JP2002124708A - 薄膜形成方法、高誘電体容量形成方法、誘電ボロメータおよび赤外線検出素子 - Google Patents
薄膜形成方法、高誘電体容量形成方法、誘電ボロメータおよび赤外線検出素子Info
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Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 検知感度の高い赤外線検出素子に適した高誘
電体薄膜を形成可能な薄膜形成方法を提供する。 【解決手段】 有機高分子化合物と強誘電体薄膜の材料
となる無機化合物とを有機高分子化合物に対する溶媒を
用いて混合した溶液をフィルタ１０２でフィルタリング
し、溶液溜り１０４に原料溶液として蓄積する。Ｎ2ガ
スによる圧力で、ノズル１１０から原料溶液を基板２０
０表面にスピン塗布する。その後、基板２００を酸化性
ガス雰囲気中で熱処理することで、基板上の無機化合物
を加熱し反応させて、基板上に所望の組成を有する高誘
電体膜を形成する。
電体薄膜を形成可能な薄膜形成方法を提供する。 【解決手段】 有機高分子化合物と強誘電体薄膜の材料
となる無機化合物とを有機高分子化合物に対する溶媒を
用いて混合した溶液をフィルタ１０２でフィルタリング
し、溶液溜り１０４に原料溶液として蓄積する。Ｎ2ガ
スによる圧力で、ノズル１１０から原料溶液を基板２０
０表面にスピン塗布する。その後、基板２００を酸化性
ガス雰囲気中で熱処理することで、基板上の無機化合物
を加熱し反応させて、基板上に所望の組成を有する高誘
電体膜を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、強誘電体薄膜材
料などの薄膜を基板上に堆積するための薄膜形成方法お
よび赤外線検出素子に関する。
料などの薄膜を基板上に堆積するための薄膜形成方法お
よび赤外線検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】［赤外線検出素子の背景技術］室温の物
体や人体からは、波長１０μｍ付近の赤外線（熱線）が
輻射されており、これを計測することにより、それらの
存在や温度の情報が非接触で得られ、自動扉、侵入警戒
器、電子レンジの調理モニタ、科学計測等のさまざまな
応用がなされている。
体や人体からは、波長１０μｍ付近の赤外線（熱線）が
輻射されており、これを計測することにより、それらの
存在や温度の情報が非接触で得られ、自動扉、侵入警戒
器、電子レンジの調理モニタ、科学計測等のさまざまな
応用がなされている。
【０００３】こういった計測において、一番のキーデバ
イスは赤外センサであり、量子型赤外センサと熱型赤外
センサの２種類に大きく分けられる。量子型赤外センサ
は、感度が大きく検知能力に優れているが、冷却が必要
なため装置が大型になるといった点で実用性に問題があ
るが、熱型赤外センサは、感度が量子型赤外センサより
は少し劣るものの室温動作が可能であるというメリット
があり、実用性に富んでいる。
イスは赤外センサであり、量子型赤外センサと熱型赤外
センサの２種類に大きく分けられる。量子型赤外センサ
は、感度が大きく検知能力に優れているが、冷却が必要
なため装置が大型になるといった点で実用性に問題があ
るが、熱型赤外センサは、感度が量子型赤外センサより
は少し劣るものの室温動作が可能であるというメリット
があり、実用性に富んでいる。
【０００４】このため、熱型赤外センサとして、焦電効
果を用いるもの、抵抗ボロメータ、誘電ボロメータ、サ
ーモパイル、ゴーレイセル等、数多くのものが提案され
ている。たとえば、焦電効果を用いた赤外線イメージセ
ンサが、Ｐｒｏｃ．８ｔｈＩＥＥＥ Ｉｎｔ．Ｓｙｍ
ｐ．Ａｐｐｌ．Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（１
９９２）ｐｐ．１−１０（「ＰＹＲＯＥＬＥＣＴＲＩＣ
ＩＭＡＧＩＮＧ」Ｂｅｍａｒｄ Ｍ．Ｋｕｌｗｉｃｋｉ
ｅｔ．ａｌ．）に開示されている。
果を用いるもの、抵抗ボロメータ、誘電ボロメータ、サ
ーモパイル、ゴーレイセル等、数多くのものが提案され
ている。たとえば、焦電効果を用いた赤外線イメージセ
ンサが、Ｐｒｏｃ．８ｔｈＩＥＥＥ Ｉｎｔ．Ｓｙｍ
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ＩＭＡＧＩＮＧ」Ｂｅｍａｒｄ Ｍ．Ｋｕｌｗｉｃｋｉ
ｅｔ．ａｌ．）に開示されている。
【０００５】とくに、電界を印加して誘電率の温度変化
を検知する誘電ボロメータは、他のセンサより感度が高
く、チョッパが必要ない等の優れた特徴を有しており実
用的見地から期待されている。
を検知する誘電ボロメータは、他のセンサより感度が高
く、チョッパが必要ない等の優れた特徴を有しており実
用的見地から期待されている。
【０００６】さらに、より高度な赤外線センシングとし
て、物体や風景の温度分布を非接触で得られる赤外線イ
メージセンサ（サーモグラフィー）への応用が期待され
る。赤外イメージングのためには、焦電セラミックとシ
リコンＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）とのアレイを
バンプで結合したり、薄膜微小抵抗ボロメータをマイク
ロブリッジ構造上に形成し、シリコンＦＥＴアレイと結
合した室温動作赤外線撮像素子が試作されている。
て、物体や風景の温度分布を非接触で得られる赤外線イ
メージセンサ（サーモグラフィー）への応用が期待され
る。赤外イメージングのためには、焦電セラミックとシ
リコンＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）とのアレイを
バンプで結合したり、薄膜微小抵抗ボロメータをマイク
ロブリッジ構造上に形成し、シリコンＦＥＴアレイと結
合した室温動作赤外線撮像素子が試作されている。
【０００７】これらの素子においてはさらに、感度や画
素数の増加による高分解能化等の高機能化が期待されて
いる。しかし、従来の焦電型赤外センサや抵抗ボロメー
タ型赤外センサの検出では感度が限られており、あるい
は、画素数も十分とはいえない。
素数の増加による高分解能化等の高機能化が期待されて
いる。しかし、従来の焦電型赤外センサや抵抗ボロメー
タ型赤外センサの検出では感度が限られており、あるい
は、画素数も十分とはいえない。
【０００８】図３１は、このような従来のシリコンＦＥ
Ｔアレイと結合した赤外線検出素子の画素セル２０の断
面構造を示す図である。
Ｔアレイと結合した赤外線検出素子の画素セル２０の断
面構造を示す図である。
【０００９】図３１を参照して、画素セル２０は、Ｓｉ
基板３００上に堆積されたシリコン酸化膜３０４と、シ
リコン酸化膜３０４の開口部に形成されたＭＯＳトラン
ジスタＴｒ１と、ＭＯＳトランジスタＴｒ１に隣接して
形成され、下部電極３０８（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）、強誘
電体膜３１０（ＢＳＴ膜）および上部電極３１２（Ａｌ
膜）とからなる赤外線検出容量ＣＦと、Ｓｉ基板３００
の裏面側から赤外線検出容量ＣＦの直下部分の所定深さ
まで開口する溝部３３０とを含む。
基板３００上に堆積されたシリコン酸化膜３０４と、シ
リコン酸化膜３０４の開口部に形成されたＭＯＳトラン
ジスタＴｒ１と、ＭＯＳトランジスタＴｒ１に隣接して
形成され、下部電極３０８（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）、強誘
電体膜３１０（ＢＳＴ膜）および上部電極３１２（Ａｌ
膜）とからなる赤外線検出容量ＣＦと、Ｓｉ基板３００
の裏面側から赤外線検出容量ＣＦの直下部分の所定深さ
まで開口する溝部３３０とを含む。
【００１０】ＭＯＳトランジスタＴｒ１は、シリコン酸
化膜３０４の開口部のＳｉ基板主表面に形成され、基板
の導伝型とは逆極性の不純物領域であるソース／ドレイ
ン領域３２０および３２４と、ソース／ドレイン領域３
２０および３２４に挟まれるＳｉ基板主表面に形成され
たチャネル層３２２と、チャネル層直上のＳｉ基板主表
面に堆積されたゲート酸化膜３０２およびゲート酸化膜
３０２上に形成されたポリシリコンゲート電極３１４と
を含む。
化膜３０４の開口部のＳｉ基板主表面に形成され、基板
の導伝型とは逆極性の不純物領域であるソース／ドレイ
ン領域３２０および３２４と、ソース／ドレイン領域３
２０および３２４に挟まれるＳｉ基板主表面に形成され
たチャネル層３２２と、チャネル層直上のＳｉ基板主表
面に堆積されたゲート酸化膜３０２およびゲート酸化膜
３０２上に形成されたポリシリコンゲート電極３１４と
を含む。
【００１１】下部電極３０８は、シリコン酸化膜３０４
の上部に堆積され層間絶縁膜となるシリコン窒化膜３０
６上に堆積される。下部電極３０８は、ソース／ドレイ
ン領域３２０とコンタクトしている。
の上部に堆積され層間絶縁膜となるシリコン窒化膜３０
６上に堆積される。下部電極３０８は、ソース／ドレイ
ン領域３２０とコンタクトしている。
【００１２】ゲート電極３１４上には、下部電極３０８
と同一の配線層により形成された引出し配線３１６が設
けられ、下部電極３０８と同一の配線層により形成され
た引出し配線３１８とソース／ドレイン領域３２４とが
コンタクトしている。溝部３３０を設けるのは、画素セ
ル２０が熱型赤外センサであって、その温度上昇が出力
信号強度に直接影響することから、熱伝導の大きいＳｉ
基板３００への熱のロスをできるだけ減少させるためで
ある。
と同一の配線層により形成された引出し配線３１６が設
けられ、下部電極３０８と同一の配線層により形成され
た引出し配線３１８とソース／ドレイン領域３２４とが
コンタクトしている。溝部３３０を設けるのは、画素セ
ル２０が熱型赤外センサであって、その温度上昇が出力
信号強度に直接影響することから、熱伝導の大きいＳｉ
基板３００への熱のロスをできるだけ減少させるためで
ある。
【００１３】したがって、溝部３３０とシリコン酸化膜
３０４との間に残されるＳｉ基板厚は、プロセス上、可
能な限り薄くすることが望ましい。一方、画素セル２０
間で、この残存Ｓｉ基板厚がばらつくのは、好ましくな
い。このために、Ｓｉ基板の表面側には、溝部３３０を
裏面側からエッチングする際のエッチングストッパ層が
形成される。たとえば、基板表面側からホウ素（Ｂ）等
のイオン（たとえば、濃度３×１０16ｃｍ-3以上）を注
入しておくことで、Ｓｉのエッチングレートが減少する
ことを利用する。
３０４との間に残されるＳｉ基板厚は、プロセス上、可
能な限り薄くすることが望ましい。一方、画素セル２０
間で、この残存Ｓｉ基板厚がばらつくのは、好ましくな
い。このために、Ｓｉ基板の表面側には、溝部３３０を
裏面側からエッチングする際のエッチングストッパ層が
形成される。たとえば、基板表面側からホウ素（Ｂ）等
のイオン（たとえば、濃度３×１０16ｃｍ-3以上）を注
入しておくことで、Ｓｉのエッチングレートが減少する
ことを利用する。
【００１４】また、溝部３３０が形成される赤外線検出
容量部ＣＦの直下の材質は低熱伝導率であることが必要
である。したがって、ホウ素イオンを注入したシリコン
基板よりも低熱伝導率のシリコン酸化膜やシリコン窒化
膜などを用いることがより望ましい。
容量部ＣＦの直下の材質は低熱伝導率であることが必要
である。したがって、ホウ素イオンを注入したシリコン
基板よりも低熱伝導率のシリコン酸化膜やシリコン窒化
膜などを用いることがより望ましい。
【００１５】次に、図３１に示した画素セル２０の製造
方法を、その第１〜第１２工程のフローを断面図に従っ
て説明する。
方法を、その第１〜第１２工程のフローを断面図に従っ
て説明する。
【００１６】図３２〜図４３は、上記第１〜第１２工程
をそれぞれ示す断面図である。図３２を参照して、第１
工程においては、Ｓｉ基板３００をＲＣＡ洗浄の後、そ
の表面に熱酸化によりシリコン酸化膜３０４を形成す
る。
をそれぞれ示す断面図である。図３２を参照して、第１
工程においては、Ｓｉ基板３００をＲＣＡ洗浄の後、そ
の表面に熱酸化によりシリコン酸化膜３０４を形成す
る。
【００１７】この熱酸化の条件としては、例えば、１０
００℃、酸素流量 ５（ｌ／ｍｉｎ）の条件下で５分間
の酸化の後、さらに、１０００℃、酸素流量 ５（ｌ／
ｍｉｎ）、水素流量 ４．５（ｌ／ｍｉｎ）の条件下で
１８０分の酸化を行なう。このような条件での熱酸化に
より、たとえば、〜６５０ｎｍの酸化膜が形成される。
００℃、酸素流量 ５（ｌ／ｍｉｎ）の条件下で５分間
の酸化の後、さらに、１０００℃、酸素流量 ５（ｌ／
ｍｉｎ）、水素流量 ４．５（ｌ／ｍｉｎ）の条件下で
１８０分の酸化を行なう。このような条件での熱酸化に
より、たとえば、〜６５０ｎｍの酸化膜が形成される。
【００１８】また、基板裏面にアラインメントマーク３
０１をドライエッチング等の異方性エッチングにより形
成する。
０１をドライエッチング等の異方性エッチングにより形
成する。
【００１９】図３３を参照して、第２工程ではシリコン
酸化膜３０４の所定領域３０３をエッチングにより開口
する。後に説明するようにこの領域３０３にＭＯＳトラ
ンジスタＴＲ１が形成される。
酸化膜３０４の所定領域３０３をエッチングにより開口
