JPH06300649A - Thin film strain resistance material, fabrication thereof and thin film strain sensor - Google Patents
Thin film strain resistance material, fabrication thereof and thin film strain sensorInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｃｒと主体とする薄膜歪抵抗材料は、ゲ−ジ
率が大きいが、ブリッジ内での、抵抗温度特性、感度温
度特性などのばらつきが大きい。また抵抗温度特性や感
度温度特性そのものも大きい。これらのパラメ−タの値
が小さくばらつきの少ない薄膜歪抵抗材料を与えること
が目的である。
【構成】 従来のクロムの薄膜歪抵抗材料は多くの酸素
を含す。クロムの酸化物は数多くしかも不安定である。
とりわけアモルファス酸化クロムが不安定でこれがパラ
メ−タのばらつきを大きくしている。本発明では窒素の
雰囲気で２００℃以上に加熱した基板の上に薄膜形成を
し、窒素の雰囲気でアニ−ルをする。これによりクロム
はｂｃｃＣｒとＣｒＮ2 の構造のみを含むようになる。
これは安定であるから歪抵抗材料のパラメ−タが変化せ
ず、ブリッジ内でのばらつきも小さい。
(57) [Abstract] [Purpose] A thin film strain resistance material mainly composed of Cr has a large gage ratio, but has large variations in resistance temperature characteristics, sensitivity temperature characteristics, etc. within the bridge. Also, the resistance temperature characteristic and the sensitivity temperature characteristic itself are large. It is an object to provide a thin film strain resistance material having small values of these parameters and less variation. [Constitution] The conventional chromium thin film strain resistance material contains a large amount of oxygen. Chromium oxides are numerous and unstable.
In particular, amorphous chromium oxide is unstable, which causes large variations in parameters. In the present invention, a thin film is formed on a substrate heated to 200 ° C. or higher in a nitrogen atmosphere and annealed in a nitrogen atmosphere. This causes chromium to contain only the bccCr and CrN 2 structures.
Since this is stable, the parameters of the strain resistance material do not change, and the variation in the bridge is small.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、圧力、加（減）速
度、流量などを、金属薄膜の歪みとして捕らえ、金属薄
膜の抵抗値の変化により測定する歪みゲ−ジ式の薄膜歪
抵抗材料と、その製造方法、およびこれを利用したセン
サ−に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a strain gauge type thin film strain resistance material in which pressure, acceleration (deceleration) speed, flow rate, etc. are detected as strain of a metal thin film and measured by a change in resistance value of the metal thin film. And a method of manufacturing the same, and a sensor using the same.
【０００２】歪抵抗材料というのは延び縮みなどにより
抵抗が変化する材料のことである。薄膜歪抵抗材料とい
うのは歪抵抗材料であって絶縁体の上に薄膜として形成
できるものである。多くの場合金属の上に絶縁体を付け
この上に薄膜歪抵抗材料を形成する。A strain resistance material is a material whose resistance changes due to expansion and contraction. The thin film strain resistance material is a strain resistance material that can be formed as a thin film on an insulator. In many cases, an insulator is applied on a metal, and a thin film strain resistance material is formed on the insulator.
【０００３】[0003]
【従来の技術】歪抵抗材料に要求される特性は、 歪みに対する抵抗値の変化率（感度：ゲ−ジ率とい
う）が大きい。 抵抗の温度係数（ＴＣＲ）が小さい。 感度の温度係数（ＴＣＳ）が小さい。 などがある。これらの要件を同時に満たさなければなら
ない。さらに 温度による特性変化が少ない。 歪み耐久性などが高いこと。 などの要件を満たす信頼性の高いものでなければならな
い。2. Description of the Related Art The characteristic required of a strain resistance material is that the rate of change of resistance value with respect to strain (sensitivity: referred to as gauge ratio) is large. The temperature coefficient of resistance (TCR) is small. The temperature coefficient of sensitivity (TCS) is small. and so on. These requirements must be met at the same time. Furthermore, there is little change in characteristics due to temperature. High strain resistance, etc. It must be highly reliable to meet such requirements.
【０００４】歪みゲ−ジ式の歪抵抗材料には次のような
ものが知られている。 (1) ＮｉＣｒやＣｕＮｉなどの金属系の歪抵抗材料 (2) Ｓｉなどの半導体の歪抵抗材料The following are known as strain gauge type strain resistance materials. (1) Metal-based strain resistance materials such as NiCr and CuNi (2) Semiconductor strain resistance materials such as Si
【０００５】金属歪抵抗材料であるＮｉＣｒやＣｕＮｉ
は、ＴＣＲが比較的小さく安定なために広く利用されて
いる。しかしこれら金属薄膜歪抵抗材料はゲ−ジ率が小
さくて、２〜３である。ために感度が低く電気回路での
増幅度を大きくしなければならないという欠点がある。NiCr and CuNi which are metal strain resistance materials
Is widely used because its TCR is relatively small and stable. However, these metal thin film strain resistance materials have a small gauge ratio of 2 to 3. Therefore, there is a drawback that the sensitivity is low and the amplification degree in the electric circuit must be increased.
【０００６】Ｓｉなどの半導体材料はゲ−ジ率が１０〜
１００と大きい。感度が大きいので増幅器と一体化でき
る。これも広く利用されている。しかし半導体歪抵抗材
料はＴＣＲ（抵抗温度係数）が大きいので温度補償回路
が必要である。さらに半導体であるので耐熱性に劣ると
いう問題がある。A semiconductor material such as Si has a gage ratio of 10 to 10.
It is as large as 100. Since it has high sensitivity, it can be integrated with an amplifier. This is also widely used. However, since the semiconductor strain resistance material has a large TCR (temperature coefficient of resistance), a temperature compensation circuit is necessary. Furthermore, since it is a semiconductor, it has a problem of poor heat resistance.
【０００７】金属材料の場合はゲ−ジ率が２〜３程度で
ありゲ−ジ率が小さい。そこでゲ−ジ率を高めるという
ことが課題になる。近年、金属の歪抵抗材料としてＣｒ
を主体とする薄膜歪抵抗材料が開発されている。Ｃｒは
バルクのゲ−ジ率が約３０であり極めて高いからであ
る。しかしバルクＣｒのＴＣＲは３０００ｐｐｍ／℃で
甚だ大きい。これではセンサとして使えない。バルクの
Ｃｒがどうしてこのように高いゲ−ジ率を持つのかその
理由は未だはっきりしない。このように高いゲ−ジ率を
もつ金属はＣｒの他にはない。しかしバルクでゲ−ジ率
が高いが薄膜にするとゲ−ジ率が低くなる。In the case of a metal material, the gage ratio is about 2 to 3, and the gage ratio is small. Therefore, increasing the gage rate becomes an issue. In recent years, Cr has been used as a metal strain resistance material.
A thin film strain resistance material mainly composed of is developed. This is because Cr has an extremely high bulk gauge ratio of about 30. However, the TCR of bulk Cr is extremely large at 3000 ppm / ° C. It cannot be used as a sensor. The reason why bulk Cr has such a high gage ratio is not yet clear. Cr is the only metal with such a high gage ratio. However, the bulk has a high gage rate, but when it is made into a thin film, the gage rate becomes low.
