JP2002118004A

JP2002118004A - 感温抵抗変化膜およびその製造方法並びに感温抵抗変化膜を用いた赤外線センサ

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Publication number: JP2002118004A
Application number: JP2000311011A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Yoshioka; 智良吉岡; Haruhiko Deguchi; 治彦出口; Tomohisa Komoda; 智久薦田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2002-04-19

Abstract

(57)【要約】【課題】成膜後の熱処理工程が不要であり、低い温度
条件下のスパッタリング法で薄膜を形成することがで
き、低い温度で相転移が生じ、しかも、相転移温度域に
おいて抵抗温度係数が約−３０％／℃以下とその絶対値
が大きい感温抵抗変化膜、およびその製造方法を提供す
る。【解決手段】Ｖ₂Ｏ₃ターゲットと、Ｃｒ₂Ｏ₃ペレ
ットとをスパッタリング処理することにより、基板上に
クロムを含み、かつ、バナジウムを主成分とする酸化物
膜を成膜する。図１は、感温抵抗変化膜である、クロム
を含み、かつ、バナジウムを主成分とする酸化物膜の比
抵抗の、昇温過程における温度特性を、温度（℃）を横
軸に、比抵抗ρ（Ω・ｃｍ）を縦軸（ｌｏｇスケール）
にした片対数グラフである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボロメータ型赤外
線センサ等の赤外線センサに好適に用いられる感温抵抗
変化膜およびその製造方法並びに感温抵抗変化膜を用い
た赤外線センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、赤外線センサにおいては、非冷却
で動作させることができ、高感度であり、かつ、集積化
が容易なことから、ボロメータ型赤外線センサが注目さ
れている。このボロメータ型赤外線センサは、赤外線カ
メラの赤外線感知部等に応用されている。そして、例え
ば、「ボロメータ型非冷却赤外線センサ」（映像情報メ
ディア学会技術報告，Vol.21, No.80, pp.13〜18 (199
7) ）（従来技術（Ａ））には、基板にダイアフラム構
造体を支持してなるボロメータ型赤外線センサが記載さ
れている。ダイアフラム構造体は、熱によって抵抗値が
変化する感温抵抗変化膜や、絶縁膜、赤外線吸収膜等に
よって構成されている。

【０００３】上記ダイアフラム構造体を有するボロメー
タ型赤外線センサの感度Ｒｅｓは、定常状態では一般
に、次式（１）Ｒｅｓ＝η×Ｖ×α／Ｇ ……（１）によって求めることができる。

【０００４】ただし、ηはダイアフラム構造体の赤外線
吸収係数、Ｖはダイアフラム構造体に印加されるバイア
ス電圧、αは感温抵抗変化膜の抵抗温度係数、Ｇは基板
とダイアフラム構造体との熱コンダクタンスである。

【０００５】ダイアフラム構造体は、脚を有しており、
これにより基板上に支持されている。従って、脚の厚さ
をより薄く、幅をより小さく、長さをより長くすること
により、絶縁性を高めることができる。これにより、熱
コンダクタンスＧの値を小さくすることができ、式
（１）から明らかなようにボロメータ型赤外線センサの
感度Ｒｅｓは熱コンダクタンスＧに反比例するので、赤
外線センサの感度Ｒｅｓは大きくなる（高感度にな
る）。

【０００６】また、式（１）によれば、ボロメータ型赤
外線センサの感度Ｒｅｓは抵抗温度係数αに比例し、抵
抗温度係数αの絶対値が大きい程、感度Ｒｅｓは大きく
なる。それゆえ、抵抗温度係数αの絶対値が大きい感温
抵抗変化膜を用いて、ダイアフラム構造体を構成するこ
とが望ましい。

【０００７】このため、一般に従来のボロメータ型赤外
線センサ（以下、赤外線センサと称する）は、感温抵抗
変化膜として、抵抗変化率の大きいＶＯ₂薄膜を用いて
いる。現在実用化されているＶＯ₂薄膜の抵抗温度係数
αは約−２％／℃である。このＶＯ₂薄膜を用いたダイ
アフラム構造体を構成するには、５００℃程度での熱処
理工程が必要である。

【０００８】また、その他に感温抵抗変化膜およびその
製造方法として、以下のようなものが報告されている。

【０００９】特開平１０−２５９０２４号公報（従来技
術（Ｂ））には、シリコン酸化膜またはサファイアから
なる基板上で成長させた酸化バナジウム薄膜からなる感
温抵抗変化膜が開示されている。この酸化バナジウム薄
膜は、レーザアブレーション法を採用して５００℃を超
えない温度で形成することができ、成膜時に高温での熱
処理工程が不要である。

