JP2015093998A - 酸化膜形成方法、ボロメータ素子製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シート抵抗値や温度とシート抵抗値の関係が基板表面内で均一な温度検出薄膜を提供する。【解決手段】表面処理工程では、金属酸化物薄膜で覆われた金属ターゲット３２を、酸化ガスを含まないスパッタリング雰囲気中で処理対象基板１０の表面に薄膜を成長させずにスパッタリングし、金属ターゲット３２表面の金属酸化物薄膜の酸素含有率を低下させた後、薄膜形成工程では、酸化ガスを含有するスパッタリング雰囲気中で、その金属ターゲット３２をスパッタリングし、処理対象基板１０上に抵抗性金属酸化物薄膜を成長させる。【選択図】図２

Description

本発明は、薄膜形成装置の技術分野に係り、特に、ボロメータに用いる温度検出薄膜の製造方法に関する。

ボロメータ(bolometer)とは、電磁波を検出する素子を示しており、電磁波が吸収され、電磁波量に応じて温度が微少量上昇するときに、微小な温度上昇に対応して抵抗値が変化し、その抵抗値の変化量を電気的に測定して電磁波量を求めることができる素子である。

電気的な安定性や、温度変化と抵抗値の変化の直線性から、ボロメータ素子には酸化導電膜が用いられており、Ｖｏ_xから成る温度検出薄膜を形成する方法には、例えば、スパッタ法やゾルゲル法によって、一旦Ｖｏ_x薄膜から成る第一段階の薄膜を形成した後、その薄膜を、酸素ガスによる酸化工程と、水素ガスによる還元工程とをこの順序で処理し、又は、その逆に還元工程と酸化工程の順序で処理する方法があり、温度変化と抵抗値の直線性が高いＶｏ_xから成る温度検出薄膜を得ている。

しかし、ボロメータ用の温度検出薄膜を得るための工程数が多く、特に、還元工程を用いない製造方法の開発が望まれているが、スパッタリング法によって、安定して温度検出薄膜を得る工程が開発されておらず、また、得られた温度検出薄膜は、温度変化と抵抗値の変化の関係が、面内分布で不均一であり、温度−抵抗値の直線性の面内分布が均一な温度検出薄膜は得られていない。

特開２００１−２４７９５８号公報 特開平５−１７５１５７公報

本願発明の課題は、直線性の面内分布の均一性が高く、スパッタリング法によって安定して製造できる温度検出薄膜の製造方法を提供することにある。

金属の種類によっては、金属ターゲットを酸化ガス割合が低いスパッタリング雰囲気中でスパッタリングすると、導電性の金属薄膜が形成され、酸化ガス割合が高いスパッタリング雰囲気中でスパッタリングすると、絶縁性の金属酸化物薄膜が形成されることが知られており、導電性の金属薄膜が形成されるときには、スパッタリング電圧が低く、絶縁性の金属酸化物薄膜が形成されるときには、スパッタリング電圧が高くなる。

そして、導電性の金属薄膜が形成されるときのスパッタリング電圧と、絶縁性の金属酸化物薄膜が形成されるときのスパッタリング電圧の中間の電圧でスパッタリングができれば、導電性を有する金属酸化物薄膜を形成できることが分かっているが、スパッタリング法では、温度と抵抗値の直線性が高く、温度と抵抗値の直線性が、基板面内で均一な金属酸化物薄膜は形成されていない。