【０００８】Ｃｒを主体とする薄膜歪抵抗材料は、 特開昭６１−２５６２３３号 特開平２−７６０２１号 特開平２−１５２２０１号 などによって提案されている。A thin film strain resistance material mainly composed of Cr has been proposed by JP-A-61-256233, JP-A-2-76021 and JP-A-2-152201.
【０００９】は二つの薄膜歪抵抗材料を提案してい
る。まず第１にＣｒをスパッタリング法により薄膜化し
たＣｒの薄膜歪抵抗材を用いる歪みセンサを提案してい
る。これによれば、 ゲ−ジ率＝１６〜１７ ＴＣＲ＝−５００〜−６００ｐｐｍ／℃ ＴＣＳ＝−５００〜−６００ｐｐｍ／℃ であると述べている。これはＣｒのバルクのゲ−ジ率３
０に近い値であり温度特性もかなり良い。Proposes two thin film strain resistance materials. First, a strain sensor using a Cr thin film strain resistance material in which Cr is thinned by a sputtering method is proposed. According to this, it is stated that gage rate = 16 to 17 TCR = −500 to −600 ppm / ° C. TCS = −500 to −600 ppm / ° C. This is a gauge ratio of Cr bulk 3
The value is close to 0, and the temperature characteristics are quite good.
【００１０】２番目の発明はＣｒＭｏの合金薄膜を用い
るものである。これはＣｒとＭｏの合金のタ−ゲットを
スパッタリングで薄膜にすることにより、ＣｒＭｏ合金
の薄膜歪抵抗材料を得ている。これを用いた金属歪みセ
ンサは ゲ−ジ率＝１３〜１５ ＴＣＲ＝−２００〜０ｐｐｍ／℃ ＴＣＳ＝−４０００〜−３０００ｐｐｍ／℃ という優れた性質を示したといっている。The second invention uses an alloy thin film of CrMo. This is a thin film strain resistance material of CrMo alloy obtained by sputtering a target of an alloy of Cr and Mo into a thin film. The metal strain sensor using this is said to have excellent properties such as gage rate = 13 to 15 TCR = −200 to 0 ppm / ° C. TCS = −4000 to −3000 ppm / ° C.
【００１１】とはＣｒ、Ｏ、半導体あるいは金属の
３元組成の薄膜を薄膜歪抵抗材料として歪みセンサを製
作している。これによれば、 ゲ−ジ率＝５．３〜９．５ ＴＣＲ＝−８３〜＋７５ｐｐｍ／℃ のように温度特性の良い薄膜歪抵抗材料を得たとある。A strain sensor is manufactured by using a thin film of ternary composition of Cr, O, semiconductor or metal as a thin film strain resistance material. According to this, a thin film strain resistance material having good temperature characteristics such as a gage rate = 5.3 to 9.5 TCR = −83 to +75 ppm / ° C. was obtained.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら本発明者
がこれらの先行する薄膜歪抵抗材料を詳細に検討した結
果次のようなことが分かった。これら、、に記載
されている薄膜歪抵抗材料を幾つも製造して抵抗膜と
し、実際にブリッジ回路を作り温度変化を与えて抵抗を
測定した。そうするとブリッジを構成する薄膜歪抵抗材
料のＴＣＲ、ＴＣＳのばらつきが極めて大きかった。ば
らつきの大きさのためにこれらの薄膜歪抵抗材料を実際
の歪みセンサに適用するとの温度特性が極めて悪くなる
ということが分かった。サンプル間ばらつきをδを付け
て示すことにする。However, as a result of the detailed study of these preceding thin film strain resistance materials by the present inventor, the following was found. Several thin film strain resistance materials described in these were manufactured as resistance films, and a bridge circuit was actually made to measure the resistance by giving a temperature change. Then, the variation in TCR and TCS of the thin film strain resistance material forming the bridge was extremely large. It has been found that the temperature characteristics of applying these thin film strain resistance materials to an actual strain sensor are extremely poor due to the large variation. The variation between samples will be shown with δ.
【００１３】つまり、これらの先行技術はＴＣＲ、ＴＣ
Ｓが小さいと主張するが、これらの値のサンプル間のば
らつきの大きさについては述べていない。ＴＣＲ、ＴＣ
Ｓが単に小さければというのではなく、サンプル間ばら
つきδＴＣＲ、δＴＣＳが小さくなければならない。歪
みセンサとして要求される性質は高いゲ−ジ率、低いＴ
ＣＲ、低いＴＣＳと、さらに低いばらつきδＴＣＳ、δ
ＴＣＲである。That is, these prior arts are TCR, TC
It claims that S is small, but does not mention the magnitude of the intersample variation in these values. TCR, TC
Not only if S is small, the inter-sample variations δTCR and δTCS must be small. The properties required as a strain sensor are high gauge ratio and low T
CR, low TCS and even lower variation δTCS, δ
It is a TCR.
【００１４】本発明は、高いゲ−ジ率、低いＴＣＲ、Ｔ
ＣＳ、δＴＣＲ、δＴＣＳを備えた薄膜歪抵抗材料を与
えることを目的とする。これにより歪みセンサに適用し
た場合にブリッジ内ばらつきの小さい薄膜歪抵抗材料を
与えることが本発明の目的である。The present invention has a high gage rate, a low TCR, and a T
It is an object to provide a thin film strain resistance material having CS, δTCR and δTCS. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a thin film strain resistance material having a small variation in the bridge when applied to a strain sensor.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜歪抵抗材料
は、クロムを主体とする薄膜歪抵抗材料において、ｂｃ
ｃ（体心立方）構造のクロムと六方晶Ｃｒ2 Ｎの結晶構
造を有することを特徴とする。酸化クロムをできるだけ
排除しクロムをｂｃｃクロムとクロム窒化物とするので
ある。窒化クロムは六方晶Ｃｒ2 Ｎと、ＣｒＮの２種類
があるが、このうち、より安定な六方晶Ｃｒ2 Ｎのみを
生成するようにする。The thin film strain resistance material of the present invention is a thin film strain resistance material mainly composed of chromium, and is bc
It is characterized by having a c (body-centered cubic) structure of chromium and a hexagonal Cr 2 N crystal structure. Chromium oxide is eliminated as much as possible, and chromium is changed to bcc chromium and chromium nitride. There are two types of chromium nitride, hexagonal Cr 2 N and CrN. Of these, only the more stable hexagonal Cr 2 N is generated.
【００１６】このために基板は２００℃以上に加熱し
て、Ａｒ、窒素など非酸化雰囲気で真空蒸着、スパッタ
リングによってクロムの薄膜を基板上に形成する。酸素
を排除し窒素をクロム中に含ませるために薄膜を非酸化
雰囲気で３００℃以上の温度で熱処理するとさらに良
い。For this purpose, the substrate is heated to 200 ° C. or higher, and a chromium thin film is formed on the substrate by vacuum deposition or sputtering in a non-oxidizing atmosphere such as Ar or nitrogen. It is more preferable to heat-treat the thin film at a temperature of 300 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere in order to exclude oxygen and make nitrogen contained in chromium.
