JP2010181405A - ボロメータ検出器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に実施でき、かつ費用のかからない産業化可能な製造方法を用いて、良好な感度を有し、信号対雑音比の点で最適化された機能的なボロメータ検出器を実現する。
【解決手段】固着点によって基板に固定された断熱アームを用いて基板の上方に浮かされた膜（１）を装備したボロメータ検出器を製造するため設計された方法である。膜（１）は、少なくとも半導体性酸化鉄を含む塩基を備えた熱に敏感な薄層（９）を有する。この方法は、半導体性酸化鉄の薄層（９）の一部の鉄原子の酸化の程度を変更するために半導体性酸化鉄の薄層（９）の局所還元及び／又は酸化の工程を少なくとも含む。
【選択図】図１１

Description

本発明は、固着点を介して基板に固定された断熱アームを用いて基板の上方に浮かされ、熱に敏感な半導体性酸化鉄の薄層を有する膜を装備したボロメータ検出器を製造する方法に関する。

ボロメータ検出器は、放射を電気信号に変換することにより、電磁放射の出力がテラヘルツ周波数範囲で測定されること、又は、赤外線の出力が測定されることを可能にする。テラヘルツ周波数帯域は、およそ１００ＧＨｚと３０ＴＨｚとの間に広がる電磁波を指定する。図１及び２に示されているように、抵抗ボロメータ検出器の場合、電磁放射は典型的に、固着点４を介して基板２に固定された断熱アーム３を用いて基板２の上方に浮かされた膜１（図２）によって吸収される。膜１は、入射する放射を吸収し、この入射する放射を熱に変換し、その熱をサーミスタ５に伝える。サーミスタ５は、温度が変化するときに電気抵抗の変動を示すことを本質的な特性とする、熱に敏感な半導体性材料から作られる。この材料は、たとえば、半導体相に生成される酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５、ＶＯ_２）でもよい。その後、サーミスタ５の温度上昇は、適当な電気装置によって測定される電圧又は電流変動を、ボロメータ検出器の端子に誘起する。電極（図示せず）は、たとえば、固着点４の水準に配置される。電子回路は、従来の方法で基板２に集積化され、測定が可能になる。断熱アーム３は、膜１を基板２から熱的に絶縁し、それによって、測定の感度を向上させる。

特許文献１に、出願人は、赤外線検出用の非冷却式ボロメータ機器のためのサーミスタとして、スピネルフェライトを使用することを記載した。ある種のスピネル構造型の鉄基の遷移金属の半導体性酸化物は、適度な電気抵抗率をもち、温度に対し非常に感度がよい。特に、化学量論的又は空孔スピネルフェライトは、負温度係数生成物と呼ばれる、すなわち、温度に伴って増加する導電率を有する生成物である。図３に示されたボロメータ検出器は、第１の誘電体薄層６と、その上に配置された２個の共平面電極７と、第２の誘電体薄層８と、サーミスタを構成するスピネルフェライト薄層９とを重ね合わせることにより形成された膜１が設けられている。誘電体薄層６及び８は、膜１によって吸収された熱をサーミスタ５へ伝達するため、熱伝導性である。スピネル構造型フェライト９を電極７と接触させるため、第２の誘電体薄層８には接触開口部１０が設けられている。膜の最上部（図３における一番上）に形成されたパッシベーション層１１は膜１を保護する。

特許文献２において、出願人は、塩化ナトリウム構造を備えたスピネル酸化物相、及び酸化鉄相を含む２相材料によって形成されたサーミスタの使用をさらに開示した。この提携は赤外線検出用のボロメータ機器の高感度材料として特に効果的であることが判明している。

米国特許出願公開第２００７−１２００５９号公報 国際公開第２００８／０８４１５８号パンフレット

本発明の目的は、容易に実施でき、かつ費用のかからない産業化可能な製造方法を用いて、良好な感度を有し、信号対雑音比の点で最適化された機能的なボロメータ検出器を実現することである。

本発明によれば、本目的は添付の請求項に記載された製造方法によって実現される。特に、この方法が、半導体性酸化鉄の薄層の一部の鉄原子の酸化の程度を変更するため、半導体性酸化鉄の薄層の局所還元及び／又は酸化の工程を少なくとも備える、ということによって本目的は実現される。

本発明のその他の利点及び特徴は、限定されることのない例示の目的のため記載され、添付図面に表されている本発明の特定の実施形態についての以下の説明から、よりはっきりと理解できるようになるであろう。

