特許 6747334 電子デバイス及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6747334

(24)【登録日】2020年8月11日

(45)【発行日】2020年8月26日

(54)【発明の名称】電子デバイス及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 41/187 20060101AFI20200817BHJP

   H01L 41/113 20060101ALI20200817BHJP

   H01L 41/316 20130101ALI20200817BHJP

【ＦＩ】

   H01L41/187

   H01L41/113

   H01L41/316

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-28873(P2017-28873)

(22)【出願日】2017年2月20日

(65)【公開番号】特開2018-137268(P2018-137268A)

(43)【公開日】2018年8月30日

【審査請求日】2019年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006264

【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120396

【弁理士】

【氏名又は名称】杉浦 秀幸

(72)【発明者】

【氏名】濱 大祐

(72)【発明者】

【氏名】藤田 利晃

(72)【発明者】

【氏名】曽山 信幸

【審査官】 上田 智志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２０５３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０２９６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０２２５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０１６３１２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６３−１７８５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２０１３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１２１０２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ４１／１１３，４１／１８７，４１／１６

Ｇ０１Ｄ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電特性を有した材料で形成された第１金属窒化膜と、
サーミスタ特性を有した材料で形成され前記第１金属窒化膜に積層された第２金属窒化膜と、
前記第１金属窒化膜に形成された少なくとも１以上の第１電極と、
前記第２金属窒化膜に形成された少なくとも２以上の第２電極とを備え、
前記第１金属窒化膜と前記第２金属窒化膜との結晶構造が、いずれも六方晶系のウルツ鉱型の単相であることを特徴とする電子デバイス。

【請求項2】

請求項１に記載の電子デバイスにおいて、
前記第１金属窒化膜が、結晶性Ａｌ−Ｎであり、
前記第２金属窒化膜が、一般式：Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚ（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９８、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなることを特徴とする電子デバイス。

【請求項3】

請求項２に記載の電子デバイスにおいて、
前記第１電極が形成された前記第１金属窒化膜及び前記第２電極が形成された前記第２金属窒化膜が積層された基材を備え、
前記基材が、絶縁性フィルムであることを特徴とする電子デバイス。

【請求項4】

請求項２又は３に記載の電子デバイスにおいて、
前記第２金属窒化膜が、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎであることを特徴とする電子デバイス。

【請求項5】

請求項２から４のいずれか一項に記載の電子デバイスを製造する方法であって、
前記第１電極上にＡｌスパッタリングターゲットを用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って前記第１金属窒化膜を形成する第１窒化膜成膜工程と、
前記第１金属窒化膜上にＭ−Ａ合金スパッタリングターゲット（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。）を用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って前記第２金属窒化膜を成膜する第２窒化膜成膜工程と、
前記第２金属窒化膜上に前記第２電極を形成する第２電極形成工程とを有していることを特徴とする電子デバイスの製造方法。

【請求項6】

請求項２から４のいずれか一項に記載の電子デバイスを製造する方法であって、
前記第２電極上にＭ−Ａ合金スパッタリングターゲット（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。）を用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って前記第２金属窒化膜を成膜する第２窒化膜成膜工程と、
前記第２金属窒化膜上にＡｌスパッタリングターゲットを用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って前記第１金属窒化膜を形成する第１窒化膜成膜工程と、
前記第１金属窒化膜上に前記第１電極を形成する第１電極形成工程とを有していることを特徴とする電子デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動センサ機能と温度センサ機能とを単一デバイス中に有した電子デバイス及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

歪及び温度を同時に検出可能なセンサとして、従来、例えば特許文献１には、導電性基板上に絶縁性膜を形成し、さらに絶縁性膜上に温度センサ材料及び歪センサ材料を成膜してなる感温感歪複合センサが記載されている。この感温感歪複合センサでは、温度センサ材料又は歪センサ材料のいずれか一方を成膜した表面に絶縁性膜を形成した後、さらにその上に温度センサ材料又は歪センサ材料の他方を重ねて成膜し、温度と歪とを同時に検出可能にしている。
なお、この感温感歪複合センサでは、温度センサ材料が、鉄とパラジウムと少量の不純物とからなり、歪センサ材料が、窒素とクロムと少量の不純物とからなるものを採用している。

