JP2001247958A - ボロメータ材料の作製方法及びボロメータ素子 - Google Patents
ボロメータ材料の作製方法及びボロメータ素子Info
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/002—Controlling or regulating
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来と同じ比抵抗でも、より高い温度係数を
有するＶＯｘボロメータ材料の作製を可能にし、比抵抗
の制御を時間で実現できるボロメータ材料の作製方法を
提供する。また、同材料に対して特性を保護できる保護
膜の形成方法を提供する。 【解決手段】 作製されたＶＯｘの結晶相ｘ＝１．５と
なるＶ2Ｏ3、すなわち使用する目的の比抵抗よりも低い
側を出発膜質とし、この結晶相を最終的な目的の比抵抗
へ改質するために、酸化雰囲気を用いて熱処理する。ま
た、保護膜の形成方法として、物理的な蒸着方法でボロ
メータ材料の保護膜を形成する。
有するＶＯｘボロメータ材料の作製を可能にし、比抵抗
の制御を時間で実現できるボロメータ材料の作製方法を
提供する。また、同材料に対して特性を保護できる保護
膜の形成方法を提供する。 【解決手段】 作製されたＶＯｘの結晶相ｘ＝１．５と
なるＶ2Ｏ3、すなわち使用する目的の比抵抗よりも低い
側を出発膜質とし、この結晶相を最終的な目的の比抵抗
へ改質するために、酸化雰囲気を用いて熱処理する。ま
た、保護膜の形成方法として、物理的な蒸着方法でボロ
メータ材料の保護膜を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗の温度変化を
利用した材料をセンサ素子とする温度計測装置や、抵抗
の温度変化を利用した材料を素子化し2次元配列状に並
べ、冷却装置が不要な非冷却型の２次元赤外線撮像装置
に使われる優れた特性を有するボロメータ材料の作製方
法に関する。また本発明は、該方法により形成されるボ
ロメータ素子、特にその優れた特性を損なうことのない
保護膜形成方法にも関する。
利用した材料をセンサ素子とする温度計測装置や、抵抗
の温度変化を利用した材料を素子化し2次元配列状に並
べ、冷却装置が不要な非冷却型の２次元赤外線撮像装置
に使われる優れた特性を有するボロメータ材料の作製方
法に関する。また本発明は、該方法により形成されるボ
ロメータ素子、特にその優れた特性を損なうことのない
保護膜形成方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】ボロメータに適した材料として抵抗温度
変化（あるいは抵抗温度係数:Temperature Coefficient
of Resistance（ＴＣＲ））の比較的大きい金属酸化物
が一般的に用いられている。とりわけ酸化バナジウム
（ＶＯｘ）は高いＴＣＲを容易に得られる材料として知
られている。このＶＯｘを非冷却型の2次元赤外線撮像
装置のセンサとして適用するには、その形態を薄膜にす
る必要がある。ＶＯｘ薄膜の作成は、一般的に真空蒸着
法やスパッタ法などの物理蒸着法が用いられている（ス
パッタ法の作製例として、ジェロミネク(Jerominek)
ら、Optical Engineering ３２巻の９、１９９３年、２
０９３頁の第２節に開示されている）。
変化（あるいは抵抗温度係数:Temperature Coefficient
of Resistance（ＴＣＲ））の比較的大きい金属酸化物
が一般的に用いられている。とりわけ酸化バナジウム
（ＶＯｘ）は高いＴＣＲを容易に得られる材料として知
られている。このＶＯｘを非冷却型の2次元赤外線撮像
装置のセンサとして適用するには、その形態を薄膜にす
る必要がある。ＶＯｘ薄膜の作成は、一般的に真空蒸着
法やスパッタ法などの物理蒸着法が用いられている（ス
パッタ法の作製例として、ジェロミネク(Jerominek)
ら、Optical Engineering ３２巻の９、１９９３年、２
０９３頁の第２節に開示されている）。
【０００３】しかし、ＶＯｘをボロメータ素子として使
用するためには、ＴＣＲが高いことが高感度を達成する
うえでの必須条件であるのはもちろんのこと、ＶＯｘの
比抵抗（あるいは同義語で抵抗率(Resistivity)）が回
路を構成する上で必要な抵抗値に制御されなければなら
ない。例として、この目的のためにＶＯｘ薄膜を、水素
を含む還元雰囲気中で熱処理し、熱処理温度により必要
な比抵抗とＴＣＲを得る方法が開示されている(和田
ら、特開平9-145481号公報）。
用するためには、ＴＣＲが高いことが高感度を達成する
うえでの必須条件であるのはもちろんのこと、ＶＯｘの
比抵抗（あるいは同義語で抵抗率(Resistivity)）が回