本発明の発明者等により、電磁波吸収層と密着して形成される初期薄膜の性質が不均一であると、初期薄膜と密着して形成される温度検出薄膜の性質も不均一になることが見出された。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、バナジウムの酸化物、ニオブの酸化物、又はタンタルの酸化物のいずれか一種以上の金属酸化物から成り、導電性を有し、抵抗値の測定が可能な抵抗性金属酸化物薄膜を、金属バナジウム、金属ニオブ、又は金属タンタルのいずれか一種以上の金属から成る金属ターゲットを、酸化ガスを含有するスパッタリング雰囲気中でスパッタリングして形成する酸化膜形成方法であって、前記酸化ガスを所定の値の酸化ガス割合で含有するスパッタリング雰囲気中で一の前記金属ターゲットをスパッタリングする薄膜形成工程によって、一の前記金属ターゲットと対面する一の処理対象基板上に、前記抵抗性金属酸化物薄膜を成長させた後、前記酸化ガス割合の値を前記薄膜形成工程よりも減少させたスパッタリング雰囲気中で、前記処理対象基板上には薄膜を成長させずに、前記金属ターゲットを所定時間スパッタリングするターゲット表面処理工程を行い、次いで、前記ターゲット表面処理工程よりも前記酸化ガス割合の値を増加させ、前記薄膜形成工程によって、他の前記処理対象基板上に前記抵抗性金属酸化物薄膜を成長させる酸化膜形成方法である。
また、本発明は酸化膜形成方法であって、前記ターゲット表面処理工程では、前記酸化ガス割合を、前記金属ターゲットをスパッタリングしたときに、金属薄膜が形成される値にする酸化膜形成方法である。
また、本発明は酸化膜形成方法であって、前記ターゲット表面処理工程では、前記酸化ガス割合の値をゼロにする酸化膜形成方法である。
また、本発明は、バナジウムの酸化物、ニオブの酸化物、又はタンタルの酸化物のいずれか一種以上の金属酸化物から成り、導電性を有し、抵抗値の測定が可能な抵抗性金属酸化物薄膜から成る温度検出薄膜を、金属バナジウム、金属ニオブ、又は金属タンタルのいずれか一種以上の金属から成る金属ターゲットを、酸化ガスを含有するスパッタリング雰囲気中でスパッタリングし、複数の処理対象基板上に前記抵抗性金属酸化物薄膜から成る温度検出薄膜を形成し、ボロメータ素子を製造するボロメータ素子製造方法であって、前記酸化ガスを所定の値の酸化ガス割合で含有するスパッタリング雰囲気中で一の前記金属ターゲットをスパッタリングする薄膜形成工程によって、一の前記金属ターゲットと対面する一の前記処理対象基板上に、前記抵抗性金属酸化物薄膜を成長させた後、前記酸化ガス割合の値を前記薄膜形成工程よりも減少させたスパッタリング雰囲気中で、前記処理対象基板上には薄膜を成長させずに、前記金属ターゲットを所定時間スパッタリングするターゲット表面処理工程を行い、次いで、前記ターゲット表面処理工程よりも前記酸化ガス割合の値を増加させ、前記薄膜形成工程によって、他の前記処理対象基板上に前記抵抗性金属酸化物薄膜を成長させるボロメータ素子製造方法である。
また、本発明はボロメータ素子製造方法であって、前記ターゲット表面処理工程では、前記酸化ガス割合を、前記金属ターゲットをスパッタリングしたときに、金属薄膜が形成される値にするボロメータ素子製造方法である。
また、本発明はボロメータ素子製造方法であって、前記ターゲット表面処理工程では、前記酸化ガス割合の値をゼロにするボロメータ素子製造方法である。
また、本発明は、前記処理対象基板の表面に、ＳｉＮ薄膜から成る電磁波吸収薄膜を形成しておき、前記抵抗性金属酸化物薄膜は、前記電磁波吸収薄膜の表面に成長させる上記いずれかのボロメータ素子製造方法である。

本発明によれば、均一な初期薄膜を製造できるので、温度−抵抗値の直線性の面内分布が均一な温度検出薄膜を得ることができる。

＜成膜装置＞
図１の符号２０は、本発明に用いることができる成膜装置の一例であり、真空槽２１を有している。
真空槽２１の内部の底面側には、加熱装置２５が配置されており、加熱装置２５上には、加熱装置２５と近接して基板ステージ２４が配置されている。

加熱装置２５と基板ステージ２４とは、貫通孔が形成されており、加熱装置２５の下方に配置されたピン２６が貫通孔内に挿入できるようにされており、昇降装置４４によって、上端に処理対象基板が乗せられたピン２６が、基板ステージ２４よりも上方の位置から、基板ステージ２４よりも下方の位置に移動すると、ピン２６上に乗せられた処理対象基板は基板ステージ２４上に配置される。