【００１０】また、上記酸化バナジウム薄膜は、６０℃
〜７０℃付近の温度範囲において、ＶＯ₂特有の明確な
半導体−金属相転移（以下、相転移と称する）を示すこ
となく、なだらかに抵抗が変化する。このときの抵抗温
度係数αは約−４％／℃以下でありその絶対値は大き
い。また、上記酸化バナジウム薄膜を分析した結果、そ
のＸ線回折パターンにＶＯ₂の結晶ピークが確認できる
ことから、該酸化バナジウム薄膜にはＶＯ₂が含まれて
いることが判っている。また、成膜時のガス圧を３．０
×１０^-2Torr以上に設定することにより、シリコン酸化
膜またはサファイアからなる基板上に、６０℃〜７０℃
付近の温度範囲において相転移を示すことによって急激
に抵抗値が変化する酸化バナジウム膜も形成することが
できる。相転移が生じると、温度変化に伴って急激に抵
抗値が変化するため、このとき、抵抗温度係数αの絶対
値は大きくなる。

【００１１】ところで、上記従来技術（Ａ）には、バナ
ジウム酸化物の電気伝導度について記載されている。図
５は、バナジウム酸化物における電気伝導度の温度特性
を示しており、縦軸を電気伝導度（Ω^-1ｃｍ^-1）とし、
横軸を温度（℃）および絶対温度の逆数（１０³Ｋ^-1）
としている。同図によれば、例えば、−１００℃付近の
温度で、Ｖ₂Ｏ₃は相転移を示し、これにより、温度の
上昇に伴い急激に抵抗値が低下する。このような相転移
を、以下、負の相転移と称する。

【００１２】一方、”Electrical properties of the
(V_1-XCr_x)₂O₃ system "( PHYSICALREVIEW B, Vol.22,
No.6, pp.2626 〜2636 (1980))（従来技術（Ｃ））に
は、クロムを添加したＶ₂Ｏ₃のバルクにおける相転移
について記載されている。Ｖ₂Ｏ₃は−１００℃付近の
低温部で、Ｖ₂Ｏ₃特有の負の相転移が生じる。また、
Ｖ₂Ｏ₃にクロムを添加することにより、負の相転移の
他にも、例えばクロムの添加量が０．８at％〜１．０at
％の場合には、室温付近で、温度の上昇に伴い急激に抵
抗値が低下する相転移（以下、正の相転移と称する）が
生じる。添加するクロムの量が増加すると、Ｖ₂Ｏ₃特
有の負の相転移が生じる温度は高くなる方向へ変化し、
正の相転移が生じる温度は低くなる方向へ変化する。こ
のように、クロムの添加量を変えることにより、正およ
び負の相転移が生じる相転移温度を変化させることがで
きる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
手法では次のような問題がある。

【００１４】上記従来技術（Ｂ）の手法では、レーザア
ブレーション法を採用しているため、スパッタリング法
を採用する場合と異なり、ターゲットのレーザ加熱によ
る溶融再凝固粒子やターゲットのかけらなどの粗大粒子
が膜中に混入する。このため、膜表面にサブミクロン程
度の半球状の粒が形成されるので、膜厚分布や膜質低下
が生じる。

【００１５】また、ＶＯ₂薄膜をレーザアブレーション
法やスパッタリング法等を用いて成膜する時や成膜した
後には、ＶＯ₂薄膜を成膜する基板の温度を少なくとも
４００℃以上に設定する必要がある。従って、ボロメー
タ素子の基板となる集積回路デバイスやボロメータ素子
形成時に、熱の影響によるダメージを与える虞れがあ
る。

【００１６】さらに、ＶＯ₂は変態点である６８℃にお
いて負の相転移が生じ、これにより温度が上がると抵抗
値が急激に変化し、このとき抵抗温度係数αの絶対値は
大きくなる。このため、赤外線センサにおいて、急激に
抵抗値が変化する温度域を利用するためには、２５℃程
度の室温よりも４０℃以上高い６８℃付近に常にダイア
フラム構造体の温度がなるように、赤外線センサに通電
する電流値を制御する必要がある。電流値を大きくする
ことにより消費電力は大きくなり、これにより、赤外線
センサの小型化を妨げることとなる。

【００１７】また、上記従来技術（Ｃ）においては、Ｖ
₂Ｏ₃に添加するクロムの量を変えることにより、正お
よび負の相転移が生じる温度が変化することが記載され
ている。しかし、Ｖ₂Ｏ₃はバルクであり、基板上に成
膜される薄膜としては検討されていない。また、ＶＯ₂
にクロムを添加することについても検討されていない。