路を構成する上で必要な抵抗値に制御されなければなら
ない。例として、この目的のためにＶＯｘ薄膜を、水素
を含む還元雰囲気中で熱処理し、熱処理温度により必要
な比抵抗とＴＣＲを得る方法が開示されている(和田
ら、特開平9-145481号公報）。
【０００４】このようなＴＣＲと比抵抗を熱処理温度で
制御する方法では、図６に示したようにＶＯｘ膜を成膜
し、Ｖ2Ｏ5（ｘ＝２．５）の結晶相が作成される。続い
て水素を含む雰囲気中で熱処理し、還元される。このよ
うな従来の方法で得られた特性を表１に示す。また、図
１にこの従来例で得られたＴＣＲと比抵抗の関係を示
す。図１に示したように従来例では−２％／ＫのＴＣＲ
で比抵抗が約０．３Ωｃｍ（３×１０-3Ωｍ）の特性を
有するＶＯｘ（ｘはほぼ２）が得られる。従来ではこの
ＶＯｘ（ｘはほぼ２）特性の材料を用いて素子化が行わ
れていた。
制御する方法では、図６に示したようにＶＯｘ膜を成膜
し、Ｖ2Ｏ5（ｘ＝２．５）の結晶相が作成される。続い
て水素を含む雰囲気中で熱処理し、還元される。このよ
うな従来の方法で得られた特性を表１に示す。また、図
１にこの従来例で得られたＴＣＲと比抵抗の関係を示
す。図１に示したように従来例では−２％／ＫのＴＣＲ
で比抵抗が約０．３Ωｃｍ（３×１０-3Ωｍ）の特性を
有するＶＯｘ（ｘはほぼ２）が得られる。従来ではこの
ＶＯｘ（ｘはほぼ２）特性の材料を用いて素子化が行わ
れていた。
【０００５】
【表１】
【０００６】また、このような特性を持つ材料を素子化
する場合、特性の劣化を防止するために、一般的には化
学気相堆積法（Chemical Vapor Deposition （ＣＶ
Ｄ））によりシリコン酸化膜ＳｉＯ2やシリコン窒化膜
ＳｉＮｘといった絶縁膜をＶＯｘの表面に形成し、保護
膜としていた。
する場合、特性の劣化を防止するために、一般的には化
学気相堆積法（Chemical Vapor Deposition （ＣＶ
Ｄ））によりシリコン酸化膜ＳｉＯ2やシリコン窒化膜
ＳｉＮｘといった絶縁膜をＶＯｘの表面に形成し、保護
膜としていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法に
よればＶＯｘをより高感度（高いＴＣＲ）の材質にする
には熱処理温度を下げなければならない。熱処理温度を
下げるとＴＣＲは高くなるが、それにつれて比抵抗も大
きくなる。
よればＶＯｘをより高感度（高いＴＣＲ）の材質にする
には熱処理温度を下げなければならない。熱処理温度を
下げるとＴＣＲは高くなるが、それにつれて比抵抗も大
きくなる。
【０００８】比抵抗が大きい場合、ＶＯｘ薄膜中の荷電
キャリア数が減少し、１／ｆノイズ（ｆは周波数）とい
われる荷電キャリア数の逆数に比例する周波数ノイズが
大きくなる。このため、キャリア数を増加させるために
ＶＯｘの体積を増やす、つまり、膜厚を増やすことでノ
イズの増加を抑えていた。
キャリア数が減少し、１／ｆノイズ（ｆは周波数）とい
われる荷電キャリア数の逆数に比例する周波数ノイズが
大きくなる。このため、キャリア数を増加させるために
ＶＯｘの体積を増やす、つまり、膜厚を増やすことでノ
イズの増加を抑えていた。
【０００９】しかしながら、体積が増加することは、素
子として加工する上で好ましくない。例えば膜厚が厚い
と熱処理時間が長くなる。また、加工後の側面の段差が
高くなる結果、平坦度が悪くなり高々０．１μｍ程度の
厚みの金属配線を形成すると断線する、といったプロセ
ス作業上の弊害が生じていた。
子として加工する上で好ましくない。例えば膜厚が厚い
と熱処理時間が長くなる。また、加工後の側面の段差が
高くなる結果、平坦度が悪くなり高々０．１μｍ程度の
厚みの金属配線を形成すると断線する、といったプロセ
ス作業上の弊害が生じていた。
【００１０】また、ボロメータの保護膜の形成でＣＶＤ
を手段とした場合、通常、基板を２００℃以上に加熱
し、シラン（ＳｉＨ4）やアンモニア（ＮＨ3）、亜酸化
窒素（Ｎ2Ｏ）といった非常に反応性の高いガスを使用
するため、保護すべきＶＯｘと反応してＶＯｘの特性を
変化させていた。
を手段とした場合、通常、基板を２００℃以上に加熱
し、シラン（ＳｉＨ4）やアンモニア（ＮＨ3）、亜酸化
窒素（Ｎ2Ｏ）といった非常に反応性の高いガスを使用
するため、保護すべきＶＯｘと反応してＶＯｘの特性を
変化させていた。
【００１１】本発明では、これらの問題を解決し、従来
例より更に高感度（高いＴＣＲ）で、かつ、１／ｆノイ
ズの小さくなるような比抵抗を持つＶＯｘ膜質の改善を
行うことと、この特性を維持したままＶＯｘ表面を被膜
できる、保護膜の形成を可能にする、ボロメータ材料の
作製および保護膜形成方法を提供することにある。
例より更に高感度（高いＴＣＲ）で、かつ、１／ｆノイ
ズの小さくなるような比抵抗を持つＶＯｘ膜質の改善を
行うことと、この特性を維持したままＶＯｘ表面を被膜