従来のボロメータ検出器の概略平面図である。 従来のボロメータ検出器の概略斜視図である。 図１に係るボロメータ検出器の膜の概略断面図である。 本発明の特定の実施形態によるボロメータ検出器を概略的に表す断面図である。 図４に係るボロメータ検出器の膜を製造する方法の工程を概略的に表す断面図である。 図４に係るボロメータ検出器の膜を製造する方法の工程を概略的に表す断面図である。 図４に係るボロメータ検出器の膜を製造する方法の工程を概略的に表す断面図である。 図４に係るボロメータ検出器の膜を製造する方法の工程を概略的に表す断面図である。 図４に係るボロメータ検出器の膜を製造する方法の工程を概略的に表す断面図である。 図４に係るボロメータ検出器の膜を製造する方法の他の実施形態の工程を概略的に表す断面図である。 図４に係るボロメータ検出器の膜を製造する方法の他の実施形態の工程を概略的に表す断面図である。 本発明の第２の特定の実施形態に係るボロメータ検出器の概略平面図である。 本発明の第３の特定の実施形態に係るボロメータ検出器の概略平面図である。 図１３に係るボロメータ検出器を製造する方法の工程を概略的に表す断面図である。 図１３に係るボロメータ検出器を製造する方法の工程を概略的に表す断面図である。 図１３に係るボロメータ検出器を製造する方法の工程を概略的に表す断面図である。 図１３に係るボロメータ検出器を製造する方法の工程を概略的に表す断面図である。

図４に表されたボロメータ検出器は、従来通りに、基板２の上方に浮かされた、赤外放射を吸収可能な膜１を備える。浮かされた膜１は、公知の方法によって、一般的に、膜１を形成する薄層の支持体としての役目を果たす、たとえばポリイミド製の犠牲層（図示せず）の基板２への第１の堆積によって実現される。犠牲層は、好ましくは、検出されるべき波長の４分の１に対応する、１μｍと５μｍとの間に含まれる厚さを有する。犠牲層のエッチングが行われるときにいかなる化学反応も阻止するため、犠牲層のエッチングが行われる前に、パッシベーション層１１が膜１の最上部（図４における一番上）に有利に形成され得る。

膜１は、固着点４を介して基板２に固定された断熱アーム３を用いて、基板２の上方に浮かんでいる。これらの断熱アーム３は膜１の熱損失を制限し、それによって、熱検出の感度を向上させる。

膜１はサーミスタを形成する熱に敏感な半導体性酸化鉄の薄層９を備えている。この半導体性酸化鉄の薄層９によって線引きされたボロメータ検出器の領域はボロメータ板１２を形成する。部分酸化された酸化鉄は、０．０１Ω・ｃｍと１０００Ω・ｃｍとの間に含まれる一定の抵抗率を示す。スピネル磁性体酸化鉄、若しくはマグネタイトＦｅ_３Ｏ_４のような部分酸化された酸化鉄、及び、鉄空孔を含むウスタイトＦｅ_１−ｘＯとしても知られている酸化鉄は、半導体特性を有している。

半導体性酸化鉄の薄層９は、鉄が異なる酸化の程度Ｆｅ^２＋，Ｆｅ^３＋を有する数種類の酸化鉄相によって構成することができる。他方で、この薄層は、スピネル構造型マグネタイトＦｅ_３Ｏ_４又は鉄空孔ウスタイトＦｅ_１−ｘＯから選択されるのが有利な、少なくとも１つの半導体性酸化鉄相を含むことが必要である。

半導体性酸化鉄の薄層９は、少なくとも部分的にスピネル構造化されていてもよく、たとえば、特許文献１に記載されているように、半導体性マグネタイトＦｅ_３Ｏ_４及び／又は絶縁体性マグヘマイトγ−Ｆｅ_２Ｏ_３のようなスピネル構造型酸化鉄相を含む。マグヘマイトγ−Ｆｅ_２Ｏ_３は別として、これらの酸化鉄は、部分的に酸化され、Ｆｅ^２＋及びＦｅ^３＋の混合物によって形成されているという特徴を示す。この特徴は、適度な電気抵抗率をもつ興味深い半導体特性を、これらの酸化鉄に付与し、これらの酸化鉄は熱に敏感であることが知られている。したがって、これらの酸化鉄は、電子ノイズを最小限に抑えながら、弱い強度の赤外放射を検出することが可能である。

特許文献２に記載されているように、半導体性酸化鉄の薄層９は、マグネタイトＦｅ_３Ｏ_４及び／又は鉄空孔ウスタイトＦｅ_１−ｘＯのような半導体性酸化鉄と、酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３又は鉄無空孔ウスタイトＦｅＯのような絶縁体性酸化鉄との混合相によっても形成され得る。各相の分布は、感度及び信号対雑音比の点に関して、できる限り優れた性能を達成するように決定される。

膜１は、たとえば、窒化珪素ＳｉＮ、二酸化珪素ＳｉＯ_２、一酸化珪素ＳｉＯ又は硫化亜鉛ＺｎＳから作られた１層以上の誘電体層（６，８）を含んでもよい。膜は、好ましくは、０．０１μｍと２μｍとの間に含まれる厚さを有する。

