(57)【要約】【課題】温度変化によるゲージ率の変動を小さくすることができる歪抵抗薄膜、これを用いた歪センサを提供する。【解決手段】歪抵抗薄膜１は、チタンと炭素と酸素とを含む化合物により形成された感応層１１を備え、感応層１１での炭素の原子組成百分率が２．４ａｔ％以上である。歪センサ２は、基板３１と歪抵抗薄膜１とを備え、歪抵抗薄膜１の電気抵抗が基板３１の歪に応じて変化する。歪抵抗薄膜１の製造方法は、炭化チタンにより形成されたターゲットを基板とともにチャンバー内に配置する感応層形成準備工程と、ターゲットにイオンビームを照射するイオンビームスパッタリングによって基板３１上に感応層１１を形成する感応層形成工程とを備え、感応層形成工程において、不純物として酸素を含んでいる炭化チタンのターゲット上にイオンビームを照射する、または、チャンバー内に酸素ガスを導入しながらターゲット上にイオンビームを照射する。【選択図】図１
2017201235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪センサ用の歪抵抗薄膜であって、
チタンと炭素と酸素とを含む化合物により形成された感応層を備え、
前記感応層での炭素の原子組成百分率が２．４ａｔ％以上である
ことを特徴とする歪抵抗薄膜。
【請求項２】
前記感応層での炭素の原子組成百分率が１０．７ａｔ％以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の歪抵抗薄膜。
【請求項３】
前記感応層に積層された保護層をさらに備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の歪抵抗薄膜。
【請求項４】
前記感応層が前記保護層に挟まれている
ことを特徴とする請求項３に記載の歪抵抗薄膜。
【請求項５】
基板と、当該基板上に設けられた請求項１〜４のいずれか一項に記載の歪抵抗薄膜とを備え、
前記歪抵抗薄膜の電気抵抗が、前記基板の歪に応じて変化する
ことを特徴とする歪センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪（ひずみ）に応じて電気抵抗が変動する歪センサ用の歪抵抗薄膜、その歪抵抗薄膜を用いた歪センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサ、加速度センサ、触覚センサ、および力覚センサ等において、測定対象物の変形量を検出する歪センサ（歪ゲージ）を使用することが知られている。歪センサは、測定対象物の歪に応じて負荷が付与される歪抵抗薄膜を備えており、歪抵抗薄膜の電気抵抗は、その歪抵抗薄膜に与えられた負荷の大きさ、すなわち測定対象物の変形量に応じて変化する。歪センサ用の歪抵抗薄膜としては、ゲージ率（Gauge Factor：歪に応じた電気抵抗の変化量）が大きい金属材料であるクロムまたはクロム化合物により形成された感応層（以下、「クロム系感応層」という）を備えるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２０７９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、クロム系感応層は、温度変化に伴うゲージ率の変動が大きいという性質がある。このため、クロム系感応層を備えた歪抵抗薄膜に一定の大きさの負荷を与えた場合に、その歪抵抗薄膜を備えた歪センサの高温（例えば２５０℃）におけるスパン電圧が、室温（例えば１９℃）におけるスパン電圧の６０％に減少するという不都合があった。
【０００５】
歪抵抗薄膜に与えられた負荷の大きさの検出は、温度に応じてスパン電圧を補償回路で補正することによって精確に行うことができるものの、センサを構成する部品点数が増える等の観点から補償回路を用いることは好ましくなかった。そのため、温度変化によるゲージ率の変動が小さい感応層を備えた歪抵抗薄膜が求められていた。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、温度変化によるゲージ率の変動が小さい感応層を備えた歪センサ用の歪抵抗薄膜、これを用いた歪センサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の歪抵抗薄膜は、歪センサ用の歪抵抗薄膜であって、チタンと炭素と酸素とを含む化合物により形成された感応層を備え、前記感応層での炭素の原子組成百分率が２．４ａｔ％以上であることを特徴とする。この構成によれば、クロムを含まない化合物により感応層を形成することができ、温度変化によるゲージ率の変動が小さい感応層を備えた歪センサ用の歪抵抗薄膜を実現することができる。