できる、保護膜の形成を可能にする、ボロメータ材料の
作製および保護膜形成方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明では、作製された
ＶＯｘの結晶相をx=１．５となるＶ2Ｏ3とする、すなわ
ちボロメータとして使用する目的の比抵抗よりも低い側
を出発膜質とする。この結晶相を目的の比抵抗へ改質す
るために、酸素を含む酸化雰囲気を用いて加熱処理す
る。この熱酸化処理による膜の特性の制御は温度ではな
く、熱酸化時間の調整により行う。
ＶＯｘの結晶相をx=１．５となるＶ2Ｏ3とする、すなわ
ちボロメータとして使用する目的の比抵抗よりも低い側
を出発膜質とする。この結晶相を目的の比抵抗へ改質す
るために、酸素を含む酸化雰囲気を用いて加熱処理す
る。この熱酸化処理による膜の特性の制御は温度ではな
く、熱酸化時間の調整により行う。
【００１３】すなわち、本発明は、酸化バナジウムＶＯ
ｘ薄膜を用いたボロメータ材料の作製方法において、ｘ
＝１．５のＶ2Ｏ3を組成とする結晶相を出発膜質として
用い、該結晶相に、酸素を含む酸化雰囲気下で熱処理を
行うことを特徴とするボロメータ材料の作製方法であ
る。
ｘ薄膜を用いたボロメータ材料の作製方法において、ｘ
＝１．５のＶ2Ｏ3を組成とする結晶相を出発膜質として
用い、該結晶相に、酸素を含む酸化雰囲気下で熱処理を
行うことを特徴とするボロメータ材料の作製方法であ
る。
【００１４】また、本発明では、このように改質された
ＶＯｘの特性を保護するために、スパッタ法などの物理
蒸着法によりシリコン窒化膜ＳｉＮx'、またはシリコン
酸窒化膜ＳｉＯｘ''Ｎｙ等の保護膜でＶＯｘ表面を被膜
しボロメータ素子とする。
ＶＯｘの特性を保護するために、スパッタ法などの物理
蒸着法によりシリコン窒化膜ＳｉＮx'、またはシリコン
酸窒化膜ＳｉＯｘ''Ｎｙ等の保護膜でＶＯｘ表面を被膜
しボロメータ素子とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】熱酸化の場合、酸化の深さ方向へ
の進行は表面からの拡散で起こり、温度一定のときは、
その熱酸化時間で深さと濃度が決まる。水素の場合は原
子が小さいため、膜を容易に通過し、拡散のような振る
舞いをしないため、時間での制御が困難となる。
の進行は表面からの拡散で起こり、温度一定のときは、
その熱酸化時間で深さと濃度が決まる。水素の場合は原
子が小さいため、膜を容易に通過し、拡散のような振る
舞いをしないため、時間での制御が困難となる。
【００１６】また、熱処理による膜質の変化（比抵抗）
は、従来では２桁より大きい比抵抗の変化を伴っていた
が、出発膜質を酸化数の小さいＶＯｘ（Ｖ2Ｏ3（ｘ＝
１．５））とすることで２桁程度まで下げられる。すな
わち、比抵抗の絶対値が従来より制御しやすくなる。
は、従来では２桁より大きい比抵抗の変化を伴っていた
が、出発膜質を酸化数の小さいＶＯｘ（Ｖ2Ｏ3（ｘ＝
１．５））とすることで２桁程度まで下げられる。すな
わち、比抵抗の絶対値が従来より制御しやすくなる。
【００１７】また、ＣＶＤのように基板加熱や反応性の
高いガスを使用することもない物理蒸着法で保護膜のＳ
ｉＮｘ'を形成するため、被膜するＶＯｘの特性を損な
うことがなくなる。さらにＳｉＯｘ''Ｎｙを保護膜にす
れば、この材料は内部応力が極めて小さいため、素子を
形成する場合に非常にストレスが少なくてすみ、保護膜
の剥離などの不具合が解消できる。
高いガスを使用することもない物理蒸着法で保護膜のＳ
ｉＮｘ'を形成するため、被膜するＶＯｘの特性を損な
うことがなくなる。さらにＳｉＯｘ''Ｎｙを保護膜にす
れば、この材料は内部応力が極めて小さいため、素子を
形成する場合に非常にストレスが少なくてすみ、保護膜
の剥離などの不具合が解消できる。
【００１８】以下に本発明の実施の形態について説明す
る。
る。
【００１９】本発明によるボロメータ材料の作製手順を
図５に示す。
図５に示す。
【００２０】ボロメータ材料であるＶＯｘ薄膜の作製
は、反応性スパッタ法で行った。
は、反応性スパッタ法で行った。
【００２１】反応性スパッタ法での作成条件として、８
インチサイズの金属バナジウムをスパッタターゲットと
して用いた。ＶＯｘ薄膜を形成する基板には６インチサ
イズのシリコンウェハを用いた。スパッタガスとしてア
ルゴンと酸素を用い、アルゴンを１４ｓｃｃｍ、酸素を
１ｓｃｃｍ流した。スパッタ圧力を０．５３Ｐａとし、
高周波電力５００Ｗで３０分間の予備スパッタでバナジ
ウムターゲット表面のクリーニングを行ったのち、ＶＯ
ｘ薄膜の成膜を開始した。成膜した厚みはおよそ０．１
μｍ（１×１０-7ｍ）であった。また、Ｘ線回折の解析
から、この条件で作製されたＶＯｘの結晶相はほぼＶ2
Ｏ5（ＶＯｘのｘ＝２．５）であった。なお、他にもＶ2