【0003】

また、特許文献２には、高分子母材中に圧電セラミック粉末を混入した平板状複合圧電体と、平板状複合圧電体の両面に密着して配置された可撓性電極とからなり、両可撓性電極に接続された振動電圧検出手段と、可撓性電極の少なくとも一方に接続された抵抗検出手段とからなる可撓性圧電素子が記載されている。この可撓性圧電素子では、可撓性複合圧電体の振動電圧を検出すると共に、可撓性電極の抵抗温度特性に基づいて抵抗値の温度依存性を測定して可撓性複合圧電体の温度を検出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−２２１６９６号公報

【特許文献2】特開２００２−２２５６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１に記載の技術では、温度センサ材料と歪センサ材料とを積層するために、これらの間に絶縁性膜を形成する必要があり、全体の工程数が増大してしまう不都合があった。
また、特許文献２に記載の技術では、樹脂等の高分子母材中に圧電セラミック粉末を混入した平板状複合圧電体であるため、高温で使用することができないという不都合があった。

【0006】

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、振動センサ機能と温度センサ機能とを有し、簡易なプロセスで作製できると共に、高温でも使用可能な電子デバイス及びその製造方法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】

【0007】

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る電子デバイスは、圧電特性を有した材料で形成された第１金属窒化膜と、サーミスタ特性を有した材料で形成され前記第１金属窒化膜に積層された第２金属窒化膜と、前記第１金属窒化膜に形成された少なくとも１以上の第１電極と、前記第２金属窒化膜に形成された少なくとも２以上の第２電極とを備え、前記第１金属窒化膜と前記第２金属窒化膜との結晶構造が、いずれも六方晶系のウルツ鉱型の単相であることを特徴とする。

【0008】

この電子デバイスでは、第１金属窒化膜に形成された少なくとも１以上の第１電極と、第２金属窒化膜に形成された少なくとも２以上の第２電極とを備え、第１金属窒化膜と第２金属窒化膜との結晶構造が、いずれも六方晶系のウルツ鉱型の単相であるので、第１金属窒化膜と第２金属窒化膜とが互いに同じ結晶構造であることで、後から成膜した金属窒化膜がより良好な結晶性で積層される。特に、第１金属窒化膜と第２金属窒化膜とが両方とも六方晶系のウルツ鉱型の単相であるので、窒化する金属元素に応じて、圧電特性を有する膜とサーミスタ特性を有する膜とを積層状態で得ることができる。
また、樹脂等の高分子材料に比べて耐熱性に優れた金属窒化膜の積層構造を有することで、高温での使用が可能になる。また、第１金属窒化膜と第２金属窒化膜との積層構造と、第１電極と２以上の第２電極との電極構造とによって、温度センサと振動センサとを一体化した複合センサデバイスとすることができる。

【0009】

第２の発明に係る電子デバイスは、第１の発明において、前記第１金属窒化膜が、結晶性Ａｌ−Ｎであり、前記第２金属窒化膜が、一般式：Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚ（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９８、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなることを特徴とする。
すなわち、この電子デバイスでは、結晶性Ａｌ−Ｎの第１金属窒化膜が、圧電層かつ第２金属窒化膜の下地層となるので、結晶性Ａｌ−Ｎと同じ結晶系の第２金属窒化膜が第１金属窒化膜上に成膜されていることで、成膜開始直後のサーミスタ用Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚの初期結晶成長時より、Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚ結晶は十分に窒化させることが可能であり、窒素欠陥量が極めて少ない柱状結晶化膜となり、さらに結晶配向度が高くなって、より高いＢ定数が得られる。
また、結晶性Ａｌ−Ｎの第１金属窒化膜と上記Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚの第２金属窒化膜とが、比較的柔軟な膜であるため、柔軟な基材に形成した第１電極上に形成することで全体としてフレキシブル性を得ることが可能になる。
更に、Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚの第２金属窒化膜より結晶性Ａｌ−Ｎの第１金属窒化膜の方が絶縁性がきわめて高いため、第２金属窒化膜のサーミスタ特性は第１金属窒化膜の影響を殆どうけることがなく、第１金属窒化膜と第２金属窒化膜との間に第３の絶縁性膜が不要となる。

