JP2001303236A - 赤外線検知素子の製造方法 - Google Patents
赤外線検知素子の製造方法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低い基板温度で製造でき、高感度のボロメー
ター方式による赤外線検知素子の量産を可能とする製造
方法を提供する。 【解決手段】 Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素Ａは希土類金
属もしくはアルカリ土類金属のいずれかより１種以上の
元素、０≦ｘ＜１）を主成分とする薄膜をボロメータ−
とする赤外線検知素子を製造するために、金属成分の比
がＢｉ：Ａ：Ｍｎ＝１−ｘ：ｘ：１である酸化物薄膜
を、１００℃以上５００℃未満の基板温度にて、酸素も
しくはオゾンを含有するガス雰囲気中でスパッタリング
により形成する工程と、この酸化物薄膜に酸素もしくは
オゾンを含有するガスの雰囲気中で熱処理を施すことに
よって、薄膜の体積抵抗率を赤外線検知回路で動作でき
るレベルに低減させる工程とにより、ボロメーター用薄
膜を作製する。
ター方式による赤外線検知素子の量産を可能とする製造
方法を提供する。 【解決手段】 Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素Ａは希土類金
属もしくはアルカリ土類金属のいずれかより１種以上の
元素、０≦ｘ＜１）を主成分とする薄膜をボロメータ−
とする赤外線検知素子を製造するために、金属成分の比
がＢｉ：Ａ：Ｍｎ＝１−ｘ：ｘ：１である酸化物薄膜
を、１００℃以上５００℃未満の基板温度にて、酸素も
しくはオゾンを含有するガス雰囲気中でスパッタリング
により形成する工程と、この酸化物薄膜に酸素もしくは
オゾンを含有するガスの雰囲気中で熱処理を施すことに
よって、薄膜の体積抵抗率を赤外線検知回路で動作でき
るレベルに低減させる工程とにより、ボロメーター用薄
膜を作製する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線検知素子の
製造方法に関し、特に赤外線検知素子を複数個２次元上
に並べて２次元画像センサとして利用することを目的と
しており、さらに詳しくは赤外線の入射光を吸収するこ
とにより温度変化し、その温度変化によって抵抗値が変
化する材料を用いて赤外線の放射強度の信号を読み出す
方式の非冷却赤外線検知素子の製造方法に関するもので
ある。
製造方法に関し、特に赤外線検知素子を複数個２次元上
に並べて２次元画像センサとして利用することを目的と
しており、さらに詳しくは赤外線の入射光を吸収するこ
とにより温度変化し、その温度変化によって抵抗値が変
化する材料を用いて赤外線の放射強度の信号を読み出す
方式の非冷却赤外線検知素子の製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】赤外線検出器としては、ボロメーター方
式などの熱型検出器と量子（フォトン）型検出器があ
る。量子（フォトン）型検出器は、ダーク電流に起因し
たノイズを低下させるために液体窒素温度近くまで冷却
しなければ、検出感度を高められない。一方、ボロメー
ター方式の赤外線検出器は素子の冷却が不要であり、コ
ストの低減、機器の簡素化および小型化、携帯用途にお
いて大変有利である。
式などの熱型検出器と量子（フォトン）型検出器があ
る。量子（フォトン）型検出器は、ダーク電流に起因し
たノイズを低下させるために液体窒素温度近くまで冷却
しなければ、検出感度を高められない。一方、ボロメー
ター方式の赤外線検出器は素子の冷却が不要であり、コ
ストの低減、機器の簡素化および小型化、携帯用途にお
いて大変有利である。
【０００３】ボロメーター方式の赤外線検出器は、入射
した赤外線を受光部が吸収することにより受光部の温度
を変化させ、この受光部に配置した材料の温度変化によ
る抵抗値変化から該赤外線の放射強度を電気信号として
検出するものである。したがって、抵抗変化の温度依存
性（抵抗温度係数：ＴＣＲ）が大きいほど、検出感度が
高くなる。ボロメーター方式で非冷却赤外線検出器に用
いられている、すなわち室温で赤外線を吸収して温度変
化することで抵抗値が変化するボロメーター薄膜として
は、従来、半導体材料であるＳｉ、Ｇｅ、Ｖ2Ｏ3薄膜が
用いられていた。しかしながら、ＳｉのＴＣＲは、１．
５％／ｄｅｇ．程度と小さく、また比較的感度の高Ｖ2
Ｏ3薄膜の場合にも室温におけるＴＣＲは、２．０％／
ｄｅｇ．程度である。
した赤外線を受光部が吸収することにより受光部の温度
を変化させ、この受光部に配置した材料の温度変化によ
る抵抗値変化から該赤外線の放射強度を電気信号として
検出するものである。したがって、抵抗変化の温度依存
性（抵抗温度係数：ＴＣＲ）が大きいほど、検出感度が
高くなる。ボロメーター方式で非冷却赤外線検出器に用
いられている、すなわち室温で赤外線を吸収して温度変
化することで抵抗値が変化するボロメーター薄膜として
は、従来、半導体材料であるＳｉ、Ｇｅ、Ｖ2Ｏ3薄膜が
用いられていた。しかしながら、ＳｉのＴＣＲは、１．
５％／ｄｅｇ．程度と小さく、また比較的感度の高Ｖ2
Ｏ3薄膜の場合にも室温におけるＴＣＲは、２．０％／
ｄｅｇ．程度である。
【０００４】さらに、最近、ＴＣＲの高い材料として、
Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3（０＜ｘ＜１）というペロブスカ
イト型Ｍｎ酸化物をボロメーター膜として用いた赤外線
センサが報告されている。Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3のＴＣ
Ｒは、０℃以下では３．０％／ｄｅｇ．を越え、室温で
は２．５％／ｄｅｇ．程度である。この技術に関して
は、特開平１０−１６３５１０に記載されている。
Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3（０＜ｘ＜１）というペロブスカ
イト型Ｍｎ酸化物をボロメーター膜として用いた赤外線
センサが報告されている。Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3のＴＣ
Ｒは、０℃以下では３．０％／ｄｅｇ．を越え、室温で
は２．５％／ｄｅｇ．程度である。この技術に関して
は、特開平１０−１６３５１０に記載されている。
【０００５】また、本発明の発明者らは、室温でのＴＣ
Ｒが高いＢｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（０≦ｘ＜１、Ａは希土類
もしくはアルカリ土類から選択された１種以上の金属）
というペロブスカイト型Ｍｎ酸化物を用いた赤外線セン
サをすでに提案している。室温でのＢｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3
を主成分とする薄膜のＴＣＲは、３．０％／ｄｅｇ．以
上４．０％／ｄｅｇ．以下のものが得られている。この
技術に関しては、特開平１０−３０７３２４に記載され
ている。このようにペロブスカイト型Ｍｎ酸化物の中で
も特にＢｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3は室温でのＴＣＲが高いため
高感度の赤外線検知素子を得る上で大変有効な材料であ
る。
Ｒが高いＢｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（０≦ｘ＜１、Ａは希土類
もしくはアルカリ土類から選択された１種以上の金属）
というペロブスカイト型Ｍｎ酸化物を用いた赤外線セン
サをすでに提案している。室温でのＢｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3
を主成分とする薄膜のＴＣＲは、３．０％／ｄｅｇ．以
上４．０％／ｄｅｇ．以下のものが得られている。この
技術に関しては、特開平１０−３０７３２４に記載され
ている。このようにペロブスカイト型Ｍｎ酸化物の中で
も特にＢｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3は室温でのＴＣＲが高いため
高感度の赤外線検知素子を得る上で大変有効な材料であ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】非冷却赤外線検知素子