【０００８】
請求項２に記載の歪抵抗薄膜は、請求項１に記載の歪抵抗薄膜において、前記感応層での炭素の原子組成百分率が１０．７ａｔ％以上であることを特徴とする。この構成によれば、歪抵抗薄膜のＴＣＲ（Temperature Coefficient of Resistance：電気抵抗の温度微分係数）の大きさ（絶対値）を、一般的に良好なＴＣＲ値である８００ｐｐｍ／Ｋ未満とすることができ、歪抵抗薄膜のＴＣＲを０ｐｐｍ／Ｋに十分近づけることができる。
【０００９】
請求項３に記載の歪抵抗薄膜は、請求項１または２に記載の歪抵抗薄膜において、前記感応層に積層された保護層をさらに備えることを特徴とする。この構成によれば、感応層に保護層が積層されることによって、高温（例えば４００℃）における感応層の酸化を防ぐことができ、比抵抗と温度との関係（ρ−Ｔ特性）の変化を抑制することができる。
【００１０】
請求項４に記載の歪抵抗薄膜は、請求項３に記載の歪抵抗薄膜において、前記感応層が前記保護層に挟まれていることを特徴とする。この構成によれば、感応層の酸化を効果的に防ぐことができ、ρ−Ｔ特性の変化を一層抑制することができる。
【００１１】
請求項５に記載の歪センサは、基板と、当該基板上に設けられた請求項１〜４のいずれか一項に記載の歪抵抗薄膜とを備え、前記歪抵抗薄膜の電気抵抗が、前記基板の歪に応じて変化することを特徴とする。この構成によれば、歪抵抗薄膜に一定の大きさの負荷を与えた場合に、歪センサの高温（例えば２５０℃）におけるスパン電圧は、室温（２７℃）におけるスパン電圧とほぼ同じになる。このため、室温から高温にわたって補償回路を必要としない歪センサを実現することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温度変化によるゲージ率の変動が小さい感応層を備えた歪センサ用の歪抵抗薄膜、これを用いた歪センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る歪抵抗薄膜および当該歪抵抗薄膜を用いた歪センサの断面図であって、（Ａ）は２層膜構造の歪抵抗薄膜を示す図であり、（Ｂ）は３層膜構造の歪抵抗薄膜を示す図である。
【図２】（Ａ）は製膜時の酸素ガス供給量に応じた炭酸化チタン薄膜の原子組成百分率の変化を示すグラフであり、（Ｂ）は製膜時の酸素ガス供給量に応じた炭酸化チタン薄膜の室温でのゲージ率の変化を示すグラフであり、（Ｃ）は製膜時の酸素ガス供給量に応じたＴＣＲの変化を示すグラフである。
【図３】実施例に係る２層膜構造の歪抵抗薄膜のρ-Ｔ特性を示す散布図である。
【図４】実施例に係る３層膜構造の歪抵抗薄膜のρ-Ｔ特性を示す散布図である。
【図５】実施例に係る歪抵抗薄膜を備えた歪センサのスパン電圧の温度特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照して、本発明に係る歪抵抗薄膜１および歪センサ２について説明する。
図１に示すように、本発明に係る歪抵抗薄膜１は、２層膜構造の歪抵抗薄膜１Ａまたは３層膜構造の歪抵抗薄膜１Ｂとして具現化することができる。歪抵抗薄膜１は、通電可能な感応層１１と、感応層１１に積層された１つの保護層２１（図１（Ａ）参照）または２つの保護層２１，２２（図１（Ｂ）参照）とを備えている。歪抵抗薄膜１Ｂの感応層１１は、保護層２１，２２に挟まれている。
【００１５】
感応層１１は、クロム（Ｃｒ）を含まずに、チタン（Ｔｉ）と炭素（Ｃ）と酸素（Ｏ）とを含む化合物（以下、「炭酸化チタン」という）により形成されている。感応層１１の通電性を確保するために、感応層１１での炭素の原子組成百分率は２．４ａｔ％以上である。また、感応層１１のＴＣＲを０ｐｐｍ／Ｋに近づけるために、感応層１１での炭素の原子組成百分率は１０．７ａｔ％以上であることが好ましい。感応層１１を形成する炭酸化チタン（ＴｉＯＣ）において、チタンと炭素と酸素の組成比は、感応層１１の形成時に適宜決定することができる。なお、感応層１１に少量の不純物が混入していてもよく、例えば、感応層１１を形成する化合物に少量の窒素（Ｎ）が含まれていてもよい。