【００１７】[0017]
【作用】バルクのＣｒ金属はゲ−ジ率が約３０で極めて
高い。しかしＴＣＲが＋３０００ｐｐｍ／℃であり温度
による変化が大きすぎる。高性能の歪みセンサを作るた
めの第１の技術的課題は如何にして高ゲ−ジ率を維持し
つつＴＣＲを小さくして薄膜化するかということであ
る。第２の課題は如何にＴＣＲ、ＴＣＳのばらつきを小
さくして薄膜抵抗材料のブリッジを作り込むかというこ
とである。The bulk Cr metal has a very high gage ratio of about 30. However, the TCR is +3000 ppm / ° C, and the change with temperature is too large. The first technical issue for producing a high-performance strain sensor is how to reduce the TCR to a thin film while maintaining a high gage rate. The second problem is how to reduce the variation in TCR and TCS to form a bridge of thin film resistance material.
【００１８】工業的に有利な通常の真空薄膜形成装置の
到達真空度は１０-7〜１０-5Ｔｏｒｒである。このよう
な到達真空度の真空蒸着装置あるいはスパッタリング装
置で、Ｃｒを主体として薄膜を形成した場合、雰囲気に
残存する酸素、水蒸気などのガスとＣｒが反応し、膜中
に酸素が取り込まれる。取り込まれる酸素量は、到達真
空度、膜形成時の圧力、膜堆積速度、蒸着源から基板ま
での距離などに依存する。しかし通常取り込まれる酸素
量はおよそ５〜２０ａｔ％である。The ultimate vacuum degree of an industrially advantageous ordinary vacuum thin film forming apparatus is 10 −7 to 10 −5 Torr. When a thin film is formed mainly of Cr by a vacuum vapor deposition apparatus or a sputtering apparatus having such ultimate vacuum, the gases such as oxygen and water vapor remaining in the atmosphere react with Cr, and oxygen is taken into the film. The amount of oxygen taken in depends on the ultimate vacuum, the pressure during film formation, the film deposition rate, the distance from the vapor deposition source to the substrate, and the like. However, the amount of oxygen normally taken in is approximately 5 to 20 at%.
【００１９】かなりの高真空に引いているにも拘らずこ
のように高濃度の酸素がＣｒの内部に入り込む。それは
Ｃｒが極めて酸素と結合し易い物質であるからである。
真空薄膜形成装置において、残存酸素がＣｒと結合し酸
化クロムを作るということは従来知られていなかったと
思う。In this way, a high concentration of oxygen enters the inside of Cr in spite of drawing a considerably high vacuum. This is because Cr is a substance that is extremely easy to combine with oxygen.
I think that it has not been known in the vacuum thin film forming apparatus that residual oxygen combines with Cr to form chromium oxide.
【００２０】しかし酸素はクロムを主体とする歪抵抗材
料を製造する上で単に邪魔になるものではない。酸素の
混入によりクロム中の電子平均自由工程が短くなり、Ｔ
ＣＲやＴＣＳを小さくする作用がある。そうであれば残
存酸素のレベルよりも多くクロムに与えればさらに、Ｔ
ＣＲ、ＴＣＳを小さくできる筈である。However, oxygen does not merely interfere with the production of the strain resistant material mainly containing chromium. The inclusion of oxygen shortens the electron mean free path in chromium,
It has the effect of reducing CR and TCS. If so, if chromium is given more than the level of residual oxygen,
It should be possible to reduce CR and TCS.
【００２１】本発明者らはクロムへ酸素を積極的に添加
した歪抵抗材料を作り詳細に検討した。クロムへの酸素
の添加により、ゲ−ジ率は１０程度の高い値を維持しつ
つ、ＴＣＲは２００ｐｐｍ／℃以下であるような歪抵抗
材料を作ることができた。しかしＴＣＲやＴＣＳのばら
つきがやはり大きくなって安定な歪抵抗材料を再現性良
く製造することは困難であった。The present inventors made a strain resistance material in which oxygen was positively added to chromium, and studied it in detail. By adding oxygen to chromium, a strain resistance material having a TCR of 200 ppm / ° C. or less can be produced while maintaining a high gage ratio of about 10. However, since variations in TCR and TCS are still large, it is difficult to manufacture a stable strain resistance material with good reproducibility.
【００２２】注意すべきである。先に述べた従来技術は
低いＴＣＲ、ＴＣＳを得たといってそれで良しとしてい
るが本発明者は低くてもＴＣＲ、ＴＣＳの値がばらつい
ていたのではいけないと主張する。ＴＣＲやＴＣＳは酸
化クロムの作用で減少するのであるが、その値が一定せ
ずばらついている。It should be noted that The above-mentioned prior art is good because it obtained low TCR and TCS, but the present inventor argues that the values of TCR and TCS should not be varied even if they are low. Although TCR and TCS decrease due to the action of chromium oxide, their values are not constant and vary.
【００２３】さらに本発明者は実験を重ねてばらつきの
原因を探った。蒸着やスパッタリングで作ったクロム膜
に酸素が取り込まれるとこれはクロムと化学結合する。
蒸着やスパッタリングで作られた膜の中でのクロムと酸
素の化合物はアモルファスである。ＣｒＯx と表記でき
る。アモルファス酸化クロムＣｒＯx は、クロム膜中に
あって、電子の散乱中心となる。電子を強く散乱し電子
の平均自由工程を短くするので、ＴＣＲとＴＣＳを小さ
くする作用がある。だから酸素をある程度含むクロム薄
膜はＴＣＲやＴＣＳが小さかったのである。Further, the present inventor conducted repeated experiments to find the cause of the variation. When oxygen is taken into a chromium film made by vapor deposition or sputtering, it chemically bonds with chromium.
Compounds of chromium and oxygen in films formed by vapor deposition or sputtering are amorphous. It can be written as CrO x . Amorphous chromium oxide CrO x becomes a scattering center of electrons in the chromium film. Since the electrons are strongly scattered and the mean free path of the electrons is shortened, TCR and TCS are reduced. Therefore, the chromium thin film containing oxygen to some extent had a small TCR and TCS.
【００２４】これまでに挙げた従来技術はいずれも酸素
の混入については述べていない。単にＴＣＲやＴＣＳが
バルクのクロムよりも小さくなっているということを概
略の数値で説明しているだけである。恐らくこれほど高
濃度の酸素が混入するということに気づいていなかった
のであろう。従来のクロム、クロム合金薄膜のＴＣＲや
ＴＣＳが小さかったのはアモルファス酸化クロムＣｒＯ
x の作用であると本発明者は考える。None of the above-mentioned prior arts mentions the incorporation of oxygen. It simply explains that the TCR and TCS are smaller than that of bulk chromium. Perhaps they were unaware that such a high concentration of oxygen was mixed in. Amorphous chromium oxide CrO has a small TCR and TCS of conventional chromium and chromium alloy thin films.