Ｏ5を蒸着元とする真空蒸着法などのいわゆる物理蒸着
法で同様な膜質を作製することができる。
インチサイズの金属バナジウムをスパッタターゲットと
して用いた。ＶＯｘ薄膜を形成する基板には６インチサ
イズのシリコンウェハを用いた。スパッタガスとしてア
ルゴンと酸素を用い、アルゴンを１４ｓｃｃｍ、酸素を
１ｓｃｃｍ流した。スパッタ圧力を０．５３Ｐａとし、
高周波電力５００Ｗで３０分間の予備スパッタでバナジ
ウムターゲット表面のクリーニングを行ったのち、ＶＯ
ｘ薄膜の成膜を開始した。成膜した厚みはおよそ０．１
μｍ（１×１０-7ｍ）であった。また、Ｘ線回折の解析
から、この条件で作製されたＶＯｘの結晶相はほぼＶ2
Ｏ5（ＶＯｘのｘ＝２．５）であった。なお、他にもＶ2
Ｏ5を蒸着元とする真空蒸着法などのいわゆる物理蒸着
法で同様な膜質を作製することができる。
【００２２】次に図５に示すように熱処理１を行った。
この熱処理ではＶＯｘを低抵抗にするため、従来の方法
を用いて実施することができる。すなわち、成膜された
ＶＯｘ（ｘ＝２．５）薄膜を減圧された真空容器に入
れ、水素を含む還元雰囲気ガスを導入し熱処理を行う。
ここでは４．１×１０4Ｐａの水素＋アルゴン雰囲気を
導入し、熱処理温度３８０℃で８時間処理を行った。熱
処理したＶＯｘは水素により還元され、Ｖ2Ｏ3（ｘ＝
１．５）となった。この状態での特性は比抵抗で２×１
０-5から５×１０-5Ωｍ、ＴＣＲは＋０．１％／Ｋであ
った。
この熱処理ではＶＯｘを低抵抗にするため、従来の方法
を用いて実施することができる。すなわち、成膜された
ＶＯｘ（ｘ＝２．５）薄膜を減圧された真空容器に入
れ、水素を含む還元雰囲気ガスを導入し熱処理を行う。
ここでは４．１×１０4Ｐａの水素＋アルゴン雰囲気を
導入し、熱処理温度３８０℃で８時間処理を行った。熱
処理したＶＯｘは水素により還元され、Ｖ2Ｏ3（ｘ＝
１．５）となった。この状態での特性は比抵抗で２×１
０-5から５×１０-5Ωｍ、ＴＣＲは＋０．１％／Ｋであ
った。
【００２３】更に図５に示すように本発明の特徴とする
ところの熱処理２を行った。この熱処理は酸素を含む雰
囲気中で行う。すなわち、大気中で実施することができ
るため、炉や真空装置といった特殊な設備装置を特に必
要としない。ここではホットプレートを用い、前述の図
５の熱処理１（還元）が終わったＶ2Ｏ3（ｘ＝１．５）
薄膜をウェハごと熱酸化処理した。酸素がＶＯｘ薄膜中
に拡散し、ＶＯｘ薄膜が酸化される温度と時間であれば
よい。ここでは２５０℃で熱酸化を行い、処理時間２０
０分まで実施した。この熱処理では１．５＜ｘ≦２のＶ
Ｏｘが得られた。
ところの熱処理２を行った。この熱処理は酸素を含む雰
囲気中で行う。すなわち、大気中で実施することができ
るため、炉や真空装置といった特殊な設備装置を特に必
要としない。ここではホットプレートを用い、前述の図
５の熱処理１（還元）が終わったＶ2Ｏ3（ｘ＝１．５）
薄膜をウェハごと熱酸化処理した。酸素がＶＯｘ薄膜中
に拡散し、ＶＯｘ薄膜が酸化される温度と時間であれば
よい。ここでは２５０℃で熱酸化を行い、処理時間２０
０分まで実施した。この熱処理では１．５＜ｘ≦２のＶ
Ｏｘが得られた。
【００２４】図２は熱酸化時間を５０、１００、１５
０、２００分間で実施したＶＯｘ薄膜にインジウムで電
極をつけ、恒温槽に入れてその抵抗の温度変化を測定し
た結果である。熱酸化時間を延ばすことにより、２００
分で１桁強の抵抗増加と抵抗の温度変化率ＴＣＲの増加
が認められた。他の温度でも同様に、時間を調整するこ
とにより抵抗と抵抗の温度変化率ＴＣＲの制御が可能で
ある。
０、２００分間で実施したＶＯｘ薄膜にインジウムで電
極をつけ、恒温槽に入れてその抵抗の温度変化を測定し
た結果である。熱酸化時間を延ばすことにより、２００
分で１桁強の抵抗増加と抵抗の温度変化率ＴＣＲの増加
が認められた。他の温度でも同様に、時間を調整するこ
とにより抵抗と抵抗の温度変化率ＴＣＲの制御が可能で
ある。
【００２５】熱酸化時間に対して、測定温度２５℃にお
けるＶＯｘ薄膜のＴＣＲを測定したデータを表２に、こ
のデータをグラフ化して熱酸化時間に対するＴＣＲの依
存性を示したのが図３である。同じように熱酸化時間に
対して、２５℃でのＶＯｘ薄膜の比抵抗を測定したデー
タを表３に、またこのデータをグラフ化して熱酸化時間
に対する比抵抗の依存性を示したのが図４である。これ
らの表と図には６インチウェハ上の各点で測定された数
値が示されている。
けるＶＯｘ薄膜のＴＣＲを測定したデータを表２に、こ
のデータをグラフ化して熱酸化時間に対するＴＣＲの依
存性を示したのが図３である。同じように熱酸化時間に
対して、２５℃でのＶＯｘ薄膜の比抵抗を測定したデー
タを表３に、またこのデータをグラフ化して熱酸化時間
に対する比抵抗の依存性を示したのが図４である。これ