する。後に説明するようにこの領域３０３にＭＯＳトラ
ンジスタＴＲ１が形成される。
【００２０】図３４を参照して、レジストパターン３０
５をマスクとしてＭＯＳトランジスタＴＲ１のチャネル
部３２２へ、その導伝型に対応したイオン種のイオン注
入を行った後、活性化のためのアニールを行う。
５をマスクとしてＭＯＳトランジスタＴＲ１のチャネル
部３２２へ、その導伝型に対応したイオン種のイオン注
入を行った後、活性化のためのアニールを行う。
【００２１】図３５を参照して、Ｓｉ基板に対して熱酸
化により、ゲート酸化膜３０２を堆積した後、ＣＶＤ
（Chemical Vaper Deposition ）法等によりゲート電極
となるポリシリコン３０７を堆積する。
化により、ゲート酸化膜３０２を堆積した後、ＣＶＤ
（Chemical Vaper Deposition ）法等によりゲート電極
となるポリシリコン３０７を堆積する。
【００２２】図３６を参照して、ＲＩＥ（Reactive Ion
Eyching）等の異方性エッチングによりポリシリコン３
０７をパターニングして、エッチングすることによりゲ
ート電極３１４が形成される。
Eyching）等の異方性エッチングによりポリシリコン３
０７をパターニングして、エッチングすることによりゲ
ート電極３１４が形成される。
【００２３】図３７を参照して、ゲートパターンをマス
クとして開口部３０３上およびシリコン酸化膜３０４上
に堆積しているゲート酸化膜３０２をエッチング除去し
た後、ゲート電極３１４およびシリコン酸化膜３０４を
マスクとしてソース／ドレイン領域３２０および３２４
の不純物拡散を行う。
クとして開口部３０３上およびシリコン酸化膜３０４上
に堆積しているゲート酸化膜３０２をエッチング除去し
た後、ゲート電極３１４およびシリコン酸化膜３０４を
マスクとしてソース／ドレイン領域３２０および３２４
の不純物拡散を行う。
【００２４】図３８を参照して、ＣＶＤ法等によりシリ
コン窒化膜３０６を堆積する。このようなシリコン窒化
膜３０６の形成条件としては、７８０℃、ＳｉＣｌ2Ｈ2
０．０１５（ｌ／ｍｉｎ）、ＮＨ3 ０．０６０（ｌ
／ｍｉｎ）、２６．７Ｐａ、６０ｍｉｎの条件を用いる
と、たとえば、約３００ｎｍのシリコン窒化膜が堆積さ
れる。
コン窒化膜３０６を堆積する。このようなシリコン窒化
膜３０６の形成条件としては、７８０℃、ＳｉＣｌ2Ｈ2
０．０１５（ｌ／ｍｉｎ）、ＮＨ3 ０．０６０（ｌ
／ｍｉｎ）、２６．７Ｐａ、６０ｍｉｎの条件を用いる
と、たとえば、約３００ｎｍのシリコン窒化膜が堆積さ
れる。
【００２５】図３９を参照して、ウエハ裏面にレジスト
でパターニングをし、シリコン窒化膜およびシリコン酸
化膜をエッチング除去する。その後、基板裏面側からＴ
ＭＡＨ２２％のエッチャントで、１００℃、１８０ｍｉ
ｎという条件で異方性ウエットエッチングによりＳｉ基
板３００の赤外線検出容量ＣＦ直下に溝部３３０を形成
する。この溝部の開口寸法は、たとえば、数十μｍ×数
十μｍの大きさである。また、エッチングされる深さ
は、約２５０μｍである。
でパターニングをし、シリコン窒化膜およびシリコン酸
化膜をエッチング除去する。その後、基板裏面側からＴ
ＭＡＨ２２％のエッチャントで、１００℃、１８０ｍｉ
ｎという条件で異方性ウエットエッチングによりＳｉ基
板３００の赤外線検出容量ＣＦ直下に溝部３３０を形成
する。この溝部の開口寸法は、たとえば、数十μｍ×数
十μｍの大きさである。また、エッチングされる深さ
は、約２５０μｍである。
【００２６】また、赤外線検出容量ＣＦの直下のＳｉ基
板厚は、たとえば、０〜５０μｍの範囲であり、上述の
とおり、機械的強度の許す限り薄ければ薄いほどよい。
板厚は、たとえば、０〜５０μｍの範囲であり、上述の
とおり、機械的強度の許す限り薄ければ薄いほどよい。
【００２７】つまり、好ましくは、赤外線検出容量ＣＦ
の直下にはＳｉ基板が存在しなくなるまでエッチング除
去することが望ましい。
の直下にはＳｉ基板が存在しなくなるまでエッチング除
去することが望ましい。
【００２８】図４０を参照して、ＭＯＳトランジスタＴ
Ｒ１のソース／ドレイン領域３２０および３２４ならび
にゲート電極３１４上に開口するコンタクトホール（接
続孔）をＲＩＥ等により形成する。
Ｒ１のソース／ドレイン領域３２０および３２４ならび
にゲート電極３１４上に開口するコンタクトホール（接
続孔）をＲＩＥ等により形成する。
【００２９】図４１を参照して、レジストによるパター
ニングを行ない、スパッタリング法ないし真空蒸着法に
よる成膜の後、アセトンおよび超音波洗浄によるリフト
オフ法等により下部電極３０８ならびに引出し配線３１
６および３１８となるＰｔ／Ｔｉ積層膜を形成する。ｒ
ｆスパッタによる成膜の場合、Ｔｉの成膜時は、Ａｒ
０．００５３２（ｌ／ｍｉｎ）、０．６Ｐａ、ＲＦパワ
ー５００Ｗの条件で３ｍｉｎ間成膜し、Ｐｔの成膜時
は、Ａｒ ０．００５３２（ｌ／ｍｉｎ）、０．６Ｐ
ａ、ＲＦパワー２００Ｗの条件で８ｍｉｎ間成膜を行な
う。この条件では、Ｔｉ膜厚は、６０ｎｍであり、Ｐｔ
膜厚は、１６０ｎｍである。
ニングを行ない、スパッタリング法ないし真空蒸着法に
よる成膜の後、アセトンおよび超音波洗浄によるリフト
オフ法等により下部電極３０８ならびに引出し配線３１
６および３１８となるＰｔ／Ｔｉ積層膜を形成する。ｒ
ｆスパッタによる成膜の場合、Ｔｉの成膜時は、Ａｒ
０．００５３２（ｌ／ｍｉｎ）、０．６Ｐａ、ＲＦパワ
ー５００Ｗの条件で３ｍｉｎ間成膜し、Ｐｔの成膜時
は、Ａｒ ０．００５３２（ｌ／ｍｉｎ）、０．６Ｐ
ａ、ＲＦパワー２００Ｗの条件で８ｍｉｎ間成膜を行な
う。この条件では、Ｔｉ膜厚は、６０ｎｍであり、Ｐｔ
膜厚は、１６０ｎｍである。
【００３０】続いて、図４２を参照して、レーザーアブ
レーション法等により強誘電体膜３１０のＢＳＴ膜等を
堆積する。レーザーアブレーションにより強誘電体膜を
堆積することで、低基板温度での成膜が可能であり、Ｆ
ＥＴアレイが形成されている基板へのダメージを低く押
さえることができる。
レーション法等により強誘電体膜３１０のＢＳＴ膜等を
堆積する。レーザーアブレーションにより強誘電体膜を
堆積することで、低基板温度での成膜が可能であり、Ｆ
ＥＴアレイが形成されている基板へのダメージを低く押
さえることができる。
【００３１】図４３を参照して、上部電極となるＡｌ膜
３１２をスパッタリング法あるいは真空蒸着法等により
所定パターンに形成する。
３１２をスパッタリング法あるいは真空蒸着法等により
所定パターンに形成する。
【００３２】以上の工程により、図３１に示したような
断面構造を有する画素セル２０が形成される。
断面構造を有する画素セル２０が形成される。
【００３３】図３１に示したような画素セル２０は、電
界誘起焦電効果による誘電ボロメータであって、誘電率
の温度変化を利用することにより、赤外線センサとして
動作する。
界誘起焦電効果による誘電ボロメータであって、誘電率
の温度変化を利用することにより、赤外線センサとして
動作する。
【００３４】以上、説明したとおり、赤外線検出容量Ｃ
Ｆ直下のＳｉ基板基板厚は、望ましくは、０μｍとする
ことが望ましい。
Ｆ直下のＳｉ基板基板厚は、望ましくは、０μｍとする
ことが望ましい。
【００３５】このためには、例えば、図４３までの工程
終了後、ウエハ裏面からシリコン窒化膜およびシリコン
酸化膜をマスクとして、Ｓｉ基板をドライエッチングす
る。ＳＦ6ガス０．００７５（ｌ／ｍｉｎ）、１３．３
Ｐａ、ＲＦパワー５０Ｗの条件で約３０ｍｉｎエッチン
グすればよい。
終了後、ウエハ裏面からシリコン窒化膜およびシリコン
酸化膜をマスクとして、Ｓｉ基板をドライエッチングす
る。ＳＦ6ガス０．００７５（ｌ／ｍｉｎ）、１３．３
Ｐａ、ＲＦパワー５０Ｗの条件で約３０ｍｉｎエッチン
グすればよい。
【００３６】
【発明が解決しようとする課題】［赤外線検出素子用の
強誘電体材料の背景技術］上記赤外線イメージセンサ等
に用いられる赤外検出素子を高性能化するためには、こ
の赤外線検出素子を構成する材料の検知感度が大きいこ
とが必要である。言い換えると、焦電効果を用いた焦電
（ＰＥ：pyroelectric）ボロメータを赤外線センサとす
る場合、室温付近でその焦電係数が大きなことが必要で
あり、上記のような誘電ボロメータ（ＤＢ：Dielectric
Bolometer）では室温付近での誘電率の温度変化が大き
いことが必要である。
強誘電体材料の背景技術］上記赤外線イメージセンサ等
に用いられる赤外検出素子を高性能化するためには、こ
の赤外線検出素子を構成する材料の検知感度が大きいこ
とが必要である。言い換えると、焦電効果を用いた焦電
（ＰＥ：pyroelectric）ボロメータを赤外線センサとす
る場合、室温付近でその焦電係数が大きなことが必要で
あり、上記のような誘電ボロメータ（ＤＢ：Dielectric
Bolometer）では室温付近での誘電率の温度変化が大き
いことが必要である。
【００３７】このような赤外線検出素子用の重要な材料
群に、（Ｂａ0.75Ｓｒ0.25）ＴｉＯ 3（以下、ＢＳＴと
も略称する）や、正方晶系タングステンブロンズ構造を
有する強誘電ＳＢＮ（strontium barium niobate, Ｓｒ
1-xＢａxＮｂ2Ｏ6 、ただし、０．２５≦ｘ≦０．７
５）結晶（以下、ＳＢＮとも略称する）がある。
群に、（Ｂａ0.75Ｓｒ0.25）ＴｉＯ 3（以下、ＢＳＴと
も略称する）や、正方晶系タングステンブロンズ構造を
有する強誘電ＳＢＮ（strontium barium niobate, Ｓｒ
1-xＢａxＮｂ2Ｏ6 、ただし、０．２５≦ｘ≦０．７
５）結晶（以下、ＳＢＮとも略称する）がある。
【００３８】上述したとおり、強誘電体材料は、図３０
に示すような分極および誘電率の双方の温度依存性を、
熱型赤外線センサに使用することができる。前者の効果
は、従来の焦電（ＰＥ）ボロメータに関し、後者は、誘
電ボロメータ（ＤＢ）に関する。
に示すような分極および誘電率の双方の温度依存性を、
熱型赤外線センサに使用することができる。前者の効果
は、従来の焦電（ＰＥ）ボロメータに関し、後者は、誘
電ボロメータ（ＤＢ）に関する。
【００３９】ここで、高感度な特性を得るには、材料の
相転移温度（Ｔｃ）を測定温度範囲近くにし、誘電率の
温度変化率を大きくしなければならない。
相転移温度（Ｔｃ）を測定温度範囲近くにし、誘電率の
温度変化率を大きくしなければならない。
【００４０】レーザアブレーション方法によって、ＢＳ
ＴやＳＢＮの薄膜を、ターゲットに等しい化学量論で容
易に成長することが可能であることが、すでに報告され
ている。
ＴやＳＢＮの薄膜を、ターゲットに等しい化学量論で容
易に成長することが可能であることが、すでに報告され
ている。
【００４１】ところで、上記赤外線センサをアレイ状に
配列し、高密度に集積化することで赤外線イメージセン
サとすることを考えると、誘電体セラミックとシリコン
ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）等のスイッチング素
子とのアレイを同一の半導体基板上に形成することが必
要となる。このことは、スイッチング素子等の形成プロ
セスと赤外線検出素子形成プロセスとの整合性、たとえ
ば、半導体基板上に形成された金属電極上へ誘電体セラ
ミックをその特性を劣化させることなく低温で形成する
ことが必要となることを意味する。
配列し、高密度に集積化することで赤外線イメージセン
サとすることを考えると、誘電体セラミックとシリコン
ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）等のスイッチング素
子とのアレイを同一の半導体基板上に形成することが必
要となる。このことは、スイッチング素子等の形成プロ
セスと赤外線検出素子形成プロセスとの整合性、たとえ
ば、半導体基板上に形成された金属電極上へ誘電体セラ
ミックをその特性を劣化させることなく低温で形成する
ことが必要となることを意味する。
【００４２】しかしながら、従来用いられていたレーザ
アブレーション法では、堆積温度の低下という点で十分
でないだけでなく、強誘電体薄膜の堆積速度が小さいと
いう問題点があった。
アブレーション法では、堆積温度の低下という点で十分
でないだけでなく、強誘電体薄膜の堆積速度が小さいと
いう問題点があった。
【００４３】また、赤外線検出容量部ＣＦの直下の溝部
３３０の形成プロセスにおいて、赤外線検出容量部ＣＦ
の直下の材質がシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜
を含む構造である場合、シリコン酸化膜およびシリコン
窒化膜の内部応力が原因となり、赤外線検出容量部ＣＦ
が反ってしまったり、亀裂が入るなどの問題があった。
３３０の形成プロセスにおいて、赤外線検出容量部ＣＦ
の直下の材質がシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜
を含む構造である場合、シリコン酸化膜およびシリコン
窒化膜の内部応力が原因となり、赤外線検出容量部ＣＦ
が反ってしまったり、亀裂が入るなどの問題があった。
【００４４】さらに、内部応力を低くしたシリコン酸化
膜、シリコン窒化膜を用いる方法もあるが、標準プロセ