The present inventor considers that it is the action of x .
【００２５】それだけなら結構なことであるが、アモル
ファス酸化クロムＣｒＯx は構造的に不安定である。ア
モルファスになるのは溶融状態のものを急冷することに
より結晶化をする時間を与えずに固化させたからであ
る。当然エネルギ−の高い準定常状態であり、状態や固
有エネルギ−に関して様々な選択肢がある。静的な性質
が多様であるのは当然である。また温度などの履歴によ
って相転移し易くアモルファスＣｒＯx の状態が変化し
易い。経年変化も大きく時間的にも不安定である。従来
例のクロム薄膜歪抵抗材料においてクロム中のアモルフ
ァスＣｒＯx の存在が、ＴＣＲとＴＣＳを小さくしてい
たのであるが同時のその不安定性がＴＣＲやＴＣＳの値
を大きくばらつかせていたのである。本発明者はこれに
初めて気づいた。Although that is all that is required, the amorphous chromium oxide CrO x is structurally unstable. The reason why it becomes amorphous is that the melted state is rapidly cooled and solidified without giving time for crystallization. Naturally, it is a high-energy quasi-steady state, and there are various options regarding the state and the specific energy. Naturally, the static nature is diverse. Moreover, the state of amorphous CrO x is likely to change depending on the history such as temperature. The change over time is large and the time is unstable. In the conventional chromium thin film strain resistance material, the presence of amorphous CrO x in chromium reduced TCR and TCS, but at the same time, the instability caused large variations in the values of TCR and TCS. . The present inventor noticed this for the first time.
【００２６】そうであればアモルファス酸化クロムをも
っと安定な多結晶の酸化クロムと金属クロムに変化させ
れば良い筈である。そうすれば電子の散乱中心となりつ
つ相転移を押さえることができる筈であろう。ところが
そうでない。クロムは特別な金属で多くの酸化数を取り
うるからである。例えば鉄族の遷移金属は２価と３価し
か取らないが、クロムは違う。ＣｒＯ、ＣｒＯ2 、Ｃｒ
Ｏ3 、Ｃｒ2 Ｏ3 、Ｃｒ2 Ｏ5 など、２価、４価、６
価、３価、５価などの価数をとり得る。熱処理をしてア
モルファスＣｒＯx を一旦高温にし徐冷するとより安定
な多結晶になる。In that case, amorphous chromium oxide should be changed to more stable polycrystalline chromium oxide and metallic chromium. Then, it should be possible to suppress the phase transition while becoming the scattering center of the electron. But not. This is because chromium is a special metal and can take a large number of oxidation numbers. For example, iron group transition metals take only divalent and trivalent, but chromium is different. CrO, CrO 2 , Cr
O 3 , Cr 2 O 3 , Cr 2 O 5, etc., divalent, tetravalent, 6
Valences such as valence, valence 3, valence 5, etc. can be taken. When the amorphous CrO x is once heated to a high temperature and gradually cooled, it becomes a more stable polycrystal.
【００２７】しかし他の金属とは違いクロムの場合この
多結晶そのものが一定しない。上記の２価〜６価の全て
の酸化クロムが多様な成分比で存在し特性が一定になら
ないのである。However, unlike other metals, in the case of chromium, the polycrystal itself is not constant. All of the above-mentioned divalent to hexavalent chromium oxides exist in various component ratios and the characteristics are not constant.
【００２８】それだけでなくこれらの多結晶間のエネル
ギ−の差が小さいので経年変化や温度変化により多結晶
間での相転移が起こる。従って一旦生成したアモルファ
スＣｒＯx を熱処理して多結晶の酸化クロムにしたとこ
ろで特性が安定しない。Moreover, since the energy difference between these polycrystals is small, a phase transition occurs between the polycrystals due to aging or temperature change. Therefore, the characteristics are not stable when the amorphous CrO x once formed is heat-treated into polycrystalline chromium oxide.
【００２９】つまりこういうことである。バルククロム
の高ゲ−ジ率を生かすためには、薄膜にした時も尚金属
クロムが存在しなければならない。同時にクロムの化合
物が金属クロムの間に分布して電子を散乱するようにし
なければならない。電子散乱によりＴＣＲ、ＴＣＳを下
げることができるからである。しかしクロムと安定な化
合物を作る必要がある。酸素の場合はそのままではアモ
ルファス化合物になるし、多結晶にしても多様な状態が
あるので不安定である。酸素以外のクロムと安定な化合
物を作る物質を捜さなければならない。まずクロムと化
学反応するものであることが必要である。さらに化合物
がアモルファスでなく、多様な種類の化合物でないとい
うことが要求される。問題はこれに絞られる。That is, this is the case. In order to take advantage of the high gage rate of bulk chromium, metallic chromium must still be present when formed into a thin film. At the same time, the compound of chromium must be distributed among metallic chromium to scatter electrons. This is because TCR and TCS can be lowered by electron scattering. However, it is necessary to make a stable compound with chromium. In the case of oxygen, it becomes an amorphous compound as it is, and even if it is a polycrystal, it is unstable because it has various states. We have to look for substances that form stable compounds with chromium other than oxygen. First, it must be one that chemically reacts with chromium. Further, it is required that the compound is not amorphous and is not a compound of various kinds. The problem is limited to this.
【００３０】本発明者は実験を重ね、窒素がこれに該当
する物質であるということを見いだした。クロムは自然
状態で存在する場合は金属であることはなく大抵酸化物
である。クロムと窒素の化合物はもちろん自然に存在し
ない。ところが真空雰囲気に窒素を導きＣｒを蒸着、ス
パッタリングすると、Ｃｒの窒化物ができる。これはＣ
ｒ2 Ｎ、ＣｒＮの２種類の化合物である。通常の条件で
はアモルファスのものはできない。さらに成膜条件を制
御するとこの２種類の窒化クロムの内、より安定な六方
晶Ｃｒ2 Ｎしか生成しないようにできる。The present inventor has conducted repeated experiments and found that nitrogen is a substance corresponding to this. Chromium, when present in its natural state, is not a metal but is usually an oxide. Of course, compounds of chromium and nitrogen do not exist naturally. However, when nitrogen is introduced into a vacuum atmosphere and Cr is vapor deposited and sputtered, a nitride of Cr is formed. This is C
There are two types of compounds, r 2 N and CrN. Amorphous materials cannot be used under normal conditions. Further, by controlling the film forming conditions, it is possible to generate only the more stable hexagonal Cr 2 N of the two types of chromium nitride.
【００３１】窒化物ができた場合、酸化物ができた場合
と同じように、電子の平均自由行程を短くし、ＴＣＲ、
ＴＣＳを小さくする作用がある。この点では、窒素でも
酸素でも作用に差はない。しかし窒素導入の場合はさら
に優れた作用がある。窒素はＣｒと安定な１種類の化合
物六方晶Ｃｒ2 Ｎを生成できる。ために熱履歴などによ
りあるいはブリッジ内で構造が異なるということがな
い。窒素の添加量さえ一定であれば、必ず同じ構造にな
る。したがって、ＴＣＲやＴＣＳの時間的な変化が少な
い。またブリッジ内での空間的なばらつきも小さい。製
造を繰り返す際の再現性も優れている。When nitrides are formed, the mean free path of electrons is shortened in the same manner as when oxides are formed.