らの表と図には６インチウェハ上の各点で測定された数
値が示されている。
【００２６】
【表２】
【００２７】
【表３】
【００２８】これらの結果から明らかなように熱酸化時
間によってＶＯｘの特性が制御できる。例えば２００分
の熱酸化処理を行えば、図３からＴＣＲとして−４％／
Ｋの性能が得られ、比抵抗が図４から１×１０-3Ωｍな
のでＶＯｘ薄膜の膜厚を０．１μｍとすれば素子として
１０ｋΩの抵抗が得られた。また、更に高いＴＣＲを得
るには熱酸化時間を延長すればよい。但し、作業時間が
延びて作業効率が低下することと特性ではウェハ面内の
均一性が劣化してくるので、２５０℃の熱酸化の場合、
好ましくは３００分程度までに抑えた方がよい。３００
分の熱酸化時間では比抵抗２×１０-3Ωｍで、約−５％
／ＫのＴＣＲを有するＶＯｘ薄膜が得られる。また、熱
酸化温度を高くすれば処理時間は短くできるが、素子化
の工程では金属配線材料の融点が、処理できる温度を制
限しているので４００℃以下で処理するのが好ましい。
また、低い温度では環境温度の影響を受け易いため、恒
温槽のような装置が必要になる。こういった装置を用い
ずに熱酸化するには１５０℃以上で処理するのが好まし
い。
間によってＶＯｘの特性が制御できる。例えば２００分
の熱酸化処理を行えば、図３からＴＣＲとして−４％／
Ｋの性能が得られ、比抵抗が図４から１×１０-3Ωｍな
のでＶＯｘ薄膜の膜厚を０．１μｍとすれば素子として
１０ｋΩの抵抗が得られた。また、更に高いＴＣＲを得
るには熱酸化時間を延長すればよい。但し、作業時間が
延びて作業効率が低下することと特性ではウェハ面内の
均一性が劣化してくるので、２５０℃の熱酸化の場合、
好ましくは３００分程度までに抑えた方がよい。３００
分の熱酸化時間では比抵抗２×１０-3Ωｍで、約−５％
／ＫのＴＣＲを有するＶＯｘ薄膜が得られる。また、熱
酸化温度を高くすれば処理時間は短くできるが、素子化
の工程では金属配線材料の融点が、処理できる温度を制
限しているので４００℃以下で処理するのが好ましい。
また、低い温度では環境温度の影響を受け易いため、恒
温槽のような装置が必要になる。こういった装置を用い
ずに熱酸化するには１５０℃以上で処理するのが好まし
い。
【００２９】以上のように本発明を実施したＶＯｘ薄膜
の特性について、比抵抗とＴＣＲの関係をグラフ化した
ものが図１である。既に述べたように図１には比較のた
め従来の方法で得られたＶＯｘ薄膜の特性もプロットし
てある。図１から明らかなように、従来の方法で作製さ
れたＶＯｘの特性と異なり、本発明で作製されたＶＯｘ
薄膜の方が、同じ比抵抗では高いＴＣＲが得られている
ことがわかる。すなわち、同じ膜厚で素子を作製した場
合、従来のものより素子抵抗を小さくできるため、ボロ
メータ材料の１／ｆノイズが従来のＶＯｘ薄膜よりも小
さく、かつ従来のものよりも高い感度（高いＴＣＲ）を
有するボロメータ素子を形成することが可能となった。
の特性について、比抵抗とＴＣＲの関係をグラフ化した
ものが図１である。既に述べたように図１には比較のた
め従来の方法で得られたＶＯｘ薄膜の特性もプロットし
てある。図１から明らかなように、従来の方法で作製さ
れたＶＯｘの特性と異なり、本発明で作製されたＶＯｘ
薄膜の方が、同じ比抵抗では高いＴＣＲが得られている
ことがわかる。すなわち、同じ膜厚で素子を作製した場
合、従来のものより素子抵抗を小さくできるため、ボロ
メータ材料の１／ｆノイズが従来のＶＯｘ薄膜よりも小
さく、かつ従来のものよりも高い感度（高いＴＣＲ）を
有するボロメータ素子を形成することが可能となった。
【００３０】また、ボロメータ素子として使用するため
には、上記の特性を維持したまま、素子化を行わなけれ
ばならない。さらに素子化後も特性を損なわないため
に、保護膜を形成する必要がある。ここでは物理蒸着法
の一つであるスパッタ法を用いてＶＯｘの表面を被膜し
た。スパッタターゲットとしてシリコン窒化物Ｓｉ3Ｎ4
を用い、アルゴンまたは、アルゴンと窒素の混合気でス
パッタ圧０．４〜１．３３Ｐａの範囲で１〜３ｋＷの高
周波電力でスパッタを行った。また、スパッタガスにア
ルゴンと酸素と窒素の混合気、あるいはアルゴンと酸素
の混合気を用いれば、シリコン酸窒化膜ＳｉＯｘ''Ｎｙ
がＶＯｘ表面に被膜され、ストレスの極めて少ない保護
膜を形成することができる。
には、上記の特性を維持したまま、素子化を行わなけれ
ばならない。さらに素子化後も特性を損なわないため
に、保護膜を形成する必要がある。ここでは物理蒸着法
の一つであるスパッタ法を用いてＶＯｘの表面を被膜し
た。スパッタターゲットとしてシリコン窒化物Ｓｉ3Ｎ4
を用い、アルゴンまたは、アルゴンと窒素の混合気でス
パッタ圧０．４〜１．３３Ｐａの範囲で１〜３ｋＷの高
周波電力でスパッタを行った。また、スパッタガスにア
ルゴンと酸素と窒素の混合気、あるいはアルゴンと酸素