の高感度化を実現するには、ボロメーター用薄膜の性能
向上が必要であり、室温でのＴＣＲが２．５％／ｄｅ
ｇ．以上、望ましくは３．０％／ｄｅｇ．以上に向上さ
せる必要がある。上述したように、Ｂｉ1-xＡxＭｎ 1Ｏ3
(元素Ａは希土類金属もしくはアルカリ土類金属のいず
れかより１種以上の元素、０≦ｘ＜１)は室温でのＴＣ
Ｒが高いため、ボロメーター用薄膜として有望である
が、汎用的で量産性に優れたＢｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3を主成
分とする薄膜の製造方法がなかった。
の高感度化を実現するには、ボロメーター用薄膜の性能
向上が必要であり、室温でのＴＣＲが２．５％／ｄｅ
ｇ．以上、望ましくは３．０％／ｄｅｇ．以上に向上さ
せる必要がある。上述したように、Ｂｉ1-xＡxＭｎ 1Ｏ3
(元素Ａは希土類金属もしくはアルカリ土類金属のいず
れかより１種以上の元素、０≦ｘ＜１)は室温でのＴＣ
Ｒが高いため、ボロメーター用薄膜として有望である
が、汎用的で量産性に優れたＢｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3を主成
分とする薄膜の製造方法がなかった。
【０００７】一方、赤外線検知素子においては、熱酸化
しやすい卑金属もしくは化合物または低融点金属などが
配線および電極部分に用いられ、それらが読み出し回路
としてＳｉ基板に埋設されており、さらにボロメーター
用薄膜は、Ｓｉ基板上の空隙部を介して設けられたＳｉ
Ｏ2層である構造体上に形成される。したがって、配線
および電極が、熱酸化もしくは、溶融しない温度よりも
低い基板温度、即ち、５００℃以下の基板温度にてボロ
メーター用薄膜を形成しなければならない。
しやすい卑金属もしくは化合物または低融点金属などが
配線および電極部分に用いられ、それらが読み出し回路
としてＳｉ基板に埋設されており、さらにボロメーター
用薄膜は、Ｓｉ基板上の空隙部を介して設けられたＳｉ
Ｏ2層である構造体上に形成される。したがって、配線
および電極が、熱酸化もしくは、溶融しない温度よりも
低い基板温度、即ち、５００℃以下の基板温度にてボロ
メーター用薄膜を形成しなければならない。
【０００８】本発明は、このような問題点を解消する為
になされたもので、抵抗温度係数が高い薄膜材料による
赤外線検知素子が５００℃未満、望ましくは４５０℃以
下の低い基板温度で製造でき、高感度のボロメーター方
式による赤外線検知素子の量産を可能とする製造方法を
提供することを目的とする。
になされたもので、抵抗温度係数が高い薄膜材料による
赤外線検知素子が５００℃未満、望ましくは４５０℃以
下の低い基板温度で製造でき、高感度のボロメーター方
式による赤外線検知素子の量産を可能とする製造方法を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による赤外線検知
素子の製造方法に於いては、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素
Ａは希土類金属もしくはアルカリ土類金属のいずれかよ
り１種以上の元素、０≦ｘ＜１）を主成分とするボロメ
ーター用薄膜を用いた赤外線検知素子の製造するため
に、１００℃以上５００℃未満の基板温度にて、酸素も
しくはオゾンを含有するガス雰囲気中でスパッタリング
により金属成分の比がＢｉ：Ａ：Ｍｎ＝１−ｘ：ｘ：１
である酸化物薄膜を形成する工程と、上記酸化物薄膜に
酸素もしくはオゾンを含有するガスの雰囲気中で熱処理
を施して上記酸化物薄膜の体積抵抗率を赤外線検知回路
で動作できるレベルに低減する工程とを備えることを特
徴としている。
素子の製造方法に於いては、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素
Ａは希土類金属もしくはアルカリ土類金属のいずれかよ
り１種以上の元素、０≦ｘ＜１）を主成分とするボロメ
ーター用薄膜を用いた赤外線検知素子の製造するため
に、１００℃以上５００℃未満の基板温度にて、酸素も
しくはオゾンを含有するガス雰囲気中でスパッタリング
により金属成分の比がＢｉ：Ａ：Ｍｎ＝１−ｘ：ｘ：１
である酸化物薄膜を形成する工程と、上記酸化物薄膜に
酸素もしくはオゾンを含有するガスの雰囲気中で熱処理
を施して上記酸化物薄膜の体積抵抗率を赤外線検知回路
で動作できるレベルに低減する工程とを備えることを特
徴としている。
【００１０】また、上記酸化物薄膜が、Ｓｉ基板上に空
隙部を介して設けられたＳｉＯ2層である構造体上もし
くはその上に積層された電気絶縁体層上に積層されるこ
とを特徴とするものである。
隙部を介して設けられたＳｉＯ2層である構造体上もし
くはその上に積層された電気絶縁体層上に積層されるこ
とを特徴とするものである。
【００１１】また、上記酸化物薄膜に施こす熱処理が、
赤外線もしくはレーザー照射により行われることを特徴
とするものである。
赤外線もしくはレーザー照射により行われることを特徴
とするものである。
【００１２】また、上記酸化物薄膜に施こす熱処理が、
上記酸化物薄膜を３８０℃〜４５０℃の温度で１０分〜
１５分間保持する工程を含むことを特徴とするものであ
る。
上記酸化物薄膜を３８０℃〜４５０℃の温度で１０分〜
１５分間保持する工程を含むことを特徴とするものであ
る。
【００１３】更に、上記赤外線検知回路で動作できる上
記酸化物薄膜の体積抵抗率のレベルが、３．０Ωｃｍ以
上であることを特徴とするものである。
記酸化物薄膜の体積抵抗率のレベルが、３．０Ωｃｍ以
上であることを特徴とするものである。
【００１４】このように、本発明の赤外線検知素子の製
造方法によれば、１００℃以上５００℃未満の基板温度
にて、酸素もしくはオゾンを含有するガス雰囲気中でス
パッタリングにより金属成分の比がＢｉ：Ａ：Ｍｎ＝１
−ｘ：ｘ：１である酸化物薄膜を形成する工程、および
形成された金属成分の比がＢｉ：Ａ：Ｍｎ＝１−ｘ：
ｘ：１である酸化物薄膜に酸素もしくはオゾンを含有す
るガスの雰囲気中で熱処理を施して薄膜の体積抵抗率を
赤外線検知回路で動作できるレベルに低減する工程によ
り、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素Ａは希土類金属もしくは
アルカリ土類金属のいずれかより１種以上の元素、０≦
ｘ＜１）を主成分とする薄膜をボロメーターとして機能
させるするものである。
造方法によれば、１００℃以上５００℃未満の基板温度
にて、酸素もしくはオゾンを含有するガス雰囲気中でス
パッタリングにより金属成分の比がＢｉ：Ａ：Ｍｎ＝１
−ｘ：ｘ：１である酸化物薄膜を形成する工程、および
形成された金属成分の比がＢｉ：Ａ：Ｍｎ＝１−ｘ：
ｘ：１である酸化物薄膜に酸素もしくはオゾンを含有す
るガスの雰囲気中で熱処理を施して薄膜の体積抵抗率を
赤外線検知回路で動作できるレベルに低減する工程によ
り、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素Ａは希土類金属もしくは
アルカリ土類金属のいずれかより１種以上の元素、０≦
ｘ＜１）を主成分とする薄膜をボロメーターとして機能
させるするものである。
【００１５】また、本発明の赤外線検知素子の製造方法
においては、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素Aは希土類金属
もしくはアルカリ土類金属のいずれかより１種以上の元
素、０≦ｘ＜１）を主成分とする薄膜は、Ｓｉ基板上に
空隙部を介して設けられたＳｉＯ2層である構造体上も
しくは、Ｓｉ基板上に空隙部を介して設けられたＳｉＯ
2層である構造体上に積層された電気絶縁体層上にさら
に積層されており、温度により抵抗値が変化するボロメ
ーターとして用いられる。また、電気絶縁体層をSiO2層
上に設けることで、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3の結晶化が促進
して、基板温度を低減しようとするものである。
においては、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素Aは希土類金属
もしくはアルカリ土類金属のいずれかより１種以上の元
素、０≦ｘ＜１）を主成分とする薄膜は、Ｓｉ基板上に