【００１６】
保護層２１は、薄膜積層体からなる歪抵抗薄膜１の最外層を構成しており、内層である感応層１１を保護する。保護層２１，２２は、感応層１１に比べて高い電気的絶縁性を有するとともに、耐熱性・耐酸化性に優れた材料により形成されている。例えば、保護層２１，２２は、ケイ素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）とを含む化合物（以下、「炭化ケイ素」という）により形成される。なお、保護層２１，２２は、同一の材料により形成されていてもよく、互いに異なる材料により形成されていてもよい。
【００１７】
歪センサ２は、圧力センサや加速度センサ等に使用される歪ゲージである。歪センサ２は、基板３１と、基板３１上に設けられた歪抵抗薄膜１と、感応層１１に対して電気的に接続された電極（不図示）とを備えている。
【００１８】
基板３１は、絶縁性を有する材料により形成されている。基板３１は、測定対象物（図示略）に取り付けられ、測定対象物が変形することによって、基板３１および歪抵抗薄膜１には、測定対象物の歪に応じた負荷が付与される。こうして、歪抵抗薄膜１の電気抵抗が、測定対象物の変形量に応じて変化する。
【００１９】
次に、歪抵抗薄膜１の製造方法について説明する。
２層膜構造の歪抵抗薄膜１Ａは、感応層形成準備工程Ｓ１、感応層形成工程Ｓ２、保護層形成準備工程Ｓ３、保護層形成工程Ｓ４、パターン形成工程Ｓ５を順番に経て製造される。
【００２０】
感応層形成準備工程Ｓ１では、炭化チタン（不純物として酸素および窒素を含んでいてもよい）により形成されたターゲットを基板３１とともにイオンビームスパッタ装置のチャンバー内に配置し、次いで、感応層形成工程Ｓ２において、ターゲットにイオンビームを照射するイオンビームスパッタリングによって基板３１上に感応層１１を形成する。感応層形成工程Ｓ２においては、不純物として酸素を含んでいる炭化チタンのターゲット上にイオンビームを照射するか、チャンバー内に酸素ガスを導入しながらターゲット上にイオンビームを照射する。こうして、感応層１１を形成する化合物には、ターゲットの形成材料であるチタンおよび炭素が含まれるとともに酸素が含まれる。保護層形成準備工程Ｓ３では、保護層形成材料により形成されたターゲットを感応層１１が形成された基板３１とともにイオンビームスパッタ装置のチャンバー内に配置し、次いで、保護層形成工程Ｓ４において、ターゲットにイオンビームを照射するイオンビームスパッタリングによって感応層１１の表面上に保護層２１を形成する。そして、パターン形成工程Ｓ５において、エッチングによって所定のパターンを有する歪抵抗薄膜１を形成する。
【００２１】
３層膜構造の歪抵抗薄膜１Ｂは、下側保護層形成準備工程Ｓ１１、下側保護層形成工程Ｓ１２、感応層形成準備工程Ｓ１３、感応層形成工程Ｓ１４、上側保護層形成準備工程Ｓ１５、上側保護層形成工程Ｓ１６、パターン形成工程Ｓ１７を順番に経て製造される。
【００２２】
下側保護層形成準備工程Ｓ１１では、保護層形成材料により形成されたターゲットを基板３１とともにイオンビームスパッタ装置のチャンバー内に配置し、次いで、下側保護層形成工程Ｓ１２において、ターゲットにイオンビームを照射するイオンビームスパッタリングによって基板３１の表面上に保護層２２を形成する。これ以降の工程Ｓ１３〜Ｓ１７は、上記の工程Ｓ１〜Ｓ５と同様であるため、その説明を省略する。
【実施例】
【００２３】
［炭酸化チタン薄膜の評価試験］
感応層１１を形成する炭酸化チタン薄膜の特性を評価するために、下記の（製膜条件１）〜（製膜条件７）を満たすことが可能なイオンビームスパッタ装置（日新電機（株）製：NIS-250-L）を用い、純度９９％の炭化チタン（ＴｉＣ）をターゲットとし、石英を基板として、厚さが約１００ｎｍである９種の炭酸化チタン薄膜を作製した。９種の炭酸化チタン薄膜は、製膜時の酸素ガス供給量を変えて作製された薄膜であって、酸素ガスを０〜１．５０ｓｃｃｍでチャンバー内に導入することにより作製された薄膜である。なお、本実施例では、酸素ガスを０〜１．００ｓｃｃｍの範囲内の流量でチャンバー内に導入する場合には、酸素をアルゴン（Ａｒ）で希釈して得られる濃度が５ｖｏｌ％の希釈酸素ガスを用い、酸素ガスを１．００ｓｃｃｍより大きい流量でチャンバー内に導入する場合には、濃度が１００ｖｏｌ％の酸素ガスを用いることで、酸素ガス供給量を０〜１．５０ｓｃｃｍとした。なお、（製膜条件３）のＡｒガス供給量は、希釈酸素ガスに含まれるＡｒガスの供給量を含まない。