の混合気を用いれば、シリコン酸窒化膜ＳｉＯｘ''Ｎｙ
がＶＯｘ表面に被膜され、ストレスの極めて少ない保護
膜を形成することができる。
【００３１】または、スパッタターゲットとしてＳｉＯ
ｘ''Ｎｙを用い、スパッタガスとして、アルゴンのみ、
アルゴンと酸素と窒素、あるいはアルゴンと窒素、また
はアルゴンと酸素の混合気を用いても同様な内部応力の
少ないＳｉＯｘ''ＮｙによるＶＯｘ表面の被膜ができ
る。
ｘ''Ｎｙを用い、スパッタガスとして、アルゴンのみ、
アルゴンと酸素と窒素、あるいはアルゴンと窒素、また
はアルゴンと酸素の混合気を用いても同様な内部応力の
少ないＳｉＯｘ''ＮｙによるＶＯｘ表面の被膜ができ
る。
【００３２】形成する保護膜の膜厚はＶＯｘの特性がそ
の後も経時変化を起こさない程度の厚みであればよい。
ここでは０．０５〜０．２μｍの厚みとした。このよう
な保護膜を形成することによりＶＯｘの特性劣化は起こ
らなくなった。
の後も経時変化を起こさない程度の厚みであればよい。
ここでは０．０５〜０．２μｍの厚みとした。このよう
な保護膜を形成することによりＶＯｘの特性劣化は起こ
らなくなった。
【００３３】
【発明の効果】本発明によるボロメータ材料の作製方法
を実施することにより、ボロメータ材料の特性が従来の
特性よりも改善された結果、特性が劣化せずに高い感度
を有し、かつ、ボロメータ材料の１／ｆノイズも小さく
なる高性能な赤外線センサ素子を形成することができ
た。また、従来のものよりも膜厚を薄く設定できるた
め、素子化の加工が容易になった。
を実施することにより、ボロメータ材料の特性が従来の
特性よりも改善された結果、特性が劣化せずに高い感度
を有し、かつ、ボロメータ材料の１／ｆノイズも小さく
なる高性能な赤外線センサ素子を形成することができ
た。また、従来のものよりも膜厚を薄く設定できるた
め、素子化の加工が容易になった。
【００３４】又、本発明の保護膜形成方法によれば、優
れた特性を有するＶＯｘ膜の特性劣化を引き起こすこと
なく保護膜を形成することができる。
れた特性を有するＶＯｘ膜の特性劣化を引き起こすこと
なく保護膜を形成することができる。
【図１】本発明により作製したＶＯｘ薄膜の特性で、抵
抗温度係数ＴＣＲと比抵抗の関係を示す図であり、比較
として従来方法により作製されたＶＯｘ薄膜のＴＣＲと
比抵抗の関係も示す。
抗温度係数ＴＣＲと比抵抗の関係を示す図であり、比較
として従来方法により作製されたＶＯｘ薄膜のＴＣＲと
比抵抗の関係も示す。
【図２】本発明により作製されたＶＯｘ膜抵抗の温度依
存性の測定結果を示す図であり、酸化時間により特性が
変わることが示されている。
存性の測定結果を示す図であり、酸化時間により特性が
変わることが示されている。
【図３】本発明の熱酸化時間に対してＴＣＲが依存して
いることを示す図である。
いることを示す図である。
【図４】本発明の熱酸化時間に対して比抵抗が依存して
いることを示す図である。
いることを示す図である。
【図５】本発明によるＶＯｘ薄膜の作製手順を示す図で
ある。
ある。
【図６】従来のＶＯｘ薄膜の作製手順を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ２３Ｃ 14/08 Ｃ２３Ｃ 14/08 Ｇ
Claims (8)
- 【請求項１】 酸化バナジウムＶＯｘ薄膜を用いたボロ
メータ材料の作製方法において、ｘ＝１．５のＶ2Ｏ3を
組成とする結晶相を出発膜質として用い、該結晶相に、
酸素を含む酸化雰囲気下で熱処理を行うことを特徴とす
るボロメータ材料の作製方法。 - 【請求項２】 前記酸化雰囲気下での熱処理が１５０℃
以上、４００℃以下で行われることを特徴とする請求項
１に記載のボロメータ材料の作製方法。 - 【請求項３】 前記酸化雰囲気下での熱処理により、Ｖ
Ｏｘの結晶相を１．５＜ｘ≦２へ改質することを特徴と
する請求項１または２に記載のボロメータ材料の作製方
法。 - 【請求項４】 前記酸化雰囲気下での熱処理において、
熱処理時間の長さによりボロメータ材料の特性を制御す
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記
載のボロメータ材料の作製方法。 - 【請求項５】 前記出発膜質となるｘ＝１．５のＶ2Ｏ3
を組成とする結晶相が、Ｖ2Ｏ5結晶相に対して水素を含
む還元雰囲気下での熱処理により形成したものである請
求項１乃至４のいずれか１項に記載のボロメータ材料の
作製方法。 - 【請求項６】 少なくとも請求項１乃至５のいずれか１
項に記載の作製方法により得られた酸化バナジウムＶＯ
ｘ薄膜を用いたボロメータ材料と該材料上に形成された
保護膜とを有するボロメータ素子。 - 【請求項７】 前記保護膜は、物理的な蒸着方法で形成
されたものであることを特徴とする請求項６に記載のボ