図２の符号１０は、基板ステージ２４上に乗せられた処理対象基板を示している。
基板ステージ２４の上方位置には、絶縁部材３８によって真空槽２１と絶縁された蓋部２２が設けられており、蓋部２２には、金属ターゲット装置３０が設けられている。

金属ターゲット装置３０の筺体３３内には、カソード電極３１が配置され、カソード電極３１には金属ターゲット３２が設けられている。
カソード電極３１は電源４１に接続されており、真空槽２１は接地電位に接続されている。

真空槽２１には、ガス導入系４２と真空排気系(真空ポンプ)４７とが接続されており、真空排気系４７によって、真空槽２１の内部を真空排気し、所定の圧力の真空雰囲気が形成された後、排気弁４５の移動によって真空排気の排気口２８のコンダクタンスを低下させ、ガス導入系４２から、スパッタリングガス(不活性ガス)と酸化ガスとを真空槽２１の内部に導入し、真空槽２１の内部に、スパッタリングガスと酸化ガスとを含有するスパッタリング雰囲気を形成する。

次いで、電源４１からカソード電極３１にスパッタリング電圧を印加することで、金属ターゲット３２にスパッタリング電圧を印加し、金属ターゲット３２の表面近傍位置にプラズマを形成すると、金属ターゲット３２のスパッタリングが開始される。

筺体３３内には、モータ３６によって移動されるシャッタ３７が設けられている。
シャッタ３７は、モータ３６に取り付けられており、モータ３６によって、金属ターゲット３２の表面と筺体３３の開口３５との間に位置するシャッタ３７は、その位置から移動して、金属ターゲット３２の表面が開口３５と対面し、金属ターゲット３２は、開口３５を介して、基板ステージ２４上に配置された処理対象基板１０と対面できるようにされている。また、シャッタ３７は、金属ターゲット３２の表面と筺体３３の開口３５との間に戻ることもできる。

シャッタ３７が、金属ターゲット３２の表面と開口３５との間に位置する状態を閉状態と呼び、閉状態の位置から移動して、金属ターゲット３２の表面が、開口３５を介して基板ステージ２４上に配置された処理対象基板１０と対面できる状態を開状態と呼ぶと、開状態で金属ターゲット３２がスパッタリングされると、スパッタリング粒子は基板ステージ２４上の処理対象基板１０の表面に到達し、処理対象基板１０の表面に薄膜が成長する。

他方、閉状態で金属ターゲット３２がスパッタリングされると、スパッタリング粒子はシャッタ３７に衝突して付着し、開口３５から真空槽２１の内部に進入しない。従って、基板ステージ２４上の処理対象基板１０の表面には薄膜は成長しない。

真空槽２１の外部には、制御装置４０が配置されており、ガス導入系４２と、真空排気系４７と、電源４１とは制御装置４０に接続されている。
また、排気弁４５を移動させるモータ４３と、シャッタ３７を移動させるモータ３６とも制御装置４０に接続されており、ガス導入系４２を流れるスパッタリングガスや酸化ガスの流量と、真空排気系４７の真空排気速度と、電源４１が出力するスパッタリング電圧や電力の大きさと、シャッタ３７の開閉とは、制御装置４０によって制御される。

なお、真空排気系４７が動作しているときに、排気弁４５が排気口２８に近接するように移動すると、排気速度が低下し、離間するように移動すると排気速度が大きくなり、真空槽２１の内部を所定圧力の真空雰囲気にすることができる。

制御装置４０には、真空槽２１の内部の圧力や、スパッタリング雰囲気中に含有される酸化ガス割合や、金属ターゲット３２に投入する電力や、排気速度などのスパッタリング条件の内容を記憶させることができ、排気弁４５は、制御装置４０によって、スパッタリング条件に応じた排気速度になるように移動される。

また、開状態でスパッタリングし、処理対象基板１０や測定基板を基板ステージ２４上に配置して表面に薄膜を成長させる際には、制御装置４０が制御する加熱装置２５によって処理対象基板１０は加熱され、所定温度に昇温される。また、回転モータ４８によって、基板ステージ２４を金属ターゲット３２に対して回転させ、均一な薄膜が形成されるようにすることができる。