【００１８】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、成膜後の熱処理工程が不
要であり、低い温度条件下のスパッタリング法で薄膜を
形成することができ、低い温度で相転移が生じ、しか
も、相転移温度域において抵抗温度係数が−３０％／℃
以下とその絶対値が大きい感温抵抗変化膜、およびその
製造方法を提供することにある。即ち、本発明の目的
は、ボロメータ型赤外線センサ等の赤外線センサに好適
に用いられる感温抵抗変化膜とその製造方法、およびそ
れを用いた赤外線センサを提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の感温抵抗変化膜
の製造方法は、上記の課題を解決するために、バナジウ
ムまたはバナジウム酸化物からなるターゲットと、バナ
ジウム以外の金属または該金属の酸化物からなるペレッ
トとをスパッタリングして基板上に成膜することを特徴
としている。

【００２０】上記の構成によれば、バナジウムまたはバ
ナジウム酸化物からなるターゲットと、バナジウム以外
の金属または該金属の酸化物からなるペレットとをスパ
ッタリングすることにより、例えば、バナジウム酸化物
からなる膜表面にサブミクロン程度の半球状の粒が形成
されることがなく、膜厚分布や膜質低下を防止すること
ができる。また、従来のバナジウム酸化膜の成膜条件の
パラメータを変更する（制御する）だけで、感温抵抗変
化膜を簡単に成膜することができる。

【００２１】上記の感温抵抗変化膜は、上記基板温度が
３００℃を超えない条件下で成膜することが好ましい。

【００２２】上記の構成によれば、低い温度条件下で成
膜するため、例えば、ボロメータ素子の基板となる集積
回路デバイスやボロメータ素子形成時にも、水分や熱の
影響によるダメージをほとんど与えない。

【００２３】上記の感温抵抗変化膜は、上記金属がクロ
ムであるペレットをスパッタリングすることが好まし
い。また、本発明の感温抵抗変化膜は、上記の課題を解
決するために、上記の製造方法を用いて得られることが
好ましい。

【００２４】本発明の感温抵抗変化膜は、上記の課題を
解決するために、バナジウム以外の金属を含み、かつ、
バナジウムを主成分とする酸化物からなることを特徴と
している。

【００２５】上記の構成によれば、例えば、金属の原子
数比を変えることによって、感温抵抗変化膜の相転移温
度を変化させることができる。

【００２６】上記の感温抵抗変化膜は、上記バナジウム
を主成分とする酸化物をＶＯ_Xとしたとき、１５／８＜
ｘ＜１３／６であることが好ましい。

【００２７】上記の構成によれば、感温抵抗変化膜は負
の相転移を示す。従って、相転移温度において、感温抵
抗変化膜の抵抗温度係数αの絶対値を大きくすることが
できる。

【００２８】上記の感温抵抗変化膜は、相転移が６８℃
より低い温度で生じることが好ましい。

【００２９】上記の構成によれば、相転移が６８℃より
低い温度で生じるので、例えば、相転移温度における抵
抗温度係数αを赤外線センサに利用する場合、ダイアフ
ラム構造体の温度を上げるために赤外線センサに通電す
る電流値は小さくてよい。従って、消費電力が少なくな
るので、赤外線センサを小型化することができる。

【００３０】上記の感温抵抗変化膜は、上記金属がクロ
ムであることが好ましい。上記の構成によれば、感温抵
抗変化膜は負の相転移を示す。また、相転移温度付近に
おける比抵抗の温度変化率が−３１％／℃となり、感温
抵抗変化膜における抵抗温度係数αの絶対値が大きくな
る。

【００３１】上記の感温抵抗変化膜は、バナジウムおよ
びクロムの合計に対するクロムの原子数比が、７アトミ
ック％以下であることが好ましい。上記の構成によれ
ば、相転移温度を室温付近にすることができる。

【００３２】一般に、相転移が生じる温度範囲におい
て、感温抵抗変化膜の抵抗値は急激に変化し、従って、
抵抗温度係数αの絶対値は大きい。これにより、相転移
温度が室温の範囲内である感温抵抗変化膜を、例えば、
赤外線センサに用いると、非常に高い感度のボロメータ
型赤外線センサを実現することができる。また、相転移
温度における抵抗温度係数αを利用するために、赤外線
センサに通電する電流値をダイアフラム構造体の温度が
上がるように制御する必要もない。このため、消費電力
が少なくなるので、赤外線センサを小型化することがで
きる。