【0010】

なお、上記「ｙ／（ｘ＋ｙ）」（すなわち、Ａ／（Ｍ＋Ａ））が０．７０未満であると、ウルツ鉱型の単相が得られず、ＮａＣｌ型相との共存相又はＮａＣｌ型のみの結晶相となってしまい、十分な高抵抗と高Ｂ定数とが得られない。
また、上記「ｙ／（ｘ＋ｙ）」（すなわち、Ａ／（Ｍ＋Ａ））が０．９８を超えると、抵抗率が非常に高く、きわめて高い絶縁性を示すため、サーミスタ材料として適用できない。
また、上記「ｚ」（すなわち、Ｎ／（Ｍ＋Ａ＋Ｎ））が０．４未満であると、金属の窒化量が少ないため、ウルツ鉱型の単相が得られず、十分な高抵抗と高Ｂ定数とが得られない。
さらに、上記「ｚ」（すなわち、Ｎ／（Ｍ＋Ａ＋Ｎ））が０．５を超えると、ウルツ鉱型の単相を得ることができない。このことは、ウルツ鉱型の単相において、窒素サイトにおける欠陥がない場合の化学量論比が０．５（すなわち、Ｎ／（Ｍ＋Ａ＋Ｎ）＝０．５）であることに起因する。

【0011】

第３の発明に係る電子デバイスは、第２の発明において、前記第１電極が形成された前記第１金属窒化膜及び前記第２電極が形成された前記第２金属窒化膜が積層された基材を備え、前記基材が、絶縁性フィルムであることを特徴とする。
すなわち、この電子デバイスでは、基材が、絶縁性フィルムであると共に、第１金属窒化膜及び第２金属窒化膜が柔軟性を有した膜であるので、全体としてフレキシブル性を得ることができ、測定対象物に押し当てた際に柔軟に湾曲して測定対象物と面接触させることが可能になるので、デバイスの設置自由度が向上すると共に、柔軟性と高い振動応答性と高い温度応答性を兼ね備えた電子デバイスが得られる。

【0012】

第４の発明に係る電子デバイスは、第２又は第３の発明において、前記第２金属窒化膜が、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎであることを特徴とする。
すなわち、この電子デバイスでは、第２金属窒化膜が、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎであるので、結晶性Ａｌ−Ｎの第１金属窒化膜とＡｌを共通元素としており、より結晶性の高い膜が得られる。

【0013】

第５の発明に係る電子デバイスの製造方法は、第２から第４の発明のいずれかの電子デバイスを製造する方法であって、前記第１電極上にＡｌスパッタリングターゲットを用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って前記第１金属窒化膜を形成する第１窒化膜成膜工程と、前記第１金属窒化膜上にＭ−Ａ合金スパッタリングターゲット（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。）を用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って前記第２金属窒化膜を成膜する第２窒化膜成膜工程と、前記第２金属窒化膜上に前記第２電極を形成する第２電極形成工程とを有していることを特徴とする。
すなわち、この電子デバイスの製造方法では、結晶性Ａｌ−Ｎの第１金属窒化膜上に、Ｍ−Ａ合金スパッタリングターゲット（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。）を用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って成膜するので、結晶性が良く、結晶配向度の強い上記Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚからなる第２金属窒化膜をエピタキシャル成長させることができる。また、熱処理が不要で、サーミスタとして高Ｂ定数を得ることができる。
結晶性Ａｌ−Ｎも熱処理が不要で、圧電特性を有するので、熱処理することなく圧電特性を有する第１金属窒化膜とサーミスタ特性を有する第２金属窒化膜との積層構造が得られ、温度センサと振動センサとが一体化された複合センサデバイスを容易に得ることができる。

【0014】

第６の発明に係る電子デバイスの製造方法は、第２から第４の発明のいずれかの電子デバイスを製造する方法であって、前記第２電極上にＭ−Ａ合金スパッタリングターゲット（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。）を用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って前記第２金属窒化膜を成膜する第２窒化膜成膜工程と、
前記第２金属窒化膜上にＡｌスパッタリングターゲットを用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って前記第１金属窒化膜を形成する第１窒化膜成膜工程と、
前記第１金属窒化膜上に前記第１電極を形成する第１電極形成工程とを有していることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る電子デバイスによれば、圧電特性を有した第１金属窒化膜に形成された第１電極と、サーミスタ特性を有した第２金属窒化膜に形成された少なくとも２以上の第２電極とを備え、第１金属窒化膜と第２金属窒化膜との結晶構造が、いずれも六方晶系のウルツ鉱型の単相であるので、膜間に絶縁性膜が不要となると共に、高温での使用が可能になる。また、上記積層構造と上記電極構造とにより温度センサと振動センサとを一体化したことで、全体を小型化することも可能になる。
したがって、本発明の電子デバイスでは、従来よりも低コストかつ小型に作製可能であると共に、高温環境下でも使用が可能であり、例えばＴＰＭＳ（Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：タイヤ空気圧監視システム）等の温度と圧力とを両方同時に検出するモジュールに好適である。エネルギーハーベスタとしての使用も可能で、圧電特性を有した第１金属窒化膜で振動発電し、その電力を、サーミスタ特性を有した第２金属窒化膜で温度検出するための測定用電源または無線電源として利用することが可能である。
また、本発明に係る電子デバイスの製造方法では、結晶性Ａｌ−Ｎの第１金属窒化膜上に、上記Ｍ−Ａ合金スパッタリングターゲットを用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って成膜するので、結晶性が良く、結晶配向度の強い上記Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚからなる第２金属窒化膜をエピタキシャル成長させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る電子デバイス及びその製造方法の第１実施形態において、電子デバイスの概念的な断面図である。