＜本発明の原理＞
真空槽２１内のスパッタリング雰囲気に含有されるスパッタリングガス分圧に対する酸化ガス分圧の割合を(＝酸化ガス分圧／スパッタリングガス分圧)としたとき、上記成膜装置２０の酸化ガス割合の値を変え、金属ターゲット３２をスパッタリングし、酸化ガス分圧とスパッタリング電圧の関係を測定し、図４にその結果を示す。金属ターゲット３２には、金属バナジウムの金属ターゲット３２を用い、酸化ガスには酸素ガスを用いた(以下の図５〜７でも同じ。)。

図４のグラフの横軸には、スパッタリングガス分圧を一定値にしたときの酸化ガス分圧の割合(％)が示されており、縦軸は、安定したスパッタリングがされているときに、金属ターゲット３２に印加したスパッタリング電圧が示されている。

「◆」の点群Ｌ_Fは、酸化ガス割合を増加させたときの、酸化ガス割合とスパッタリング電圧の関係を示し、「■」の点群Ｌ_Rは、酸化ガス割合を減少させたときの酸化ガス割合とスパッタリング電圧の関係を示している。

酸化ガス割合の範囲は、スパッタリング電圧が低電圧である領域Ａと、低電圧の領域Ａよりもスパッタリング電圧が高電圧である領域Ｃと、スパッタリング電圧の大きさが、低電圧の領域Ａと高電圧の領域Ｃの間に位置する中間の領域Ｂとに分けることができる。

低電圧の領域Ａでは導電性が高い金属薄膜が形成され、高電圧の領域Ｃでは、絶縁性の金属酸化物の薄膜が形成される。中間の領域Ｂでは、金属領域Ａで形成される金属薄膜よりは抵抗値が大きいが、導電性を有し、抵抗値の測定ができる金属酸化物の薄膜である抵抗性金属酸化物薄膜が形成される。
抵抗性金属酸化物薄膜は、絶縁性の金属酸化物よりも酸素の含有率が低い金属酸化物であり、バナジウム酸化物の場合は、Ｖｏｘ(ｘ＝１．５以上２．０未満)として表される。

金属薄膜が形成される低電圧の領域Ａに含まれる酸化ガス割合のスパッタリング雰囲気中で金属ターゲット３２がスパッタリングされると、金属ターゲット３２の表面には金属ターゲット３２を構成する金属が露出し、金属ターゲット３２と対向する基板の表面には金属薄膜が形成される。

高電圧の領域Ｃに含まれる酸化ガス割合でスパッタリングが行われると、金属ターゲット３２の表面は、絶縁性の金属酸化物薄膜で覆われ、金属ターゲット３２と対向する基板の表面には絶縁性金属酸化物薄膜が形成される。

中間の領域Ｂに含まれる酸化ガス割合でスパッタリングを行うと、金属ターゲット３２の表面は、抵抗性金属酸化物薄膜で覆われ、金属ターゲット３２と対向する基板の表面には抵抗性金属酸化物薄膜が形成されるが、スパッタリング状態は不安定であり、基板面内に均一な特性の抵抗性金属酸化物薄膜を形成することが困難である。

図５は、金属ターゲット３２をスパッタリングするスパッタリング雰囲気中の酸化ガス割合と、薄膜形成速度の関係を示すグラフである。
抵抗性金属酸化物薄膜が得られる薄膜形成速度は、金属薄膜が得られる成膜速度よりも早い。

温度検出薄膜を形成するために、真空槽２１内に一枚(乃至複数枚)の処理対象基板１０を搬入し、酸化ガスを含有するスパッタリング雰囲気中で金属ターゲット３２のスパッタリングを行って、金属ターゲット３２に対面する処理対象基板１０の表面に所望膜厚の抵抗性金属酸化物薄膜を形成し、真空槽２１から搬出する。

このような、処理対象基板１０の搬入と薄膜形成と搬出とを繰り返し行うと、金属ターゲット３２が、酸化ガスを含有するスパッタリング雰囲気中で長時間スパッタリングされることになるため、金属ターゲット３２の表面の抵抗性金属酸化物薄膜の酸素含有量が次第に大きくなり、金属ターゲット３２の表面が絶縁性金属酸化物薄膜で覆われると、処理対象基板１０の表面に、抵抗性金属酸化物薄膜を形成できなくなる。