膜１への照射は、熱上昇をもたらし、この熱上昇は半導体性酸化鉄の薄層９に伝達される。熱の影響のため、半導体性酸化鉄の薄層９の抵抗率は変化する。この変化は、基板２上の適当な読み出し回路（図示せず）に接続された電極７を用いて測定可能である。

図３の場合と同様に、図４の膜１は、たとえば、第１の誘電体薄層６、第２の誘電体薄層８、及び、第１の誘電体薄層６と第２の誘電体薄層８との間の２個の共平面電極７を備える。電極７は断熱アーム３に伸び、固着点４を通り、その結果、基板２上の読み出し回路に接続されている。第２の誘電体薄層８に形成された接触開口部１０によって、半導体性酸化鉄層９は読み出し回路に接続される。２個の共平面電極７は、たとえば、チタンＴｉ、窒化チタンＴｉＮ、プラチナＰｔ、又は、ニッケルクロムＮｉＣｒで作られた金属電極であると有利である。

特定の実施形態によれば、膜１は、公知の方法を用いて薄層の連続的な堆積によって生成される。この堆積は、好ましくは、低温で行われ、陰極スパッタリング法、又は、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）法を用いると有利である。

図５に示すように、２個の共平面電極７が、従来の方法を用いたメタライゼーション（metallization）によって、第１の誘電体層６上に堆積される。電極の形状は、化学エッチング又は反応性イオンエッチングによって獲得される。電極７の厚さは０．００５μｍと０．１μｍとの間に含まれる。電極７による赤外放射の吸収は電極の抵抗の平方の関数であるので、電極の厚さは所要の吸収率に適合するため調整される必要がある。そして、電極７は、従来の接点接続方法によって、基板２上の読み出し回路に接続されている。

図６に示すように、第２の誘電体薄層８の堆積後、２個の接触開口部１０が、公知の方法を用いて第２の誘電体薄層８にエッチングされる。

次に、図７に示すように、０．０１μｍと２μｍとの間に含まれる厚さをもつ半導体性酸化鉄の薄層９が、膜１の表面の全体を覆うために第２の誘電体薄層８上に堆積される。次に、ボロメータ板１２の生成は、この半導体性酸化鉄の薄層９の一部の選択的エッチングを必要とする。このエッチングは、酸性のエッチング溶液を使用する湿式エッチングによって実行すると有利である。この酸性のエッチング溶液は、たとえば、塩酸ＨＣｌの溶液、硝酸ＨＮＯ_３の溶液、硫酸Ｈ_２ＳＯ_４の溶液、又は、リン酸Ｈ_３ＰＯ_４の溶液である。

半導体性酸化鉄の薄層９のエッチングを促進するため、エッチングされるべき半導体性薄層９の一部の酸化鉄を鉄（Ｆｅ^０）の形に還元し、湿式エッチングを活性化する。湿式エッチングは、実際には、ある種の酸化鉄相の存在、特に、マグネタイトＦｅ_３Ｏ_４中の酸化鉄α−Ｆｅ_２Ｏ_３又はγ−Ｆｅ_２Ｏ_３の存在によって大きく阻害されるが、マグネタイトは他方で非常に興味深いサーミスタ特性を示す。しかし、最も酸化され、酸化鉄を構成する酸化の程度ＩＩＩの鉄Ｆｅ（ＩＩＩ）は、水性媒体中で最も熱力学的に安定した鉄であることが知られている。したがって、酸化鉄のエッチング速度は、より酸化の程度の低い酸化鉄のエッチング速度より遅い。一方、鉄のエッチング速度は酸化鉄のエッチング速度より速い。金属鉄（Ｆｅ^０）は２×１０^７Ｓ・ｍ^−１より大きい導電率を有する。

半導体性酸化鉄の薄層９の一部の鉄原子の酸化の程度を変更するため、半導体性酸化鉄の薄層９は局所還元される。ここで、この変更は、鉄原子の酸化の程度の低下をもたらす。この還元工程は、酸性エッチングによってより容易にエッチングすることができる少なくとも１つの金属鉄領域（１４）が得られることを可能にする。その結果、１つ又は複数の金属鉄領域（１４）をエッチングするために、酸濃度のより低い溶液を使用できる。低侵襲性である酸性のエッチング溶液は、エッチングパターンを画定する、一般的に樹脂ベース又は無機材料ベースのマスク１３に損傷を与えない。したがって、この還元工程は、マスク１３のパターンの完全性（integrity）が維持され、かつ湿式エッチングが最適化されることを可能にし、エッチングの選択性及びエッチング厚さの制御を改善する。