空隙部を介して設けられたＳｉＯ2層である構造体上も
しくは、Ｓｉ基板上に空隙部を介して設けられたＳｉＯ
2層である構造体上に積層された電気絶縁体層上にさら
に積層されており、温度により抵抗値が変化するボロメ
ーターとして用いられる。また、電気絶縁体層をSiO2層
上に設けることで、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3の結晶化が促進
して、基板温度を低減しようとするものである。
【００１６】また、本発明の赤外線検知素子の製造方法
によれば、金属成分の比がＢｉ：Ａ：Ｍｎ＝１−ｘ：
ｘ：１である酸化物薄膜に、酸素もしくはオゾンを含有
するガスの雰囲気中で赤外線もしくはレーザー照射によ
る熱処理を施こすことで、薄膜の体積抵抗率を赤外線検
知回路で動作できるレベルに低減して、Ｂｉ1-xＡxＭｎ
1Ｏ3（元素Ａは希土類金属もしくはアルカリ土類金属の
いずれかより１種以上の元素、０≦ｘ＜１）を主成分と
する薄膜をボロメーターとして機能させるものである。
によれば、金属成分の比がＢｉ：Ａ：Ｍｎ＝１−ｘ：
ｘ：１である酸化物薄膜に、酸素もしくはオゾンを含有
するガスの雰囲気中で赤外線もしくはレーザー照射によ
る熱処理を施こすことで、薄膜の体積抵抗率を赤外線検
知回路で動作できるレベルに低減して、Ｂｉ1-xＡxＭｎ
1Ｏ3（元素Ａは希土類金属もしくはアルカリ土類金属の
いずれかより１種以上の元素、０≦ｘ＜１）を主成分と
する薄膜をボロメーターとして機能させるものである。
【００１７】本発明は、温度により抵抗値が変化する薄
膜の主成分が、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素Ａは希土類金
属もしくはアルカリ土類金属のいずれかより１種以上の
元素、０≦ｘ＜１）であり、この薄膜は、室温付近の温
度範囲では、半導体的電気伝導性を示し、かつ高い抵抗
温度係数を有している。この半導体領域での高い抵抗温
度係数を有する前記Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3薄膜が赤外線を
検知するボロメーターであり、これを受光部に配備する
ことで、赤外線検出素子を高感度化しようとするもので
ある。
膜の主成分が、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素Ａは希土類金
属もしくはアルカリ土類金属のいずれかより１種以上の
元素、０≦ｘ＜１）であり、この薄膜は、室温付近の温
度範囲では、半導体的電気伝導性を示し、かつ高い抵抗
温度係数を有している。この半導体領域での高い抵抗温
度係数を有する前記Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3薄膜が赤外線を
検知するボロメーターであり、これを受光部に配備する
ことで、赤外線検出素子を高感度化しようとするもので
ある。
【００１８】さらに、受光部を複数個シリコン基板上に
2次元的に配置することで、高感度の2次元画像センサを
得ることができる。
2次元的に配置することで、高感度の2次元画像センサを
得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の１
実施の形態に関する赤外線検知素子の断面説明図であ
る。赤外線検知素子の受光部１は、シリコン基板２の上
に、ＳｉＯ2層によるブリッジ構造体４によって熱絶縁
のために空隙部６を形成した。ＳｉＯ2層は、プラズマ
ＣＶＤにより形成した。さらに、ＳｉＯ2層のブリッジ
構造体４の支持脚を伝って基板２までＰｔの配線３を配
した。ＳｉＯ2層および一部のＰｔの配線の上に、ボロ
メーター用薄膜５を配備した。赤外線の検知回路は、受
光部１が赤外線を吸収することで温度変化によりボロメ
ーター用薄膜５の抵抗値が変わり、この抵抗値変化をボ
ロメーター用薄膜５の下部にある配線３の両端からバイ
アス電圧を印加して検出するようになっている。
実施の形態に関する赤外線検知素子の断面説明図であ
る。赤外線検知素子の受光部１は、シリコン基板２の上
に、ＳｉＯ2層によるブリッジ構造体４によって熱絶縁
のために空隙部６を形成した。ＳｉＯ2層は、プラズマ
ＣＶＤにより形成した。さらに、ＳｉＯ2層のブリッジ
構造体４の支持脚を伝って基板２までＰｔの配線３を配
した。ＳｉＯ2層および一部のＰｔの配線の上に、ボロ
メーター用薄膜５を配備した。赤外線の検知回路は、受
光部１が赤外線を吸収することで温度変化によりボロメ
ーター用薄膜５の抵抗値が変わり、この抵抗値変化をボ
ロメーター用薄膜５の下部にある配線３の両端からバイ
アス電圧を印加して検出するようになっている。
【００２０】本発明の実施の形態１では、ボロメーター
用薄膜の主成分は、Ｂｉ1-xＡxＭｎ 1Ｏ3の表記におい
て、ＡがＬａおよびＳｒ、およびｘ＝０．４である。即
ちＢｉ 0.6Ｓｒ0.3Ｌａ0.1ＭｎＯ3とした。Ｂｉ0.6Ｓｒ
0.3Ｌａ0.1ＭｎＯ3薄膜は、酸素１００％のガスを導入
し、ガス圧を０．５Ｐａに調整したチャンバー内にて基
板温度を４３０℃に保持し、スパッタリングにより金属
成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｌａ：Ｍｎ＝０．６：０．３：
０．１である酸化物薄膜を形成した後、ガス圧を高めて
３Ｐａに保持した状態で４３０℃で１５分間温度保持し
た後、室温まで約１０℃／ｍｉｎ．で冷却することによ
り作製した。ボロメーター用薄膜を形成した後、受光部
１の最外層に、酸化シリコンによる保護膜７をコーティ
ングした。
用薄膜の主成分は、Ｂｉ1-xＡxＭｎ 1Ｏ3の表記におい
て、ＡがＬａおよびＳｒ、およびｘ＝０．４である。即
ちＢｉ 0.6Ｓｒ0.3Ｌａ0.1ＭｎＯ3とした。Ｂｉ0.6Ｓｒ
0.3Ｌａ0.1ＭｎＯ3薄膜は、酸素１００％のガスを導入
し、ガス圧を０．５Ｐａに調整したチャンバー内にて基
板温度を４３０℃に保持し、スパッタリングにより金属
成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｌａ：Ｍｎ＝０．６：０．３：
０．１である酸化物薄膜を形成した後、ガス圧を高めて
３Ｐａに保持した状態で４３０℃で１５分間温度保持し
た後、室温まで約１０℃／ｍｉｎ．で冷却することによ
り作製した。ボロメーター用薄膜を形成した後、受光部
１の最外層に、酸化シリコンによる保護膜７をコーティ
ングした。
【００２１】図２は、本発明の１実施の形態に関する赤
外線検知素子の斜視図である。この図において保護膜７
は記載していない。ブリッジ構造の支持脚８は受光部１
の断熱性を高めるために、細長い構造となっている。受
光部は、パターニングされている。本実施例に示された
赤外線検知素子およびその周辺部の構成および形状は、
本発明の１形態であって、本発明が実施の形態１に限定
されるものではない。
外線検知素子の斜視図である。この図において保護膜７
は記載していない。ブリッジ構造の支持脚８は受光部１
の断熱性を高めるために、細長い構造となっている。受
光部は、パターニングされている。本実施例に示された
赤外線検知素子およびその周辺部の構成および形状は、
本発明の１形態であって、本発明が実施の形態１に限定
されるものではない。
【００２２】電気抵抗の測定は、図３に示した測定治具
を用いて行った。この図において前記赤外線検知素子で
あるシリコン基板２を台板９にアロンアルファ（登録商
標）で接着し、電極パッド１０と素子とをワイヤボンド
１１で接続し、電極パッド１０に電流リード１３を接続
して通電試験を行った。また、台板９に温度センサ１２
を素子と同様にアロンアルファで接着し、固定した。さ
らに、３０℃で３．５Ｖとなるように電流値を調整し、
定電流を通電し直流２端子法で電気抵抗の測定を行っ
た。Ｂｉ0.6Ｓｒ0.3Ｌａ0.1ＭｎＯ3薄膜の抵抗温度係数
の測定は測定治具を恒温槽に入れ、各温度での抵抗の測
定値から計算により求めた。抵抗温度係数と温度との相
関を図４に示す。図４から明らかな通り、３０℃におけ
る体積抵抗率は３．０Ωｃｍであり、また３０℃以下に
おいて３．０％／Ｋ以上の高い抵抗温度係数が得られ
た。
を用いて行った。この図において前記赤外線検知素子で
あるシリコン基板２を台板９にアロンアルファ（登録商
標）で接着し、電極パッド１０と素子とをワイヤボンド
１１で接続し、電極パッド１０に電流リード１３を接続
して通電試験を行った。また、台板９に温度センサ１２