It has the effect of reducing TCS. At this point, there is no difference in action between nitrogen and oxygen. However, the introduction of nitrogen has an even better effect. Nitrogen can form one stable compound, hexagonal Cr 2 N, with Cr. Therefore, the structure does not change due to thermal history or in the bridge. If the amount of nitrogen added is constant, the structure will be the same. Therefore, there is little change in TCR and TCS with time. Also, the spatial variation within the bridge is small. It is also excellent in reproducibility when repeating manufacturing.
【００３２】つまり本発明は酸素を加えず、六方晶Ｃｒ
2 Ｎを生成して、これにより電子の平均自由行程を下げ
ている。六方晶Ｃｒ2 Ｎは安定で熱や時間経過により変
化しないので、構造変化がない。Ｃｒの窒化物を作ると
いうことこれが本発明の特徴である。That is, according to the present invention, hexagonal Cr is used without adding oxygen.
2 N is generated, which lowers the mean free path of electrons. Hexagonal Cr 2 N is stable and does not change due to heat or the passage of time, so there is no structural change. Making a nitride of Cr This is a feature of the present invention.
【００３３】しかし窒素を加えすぎると、Ｃｒの相対的
な量が減少するので、ゲ−ジ率が下がる。高いゲ−ジ率
を維持するためには、窒化物の全Ｃｒに対する比が限定
されなければならない。However, if nitrogen is added too much, the relative amount of Cr decreases, so that the gage ratio decreases. In order to maintain a high gage rate, the nitride to total Cr ratio must be limited.
【００３４】Ｘ＝六方晶Ｃｒ2 Ｎ／全Ｃｒで比Ｘを定義
する。本発明では、０＜Ｘ≦０．２とする。これを越え
るとＣｒの比率が少なくなり過ぎてゲ−ジ率が低くな
る。酸素はどうしても混入するものであるが、これは出
来るだけ少ないほうが良い。少ないほど、抵抗、ゲ−ジ
率、ＴＣＲ、ＴＣＳのばらつきが小さくなるからであ
る。しかし真空蒸着法、スパッタ法で酸素が残留ガスに
含まれるのは仕方がない。酸素含有量が１０ａｔ％以下
ならばらつきもさほど大きくない。The ratio X is defined by X = hexagonal Cr 2 N / total Cr. In the present invention, 0 <X ≦ 0.2. If it exceeds this, the Cr ratio becomes too small and the gauge ratio becomes low. Oxygen is inevitably mixed, but it is better to keep this as low as possible. This is because the smaller the value, the smaller the variation in resistance, gauge ratio, TCR, and TCS. However, it is unavoidable that oxygen is contained in the residual gas by the vacuum deposition method and the sputtering method. If the oxygen content is 10 at% or less, the variation is not so large.
【００３５】さらにＣｒ以外の金属を少量含んでいても
差し支えない。Ａｌ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉなど
の金属が５ａｔ％以下含まれていても、六方晶Ｃｒ2 Ｎ
がＣｒ中にあって、電子の平均自由行程を短くし、ＴＣ
Ｒ、ＴＣＳを減らすという効果がある。しかし５ａｔ％
以上になると、ゲ−ジ率が１０以下に下がってしまうの
で望ましくない。Further, a small amount of metal other than Cr may be contained. Even if a metal such as Al, Mo, Ta, W, Ti, or Si is contained at 5 at% or less, hexagonal Cr 2 N
Is in Cr, the mean free path of electrons is shortened, and TC
This has the effect of reducing R and TCS. But 5 at%
When it is above the above range, the gage ratio is reduced to 10 or less, which is not desirable.
【００３６】成膜中の基板の温度は２００℃以上とす
る。これはＣｒと六方晶Ｃｒ2 Ｎの結晶性を向上させる
ために必要である。ｂｃｃＣｒと六方晶Ｃｒ2 Ｎが生成
されるのが望ましい。基板を加熱しないと、他の構造の
Ｃｒができるし、窒化物も六方晶Ｃｒ2 Ｎ以外のものが
できる。また成膜の後に薄膜をアニ−ルするのも、同じ
理由からである。アニ−ルによってＣｒの構造がｂｃｃ
Ｃｒになり、ＣｒＮが存在していてもこれが六方晶Ｃｒ
2 Ｎに変化する。成膜後の熱処理（アニ−ル）は非酸化
雰囲気で行う。これは膜中の酸素量が増加するのを防ぐ
ためである。The temperature of the substrate during film formation is 200 ° C. or higher. This is necessary to improve the crystallinity of Cr and hexagonal Cr 2 N. It is desirable that bccCr and hexagonal Cr 2 N be produced. If the substrate is not heated, Cr of other structure will be formed, and nitrides other than hexagonal Cr 2 N will be formed. Further, the thin film is annealed after the film formation for the same reason. The structure of Cr is bcc due to the annealing.
It becomes Cr, and even if CrN exists, this is hexagonal Cr
Change to 2 N. The heat treatment (annealing) after film formation is performed in a non-oxidizing atmosphere. This is to prevent the amount of oxygen in the film from increasing.
【００３７】[0037]
［実施例ＮＯ．１〜１０］厚み０．２ｍｍ、直径３０ｍ
ｍのＳＵＳ６３１ダイヤフラム基板上に、プラズマＣＶ
Ｄ法により厚さ３μｍのＳｉＯ2 絶縁膜を形成した。次
に絶縁膜上に真空蒸着法またはスパッタリング法で、Ｃ
ｒとＣｒ2 Ｎを含有する厚さ０．２μｍの歪抵抗膜を全
面に形成した。組成、結晶構造分析用のＳｉウエハも同
時に同じ条件で歪抵抗膜を成膜した。[Example NO. 1-10] thickness 0.2 mm, diameter 30 m
Plasma CV on m SUS631 diaphragm substrate
A SiO 2 insulating film having a thickness of 3 μm was formed by the D method. Next, C is deposited on the insulating film by vacuum deposition or sputtering.
A 0.2 μm thick strain resistance film containing r and Cr 2 N was formed on the entire surface. A strain resistance film was simultaneously formed on the Si wafer for composition and crystal structure analysis under the same conditions.
【００３８】真空蒸着、スパッタリングの膜形成条件は
表１のようである。実施例にはＮＯ．１〜１０の番号が
付してある。The film forming conditions for vacuum vapor deposition and sputtering are shown in Table 1. In the examples, NO. The numbers 1 to 10 are attached.
