JPH03166359A - チタン薄膜の形成方法及び抵抗温度補償用チタン薄膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】 本発明は、スパッタ法によるチタン薄膜の形成方法の改
良及び応カセンサの抵抗温度補償に用いて好適なチタン
薄膜に関する。 〔従来の技術〕 近時、チタン薄膜は耐食性、耐熱性等の優れた性質を持
っていることから、種々の分野で利用されているが、例
えば半導体歪ゲージを用いた応力センサの抵抗温度補償
用抵抗として用いられている。即ち、圧カセンサ、歪み
センサ等として適用される応カセンサには半導体歪ゲー
ジが用いられているが、該半導体歪ゲージは負の抵抗温
度係数を有しており、ゲージ温度が上昇すると抵抗値が
下がる特性がある。このため、半導体歪ゲージには正の
抵抗温度係数を有する抵抗温度補償用のチタン薄膜抵抗
を接続し、半導体歪ゲージの抵抗値の降下分を補償する
ようになっている。 そして、従来技術によればダイヤフラムに形成したシリ
コン薄膜製絶縁膜上にチタン薄膜抵抗を形或する方法と
しては、真空蒸着法が一般的に用いられており、該真空
蒸着法によって形成したチタン薄膜にホトリソグラフィ
法によってパターン成形するようにしている。 〔発明が解決しようとする課題〕 ところで、真空蒸着法を用いてダイヤフラムのシリコン
薄膜上にチタン薄膜を形成する場合、次のような問題が
ある。即ち、真空蒸着法はチタンを加熱して発生させた
蒸発物をシリコン薄膜に付着させるため、付着強度がス
パッタ法、イオンプレーティング法、気相成長法に比較
して弱く、特に酸化ケイ素膜に対する付着力が弱く、し
かも均一に成膜されないという問題点がある。 このため、高い検出圧力を測定するのに用いられる高圧
用応カセンサに真空蒸着法を用いて抵抗温度補償用のチ
タン薄膜抵抗を形成した場合、応力測定時にダイヤフラ
ムが荷重を受けて変形するとき、チタン薄膜がシリコン
薄膜から剥離しやすく、信頼性に欠けるという欠点があ
る。 本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされたもので
、シリコン膜に対する付着力が強く、しかも酸化物を含
まない高純度のチタン薄膜の形成方法及び抵抗温度補償
用抵抗に用いて好適なチタン薄膜を提供することを目的
とする。 〔課題を解決するための手段〕 上述した課題を解決するために、本発明による手段の特
徴は、スパッタ法を用いてシリコン基板上に形成するチ
タン薄膜の膜厚を０．２μｍ以上にすることにある。 また、スパッタ法には高周波スパッタ法を用い、スパッ
タ出力を略０．３ｋｗ、スパッタ時間１０分以上の条件
によりチタン薄膜を形成することにある。 さらに、抵抗温度補償用チタン薄膜は、膜厚を０．２μ
ｍ以上とし、結晶構造に（０１１）面を選択配向したこ
とを特徴とする。 〔作用〕 スパッタ法を用いることにより、チタン薄膜はシリコン
基板に対して強い付着力をもつ。そして、膜厚を０．２
μｍ以上に形成することにより、チタン薄膜には酸化物
を含まず、しかも抵抗温度係数を持つ。従って、該チタ
ン薄膜は応カセンサ、特に高圧用応カセンサの抵抗温度
補償に使用できる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例方法をダイヤフラム式応カセンサ
に適用する場合を例に挙げ、図面を参照しつつ説明する
。 第１図及び第２図はダイヤフラム式応カセンサを示す。 図において、１は金属材料、例えばステンレススチール