スから条件を変更させて成膜しなければならず、プロセ
スの複雑化を招いていた。
膜、シリコン窒化膜を用いる方法もあるが、標準プロセ
スから条件を変更させて成膜しなければならず、プロセ
スの複雑化を招いていた。
【００４５】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであって、その目的は、赤外線２次
元イメージセンサ等において、半導体基板上に形成され
るトランジスタ等のデバイスの形成プロセスに整合性の
良い高誘電体薄膜の製造方法を提供することである。
ためになされたものであって、その目的は、赤外線２次
元イメージセンサ等において、半導体基板上に形成され
るトランジスタ等のデバイスの形成プロセスに整合性の
良い高誘電体薄膜の製造方法を提供することである。
【００４６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の薄膜形成
方法は、有機高分子化合物と、強誘電体薄膜の材料とな
る無機化合物とを有機高分子化合物に対する溶媒を用い
て混合した原料溶液を生成する工程と、原料溶液を基板
表面に塗布する工程と、基板を酸化性ガス雰囲気中で熱
処理することで、基板上の無機化合物を加熱し反応させ
て、基板上に所望の組成を有する高誘電体膜を形成する
工程とを備える。
方法は、有機高分子化合物と、強誘電体薄膜の材料とな
る無機化合物とを有機高分子化合物に対する溶媒を用い
て混合した原料溶液を生成する工程と、原料溶液を基板
表面に塗布する工程と、基板を酸化性ガス雰囲気中で熱
処理することで、基板上の無機化合物を加熱し反応させ
て、基板上に所望の組成を有する高誘電体膜を形成する
工程とを備える。
【００４７】請求項２記載の高誘電体容量形成方法は、
有機高分子化合物と、強誘電体薄膜の材料となる無機化
合物とを有機高分子化合物に対する溶媒を用いて混合し
た原料溶液を生成する工程と、基板表面に下部電極を形
成する工程と、原料溶液を基板表面に塗布する工程と、
基板を酸化性ガス雰囲気中で熱処理することで、基板上
の無機化合物を加熱し反応させて、基板上に所望の組成
を有する高誘電体膜を形成する工程と、下部電極上の高
誘電体膜の上部に、上部電極を形成する工程と、上部電
極をマスクとして、高誘電体薄膜をエッチングする工程
とを備える。
有機高分子化合物と、強誘電体薄膜の材料となる無機化
合物とを有機高分子化合物に対する溶媒を用いて混合し
た原料溶液を生成する工程と、基板表面に下部電極を形
成する工程と、原料溶液を基板表面に塗布する工程と、
基板を酸化性ガス雰囲気中で熱処理することで、基板上
の無機化合物を加熱し反応させて、基板上に所望の組成
を有する高誘電体膜を形成する工程と、下部電極上の高
誘電体膜の上部に、上部電極を形成する工程と、上部電
極をマスクとして、高誘電体薄膜をエッチングする工程
とを備える。
【００４８】請求項３記載の高誘電体容量形成方法は、
有機高分子化合物と、強誘電体薄膜の材料となる無機化
合物とを有機高分子化合物に対する溶媒を用いて混合し
た原料溶液を生成する工程と、基板表面に下部電極を形
成する工程と、原料溶液を基板表面に塗布する工程と、
基板を酸化性ガス雰囲気中で熱処理することで、基板上
の無機化合物を加熱し反応させて、基板上に所望の組成
を有する高誘電体膜を形成する工程と、下部電極上の高
誘電体膜の上部にマスクを形成し、高誘電体薄膜をエッ
チングする工程と、マスクを除去する工程と、下部電極
上の高誘電体膜の上部に、上部電極を形成する工程とを
備える。
有機高分子化合物と、強誘電体薄膜の材料となる無機化
合物とを有機高分子化合物に対する溶媒を用いて混合し
た原料溶液を生成する工程と、基板表面に下部電極を形
成する工程と、原料溶液を基板表面に塗布する工程と、
基板を酸化性ガス雰囲気中で熱処理することで、基板上
の無機化合物を加熱し反応させて、基板上に所望の組成
を有する高誘電体膜を形成する工程と、下部電極上の高
誘電体膜の上部にマスクを形成し、高誘電体薄膜をエッ
チングする工程と、マスクを除去する工程と、下部電極
上の高誘電体膜の上部に、上部電極を形成する工程とを
備える。
【００４９】請求項４記載の薄膜形成方法は、請求項１
記載の薄膜形成方法において、原料溶液を基板表面に塗
布する工程は、基板の中央部に原料溶液を滴下する工程
と、基板を回転させて原料溶液の分布を基板表面におい
て均一化する工程とを含む。
記載の薄膜形成方法において、原料溶液を基板表面に塗
布する工程は、基板の中央部に原料溶液を滴下する工程
と、基板を回転させて原料溶液の分布を基板表面におい
て均一化する工程とを含む。
【００５０】請求項５記載の高誘電体容量形成方法は、
請求項２または３記載の高誘電体容量形成方法におい
て、原料溶液を基板表面に塗布する工程は、基板の中央
部に原料溶液を滴下する工程と、基板を回転させて原料
溶液の分布を基板表面において均一化する工程とを含
む。
請求項２または３記載の高誘電体容量形成方法におい
て、原料溶液を基板表面に塗布する工程は、基板の中央
部に原料溶液を滴下する工程と、基板を回転させて原料
溶液の分布を基板表面において均一化する工程とを含
む。
【００５１】請求項６記載の薄膜形成方法は、請求項１
記載の薄膜形成方法において、原料溶液を基板表面に塗
布する工程は、基板の表面に原料溶液を噴霧して塗布す
る工程を含む。
記載の薄膜形成方法において、原料溶液を基板表面に塗
布する工程は、基板の表面に原料溶液を噴霧して塗布す
る工程を含む。
【００５２】請求項７記載の高誘電体容量形成方法は、
請求項２または３記載の高誘電体容量形成方法におい
て、原料溶液を基板表面に塗布する工程は、基板の中央
部に原料溶液を噴霧して塗布する工程を含む。
請求項２または３記載の高誘電体容量形成方法におい
て、原料溶液を基板表面に塗布する工程は、基板の中央
部に原料溶液を噴霧して塗布する工程を含む。
【００５３】請求項８記載の誘電ボロメータは、複数の
高誘電体容量を備え、各高誘電体容量は、有機高分子化
合物と、強誘電体薄膜の材料となる無機化合物とを有機
高分子化合物に対する溶媒を用いて混合した原料溶液を
生成する工程と、基板表面に下部電極を形成する工程
と、原料溶液を基板表面に塗布する工程と、基板を酸化
性ガス雰囲気中で熱処理することで、基板上の無機化合
物を加熱し反応させて、基板上に所望の組成を有する高
誘電体膜を形成する工程と、下部電極上の高誘電体膜の
上部に、上部電極を形成する工程と、上部電極をマスク
として、高誘電体薄膜をエッチングする工程とにより形
成される。
高誘電体容量を備え、各高誘電体容量は、有機高分子化
合物と、強誘電体薄膜の材料となる無機化合物とを有機
高分子化合物に対する溶媒を用いて混合した原料溶液を
生成する工程と、基板表面に下部電極を形成する工程
と、原料溶液を基板表面に塗布する工程と、基板を酸化
性ガス雰囲気中で熱処理することで、基板上の無機化合
物を加熱し反応させて、基板上に所望の組成を有する高
誘電体膜を形成する工程と、下部電極上の高誘電体膜の
上部に、上部電極を形成する工程と、上部電極をマスク
として、高誘電体薄膜をエッチングする工程とにより形
成される。
【００５４】請求項９記載の誘電ボロメータは、複数の
高誘電体容量を備え、各高誘電体容量は、有機高分子化
合物と、強誘電体薄膜の材料となる無機化合物とを有機
高分子化合物に対する溶媒を用いて混合した原料溶液を
生成する工程と、基板表面に下部電極を形成する工程
と、原料溶液を基板表面に塗布する工程と、基板を酸化
性ガス雰囲気中で熱処理することで、基板上の無機化合
物を加熱し反応させて、基板上に所望の組成を有する高
誘電体膜を形成する工程と、下部電極上の高誘電体膜の
上部にマスクを形成し、高誘電体薄膜をエッチングする
工程と、マスクを除去する工程と、下部電極上の高誘電
体膜の上部に、上部電極を形成する工程とにより形成さ
れる。
高誘電体容量を備え、各高誘電体容量は、有機高分子化
合物と、強誘電体薄膜の材料となる無機化合物とを有機
高分子化合物に対する溶媒を用いて混合した原料溶液を
生成する工程と、基板表面に下部電極を形成する工程
と、原料溶液を基板表面に塗布する工程と、基板を酸化
性ガス雰囲気中で熱処理することで、基板上の無機化合
物を加熱し反応させて、基板上に所望の組成を有する高
誘電体膜を形成する工程と、下部電極上の高誘電体膜の
上部にマスクを形成し、高誘電体薄膜をエッチングする
工程と、マスクを除去する工程と、下部電極上の高誘電
体膜の上部に、上部電極を形成する工程とにより形成さ
れる。
【００５５】請求項１０記載の赤外線検出素子は、基板
と、基板の主表面上に形成される第１の電極と、第１の
電極上に形成され、温度変化によって電気的物性値が変
化する薄膜と、薄膜上に形成される第２の電極と、基板
の主表面側に第１の電極に近接して設けられ、赤外線吸
収により温度が上昇する赤外線吸収部とを備え、赤外線
吸収部は、引っ張り応力と圧縮応力とがバランスする厚
さをそれぞれ有する複数の絶縁性薄膜の積層膜を含む。
と、基板の主表面上に形成される第１の電極と、第１の
電極上に形成され、温度変化によって電気的物性値が変
化する薄膜と、薄膜上に形成される第２の電極と、基板
の主表面側に第１の電極に近接して設けられ、赤外線吸
収により温度が上昇する赤外線吸収部とを備え、赤外線
吸収部は、引っ張り応力と圧縮応力とがバランスする厚
さをそれぞれ有する複数の絶縁性薄膜の積層膜を含む。
【００５６】請求項１１記載の赤外線検出素子は、請求
項１０記載の赤外線検出素子の構成に加えて、積層膜
は、基板の主表面上に堆積されるシリコン窒化膜と、シ
リコン窒素膜上に堆積される第１のシリコン酸化膜とを
含む。
項１０記載の赤外線検出素子の構成に加えて、積層膜
は、基板の主表面上に堆積されるシリコン窒化膜と、シ
リコン窒素膜上に堆積される第１のシリコン酸化膜とを
含む。
【００５７】請求項１２記載の赤外線検出素子は、請求
項１１載の赤外線検出素子の構成に加えて、シリコン窒
化膜は、ＣＶＤ法により堆積され、厚さが１５０ｎｍ以
上３００ｎｍ以下であり、第１のシリコン酸化膜は、Ｃ
ＶＤ法により堆積され、厚さが４００ｎｍ以上８００ｎ
ｍ以下である。
項１１載の赤外線検出素子の構成に加えて、シリコン窒
化膜は、ＣＶＤ法により堆積され、厚さが１５０ｎｍ以
上３００ｎｍ以下であり、第１のシリコン酸化膜は、Ｃ
ＶＤ法により堆積され、厚さが４００ｎｍ以上８００ｎ
ｍ以下である。
【００５８】請求項１３記載の赤外線検出素子は、請求
項１１載の赤外線検出素子の構成に加えて、基板は、シ
リコン基板であり、基板は、第１の電極の直下に、基板
の裏面側から形成された溝部を有し、基板の主表面上に
シリコン窒素膜が形成されるのに先立って、基板上に形
成される第２のシリコン酸化膜をさらに備える。
項１１載の赤外線検出素子の構成に加えて、基板は、シ
リコン基板であり、基板は、第１の電極の直下に、基板
の裏面側から形成された溝部を有し、基板の主表面上に
シリコン窒素膜が形成されるのに先立って、基板上に形
成される第２のシリコン酸化膜をさらに備える。
【００５９】請求項１４記載の赤外線検出素子は、請求
項１３記載の赤外線検出素子の構成に加えて、溝部は、
第２のシリコン酸化膜に対してシリコン基板を選択的に
除去可能なエッチャントによりエッチング形成される。
項１３記載の赤外線検出素子の構成に加えて、溝部は、
第２のシリコン酸化膜に対してシリコン基板を選択的に
除去可能なエッチャントによりエッチング形成される。
【００６０】
【発明の実施の形態】［実施の形態１］ ［薄膜形成装置の構成］図１は、本発明の実施の形態１
の薄膜形成装置１０００の構成を説明するためのブロッ
ク図である。
の薄膜形成装置１０００の構成を説明するためのブロッ
ク図である。
【００６１】図１を参照して、薄膜形成装置１０００
は、有機高分子化合物、たとえば、レジストと、強誘電
体薄膜の材料となる無機化合物、たとえば、ＢＳＴ
（（Ｂａ0. 75Ｓｒ0.25）ＴｉＯ3）とをレジストの溶媒
を用いて混合した溶液を受けてフィルタリングするため
のフィルター１０２と、フィルター１０２から供給され
る原料溶液を蓄え、外部から供給される不活性なガス、
たとえばＮ2ガスの圧力によりこの原料溶液を配管１０
６に送り出すための溶液溜り１０４と、配管１０６から
の原料溶液を所定量だけ噴出するためのノズル１１０
と、薄膜が形成される基板２００を吸着保持し、ノズル
から噴出して滴下する原料溶液をこの基板２００中央付
近に受けるためのテーブル１２０とを備える。テーブル
１２０は、基板２００上への原料溶液の滴下後に、回転
して、滴下された原料溶液を基板２００の表面上に均一
に分布させる。これにより、原料溶液が基板２００の表
面に均一に塗布される。
は、有機高分子化合物、たとえば、レジストと、強誘電
体薄膜の材料となる無機化合物、たとえば、ＢＳＴ
（（Ｂａ0. 75Ｓｒ0.25）ＴｉＯ3）とをレジストの溶媒
を用いて混合した溶液を受けてフィルタリングするため
のフィルター１０２と、フィルター１０２から供給され
る原料溶液を蓄え、外部から供給される不活性なガス、
たとえばＮ2ガスの圧力によりこの原料溶液を配管１０
６に送り出すための溶液溜り１０４と、配管１０６から
の原料溶液を所定量だけ噴出するためのノズル１１０
と、薄膜が形成される基板２００を吸着保持し、ノズル