従って、処理対象基板１０の表面に抵抗性金属酸化物薄膜を形成した後、次の処理対象基板１０に抵抗性金属酸化物薄膜を形成する前に、金属ターゲット３２の表面の金属酸化物の酸素含有量を低下させる必要がある。

本発明では、抵抗性金属酸化物薄膜を形成した金属ターゲット３２を、表面処理工程でスパッタリングして表面処理した後、薄膜形成工程で処理対象基板１０の表面に抵抗性金属酸化物薄膜を形成するように成っており、先ず、表面処理工程のスパッタリング条件を求めるために、表面処理工程の前に行う前工程で、酸化ガス(ここでは酸素ガス)を含むスパッタリング雰囲気で金属ターゲット３２をスパッタリングし、金属ターゲット３２の表面を、抵抗性金属酸化物薄膜で覆う。

次に、表面処理工程により、前工程でスパッタリングされた金属ターゲット３２を、酸化ガス割合を減少させたスパッタリング雰囲気(ここでは、酸化ガス割合はゼロ)中でスパッタリングした後、薄膜形成工程により、所定の酸化ガス割合のスパッタリング雰囲気中でスパッタリングし、測定基板の表面に抵抗性金属酸化物薄膜を形成した。

前工程での酸化ガス割合と、表面処理工程でのスパッタリング時間を異ならせて、測定基板の表面に抵抗性金属酸化物薄膜を形成してシート抵抗値(ｋΩ／□)を測定した。
各工程のスパッタリング条件を下記表１に示し、測定結果を図６のグラフに示す。

図６のグラフの横軸は、前工程における酸化ガス割合を示しており、このグラフでは、一定値のスパッタリングガス圧力に対する酸化ガス分圧の値で示してある。縦軸は、測定基板の表面に形成された抵抗性金属酸化物薄膜のシート抵抗値である。

図６には、前処理での酸化ガスが異なる値のスパッタリング雰囲気でスパッタリングされた金属ターゲット３２に対し、スパッタリング時間が異なり、他の条件は同じである３個の表面処理工程Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃を行った後、薄膜形成工程で形成された抵抗性金属酸化物薄膜のシート抵抗値の測定結果が記載されており、スパッタリング時間が長時間である表面処理工程Ｌ₃と、続いて行われる薄膜形成工程では、抵抗性金属酸化物薄膜ではなく、金属薄膜が形成されていることが分かる。残りの２個の表面処理工程Ｌ₁、Ｌ₂では、抵抗性金属酸化物薄膜が形成されている。

金属ターゲット３２の表面状態は、スパッタリング時間と、投入電力(及び金属ターゲットの面積)とに影響されるから、この金属ターゲット３２(直径４インチ：10.16cm²)では、電力×スパッタリング時間は、二個の表面処理工程Ｌ₁、Ｌ₂の値１．５と７．５(kW・分)の間の値になるようにすればよいことが分かる。即ち、表面処理工程での電力×スパッタリング時間は１．５(kW・分)以上７．５(kW・分)以下にすればよく、面積が異なる金属ターゲットの場合は、用いる金属ターゲット３２の面積に比例した電力×スパッタリング時間にすればよい。

次に、上記成膜装置２０を用い、抵抗性金属酸化物薄膜で表面が覆われた金属ターゲット３２を、酸化ガスを含有しないスパッタリング雰囲気の中で、電力×スパッタリング時間が、１．５(kW・分)以上７．５(kW・分)以下)の範囲内の所定値になるようにスパッタリングして表面処理工程を行った後、酸化ガス割合を増加させてスパッタリングし、測定基板上に抵抗性金属酸化物薄膜を形成し、その抵抗性金属酸化物薄膜を、測定基板の表面上の複数箇所でシート抵抗値を測定した。

同じ成膜装置２０によって、同じ条件の表面処理工程と、同じ条件の薄膜形成工程によって、複数の測定基板上に抵抗性金属酸化物薄膜を形成し、各測定基板上の同じ箇所でシート抵抗値を測定した。