（製膜条件１）到達真空度：５．０×１０−５Ｐａ
（製膜条件２）基板温度：５００℃（７７３Ｋ）
（製膜条件３）Ａｒガス供給量：３．０ｓｃｃｍ
（製膜条件４）加速電圧：１０００Ｖ
（製膜条件５）減速電圧：−５００Ｖ
（製膜条件６）アーク電圧：６０Ｖ
（製膜条件７）ターゲット電流：２０ｍＡ
【００２４】
作製した９種の炭酸化チタン薄膜について、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）装置（アルバック・ファイ（株）製：PHI Quantera II（登録商標））を用い、炭酸化チタン薄膜を構成する原子の組成率を測定した。９種の炭酸化チタン薄膜に係る原子組成百分率を下記の表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
また、上記９種の炭酸化チタン薄膜について、デジタルフォースゲージおよびデジタルマルチメータを用い、炭酸化チタン薄膜の室温でのゲージ率を測定し、ホール効果測定装置（（株）東陽テクニカ製：ResiTest8308）を用い、炭酸化チタン薄膜の室温での比抵抗を真空雰囲気で測定した。また、炭酸化チタン薄膜を真空雰囲気で加熱して、室温から３００℃（５７３Ｋ）に昇温する際の炭酸化チタン薄膜の比抵抗を測定した。そして、この測定結果に基づいて、最小二乗法によって温度変化量に対する比抵抗変化量（Δρ／ΔＴ）を算出し、（Δρ／ΔＴ）を室温での比抵抗で割ることによって炭酸化チタン薄膜のＴＣＲを算出した。９種の炭酸化チタン薄膜に係る室温でのゲージ率、室温での比抵抗、およびＴＣＲを下記の表２に示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
図２は、表１および表２で示した炭酸化チタン薄膜に係る原子組成百分率、室温でのゲージ率、およびＴＣＲのグラフである。図２（Ａ）において、実線Ｔｉはチタンの組成率を示し、破線Ｏは酸素の組成率を示し、一点鎖線Ｃは炭素の組成率を示し、二点鎖線Ｎは窒素の組成率を示している。
【００２９】
表１および図２に示すように、製膜時の酸素ガス供給量が増えるにつれて、炭酸化チタン薄膜に含まれる酸素が増加し、炭酸化チタン薄膜に含まれるチタンおよび炭素は減少する。また、製膜時の酸素ガス供給量が増えるとき、炭素の減少量はチタンの減少量よりも大きい傾向にある。なお、製膜時の酸素ガス供給量が０ｓｃｃｍである炭酸化チタン薄膜に含まれる酸素および窒素は、炭化チタンからなるターゲットに含まれる酸素および窒素に起因している。
【００３０】
また、表２および図２に示すように、製膜時の酸素ガス供給量が１．５０ｓｃｃｍである炭酸化チタン薄膜の電気抵抗は非常に大きく、この炭酸化チタン薄膜は、通電性が求められる感応層１１として採用できない。すなわち、製膜時の酸素ガス供給量が０．６９ｓｃｃｍ以下（希釈酸素ガス供給量が１３．８０ｓｃｃｍ以下）である炭酸化チタン薄膜、換言すれば、炭素の原子組成百分率が２．４ａｔ％以上である炭酸化チタン薄膜が、感応層１１として採用できる。また、炭酸化チタン薄膜のＴＣＲを０ｐｐｍ／Ｋとするための製膜時の酸素ガス供給量の最適値は、０．０５〜０．０７ｓｃｃｍの範囲内に存在し、製膜時の酸素ガス供給量が０〜０．０７ｓｃｃｍであるとき、絶対値が２００ｐｐｍ／Ｋ未満の非常に良好なＴＣＲを実現することできた。
【００３１】
なお、炭酸化チタン薄膜を大気雰囲気で加熱したところ、４００℃（６７３Ｋ）以上に昇温する際に、炭酸化チタン薄膜の比抵抗が急激に増大した。この炭酸化チタン薄膜の高抵抗化は、炭酸化チタン薄膜が酸化して酸化チタン薄膜に変化したためである。よって、炭酸化チタン薄膜のみからなる歪抵抗薄膜は、高温・大気中で使用される歪センサ用の歪抵抗薄膜としては好ましくない。
【００３２】
［歪抵抗薄膜の作製］
（実施例１）