【００３９】[0039]
【表１】 [Table 1]
【００４０】真空蒸着の際にＡｒを導入するのは普通の
事ではない。蒸着の場合はガスを殊更導入しないもので
ある。しかし雰囲気を整えるためにガスを導入すること
もある。本発明では酸素の混入がＣｒの歪抵抗材料とし
ての特性を劣化させているということを喝破したのであ
るから、酸素を特に排除するためにＡｒとＮ2 を雰囲気
ガスとして導入している。それでも膜形成時の圧力は１
０-5Ｔｏｒｒ〜１０-6Ｔｏｒｒである。単に酸素を排除
するというだけでなくＮ2 の導入はさらにＣｒの窒化物
Ｃｒ2 Ｎを作ると言う積極的な意味がある。It is not normal to introduce Ar during vacuum deposition. In the case of vapor deposition, gas is not particularly introduced. However, gas may be introduced to adjust the atmosphere. In the present invention, it was found that the mixing of oxygen deteriorates the characteristics of Cr as a strain resistance material, so Ar and N 2 are introduced as atmospheric gases in order to specifically exclude oxygen. Still, the pressure during film formation is 1
It is 0 -5 Torr to 10 -6 Torr. In addition to simply eliminating oxygen, the introduction of N 2 has a positive meaning of further forming a Cr nitride Cr 2 N.
【００４１】スパッタリングの場合はプラズマを立ちや
すくするために、普通はＡｒガスを導入する。本発明で
はこれに加えてＮ2 ガスも導入する。酸素を排除し酸化
Ｃｒの発生を防ぐという意味がある。さらにＣｒの窒化
物Ｃｒ2 Ｎを作るという作用もある。In the case of sputtering, Ar gas is usually introduced in order to facilitate the formation of plasma. In the present invention, N 2 gas is also introduced in addition to this. It has the meaning of eliminating oxygen and preventing the generation of Cr oxide. Further, it also has an effect of producing a Cr nitride Cr 2 N.
【００４２】これらの歪抵抗膜を表２に示すように大気
中あるいは窒素雰囲気中でアニ−ルする。この後、フォ
トリソグラフィと、Ｃｒエッチングにより、ブリッジパ
タ−ンを形成した。ブリッジを構成する各歪抵抗膜の線
幅は３０μｍとした。As shown in Table 2, these strain resistance films are annealed in the air or a nitrogen atmosphere. After that, a bridge pattern was formed by photolithography and Cr etching. The line width of each strain resistance film forming the bridge was 30 μm.
【００４３】[0043]
【表２】 [Table 2]
【００４４】表２において、製造条件の欄では製法、基
板温度、アニ−ル雰囲気、アニ−ル温度等が記載され
る。真空蒸着とあるのは、表１の条件でＣｒを蒸着した
ものである。試料ＮＯ．１、６、７、１０が蒸着であ
る。スパッタとあるのは表１の条件でＣｒをスパッタし
たものである。ＮＯ．２、３、４、５、８、９がスパッ
タによるものである。In Table 2, in the column of production conditions, production method, substrate temperature, anneal atmosphere, anneal temperature, etc. are described. The vacuum deposition means that Cr is deposited under the conditions shown in Table 1. Sample No. 1, 6, 7, and 10 are vapor deposition. Sputtering means sputtering of Cr under the conditions shown in Table 1. NO. 2, 3, 4, 5, 8, and 9 are due to sputtering.
【００４５】基板温度はそれぞれに示すように２００℃
〜２５０℃にした。膜形成後に大気中または窒素雰囲気
中でアニ−ルするが、この雰囲気と温度を次の欄に示し
ている。ＮＯ．１〜３、９〜１０は大気中でのアニ−
ル、ＮＯ．４〜８は窒素雰囲気中でのアニ−ルを行って
いる。アニ−ル温度は３００℃〜３５０℃である。The substrate temperature is 200 ° C.
˜250 ° C. After the film is formed, it is annealed in the air or in a nitrogen atmosphere. The atmosphere and temperature are shown in the next column. NO. 1 to 3 and 9 to 10 are annealed in the atmosphere.
Le, NO. Nos. 4 to 8 are annealed in a nitrogen atmosphere. The annealing temperature is 300 ° C to 350 ° C.
【００４６】先述のように、ＳＵＳダイヤフラム基板と
ともに、Ｓｉウエハを真空蒸着装置、スパッタリング装
置、アニ−ル装置に入れて、ダイヤフラム基板と同じ条
件下に置く。これは膜の組成や構造をモニタするための
ものである。Ｓｉウエハ上の歪抵抗膜については、薄膜
Ｘ線回折およびＥＳＣＡによる組成分析を行った。As described above, the Si wafer together with the SUS diaphragm substrate is put into a vacuum vapor deposition device, a sputtering device, and an annealing device, and placed under the same conditions as the diaphragm substrate. This is for monitoring the composition and structure of the film. The strain resistance film on the Si wafer was subjected to thin film X-ray diffraction and composition analysis by ESCA.
【００４７】組成の第１欄には全Ｃｒに対する、Ｃｒ2
Ｎの比率ｘを示す。ｘ＝Ｃｒ2 Ｎ／全Ｃｒで定義され
る。第２欄に酸素の比率をａｔ％でしめす。また他の金
属（Ｃｒ以外）の比率も第３欄にａｔ％で示している。
大気中でアニ−ルしたものは９％以上の酸素を含んでい
る。膜形成時にはＡｒや窒素を導入しており極力酸素が
入らないようにしているが、これだけの酸素が歪抵抗膜
に混入するのである。In the first column of the composition, Cr 2 with respect to all Cr
The ratio x of N is shown. It is defined by x = Cr 2 N / total Cr. The second column shows the oxygen ratio in at%. The ratios of other metals (other than Cr) are also shown in the third column as at%.
Those annealed in air contain more than 9% oxygen. Although Ar and nitrogen are introduced at the time of forming the film to prevent oxygen from entering as much as possible, this amount of oxygen is mixed in the strain resistance film.
【００４８】薄い膜であるから（０．２μｍ）アニ−ル
中に酸素が入る確率もある。その証拠に大気中でアニ−
ルした試料は酸素の量が多い。窒素中でアニ−ルした試
料ＮＯ．４、５、６、７などは、酸素量が４〜６％であ
る。Since it is a thin film (0.2 μm), there is a probability that oxygen will enter the anneal. The proof is in the atmosphere
The sample obtained is high in oxygen content. Sample NO. Annealed in nitrogen. 4, 5, 6, 7 and the like have an oxygen content of 4 to 6%.
【００４９】Ｃｒ2 Ｎの全Ｃｒに対する比率は実施例Ｎ
Ｏ．１〜１０において、０．０２〜０．１５である。Ｘ
線回折により結晶構造を調べたところ、すべての実施例
がｂｃｃＣｒと六方晶Ｃｒ2 Ｎ構造を有することが確認
された。つまりアモルファス酸化クロムなどが殆ど存在
しないということである。The ratio of Cr 2 N to total Cr was determined in Example N.
O. In 1 to 10, it is 0.02 to 0.15. X
When the crystal structure was examined by line diffraction, it was confirmed that all the examples had a bccCr and a hexagonal Cr 2 N structure. That is, there is almost no amorphous chromium oxide.