測定結果を、図７に示す。図７では、各測定基板の番号を横軸にとり、シート抵抗値(ｋΩ／□)の基板毎の平均値を左縦軸にとり、ばらつき(＝（最大値−最小値)／(最大値＋最小値）×１００(％)を右縦軸にとって、グラフにした。
各測定基板間で、シート抵抗値に大きな差はなく、また、各基板の面内のばらつきは小さいから、シート抵抗値の均一性が高いと言える。

なお、上記金属ターゲット３２は、金属バナジウムで構成していたが、金属バナジウムの金属ターゲットの他、金属ニオブの金属ターゲットと、金属タンタルの金属ターゲットも、金属薄膜と絶縁性金属酸化物薄膜の他、温度変化と抵抗変化が直線的で、抵抗測定可能な抵抗性金属酸化物薄膜を形成できるため、本発明の製造方法に用いることができる。
このような金属ターゲット３２には、添加物を添加して、形成される抵抗性金属酸化物薄膜の特性を改善するようにしてもよい。

酸化ガス割合は、上記表面処理工程ではゼロにし、薄膜形成工程では抵抗性金属酸化物薄膜が形成される領域Ｂの範囲内の値にしたが、表面処理工程では、金属ターゲット３２の表面の金属酸化物薄膜に含有される酸素を減少させればよく、必ずしも酸化ガスがゼロのスパッタリング雰囲気で金属ターゲット３２をスパッタリングする必要はなく、表面処理工程での酸化ガス割合は、スパッタリングによって抵抗性金属酸化物薄膜が形成される領域Ｂの範囲内の値よりも小さい値にすれば、金属ターゲット３２表面の金属酸化物薄膜の酸素含有量を減らすことができる。

＜製造工程＞
製造工程を開始する前に、真空槽２１の内部を真空排気し、真空雰囲気を維持しながら、真空槽２１の内部の基板ステージ２４上に、測定基板を配置し、加熱装置２５によって測定基板を加熱して一定温度にしながら、金属ターゲット３２をスパッタリングし、表面が抵抗性金属酸化物薄膜で覆われた金属ターゲット３２を作成し、その金属ターゲット３２と対面する基板の表面に、金属ターゲット３２を構成する金属の抵抗性金属酸化物薄膜を形成できるスパッタリング雰囲気中の酸化ガス割合と、金属ターゲット３２に投入する電力と、基板温度とを求めておく。

製造に用いる成膜装置２０について、表面処理の条件も予め求めておき、表面に金属が露出している金属ターゲット３２の場合は、酸化ガスを含有する雰囲気中でスパッタリングし、表面を金属酸化物で覆っておく。
真空槽２１内を真空排気し、処理対象基板１０を搬入して基板ステージ２４上に配置する。

この処理対象基板１０は、図３(ａ)に示すように、トランジスタが形成された半導体基板１１上に、ＳｉＮから成る電磁波吸収薄膜１２が配置されており、処理対象基板１０の電磁波吸収薄膜１２が形成された面は、図２に示すように、金属ターゲット装置３０が位置する方向から、数度〜数十度傾いた方向にむけられて、基板ステージ２４上に配置されてボロメータ素子の製造が開始される。
処理対象基板１０の電磁波吸収薄膜１２が形成された面は、金属ターゲット３２と正対するように向けても良い。

一枚の処理対象基板１０の表面にボロメータ素子を形成する製造方法は、金属ターゲット３２の表面処理工程と、抵抗性金属酸化物薄膜を成長させる薄膜形成工程とを含んでおり、表面処理工程のスパッタリング条件と、薄膜形成工程のスパッタリング条件とは、予め、制御装置４０に記憶させておき、先ず、表面処理工程を開始し、制御装置４０からガス導入系４２に信号が出力され、ガス導入系４２が、真空槽２１の内部に供給するスパッタリングガスの流量と酸化ガスの流量とを制御して、設定された圧力で、設定された酸化ガス割合のスパッタリング雰囲気を真空槽２１の内部に形成する。