感応層１１の厚さが１００ｎｍであって保護層２１の厚さが３０ｎｍである２層膜構造の歪抵抗薄膜１Ａを作製した。感応層１１は、上記［炭酸化チタン薄膜の評価試験］に記載の方法で形成された炭酸化チタン薄膜であって、この実施例１では、感応層形成工程Ｓ２において、酸素ガス供給量を０ｓｃｃｍとし、不純物として少なくとも酸素を含んだ炭化チタンからなるターゲットを用いてイオンビームスパッタリングを行った。また、保護層２１は、感応層１１を形成したイオンビームスパッタ装置を用いて形成された炭化ケイ素薄膜であって、保護層形成工程Ｓ４においては、純度９９．９％の炭化ケイ素（ＳｉＣ）をターゲットとし、感応層１１が形成された石英を基板とし、酸素ガスをチャンバー内に導入せずにイオンビームを照射した。なお、以下の実施例２〜８では、感応層形成工程Ｓ２における酸素ガス供給量を除いて実施例１と同じ方法により歪抵抗薄膜１Ａを作製した。
【００３３】
（実施例２）
各層１１，２１の厚さが実施例１と同じである歪抵抗薄膜１Ａを作製した。この実施例２では、感応層形成工程Ｓ２において、希釈酸素ガス供給量を０．６０ｓｃｃｍ（酸素ガス供給量は０．０３ｓｃｃｍ）として、希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００３４】
（実施例３）
各層１１，２１の厚さが実施例１と同じである歪抵抗薄膜１Ａを作製した。この実施例３では、感応層形成工程Ｓ２において、希釈酸素ガス供給量を１．００ｓｃｃｍ（酸素ガス供給量は０．０５ｓｃｃｍ）とし、希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００３５】
（実施例４）
各層１１，２１の厚さが実施例１と同じである歪抵抗薄膜１Ａを作製した。この実施例４では、感応層形成工程Ｓ２において、希釈酸素ガス供給量を１．４０ｓｃｃｍ（酸素ガス供給量は０．０７ｓｃｃｍ）とし、希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００３６】
（実施例５）
各層１１，２１の厚さが実施例１と同じである歪抵抗薄膜１Ａを作製した。この実施例５では、感応層形成工程Ｓ２において、希釈酸素ガス供給量を２．８０ｓｃｃｍ（酸素ガス供給量は０．１４ｓｃｃｍ）とし、希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００３７】
（実施例６）
各層１１，２１の厚さが実施例１と同じである歪抵抗薄膜１Ａを作製した。この実施例６では、感応層形成工程Ｓ２において、希釈酸素ガス供給量を４．６０ｓｃｃｍ（酸素ガス供給量は０．２３ｓｃｃｍ）とし、希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００３８】
（実施例７）
各層１１，２１の厚さが実施例１と同じである歪抵抗薄膜１Ａを作製した。この実施例７では、感応層形成工程Ｓ２において、希釈酸素ガス供給量を８．３０ｓｃｃｍ（酸素ガス供給量は０．４２ｓｃｃｍ）とし、希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００３９】
（実施例８）
各層１１，２１の厚さが実施例１と同じである歪抵抗薄膜１Ａを作製した。この実施例７では、感応層形成工程Ｓ２において、希釈酸素ガス供給量を１３．８０ｓｃｃｍ（酸素ガス供給量は０．６９ｓｃｃｍ）とし、希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００４０】
（実施例９）
感応層１１の厚さが１００ｎｍであって保護層２１，２２の各々の厚さが３０ｎｍである３層膜構造の歪抵抗薄膜１Ｂを作製した。感応層１１は、上記［炭酸化チタン薄膜の評価試験］に記載の方法で形成された炭酸化チタン薄膜であって、この実施例９では、感応層形成工程Ｓ１４において、実施例１と同様に酸素ガス供給量を０ｓｃｃｍとし、不純物として少なくとも酸素を含んだ炭化チタンからなるターゲットを用いてイオンビームスパッタリングを行った。また、保護層２１，２２は、感応層１１を形成したイオンビームスパッタ装置を用いて形成された炭化ケイ素薄膜であって、保護層形成工程Ｓ１２，Ｓ１６においては、純度９９．９％の炭化ケイ素（ＳｉＣ）をターゲットとし、酸素ガスをチャンバー内に導入せずにイオンビームを照射した。なお、以下の実施例１０〜１６では、感応層形成工程Ｓ１４における酸素ガス供給量を除いて実施例９と同じ方法により歪抵抗薄膜１Ｂを作製した。
【００４１】
（実施例１０）
