印刷した後、約８５０℃で約１０分間焼成することにより、前記金属ベース基材５２の上面に絶縁ガラス層５３を設けた絶縁基板５１を形成する。 First, an insulating glass layer 53 was provided on the upper surface of the metal base substrate 52 by printing a paste containing glass on the metal base substrate 52 prepared in advance, and firing the paste at about 850 ° C. for about 10 minutes. An insulating substrate 51 is formed.
次に、成膜装置（図示せず）にウェハ（図示せず）を準備する。 Next, a wafer (not shown) is prepared in a film forming apparatus (not shown).
次に、成膜装置（図示せず）の内部にＣｒターゲット（図示せず）およびこれと対向位置に、絶縁基板５１を複数設けたウェハ（図示せず）を取り付けた後、成膜装置（図示せず）を真空にする。 Next, a Cr target (not shown) is mounted inside a film forming apparatus (not shown), and a wafer (not shown) provided with a plurality of insulating substrates 51 is provided at a position facing the Cr target. (Not shown) is evacuated.
次に、成膜装置（図示せず）にＡｒガスを導入した後、放電することにより、絶縁基板５１の上面に、歪抵抗体としてのＣｒＯＸからなる金属層５４をスパッタリングにより形成する。 Then, after introducing the Ar gas into the film forming apparatus (not shown), by discharging, on the upper surface of the insulating substrate 51, a metal layer 54 made of CrO X as strain resistance element is formed by sputtering.
次に、成膜装置（図示せず）にＮ２ガスを充填し、金属層５４のＣｒＯＸ結晶の粒子表面の近傍のみにＮ２を進入させる。 Then, filled with N 2 gas into the film forming apparatus (not shown), advancing the N 2 only in the vicinity of the particle surface of the CrO X crystals of the metal layer 54.
そして、金属層５４の深さ方向の表面から深さ方向に全てにわたって、均一に０.８％以上のＮが存在するように構成されている。 The metal layer 54 is configured such that 0.8% or more of N is uniformly present over the entire surface in the depth direction from the surface in the depth direction.
次に、絶縁基板５１の上面および金属層５４における両端部の側面から上面にわたって銀のペーストを印刷した後、約６００℃で約１０分間焼成することにより、銀を含有する一対の電極５５を金属層５４の両端部の上面から絶縁基板５１の上面にわたって形成する。 Next, after printing a silver paste over the upper surface of the insulating substrate 51 and the side surfaces of both ends of the metal layer 54, the silver paste is baked at about 600 ° C. for about 10 minutes to form the pair of silver-containing electrodes 55. It is formed from the upper surface of both ends of the layer 54 to the upper surface of the insulating substrate 51.
最後に、前記金属層５４の上面にガラスを含有するペーストを印刷した後、約６００℃で３０分間焼成することにより、絶縁層５７を金属層５４の上面に形成する。 Finally, after printing a paste containing glass on the upper surface of the metal layer 54, the insulating layer 57 is formed on the upper surface of the metal layer 54 by baking at about 600 ° C. for 30 minutes.
以上のようにして製造された本発明の実施の形態２における物理量センサについて、次にその動作を説明する。 Next, the operation of the physical quantity sensor according to the second embodiment of the present invention manufactured as described above will be described.
絶縁基板５１にせん断力が加わると絶縁基板５１に曲げモーメントが発生する。この曲げモーメントは絶縁基板５１の上面に設けられた金属層５４にも伝わり、この曲げモーメントにより金属層５４の抵抗値が変化する。そしてこの抵抗値の変化を一対の電極５５を介して外部のコンピュータ（図示せず）等に出力し、絶縁基板５１に負荷された荷重を検出するものである。 When a shear force is applied to the insulating substrate 51, a bending moment is generated in the insulating substrate 51. This bending moment is transmitted to the metal layer 54 provided on the upper surface of the insulating substrate 51, and the resistance value of the metal layer 54 is changed by the bending moment. The change in the resistance value is output to an external computer (not shown) or the like via the pair of electrodes 55, and the load applied to the insulating substrate 51 is detected.
本発明の物理量センサおよびその製造方法は、梁部における検出部を少なくともＣｒＯＸとＮとの混合物からなる第１の金属層にするとともに、この第１の金属層におけるＣｒＯＸ結晶の粒子表面の近傍のみにＣｒＯＸＮｙを設けることにより、ゲージ率が大きくなり、出力を十分に確保することが可能な物理量センサを提供することができるという効果を有するものであり、車両等に用いられる物理量センサおよびその製造方法として有用なものである。 According to the physical quantity sensor and the method of manufacturing the same of the present invention, the detection portion in the beam portion is at least a first metal layer made of a mixture of CrO X and N, and the particle surface of the CrO X crystal in the first metal layer is formed. By providing CrO X Ny only in the vicinity, the gauge factor is increased, and there is an effect that it is possible to provide a physical quantity sensor capable of sufficiently securing an output, and has a physical quantity sensor used for a vehicle or the like. And a method for producing the same.
１２ 支持基板
１３ 錘部
１４ａ 第１の梁部
１４ｂ 第２の梁部
１４ｃ，１４ｄ 検出部
２０ａ ベース層
２０ｂ 酸化膜層
２０ｄ，２０ｅ 絶縁層
２０ｃ 活性層
５１ 絶縁基板
５４ 金属層
５５ 電極
５７ 絶縁層
２００ａ，２００ｂ 金属層
２０１ ＣｒＯＸ結晶粒子
２０２ 粒界
２０３ ＣｒＯＸＮｙ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Support board 13 Weight part 14a 1st beam part 14b 2nd beam part 14c, 14d Detection part 20a Base layer 20b Oxide film layer 20d, 20e Insulation layer 20c Active layer 51 Insulation substrate 54 Metal layer 55 Electrode 57 Insulation layer 200a , 200b Metal layer 201 CrO X crystal particles 202 Grain boundary 203 CrO X Ny
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