からなる高圧用のダイヤフラムで、該ダイヤフラム１は
薄肉円板状の起歪部１Ａと、該起歪部１Ａの外周に厚肉
円筒状に一体に形成された非起歪部ＩＢとからなってお
り、起歪部１Ａの図中下側面は矢示方向からの液圧を受
承する受圧面ＩＡ，になり、上側面は後述する絶縁膜２
を形成するための膜形成面ＩＡ２になっている。 ２は前記起歪部ＩＡの膜形成面ＩＡｚ上に形或された絶
縁膜で、該絶縁膜２は例えばプラズマ−ＣＶＤ法、真空
蒸着法、スパッタ法等の適宜の成膜技術によって数μｍ
の厚さに形成された酸化ケイ素（Ｓｉｎｇ）膜からなっ
ている。 ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄは前記絶縁膜２上に形成された
４個の半導体歪ゲージからなるゲージ抵抗（以下ゲージ
抵抗３と総称する）で、該ゲージ抵抗３は例えばプラズ
マーＣＶＤ法によって絶縁膜２上に薄膜状に形成したケ
イ素基板にリン（Ｐ）又はホウ素（Ｂ）の不純物をドー
ピングしてゲージ用薄膜を形成した後、ホトリソグラフ
ィ法によってパターン形成されており、外力を受けて歪
んだときに比抵抗が変化するビエゾ抵抗素子として構成
されている。 ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆは前記ゲージ抵抗
３を接続してホイーストンブリッジ回路を構成する薄膜
導体（以下薄膜導体４と総称する）で、４Ａは第１のゲ
ージ抵抗３Ａの一端側に接続された第１の薄膜導体、４
Ｂは該ゲージ抵抗３Ａの他端側と第２のゲージ抵抗３Ｂ
の一端側に接続された第２の薄膜導体、４Ｃは該第２の
ゲージ抵抗３Ｂの他端側に接続された第３の薄膜導体を
示す。また、４Ｄは第３のゲージ抵抗３Ｃの一端側に接
続された第４の薄膜導体、４Ｅは該第３のゲージ抵抗３
Ｃの他端側と第４のゲージ抵抗３Ｄの一端側に接続され
た第５の薄膜導体で、４Ｆは該第４のゲージ抵抗３Ｄの
他端側に接続された第６の薄膜導体を示す。 これら薄膜導体４は絶縁膜２上に真空蒸着法を用いて金
（Ａｕ）、アルミニウム（ＡＪ２）、銅（Ｃｕ）等の良
導体材料からなる導体的薄膜を形成した後、ホトリソグ
ラフィ法によりパターン成形されている。そして、各薄
膜導体４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆの外側端部
は電源或は測定器の配線を接続するための接続用端子５
Ａ，５Ｂ，５Ｇ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆに形成されており、
端子５Ｃ，５Ｄは出力側の接続用端子になっている。 ６は前記薄膜導体４のうち、第３の薄膜導体４Ｃと第４
の薄膜導体４Ｄとの間に並列接続された抵抗温度補償用
のチタン薄膜抵抗を示し、該チタン　薄膜抵抗６は高周
波スパッタ法を用いて後に詳述するように絶縁膜２上に
チタン薄膜を０．２μｍ以上の膜厚に形成した後、ホト
リソグラフィ法によってパターン成形されている。 ７は酸化シリコン（Ｓｉｎ．）膜からなり、前記ゲージ
抵抗３、薄膜導体４及びチタン薄膜抵抗６を一体的に覆
うバッシベーション膜、８は前記パッシベーション膜７
を覆うようにダイヤフラムｌに固着された合成樹脂製の
ターミナルベースで、該ターミナルベース８には配線導
出穴８Ａ，８Ａが形成されている。そして、該ターミナ
ルベース８に設けられた接続端子９．１０は前記接続用
端子５Ｃ，５Ｄと配線１１．１２を介してそれぞれ接続