【図2】第１実施形態において、電子デバイスを示す平面図である。

【図3】第１実施形態において、電子デバイスの製造工程を工程順に示す平面図である。

【図4】本発明に係る電子デバイス及びその製造方法の第２実施形態において、電子デバイスの製造工程を工程順に示す平面図である。

【図5】本発明に係る電子デバイス及びその製造方法の他の実施形態において、電子デバイスの概念的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る電子デバイス及びその製造方法における第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。

【0018】

本実施形態の電子デバイス１は、サーミスタと振動センサとを一体化した複合センサデバイスであり、図１及び図２に示すように、基材２上に形成されており、圧電特性を有した材料で形成された第１金属窒化膜３と、サーミスタ特性を有した材料で形成され第１金属窒化膜３に積層された第２金属窒化膜４と、第１金属窒化膜３の下面に形成された第１電極５と、第２金属窒化膜４の上面に形成された少なくとも２以上の第２電極６，７，８とを備えている。

【0019】

上記第１金属窒化膜３と第２金属窒化膜４との結晶構造は、いずれも六方晶系のウルツ鉱型の単相であると共に、膜厚方向にａ軸配向度よりｃ軸配向度が大きい結晶配向をもつ金属窒化膜である。
なお、結晶相の同定は、視斜角入射Ｘ線回折（Ｇｒａｚｉｎｇ Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）により実施し、管球をＣｕとし、入射角を１度とする。なお、膜の表面に対して垂直方向（膜厚方向）にａ軸配向（１００）が強いかｃ軸配向（００２）が強いかの判断は、上記Ｘ線回折（ＸＲＤ）を用いて結晶軸の配向性を調べ、（１００）（ａ軸配向を示すｈｋｌ指数）と（００２）（ｃ軸配向を示すｈｋｌ指数）とのピーク強度比から、「（１００）のピーク強度」／「（００２）のピーク強度」が１未満である場合、ｃ軸配向が強いものとする。ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて、膜断面の電子線回折像を取得し、第１金属窒化膜３と第２金属窒化膜４いずれも膜厚方向にｃ軸配向度が高いことが確認されている。
また、上記第１金属窒化膜３と第２金属窒化膜４とは、いずれも緻密な膜であり、基板面に垂直な方向に柱状の結晶が成長している様子が観測されている。なお、結晶形態の評価は、断面ＳＥＭおよび断面ＴＥＭにて実施している。
以上の結果より、上記第１金属窒化膜３と第２金属窒化膜４とは、いずれも基板面に垂直な方向（膜厚方向）にｃ軸配向度が大きい結晶配向をもつ緻密な柱状結晶化膜であることがわかる。
本実施形態では、第１金属窒化膜３が、結晶性Ａｌ−Ｎである。

【0020】

この結晶性Ａｌ−Ｎは、圧電定数がｄ_３３＝６ｐｍ／Ｖ程度である。
なお、ｄ_３３は、圧電歪定数であり、ａｉｘＡＣＣＴ社製のＤｏｕｂｌｅ Ｂｅａｍ Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ（ＤＢＬＩ）で評価した。ＤＢＬＩ装置では第１電極と第２電極の間に与えた電位差に対し、デバイスの上面と下面から照射するレーザーにより圧電層を含むデバイスの膜厚方向の変位量を測定し、電圧あたりのデバイスの膜厚方向の変位量の平均値として、ｄ_３３を求める事ができる。具体的には電位差を最大１００Ｖ、周波数１ｋＨｚの条件で測定を行った。
なお、第１金属窒化膜３として、結晶性Ａｌ−Ｎ以外にウルツ鉱型の圧電材料として知られている結晶性Ｓｃ−Ａｌ−Ｎや結晶性Ａ−Ｂ−Ａｌ−Ｎ（Ａ＝Ｍｇ，Ｚｎ、Ｂ＝Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）等も採用可能である。