ロメータ素子。 - 【請求項８】 物理的な蒸着方法で形成される保護膜が
シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜であることを特
徴とする請求項７に記載のボロメータ素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000062231A JP2001247958A (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | ボロメータ材料の作製方法及びボロメータ素子 |
| US09/799,001 US6512229B2 (en) | 2000-03-07 | 2001-03-06 | Process for preparing a bolometer material and bolometer device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000062231A JP2001247958A (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | ボロメータ材料の作製方法及びボロメータ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001247958A true JP2001247958A (ja) | 2001-09-14 |
Family
ID=18582269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000062231A Pending JP2001247958A (ja) | 2000-03-07 | 2000-03-07 | ボロメータ材料の作製方法及びボロメータ素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6512229B2 (ja) |
| JP (1) | JP2001247958A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100467480B1 (ko) * | 2002-03-12 | 2005-01-24 | 한국과학기술연구원 | 적외선 감지소자용 고특성 나노 박막의 제조방법 |
| US10745289B2 (en) | 2014-10-27 | 2020-08-18 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Vanadium oxide film and process for producing same |
Families Citing this family (9)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005025910A (ja) * | 2003-06-13 | 2005-01-27 | Nec Corp | 光学的情報記録媒体及びその製造方法 |
| KR100596196B1 (ko) * | 2004-01-29 | 2006-07-03 | 한국과학기술연구원 | 볼로메타용 산화물 박막 및 이를 이용한 적외선 감지소자 |
| US7220632B2 (en) * | 2005-02-24 | 2007-05-22 | Freescale Semiconductor, Inc. | Method of forming a semiconductor device and an optical device and structure thereof |
| US7527999B2 (en) * | 2005-12-06 | 2009-05-05 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | Cd1−xZnxS high performance TCR material for uncooled microbolometers used in infrared sensors and method of making same |
| JP4962837B2 (ja) * | 2006-02-27 | 2012-06-27 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 赤外線センサの製造方法 |
| KR100842287B1 (ko) * | 2006-07-06 | 2008-06-30 | 한국전자통신연구원 | 급격한 금속-절연체 전이를 갖는 ｖ2ｏ3 박막의 제조방법 |
| JP2008066612A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Fujitsu Ltd | トンネル磁気抵抗効果素子及びその製造方法。 |