【００３３】本発明の赤外線センサは、上記の課題を解
決するために、上記の感温抵抗変化膜が用いられている
ことを特徴としている。上記の構成によれば、高感度な
状態で使用することができる赤外線センサを提供するこ
とができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１ないし図４に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。なお、本発明における「赤外線」には、遠赤外線も
含まれることとする。

【００３５】集積回路デバイス上に形成されるボロメー
タ素子等のボロメータ型赤外線センサは、図２に示すよ
うに、赤外線を感知するダイアフラム構造体１が半導体
基板２上に支持されてなるダイアフラム構造を備えてい
る。半導体基板２の表面には図示しない集積回路が形成
されており、その集積回路は、ダイアフラム構造体１と
電気的に接続されている。ダイアフラム構造体１は、接
続部４を有する脚３・３を備えており、所定の間隔を置
いて半導体基板２上に支持されている。

【００３６】ダイアフラム構造体１は、ＳｉＯ₂等から
なる下部絶縁膜、感温抵抗材料からなる薄膜（以下、感
温抵抗変化膜と称する）、ＳｉＯ₂等からなる上部絶縁
膜、感知すべき赤外線５を効率的に吸収するためのＴｉ
Ｎ等からなる赤外線吸収膜が、この順に積層されて構成
されている。また、ダイアフラム構造体１は、感温抵抗
変化膜の周囲の少なくとも一部に電気的に接続された配
線金属膜を有している。配線金属膜は、脚３の接続部４
を介して半導体基板２の集積回路に電気的に接続されて
おり、感温抵抗変化膜の抵抗変化を検出するようになっ
ている。

【００３７】下部絶縁膜は、所定の形状にパターニング
されている。上部絶縁膜は、感温抵抗変化膜および配線
金属膜を覆うようにして形成されている。従って、感温
抵抗変化膜および配線金属膜は、下部絶縁膜と上部絶縁
膜とによって被覆されている。また、脚３においては、
配線金属膜が下部絶縁膜と上部絶縁膜とによって被覆さ
れている。感温抵抗変化膜は、ダイアフラム構造体１の
中央部、即ち、赤外線５を受光する部位に、例えば正方
形状に形成されている。感温抵抗変化膜の形状や、配線
金属膜の形成パターンは、特に限定されるものではな
い。配線金属膜は、例えばチタンやアルミニウム等の金
属からなっている。

【００３８】次に、本発明に係る感温抵抗変化膜および
その製造方法について説明する。本発明に係る感温抵抗
変化膜の製造方法は、例えば、シリコン酸化物からなる
膜（以下、シリコン酸化膜と称する）を基板とし、その
基板上に感温抵抗変化膜をスパッタリング法によって形
成する方法である。

【００３９】ＲＦ（radio frequency)スパッタリング装
置を用いた感温抵抗変化膜の製造方法の一例について、
以下に説明する。なお、感温抵抗変化膜の製造方法や各
種条件等は、下記方法や条件等にのみ限定されるもので
はない。

【００４０】先ず、感温抵抗材料としての直径４インチ
のＶ₂Ｏ₃ターゲット上に、底面積０．２５ｃｍ²のＣ
ｒ₂Ｏ₃ペレットを、ターゲット中心から半径約１．５
ｃｍの円周上に、等間隔に４個配置する。

【００４１】次に表面にシリコン酸化膜が形成されてい
るシリコン酸化膜基板を真空チャンバ内に載置した後、
該真空チャンバ内が３．０×１０^-6Torr以下となるよう
に排気する。その後、シリコン酸化膜基板の温度が３０
０℃になるように加熱し、プレ・スパッタリングを行
う。

【００４２】その後、真空チャンバ内に、メインガン側
（ターゲット照射側）から、酸素を１％（容量％）の割
合で含む酸素・アルゴン混合ガスを導入する。これによ
り、真空チャンバ内の圧力を１．５×１０^-2Torrに維持
する。

【００４３】そして、投入電力パワーを１５０Ｗとし、
バイアス電圧を−５０Ｖ印加すると共に、成膜時間等の
成膜条件を調節することにより、膜厚が約１００ｎｍ
の、クロムを含み、かつ、バナジウムを主成分とする酸
化物膜（感温抵抗変化膜）をシリコン酸化膜基板上に熱
処理を行うことなく形成する。

【００４４】上記のようにスパッタリング法を採用して
いるため、レーザアブレーション法を採用する場合と異
なり、ターゲットのレーザ加熱による溶融再凝固粒子や
ターゲットのかけらなどの粗大粒子が膜中に混入するこ
とがない。従って、酸化物膜表面にサブミクロン程度の
半球状の粒が形成されることによる、膜厚分布や膜質低
下を防止することができる。