代替的な実施形態によれば、半導体性酸化鉄の薄層９のエッチングを強化するため、エッチングされるべき半導体性薄層９の一部の酸化鉄を非常に安定した酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３より酸化の程度が低い鉄、例えば鉄（ＩＩ）まで還元し、湿式エッチングを活性化することが可能である。酸素含有量は最初の半導体性酸化鉄の薄層９より全体的に少ない。還元された領域の抵抗率は、好ましくは、１Ω・ｃｍ未満である。

図８に表されているように、ボロメータ検出器を製造する方法は、半導体性酸化鉄の薄層９が膜１に堆積された後、少なくとも１つの金属鉄領域１４を形成するために、マスク１３を通じた半導体性酸化鉄の薄層９の局所還元を、少なくとも１回備えると有利である。

還元条件次第で、半導体性酸化鉄の薄層９の厚さ全体に亘って、又は、薄層の表面のみに、還元を行うことが可能である。後者の場合、それでもやはり、鉄の存在は、湿式エッチングに対して活性化効果を有する。

半導体性酸化鉄の薄層９の局所還元は、好ましくは、少なくとも１つの還元種又は希ガスの存在下で、１〜１００ｍＴｏｒｒの、減圧若しくは低い圧力の下で、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のため使用される反応装置を用いて実行される。伝統的に、このような反応装置は、大きなイオンの衝撃によりアシストされるエッチング用途に設計されている。本発明の場合、このような反応装置は、高密度の衝撃が、たとえば、アルゴン又はキセノンフローの下で行われることを可能にする。還元種はプラズマ自体であってもよい。使用される還元性プラズマは、水素Ｈ_２と、例えばアルゴンＡｒ、キセノンＸｅ、及びヘリウムＨｅのような希ガスとから選択されると有利であり、希ガスは優先的な酸素スパッタリングによって酸化鉄が還元されることを可能にする。

たとえば、イオンの質量、イオンの運動エネルギ、及びイオンの入射角のようなイオンの衝撃条件、及び、Ｈ_２、ＣＯ、又はＮＯのような還元種の有無は、Ｆｅ^３＋イオンがＦｅ^２＋に還元され、次いでＦｅ^０に還元され、Ｆｅ^２＋がＦｅ^０に還元されることを可能にする。実際、生成されたプラズマは、半導体性薄層９の酸化鉄からＯ^２−イオンを解離することができ、以下の反応に従って酸素の気体放出と共にＦｅ^３＋イオン及びＦｅ^２＋イオンを還元することが可能である。

変形によれば、局所還元はハードマスクを用いるアニーリングによって実現可能である。アニーリングは、好ましくは、基板２に存在するかもしれない成分を損なわないように３００℃未満の温度で実行される。マスク１３は、高分子樹脂であるか、又は、アニーリング条件に適している無機材料から作られる。窒素ベースのマスク１３は３００℃から１０００℃まで使用可能であり、多孔性フォトレジストマスクは１５０℃から２００℃まで使用可能である。マスク１３は、アニールされるべきでない半導体性酸化鉄の薄層９の領域に堆積され、それによって、パッシベーション層を形成する。アニーリングは、還元性雰囲気下で、すなわち、好ましくは、水素Ｈ_２、一酸化炭素ＣＯ、又は、一酸化窒素ＮＯから選択された還元種の存在下で行われる。還元種のフラックスにさらされる領域は、選択的に、かつ局所的に還元される。

エリンガム図によれば、酸化鉄の還元は以下の平衡に従う。

水素の存在下：

一酸化炭素の存在下：

上記の平衡は、制御された雰囲気中かつ比較的低い温度での、ＣＯ又はＨ_２による酸化鉄の容易な還元を予測する。例示の目的のため、以下の表は、２５℃及び３００℃の温度におけるＦｅ_２Ｏ_３／Ｆｅ_３Ｏ_４平衡及びＦｅ_３Ｏ_４／Ｆｅ平衡に対する、Ｈ_２及びＨ_２Ｏのそれぞれの分圧の比（Ｐ_Ｈ２／Ｐ_Ｈ２Ｏ）^ｅｑと、ＣＯ及びＣＯ_２のそれぞれの分圧の比（Ｐ_ＣＯ／Ｐ_ＣＯ２）^ｅｑとを提示する。

還元反応は２５℃の温度で実行可能であるが、それでもやはり、熱活性化は、Ｈ_２及びＣＯ還元種の半導体性酸化鉄の薄層９への拡散を促進するために必要である。しかしながら、この温度上昇は、ボロメータ検出器のその他の構成成分、特に、基板２に存在するボロメータの読み出し回路を破壊してはならない。

その後、１つ又は複数の金属鉄領域１４は、公知の方法を用いて、同じマスク１３による、同じエッチングパターンを有する別のマスク１３による、又はマスク１３無しで、選択的化学エッチングによって除去される。１つ又は複数の金属鉄領域１４はボロメータ板１２を線引きする（図９）。