から噴出して滴下する原料溶液をこの基板２００中央付
近に受けるためのテーブル１２０とを備える。テーブル
１２０は、基板２００上への原料溶液の滴下後に、回転
して、滴下された原料溶液を基板２００の表面上に均一
に分布させる。これにより、原料溶液が基板２００の表
面に均一に塗布される。
【００６２】ここで、無機化合物は粉末状になっている
ものとする。また、上記レジストとしては、特に限定さ
れないが、たとえば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリ
レート）などを用いることが可能である。
ものとする。また、上記レジストとしては、特に限定さ
れないが、たとえば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリ
レート）などを用いることが可能である。
【００６３】以上のようにして、原料溶液が表面に均一
に塗布された基板２００は、所定の温度（例えば、１４
０℃）でプリベークされる。これにより、有機溶媒が基
板２００から蒸発し、さらに、酸化性ガス雰囲気中で熱
処理されることで、基板２００上に残された無機化合物
が加熱されて、基板２００上には所望の組成を有する無
機膜、すなわち高誘電体膜が形成される。
に塗布された基板２００は、所定の温度（例えば、１４
０℃）でプリベークされる。これにより、有機溶媒が基
板２００から蒸発し、さらに、酸化性ガス雰囲気中で熱
処理されることで、基板２００上に残された無機化合物
が加熱されて、基板２００上には所望の組成を有する無
機膜、すなわち高誘電体膜が形成される。
【００６４】ここで、酸化性ガスとしては、Ｏ2，Ｏ3，
Ｎ2Ｏ，ＮＯ2などのガスを用いることが可能である。ま
た、酸化性ガス雰囲気中での熱処理中は、この酸化性ガ
スを例えば、基板２００が格納されるチャンバーに１０
〜１００ｓｃｃｍのガス流量で供給する。このときの基
板温度は、特に限定されないが、例えば、５００℃であ
るものとする。
Ｎ2Ｏ，ＮＯ2などのガスを用いることが可能である。ま
た、酸化性ガス雰囲気中での熱処理中は、この酸化性ガ
スを例えば、基板２００が格納されるチャンバーに１０
〜１００ｓｃｃｍのガス流量で供給する。このときの基
板温度は、特に限定されないが、例えば、５００℃であ
るものとする。
【００６５】基板２００には、強誘電体膜を用いたキャ
パシタを形成するために、下地電極として、Ｐｔ／Ｔｉ
／ＳｉＯ２が形成されているものとする。
パシタを形成するために、下地電極として、Ｐｔ／Ｔｉ
／ＳｉＯ２が形成されているものとする。
【００６６】すなわち、本発明の実施の形態１の薄膜形
成方法をまとめると以下のようになる。
成方法をまとめると以下のようになる。
【００６７】まず、有機高分子化合物と、強誘電体薄膜
の材料となる無機化合物とを有機高分子化合物に対する
溶媒を用いて混合した溶液を生成する。
の材料となる無機化合物とを有機高分子化合物に対する
溶媒を用いて混合した溶液を生成する。
【００６８】つづいて、この混合溶液をフィルタリング
し、原料溶液を作製する。さらに、この原料溶液を基板
２００の表面に均一に塗布する。
し、原料溶液を作製する。さらに、この原料溶液を基板
２００の表面に均一に塗布する。
【００６９】原料溶液が表面に均一に塗布された基板２
００を、所定の条件（例えば、１４０℃で３０分）でプ
リベークする。これにより、有機溶媒が基板２００から
蒸発する。
００を、所定の条件（例えば、１４０℃で３０分）でプ
リベークする。これにより、有機溶媒が基板２００から
蒸発する。
【００７０】つづけて、基板２００を酸化性ガス雰囲気
中で熱処理することで、有機化合物は酸化除去され、基
板２００上に残された無機化合物が加熱されて反応し
て、基板２００上に所望の組成を有する無機膜、すなわ
ち高誘電体膜が形成される。 ［ＢＳＴ膜の配向性評価］図２は、上述したように作製
された、ＢＳＴ膜のＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａ
ｃｔｉｏｎ）プロファイルを示す。
中で熱処理することで、有機化合物は酸化除去され、基
板２００上に残された無機化合物が加熱されて反応し
て、基板２００上に所望の組成を有する無機膜、すなわ
ち高誘電体膜が形成される。 ［ＢＳＴ膜の配向性評価］図２は、上述したように作製
された、ＢＳＴ膜のＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａ
ｃｔｉｏｎ）プロファイルを示す。
【００７１】ここで、図２からわかるように、上述のよ
うに作製された薄膜は強い配向性を有する。図２中で
は、プリベーク条件を８５℃、３０分としたときの曲線
（ＣＢ）と、１４０℃、３０分としたときの曲線（Ｃ
Ａ）を対比して示す。
うに作製された薄膜は強い配向性を有する。図２中で
は、プリベーク条件を８５℃、３０分としたときの曲線
（ＣＢ）と、１４０℃、３０分としたときの曲線（Ｃ
Ａ）を対比して示す。
【００７２】プリベーク温度を８５℃から１４０℃に上
昇させることで、生成された膜の配向性が向上すること
がわかる。 ［薄膜の電気的特性］以下では、このようにして堆積さ
れた薄膜の電気的特性について説明する。基板として
は、熱酸化されたＳｉ（１００）ウェハを使用し、電気
的測定を行なうために、Ｐｔ（３００ｎｍ）／Ｔｉ（１
５０ｎｍ）の二層金属膜を、室温でのＲＦマグネトロン
スパッタリングしたものを用いている。電気的特性の測
定のためにＰｔ／ＢＳＴ／Ｐｔキャパシタ構成を得るた
めに、所定の直径を有する点状のＰｔ電極を、金属マス
クを通じて薄膜の上部表面上にＲＦマグネトロンスパッ
タリングで形成する。
昇させることで、生成された膜の配向性が向上すること
がわかる。 ［薄膜の電気的特性］以下では、このようにして堆積さ
れた薄膜の電気的特性について説明する。基板として
は、熱酸化されたＳｉ（１００）ウェハを使用し、電気
的測定を行なうために、Ｐｔ（３００ｎｍ）／Ｔｉ（１
５０ｎｍ）の二層金属膜を、室温でのＲＦマグネトロン
スパッタリングしたものを用いている。電気的特性の測
定のためにＰｔ／ＢＳＴ／Ｐｔキャパシタ構成を得るた
めに、所定の直径を有する点状のＰｔ電極を、金属マス
クを通じて薄膜の上部表面上にＲＦマグネトロンスパッ
タリングで形成する。
【００７３】図３は、Ｐｔ／ＢＳＴ／Ｐｔ／Ｔｉキャパ
シタ構造としたＢＳＴ膜の誘電率（εr ）の温度依存性
を示す。
シタ構造としたＢＳＴ膜の誘電率（εr ）の温度依存性
を示す。
【００７４】誘電ボロメータのためのＢＳＴ材料に関し
て、容量に対する温度の応答を調べるために、温度上昇
に伴う容量の測定を広範囲で行なった。容量は、振幅１
Ｖの１ｋＨｚの正弦波を使用して検出している。また、
容量測定パターンの面積Ａは１．９８×１０-3ｃｍ2で
ある。また、容量測定パターンにおいて、厚さｄは、１
５０μｍである。εr−Ｔ曲線は、２０℃から４０℃の
温度範囲で、急峻な部分を有する。上記成膜条件で形成
したＢＳＴ膜については、２５℃の室温あたりに誘電率
の温度変化率にピークがある。このεrの顕著な温度変
化率ＴＣＤ（＝Δεr ／ΔＴ）は、−２．５％・Ｋ-1で
ある。
て、容量に対する温度の応答を調べるために、温度上昇
に伴う容量の測定を広範囲で行なった。容量は、振幅１
Ｖの１ｋＨｚの正弦波を使用して検出している。また、
容量測定パターンの面積Ａは１．９８×１０-3ｃｍ2で
ある。また、容量測定パターンにおいて、厚さｄは、１
５０μｍである。εr−Ｔ曲線は、２０℃から４０℃の
温度範囲で、急峻な部分を有する。上記成膜条件で形成
したＢＳＴ膜については、２５℃の室温あたりに誘電率
の温度変化率にピークがある。このεrの顕著な温度変
化率ＴＣＤ（＝Δεr ／ΔＴ）は、−２．５％・Ｋ-1で
ある。
【００７５】以上のようにして、高誘電体薄膜を基板上
に形成することとすれば、基板全面にわたって一括して
高誘電体膜を形成することが可能で、その堆積速度を速
くすることが可能である。また、基板温度も５００℃と
いう比較的低温で高誘電体膜を堆積することができるの
で、高誘電体膜の下地に金属パターン、たとえば、上述
したＰｔ／Ｔｉ電極が存在する場合でも、良好な膜質の
高誘電体膜を形成することが可能である。
に形成することとすれば、基板全面にわたって一括して
高誘電体膜を形成することが可能で、その堆積速度を速
くすることが可能である。また、基板温度も５００℃と
いう比較的低温で高誘電体膜を堆積することができるの
で、高誘電体膜の下地に金属パターン、たとえば、上述
したＰｔ／Ｔｉ電極が存在する場合でも、良好な膜質の
高誘電体膜を形成することが可能である。
【００７６】［実施の形態２］実施の形態２では、実施
の形態１での高誘電体膜の形成方法を用いて、赤外線イ
メージセンサを作成する場合に、赤外線検出容量ＣＦを
作成するフローを説明する。
の形態１での高誘電体膜の形成方法を用いて、赤外線イ
メージセンサを作成する場合に、赤外線検出容量ＣＦを
作成するフローを説明する。
【００７７】図４〜図１１は、そのような赤外線検出容
量ＣＦを作成するフローを断面図で示す工程図である。
量ＣＦを作成するフローを断面図で示す工程図である。
【００７８】まず、図４を参照して、第１工程において
は、Ｓｉ基板４００をＲＣＡ洗浄の後、その表面側に
は、熱酸化により、例えば、厚さ１５０ｎｍのシリコン
酸化膜４０２を形成し、裏面側には、例えば、厚さ８０
０ｎｍのシリコン酸化膜４０４を形成する。
は、Ｓｉ基板４００をＲＣＡ洗浄の後、その表面側に
は、熱酸化により、例えば、厚さ１５０ｎｍのシリコン
酸化膜４０２を形成し、裏面側には、例えば、厚さ８０
０ｎｍのシリコン酸化膜４０４を形成する。
【００７９】また、特に図示しないが、基板裏面にアラ
インメントマークがドライエッチング等の異方性エッチ
ングにより形成されているものとする。
インメントマークがドライエッチング等の異方性エッチ
ングにより形成されているものとする。
【００８０】図５を参照して、第２工程では、特に限定
されないが、基板４００の表面側および裏面側にＣＶＤ
法等により厚さ２５０ｎｍのシリコン窒化膜４０６を堆
積する。続いて、図６を参照して、第３工程では、基板
４００の表面側に、特に限定されないが、ＣＶＤ法等に
より厚さ６００ｎｍのシリコン酸化膜４０８を堆積す
る。
されないが、基板４００の表面側および裏面側にＣＶＤ
法等により厚さ２５０ｎｍのシリコン窒化膜４０６を堆
積する。続いて、図６を参照して、第３工程では、基板
４００の表面側に、特に限定されないが、ＣＶＤ法等に
より厚さ６００ｎｍのシリコン酸化膜４０８を堆積す
る。
【００８１】このようなシリコンシリコン酸化膜の形成
条件としては、３７０℃、ＳｉＨ4０．０１５（ｌ／ｍ
ｉｎ）、Ｏ2 ０．０４５（ｌ／ｍｉｎ）、圧力２６．
７Ｐａ、時間６０ｍｉｎの条件を用いると、たとえば、
約６００ｎｍのシリコン酸化膜が堆積される。
条件としては、３７０℃、ＳｉＨ4０．０１５（ｌ／ｍ
ｉｎ）、Ｏ2 ０．０４５（ｌ／ｍｉｎ）、圧力２６．
７Ｐａ、時間６０ｍｉｎの条件を用いると、たとえば、
約６００ｎｍのシリコン酸化膜が堆積される。
【００８２】図７を参照して、第４工程では、ウエハ裏
面にレジストでパターニングをし、シリコン窒化膜およ
びシリコン酸化膜をエッチング除去する。その後、基板
裏面側からＴＭＡＨ２２％のエッチャントで、１００
℃、１８０ｍｉｎという条件で異方性ウエットエッチン
グによりＳｉ基板４００の赤外線検出容量ＣＦ直下に溝
部４３０を形成する。また、エッチングされる深さは、
ここでは、基板４００の表面側に堆積されたシリコン酸
化膜４０２までであり、約３００μｍである。すなわ
ち、特に限定はされないが、図７においては赤外線検出
容量ＣＦの直下にはＳｉ基板が存在しなくなるまでエッ
チング除去している。なお、従来の赤外線検出容量ＣＦ
の形成方法と同様に、エッチングストッパー層でエッチ
ングを停止させた上で、ＲＩＥにより赤外線検出容量Ｃ
Ｆの直下のＳｉ基板をエッチング除去することとしても
よい。
面にレジストでパターニングをし、シリコン窒化膜およ
びシリコン酸化膜をエッチング除去する。その後、基板
裏面側からＴＭＡＨ２２％のエッチャントで、１００
℃、１８０ｍｉｎという条件で異方性ウエットエッチン
グによりＳｉ基板４００の赤外線検出容量ＣＦ直下に溝
部４３０を形成する。また、エッチングされる深さは、
ここでは、基板４００の表面側に堆積されたシリコン酸
化膜４０２までであり、約３００μｍである。すなわ
ち、特に限定はされないが、図７においては赤外線検出
容量ＣＦの直下にはＳｉ基板が存在しなくなるまでエッ
チング除去している。なお、従来の赤外線検出容量ＣＦ
の形成方法と同様に、エッチングストッパー層でエッチ
ングを停止させた上で、ＲＩＥにより赤外線検出容量Ｃ
Ｆの直下のＳｉ基板をエッチング除去することとしても
よい。
【００８３】図８を参照して、第５工程では、レジスト
によるパターニングを行ない、スパッタリング法ないし
真空蒸着法による成膜の後、アセトンおよび超音波洗浄
によるリフトオフ法等により下部電極４１０となるＰｔ
／Ｔｉ積層膜を形成する。ここでも、成膜はｒｆスパッ
タによるものとし、たとえば、Ｔｉ膜厚は、６０ｎｍで
あり、Ｐｔ膜厚は、１６０ｎｍである。
によるパターニングを行ない、スパッタリング法ないし