各層１１，２１，２２の厚さが実施例９と同じである歪抵抗薄膜１Ｂを作製した。この実施例１０では、感応層形成工程Ｓ１４において、実施例２と同様にして、酸素ガス供給量が０．０３ｓｃｃｍとなるように希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００４２】
（実施例１１）
各層１１，２１，２２の厚さが実施例９と同じである歪抵抗薄膜１Ｂを作製した。この実施例１１では、感応層形成工程Ｓ１４において、実施例３と同様にして、酸素ガス供給量が０．０５ｓｃｃｍとなるように希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００４３】
（実施例１２）
各層１１，２１，２２の厚さが実施例９と同じである歪抵抗薄膜１Ｂを作製した。この実施例１２では、感応層形成工程Ｓ１４において、実施例４と同様にして、酸素ガス供給量が０．０７ｓｃｃｍとなるように希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００４４】
（実施例１３）
各層１１，２１，２２の厚さが実施例９と同じである歪抵抗薄膜１Ｂを作製した。この実施例１３では、感応層形成工程Ｓ１４において、実施例５と同様にして、酸素ガス供給量が０．１４ｓｃｃｍとなるように希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００４５】
（実施例１４）
各層１１，２１，２２の厚さが実施例９と同じである歪抵抗薄膜１Ｂを作製した。この実施例１４では、感応層形成工程Ｓ１４において、実施例６と同様にして、酸素ガス供給量が０．２３ｓｃｃｍとなるように希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００４６】
（実施例１５）
各層１１，２１，２２の厚さが実施例９と同じである歪抵抗薄膜１Ｂを作製した。この実施例１５では、感応層形成工程Ｓ１４において、実施例７と同様にして、酸素ガス供給量が０．４２ｓｃｃｍとなるように希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００４７】
（実施例１６）
各層１１，２１，２２の厚さが実施例９と同じである歪抵抗薄膜１Ｂを作製した。この実施例１６では、感応層形成工程Ｓ１４において、実施例８と同様にして、酸素ガス供給量が０．６９ｓｃｃｍとなるように希釈酸素ガスをチャンバー内に導入しながらイオンビームを照射した。
【００４８】
（実施例１７）
保護層形成工程Ｓ１２，Ｓ１６におけるスパッタリング時間を除いて実施例１１と同じ方法により、感応層１１の厚さが１００ｎｍであって保護層２１，２２の各々の厚さも１００ｎｍである３層膜構造の歪抵抗薄膜１Ｂを作製した。
【００４９】
［２層膜構造の歪抵抗薄膜の評価試験］
実施例１〜８の歪抵抗薄膜１Ａついて、上記［炭酸化チタン薄膜の評価試験］と同様の方法で、歪抵抗薄膜１Ａの室温でのゲージ率を測定するとともに、歪抵抗薄膜１Ａの室温での比抵抗を大気雰囲気で測定した。また、歪抵抗薄膜１Ａを大気雰囲気で加熱して、室温から５００℃（７７３Ｋ）に昇温する際の歪抵抗薄膜１Ａの比抵抗を測定した。そして、この測定結果に基づいて、温度変化量に対する比抵抗変化量（Δρ／ΔＴ）を最小二乗法によって算出し、（Δρ／ΔＴ）を室温での比抵抗で割ることによって歪抵抗薄膜１ＡのＴＣＲを算出した。実施例１〜８の歪抵抗薄膜１Ａに係る室温でのゲージ率、室温での比抵抗、およびＴＣＲを下記の表３に示す。
【００５０】
【表３】
2017201235.tif 000005
【００５１】
また、実施例３の歪抵抗薄膜１Ａを大気雰囲気で室温から５００℃（７７３Ｋ）の範囲内において加熱および冷却することを３回繰り返し、加熱前および冷却後における歪抵抗薄膜１Ａの室温での比抵抗、および、昇温中および降温中の歪抵抗薄膜１Ａの比抵抗を測定した。実施例３の歪抵抗薄膜１Ａについて、室温での比抵抗の測定結果、および、昇温中および降温中の比抵抗の測定結果を、散布図として図３に示す。また、比抵抗の測定結果に基づいて、昇温時および降温時のそれぞれにおける温度変化量に対する比抵抗変化量(Δρ／ΔＴ）を最小二乗法によって算出し、（Δρ／ΔＴ）を室温での比抵抗で割ることによって歪抵抗薄膜１ＡのＴＣＲを算出した。実施例３の歪抵抗薄膜１Ａに係る比抵抗およびＴＣＲを下記の表４に示す。
【００５２】
【表４】
2017201235.tif 000006