【0021】

また、第２金属窒化膜４は、一般式：Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚ（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９８、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなる。
本実施形態では、第２金属窒化膜４として、結晶性Ｔｉ−Ａｌ−Ｎを採用している。

【0022】

上述したように、ウルツ鉱型の結晶構造は、六方晶系の空間群Ｐ６_３ｍｃ（Ｎｏ．１８６）であり、ＭとＡとは同じ原子サイトに属し（ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。）、いわゆる固溶状態にある。ウルツ鉱型は、（Ｍ，Ａ）Ｎ_４四面体の頂点連結構造をとり、（Ｍ，Ａ）サイトの最近接サイトがＮ（窒素）であり、（Ｍ，Ａ）は窒素４配位をとる。

【0023】

なお、Ｔｉ以外に、Ｖ（バナジウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）が同様に上記結晶構造においてＴｉと同じ原子サイトに存在することができ、Ｍの元素となり得る。有効イオン半径は、原子間の距離を把握することによく使われる物性値であり、特によく知られているＳｈａｎｎｏｎのイオン半径の文献値を用いると、論理的にもウルツ鉱型のＭ_ｘＡ_ｙＮ_ｚ（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。）が得られると推測できる。
以下の表１にＡｌ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｉの各イオン種における有効イオン半径を示す（参照論文 R.D.Shannon, Acta Crystallogr., Sect.A, 32, 751(1976)）。

【0024】

なお、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎは、ウルツ鉱型の結晶構造をもつ窒化物絶縁体であるＡｌ−ＮのＡｌサイトをＴｉで部分置換することにより、キャリアドーピングし、電気伝導が増加することで、サーミスタ特性が得られるものであるが、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕは、Ｔｉと同じ３ｄ遷移金属元素に属することから、ウルツ鉱型のＭ_ｘＡ_ｙＮ_ｚ（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。）において、サーミスタ特性が得ることが可能である。

【0025】

【表1】

【0026】

上記基材２は、絶縁性フィルムであり、その上面に第１電極５が形成されている。
上記絶縁性フィルムとしては、他にＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート，ＰＥＮ：ポリエチレンナフタレート等でも作製できるが、柔軟性と耐熱性とが要求される用途としては、耐熱性に優れたポリイミドフィルムが望ましい。
なお、基材２として、柔軟性が要求されていない場合、熱酸化膜付きＳｉ基板、ガラス基板、アルミナなどの絶縁性セラミックス基板などを採用しても構わない。

【0027】

上記第１電極５としては、Ｃｒ等の金属膜が採用されるが、第１金属窒化膜３の結晶配向性等の観点から材料としてＭｏ膜が好適である。
この第１電極５は、第１金属窒化膜３の下面全体に形成されている。
上記第２電極６，７，８としては、例えばＭｏ等の金属膜が採用されるが、金属窒化膜の結晶配向性等に影響を与えないため、Ｃｒ膜の単層や、Ｃｒ膜とＡｕ膜との積層金属膜等の種々の金属膜が採用可能である。

【0028】

第２電極６，７は、サーミスタ用電極であり、両者の間に印加される電圧Ｖ１と両者の間に流れる電流の比（抵抗値）を測定することで、温度測定を行う。サーミスタ特性は第２金属窒化膜の膜内方向で評価される。また、これらの第２電極６，７は、第２金属窒化膜４上で互いに対向状態とされていると共に、複数の櫛部６ａ，７ａを有した櫛形パターンとされている。なお、第２金属窒化膜４の下に圧電特性を有する第１金属窒化膜があるが、第２金属窒化膜より第１金属窒化膜の方が絶縁性がきわめて高いため、第１金属窒化膜の影響を殆どうけることなく、第２金属窒化膜においてサーミスタ特性を評価することが可能である。