【００４５】上記製造方法で成膜される感温抵抗変化膜
において、バナジウム（Ｖ）およびクロム（Ｃｒ）の合
計に対するクロムの原子数比（以下、クロム組成比と称
する）は２アトミック％（ａｔ％）である。なお、クロ
ム組成比は、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ：X-Ray Fluore
scence）等の測定装置を用いて測定すればよい。

【００４６】クロムを含み、かつ、バナジウムを主成分
とする酸化物膜等の感温抵抗変化膜の抵抗温度係数は、
四端子プローブ装置を用いて求めることができるが、例
えば、感温抵抗変化膜の表面にアルミニウム等の良導電
性材料で４つの電極を形成した後、約５℃／分の速度で
加熱・冷却を行い、各温度における比抵抗を四端子法に
て測定することにより、求めることもできる。

【００４７】ここで、上記の成膜条件を採用して得られ
たシリコン酸化膜基板上における感温抵抗変化膜の比抵
抗について説明する。感温抵抗変化膜の比抵抗の、昇温
過程における温度特性を、温度（℃）を横軸に、比抵抗
ρ（Ω・ｃｍ）を縦軸（ｌｏｇスケール）にした片対数
グラフとして、図１に示す。

【００４８】同図に示されるように、シリコン酸化膜基
板上における感温抵抗変化膜の比抵抗は温度の上昇とと
もに減少し、負の抵抗温度特性を示す。２５℃（室温）
付近での比抵抗値は約２．９Ω・ｃｍと低い。従って、
感温抵抗変化膜自体から発生するノイズの影響は小さ
く、このため、ボロメータ型赤外線センサ等における感
温抵抗変化膜として好適に用いることができる。

【００４９】また、この感温抵抗変化膜における負の相
転移は、一般的なＶＯ₂における相転移温度（６８℃）
よりも１５℃以上低い温度である約５０℃付近で生じ
る。相転移が生じる４５℃〜５５℃の温度範囲におい
て、比抵抗の温度変化率である抵抗温度係数αは約−３
１％／℃とその絶対値は大きく、従って、クロムを含
み、かつ、バナジウムを主成分とする酸化物膜である感
温抵抗変化膜を用いると、非常に高い感度のボロメータ
型赤外線センサが実現できる。

【００５０】このように、本実施の形態に係る製造方法
を採用して得られた感温抵抗変化膜は、ターゲットに含
まれる金属とは異なる金属（以下、異種金属と称する）
であるクロムがクロムおよびバナジウムの合計に対して
２ａｔ％含まれているので、実用化されているＶＯ₂薄
膜よりも相転移が生じる温度を低くすることができる。
また、相転移が生じる温度域における抵抗温度係数αは
約−３１％／℃となり、その絶対値は、実用化されてい
るＶＯ₂薄膜における抵抗温度係数α約−２％／℃の絶
対値の１０倍以上である。それゆえ、上記感温抵抗変化
膜を用いることにより、高感度な状態で使用することが
できる赤外線センサを提供することができる。

【００５１】また、上記実施の形態で説明した感温抵抗
変化膜の製造方法により、成膜時の基板温度を従来より
も１００℃以上低い、３００℃を超えない程度とし、プ
レ・スパッタリング後の熱処理を不要とすることができ
る。従って、ボロメータ素子の基板となる集積回路デバ
イスやボロメータ素子形成時にも水分や熱の影響による
ダメージがほとんどない。また、上記感温抵抗変化膜
は、従来のバナジウム酸化膜からなる感温抵抗変化膜の
成膜条件のパラメータを変更する（制御する）ことによ
り、簡単に製造することができる。

【００５２】なお、上記の説明においては、スパッタリ
ング法を行うスパッタリング装置として、ＲＦ型イオン
源を用いるスパッタリング装置を例に挙げたが、ＲＦス
パッタリング装置に限定されるものではなく、直流（Ｄ
Ｃ）電源を用いるスパッタリング装置やイオンビームス
パッタリング装置等の各種装置も好適に使用することが
できる。

【００５３】また、ターゲットとしてＶ₂Ｏ₃を用い、
添加する異種金属としてクロム（Ｃｒ₂Ｏ₃ペレット）
を用いる場合を例に挙げたが、これらに限定されるもの
ではない。酸素量を調節することにより、ターゲットと
してバナジウム又は五酸化バナジウム（Ｖ₂Ｏ₅）等の
他のバナジウム酸化物を用いることもできる。また、上
記ペレットの代わりにクロムまたは他のクロム酸化物の
ペレットを用いてもよい。