スパッタリングガスは、ここではアルゴンガスであり、酸化ガスは、ここでは酸素ガスであるが、酸化ガスにはオゾンガスを用いることができる。また、スパッタリングガスにはアルゴン以外の希ガスも用いることができる。

ここでは表面処理工程を開始する前に、金属ターゲット３２は絶縁性金属酸化物薄膜に近い酸素含有量の金属酸化物薄膜で覆われており、真空槽２１の内部には、酸化ガス割合がゼロのスパッタリング雰囲気が形成され、表面処理工程では、金属ターゲット３２は、シャッタ３７が閉じられた閉状態で、記憶された表面処理工程のスパッタリング条件でスパッタリングされる。

このスパッタリングにより、金属ターゲット３２表面の金属酸化物薄膜の酸素含有率が低下され、金属ターゲット３２の表面が、抵抗性金属酸化物薄膜で覆われると、表面処理工程が終了し、薄膜形成工程に移行する。

薄膜形成工程では、真空槽２１内にスパッタリングガスと酸化ガスを導入し、所定の酸化ガス割合のスパッタリング雰囲気を形成し、薄膜形成工程のスパッタ条件で表面が抵抗性金属酸化物薄膜で覆われた金属ターゲット３２のスパッタリングを開始し、シャッタ３７を開けて開状態にしてスパッタリング粒子を、基板ステージ２４上に配置された処理対象基板１０の電磁波吸収薄膜１２の表面に到達させる。

薄膜形成工程では、酸化ガス割合は、表面処理工程よりも大きくされており、酸化ガス割合の値は、抵抗性金属酸化物薄膜を形成できる値にされている。そのスパッタリング雰囲気中で金属ターゲット３２がスパッタリングされると、電磁波吸収薄膜１２の表面には抵抗性金属酸化物薄膜が成長する。

図３(ｂ)の符号１３は、薄膜形成工程での抵抗性金属酸化物薄膜の成長の初期に形成された初期薄膜を示している。
この初期薄膜１３は、表面が抵抗性金属酸化物薄膜で覆われた金属ターゲット３２のスパッタリングによって形成されているから、一部に金属が露出したり、一部に絶縁性酸化物薄膜が形成された金属ターゲット３２をスパッタリングする場合とは異なり、処理対象基板１０の表面には、面内の特性が均一な抵抗性金属酸化物薄膜が形成される。
薄膜形成工程では、初期薄膜１３の表面に、抵抗性金属酸化物薄膜を成長させ、初期薄膜１３よりも膜厚が厚い抵抗性金属酸化物薄膜から成る温度検出薄膜を形成する。

図３(ｃ)の符号１４は、温度検出薄膜を示している。
温度検出薄膜１４を所定膜厚形成すると、薄膜形成工程を終了させ、温度検出薄膜が形成された処理対象基板１０を真空雰囲気を維持しながら真空槽２１の外部に搬出させ、電磁波吸収薄膜１２が露出する処理対象基板１０を真空槽２１の内部に搬入する。

薄膜形成工程では、金属ターゲット３２の表面を覆う金属酸化物薄膜の酸素含有率は、スパッタリングの進行に連れて大きくなるから、金属ターゲット３２表面の金属酸化物薄膜の酸素含有量を低下させる必要がある。

従って、電磁波吸収薄膜１２が露出する処理対象基板１０を真空槽２１の内部に搬入すると、先ず、表面処理工程を行って、金属ターゲット３２の表面を抵抗性金属酸化物薄膜で覆った後、薄膜形成工程を行って、搬入した処理対象基板１０の電磁波吸収薄膜１２の表面に初期薄膜１３を形成する。

このように、処理対象基板１０の表面に抵抗性金属酸化物薄膜を形成する前に、表面処理工程によって金属ターゲット３２の金属酸化物薄膜の酸素含有量を減少させ、表面処理工程後の薄膜形成工程において、特性が均一な抵抗性金属酸化物薄膜から成る初期薄膜１３を形成する。