【００５３】
表３に示すように、感応層１１での炭素の原子組成百分率が２．４ａｔ％以上である実施例１〜８の歪抵抗薄膜１Ａは、いずれも、室温で３以上の良好なゲージ率を有している。また、実施例１〜５の歪抵抗薄膜１Ａは、いずれも、絶対値が８００ｐｐｍ／Ｋ未満の良好なＴＣＲを有している。このため、絶対値が８００ｐｐｍ／Ｋ未満の良好なＴＣＲを得るためには、実施例１〜５に係る感応層１１の原子組成比に基づいて、感応層１１での酸素の原子組成百分率が４２ａｔ％以下、換言すれば感応層１１での炭素の原子組成百分率が１０．７ａｔ％以上であることが好ましいことが判る。また、歪抵抗薄膜１ＡのＴＣＲを０ｐｐｍ／Ｋとするための感応層形成工程Ｓ２での酸素ガス供給量の最適値は、０．０７〜０．１４ｓｃｃｍの範囲内に存在し、感応層形成工程Ｓ２での酸素ガス供給量が０．０５〜０．１４ｓｃｃｍである実施例３〜５の歪抵抗薄膜１Ａは、絶対値が２００ｐｐｍ／Ｋ未満の非常に良好なＴＣＲを有していることが判る。
【００５４】
図３では、昇温時の比抵抗の測定結果は、白で塗りつぶされた記号によりプロットされており、降温時の比抵抗の測定結果は、黒で塗りつぶされた記号によりプロットされている。また、１回目の昇温時および降温時の比抵抗の測定結果は、円形状の記号によりプロットされ、２回目の昇温時および降温時の比抵抗の測定結果は、三角形状の記号によりプロットされ、３回目の昇温時および降温時の比抵抗の測定結果は、四角形状の記号によりプロットされている。
【００５５】
図３および表４に示すように、加熱前および冷却後における歪抵抗薄膜１Ａの比抵抗に大きな変化はなく、歪抵抗薄膜１Ａの比抵抗と温度との関係（ρ−Ｔ特性）は安定している。こうして、歪抵抗薄膜１Ａは、ρ−Ｔ特性の変化の抑制を実現することができた。また、加熱および冷却を繰り返しても、歪抵抗薄膜１Ａは、絶対値が２００ｐｐｍ／Ｋ未満の非常に良好なＴＣＲを維持することができた。なお、表３に記載の実施例３に係る比抵抗およびＴＣＲの測定結果と、表４に記載の比抵抗およびＴＣＲの測定結果との相違は、測定対象とした歪抵抗薄膜１Ａの固体差に起因する。
【００５６】
［３層膜構造の歪抵抗薄膜の評価試験］
実施例９〜１７の歪抵抗薄膜１Ｂついて、上記［２層膜構造の歪抵抗薄膜の評価試験］と同様の方法で、歪抵抗薄膜１Ｂの室温でのゲージ率および比抵抗を測定し、歪抵抗薄膜１ＢのＴＣＲを算出した。実施例９〜１７の歪抵抗薄膜１Ｂに係る室温でのゲージ率、室温での比抵抗、およびＴＣＲを下記の表５に示す。
【００５７】
【表５】
2017201235.tif 000007
【００５８】
また、実施例１１の歪抵抗薄膜１Ｂを、上記［２層膜構造の歪抵抗薄膜の評価試験］と同様の方法で、加熱前および冷却後における歪抵抗薄膜１Ｂの室温での比抵抗、および、昇温中および降温中の歪抵抗薄膜１Ｂの比抵抗を測定し、歪抵抗薄膜１ＢのＴＣＲを算出した。実施例１１の歪抵抗薄膜１Ｂについて、室温での比抵抗の測定結果、および、昇温中および降温中の比抵抗の測定結果を、散布図として図４に示すとともに、実施例１１の歪抵抗薄膜１Ｂに係る比抵抗およびＴＣＲを下記の表６に示す。なお、図４にプロットされた記号は、図３にプロットされた記号と同様の意味を有する。
【００５９】
【表６】
2017201235.tif 000008
【００６０】
表５に示すように、感応層１１での炭素の原子組成百分率が２．４ａｔ％以上である実施例９〜１６の歪抵抗薄膜１Ｂは、いずれも、室温で２．７以上の良好なゲージ率を有している。また、実施例９〜１３の歪抵抗薄膜１Ｂは、いずれも、絶対値が８００ｐｐｍ／Ｋ未満の良好なＴＣＲを有している。このため、絶対値が８００ｐｐｍ／Ｋ未満の良好なＴＣＲを得るためには、実施例９〜１３に係る感応層１１の原子組成比に基づいて、感応層１１での酸素の原子組成百分率が４２ａｔ％以下、換言すれば感応層１１での炭素の原子組成百分率が１０．７ａｔ％以上であることが好ましいことが判る。また、歪抵抗薄膜１ＢのＴＣＲを０ｐｐｍ／Ｋとするための感応層形成工程Ｓ１４での酸素ガス供給量の最適値は、０．０５〜０．０７ｓｃｃｍの範囲内に存在し、感応層形成工程Ｓ１４での酸素ガス供給量が０．０３〜０．０７ｓｃｃｍである実施例１０〜１２，１７の歪抵抗薄膜１Ｂは、絶対値が２００ｐｐｍ／Ｋ未満の非常に良好なＴＣＲを有していることが判る。
【００６１】