【００５４】さらに、本発明の製造方法を採用すること
により、シリコン酸化物以外のシリコン化合物、例えば
シリコン窒化物からなる膜上に感温抵抗変化膜を生成す
ることもできる。

【００５５】ここで、上記の成膜条件を採用して得られ
たシリコン酸化膜基板上における感温抵抗変化膜の結晶
構造について説明する。まず、感温抵抗変化膜のＸ線回
折パターンを、散乱角２θ（°）を横軸に、強度Ｉ（ｃ
ｐｓ）を縦軸にしたチャートとして、図３（Ｘ線回折
図）に示す。

【００５６】同図に示されるように、Ｘ線回折パターン
にＶＯ₂の結晶ピークが確認できる。従って、感温抵抗
変化膜の主成分であるバナジウム酸化物をＶＯ_xとして
表す場合、ｘの範囲は２の近傍である。ｘの値が２より
小さい範囲において、Ｖ₈Ｏ ₁₅は、相転移が生じること
のないマグネリ相の結晶構造である。また、ｘの値が２
より大きい範囲において、Ｖ₆Ｏ₁₃は、−１００℃付近
で正の相転移が生じる（図５参照）。しかしながら、上
記成膜条件を採用して得られた感温抵抗変化膜には図１
に示すように負の相転移が生じる。従って、ＶＯ_xにお
けるｘの範囲は、１５／８より大きく、かつ１３／６よ
り小さい。

【００５７】また、図４はクロム組成比（ａｔ％）と、
感温抵抗変化膜において相転移が生じる相転移温度との
関係を示すグラフであり、縦軸は相転移温度（℃）を示
し、横軸はクロム組成比（ａｔ％）を示している。

【００５８】同図に示すように、クロム組成比が０ａｔ
％、即ち、感温抵抗変化膜にクロムが含まれていないと
き、相転移温度は６８℃であり、クロム組成比が２ａｔ
％のとき相転移温度は約５０℃であり、クロム組成比が
３．８ａｔ％のとき相転移温度は約４０℃である。この
ように、クロムの添加量が増加することによって、感温
抵抗変化膜の相転移温度は低下する。

【００５９】また、上記クロム組成比と相転移温度との
関係を実線で図４に示す。この実線を外挿することによ
り、同図に点線で描くクロム組成比と相転移温度との関
係が得られる。これによると、クロム組成比が７ａｔ％
のとき相転移温度は１５℃付近となる。

【００６０】このように、感温抵抗変化膜において、ク
ロムの添加量を増加することにより、室温付近にまで相
転移温度を下げることができる。相転移温度付近におけ
る抵抗温度係数αの絶対値は大きく、従って、このバナ
ジウム酸化膜を感温抵抗変化膜として用いると、非常に
高い感度のボロメータ型赤外線センサが実現できる。さ
らに、相転移温度における抵抗温度係数αを利用する場
合、ダイアフラム構造体の温度を上げるために赤外線セ
ンサに通電する電流値を制御する必要もない。このた
め、消費電力が少なくなるので、赤外線センサを小型化
することができる。

【００６１】なお、上記感温抵抗変化膜であるバナジウ
ム酸化物に添加する異種金属としては、クロムを例に挙
げたが、クロムと同じＶＩ族に属する体心立方格子の金
属であれば特に限定されるものではない。例えば、モリ
ブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）の添加量を変える
ことで、感温抵抗変化膜の相転移温度を低くすることが
でき、上記と同様の効果を得ることができる。

【００６２】次に、上記感温抵抗変化膜の形成方法を含
む、上記構成の赤外線センサの製造方法の一例につい
て、以下に説明する。

【００６３】先ず、半導体基板２に集積回路を形成した
後、該集積回路上に保護膜を形成する。次に、該保護膜
の全面にポリイミドを塗布した後、所定の温度で焼成し
てポリイミド膜を得る。なお、ポリイミド膜は、後の工
程で除去されるので、その膜厚は特に限定されるもので
はなく、ダイアフラム構造体１の製造プロセス等に応じ
て適宜設定すればよい。

【００６４】次に、ポリイミド膜の全面にレジストを塗
布した後、フォトエッチングにより所望の領域にパター
ニングを施す。次いで、該レジストに対して、所定の温
度でベーク処理を施す。この際、後にダイアフラム構造
体１の脚３が形成される部分には、斜面を形成してお
く。そして、パターニングが施されたレジスト全面にド
ライエッチング加工を施し、該レジストのパターンをポ
リイミド膜に転写した後、剥離液を用いてレジストを除
去する。