されると共に、出力用のリード線１３，１４が接続され
ている。 更に、ｌ５はターミナルベース８の外周側を囲むように
ダイヤフラム１のフランジ部に嵌着された外力バーで、
該外力バー１５内はターミナルベース８を密封するよう
に絶縁製樹脂１６によってモールドされている。 応カセンサは上述の如く構成されており、端子５Ｂ、５
Ｅと端子５Ｃ　（５Ａ）　、５Ｄ　（５Ｆ）とを用いて
ホイートストンブリッジ回路を形成し、端子５Ｃ，５Ｄ
間に電圧計、電流計等の測定器を接続し、端子５Ｂ，５
Ｅ間に電源を接続してダイヤフラム１の起歪部ｌＡの歪
を測定する。起歪部ＩＡが無負荷状態であればゲージ抵
抗３の電気抵抗は変化しないから、端子５Ｃ，５Ｄ間に
電位差は生じなく、測定器に電流は流れない。一方ダイ
ヤフラム１に矢示方向の負荷が掛って起歪部ＩＡが歪む
と、ゲージ抵抗の電気抵抗が変化する結果、端子５Ｃ，
５Ｄ間に電位差が生じて電流が流れるため、測定器によ
り歪を測定することができる。そして、上述した測定中
チタン薄膜抵抗６はゲージ抵抗３の温度上昇に伴う抵抗
の減少を補償するようになっている。 そこで、次にシリコン製絶縁膜２上に該チタン薄膜抵抗
６を形成する方法について詳述する。 まず、抵抗温度補償用のチタン薄膜抵抗６を形成するに
は、抵抗値が２０〜２００Ωのチタン薄膜を形成する必
要があるが、高周波スパッタ法によりこのようなチタン
薄膜を形成するためには、０．３〜０．５ｋｗのスパッ
タ出力が必要である（第３図参照）。しかし、０．４ｋ
ｗ以上のスパッタ出力でチタンを酸化シリコン膜上に成
膜すると、膜形成後にチッピング（チタン内の気泡の飛
び出しによる膜の剥離）が発生し、チタン薄膜の抵抗が
急増する現象が認められる。なお、スパッタ出力を０．
３ｋｗ未満とした場合には抵抗値が急増し、抵抗温度補
償には適用しえない。 そこで、スパッタ出力な略０．３ｋｗに設定し、スパッ
タ時間を変えてチタン薄膜を形成し、このチタン薄膜の
抵抗をスパッタ時間との関係から見ると、第４図に示す
ようにスパッタ時間を１０分以上に設定したチタン薄膜
が２０〜２００Ωの安定した抵抗を得ることができる。 次に，前述の如くスパッタ出力を略０．　３ｋｗ、スパ
ッタ時間を１０分以上に設定して形成したチタン薄膜の
膜厚（１）と抵抗温度係数（ＴＣＲ）との関係を第５図
に示す。抵抗温度係数（ＴＣＲ）は膜厚（１）が１．５
μｍになるまでは当該膜厚（１）に比例して増大し−、
膜厚が１．５μｍ以上になるとほぼ一定の値約２，００
０ｐｐｍになり、応カセンサの抵抗温度補償用チタン薄
膜としては十分な抵抗温度係数（ＴＣＲ）を得ることが
認められる。 更に、純チタン材及び高周波スパッタ法によりシリコン
膜上に形成したチタン薄膜の結晶構造をＸ線回折法によ
って測定した結果を第６図に示す。抵抗温度係数（ＴＣ
Ｒ）が２，ＯＯＯｐｐｍ以上である純チタン材（純Ｔｌ
）の結晶には、（０１１）、（０１０）、（００２）の
各面が明瞭に検出される。また、前述の如く抵抗温度係
数（ＴＣＲ）の大きい膜厚が１．５ｕｍのチタン薄膜（
Ｔ．）の結晶についても、純チタン材とは各面のＸ線の
ピーク強度比が異なるが（０１１）、（０１０）、（０
０２）の各面が明瞭に検出される。更に、膜厚が０．３
μｍのチタン薄膜（Ｔ．２）の結晶についても、（０１
１）（０１０）、（００２）の各面でピークを検出でき
る。 他方、抵抗温度係数（ＴＣＰ）の小さい薄膜が０４　１
μｍのチタン薄膜（Ｔ，３）の結晶については（０１０
）、（００２）の面は検出されるが、（０１１）面が全