を素子と同様にアロンアルファで接着し、固定した。さ
らに、３０℃で３．５Ｖとなるように電流値を調整し、
定電流を通電し直流２端子法で電気抵抗の測定を行っ
た。Ｂｉ0.6Ｓｒ0.3Ｌａ0.1ＭｎＯ3薄膜の抵抗温度係数
の測定は測定治具を恒温槽に入れ、各温度での抵抗の測
定値から計算により求めた。抵抗温度係数と温度との相
関を図４に示す。図４から明らかな通り、３０℃におけ
る体積抵抗率は３．０Ωｃｍであり、また３０℃以下に
おいて３．０％／Ｋ以上の高い抵抗温度係数が得られ
た。
【００２３】実施の形態２．図５は本発明の１実施の形
態に関する赤外線検知素子の断面説明図である。赤外線
検知素子の受光部１は、シリコン基板２の上に、酸化シ
リコン層によるブリッジ構造体４によって熱絶縁体ギャ
ップ６が形成されている。そのブリッジ構造体４はＳｉ
Ｏ2層上にＹＳＺの電気絶縁層が積層されている２層構
造となっている。ブリッジ構造体４が２層になっている
ことの他は、実施の形態１と全く同じ構成になってい
る。
態に関する赤外線検知素子の断面説明図である。赤外線
検知素子の受光部１は、シリコン基板２の上に、酸化シ
リコン層によるブリッジ構造体４によって熱絶縁体ギャ
ップ６が形成されている。そのブリッジ構造体４はＳｉ
Ｏ2層上にＹＳＺの電気絶縁層が積層されている２層構
造となっている。ブリッジ構造体４が２層になっている
ことの他は、実施の形態１と全く同じ構成になってい
る。
【００２４】ＳｉＯ2層は、実施の形態１と同様にプラ
ズマＣＶＤにより形成した。ＹＳＺの電気絶縁層は、電
子ビーム蒸着法により形成した。ボロメーター用薄膜の
主成分は、実施の形態１と同じＢｉ0.6Ｓｒ0.3Ｌａ0.1
ＭｎＯ3とした。Ｂｉ0.6Ｓｒ0 .3Ｌａ0.1ＭｎＯ3薄膜の
製造方法は、４１０℃の基板温度でスパッタリングした
こと、およびスパッタリングの後、４１０℃の基板温度
で１５分間温度保持したこと以外は、実施の形態１と同
じである。
ズマＣＶＤにより形成した。ＹＳＺの電気絶縁層は、電
子ビーム蒸着法により形成した。ボロメーター用薄膜の
主成分は、実施の形態１と同じＢｉ0.6Ｓｒ0.3Ｌａ0.1
ＭｎＯ3とした。Ｂｉ0.6Ｓｒ0 .3Ｌａ0.1ＭｎＯ3薄膜の
製造方法は、４１０℃の基板温度でスパッタリングした
こと、およびスパッタリングの後、４１０℃の基板温度
で１５分間温度保持したこと以外は、実施の形態１と同
じである。
【００２５】電気抵抗の測定および抵抗温度係数の算出
は、実施の形態１と同様に行った。実施の形態１および
実施の形態２の抵抗温度係数と温度との相関を図４に示
す。実施の形態１では、３０℃における抵抗率が３．０
Ωｃｍであり、図４より、実施の形態１では３０℃以下
において３．０％／Ｋ以上の高い抵抗温度係数が得られ
た。また、実施の形態２では、図４から明らかなよう
に、３０℃以下において抵抗温度係数が３．０％／Ｋ以
上となり、実施の形態１と同様に高い抵抗温度係数が得
られた。尚、３０℃における体積抵抗率は、実施の形態
１では、３．０Ωｃｍであり、実施の形態２では、１．
６Ωｃｍとなった。実施の形態１および実施の形態２に
おいて、ボロメーター用薄膜の組成は同一のＢｉ0.6Ｓ
ｒ0.3Ｌａ0. 1ＭｎＯ3であるが、実施の形態２では、実
施の形態１よりも２０℃低い温度で合成されたにも関わ
らず体積抵抗率が低かった。Ｘ線回折により両者の薄膜
の結晶性を調べたところ、ＹＳＺ上に形成された実施の
形態２の方が回折ピークの強度が高く、結晶性が高めら
れていることがわかった。以上より、実施の形態１およ
び２のボロメーター薄膜は、５００℃以下の基板温度で
のスパッタリングおよび熱処理により合成でき、しかも
３０℃以下において３．０％／Ｋ以上の高い抵抗温度係
数を有すると共に、赤外線検知回路で動作できるレベル
の体積抵抗率を有していることがわかった。
は、実施の形態１と同様に行った。実施の形態１および
実施の形態２の抵抗温度係数と温度との相関を図４に示
す。実施の形態１では、３０℃における抵抗率が３．０
Ωｃｍであり、図４より、実施の形態１では３０℃以下
において３．０％／Ｋ以上の高い抵抗温度係数が得られ
た。また、実施の形態２では、図４から明らかなよう
に、３０℃以下において抵抗温度係数が３．０％／Ｋ以
上となり、実施の形態１と同様に高い抵抗温度係数が得
られた。尚、３０℃における体積抵抗率は、実施の形態
１では、３．０Ωｃｍであり、実施の形態２では、１．
６Ωｃｍとなった。実施の形態１および実施の形態２に
おいて、ボロメーター用薄膜の組成は同一のＢｉ0.6Ｓ
ｒ0.3Ｌａ0. 1ＭｎＯ3であるが、実施の形態２では、実
施の形態１よりも２０℃低い温度で合成されたにも関わ
らず体積抵抗率が低かった。Ｘ線回折により両者の薄膜
の結晶性を調べたところ、ＹＳＺ上に形成された実施の
形態２の方が回折ピークの強度が高く、結晶性が高めら
れていることがわかった。以上より、実施の形態１およ
び２のボロメーター薄膜は、５００℃以下の基板温度で
のスパッタリングおよび熱処理により合成でき、しかも
３０℃以下において３．０％／Ｋ以上の高い抵抗温度係
数を有すると共に、赤外線検知回路で動作できるレベル
の体積抵抗率を有していることがわかった。
【００２６】実施の形態２の電気絶縁層の具体例とし
て、ＹＳＺについて述べたが、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2
Ｏ3、ＣｅＯ2、ＨｆＯ2などでも同様に良好な結果が得
られた。ただし、本発明がこれらの材料に限定されるも
のではない。
て、ＹＳＺについて述べたが、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2
Ｏ3、ＣｅＯ2、ＨｆＯ2などでも同様に良好な結果が得
られた。ただし、本発明がこれらの材料に限定されるも
のではない。
【００２７】実施の形態３．本発明の実施の形態３のボ
ロメーター用薄膜５の主成分は、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3の
表記において、ＡがＳｒ、およびｘ＝０．４である。即
ちＢｉ0.6Ｓｒ0.4Ｌａ0.1ＭｎＯ3である。初めに、金属
成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｍｎ＝０．６：０．４：０．１
である酸化物薄膜を酸化シリコン層上にスパッタリング
により形成した。スパッタ条件は、ガス圧は０．８Ｐａ
に統一し、ガスの種類および基板加熱温度を変化させ
た。ガス（Ａ）はオゾン１００％、ガス（Ｂ）は酸素１
００％、ガス（Ｃ）はオゾン４０％とアルゴン６０％の
混合ガス、ガス（Ｄ）は酸素４０％とアルゴン６０％の
混合ガスであり、ガス（Ｅ）は比較としてアルゴン１０
０％とした。
ロメーター用薄膜５の主成分は、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3の
表記において、ＡがＳｒ、およびｘ＝０．４である。即
ちＢｉ0.6Ｓｒ0.4Ｌａ0.1ＭｎＯ3である。初めに、金属
成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｍｎ＝０．６：０．４：０．１
である酸化物薄膜を酸化シリコン層上にスパッタリング
により形成した。スパッタ条件は、ガス圧は０．８Ｐａ
に統一し、ガスの種類および基板加熱温度を変化させ
た。ガス（Ａ）はオゾン１００％、ガス（Ｂ）は酸素１
００％、ガス（Ｃ）はオゾン４０％とアルゴン６０％の
混合ガス、ガス（Ｄ）は酸素４０％とアルゴン６０％の
混合ガスであり、ガス（Ｅ）は比較としてアルゴン１０
０％とした。
【００２８】金属成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｍｎ＝０．
６：０．４：１である酸化物薄膜をスパッタリングで形
成した後、冷却前にスパッタ時と同じ温度でガス圧を４
Ｐａとし て１０分間保持した後、室温まで約１０℃／
ｍｉｎ．で徐冷し、本発明によるボロメーター用薄膜
（Ａ）から（Ｄ）および比較例による膜（Ｅ）を得た。
また、比較例（Ｆ）として、ガス（Ａ）を用いて、金属
成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｍｎ＝０．６：０．４：１であ
る酸化物薄膜をスパッタリングで形成した後、すぐに室