真空蒸着法による成膜の後、アセトンおよび超音波洗浄
によるリフトオフ法等により下部電極４１０となるＰｔ
／Ｔｉ積層膜を形成する。ここでも、成膜はｒｆスパッ
タによるものとし、たとえば、Ｔｉ膜厚は、６０ｎｍで
あり、Ｐｔ膜厚は、１６０ｎｍである。
【００８４】続いて、図９を参照して、第６工程では、
原料溶液を基板上に塗布するという実施の形態１で説明
した薄膜形成法により強誘電体膜４１２のＢＳＴ膜を堆
積する。実施の形態１の薄膜形成法により強誘電体膜を
堆積することで、高い堆積速度で、かつ低基板温度での
成膜が可能であり、ＦＥＴアレイが形成されている基板
へのダメージを低く押さえることができる。
原料溶液を基板上に塗布するという実施の形態１で説明
した薄膜形成法により強誘電体膜４１２のＢＳＴ膜を堆
積する。実施の形態１の薄膜形成法により強誘電体膜を
堆積することで、高い堆積速度で、かつ低基板温度での
成膜が可能であり、ＦＥＴアレイが形成されている基板
へのダメージを低く押さえることができる。
【００８５】図１０を参照して、第７工程では、上部電
極となるＡｌ膜４１４をスパッタリング法あるいは真空
蒸着法等により所定パターンに形成する。
極となるＡｌ膜４１４をスパッタリング法あるいは真空
蒸着法等により所定パターンに形成する。
【００８６】さらに、図１１を参照して、第８工程で
は、このＡｌ膜４１４をマスクとして、酸により高誘電
体膜４１２をエッチングする。
は、このＡｌ膜４１４をマスクとして、酸により高誘電
体膜４１２をエッチングする。
【００８７】ここで、エッチングのための酸としては、
高誘電体膜４１２を制御可能なエッチング速度でエッチ
ングできるように濃度を設定された塩酸（ＨＣｌ）や硫
酸（Ｈ2ＳＯ4）などを用いることが可能である。
高誘電体膜４１２を制御可能なエッチング速度でエッチ
ングできるように濃度を設定された塩酸（ＨＣｌ）や硫
酸（Ｈ2ＳＯ4）などを用いることが可能である。
【００８８】このように赤外線検出容量ＣＦパターン部
分の高誘電体膜４１２をエッチング除去することで、容
易に、高速にダメージフリーで強誘電体膜のパターンを
形成できる、という効果が奏される。
分の高誘電体膜４１２をエッチング除去することで、容
易に、高速にダメージフリーで強誘電体膜のパターンを
形成できる、という効果が奏される。
【００８９】ただし、上部電極材料としては、上記Ａｌ
に限定されることなく、酸に対するエッチング耐性等も
考慮して他の金属材料を用いてもよい。
に限定されることなく、酸に対するエッチング耐性等も
考慮して他の金属材料を用いてもよい。
【００９０】以上の工程により、画素セルについての赤
外線検出容量ＣＦが形成される。このようにして形成し
た画素セルは、電界誘起焦電効果による誘電ボロメータ
であって、誘電率の温度変化を利用することにより、赤
外線センサとして動作する。
外線検出容量ＣＦが形成される。このようにして形成し
た画素セルは、電界誘起焦電効果による誘電ボロメータ
であって、誘電率の温度変化を利用することにより、赤
外線センサとして動作する。
【００９１】［実施の形態２の変形例１］実施の形態２
では、上部電極４１４を形成後に、この上部電極４１４
をマスクとして、酸により高誘電体膜４１２をエッチン
グ除去するプロセスとした。
では、上部電極４１４を形成後に、この上部電極４１４
をマスクとして、酸により高誘電体膜４１２をエッチン
グ除去するプロセスとした。
【００９２】しかしながら、赤外線検出容量ＣＦを作成
するフローとしては、他のプロセスフローを用いること
も可能である。
するフローとしては、他のプロセスフローを用いること
も可能である。
【００９３】図１２〜図１５は、そのような赤外線検出
容量ＣＦを作成するための実施の形態２の変形例１のフ
ローを断面図で示す工程図である。
容量ＣＦを作成するための実施の形態２の変形例１のフ
ローを断面図で示す工程図である。
【００９４】まず、図１２を参照して、図８に示した実
施の形態２の第５工程までと同様のフローにしたがっ
て、下部電極４１０となるＰｔ／Ｔｉ積層膜を形成す
る。
施の形態２の第５工程までと同様のフローにしたがっ
て、下部電極４１０となるＰｔ／Ｔｉ積層膜を形成す
る。
【００９５】続いて、図１３を参照して、第６工程で
も、原料溶液を基板上に塗布するという実施の形態１で
説明した薄膜形成法により強誘電体膜４１２のＢＳＴ膜
を堆積する。
も、原料溶液を基板上に塗布するという実施の形態１で
説明した薄膜形成法により強誘電体膜４１２のＢＳＴ膜
を堆積する。
【００９６】図１４を参照して、第７´工程として、レ
ジストパターン４４０をマスクとして、酸によるエッチ
ングにより高誘電体膜４１２をエッチングする。その
後、レジストマスクをアッシング等により除去する。
ジストパターン４４０をマスクとして、酸によるエッチ
ングにより高誘電体膜４１２をエッチングする。その
後、レジストマスクをアッシング等により除去する。
【００９７】図１５を参照して、第８´工程では、上部
電極となるＡｌ膜４１４をスパッタリング法あるいは真
空蒸着法等により所定パターンに形成する。以上の工程
によっても、画素セルについての赤外線検出容量ＣＦが
形成される。
電極となるＡｌ膜４１４をスパッタリング法あるいは真
空蒸着法等により所定パターンに形成する。以上の工程
によっても、画素セルについての赤外線検出容量ＣＦが
形成される。
【００９８】また、レジストパターンをマスクとして強
誘電体膜をエッチングすることによって、画素領域のみ
に強誘電体膜を形成することができる。
誘電体膜をエッチングすることによって、画素領域のみ
に強誘電体膜を形成することができる。
【００９９】［実施の形態２の変形例２］実施の形態２
の変形例２では、実施の形態２赤外線検出容量ＣＦを作
成するフローのさらに他の変形例を説明する。
の変形例２では、実施の形態２赤外線検出容量ＣＦを作
成するフローのさらに他の変形例を説明する。
【０１００】図１６〜図２３および図２８は、そのよう
な赤外線検出容量ＣＦを作成するフローを断面図で示す
工程図である。また、図２４〜図２７は、堆積される薄
膜の応力および応力の緩和を説明するための概念図であ
る。
な赤外線検出容量ＣＦを作成するフローを断面図で示す
工程図である。また、図２４〜図２７は、堆積される薄
膜の応力および応力の緩和を説明するための概念図であ
る。
【０１０１】まず、第１工程においては、実施の形態２
と同様にして、Ｓｉ基板４００をＲＣＡ洗浄の後、その
表面側には、熱酸化により、例えば、厚さ１５０ｎｍの
シリコン酸化膜４０２を形成し、裏面側には、例えば、
厚さ８００ｎｍのシリコン酸化膜４０４を形成しておく
ものとする。
と同様にして、Ｓｉ基板４００をＲＣＡ洗浄の後、その
表面側には、熱酸化により、例えば、厚さ１５０ｎｍの
シリコン酸化膜４０２を形成し、裏面側には、例えば、
厚さ８００ｎｍのシリコン酸化膜４０４を形成しておく
ものとする。
【０１０２】また、特に図示しないが、基板裏面にアラ
インメントマークがドライエッチング等の異方性エッチ
ングにより形成されているものとする。
インメントマークがドライエッチング等の異方性エッチ
ングにより形成されているものとする。
【０１０３】次に、図１６を参照して、第２工程では、
特に限定されないが、基板４００の表面側および裏面側
にＣＶＤ法等により厚さ２５０ｎｍのシリコン窒化膜４
０６を堆積する。続いて、図１７を参照して、第３工程
では、基板４００の表面側に、特に限定されないが、Ｃ
ＶＤ法等により厚さ６００ｎｍのシリコン酸化膜４０８
を堆積する。ここまでは、実施の形態２のフローと同様
である。
特に限定されないが、基板４００の表面側および裏面側
にＣＶＤ法等により厚さ２５０ｎｍのシリコン窒化膜４
０６を堆積する。続いて、図１７を参照して、第３工程
では、基板４００の表面側に、特に限定されないが、Ｃ
ＶＤ法等により厚さ６００ｎｍのシリコン酸化膜４０８
を堆積する。ここまでは、実施の形態２のフローと同様
である。
【０１０４】続いて、図１８を参照して、第４工程で
は、レジストによるパターニングを行ない、スパッタリ
ング法ないし真空蒸着法による成膜の後、アセトンおよ
び超音波洗浄によるリフトオフ法等により下部電極４１
０となるＰｔ／Ｔｉ積層膜を形成する。ここでも、成膜
はｒｆスパッタによるものとし、たとえば、Ｔｉ膜厚
は、６０ｎｍであり、Ｐｔ膜厚は、１６０ｎｍである。
は、レジストによるパターニングを行ない、スパッタリ
ング法ないし真空蒸着法による成膜の後、アセトンおよ
び超音波洗浄によるリフトオフ法等により下部電極４１
０となるＰｔ／Ｔｉ積層膜を形成する。ここでも、成膜
はｒｆスパッタによるものとし、たとえば、Ｔｉ膜厚
は、６０ｎｍであり、Ｐｔ膜厚は、１６０ｎｍである。
【０１０５】続いて、図１９を参照して、第５工程で
は、原料溶液を基板上に塗布するという実施の形態１で
説明した薄膜形成法により高誘電体膜４１２のＢＳＴ膜
を堆積する。実施の形態１の薄膜形成法により高誘電体
膜を堆積することで、高い堆積速度で、かつ低基板温度
での成膜が可能であり、ＦＥＴアレイが形成されている
基板へのダメージを低く押さえることができる。
は、原料溶液を基板上に塗布するという実施の形態１で
説明した薄膜形成法により高誘電体膜４１２のＢＳＴ膜
を堆積する。実施の形態１の薄膜形成法により高誘電体
膜を堆積することで、高い堆積速度で、かつ低基板温度
での成膜が可能であり、ＦＥＴアレイが形成されている
基板へのダメージを低く押さえることができる。
【０１０６】図２０を参照して、第６工程では、上部電
極となるＡｌ膜４１４をスパッタリング法あるいは真空
蒸着法等により所定パターンに形成する。
極となるＡｌ膜４１４をスパッタリング法あるいは真空
蒸着法等により所定パターンに形成する。
【０１０７】さらに、図２１を参照して、第７工程で
は、このＡｌ膜４１４をマスクとして、酸により高誘電
体膜４１２をエッチングする。
は、このＡｌ膜４１４をマスクとして、酸により高誘電
体膜４１２をエッチングする。
【０１０８】ここで、エッチングのための酸としては、
高誘電体膜４１２を制御可能なエッチング速度でエッチ
ングできるように濃度を設定された塩酸（ＨＣｌ）や硫
酸（Ｈ2ＳＯ4）などを用いることが可能である。
高誘電体膜４１２を制御可能なエッチング速度でエッチ
ングできるように濃度を設定された塩酸（ＨＣｌ）や硫
酸（Ｈ2ＳＯ4）などを用いることが可能である。
【０１０９】このように赤外線検出容量ＣＦパターン部
分の高誘電体膜４１２をエッチング除去することで、容
易に、高速にダメージフリーで強誘電体膜のパターンを
形成できる、という効果が奏される。
分の高誘電体膜４１２をエッチング除去することで、容
易に、高速にダメージフリーで強誘電体膜のパターンを
形成できる、という効果が奏される。
【０１１０】ただし、上部電極材料としては、上記Ａｌ
に限定されることなく、酸に対するエッチング耐性等も
考慮して他の金属材料を用いてもよい。
に限定されることなく、酸に対するエッチング耐性等も
考慮して他の金属材料を用いてもよい。
【０１１１】図２２を参照して、第８工程としては、Ｓ
ｉ基板４００に形成された赤外線検出容量の上に、異方
性エッチング液に対して耐性の高い薄膜、たとえば、特
に限定されないが、たとえば、シリコン酸化膜のコーテ
ィング膜４０９を形成する。
ｉ基板４００に形成された赤外線検出容量の上に、異方
性エッチング液に対して耐性の高い薄膜、たとえば、特
に限定されないが、たとえば、シリコン酸化膜のコーテ
ィング膜４０９を形成する。
【０１１２】図２３を参照して、第９工程では、ウエハ
裏面にレジストでパターニングをし、シリコン窒化膜お
よびシリコン酸化膜をエッチング除去する。その後、基
板裏面側からＴＭＡＨ２２％のエッチャントで、１００
℃、１８０ｍｉｎという条件で異方性ウエットエッチン
グによりＳｉ基板４００の赤外線検出容量ＣＦ直下に溝
部４３０を形成する。エッチングは、ここでは、基板４
００の表面側に堆積されたシリコン酸化膜４０２に到達
した時点で、シリコン酸化膜がエッチングストップ層と
して機能するため、例えば、基板圧が３００μｍであれ
ば、溝部の深さは３００μｍで停止させられる。
裏面にレジストでパターニングをし、シリコン窒化膜お
よびシリコン酸化膜をエッチング除去する。その後、基
板裏面側からＴＭＡＨ２２％のエッチャントで、１００
℃、１８０ｍｉｎという条件で異方性ウエットエッチン
グによりＳｉ基板４００の赤外線検出容量ＣＦ直下に溝
部４３０を形成する。エッチングは、ここでは、基板４
００の表面側に堆積されたシリコン酸化膜４０２に到達
した時点で、シリコン酸化膜がエッチングストップ層と
して機能するため、例えば、基板圧が３００μｍであれ
ば、溝部の深さは３００μｍで停止させられる。
【０１１３】なお、第４工程の下部電極の形成以前に、
Ｓｉ基板４００のエッチングを行なって、あらかじめ約
２５０μｍの溝部を形成しておき、その後、下部電極の
形成、誘電体薄膜の形成、上部電極、コーティング膜の
形成を行なった後に、第９工程のエッチングで、残る５
０μｍのＳｉ基板を除去しても良い。この場合、プロセ
スの工程数は増加するが、誘電体膜をエッチング液から
保護するという観点からは、誘電体膜堆積後におけるＳ
ｉ基板エッチングの時間は短いほうが良い。
Ｓｉ基板４００のエッチングを行なって、あらかじめ約