その後、図９に表されたパッシベーション層１１は、膜１の浮かんだ構造体を生じさせるため犠牲層（図示せず）を除去する前に、公知の方法を用いて膜１の最上部（図９における一番上）に形成される。

その後、膜１は、断熱アーム３の最終的な幅及び長さを決めるため、断熱アーム３の水準で機械的に薄片化される。薄片化技術は、好ましくは、集積回路、マイクロエレクトロニクス、又はマイクロシステムのため使用される薄片化技術と同一である。

特定の実施形態によれば、膜１は、少なくとも１つの窒化チタンＴｉＮベースの電極７を備える。Ａ．Ｌｕｓｓｉｅｒらは、論文“チタン酸ストロンチウム／Ｆｅ_３Ｏ_４及びＴｉＮ／Ｆｅ_３Ｏ_４界面の特性（Characterization for strontium titanate/Fe₃O₄ and TiN/Fe₃O₄ interfaces）”（J. Vac. Sci. Technol. B20(4)， Jul/Aug 2002， P.1609-1613）において、窒化チタンＴｉＮが酸化鉄、特に、マグネタイトＦｅ_３Ｏ_４と相互作用し、酸化チタンＴｉＯ_２とウスタイトＦｅＯとを含む複雑な界面を形成することを説明している。しかし、ＴｉＯ_２は、ウスタイトＦｅＯと同様に、電気的に絶縁性の材料である。この界面は、窒化チタンＴｉＮ電極７と半導体性酸化鉄の薄層９との間の接触抵抗を増加させる。その結果、感度及び信号対雑音比は、このような界面の存在による影響を受ける。この欠点を解決し、接触開口部１０の水準でのＴｉＮ／酸化鉄コンタクトの品質を改善するため、この製造方法は、半導体性酸化鉄の薄層９の局所還元によって、電極７と接触した金属鉄領域１４ａを形成する工程を有利に備えることができる。

それゆえ、図１０に表されているように、パッシベーション層１１が還元されるべき領域の水準で除去された後、局所還元が行われる。上述のアニーリング技術、又は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）技術を用いて行われるイオン衝撃の技術が、この局所還元のために使用可能である。局所還元は、好ましくは、接触開口部１０に対応するエッチングパターンを決めるマスク２１を介してＲＩＥによって行われる（図１０）。還元性プラズマによる照射の条件は、半導体性酸化鉄の薄層９をその厚さ全体にわたって還元し、それにより、このようにして得られた金属鉄領域１４ａが半導体性酸化鉄の薄層９の厚さの方向に貫通する（図１１）ように定められる。電極７と接触した金属鉄領域１４ａは、電気的な接続を果たし、そして、電極７と半導体性薄膜９との間の接触抵抗を大きく低下させることを可能にする。

局所還元は、反応性イオンエッチングの衝撃の条件を変更して、特に、イオンの運動エネルギを増加させることにより、窒化チタンＴｉＮベースの電極７に達するようにしてもよい。その結果、窒化チタンＴｉＮベースの電極７は、半導体性酸化鉄の薄層９の金属鉄領域１４ａと接触する少なくとも１つの金属チタンＴｉ領域を備える。

図示されていない実施形態によれば、ボロメータ検出器は、たとえばＣＣＤ又はＣＭＯＳマトリックスに接続可能である画素マトリックス格子の形をした複数個のボロメータ板１２を備えることも可能である。よって、適切なイメージシステムとともに、この機器は赤外線カメラを構成する。

ボロメータ機器は、シリコン用途に開発されたマイクロエレクトロニクス手法によって集合的に製造し、モノリシックと呼ばれる構造体に集積化することも可能である。

大気温度で動作するモノリシック赤外線イメージングシステムは、たとえば、画素マトリックス格子をＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの多重化回路に直接接続することによって生産されてもよい。よって、基板２は、刺激及び読み出し機器を一方に備え、画素格子アレイからの信号が直列化され、通常のイメージングシステムによって使用されるべく個数を削減された出力に伝達されることを可能にする多重化部品を他方に備える集積化電子回路によって形成可能である。

ボロメータ検出器を製造する方法は、ボロメータ検出器が反射フィルタをボロメータ検出器の構造体に一体化して実現されることを可能にする。従来の方法では、フィルタは、ボロメータ検出器構造体から上流へ、光学的赤外放射の線路に設置可能である。それゆえ、フィルタ及びボロメータ検出器は、２つの独立した要素を形成する。