温まで約１０℃／ｍｉｎ．で徐冷したもの、および、比
較例（Ｇ）として、ガス（Ｄ） を用いて、Ｂｉ：Ｓ
ｒ：Ｍｎ＝０．６：０．４：１である薄膜をスパッタリ
ングで形成した後、すぐに室温まで約１℃／ｍｉｎ．で
徐冷したものについても作製した。
６：０．４：１である酸化物薄膜をスパッタリングで形
成した後、冷却前にスパッタ時と同じ温度でガス圧を４
Ｐａとし て１０分間保持した後、室温まで約１０℃／
ｍｉｎ．で徐冷し、本発明によるボロメーター用薄膜
（Ａ）から（Ｄ）および比較例による膜（Ｅ）を得た。
また、比較例（Ｆ）として、ガス（Ａ）を用いて、金属
成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｍｎ＝０．６：０．４：１であ
る酸化物薄膜をスパッタリングで形成した後、すぐに室
温まで約１０℃／ｍｉｎ．で徐冷したもの、および、比
較例（Ｇ）として、ガス（Ｄ） を用いて、Ｂｉ：Ｓ
ｒ：Ｍｎ＝０．６：０．４：１である薄膜をスパッタリ
ングで形成した後、すぐに室温まで約１℃／ｍｉｎ．で
徐冷したものについても作製した。
【００２９】上述した種々の条件で作製した本発明によ
るボロメーター用薄膜および比較例の膜の表面の導電性
をテスターでチェックした。この結果を表１に示す。表
１において素子抵抗が２ＭΩ以下で、テスターチェック
で導電性を示したものを○印で、また２ＭΩを越えてテ
スターチェックで導電性を示さないものを×印で、電極
が剥離して測定不能のものは−で示した。
るボロメーター用薄膜および比較例の膜の表面の導電性
をテスターでチェックした。この結果を表１に示す。表
１において素子抵抗が２ＭΩ以下で、テスターチェック
で導電性を示したものを○印で、また２ＭΩを越えてテ
スターチェックで導電性を示さないものを×印で、電極
が剥離して測定不能のものは−で示した。
【００３０】
【表１】
【００３１】表１から明らかなように、酸素もしくはオ
ゾンを含有するガスを用いてスパッタリングにより形成
し、且つ酸素もしくはオゾンを含有するガス雰囲気中で
熱処理して作製された本発明によるボロメーター用薄膜
は、基板温度が４５０℃以下で導電性を示した。酸素も
しくはオゾンを含有するガスを用いなかった膜（Ｅ）
は、導電性を示さなかった。酸素もしくはオゾンを含有
するガスを用いてスパッタリングにより形成した後、酸
素もしくはオゾンを含有するガス雰囲気中で熱処理を施
さなかった膜（Ｆ）もしくは（Ｇ）は、導電性が得られ
ない、もしくは、５００℃以上で導電性の薄膜が得られ
た。尚、基板温度４５０℃における本発明によるボロメ
ーター用薄膜（Ａ）から（Ｄ）の３０℃における電気抵
抗を測定したところ、（Ａ）は体積抵抗率が１．０Ωｃ
ｍ、抵抗温度係数３．０％／Ｋ、（Ｂ）は体積抵抗率が
２．０Ωｃｍ、抵抗温度係数３．２％／Ｋ、（Ｃ）は体
積抵抗率が３．０Ωｃｍ、抵抗温度係数３．４％／Ｋ、
および（Ｄ）は体積抵抗率が４．０Ωｃｍ、抵抗温度係
数３．６％／Ｋという良好な値が得られた。
ゾンを含有するガスを用いてスパッタリングにより形成
し、且つ酸素もしくはオゾンを含有するガス雰囲気中で
熱処理して作製された本発明によるボロメーター用薄膜
は、基板温度が４５０℃以下で導電性を示した。酸素も
しくはオゾンを含有するガスを用いなかった膜（Ｅ）
は、導電性を示さなかった。酸素もしくはオゾンを含有
するガスを用いてスパッタリングにより形成した後、酸
素もしくはオゾンを含有するガス雰囲気中で熱処理を施
さなかった膜（Ｆ）もしくは（Ｇ）は、導電性が得られ
ない、もしくは、５００℃以上で導電性の薄膜が得られ
た。尚、基板温度４５０℃における本発明によるボロメ
ーター用薄膜（Ａ）から（Ｄ）の３０℃における電気抵
抗を測定したところ、（Ａ）は体積抵抗率が１．０Ωｃ
ｍ、抵抗温度係数３．０％／Ｋ、（Ｂ）は体積抵抗率が
２．０Ωｃｍ、抵抗温度係数３．２％／Ｋ、（Ｃ）は体
積抵抗率が３．０Ωｃｍ、抵抗温度係数３．４％／Ｋ、
および（Ｄ）は体積抵抗率が４．０Ωｃｍ、抵抗温度係
数３．６％／Ｋという良好な値が得られた。
【００３２】金属成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｍｎ＝０．
６：０．４：１である酸化物薄膜をスパッタリングで形
成した後、酸素もしくはオゾンを含有するガス雰囲気中
で熱処理を施す時間は、温度との兼ね合いで決まり、５
分でも導電性の膜が得られるようになる。しかし、安定
に合成するには基板温度をできる限り低くくするため、
このような低温化の限界に近い温度では、熱処理時間は
１０分以上が望ましい。
６：０．４：１である酸化物薄膜をスパッタリングで形
成した後、酸素もしくはオゾンを含有するガス雰囲気中
で熱処理を施す時間は、温度との兼ね合いで決まり、５
分でも導電性の膜が得られるようになる。しかし、安定
に合成するには基板温度をできる限り低くくするため、
このような低温化の限界に近い温度では、熱処理時間は
１０分以上が望ましい。
【００３３】実施の形態４．実施の形態４では赤外線検
出素子の構成は、実施の形態１とボロメーター用薄膜の
主成分が異なっている点以外は全く同じである。実施の
形態４のボロメーター用薄膜の主成分は、Ｂｉ1-xＡxＭ
ｎ1Ｏ3の表記においてＡがＬａおよびＳｒ、およびｘ＝
０．４である。即ちＢｉ0.333Ｓｒ0.333Ｌａ0.333Ｍｎ
Ｏ3 である。金属成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｌａ：Ｍｎ＝
０．３３３：０．３３３：０．３３３である酸化物薄膜
を実施の形態１と全く同じ条件でのスパッタリングおよ
び熱処理により作製した。しかし、得られた金属成分の
比がＢｉ：Ｓｒ：Ｌａ：Ｍｎ＝０．３３３：０．３３
３：０．３３３である薄膜酸化物薄膜の抵抗はテスター
の測定限界をこえる程高く、赤外線検出素子に適用でき
ないことがわかった。Ｘ線回折により薄膜の結晶構造を
調べたところ、ペロブスカイト構造になっていないこと
が判明した。そこで、金属成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｌ
ａ：Ｍｎ＝０．３３３：０．３３３：０．３３３である
酸化物薄膜を実施の形態１と同じスパッタ条件で形成し
た後、基板温度を５００℃まで高め、酸素ガス、３Ｐａ
の雰囲気中で５分保持した後、ヒーターへの通電を止め
たところ、４００℃までに冷却されるまで、２０分を要
した。４００℃以下は、ヒーター制御で約１０℃／ｍｉ
ｎ．で徐冷した。この薄膜の表面をテスターでチェック
すると１００ＫΩを示し、体積抵抗率はボロメーター用
薄膜として十分機能しうるレベルとなっているようであ
ったが、電極部材の一部が配線部材と共に剥離している
のが見られた。このような剥離は、配線部材の酸化によ
り起きたと考えられる。
出素子の構成は、実施の形態１とボロメーター用薄膜の
主成分が異なっている点以外は全く同じである。実施の
形態４のボロメーター用薄膜の主成分は、Ｂｉ1-xＡxＭ
ｎ1Ｏ3の表記においてＡがＬａおよびＳｒ、およびｘ＝
０．４である。即ちＢｉ0.333Ｓｒ0.333Ｌａ0.333Ｍｎ
Ｏ3 である。金属成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｌａ：Ｍｎ＝
０．３３３：０．３３３：０．３３３である酸化物薄膜
を実施の形態１と全く同じ条件でのスパッタリングおよ
び熱処理により作製した。しかし、得られた金属成分の
比がＢｉ：Ｓｒ：Ｌａ：Ｍｎ＝０．３３３：０．３３
３：０．３３３である薄膜酸化物薄膜の抵抗はテスター
の測定限界をこえる程高く、赤外線検出素子に適用でき
ないことがわかった。Ｘ線回折により薄膜の結晶構造を
調べたところ、ペロブスカイト構造になっていないこと
が判明した。そこで、金属成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｌ
ａ：Ｍｎ＝０．３３３：０．３３３：０．３３３である
酸化物薄膜を実施の形態１と同じスパッタ条件で形成し
た後、基板温度を５００℃まで高め、酸素ガス、３Ｐａ
の雰囲気中で５分保持した後、ヒーターへの通電を止め
たところ、４００℃までに冷却されるまで、２０分を要
した。４００℃以下は、ヒーター制御で約１０℃／ｍｉ
ｎ．で徐冷した。この薄膜の表面をテスターでチェック
すると１００ＫΩを示し、体積抵抗率はボロメーター用
薄膜として十分機能しうるレベルとなっているようであ