【００５０】ダイヤフラム基板の上に形成した歪抵抗膜
には真空蒸着法により、順次Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの多層電
極を形成し、抵抗値、ゲ−ジ率、ＴＣＲ、ＴＣＳ、δＴ
ＣＲ、δＴＣＳを測定した。その結果を表３に示す。On the strain resistance film formed on the diaphragm substrate, Ti / Ni / Au multilayer electrodes were sequentially formed by a vacuum deposition method, and the resistance value, gauge ratio, TCR, TCS, and δT were formed.
CR and δTCS were measured. The results are shown in Table 3.
【００５１】[0051]
【表３】 [Table 3]
【００５２】表３に見るようにこの歪抵抗膜のゲ−ジ率
は９〜１１の程度で充分に大きい。ＴＣＲは絶対値の平
均が６０ｐｐｍ／℃で、最大でも１５０程度である。温
度による抵抗の変化が小さいということが分かる。ＴＣ
Ｓは絶対値の平均が５００ｐｐｍ／℃の程度であり、８
００ｐｐｍ／℃以下であることが分かる。As shown in Table 3, the strain resistance film has a gage ratio of about 9 to 11 which is sufficiently large. The TCR has an average absolute value of 60 ppm / ° C. and a maximum of about 150. It can be seen that the change in resistance with temperature is small. TC
S has an average absolute value of about 500 ppm / ° C.
It can be seen that the concentration is 00 ppm / ° C. or less.
【００５３】更に重要なのはブリッジ内のばらつきの小
さいことである。抵抗値Ｒのブリッジ内ばらつきは、
０．７〜１．７％で、平均でも１％の程度である。ゲ−
ジ率のばらつきは９％以下である。またＴＣＲのばらつ
きδＴＣＲは２〜１２ｐｐｍで平均で６ｐｐｍの程度で
ある。ＴＣＳのばらつきδＴＣＳは１０〜６０で、平均
で３０の程度である。これらのブリッジ内ばらつきの小
さいことが本発明の歪抵抗膜の優れた特徴である。More importantly, the variation within the bridge is small. The variation of the resistance value R in the bridge is
It is 0.7 to 1.7%, and is about 1% on average. Gee
The variation of the error rate is 9% or less. The variation δTCR of TCR is 2 to 12 ppm, which is about 6 ppm on average. The variation δTCS of TCS is 10 to 60, which is about 30 on average. The small variation in these bridges is an excellent feature of the strain resistance film of the present invention.
【００５４】［比較例ＮＯ．１１〜１６］比較例１１〜
１６として、特開昭６１−２５６２３３号、特開平２−
７６２０１号、特開平２−１５２２０１号に開示された
方法で、歪抵抗膜を形成した。表４に製造条件、結晶構
造、酸素量等を示す。[Comparative Example NO. 11-16] Comparative Examples 11-
No. 16, JP-A-61-256233 and JP-A-2-
A strain resistance film was formed by the method disclosed in JP-A-76201 and JP-A-2-152201. Table 4 shows the production conditions, crystal structure, oxygen content and the like.
【００５５】[0055]
【表４】 [Table 4]
【００５６】比較例ＮＯ．１１はアモルファス構造であ
る。また酸素量が２２％で極めて多い。アモルファス酸
化Ｃｒを多く含んでいるのである。これは基板温度が室
温でアニ−ルをしていない。ＮＯ．１２〜１６はいずれ
もｂｃｃＣｒ構造である。酸素量は８〜２２％であり、
他にＳｉ、Ａｌ、Ｍｏなどの不純物を含むことがある。
アニ−ルを窒素雰囲気でしたものは酸素含量が比較的少
ない。Comparative Example NO. 11 is an amorphous structure. The oxygen content is 22%, which is extremely high. It contains a large amount of amorphous Cr oxide. This is because the substrate temperature is room temperature and is not annealed. NO. 12-16 are all bccCr structures. The amount of oxygen is 8-22%,
In addition, impurities such as Si, Al and Mo may be contained.
Annealed nitrogen atmosphere has a relatively low oxygen content.
【００５７】これらの比較例ＮＯ．１１〜１６の歪抵抗
膜についても、抵抗値、ゲ−ジ率、ＴＣＲ、ＴＣＳ、δ
ＴＣＲ、δＴＣＳなどを測定した。その結果を表５に示
す。These comparative examples NO. The resistance values, gauge ratios, TCR, TCS, and
TCR, δTCS, etc. were measured. The results are shown in Table 5.
【００５８】[0058]
【表５】 [Table 5]
【００５９】ＮＯ．１１はゲ−ジ率が２であって低い値
になっている。その他は１０程度のゲ−ジ率を持つ。抵
抗の温度特性ＴＣＲは絶対値の平均が２００ｐｐｍ／℃
程度である。実施例の場合は１００以下であるが、比較
例のＴＣＲはかなり大きい。ＴＣＳも絶対値の平均が１
５００ｐｐｍ／℃の程度で実施例に比較してかなり大き
い。このようにＴＣＲ、ＴＣＳが比較例の場合実施例よ
りも大きくて、抵抗の温度変化や感度の温度変化が無視
できないということを示す。NO. In No. 11, the gage ratio is 2, which is a low value. Others have a gage rate of about 10. Resistance temperature characteristic TCR has an average absolute value of 200 ppm / ° C
It is a degree. In the case of the example, it is 100 or less, but the TCR of the comparative example is considerably large. TCS also has an average absolute value of 1
The value is about 500 ppm / ° C., which is considerably larger than that in the example. As described above, the TCR and TCS of the comparative example are larger than those of the example, indicating that the temperature change of the resistance and the temperature change of the sensitivity cannot be ignored.
【００６０】ブリッジ内の抵抗のばらつきδＲは２．１
〜３．６であり、実施例の場合より２倍〜３倍のばらつ
きをみせている。ブリッジ内の感度のばらつきδＫは１
０〜１３の程度であるが、これも実施例の場合に比較し
て１．５倍〜２倍である。The resistance variation δR in the bridge is 2.1.
.About.3.6, which is a variation of 2 to 3 times that of the embodiment. Variation in sensitivity δK in the bridge is 1
It is about 0 to 13, but this is also 1.5 to 2 times that of the embodiment.
【００６１】さらに顕著であるのは、ブリッジ内のＴＣ
ＲのばらつきδＴＣＲである。実施例では平均で６ｐｐ
ｍ／℃の程度であったが、比較例においては１９〜３５
ｐｐｍ／℃であり平均では２５ｐｐｍ／℃である。実施
例の３〜５倍になる。実施例のブリッジ内でのＴＣＲの
ばらつきが少なく、本発明は安定したセンサを提供でき
ることが分かる。More notable is the TC in the bridge.
The variation of R is δTCR. In the example, 6 pp on average
m / ° C, but 19 to 35 in Comparative Example
ppm / ° C., and average 25 ppm / ° C. It is 3 to 5 times that of the example. It can be seen that there is little variation in TCR within the bridge of the embodiment, and the present invention can provide a stable sensor.