２５０μｍの溝部を形成しておき、その後、下部電極の
形成、誘電体薄膜の形成、上部電極、コーティング膜の
形成を行なった後に、第９工程のエッチングで、残る５
０μｍのＳｉ基板を除去しても良い。この場合、プロセ
スの工程数は増加するが、誘電体膜をエッチング液から
保護するという観点からは、誘電体膜堆積後におけるＳ
ｉ基板エッチングの時間は短いほうが良い。
【０１１４】なお、赤外線検出容量部ＣＦに残された、
シリコン窒化膜４０６、シリコン酸化膜４０８は、ＣＶ
Ｄ法等により５００℃〜８００℃の高温度堆積されるた
め、冷却した際にＳｉ基板４００との熱膨張差によっ
て、それぞれ引っ張り応力、圧縮応力を持ち合わせてい
る。ＣＶＤ法などにより、５００℃〜８００℃の高温度
堆積されるため、冷却した際にＳｉ基板４００との熱膨
張差によって、それぞれ引っ張り応力、圧縮応力の内部
応力を持ち合わせている。
シリコン窒化膜４０６、シリコン酸化膜４０８は、ＣＶ
Ｄ法等により５００℃〜８００℃の高温度堆積されるた
め、冷却した際にＳｉ基板４００との熱膨張差によっ
て、それぞれ引っ張り応力、圧縮応力を持ち合わせてい
る。ＣＶＤ法などにより、５００℃〜８００℃の高温度
堆積されるため、冷却した際にＳｉ基板４００との熱膨
張差によって、それぞれ引っ張り応力、圧縮応力の内部
応力を持ち合わせている。
【０１１５】内部応力は、Ｓｉ基板を用いて、Ｓｉ基板
５００の片側に被測定膜５１０を堆積し、Ｓｉ基板５０
０の湾曲度合い（曲率半径）とＳｉの弾性率、および堆
積された被測定薄膜５１０の膜厚から算出される。
５００の片側に被測定膜５１０を堆積し、Ｓｉ基板５０
０の湾曲度合い（曲率半径）とＳｉの弾性率、および堆
積された被測定薄膜５１０の膜厚から算出される。
【０１１６】たとえば、図２４に示すように、被測定薄
膜５１０が堆積された基板面を内側としてＳｉ基板５０
０が湾曲する場合には、Ｓｉ基板５００をのばす方向に
力が働いていることから、被測定薄膜は引っ張り応力を
有している。また、図２５に示すように、被測定薄膜５
１０が堆積された基板面を外側としてＳｉ基板５００が
湾曲する場合には、Ｓｉ基板５００を縮ませる方向に力
が働いていることから、被測定薄膜５１０は圧縮応力を
有している。被測定薄膜の内部応力が大きくなるに従っ
て、Ｓｉ基板の湾曲度合いが大きくなる。
膜５１０が堆積された基板面を内側としてＳｉ基板５０
０が湾曲する場合には、Ｓｉ基板５００をのばす方向に
力が働いていることから、被測定薄膜は引っ張り応力を
有している。また、図２５に示すように、被測定薄膜５
１０が堆積された基板面を外側としてＳｉ基板５００が
湾曲する場合には、Ｓｉ基板５００を縮ませる方向に力
が働いていることから、被測定薄膜５１０は圧縮応力を
有している。被測定薄膜の内部応力が大きくなるに従っ
て、Ｓｉ基板の湾曲度合いが大きくなる。
【０１１７】膜応力の具体的な値としては、たとえば、
７８０℃、ＳｉＣｌ2Ｈ2 ０．０１５（ｌ／ｍｉｎ）、
ＮＨ3 ０．０６０（ｌ／ｍｉｎ）、圧力２６．７Ｐａ
の条件で、厚さ２５０ｎｍのシリコン窒化膜を、厚さ３
００μｍのＳｉ（１１０）基板の片面に堆積させると、
Ｓｉ（１１０）基板は、シリコン窒化膜が形成された面
を内側にして曲率半径が約１３．８ｍとなるように湾曲
する。
７８０℃、ＳｉＣｌ2Ｈ2 ０．０１５（ｌ／ｍｉｎ）、
ＮＨ3 ０．０６０（ｌ／ｍｉｎ）、圧力２６．７Ｐａ
の条件で、厚さ２５０ｎｍのシリコン窒化膜を、厚さ３
００μｍのＳｉ（１１０）基板の片面に堆積させると、
Ｓｉ（１１０）基板は、シリコン窒化膜が形成された面
を内側にして曲率半径が約１３．８ｍとなるように湾曲
する。
【０１１８】さらに、３７０℃、ＳｉＨ4 ０．０１５
（ｌ／ｍｉｎ）、Ｏ2 ０．０４５（ｌ／ｍｉｎ）、圧
力２６．７Ｐａの条件で、厚さ６００ｎｍのシリコン酸
化膜を、厚さ２００μｍのＳｉ（１１０）基板の片面に
堆積させると、Ｓｉ（１１０）基板は、シリコン酸化膜
が形成された面を外側にして曲率半径が約１０．８ｍと
なるように湾曲する。
（ｌ／ｍｉｎ）、Ｏ2 ０．０４５（ｌ／ｍｉｎ）、圧
力２６．７Ｐａの条件で、厚さ６００ｎｍのシリコン酸
化膜を、厚さ２００μｍのＳｉ（１１０）基板の片面に
堆積させると、Ｓｉ（１１０）基板は、シリコン酸化膜
が形成された面を外側にして曲率半径が約１０．８ｍと
なるように湾曲する。
【０１１９】再び図２３を参照して、溝部形成後に、内
部応力のバランスが確保されていない場合、赤外線検出
容量部ＣＦに、亀裂あるいは反りが発生する。しかし、
上部電極４１４、高誘電体膜４１２、下部電極４１０か
らなる３層は、その合成した内部応力が引っ張り応力を
有しているから、引っ張り応力を有するシリコン窒化膜
４０６の厚さを１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲
内、望ましくは、上述のとおり２５０ｎｍとし、圧縮応
力を有するシリコン酸化膜４０８の厚さを４００ｎｍ以
上８００ｎｍ以下の範囲内、望ましくは、上述のとおり
６００ｎｍとすれば、結果として圧縮応力持つシリコン
酸化膜４０８の上下から引っ張り応力を持つ膜で挟み込
む形となり、溝部形成後も赤外線検出容量部に亀裂や反
りのない構造が作製できる。
部応力のバランスが確保されていない場合、赤外線検出
容量部ＣＦに、亀裂あるいは反りが発生する。しかし、
上部電極４１４、高誘電体膜４１２、下部電極４１０か
らなる３層は、その合成した内部応力が引っ張り応力を
有しているから、引っ張り応力を有するシリコン窒化膜
４０６の厚さを１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲
内、望ましくは、上述のとおり２５０ｎｍとし、圧縮応
力を有するシリコン酸化膜４０８の厚さを４００ｎｍ以
上８００ｎｍ以下の範囲内、望ましくは、上述のとおり
６００ｎｍとすれば、結果として圧縮応力持つシリコン
酸化膜４０８の上下から引っ張り応力を持つ膜で挟み込
む形となり、溝部形成後も赤外線検出容量部に亀裂や反
りのない構造が作製できる。
【０１２０】また、下部電極４１０下に積層されている
シリコン酸化膜４０２、シリコン窒化膜４０６およびシ
リコン酸化膜４０８の絶縁膜の積層構造は、赤外線を吸
収して温度上昇する性質があるので、赤外線により赤外
線検出容量部ＣＦの温度上昇をもたらす。さらに、この
温度変化は、強誘電体膜４１２の誘電率変化をもたらす
ことになる。
シリコン酸化膜４０２、シリコン窒化膜４０６およびシ
リコン酸化膜４０８の絶縁膜の積層構造は、赤外線を吸
収して温度上昇する性質があるので、赤外線により赤外
線検出容量部ＣＦの温度上昇をもたらす。さらに、この
温度変化は、強誘電体膜４１２の誘電率変化をもたらす
ことになる。
【０１２１】また、強誘電体薄膜を用いた素子でなくと
も、たとえば、抵抗体を用いた抵抗ボロメータや、熱電
対列を用いたサーモパイルなどのように、電気的物性値
が温度に応じて変化する感温材料を用いた赤外線検出素
子に対しても、同様の赤外線吸収効果は得られる。
も、たとえば、抵抗体を用いた抵抗ボロメータや、熱電
対列を用いたサーモパイルなどのように、電気的物性値
が温度に応じて変化する感温材料を用いた赤外線検出素
子に対しても、同様の赤外線吸収効果は得られる。
【０１２２】上記では、誘電体および金属電極薄膜を用
いた積層構造についてプロセス工程を記載したが、誘電
体以外の感温材料を用いた場合にも、その感温材料と電
極薄膜の積層膜５０２の合成内部応力を調べるだけで、
容易に赤外線検出部を作製できる。
いた積層構造についてプロセス工程を記載したが、誘電
体以外の感温材料を用いた場合にも、その感温材料と電
極薄膜の積層膜５０２の合成内部応力を調べるだけで、
容易に赤外線検出部を作製できる。
【０１２３】たとえば、図２６に示すように、感温材料
および電極薄膜からなる積層膜５０２の合成応力が圧縮
応力を示している場合、引っ張り応力を有するシリコン
窒化膜５０３の厚さを１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の
範囲内、望ましくは２５０ｎｍとし、感温材料および電
極薄膜からなる積層膜５０２の合成内部応力と同等の圧
縮応力を有するシリコン酸化膜５０４を４００ｎｍ以上
８００ｎｍ以下の範囲内で調整し、シリコン窒化膜５０
３を感温材料および電極薄膜からなる積層膜５０２とシ
リコン酸化膜５０４とにより上下から挟み込む構造とす
ればよい。すなわち、引っ張り応力を持つシリコン窒化
膜５０３を、圧縮応力を有する膜で上下から挟み込むこ
とによって、赤外線検出容量部ＣＦは、薄膜形成後も反
りおよび亀裂なく作製できる。
および電極薄膜からなる積層膜５０２の合成応力が圧縮
応力を示している場合、引っ張り応力を有するシリコン
窒化膜５０３の厚さを１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の
範囲内、望ましくは２５０ｎｍとし、感温材料および電
極薄膜からなる積層膜５０２の合成内部応力と同等の圧
縮応力を有するシリコン酸化膜５０４を４００ｎｍ以上
８００ｎｍ以下の範囲内で調整し、シリコン窒化膜５０
３を感温材料および電極薄膜からなる積層膜５０２とシ
リコン酸化膜５０４とにより上下から挟み込む構造とす
ればよい。すなわち、引っ張り応力を持つシリコン窒化
膜５０３を、圧縮応力を有する膜で上下から挟み込むこ
とによって、赤外線検出容量部ＣＦは、薄膜形成後も反
りおよび亀裂なく作製できる。
【０１２４】また、図２７に示すように、感温材料およ
び電極薄膜からなる積層膜５０２の合成応力が引っ張り
応力を示している場合、圧縮応力を有するシリコン酸化
膜５０５の厚さを４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲
内、望ましくは６００ｎｍとし、感温材料および電極薄
膜からなる積層膜５０２の合成内部応力と同等の引っ張
り応力を有するシリコン窒化膜５０６を１５０ｎｍ以上
３００ｎｍ以下の範囲内で調整し、シリコン酸化膜５０
５を感温材料および電極薄膜からなる積層膜５０２とシ
リコン窒化膜５０６とにより上下から挟み込む構造とす
ればよい。すなわち、圧縮応力を持つシリコン酸化膜５
０５を、引っ張り応力を有する膜で上下から挟み込むこ
とによって、赤外線検出容量部ＣＦは、薄膜形成後も反
りおよび亀裂なく作製できる。
び電極薄膜からなる積層膜５０２の合成応力が引っ張り
応力を示している場合、圧縮応力を有するシリコン酸化
膜５０５の厚さを４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲
内、望ましくは６００ｎｍとし、感温材料および電極薄
膜からなる積層膜５０２の合成内部応力と同等の引っ張
り応力を有するシリコン窒化膜５０６を１５０ｎｍ以上
３００ｎｍ以下の範囲内で調整し、シリコン酸化膜５０
５を感温材料および電極薄膜からなる積層膜５０２とシ
リコン窒化膜５０６とにより上下から挟み込む構造とす
ればよい。すなわち、圧縮応力を持つシリコン酸化膜５
０５を、引っ張り応力を有する膜で上下から挟み込むこ
とによって、赤外線検出容量部ＣＦは、薄膜形成後も反
りおよび亀裂なく作製できる。
【０１２５】つまり、厚さ１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以
下の引っ張り応力を持つシリコン窒化膜と、厚さ４００
ｎｍ以上８００ｎｍ以下の圧縮応力を持つシリコン窒化
膜を積層させた構造は、溝部を形成した際に、赤外線検
出容量部ＣＦに亀裂および反りの発生がなく、誘電ボロ
メータに限定されず熱型赤外線検出素子の受光部構造に
適用できるものである。
下の引っ張り応力を持つシリコン窒化膜と、厚さ４００
ｎｍ以上８００ｎｍ以下の圧縮応力を持つシリコン窒化
膜を積層させた構造は、溝部を形成した際に、赤外線検
出容量部ＣＦに亀裂および反りの発生がなく、誘電ボロ
メータに限定されず熱型赤外線検出素子の受光部構造に
適用できるものである。
【０１２６】なお、最後に、図２８を参照して、第１０
工程として、基板表面側に形成した、例えば、シリコン
酸化膜などのコーティング膜４０９をドライエッチング
等によりエッチング除去することができる。ただし、コ
ーティング膜が、シリコン酸化膜や有機高分子膜などで
あって、赤外線を吸収する特性がある材料で構成されて
いる場合には、このパッシベーション膜をエッチング除
去せず、赤外線吸収膜として機能させてもよい。
工程として、基板表面側に形成した、例えば、シリコン
酸化膜などのコーティング膜４０９をドライエッチング
等によりエッチング除去することができる。ただし、コ
ーティング膜が、シリコン酸化膜や有機高分子膜などで
あって、赤外線を吸収する特性がある材料で構成されて
いる場合には、このパッシベーション膜をエッチング除
去せず、赤外線吸収膜として機能させてもよい。
【０１２７】なお、以上の赤外線検出容量ＣＦの作成プ
ロセスを第１工程から記載したが、信号処理集積回路等
を赤外線検出容量ＣＦが形成されるＳｉ基板上に同時に
形成する場合は、この信号処理集積回路を形成する段階
で、ＣＶＤプロセスによりシリコン窒化膜やシリコン酸
化膜が成膜されるときは、それを利用して積層構造を形
成してもよい。
ロセスを第１工程から記載したが、信号処理集積回路等