【0029】

第２電極８は、圧電検出用電極であり、第１電極５との間に一定の電圧Ｖ２を印加して変位量（歪み）を測定することで、圧電定数の測定を行う。圧電特性は第１金属窒化膜の膜厚方向で評価される。第２電極８と第１金属窒化膜３の間には、サーミスタ特性を有する第２金属窒化膜があるが、第１金属窒化膜より第２金属窒化膜の方が、導電性がきわめて高いため、第２金属窒化膜の影響を殆どうけることなく、第２電極８と第１電極５を用いて、第１金属窒化膜において圧電特性を評価することが可能である。
なお、第２電極８は、圧電信号を大きく検出するために、できるだけ大きな面積にすることが好ましく、第２電極６，７よりも広い面積で矩形状に形成されている。

【0030】

上記基材２の上面には、対応する第２電極６，７，８に接続された取り出し配線であるパターン配線９，１０，１１がパターン形成されている。また、基材２の上面には、第１電極５に接続された取り出し配線であるパターン配線１２がパターン形成されている。
これらパターン配線９〜１２の端部には、リード線接続用のパッド部９ａ〜１２ａが形成されている。

【0031】

次に、本実施形態の電子デバイス１の製造方法について、図３を参照して説明する。
電子デバイス１の製造方法は、第１電極５上にＡｌスパッタリングターゲットを用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って第１金属窒化膜３を形成する第１窒化膜成膜工程と、第１金属窒化膜３上にＭ−Ａ合金スパッタリングターゲット（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。）を用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って第２金属窒化膜４を成膜する第２窒化膜成膜工程と、第２金属窒化膜上に第２電極６，７，８を形成する第２電極形成工程とを有している。

【0032】

より具体的には、まずポリイミド樹脂の基材２上にＭｏスパッタリングターゲットでＭｏ膜を例えば１００〜２００ｎｍ程度の厚さでパターン形成する。このときのスパッタ条件は、到達真空度４．０×１０^−５Ｐａ、スパッタガス圧０．４Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）３００Ｗで、Ａｒガス雰囲気下において行う。
さらに、このように成膜したＭｏ膜を、図３の（ａ）に示すように、レジストを用いた露光パターニング等により第１電極５をパターン形成する。
また、このときパターン配線９〜１２も同時に基材２上にパターン形成する。

【0033】

次に、第１電極５上にＡｌスパッタリングターゲットを用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行い、図３の（ｂ）に示すように、Ａｌ−Ｎ圧電膜の第１金属窒化膜３を８００〜１２００ｎｍ程度の厚さで成膜する。このときのスパッタ条件は、到達真空度４×１０^−５Ｐａ、スパッタガス圧０．２Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）２００Ｗで、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガス雰囲気下において、窒素ガス分率を３５％とした。

【0034】

さらに、第１金属窒化膜３上に、Ｔｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットを用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行い、図３の（ｃ）に示すように、サーミスタ膜（Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ膜）の第２金属窒化膜４を２００ｎｍ程度の厚さで成膜する。スパッタ条件は、到達真空度４×１０^−５Ｐａ、スパッタガス圧０．２Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）２００Ｗで、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガス雰囲気下において、窒素ガス分率を３０％とした。

【0035】

なお、第１金属窒化膜３形成前に、結晶性Ａｌ−Ｎの自然酸化膜除去工程として逆スパッタによるプラズマ表面処理を行ってもよい。逆スパッタ条件は、例えば到達真空度：４×１０^−５Ｐａ、ターゲット印加電力：５０Ｗで、Ａｒガス雰囲気下において５分間とする。なお、逆スパッタ時に用いられるガス種は、窒素ガス、Ａｒガスと窒素ガスとの混合ガスを用いてもよい。
また、第１金属窒化膜３及び第２金属窒化膜４は、メタルマスク又はレジストを用いた露光パターニング等によって第１電極５に対応した所望の形状にパターン形成される。

【0036】

次に、第２金属窒化膜４上に再びＭｏスパッタリングターゲットで第２電極用のＭｏ膜を１００〜２００ｎｍ程度の厚さで形成する。このときのスパッタ条件は、到達真空度４．０×１０^−５Ｐａ、スパッタガス圧０．４Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）３００Ｗで、Ａｒガス雰囲気下において行う。

【0037】

さらに、成膜したＭｏ膜を、レジストを用いた露光パターニング等により、図３の（ｄ）に示すように、温度測定用の櫛型電極である第２電極６，７と、圧電効果検出用電極である第２電極８とにパターン形成する。
このとき、第２電極６，７，８を、基材２上の対応するパターン配線９，１０，１１と接続させることで、本実施形態の電子デバイス１が作製される。