ったが、電極部材の一部が配線部材と共に剥離している
のが見られた。このような剥離は、配線部材の酸化によ
り起きたと考えられる。
【００３４】次に、金属成分の比がＢｉ：Ｓｒ：Ｌａ：
Ｍｎ＝０．３３３：０．３３３：０．３３３である酸化
物薄膜を実施の形態１と同じスパッタ条件で形成し、す
ぐに約１０℃／ｍｉｎ．で徐冷して取り出した膜に、基
板温度を４３０℃とし、酸素のガス圧を３Ｐａとした雰
囲気中で図６の赤外線ランプによる熱処理装置を用い
て、熱処理を施した。
Ｍｎ＝０．３３３：０．３３３：０．３３３である酸化
物薄膜を実施の形態１と同じスパッタ条件で形成し、す
ぐに約１０℃／ｍｉｎ．で徐冷して取り出した膜に、基
板温度を４３０℃とし、酸素のガス圧を３Ｐａとした雰
囲気中で図６の赤外線ランプによる熱処理装置を用い
て、熱処理を施した。
【００３５】図６は、赤外線ランプ加熱による熱処理装
置の構成を示す図である。図において、赤外線ランプ１
５の発生する赤外線が、赤外線透過窓１６を通過し、抵
抗加熱ヒーター１９上で４００℃に加熱された基板２０
を照射した。チャンバー２１内には、反射ミラー２２が
取り付けてエネルギー密度を高めており、ガスボンベ２
３からの酸素ガス供給と真空ポンプ１８とにより３Ｐａ
にガス圧が保たれている。基板温度は赤外線カメラ１７
によりモニターされている。
置の構成を示す図である。図において、赤外線ランプ１
５の発生する赤外線が、赤外線透過窓１６を通過し、抵
抗加熱ヒーター１９上で４００℃に加熱された基板２０
を照射した。チャンバー２１内には、反射ミラー２２が
取り付けてエネルギー密度を高めており、ガスボンベ２
３からの酸素ガス供給と真空ポンプ１８とにより３Ｐａ
にガス圧が保たれている。基板温度は赤外線カメラ１７
によりモニターされている。
【００３６】赤外線の照射で基板の表面温度が５００℃
になるようにあらかじめランプのパワー調整を行ない、
温度保持は、ランプの点滅により制御した。抵抗加熱ヒ
ーターのみで基板の表面温度が４３０℃となるように温
度設定した。ランプ点灯後１０秒で、基板の表面温度は
５００℃に到達した。５００℃での温度保持時間を５分
以下とする異なる温度保持時間の素子を作製した。５分
間の赤外線照射では、ヒーター温度およびヒーターの出
力制御には何ら変化が及ぼされることはなかった。各素
子は温度保持した後、ランプを消灯したところ、表面温
度はわずか数秒で４３０℃に戻り、さらにヒーター制御
で室温まで約１０℃／ｍｉｎ．で徐冷した。
になるようにあらかじめランプのパワー調整を行ない、
温度保持は、ランプの点滅により制御した。抵抗加熱ヒ
ーターのみで基板の表面温度が４３０℃となるように温
度設定した。ランプ点灯後１０秒で、基板の表面温度は
５００℃に到達した。５００℃での温度保持時間を５分
以下とする異なる温度保持時間の素子を作製した。５分
間の赤外線照射では、ヒーター温度およびヒーターの出
力制御には何ら変化が及ぼされることはなかった。各素
子は温度保持した後、ランプを消灯したところ、表面温
度はわずか数秒で４３０℃に戻り、さらにヒーター制御
で室温まで約１０℃／ｍｉｎ．で徐冷した。
【００３７】赤外線照射による熱処理を行った各素子で
は電極の剥離は見られず、電気抵抗の測定において、問
題はなかった。これは、基板表面からの熱処理が、短時
間で加熱および冷却ができ、効率よく表面が加熱できる
ため、素子全体の温度が上がらないため、配線へのダメ
ージが少なかったと考えられる。図７は、素子の体積抵
抗率と５００℃に保持した時間との相関図である。図よ
り、５００℃に保持して2分後には、すなわちランプ点
灯から５分後には、抵抗率が１Ωｃｍ近くまで低下し、
十分にボロメーターとして実用可能なレベルとなった。
は電極の剥離は見られず、電気抵抗の測定において、問
題はなかった。これは、基板表面からの熱処理が、短時
間で加熱および冷却ができ、効率よく表面が加熱できる
ため、素子全体の温度が上がらないため、配線へのダメ
ージが少なかったと考えられる。図７は、素子の体積抵
抗率と５００℃に保持した時間との相関図である。図よ
り、５００℃に保持して2分後には、すなわちランプ点
灯から５分後には、抵抗率が１Ωｃｍ近くまで低下し、
十分にボロメーターとして実用可能なレベルとなった。
【００３８】実施の形態５．金属成分の比がＢｉ：Ｓ
ｒ：Ｌａ：Ｍｎ＝０．３３３：０．３３３：０．３３３
である酸化物薄膜を実施の形態４と同じスパッタ条件で
形成し、すぐに約1１０℃／ｍｉｎ．で徐冷して取り出
した。この薄膜は、実施の形態４で述べたように、導電
性がないため、さらに、酸素圧力を３Ｐａ、基板温度は
４３０℃とした状態で、ＫｒＦエキシマレーザーを５分
間、５０Ｈｚ、３０Ｗで繰り返し照射し、薄膜の表面に
熱処理を施した。図8は、レーザー照射による熱処理装
置の構成を示す図である。図において、レーザー発生源
２４の発生するレーザー光が、レーザー透過窓２５を通
過し、チャンバー２１内に入射し、レーザー反射ミラー
により、抵抗加熱ヒーター１９上で４００℃に加熱され
た基板２０に照射した。チャンバー２１内は、ガスボン
ベ２３からの酸素ガス供給と真空ポンプ１８とにより３
Ｐａにガス圧が保たれている。レーザー光が基板２に照
射する様子は、可視光透過窓２６より、ＣＣＤカメラ２
７により、モニターできるようになっている。
ｒ：Ｌａ：Ｍｎ＝０．３３３：０．３３３：０．３３３
である酸化物薄膜を実施の形態４と同じスパッタ条件で
形成し、すぐに約1１０℃／ｍｉｎ．で徐冷して取り出
した。この薄膜は、実施の形態４で述べたように、導電
性がないため、さらに、酸素圧力を３Ｐａ、基板温度は
４３０℃とした状態で、ＫｒＦエキシマレーザーを５分
間、５０Ｈｚ、３０Ｗで繰り返し照射し、薄膜の表面に
熱処理を施した。図8は、レーザー照射による熱処理装
置の構成を示す図である。図において、レーザー発生源
２４の発生するレーザー光が、レーザー透過窓２５を通
過し、チャンバー２１内に入射し、レーザー反射ミラー
により、抵抗加熱ヒーター１９上で４００℃に加熱され
た基板２０に照射した。チャンバー２１内は、ガスボン
ベ２３からの酸素ガス供給と真空ポンプ１８とにより３
Ｐａにガス圧が保たれている。レーザー光が基板２に照
射する様子は、可視光透過窓２６より、ＣＣＤカメラ２
７により、モニターできるようになっている。
【００３９】５分間のＫｒＦエキシマレーザーの照射
で、ヒーター温度およびヒーターの出力制御には何ら変
化が及ぼされることはなく、薄膜の体積抵抗率は５Ω・
ｃｍ以下に低下した。レーザーの発振周波数は１Ｈｚか
ら１００Ｈｚまで検討し、発振周波数が上がるほど照射
時間は短くなることがわかった。またレーザーパワーを
１０Ｗ以下にした場合は、３時間の照射でも、十分抵抗
率を下げることができなかったが、この場合、基板温度
を４５０℃に上げて照射を実施すると、１５分以下の照
射で、体積抵抗率は５Ω・ｃｍ以下となった。
で、ヒーター温度およびヒーターの出力制御には何ら変
化が及ぼされることはなく、薄膜の体積抵抗率は５Ω・
ｃｍ以下に低下した。レーザーの発振周波数は１Ｈｚか
ら１００Ｈｚまで検討し、発振周波数が上がるほど照射
時間は短くなることがわかった。またレーザーパワーを
１０Ｗ以下にした場合は、３時間の照射でも、十分抵抗
率を下げることができなかったが、この場合、基板温度
を４５０℃に上げて照射を実施すると、１５分以下の照
射で、体積抵抗率は５Ω・ｃｍ以下となった。
【００４０】これらの薄膜をＸＤにより観察したとこ
ろ、レーザー照射前において観察されなかったペロブス
カイト構造のピークが出現し、通常５００℃以上で起こ
る結晶化が実現されたことがわかった。またレーザー照
射による熱処理によって、配線、電極の酸化、溶融によ
る損傷は見られず、ボロメーター用薄膜のＴＣＲは３％
以上となり、赤外線検知素子として十分機能することが
確認できた。
ろ、レーザー照射前において観察されなかったペロブス
カイト構造のピークが出現し、通常５００℃以上で起こ
る結晶化が実現されたことがわかった。またレーザー照
射による熱処理によって、配線、電極の酸化、溶融によ
る損傷は見られず、ボロメーター用薄膜のＴＣＲは３％
以上となり、赤外線検知素子として十分機能することが
確認できた。
【００４１】本発明の実施の形態５では、酸素ガス１０
０％のガス雰囲気でのスパッタリングおよびレーザー照
射例について述べたが、酸素とオゾンの混合ガス、オゾ