図４および表６に示すように、加熱前および冷却後における歪抵抗薄膜１Ｂの比抵抗に大きな変化はなく、歪抵抗薄膜１Ａの比抵抗と温度との関係（ρ−Ｔ特性）は安定しており、加熱および冷却を繰り返しても、歪抵抗薄膜１Ａは、絶対値が２００ｐｐｍ／Ｋ未満の非常に良好なＴＣＲを維持している。また、３層膜構造の歪抵抗薄膜１Ｂは、２層膜構造の歪抵抗薄膜１Ａに比べて、ρ−Ｔ特性の変化を一層抑制することを実現することができた。なお、表５に記載の実施例１１に係る比抵抗およびＴＣＲの測定結果と、表６に記載の比抵抗およびＴＣＲの測定結果との相違は、測定対象とした歪抵抗薄膜１Ｂの固体差に起因する。
【００６２】
［歪センサのスパン電圧の評価試験］
実施例１１の歪抵抗薄膜１Ｂをホイートストンブリッジ回路の電気抵抗として備える歪センサ２を作製した。次いで、ホイートストンブリッジ回路に５Ｖの駆動電圧を印加して、デジタルマルチメータを用い、歪センサ２に負荷を与えない場合の当該ブリッジ回路の中間点での電圧をオフセット電圧として測定し、歪センサ２に０．９ＭＰａの負荷を与えた場合の当該ブリッジ回路の中間点での電圧を出力電圧として測定した。そして、オフセット電圧と出力電圧との差を、歪センサ２のスパン電圧として算出した。また、歪センサ２が室温から２５０℃の範囲内で加熱された状態におけるオフセット電圧および出力電圧を測定して、歪センサ２を加熱したときのスパン電圧を算出した。実施例１１の歪抵抗薄膜１Ｂを備えた歪センサ２のスパン電圧の算出結果を、実線による折れ線のグラフとして図５に示す。図５において、実施例１１の歪抵抗薄膜１Ｂを備えた歪センサ２のスパン電圧の算出結果は、黒で塗りつぶされた円形状の記号によりプロットされている。
【００６３】
また、実施例１７の歪抵抗薄膜１Ｂをホイートストンブリッジ回路の電気抵抗として備える歪センサ２を作製した。そして、上記と同じ方法で、オフセット電圧および出力電圧を測定し、スパン電圧を算出した。実施例１７の歪抵抗薄膜１Ｂを備えた歪センサ２のスパン電圧の算出結果を、破線による折れ線のグラフとして図５に示す。図５において、実施例１７の歪抵抗薄膜１Ｂを備えた歪センサ２のスパン電圧の算出結果は、白で塗りつぶされた円形状の記号によりプロットされている。
【００６４】
図５に示すように、歪センサ２に一定の大きさの負荷を与えた場合、すなわち炭酸化チタン薄膜からなる感応層１１を備えた歪抵抗薄膜１に一定の大きさの負荷を与えた場合に、歪センサ２の高温（２５０℃）におけるスパン電圧は、室温におけるスパン電圧とほぼ同じになる。このため、室温から高温にわたって補償回路を必要としない歪センサ２を実現することができた。
【００６５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記構成を適宜変更することもできる。例えば、感応層１１および保護層２１，２２の厚さを適宜変更してもよく、保護層２１，２２の形成材料および基板３１の形成材料を適宜変更してもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、歪抵抗薄膜１が基板３１の表面上に設けられる構成であるが、測定対象物が絶縁性を有していれば、測定対象物の表面上に歪抵抗薄膜１を設けることもできる。すなわち、基板３１を介さずに測定対象物に歪抵抗薄膜１を直接形成することもできる。また、基板３１を介さずに、歪抵抗薄膜１と同様にして形成される絶縁膜（不図示）を介して、測定対象物に歪抵抗薄膜１を設けることもできる。
【００６７】
また、歪抵抗薄膜１が、感応層１１および保護層２１，２２以外の薄膜層を備えることもできる。すなわち、４層以上の薄膜により歪抵抗薄膜１を構成してもよい。また、感応層１１が酸化しないのであれば、すなわち例えば歪抵抗薄膜１を大気雰囲気で用いることがなければ、保護層２１，２２を省略することもできる。
【符号の説明】
【００６８】
１  歪抵抗薄膜
２  歪センサ
１１  感応層
２１，２２  保護層
３１  基板
【図１】
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【図２】
2017201235.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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