【0038】

なお、Ｃｒスパッタリングターゲットを用いてＣｒの第２電極６，７，８を形成する場合、そのスパッタ条件は、到達真空度４．０×１０^−５Ｐａ、スパッタガス圧０．１Ｐａ、ターゲット投入電力（出力）３００Ｗで、Ａｒガス雰囲気下において行う。
また、上記工程では、パターン配線９，１０，１１を予め基材２上に形成したが、第２電極６，７，８と同時にパターン形成しても構わない。

【0039】

このように本実施形態の電子デバイス１では、第１金属窒化膜３の下面に形成された少なくとも１以上の第１電極５と、第２金属窒化膜４に形成された少なくとも２以上の第２電極６，７，８とを備え、第１金属窒化膜３と第２金属窒化膜４との結晶構造が、いずれも六方晶系のウルツ鉱型の単相であるので、第１金属窒化膜と第２金属窒化膜とが互いに同じ結晶構造であることで、後から成膜した金属窒化膜がより良好な結晶性で積層される。特に、第１金属窒化膜３と第２金属窒化膜４とが両方とも六方晶系のウルツ鉱型の単相であるので、窒化する金属元素に応じて、圧電特性を有する膜とサーミスタ特性を有する膜とを積層状態で得ることができる。

【0040】

また、樹脂等の高分子材料に比べて耐熱性に優れた金属窒化膜の積層構造を有することで、高温での使用が可能になる。また、第１金属窒化膜３と第２金属窒化膜４との積層構造と、第１電極５と２以上の第２電極６，７，８との電極構造とによって、温度センサと振動センサとを一体化した複合センサデバイスとすることができる。

【0041】

また、結晶性Ａｌ−Ｎの第１金属窒化膜３が、圧電層かつ第２金属窒化膜４の下地層となるので、結晶性Ａｌ−Ｎと同じ結晶系の第２金属窒化膜４が第１金属窒化膜３上に成膜されていることで、成膜開始直後のサーミスタ用Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚの初期結晶成長時より、Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚ結晶は十分に窒化させることが可能であり、窒素欠陥量が極めて少ない柱状結晶化膜となり、さらに結晶配向度が高くなって、より高いＢ定数が得られる。
特に、第２金属窒化膜４が、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎであることで、結晶性Ａｌ−Ｎの第１金属窒化膜３とＡｌを共通元素としており、より結晶性の高い膜が得られる。
更に、Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚの第２金属窒化膜４より結晶性Ａｌ−Ｎの第１金属窒化膜３の方が絶縁性がきわめて高いため、第２金属窒化膜４のサーミスタ特性は第１金属窒化膜３の影響を殆どうけることがなく、第１金属窒化膜３と第２金属窒化膜４との間に第３の絶縁性膜が不要となる。

【0042】

また、結晶性Ａｌ−Ｎの第１金属窒化膜３と上記Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚの第２金属窒化膜４とが、比較的柔軟な膜であるため、柔軟な基材２に形成した第１電極５上に形成することで全体としてフレキシブル性を得ることが可能になる。
特に、基材２が、絶縁性フィルムであることで、全体としてフレキシブル性を得ることができ、測定対象物に押し当てた際に柔軟に湾曲して測定対象物と面接触させることが可能になるので、デバイスの設置自由度が向上すると共に、柔軟性と高い振動応答性と高い温度応答性を兼ね備えた電子デバイスが得られる。

【0043】

また、本実施形態の電子デバイス１の製造方法では、結晶性Ａｌ−Ｎの第１金属窒化膜３上に、Ｍ−Ａ合金スパッタリングターゲット（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。）を用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って成膜するので、結晶性が良く、結晶配向度の強い上記Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚからなる第２金属窒化膜４をエピタキシャル成長させることができる。また、熱処理が不要で、高Ｂ定数をもつサーミスタを得ることができる。
結晶性Ａｌ−Ｎも熱処理が不要で、圧電特性を有するので、熱処理することなく圧電特性を有する第１金属窒化膜とサーミスタ特性を有する第２金属窒化膜との積層構造が得られ、温度センサと振動センサとが一体化された複合センサデバイスを容易に得ることができる。

【0044】

次に、本発明に係る電子デバイスの第２実施形態について、図４を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