を赤外線検出容量ＣＦが形成されるＳｉ基板上に同時に
形成する場合は、この信号処理集積回路を形成する段階
で、ＣＶＤプロセスによりシリコン窒化膜やシリコン酸
化膜が成膜されるときは、それを利用して積層構造を形
成してもよい。
【０１２８】［実施の形態３］実施の形態１では、有機
高分子化合物と強誘電体薄膜の材料となる無機化合物と
を溶媒を用いて混合した溶液をスピンコートすることに
より、高誘電体薄膜を形成するプロセスについて説明し
た。
高分子化合物と強誘電体薄膜の材料となる無機化合物と
を溶媒を用いて混合した溶液をスピンコートすることに
より、高誘電体薄膜を形成するプロセスについて説明し
た。
【０１２９】実施の形態３では、有機高分子化合物と強
誘電体薄膜の材料となる無機化合物とを溶媒を用いて混
合した溶液を基板上に噴霧することにより高誘電体薄膜
を形成する。
誘電体薄膜の材料となる無機化合物とを溶媒を用いて混
合した溶液を基板上に噴霧することにより高誘電体薄膜
を形成する。
【０１３０】図２９は、本発明の実施の形態３の薄膜形
成装置２０００の構成を説明するためのブロック図であ
る。
成装置２０００の構成を説明するためのブロック図であ
る。
【０１３１】図２９を参照して、薄膜形成装置２０００
は、有機構高分子化合物、たとえば、ＯＦＰＲ（登録商
標）等のレジストと強誘電体薄膜の材料となる無機化合
物、たとえば、ＢＳＴ（（Ｂａ0.75Ｓｒ0.25）Ｔｉ
Ｏ3）とを溶媒を用いて混合した溶液をフィルタリング
した後の溶液を入れるための噴霧容器２３０と、噴霧容
器２３０内の溶液を、撹拌子２５０を外部から磁力で回
転させることにより撹拌するための撹拌器２４０と、た
とえば、所定圧力の窒素ガスを受けて基板２００に対し
て溶液を噴霧するための噴霧ノズル２２０と、薄膜が形
成される基板２００を吸着保持し、ノズルから噴霧され
る原料溶液をこの基板２００表面上に受けるためのテー
ブル１２０と、このテーブル１２０を加熱するためのヒ
ータ１２２とを備える。テーブル１２０は、回転するこ
とで、噴霧された原料溶液を基板２００の表面上に均一
に分布させる構成としてもよい。
は、有機構高分子化合物、たとえば、ＯＦＰＲ（登録商
標）等のレジストと強誘電体薄膜の材料となる無機化合
物、たとえば、ＢＳＴ（（Ｂａ0.75Ｓｒ0.25）Ｔｉ
Ｏ3）とを溶媒を用いて混合した溶液をフィルタリング
した後の溶液を入れるための噴霧容器２３０と、噴霧容
器２３０内の溶液を、撹拌子２５０を外部から磁力で回
転させることにより撹拌するための撹拌器２４０と、た
とえば、所定圧力の窒素ガスを受けて基板２００に対し
て溶液を噴霧するための噴霧ノズル２２０と、薄膜が形
成される基板２００を吸着保持し、ノズルから噴霧され
る原料溶液をこの基板２００表面上に受けるためのテー
ブル１２０と、このテーブル１２０を加熱するためのヒ
ータ１２２とを備える。テーブル１２０は、回転するこ
とで、噴霧された原料溶液を基板２００の表面上に均一
に分布させる構成としてもよい。
【０１３２】ここでも、無機化合物は粉末状になってい
るものとする。以上のようにして、原料溶液が表面に均
一に塗布された基板２００は、ヒータ１２２により所定
の温度（例えば、８５℃）でベークされる。さらに、た
とえば、１５０℃で３０分間ハードベークされる。これ
により、有機溶媒が基板２００から蒸発し、さらに、酸
化性ガス雰囲気中で熱処理されることで、基板２００上
に残された無機化合物が加熱されて、基板２００上には
所望の組成を有する無機膜、すなわち高誘電体膜が形成
される。
るものとする。以上のようにして、原料溶液が表面に均
一に塗布された基板２００は、ヒータ１２２により所定
の温度（例えば、８５℃）でベークされる。さらに、た
とえば、１５０℃で３０分間ハードベークされる。これ
により、有機溶媒が基板２００から蒸発し、さらに、酸
化性ガス雰囲気中で熱処理されることで、基板２００上
に残された無機化合物が加熱されて、基板２００上には
所望の組成を有する無機膜、すなわち高誘電体膜が形成
される。
【０１３３】ここでも、酸化性ガスとしては、Ｏ2，
Ｏ3，Ｎ2Ｏ，ＮＯ2などのガスを用いることが可能であ
る。また、酸化性ガス雰囲気中での熱処理中は、この酸
化性ガスを例えば、基板２００が格納されるチャンバー
に１０〜１００ｓｃｃｍのガス流量で供給する。このと
きの基板温度は、特に限定されないが、例えば、５００
℃であるものとする。
Ｏ3，Ｎ2Ｏ，ＮＯ2などのガスを用いることが可能であ
る。また、酸化性ガス雰囲気中での熱処理中は、この酸
化性ガスを例えば、基板２００が格納されるチャンバー
に１０〜１００ｓｃｃｍのガス流量で供給する。このと
きの基板温度は、特に限定されないが、例えば、５００
℃であるものとする。
【０１３４】基板２００には、強誘電体膜を用いたキャ
パシタを形成するために、下地電極として、Ｐｔ／Ｔｉ
／ＳｉＯ２が形成されているものとする。
パシタを形成するために、下地電極として、Ｐｔ／Ｔｉ
／ＳｉＯ２が形成されているものとする。
【０１３５】すなわち、本発明の実施の形態３の薄膜形
成方法をまとめると以下のようになる。
成方法をまとめると以下のようになる。
【０１３６】まず、有機高分子化合物と、強誘電体薄膜
の材料となる無機化合物とを有機高分子化合物に対する
溶媒を用いて混合した溶液を生成する。
の材料となる無機化合物とを有機高分子化合物に対する
溶媒を用いて混合した溶液を生成する。
【０１３７】つづいて、この混合溶液をフィルタリング
し、原料溶液を作製する。さらに、この原料溶液を基板
２００の表面に均一に噴霧して塗布する。
し、原料溶液を作製する。さらに、この原料溶液を基板
２００の表面に均一に噴霧して塗布する。
【０１３８】原料溶液が表面に均一に塗布された基板２
００を、所定の条件でベークする。これにより、有機溶
媒が基板２００から蒸発する。
００を、所定の条件でベークする。これにより、有機溶
媒が基板２００から蒸発する。
【０１３９】つづけて、基板２００を酸化性ガス雰囲気
中で熱処理することで、有機化合物は酸化除去され、基
板２００上に残された無機化合物が加熱されて反応し
て、基板２００上に所望の組成を有する無機膜、すなわ
ち高誘電体膜が形成される。
中で熱処理することで、有機化合物は酸化除去され、基
板２００上に残された無機化合物が加熱されて反応し
て、基板２００上に所望の組成を有する無機膜、すなわ
ち高誘電体膜が形成される。
【０１４０】なお、実施の形態３で説明した薄膜形成方
法を、実施の形態２および実施の形態２の変形例で説明
した赤外線検出容量ＣＦを作成する工程に、実施の形態
１の薄膜形成方法の代わりに用いることも可能である。
法を、実施の形態２および実施の形態２の変形例で説明
した赤外線検出容量ＣＦを作成する工程に、実施の形態
１の薄膜形成方法の代わりに用いることも可能である。
【０１４１】以上説明してきたような本発明にかかる薄
膜形成装置で形成した強誘電体薄膜を用いた赤外線検出
素子により、室温動作可能で小型の赤外線イメージセン
サが実現されることで、簡便な構成でサーモグラフィー
を得ることができる。
膜形成装置で形成した強誘電体薄膜を用いた赤外線検出
素子により、室温動作可能で小型の赤外線イメージセン
サが実現されることで、簡便な構成でサーモグラフィー
を得ることができる。
【０１４２】これは、病気の早期発見、機器の故障診
断、ガス漏れ検知などの屋内での応用にとどまらず、都
市や自然環境監視、火災監視、自動車用暗視野下での運
転補助、構造物の非破壊診断、侵入警戒、資源探査、気
象観測等の屋外での応用を含めて幅広く適用することが
可能である。
断、ガス漏れ検知などの屋内での応用にとどまらず、都
市や自然環境監視、火災監視、自動車用暗視野下での運
転補助、構造物の非破壊診断、侵入警戒、資源探査、気
象観測等の屋外での応用を含めて幅広く適用することが
可能である。
【０１４３】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
ている。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
ている。
【０１４４】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明にかかる薄
膜形成方法により作成された強誘電体薄膜により、室温
で高感度かつ簡易な構成の赤外線検出素子を実現するこ
とができる。また、この赤外線検出素子を２次元に配列
した２次元センサアレイにより、高感度かつ高密度画素
の室温動作赤外線２次元イメージセンサを実現すること
ができる。
膜形成方法により作成された強誘電体薄膜により、室温
で高感度かつ簡易な構成の赤外線検出素子を実現するこ
とができる。また、この赤外線検出素子を２次元に配列
した２次元センサアレイにより、高感度かつ高密度画素
の室温動作赤外線２次元イメージセンサを実現すること
ができる。
【図１】 本発明の実施の形態１の薄膜形成装置１００
０の構成を説明するためのブロック図である。
０の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】 ＢＳＴ膜のＸＲＤプロファイルを示す図であ
る。
る。
【図３】 キャパシタ構造としたＢＳＴ膜の誘電率の温
度依存性を示す図である。
度依存性を示す図である。
【図４】 赤外線検出容量ＣＦを作成するフローを断面
図で示す第１の工程図である。
図で示す第１の工程図である。
【図５】 赤外線検出容量ＣＦを作成するフローを断面
図で示す第２の工程図である。
図で示す第２の工程図である。
【図６】 赤外線検出容量ＣＦを作成するフローを断面
図で示す第３の工程図である。
図で示す第３の工程図である。
【図７】 赤外線検出容量ＣＦを作成するフローを断面
図で示す第４の工程図である。
図で示す第４の工程図である。
【図８】 赤外線検出容量ＣＦを作成するフローを断面
図で示す第５の工程図である。
図で示す第５の工程図である。
【図９】 赤外線検出容量ＣＦを作成するフローを断面
図で示す第６の工程図である。
図で示す第６の工程図である。
【図１０】 赤外線検出容量ＣＦを作成するフローを断
面図で示す第７の工程図である。
面図で示す第７の工程図である。
【図１１】 赤外線検出容量ＣＦを作成するフローを断
面図で示す第８の工程図である。
面図で示す第８の工程図である。
【図１２】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例１のフローを断面図で示す第１の工程
図である。
の形態２の変形例１のフローを断面図で示す第１の工程
図である。
【図１３】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例１のフローを断面図で示す第２の工程
図である。
の形態２の変形例１のフローを断面図で示す第２の工程
図である。
【図１４】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例１のフローを断面図で示す第３の工程
図である。
の形態２の変形例１のフローを断面図で示す第３の工程
図である。
【図１５】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例１のフローを断面図で示す第４の工程
図である。
の形態２の変形例１のフローを断面図で示す第４の工程
図である。
【図１６】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例２のフローのうち第２の工程を示す断
面図である。
の形態２の変形例２のフローのうち第２の工程を示す断
面図である。
【図１７】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例２のフローのうち第３の工程を示す断
面図である。
の形態２の変形例２のフローのうち第３の工程を示す断
面図である。
【図１８】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例２のフローのうち第４の工程を示す断
面図である。
の形態２の変形例２のフローのうち第４の工程を示す断
面図である。
【図１９】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例２のフローのうち第５の工程を示す断
面図である。
の形態２の変形例２のフローのうち第５の工程を示す断
面図である。
【図２０】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例２のフローのうち第６の工程を示す断
面図である。
の形態２の変形例２のフローのうち第６の工程を示す断
面図である。
【図２１】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例２のフローのうち第７の工程を示す断
面図である。
の形態２の変形例２のフローのうち第７の工程を示す断
面図である。
【図２２】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例２のフローのうち第８の工程を示す断
面図である。
の形態２の変形例２のフローのうち第８の工程を示す断
面図である。