図１２に表された特定の実施形態によれば、ボロメータ検出器を製造する方法は、上述のように、基板２の上方に浮かされた膜１を形成する工程と、半導体性酸化鉄の薄層９を膜１の全体に堆積させる工程と、半導体性酸化鉄の薄層９を局所還元する工程と、を連続的に含む。上述されたアニーリング技術又は反応性イオンエッチング衝撃技術の二つのうちの一方を用いて、繰り返し同一パターンを形成する数個の金属鉄領域１４ｂを同時に又は連続的に形成するために、局所還元が行われる。これらの金属鉄領域１４ｂは、フィルタの共振周波数を定める所定のピッチＤで、周期的に配置される。金属鉄領域１４ｂは、たとえば、円形、正方形、又は、十字の形状のような種々の形状を有することができる。従って、金属鉄領域１４ｂは、ある波長の反射フィルタを形成する。そして、金属鉄領域１４ｂは、好ましくは、１×１０^６Ｓ・ｍ^−１未満の導電率を有している。パターンの形状はフィルタの幅を定めるであろう。それによって、反射されるべき波長より実質的に高い又は低い波長が吸収される。

図１２に表されているように、その後、数個のボロメータ板１２が軸ＭＮに沿った機械的な薄片化（slicing）によって得られ、その結果、ある金属鉄領域１４ｂは２個に分割されている。ＭＮを薄片化する厚さは、フィルタの動作を妨げないように十分に小さいことが必要である。

図１３に表された別の特定の実施形態によれば、ボロメータ検出器を製造する方法は、テラヘルツ領域に適した容量性の構造をもつボロメータ検出器が得られることを可能にする。テラヘルツ周波数帯域は、マイクロ波のラジオ電気周波数と赤外線の光周波数との間の中間である。吸収が吸収されるべき波長の平方λ^２ _{ｉｎｉｔｉａｌ}に等しいならば、ボロメータ板１２の表面が値λ^２ _{ｉｎｉｔｉａｌ}よりはるかに小さいとき、この波長はボロメータ板１２によって直接的に吸収できない。そのため、この範囲に含まれる波長を有する電磁放射を吸収するために、基板２の配置されたアンテナ１５のシステムが一般的に使用される。アンテナ１５は、好ましくは、平行な底辺と、それらの底辺に向かい合う頂点とを有し、ボロメータ検出器の中心の方へ向けられた二等辺三角形の形状を有する。そして、この放射を測定するために、アンテナ１５のシステムとボロメータ板１２との間に容量性結合が有利に作られる。

２個の導電性の金属鉄領域１４ｃと、基板２上に配置された２個のアンテナ１５とによって、容量性結合が有利に行われる。２個の金属鉄領域１４もまた、好ましくは、アンテナの底辺に平行な底辺と、それらの底辺に向かい合う頂点１９とを有し、ボロメータ検出器の中心の方へ向けられた二等辺三角形の形状を有する。γＦｅ_２Ｏ_３のような酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３、又はヘマタイトα−Ｆｅ_２Ｏ_３からなる完全酸化された酸化鉄の層１６によって形成された、電気的に絶縁性があり、且つ熱伝導性がある領域によって、２個の金属鉄領域１４は互いに電気的に絶縁されている。完全酸化された酸化鉄の層１６は短絡を防止するため、２個の金属鉄領域１４ｃを絶縁する。後述されるように、アンテナ１５の頂点１９同士は抵抗素子１７によって接続されている。

図１７に表されているように、ボロメータ検出器は、２個のアンテナ１５が設けられた基板２の上方に浮かされた膜１を備える。サーミスタを形成する半導体性酸化鉄の薄層９によって覆われた抵抗素子１７は、膜１に設置されている。抵抗素子１７は、好ましくはＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ、又はＺｎＳから作られた誘電体層１８によって電気的に絶縁されている。このような層は熱伝導性がある。２個の金属鉄領域１４ｃは、抵抗素子１７の両側に配置され、そして、誘電体薄層１８を介して金属鉄領域１４ｃの頂点１９に作られた接点によって抵抗素子に接続されている。２個のアンテナ１５による、電磁放射の、より詳しくは、テラヘルツ周波数の吸収は、アンテナ１５の段階で電荷の変動を生じさせる。この変動は、導電性の金属鉄領域１４ｃとの容量性結合によって測定される。この容量性結合の影響のために、電流が、抵抗素子１７を流れ、この抵抗素子１７の加熱を引き起こす。熱伝導性の誘電体層１８、及び、電気的に絶縁性であり且つ熱伝導性の完全酸化された酸化鉄の薄層１６は、抵抗素子１７によって放出された熱を半導体性酸化鉄の薄層９へ伝える。その結果として、テラヘルツ周波数の吸収は、熱に敏感な半導体性酸化鉄の薄層９の抵抗率の変動を引き起こす。