【0045】

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、３つの第２電極６，７，８が形成されているのに対し、第２実施形態の電子デバイス２１では、図４の（ｄ）に示すように、２つの第２電極６，２７が形成されている点である。
すなわち、第１実施形態では、サーミスタ用電極の２つの第２電極６，７と圧電検出用電極の第２電極８とを別々に形成しているが、第２実施形態では、２つのサーミスタ用電極の一方を圧電検出用電極として共用し、第２電極２７を圧電検出用電極としても使用している点で異なっている。

【0046】

また、第２実施形態では、サーミスタ用電極の一方と圧電検出用電極とが共用されているので、第１実施形態の第２電極７に接続されていたパターン配線１１が削除されている。
すなわち、第２実施形態の電子デバイス２１を作製する際には、図４の（ａ）に示すように、第１電極５及びパターン配線を形成する工程でパターン配線１１を設けていない。

【0047】

本実施形態では、第１電極５上に、図４の（ｂ）（ｃ）に示すように、第１金属窒化膜３及び第２金属窒化膜４をパターン形成した後、図４の（ｄ）に示すように、第２電極６，２７を形成する。
第２電極２７は、複数の櫛部７ａを有する櫛歯電極部分に広い矩形状の圧電検出用電極部２７ｂが接続されたパターンとされる。
また、圧電検出用電極部２７ｂは、対応するパターン配線１０に連結部２７ｃを介して接続されている。

【0048】

このように第２実施形態の電子デバイス２１では、サーミスタ用電極の一方と圧電検出用電極とが共用されているが、第１実施形態と同様に、温度測定と圧電検出とを同時に行うことができる。

【0049】

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0050】

例えば、上記各実施形態では、基材の上に第１電極、第１金属窒化膜、第２金属窒化膜及び第２電極をこの順に形成し、積層しているが、逆に図５に示すように、基材２の上に第２電極６、第２金属窒化膜４、第１金属窒化膜３及び第１電極５をこの順に形成し、積層しても構わない。この場合でも、上記各実施形態と同様に、温度センサと振動センサとの両機能を得ることができる。

【0051】

なお、この他の実施形態の製造方法は、基材２上にパターン形成した第２電極６上にＭ−Ａ合金スパッタリングターゲット（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示すと共に、ＡはＡｌ又は（Ａｌ及びＳｉ）を示す。）を用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って第２金属窒化膜４を成膜する第２窒化膜成膜工程と、第２金属窒化膜４上にＡｌスパッタリングターゲットを用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って第１金属窒化膜３を形成する第１窒化膜成膜工程と、第１金属窒化膜３上に第１電極５を形成する第１電極形成工程とを有している。これらの各工程における成膜条件は、上記第１実施形態と同様に設定される。

【0052】

例えば、第２金属窒化膜４を結晶性Ｔｉ−Ａｌ−Ｎとし、その上に結晶性Ａｌ−Ｎである第１金属窒化膜３が形成された場合であっても、第１金属窒化膜３と第２金属窒化膜４との結晶構造は、いずれも六方晶系のウルツ鉱型の単相であると共に、膜厚方向にａ軸配向度よりｃ軸配向度が大きい結晶配向をもつ金属窒化膜である。いずれも緻密な膜であり、基板面に垂直な方向に柱状の結晶が成長している様子が観測されている。

【0053】

また、この場合であっても、上記第２金属窒化膜４、第１金属窒化膜３は、いずれも比較的柔軟な膜であるため、全体としてフレキシブル性を得ることが可能になり、特に、基材２が、絶縁性フィルムであることで、測定対象物に押し当てた際に柔軟に湾曲して測定対象物と面接触させることが可能になるので、デバイスの設置自由度が向上すると共に、柔軟性と高い振動応答性と高い温度応答性を兼ね備えた電子デバイスが得られる。

【0054】

また、用途に応じたデバイス構造設計の際、第１金属窒化膜３および第２金属窒化膜４の成膜する順番を適宜変更である。例えば、本実施例では電極材料としてＭｏを採用したが、圧電特性を有する第１金属窒化膜３用の優れた電極材料と、サーミスタ特性を有する第２金属窒化膜４用の優れた電極材料がそれぞれ見出され、それら電極材料が異なっていた場合であっても、第１電極および第２電極のパターン配線における電極材料の選択エッチング性に応じて、第１金属窒化膜３および第２金属窒化膜４の成膜する順番を変えることが可能である。

【符号の説明】

【0055】

１，２１，３１…電子デバイス、２…基材、３…第１金属窒化膜、４…第２金属窒化膜、５…第１電極、６，７，８，２７…第２電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】