【００６２】ブリッジ内のＴＣＳ（感度の温度変化）は
比較例の場合、１２０〜２００ｐｐｍ／℃である。平均
値は１６０ｐｐｍ／℃である。実施例ではこれが５５以
下で平均が２８ｐｐｍ／℃であった。実施例は著しくブ
リッジ内でのＴＣＳのばらつきの小さいことがわかる。The TCS (change in sensitivity with temperature) in the bridge is 120 to 200 ppm / ° C. in the comparative example. The average value is 160 ppm / ° C. In the examples, this was 55 or less and the average was 28 ppm / ° C. It can be seen that the embodiment has remarkably small TCS variation within the bridge.
【００６３】本発明では酸素がＣｒ中に含まれないよう
にして、多様なＣｒの酸化物が生成することによる特性
のばらつきを抑制している。多様なＣｒの酸化物がばら
つきをもたらしているという事実を鋭く洞察し、酸素を
排除し窒素を構造中に導入している。窒素の場合は、条
件を制御すると、Ｃｒ2 Ｎの結晶構造のみを取るように
できる。ためにブリッジ内でのＴＣＲ、ＴＣＳのばらつ
きを少なくすることができる。In the present invention, oxygen is not contained in Cr to suppress variations in characteristics due to generation of various Cr oxides. A keen insight into the fact that various Cr oxides are causing variability has led to the exclusion of oxygen and the introduction of nitrogen into the structure. In the case of nitrogen, if the conditions are controlled, only the crystal structure of Cr 2 N can be taken. Therefore, variations in TCR and TCS in the bridge can be reduced.
【００６４】[0064]
【発明の効果】本発明はＣｒを主体として、酸素を出来
るだけ含まないようにし、窒化Ｃｒが生成されるように
した歪抵抗膜を作製する。Ｃｒを主体にするのでゲ−ジ
率が高い。酸素が含まれないのでアモルファス酸化クロ
ムができない。ためにＴＣＳ、ＴＣＲ、δＴＣＲ、δＴ
ＣＳなどが小さくなる。本発明によれば、１０程度の高
いゲ−ジ率と、１５０ｐｐｍ／℃以下のＴＣＲ、１００
０ｐｐｍ／℃以下のＴＣＳを有し、さらに、ブリッジ内
での抵抗、ゲ−ジ率、δＴＣＲ、δＴＣＳのばらつきの
小さい優れた歪抵抗膜を得ることができる。According to the present invention, a strain resistance film containing Cr as a main component and containing as little oxygen as possible to produce Cr nitride is produced. Since Cr is the main component, the gage rate is high. Amorphous chromium oxide cannot be formed because it does not contain oxygen. For TCS, TCR, δTCR, δT
CS etc. becomes small. According to the present invention, a high gage rate of about 10 and a TCR of 100 or less of 150 ppm / ° C., 100
It is possible to obtain an excellent strain resistance film having a TCS of 0 ppm / ° C. or less and having a small variation in resistance, gauge ratio, δTCR and δTCS in the bridge.
【図１】薄膜歪みセンサの断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a thin film strain sensor.
１ ステンレス鋼ダイヤフラム ２ 絶縁膜 ３ 歪抵抗膜 ４ 多層電極 ５ Ｔｉ ６ Ｎｉ ７ Ａｕ 1 Stainless Steel Diaphragm 2 Insulating Film 3 Strain Resistance Film 4 Multilayer Electrode 5 Ti 6 Ni 7 Au
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 曉 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電 気工業株式会社伊丹製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Akira Okamoto 1-1-1 Kunyokita, Itami City, Hyogo Prefecture Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Itami Works
Claims (6)
いて、ｂｃｃクロムと六方晶Ｃｒ2 Ｎの結晶構造を有す
ることを特徴とする薄膜歪抵抗材料。1. A thin film strain resistance material containing chromium as a main component, which has a crystal structure of bcc chromium and hexagonal Cr 2 N.
いて、ｂｃｃクロムと六方晶Ｃｒ2 Ｎの結晶構造を有
し、５ａｔ％以下の金属を含むことを特徴とする薄膜歪
抵抗材料。2. A thin film strain resistance material containing chromium as a main component, which has a crystal structure of bcc chromium and hexagonal Cr 2 N and contains 5 at% or less of a metal.
え、２００℃以上に加熱した基板の上に、真空蒸着法ま
たは、スパッタリング法によりクロムの薄膜を形成し、
且つ薄膜形成後３００℃以上の温度で熱処理し、ｂｃｃ
クロムと六方晶Ｃｒ2 Ｎの結晶構造を有する薄膜とする
ことを特徴とする薄膜歪抵抗材料の製造方法。3. In a vacuum, nitrogen is added as an atmospheric gas, and a chromium thin film is formed on a substrate heated to 200 ° C. or higher by a vacuum deposition method or a sputtering method,
In addition, after forming a thin film, heat-treat at a temperature of 300 ° C. or higher to bcc
A method for producing a thin film strain resistance material, which comprises forming a thin film having a crystal structure of chromium and hexagonal Cr 2 N.
え、２００℃以上に加熱した基板の上に、真空蒸着法ま
たは、スパッタリング法によりクロムの薄膜を形成し、
且つ薄膜形成後３００℃以上の温度で非酸化雰囲気で熱
処理し、ｂｃｃクロムと六方晶Ｃｒ2 Ｎの結晶構造を有
する薄膜とすることを特徴とする薄膜歪抵抗材料の製造
方法。4. In a vacuum, nitrogen is added as an atmosphere gas, and a chromium thin film is formed on a substrate heated to 200 ° C. or higher by a vacuum deposition method or a sputtering method,
A method for producing a thin film strain resistance material, characterized in that after the thin film is formed, it is heat-treated at a temperature of 300 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere to form a thin film having a crystal structure of bcc chromium and hexagonal Cr 2 N.
と、基板の上に形成したｂｃｃクロムと六方晶Ｃｒ2 Ｎ
の結晶構造を有する歪抵抗薄膜と、この上に形成した電
極とを含み、歪抵抗薄膜に設けた電極が、抵抗膜に接す
る側から順次Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの多層構造であることを
特徴とする薄膜歪みセンサ。5. A metal substrate having an insulator or an insulating film, bcc chromium and hexagonal Cr 2 N formed on the substrate.
Of the strain resistance thin film having a crystal structure and an electrode formed thereon, wherein the electrodes provided on the strain resistance thin film have a multilayer structure of Ti / Ni / Au sequentially from the side in contact with the resistance film. A thin film strain sensor.
絶縁膜を形成した基板と、基板の上に形成したｂｃｃク
ロムと六方晶Ｃｒ2 Ｎの結晶構造を有する歪抵抗膜と、
この上に形成した電極からなることを特徴とする薄膜歪
みセンサ。6. SiO 2 on a stainless steel diaphragm.
A substrate having an insulating film formed thereon, and a strain resistance film having a crystal structure of bcc chromium and hexagonal Cr 2 N formed on the substrate,
A thin-film strain sensor comprising an electrode formed on this.
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| JP10994893A JPH06300649A (en) | 1993-04-12 | 1993-04-12 | Thin film strain resistance material, fabrication thereof and thin film strain sensor |
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