図１３に表され、たとえば、窒化チタンＴｉＮによって形成された電極７は、半導体性酸化鉄の薄層９の抵抗変動が測定されることを可能にし、固着点４を介して基板２に存在する読み出し回路へ信号を送る。図１３の特定の実施形態において、各々が２個のＬ字状分岐７ａ及び７ｂを有する４個の電極７は、ボロメータ検出器の中心に対して対称的に形成される。各電極７は、半導体性酸化鉄の薄層９の周囲に第１の分岐７ａを備え、この分岐はアンテナ１５の底辺及び金属鉄領域１４ｃの底辺に平行である。一方、第２の分岐７ｂは、半導体性酸化鉄の薄層９の周囲に配置されていない。

図１３〜１７に係る、容量性構造をもつボロメータ検出器を製造する方法は、半導体性酸化鉄の薄層９の一部の鉄原子の酸化の程度を変更するため、半導体性酸化鉄の薄層９を局所還元及び／又は酸化する工程を少なくとも含む。このようにして、絶縁性の酸化鉄、又は、様々な電気的特性及び熱伝導特性をもつ部分酸化された酸化鉄からなる、鉄の領域を得ることが可能であろう。

より詳細には、この方法は、アンテナ１５が設けられた基板２の上方に浮かされた膜１を形成する工程を備える。図１４に表されているように、抵抗素子１７は、誘電体層６上に堆積され、誘電体薄層１８によって覆われる。抵抗素子１７の２個の領域を露出するために、２個の開口部２０が誘電体薄層１８に作られる。

図１５に表されているように、半導体性酸化鉄の薄層９は、公知の方法を用いて、誘電体層６上、及び、誘電体薄層１８によって覆われた抵抗素子１７上に堆積される。開口部２０は半導体性酸化鉄の薄層９によって満たされる。

その後、２個の導電性の金属鉄領域１４ｃが、上述のアニーリング技術、又は、反応性イオンエッチング技術によって得られる衝撃を用いて、マスク２２を介する局所還元によって形成される（図１６）。各金属鉄領域１４ｃは、抵抗素子１７の頂点１９における接点によって抵抗素子１７に接続されている。金属鉄領域１４ｃの位置は、アンテナ１５との容量性結合を実現するように定められる。

その後、図１７に表されているように、２個の金属鉄領域１４ｃ及び抵抗素子１７を取り囲む、電気的に絶縁性であり且つ熱伝導性がある領域を形成するために、完全酸化された酸化鉄の薄層１６が、半導体性酸化鉄の薄層９の局所酸化によってマスク２３を介して形成される。局所酸化は、２個の金属鉄領域１４ｃを互いに絶縁し、短絡を防止する。酸化された領域１６は、好ましくは、１０^−９Ｓ・ｍ^−１未満の導電率を有する。

半導体性酸化鉄の薄層９を完全酸化された酸化鉄の層１６へ局所酸化する工程は、３００℃未満の温度でのアニーリングによって、又は、酸素Ｏ_２、二酸化炭素ＣＯ_２若しくは水Ｈ_２Ｏのような少なくとも１つの酸化種の存在下で反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）技術を用いて得られる衝撃によって、有利に実行可能である。完全酸化された酸化鉄の層１６は、好ましくは、酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３塩基を有する。

例示の目的のため、アニーリングの場合、酸素存在下でのマグネタイトの酸化は以下の平衡に従う。

反応性イオンエッチングの場合、酸化性プラズマは、たとえば、Ｏ_２、ＣＯ_２又はＨ_２Ｏである。プラズマは活性化し、遊離基Ｏ・又はＯＨ・を形成する。後者はマグネタイトと反応し、絶縁性の酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３を形成する。

図示されていない代替的な実施形態によれば、製造方法は、金属鉄領域１４ｃを形成するために半導体性酸化鉄の薄層９を還元する工程と、その後に、このようにして得られた金属鉄領域１４ｃの一部を酸化する工程と、を含むことが可能である。それゆえ、好ましくは、酸化種の存在下で反応性イオンエッチング技術を用いて得られる衝撃によって、Ｆｅ^０のＦｅ^３＋への酸化が行われる。

図示されていない代替的な実施形態によれば、製造方法は、半導体性酸化鉄の薄層９の一部の鉄原子の酸化の程度を変更するため、半導体性酸化鉄の薄層９を局所酸化する工程を含むことが可能である。

酸化種は、それらの安定した形態で酸化工程に導入されることが可能であり、又は、ｉｎ−ｓｉｔｕ合成されることが可能である。例示の目的のため、エッチング条件によっては、水素存在下での反応性イオンエッチングによる還元のため、水素原子と酸化物の酸素との間の反応が起源である水が生じる可能性がある。それゆえ、このようにｉｎ−ｓｉｔｕ形成された水が、後に続く酸化工程の酸化種を構成することができる。