【００６５】次に、ポリイミド膜全面に、下部絶縁膜と
なるシリコン酸化膜を、例えばＰ−ＣＶＤ (Plasma-Che
mical Vapor Deposition) 法によって約２００ｎｍ程度
の膜厚となるように形成する。その後、このシリコン酸
化膜上に、本発明にかかる製造方法を採用して、所定の
形状となるように赤外線受光領域としての感温抵抗変化
膜を形成する。つまり、下部絶縁膜が、感温抵抗変化膜
をスパッタリング法によって形成する際の基板となる。
さらに、該感温抵抗変化膜の周囲の少なくとも一部に、
配線金属膜を例えばスパッタリング法によって形成す
る。その後、これら感温抵抗変化膜および配線金属膜上
に、上部絶縁膜を形成すると共に、該上部絶縁膜上にお
ける感温抵抗変化膜に対応する部位に赤外線吸収膜を形
成する。

【００６６】次いで、ダイアフラム構造体１のアライメ
ントを実施した後、ドライエッチング法によって、不要
な部位に形成された上部絶縁膜等を除去すると共に、ド
ライエッチング法（特に、酸素によるアッシング）によ
って、上記のポリイミド膜を除去する。これにより、感
温抵抗変化膜を用いて構成されたダイアフラム構造体１
を備えた赤外線センサを製造することができる。

【００６７】なお、上記説明においてはシリコン酸化膜
の形成方法をＰ−ＣＶＤ法としたが、スパッタリング法
でもかまわない。

【００６８】上記製造方法によって得られる赤外線セン
サは、シリコン酸化膜上に、クロムを含み、かつ、バナ
ジウムを主成分とする酸化物膜を用いて構成されている
ので、高感度な状態で使用することができる。

【００６９】

【発明の効果】以上のように、本発明の感温抵抗変化膜
の製造方法は、バナジウムまたはバナジウム酸化物から
なるターゲットと、バナジウム以外の金属または該金属
の酸化物からなるペレットとをスパッタリングして基板
上に成膜する構成である。

【００７０】これにより、スパッタリング法を採用する
ので、例えば、バナジウム酸化物からなる膜表面にサブ
ミクロン程度の半球状の粒が形成されることはない。従
って、膜厚分布や膜質低下を防止することができ、ま
た、従来のバナジウム酸化膜からなる感温抵抗変化膜の
成膜条件のパラメータを変更する（制御する）だけで感
温抵抗変化膜を簡単に成膜することができるといった効
果を奏する。

【００７１】本発明の感温抵抗変化膜の製造方法は、上
記基板温度が３００℃を超えない条件下で成膜する構成
である。

【００７２】これにより、低い温度条件下で成膜できる
ため、例えば、ボロメータ素子の基板となる集積回路デ
バイスやボロメータ素子形成時にも、水分や熱の影響に
よるダメージをほとんど与えない。従って、例えば、こ
の製造方法で成膜した感温抵抗変化膜を有した高感度な
赤外線センサを提供することができるといった効果を奏
する。

【００７３】本発明の感温抵抗変化膜の製造方法は、上
記金属がクロムである構成であるので、例えば、感温抵
抗変化膜における相転移温度を変化させることができる
といった効果を奏する。

【００７４】本発明の感温抵抗変化膜は上記の製造方法
を用いて得られる構成であるので、例えば、高感度の赤
外線センサを提供することができるという効果を奏す
る。

【００７５】本発明の感温抵抗変化膜は、バナジウム以
外の金属を含み、かつ、バナジウムを主成分とする酸化
物からなる構成である。

【００７６】これにより、例えば、金属の原子数比を変
えることによって、感温抵抗変化膜の相転移温度を変化
させることができる。従って、相転移温度が室温の範囲
内である感温抵抗変化膜を、例えば、赤外線センサに用
いると、非常に高い感度の赤外線センサが実現できると
いった効果を奏する。

【００７７】本発明の感温抵抗変化膜は、上記バナジウ
ムを主成分とする酸化物をＶＯ_Xとしたとき、１５／８
＜ｘ＜１３／６である構成であるので、感温抵抗変化膜
は負の相転移を示す。従って、相転移温度において、感
温抵抗変化膜の抵抗温度係数αの絶対値を大きくするこ
とができる。これにより、例えば、この感温抵抗変化膜
を有した高感度な赤外線センサを提供することができる
といった効果を奏する。