く検出されず、しかも抵抗温度係数（ＴＣＲ）に悪影響
を及ぼす酸化チタン（Ｔ，Ｏ）の結晶面も検出されてい
る。なお、酸化チタン（Ｔ．Ｏ）はスパッタの途中で酸
素と反応して形成されるものである。 かくして、チタン薄膜が応カセンサの抵抗温度補償用抵
抗として必要な抵抗温度係数（ＴＣＲ）を得るためには
、（０１１）面を選択配向させることが必要であり、そ
のためにはチタン薄膜の膜厚を０．２μｍ以上に形成す
ればよいことになる。 叙上の如く本実施例によれば、真空蒸着法と比較して付
着力の強い高周波スパッタ法を用いてシリコン薄膜製の
絶縁膜２上にチタン薄膜を形或するから、応カセンサに
適用しても剥離することがないチタン薄膜抵抗６にする
ことができる。また、高周波スパッタ法によりチタン薄
膜を形成する場合、スパッタ出力を略０．３ｋｗ，スパ
ッタ時間を１０分以上に設定し、膜厚を０．２ｔＬｍ以
上に形或することにより、酸化物を含まない高純度のチ
タン薄膜を得ることができる。 なお、実施例はスパッタ法として高周波スパッタ法を用
いたが、他のスパッタ法も本発明に適用できるものであ
る。 Ｃ発明の効果〕 本発明は以上詳述した如くであって、膜厚を０．２μｍ
以上に形成することにより、酸化物を含まない高純度の
チタン薄膜を形成できる。また、本発明方法によればチ
タン薄膜はシリコン製絶縁膜に対して強い付着力を持つ
から、高圧用応カセンサの抵抗温度補償に用いることが
できる。 更に、スパッタ法の各条件を選択することによって任意
の抵抗温度係数を持ったチタン薄膜な形或でき、特にス
パッタ出力を略０．３ｋｗ、スパッタ時間１０分以上に
設定したとき、純チタン材と同等の抵抗値を持ったチタ
ン薄膜を形成できる。また、膜厚を０．２μｍ以上にし
，結晶構造に（０１１）面を選択配向したチタン薄膜は
高純度で、所望の抵抗温度係数を持った抵抗温度補償用
抵抗として用いることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るスパッタ法により形成し
たチタン薄膜抵抗を用いた応カセンサの縦断面図、第２
図は第１図中の絶縁膜上の実装状態を示す拡大平面図，
第３図はチタン薄膜抵抗とスパッタ出力との関係を示す
線図、第４図はスパッタ出力をＯ−　３ｋｗに設定した
ときのスパッタ時間とチタン薄膜抵抗との関係を示す線
図、第５図はスパッタ出力０．３ｋｗのときにおけるチ
タン薄膜厚さと抵抗温度係数との関係を示す線図、第６
図は純チタン材及び膜厚の異なるチタン薄膜のＸ線回折
結果を示す線図である。 １・・・ダイヤフラム、２・・・絶縁膜、３Ａ，３Ｂ，
３Ｃ，３Ｄ・・・ゲージ抵抗、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ
，４Ｅ，４Ｆ・・・薄膜導体、６・・・チタン薄膜抵抗
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）スパッタ法を用いてシリコン基板上にチタン薄膜
   を形成するチタン薄膜の形成方法において、前記チタン
   薄膜の膜厚を０．２μｍ以上に形成することを特徴とす
   るチタン薄膜の形成方法。
2. （２）前記チタン薄膜を高周波スパッタ法を用いてスパ
   ッタ出力を略０．３ｋｗ、スパッタ時間１０分以上の条
   件により形成するようにした特許請求の範囲１項記載の
   チタン薄膜の形成方法。
3. （３）薄膜が０．２μｍ以上で、結晶構造に（０１１）
   面が選択配向されている抵抗温度補償用チタン薄膜。