ンガスのみ、酸素とアルゴンの混合ガス、もしくは酸素
と窒素の混合ガスなど各種ガスを用いても同様な効果が
得られた。また、実施例では、ＫｒＦエキシマレーザー
を用いたがＡｒＦレーザーもしくは、ＣＯ2レーザーで
も同様な効果が得られた。さらに、レーザー光は、照射
面積をレンズもしくはマスクによって容易に絞り込みが
でき、ボロメーターとする部分にのみ照射が可能である
ため、照射によりパターニングが可能であり、エッチン
グによるパターニングの工程を省略することができた。
０％のガス雰囲気でのスパッタリングおよびレーザー照
射例について述べたが、酸素とオゾンの混合ガス、オゾ
ンガスのみ、酸素とアルゴンの混合ガス、もしくは酸素
と窒素の混合ガスなど各種ガスを用いても同様な効果が
得られた。また、実施例では、ＫｒＦエキシマレーザー
を用いたがＡｒＦレーザーもしくは、ＣＯ2レーザーで
も同様な効果が得られた。さらに、レーザー光は、照射
面積をレンズもしくはマスクによって容易に絞り込みが
でき、ボロメーターとする部分にのみ照射が可能である
ため、照射によりパターニングが可能であり、エッチン
グによるパターニングの工程を省略することができた。
【００４２】Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素Ａは希土類金属
もしくはアルカリ土類金属のいずれかより１種以上の元
素、０≦ｘ＜１）を主成分とする薄膜をスパッタリング
とヒーターによる基板加熱による熱処理で合成する場
合、基板温度が、５００℃を越えなければ、膜の体積抵
抗率が下がらず、赤外線検知素子として十分機能しない
ものがあった。Ｂｉ1-xＳｒxＭｎ1Ｏ3について、ｘを変
化させて、組成と赤外線検知素子として機能しうる膜の
得られる基板温度との相関について調べた。この結果、
ｘが０．５以下の場合、基板温度を５１０℃以上にしな
いと、膜の体積抵抗率が下がらず、赤外線検知素子とし
て機能しないことがわかった。このような場合でも、本
発明によれば、酸素もしくはオゾンを含有するガスの雰
囲気中で赤外線もしくはレーザー照射による熱処理を施
して、薄膜の体積抵抗率を赤外線検知回路で動作できる
レベルに低減することができ、赤外線検知素子として十
分機能するボロメーター用薄膜が得られることを確認し
た。
もしくはアルカリ土類金属のいずれかより１種以上の元
素、０≦ｘ＜１）を主成分とする薄膜をスパッタリング
とヒーターによる基板加熱による熱処理で合成する場
合、基板温度が、５００℃を越えなければ、膜の体積抵
抗率が下がらず、赤外線検知素子として十分機能しない
ものがあった。Ｂｉ1-xＳｒxＭｎ1Ｏ3について、ｘを変
化させて、組成と赤外線検知素子として機能しうる膜の
得られる基板温度との相関について調べた。この結果、
ｘが０．５以下の場合、基板温度を５１０℃以上にしな
いと、膜の体積抵抗率が下がらず、赤外線検知素子とし
て機能しないことがわかった。このような場合でも、本
発明によれば、酸素もしくはオゾンを含有するガスの雰
囲気中で赤外線もしくはレーザー照射による熱処理を施
して、薄膜の体積抵抗率を赤外線検知回路で動作できる
レベルに低減することができ、赤外線検知素子として十
分機能するボロメーター用薄膜が得られることを確認し
た。
【００４３】
【発明の効果】（１）以上のように 本発明の赤外線検
知素子の製造方法によれば、Ｂｉ1-xＡ xＭｎ1Ｏ3（元素
Ａは希土類金属もしくはアルカリ土類金属のいずれかよ
り１種以上の元素、０≦ｘ＜１）を主成分とするボロメ
ーター用薄膜を用いた赤外線検知素子を製造するための
赤外線検知素子の製造方法は、１００℃以上５００℃未
満の基板温度にて、酸素もしくはオゾンを含有するガス
雰囲気中でスパッタリングにより金属成分の比がＢｉ：
Ａ：Ｍｎ＝１−ｘ：ｘ：１である酸化物薄膜を形成する
工程と、上記酸化物薄膜に酸素もしくはオゾンを含有す
るガスの雰囲気中で熱処理を施して上記酸化物薄膜の体
積抵抗率を赤外線検知回路で動作できるレベルに低減す
る工程とを備えることを特徴とするものであるので、Ｂ
ｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素Aは希土類金属もしくはアルカ
リ土類金属のいずれかより１種以上の元素、０≦ｘ＜
１）を主成分とする薄膜をボロメーター用薄膜として機
能させることができ、しかも高感度化の赤外線検知素子
を量産することが可能となる。
知素子の製造方法によれば、Ｂｉ1-xＡ xＭｎ1Ｏ3（元素
Ａは希土類金属もしくはアルカリ土類金属のいずれかよ
り１種以上の元素、０≦ｘ＜１）を主成分とするボロメ
ーター用薄膜を用いた赤外線検知素子を製造するための
赤外線検知素子の製造方法は、１００℃以上５００℃未
満の基板温度にて、酸素もしくはオゾンを含有するガス
雰囲気中でスパッタリングにより金属成分の比がＢｉ：
Ａ：Ｍｎ＝１−ｘ：ｘ：１である酸化物薄膜を形成する
工程と、上記酸化物薄膜に酸素もしくはオゾンを含有す
るガスの雰囲気中で熱処理を施して上記酸化物薄膜の体
積抵抗率を赤外線検知回路で動作できるレベルに低減す
る工程とを備えることを特徴とするものであるので、Ｂ
ｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素Aは希土類金属もしくはアルカ
リ土類金属のいずれかより１種以上の元素、０≦ｘ＜
１）を主成分とする薄膜をボロメーター用薄膜として機
能させることができ、しかも高感度化の赤外線検知素子
を量産することが可能となる。
【００４４】（２）上記酸化物薄膜が、Ｓｉ基板上に空
隙部を介して設けられたＳｉＯ2層である構造体上もし
くはその上に積層された電気絶縁体層上に積層されるこ
とを特徴とするものであるので、温度により抵抗値が変
化するボロメーターとして用いられ、また、電気絶縁体
層をＳｉＯ2層上に設けることで、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ 3
の結晶化が促進され、基板温度を低減できる。
隙部を介して設けられたＳｉＯ2層である構造体上もし
くはその上に積層された電気絶縁体層上に積層されるこ
とを特徴とするものであるので、温度により抵抗値が変
化するボロメーターとして用いられ、また、電気絶縁体
層をＳｉＯ2層上に設けることで、Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ 3
の結晶化が促進され、基板温度を低減できる。
【００４５】（３）上記酸化物薄膜に施こす熱処理が、
赤外線もしくはレーザー照射により行われることを特徴
とするものであるので、基板全体を加熱する必要がない
ため、酸化もしくは溶融により配線、もしくは電極を損
傷することなく、薄膜の体積抵抗率を赤外線検知回路で
動作できるレベルに低減することができ、Ｂｉ1-xＡxＭ
ｎ1Ｏ3（元素Aは希土類金属もしくはアルカリ土類金属
のいずれかより１種以上の元素、０≦ｘ＜１）を主成分
とする薄膜をボロメーター用薄膜として機能させること
ができ、しかも高感度化の赤外線検知素子を量産するこ
とができる。さらに、レーザー照射では、電極パターン
と同サイズの微少部分を熱処理することができるため、
パターニング工程を省くメリットが得られる。
赤外線もしくはレーザー照射により行われることを特徴
とするものであるので、基板全体を加熱する必要がない
ため、酸化もしくは溶融により配線、もしくは電極を損
傷することなく、薄膜の体積抵抗率を赤外線検知回路で
動作できるレベルに低減することができ、Ｂｉ1-xＡxＭ
ｎ1Ｏ3（元素Aは希土類金属もしくはアルカリ土類金属
のいずれかより１種以上の元素、０≦ｘ＜１）を主成分
とする薄膜をボロメーター用薄膜として機能させること
ができ、しかも高感度化の赤外線検知素子を量産するこ
とができる。さらに、レーザー照射では、電極パターン
と同サイズの微少部分を熱処理することができるため、
パターニング工程を省くメリットが得られる。
【００４６】（４）上記酸化物薄膜に施こす熱処理が、
上記酸化物薄膜を３８０℃〜４５０℃の温度で１０分〜
１５分間保持する工程を含むことを特徴とするものであ
るので、抵抗温度係数が高い薄膜材料による赤外線検知
素子を５００℃以下の低い基板温度で製造でき、高感度
のボロメーター方式による赤外線検知素子を量産するこ
とができる。
上記酸化物薄膜を３８０℃〜４５０℃の温度で１０分〜
１５分間保持する工程を含むことを特徴とするものであ