| KR100983818B1 (ko) * | 2009-09-02 | 2010-09-27 | 한국전자통신연구원 | 볼로미터용 저항재료, 이를 이용한 적외선 검출기용 볼로미터, 및 이의 제조방법 |
| CN108807346B (zh) * | 2018-06-28 | 2020-04-28 | 中国科学院微电子研究所 | 一种探测器、热敏电阻、氧化钒薄膜及其制造方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0862035A (ja) | 1994-06-17 | 1996-03-08 | Fujitsu Ltd | 赤外線検知装置 |
| JP2655101B2 (ja) | 1994-10-28 | 1997-09-17 | 日本電気株式会社 | 赤外線センサ |
| JPH08136343A (ja) | 1994-11-08 | 1996-05-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 焦電型赤外線検出器とその製造方法 |
| JP2772270B2 (ja) | 1995-11-22 | 1998-07-02 | 防衛庁技術研究本部長 | 酸化バナジウム膜の電気特性制御方法 |
| US5801383A (en) * | 1995-11-22 | 1998-09-01 | Masahiro Ota, Director General, Technical Research And Development Institute, Japan Defense Agency | VOX film, wherein X is greater than 1.875 and less than 2.0, and a bolometer-type infrared sensor comprising the VOX film |
| JPH09288010A (ja) | 1996-04-24 | 1997-11-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 焦電型赤外線検出素子とその製造方法 |
| US6322670B2 (en) * | 1996-12-31 | 2001-11-27 | Honeywell International Inc. | Flexible high performance microbolometer detector material fabricated via controlled ion beam sputter deposition process |
| JP3097591B2 (ja) | 1997-03-31 | 2000-10-10 | 日本電気株式会社 | 熱型赤外線検出素子 |
| US5900799A (en) * | 1997-10-03 | 1999-05-04 | Mcdonnell Douglas Corporation | High responsivity thermochromic infrared detector |
-
2000
- 2000-03-07 JP JP2000062231A patent/JP2001247958A/ja active Pending
-
2001
- 2001-03-06 US US09/799,001 patent/US6512229B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100467480B1 (ko) * | 2002-03-12 | 2005-01-24 | 한국과학기술연구원 | 적외선 감지소자용 고특성 나노 박막의 제조방법 |
| US10745289B2 (en) | 2014-10-27 | 2020-08-18 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Vanadium oxide film and process for producing same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20010028034A1 (en) | 2001-10-11 |
| US6512229B2 (en) | 2003-01-28 |
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|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040114 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040818 |