【００７８】本発明の感温抵抗変化膜は、相転移が６８
℃より低い温度で生じる構成である。

【００７９】これにより、例えば、相転移温度における
抵抗温度係数αを赤外線センサに利用する場合、ダイア
フラム構造体の温度を上げるために赤外線センサに通電
する電流値は小さくてよい。従って、消費電力が少なく
なるので、赤外線センサを小型化することができるとい
った効果を奏する。

【００８０】本発明の感温抵抗変化膜は、上記金属がク
ロムである構成である。これにより、感温抵抗変化膜は
負の相転移を示し、また、相転移温度付近における比抵
抗の温度変化率が−３１％／℃となり、感温抵抗変化膜
における抵抗温度係数αの絶対値が大きくなる。従っ
て、例えば、この感温抵抗変化膜を有した高感度な赤外
線センサを提供することができるといった効果を奏す
る。

【００８１】本発明の感温抵抗変化膜は、バナジウムお
よびクロムの合計に対するクロムの原子数比が、７アト
ミック％以下である構成であるので、相転移温度を室温
付近にすることができる。

【００８２】一般に、相転移が生じる温度範囲におい
て、感温抵抗変化膜の抵抗値は急激に変化し、従って、
抵抗温度係数αの絶対値は大きい。これにより、相転移
温度が室温の範囲内である感温抵抗変化膜を、例えば、
赤外線センサに用いると、非常に高い感度の赤外線セン
サを実現することができる。また、相転移温度における
抵抗温度係数αを利用するために、赤外線センサに通電
する電流値をダイアフラム構造体の温度が上がるように
制御する必要もない。このため、消費電力が少なくなる
ので、例えば、この感温抵抗変化膜を有することによ
り、赤外線センサを小型化することができるといった効
果を奏する。

【００８３】本発明の赤外線センサは、上記の感温抵抗
変化膜が用いられている。これにより、例えば、高感度
な状態で使用することができる赤外線センサを提供する
ことができるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る、シリコン酸化膜
上に形成された感温抵抗変化膜としての、クロムを含
み、かつ、バナジウムを主成分とする酸化物膜の比抵抗
の、昇温過程における温度特性を示す片対数グラフであ
る。

【図２】上記感温抵抗変化膜を用いて構成されたダイア
フラム構造体を備えた赤外線センサの概略の斜視図であ
る。

【図３】上記感温抵抗変化膜のＸ線回折パターンを示す
チャートである。

【図４】上記感温抵抗変化膜において、クロム組成比と
相転移温度との関係を示すグラフである。

【図５】バナジウム酸化物における電気伝導度の温度特
性を示すグラフである。

【符号の説明】

１ダイアフラム構造体２半導体基板３脚４接続部５赤外線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者薦田智久大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 BA50 BD00 CA06 DC03 DC05 DC16 EA08 5E032 AB10 BA15 BB10 CA01 CC18 5E034 BA09 BB08 BC07 DA02 DC01 DE16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バナジウムまたはバナジウム酸化物からな
るターゲットと、バナジウム以外の金属または該金属の
酸化物からなるペレットとをスパッタリングして基板上
に成膜することを特徴とする感温抵抗変化膜の製造方
法。
【請求項２】上記基板温度が３００℃を超えない条件下
で成膜することを特徴とする請求項１に記載の感温抵抗
変化膜の製造方法。
【請求項３】上記金属がクロムであることを特徴とする
請求項１または２に記載の感温抵抗変化膜の製造方法。
【請求項４】請求項１ないし３の何れか１項に記載の製
造方法を用いて得られることを特徴とする感温抵抗変化
膜。
【請求項５】バナジウム以外の金属を含み、かつ、バナ
ジウムを主成分とする酸化物からなることを特徴とする
感温抵抗変化膜。
【請求項６】上記バナジウムを主成分とする酸化物をＶ
Ｏ_Xとしたとき、１５／８＜ｘ＜１３／６であることを
特徴とする請求項５に記載の感温抵抗変化膜。
【請求項７】相転移が６８℃より低い温度で生じること
を特徴とする請求項４ないし６の何れか１項に記載の感
温抵抗変化膜。
【請求項８】上記金属がクロムであることを特徴とする
請求項５ないし７の何れか１項に記載の感温抵抗変化
膜。
【請求項９】バナジウムおよびクロムの合計に対するク
ロムの原子数比が、７アトミック％以下であることを特
徴とする請求項８に記載の感温抵抗変化膜。
【請求項１０】請求項４ないし９の何れか１項に記載の
感温抵抗変化膜が用いられていることを特徴とする赤外
線センサ。