るので、抵抗温度係数が高い薄膜材料による赤外線検知
素子を５００℃以下の低い基板温度で製造でき、高感度
のボロメーター方式による赤外線検知素子を量産するこ
とができる。
【００４７】（５）上記赤外線検知回路で動作できる上
記酸化物薄膜の体積抵抗率のレベルが、３．０Ωｃｍ以
上であることを特徴とするものであるので、抵抗温度係
数が高い薄膜材料による赤外線検知素子を500℃以下の
低い基板温度で製造でき、高感度のボロメーター方式に
よる赤外線検知素子を量産することができる。
記酸化物薄膜の体積抵抗率のレベルが、３．０Ωｃｍ以
上であることを特徴とするものであるので、抵抗温度係
数が高い薄膜材料による赤外線検知素子を500℃以下の
低い基板温度で製造でき、高感度のボロメーター方式に
よる赤外線検知素子を量産することができる。
【図１】 本発明の赤外線検知素子の製造方法の実施の
形態１による赤外線検知素子の受光部の構造を示す断面
説明図である。
形態１による赤外線検知素子の受光部の構造を示す断面
説明図である。
【図２】 本発明の赤外線検知素子の製造方法の実施の
形態１による赤外線検知素子の受光部の構造を示す斜視
図である。
形態１による赤外線検知素子の受光部の構造を示す斜視
図である。
【図３】 本発明の赤外線検知素子の製造方法で用いる
電気抵抗測定用治具を示す斜視図である。
電気抵抗測定用治具を示す斜視図である。
【図４】 本発明の赤外線検知素子の製造方法の実施の
形態1および実施の形態2による抵抗温度係数と温度との
相関を示すグラフである。
形態1および実施の形態2による抵抗温度係数と温度との
相関を示すグラフである。
【図５】 本発明の赤外線検知素子の製造方法の実施の
形態2による赤外線検知素子の受光部の構造を示す断面
説明図である。
形態2による赤外線検知素子の受光部の構造を示す断面
説明図である。
【図６】 本発明の赤外線検知素子の製造方法の実施の
形態4で用いる赤外線照射による熱処理装置の構成を示
す概略図である。
形態4で用いる赤外線照射による熱処理装置の構成を示
す概略図である。
【図７】 本発明の赤外線検知素子の製造方法の実施の
形態4による赤外線検知素子の抵抗率と基板表面温度を
５００℃に保持する時間の相関を示すグラフである。
形態4による赤外線検知素子の抵抗率と基板表面温度を
５００℃に保持する時間の相関を示すグラフである。
【図８】 本発明の赤外線検知素子の製造方法の実施の
形態5で用いるレーザー照射による熱処理装置の構成を
示す概略図である。
形態5で用いるレーザー照射による熱処理装置の構成を
示す概略図である。
１ 受光部、２ Si基板、３ 配線、４ ブリッジ構造
体、５ ボロメーター用薄膜、６ ギャップ、７ 保護
膜、８ 支持脚、９ 固定台、１０ 電極パッド、１１
ワイヤボンド、１２ 温度センサ、１３ 電流リー
ド、１４ 電気絶縁層、１５ 赤外線ランプ、１６ 赤
外線透過窓、１７ 赤外線カメラ、１８真空ポンプ、１
９ 抵抗加熱ヒーター、２０ 基板、２１ チャンバ
ー、２２反射ミラー、２３ ガスボンベ、２４ レーザ
ー電源、２５ レーザー透過窓、２６ 可視光透過窓、
２７ ＣＣＤカメラ、２８ レーザー反射ミラー。
体、５ ボロメーター用薄膜、６ ギャップ、７ 保護
膜、８ 支持脚、９ 固定台、１０ 電極パッド、１１
ワイヤボンド、１２ 温度センサ、１３ 電流リー
ド、１４ 電気絶縁層、１５ 赤外線ランプ、１６ 赤
外線透過窓、１７ 赤外線カメラ、１８真空ポンプ、１
９ 抵抗加熱ヒーター、２０ 基板、２１ チャンバ
ー、２２反射ミラー、２３ ガスボンベ、２４ レーザ
ー電源、２５ レーザー透過窓、２６ 可視光透過窓、
２７ ＣＣＤカメラ、２８ レーザー反射ミラー。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｌ 35/18 Ｈ０４Ｎ 5/33 Ｈ０４Ｎ 5/33 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ (72)発明者 内川 英興 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2G065 AB02 BA12 BA34 DA20 4K029 AA06 AA24 BA46 BA50 BB02 BD00 CA06 EA08 GA01 4M118 AA01 AB01 BA05 CA01 CA17 CA35 CB20 FB09 FB17 FB22 5C024 AX06 CY47 GX08 5E034 BA09 BB08 BC06 DE16
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｂｉ1-xＡxＭｎ1Ｏ3（元素Ａは希土類金
属もしくはアルカリ土類金属のいずれかより１種以上の
元素、０≦ｘ＜１）を主成分とするボロメーター用薄膜
を用いた赤外線検知素子の製造方法であって、 １００℃以上５００℃未満の基板温度にて、酸素もしく
はオゾンを含有するガス雰囲気中でスパッタリングによ
り金属成分の比がＢｉ：Ａ：Ｍｎ＝１−ｘ：ｘ：１であ
る酸化物薄膜を形成する工程と、 上記酸化物薄膜に酸素もしくはオゾンを含有するガスの
雰囲気中で熱処理を施して上記酸化物薄膜の体積抵抗率
を赤外線検知回路で動作できるレベルに低減する工程と
を備えることを特徴とする赤外線検知素子の製造方法。 - 【請求項２】 上記酸化物薄膜が、Ｓｉ基板上に空隙部
を介して設けられたＳｉＯ2層である構造体上もしくは
その上に積層された電気絶縁体層上に積層されることを
特徴とする請求項１に記載の赤外線検知素子の製造方
法。 - 【請求項３】 上記酸化物薄膜に施こす熱処理が、赤外
線もしくはレーザー照射により行われることを特徴とす
る請求項１あるいは請求項２に記載の赤外線検知素子の
製造方法。 - 【請求項４】 上記酸化物薄膜に施こす熱処理が、上記
酸化物薄膜を３８０℃〜４５０℃の温度で１０分〜１５
分間保持する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至
請求項３のいずれかに記載の赤外線検知素子の製造方
法。 - 【請求項５】 上記赤外線検知回路で動作できる上記酸
化物薄膜の体積抵抗率のレベルが、３．０Ωｃｍ以上で
あることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか
に記載の赤外線検知素子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000125709A JP3783834B2 (ja) | 2000-04-26 | 2000-04-26 | 赤外線検知素子の製造方法 |
| US09/765,384 US20010050221A1 (en) | 2000-04-26 | 2001-01-22 | Method for manufacturing infrared ray detector element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000125709A JP3783834B2 (ja) | 2000-04-26 | 2000-04-26 | 赤外線検知素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001303236A true JP2001303236A (ja) | 2001-10-31 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7544940B2 (en) | 2004-05-24 | 2009-06-09 | Nec Electronics Corporation | Semiconductor device including vanadium oxide sensor element with restricted current density |
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|---|---|---|---|---|
| JP3859479B2 (ja) * | 2001-10-17 | 2006-12-20 | 日本電気株式会社 | ボロメータ型赤外線検出器 |
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