鉄基のサーミスタ、特に、半導体性酸化鉄９によって形成された塩基を有するサーミスタの使用は、ボロメータ検出器の製造方法が行われるときに還元工程と酸化工程とが交互に行われることを可能にし、それによって、異なる電気的特性及び熱伝導特性を有する鉄基の領域を形成する。したがって、この方法は、ボロメータ検出器の機能化及び最適化についての非常に多くの可能性を提案する。

上述された方法は、電極７とサーミスタを形成する半導体性薄層９との間の接触を最適化することにより、ボロメータ検出器の性能が改善されることを可能にすると共に、検出器が種々の用途のため、特に、テラヘルツ検出又は赤外線イメージングシステムのため機能化されることを可能にする。使用される技術、特に反応性イオンエッチングは、マイクロエレクトロニクス産業においてありふれたものであり、容易かつ安価な産業上の統合に寄与する。

Claims (13)

1. 固着点（４）を介して基板（２）に固定された断熱アーム（３）を用いて前記基板（２）の上方に浮かされ、熱に敏感な半導体性酸化鉄の薄層（９）を有する膜（１）を装備したボロメータ検出器を製造する方法であって、
   前記半導体性酸化鉄の薄層（９）の一部の鉄原子の酸化の程度を変更するために、前記半導体性酸化鉄の薄層（９）を局所還元及び／又は酸化する工程を少なくとも１つ備えることを特徴とするボロメータ検出器を製造する方法。
2. 前記半導体性酸化鉄の薄層（９）を局所還元する工程が少なくとも１つの金属鉄領域（１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を形成することを特徴とする、請求項１に記載のボロメータ検出器を製造する方法。
3. 還元が、還元性雰囲気中で、３００℃未満の温度で行われるアニールであることを特徴とする、請求項２に記載のボロメータ検出器を製造する方法。
4. 還元が、少なくとも一つの還元種又は希ガスの存在下で反応性イオンエッチング技術を用いて得られる衝撃であることを特徴とする、請求項２に記載のボロメータ検出器を製造する方法。
5. 前記酸化鉄が少なくとも部分的にスピネル構造化されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のボロメータ検出器を製造する方法。
6. 前記半導体性酸化鉄の薄層（９）を局所酸化する工程が完全酸化された酸化鉄の薄層（１６）を形成することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のボロメータ検出器を製造する方法。
7. 前記完全酸化された酸化鉄の薄層（１６）が酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３塩基を有することを特徴とする、請求項６に記載のボロメータ検出器を製造する方法。
8. 前記局所酸化する工程が、少なくとも１つの酸化種の存在下で反応性イオンエッチング技術を用いて得られる衝撃であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のボロメータ検出器を製造する方法。
9. 前記膜（１）が少なくとも１つの窒化チタンＴｉＮベースの電極（７）を備え、
   前記半導体性酸化鉄の薄層（９）を局所還元することにより、前記電極（７）と接触し、前記半導体性酸化鉄の薄層（９）の厚さの方向に貫通する金属鉄領域（１４ａ）を形成することを含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のボロメータ検出器を製造する方法。
10. 前記窒化チタンベースの電極（７）が、前記局所還元の間に形成され、前記半導体性酸化鉄の薄層（９）の前記金属鉄領域（１４ａ）と接触した金属チタン領域を備えることを特徴とする、請求項９に記載のボロメータ検出器を製造する方法。
11. 前記半導体性酸化鉄の薄層（９）を局所還元することにより、繰り返し同一パターンを形成し、所定のピッチ（Ｄ）で規則的に配置され、前記ピッチ（Ｄ）に対応する電磁放射が検出されることを可能にする反射フィルタを形成する、数個の金属鉄領域（１４ｂ）を形成することを含むことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のボロメータ検出器を製造する方法。
12. 前記基板（２）は２個のアンテナ（１５）を設けられ、前記半導体性酸化鉄の薄層（９）は抵抗素子（１７）を設けられ、
    前記半導体性酸化鉄の薄層（９）を局所還元することにより、前記抵抗素子（１７）に電気的に接続され、前記アンテナ（１５）と容量性結合を形成する２個の導電性の金属鉄領域（１４ｃ）を形成することと、
    前記半導体性酸化鉄の薄層（９）を局所酸化することにより、前記２個の金属鉄領域（１４ｃ）と前記抵抗素子（１７）とを取り囲む、電気的絶縁性及び熱伝導性がある領域を形成する完全酸化された酸化鉄の薄層（１６）を形成することと、
    を連続的に含むことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のボロメータ検出器を製造する方法。
13. 半導体性酸化鉄の薄層（９）を前記膜（１）に堆積させることと、
    少なくとも１つの金属鉄領域（１４）を形成するために、マスク（１３）を介して前記半導体性酸化鉄の薄層（９）を局所還元することと、
    前記金属鉄領域（１４）を選択的化学エッチングすることと、
    を連続的に含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のボロメータ検出器を製造する方法。

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