【図２３】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例２のフローのうち第９の工程を示す断
面図である。
の形態２の変形例２のフローのうち第９の工程を示す断
面図である。
【図２４】 堆積される薄膜の応力および応力の緩和を
説明するための第１の概念図である。
説明するための第１の概念図である。
【図２５】 堆積される薄膜の応力および応力の緩和を
説明するための第２の概念図である。
説明するための第２の概念図である。
【図２６】 堆積される薄膜の応力および応力の緩和を
説明するための第３の概念図である。
説明するための第３の概念図である。
【図２７】 堆積される薄膜の応力および応力の緩和を
説明するための第４の概念図である。
説明するための第４の概念図である。
【図２８】 赤外線検出容量ＣＦを作成するための実施
の形態２の変形例２のフローのうち第１０の工程を示す
断面図である。
の形態２の変形例２のフローのうち第１０の工程を示す
断面図である。
【図２９】 本発明の実施の形態３の薄膜形成装置２０
００の構成を説明するためのブロック図である。
００の構成を説明するためのブロック図である。
【図３０】 強誘電体材料の分極および誘電率の双方の
温度依存性を示す図である。
温度依存性を示す図である。
【図３１】 従来のシリコンＦＥＴアレイと結合した赤
外線検出素子の画素セル２０の断面構造を示す図であ
る。
外線検出素子の画素セル２０の断面構造を示す図であ
る。
【図３２】 従来の画素セル２０の製造フロー中の第１
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図３３】 従来の画素セル２０の製造フロー中の第２
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図３４】 従来の画素セル２０の製造フロー中の第３
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図３５】 従来の画素セル２０の製造フロー中の第４
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図３６】 従来の画素セル２０の製造フロー中の第５
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図３７】 従来の画素セル２０の製造フロー中の第６
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図３８】 従来の画素セル２０の製造フロー中の第７
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図３９】 従来の画素セル２０の製造フロー中の第８
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図４０】 従来の画素セル２０の製造フロー中の第９
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図４１】 従来の画素セル２０の製造フロー中の第１
０工程を示す断面図である。
０工程を示す断面図である。
【図４２】 従来の画素セル２０の製造フロー中の第１
１工程を示す断面図である。
１工程を示す断面図である。
【図４３】 従来の画素セル２０の製造フロー中の第１
２工程を示す断面図である。
２工程を示す断面図である。
１０２ フィルタ、１０４ 溶液溜り、１０６ 配管、
１１０ ノズル、１２０ テーブル、２００ 基板、３
００ シリコン基板、３０２ ゲート酸化膜、３０４ シ
リコン酸化膜、３０５ ＭｇＯ膜、３０６ シリコン窒
化膜、３０８下部電極、３１０ 強誘電体薄膜、３１２
上部電極、３１４ ゲート電極、３１６，３１８ 引出し
配線、３３０ 溝部、４００ 基板、４０２，４０４
熱酸化膜、４０６ シリコン窒化膜、４０８ シリコン
酸化膜、４１０ 下部電極、４１２ 高誘電体薄膜、４
１４ 上部電極、４３０ 溝部、１０００，２０００薄
膜形成装置。
１１０ ノズル、１２０ テーブル、２００ 基板、３
００ シリコン基板、３０２ ゲート酸化膜、３０４ シ
リコン酸化膜、３０５ ＭｇＯ膜、３０６ シリコン窒
化膜、３０８下部電極、３１０ 強誘電体薄膜、３１２
上部電極、３１４ ゲート電極、３１６，３１８ 引出し
配線、３３０ 溝部、４００ 基板、４０２，４０４
熱酸化膜、４０６ シリコン窒化膜、４０８ シリコン
酸化膜、４１０ 下部電極、４１２ 高誘電体薄膜、４
１４ 上部電極、４３０ 溝部、１０００，２０００薄
膜形成装置。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０１Ｊ 5/02 Ｇ０１Ｊ 5/02 Ｐ 5/48 5/48 Ｆ Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｇ (72)発明者 橋本 和彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 向川 友徳 東京都品川区上大崎２−10−43 ホーチキ 株式会社内 (72)発明者 野田 実 大阪府吹田市山田西１−30 Ｂ−404 (72)発明者 奥山 雅則 大阪府豊中市上野坂１−16−13 Ｆターム(参考） 2G065 AA11 AB02 BA13 BA14 BA34 BE08 CA13 DA10 DA18 DA20 2G066 AC07 AC13 AC14 BA04 BA55 BB09 CA02 CA04 CA20 5F058 BA04 BA11 BA20 BC03 BD02 BD04 BD10 BF02 BF46 BF62 BG01
Claims (14)
- 【請求項１】 有機高分子化合物と、強誘電体薄膜の材
料となる無機化合物とを有機高分子化合物に対する溶媒
を用いて混合した原料溶液を生成する工程と、 前記原料溶液を基板表面に塗布する工程と、 前記基板を酸化性ガス雰囲気中で熱処理することで、基
板上の無機化合物を加熱し反応させて、前記基板上に所
望の組成を有する高誘電体膜を形成する工程とを備え
る、薄膜形成方法。 - 【請求項２】 有機高分子化合物と、強誘電体薄膜の材
料となる無機化合物とを有機高分子化合物に対する溶媒
を用いて混合した原料溶液を生成する工程と、 基板表面に下部電極を形成する工程と、 前記原料溶液を前記基板表面に塗布する工程と、 前記基板を酸化性ガス雰囲気中で熱処理することで、基
板上の無機化合物を加熱し反応させて、前記基板上に所
望の組成を有する高誘電体膜を形成する工程と、 前記下部電極上の前記高誘電体膜の上部に、上部電極を
形成する工程と、 前記上部電極をマスクとして、前記高誘電体薄膜をエッ
チングする工程とを備える、高誘電体容量形成方法。 - 【請求項３】 有機高分子化合物と、強誘電体薄膜の材
料となる無機化合物とを有機高分子化合物に対する溶媒
を用いて混合した原料溶液を生成する工程と、 基板表面に下部電極を形成する工程と、 前記原料溶液を前記基板表面に塗布する工程と、 前記基板を酸化性ガス雰囲気中で熱処理することで、基
板上の無機化合物を加熱し反応させて、前記基板上に所
望の組成を有する高誘電体膜を形成する工程と、 前記下部電極上の前記高誘電体膜の上部にマスクを形成
し、前記高誘電体薄膜をエッチングする工程と、 前記マスクを除去する工程と、 前記下部電極上の前記高誘電体膜の上部に、上部電極を
形成する工程とを備える、高誘電体容量形成方法。 - 【請求項４】 前記原料溶液を基板表面に塗布する工程
は、 前記基板の中央部に前記原料溶液を滴下する工程と、 前記基板を回転させて前記原料溶液の分布を前記基板表
面において均一化する工程とを含む、請求項１記載の薄
膜形成方法。 - 【請求項５】 前記原料溶液を基板表面に塗布する工程
は、 前記基板の中央部に前記原料溶液を滴下する工程と、 前記基板を回転させて前記原料溶液の分布を前記基板表
面において均一化する工程とを含む、請求項２または３
記載の高誘電体容量形成方法。 - 【請求項６】 前記原料溶液を基板表面に塗布する工程
は、 前記基板の表面に前記原料溶液を噴霧して塗布する工程
を含む、請求項１記載の薄膜形成方法。 - 【請求項７】 前記原料溶液を基板表面に塗布する工程
は、 前記基板の中央部に前記原料溶液を噴霧して塗布する工
程を含む、請求項２または３記載の高誘電体容量形成方
法。 - 【請求項８】 誘電ボロメータであって、 複数の高誘電体容量を備え、 各前記高誘電体容量は、 有機高分子化合物と、強誘電体薄膜の材料となる無機化
合物とを有機高分子化合物に対する溶媒を用いて混合し
た原料溶液を生成する工程と、 基板表面に下部電極を形成する工程と、 前記原料溶液を前記基板表面に塗布する工程と、 前記基板を酸化性ガス雰囲気中で熱処理することで、基
板上の無機化合物を加熱し反応させて、前記基板上に所
望の組成を有する高誘電体膜を形成する工程と、 前記下部電極上の前記高誘電体膜の上部に、上部電極を
形成する工程と、 前記上部電極をマスクとして、前記高誘電体薄膜をエッ
チングする工程とにより形成される、誘電ボロメータ。 - 【請求項９】 誘電ボロメータであって、 複数の高誘電体容量を備え、 各前記高誘電体容量は、有機高分子化合物と、強誘電体
薄膜の材料となる無機化合物とを有機高分子化合物に対
する溶媒を用いて混合した原料溶液を生成する工程と、 基板表面に下部電極を形成する工程と、 前記原料溶液を前記基板表面に塗布する工程と、 前記基板を酸化性ガス雰囲気中で熱処理することで、基
板上の無機化合物を加熱し反応させて、前記基板上に所
望の組成を有する高誘電体膜を形成する工程と、 前記下部電極上の前記高誘電体膜の上部にマスクを形成
し、前記高誘電体薄膜をエッチングする工程と、 前記マスクを除去する工程と、 前記下部電極上の前記高誘電体膜の上部に、上部電極を
形成する工程とにより形成される、誘電ボロメータ。 - 【請求項１０】 基板と、 前記基板の主表面上に形成される第１の電極と、 前記第１の電極上に形成され、温度変化によって電気的
物性値が変化する薄膜と、 前記薄膜上に形成される第２の電極と、 前記基板の主表面側に前記第１の電極に近接して設けら
れ、赤外線吸収により温度が上昇する赤外線吸収部とを
備え、 前記赤外線吸収部は、 引っ張り応力と圧縮応力とがバランスする厚さをそれぞ
れ有する複数の絶縁性薄膜の積層膜を含む、赤外線検出
素子。 - 【請求項１１】 前記積層膜は、 前記基板の主表面上に堆積されるシリコン窒化膜と、 前記シリコン窒素膜上に堆積される第１のシリコン酸化
膜とを含む、請求項１０記載の赤外線検出素子。 - 【請求項１２】 前記シリコン窒化膜は、ＣＶＤ法によ
り堆積され、厚さが１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であ
り、 前記第１のシリコン酸化膜は、ＣＶＤ法により堆積さ
れ、厚さが４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である、請求
項１１記載の赤外線検出素子。 - 【請求項１３】 前記基板は、シリコン基板であり、 前記基板は、前記第１の電極の直下に、前記基板の裏面
側から形成された溝部を有し、 前記基板の主表面上に前記シリコン窒素膜が形成される
のに先立って、前記基板上に形成される第２のシリコン
酸化膜をさらに備える、請求項１１記載の赤外線検出素
子。 - 【請求項１４】 前記溝部は、前記第２のシリコン酸化
膜に対して前記シリコン基板を選択的に除去可能なエッ
チャントによりエッチング形成される、請求項１３記載
の赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001180022A JP2002124708A (ja) | 2000-08-09 | 2001-06-14 | 薄膜形成方法、高誘電体容量形成方法、誘電ボロメータおよび赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000240966 | 2000-08-09 | ||
| JP2000-240966 | 2000-08-09 | ||
| JP2001180022A JP2002124708A (ja) | 2000-08-09 | 2001-06-14 | 薄膜形成方法、高誘電体容量形成方法、誘電ボロメータおよび赤外線検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002124708A true JP2002124708A (ja) | 2002-04-26 |
Family
ID=26597617
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001180022A Pending JP2002124708A (ja) | 2000-08-09 | 2001-06-14 | 薄膜形成方法、高誘電体容量形成方法、誘電ボロメータおよび赤外線検出素子 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2002124708A (ja) |
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