真空槽２１の外部に搬出された処理対象基板１０上には、ボロメータ素子が形成されており、赤外線などの電磁波が温度検出薄膜１４の表面に照射されると、電磁波は温度検出薄膜１４と初期薄膜１３とを透過して電磁波吸収薄膜１２に到達し、電磁波吸収薄膜１２で吸収され、電磁波吸収薄膜１２と、初期薄膜１３と、温度検出薄膜１４とが昇温される。
温度検出薄膜１４は、温度変化に比例して抵抗値が変化するから、抵抗値の変化量を検出することで、電磁波の変化量を検出できるようになっている。

初期薄膜１３は、電磁波吸収薄膜１２の表面に密着して形成されており、温度検出薄膜１４は初期薄膜１３の表面に成長したため、温度検出薄膜１４は、その下方に位置する初期薄膜１３の部分と同じ特性を有するようになり、従って、温度検出薄膜１４の特性は、初期薄膜１３と同様に、面内で均一であり、一枚の処理対象基板１０上に微細なボロメータ素子を形成したときには、各ボロメータ素子の特性は等しくなっており、複数のボロメータ素子で構成する赤外線センサは高性能になる。

本発明に用いることができる成膜装置の一例 スパッタリングを開始するときの成膜装置を説明するための図 (ａ)〜(ｃ)：本発明の製造工程を説明するための図 酸化ガス割合を増加させたときと減少させたときのスパッタリング電圧の相違を説明するためのグラフ 酸化ガス分圧と薄膜形成速度の関係を説明するためのグラフ 酸化ガス分圧とシート抵抗の関係を、スパッタリングの時間毎に示すグラフ 複数の測定基板の表面に形成したシート抵抗とシート抵抗のバラツキを説明するためのグラフ

１０……処理対象基板
１２……電磁波吸収薄膜
１３……初期薄膜
１４……温度検出薄膜
２１……真空槽

Claims (7)

1. バナジウムの酸化物、ニオブの酸化物、又はタンタルの酸化物のいずれか一種以上の金属酸化物から成り、導電性を有し、抵抗値の測定が可能な抵抗性金属酸化物薄膜を、金属バナジウム、金属ニオブ、又は金属タンタルのいずれか一種以上の金属から成る金属ターゲットを、酸化ガスを含有するスパッタリング雰囲気中でスパッタリングして形成する酸化膜形成方法であって、
   前記酸化ガスを所定の値の酸化ガス割合で含有するスパッタリング雰囲気中で一の前記金属ターゲットをスパッタリングする薄膜形成工程によって、一の前記金属ターゲットと対面する一の処理対象基板上に、前記抵抗性金属酸化物薄膜を成長させた後、
   前記酸化ガス割合の値を前記薄膜形成工程よりも減少させたスパッタリング雰囲気中で、前記処理対象基板上には薄膜を成長させずに、前記金属ターゲットを所定時間スパッタリングするターゲット表面処理工程を行い、
   次いで、前記ターゲット表面処理工程よりも前記酸化ガス割合の値を増加させ、前記薄膜形成工程によって、他の前記処理対象基板上に前記抵抗性金属酸化物薄膜を成長させる酸化膜形成方法。
2. 前記ターゲット表面処理工程では、前記酸化ガス割合を、前記金属ターゲットをスパッタリングしたときに、金属薄膜が形成される値にする請求項１記載の酸化膜形成方法。
3. 前記ターゲット表面処理工程では、前記酸化ガス割合の値をゼロにする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の酸化膜形成方法。
4. バナジウムの酸化物、ニオブの酸化物、又はタンタルの酸化物のいずれか一種以上の金属酸化物から成り、導電性を有し、抵抗値の測定が可能な抵抗性金属酸化物薄膜から成る温度検出薄膜を、金属バナジウム、金属ニオブ、又は金属タンタルのいずれか一種以上の金属から成る金属ターゲットを、酸化ガスを含有するスパッタリング雰囲気中でスパッタリングし、複数の処理対象基板上に前記抵抗性金属酸化物薄膜から成る温度検出薄膜を形成し、ボロメータ素子を製造するボロメータ素子製造方法であって、
   前記酸化ガスを所定の値の酸化ガス割合で含有するスパッタリング雰囲気中で一の前記金属ターゲットをスパッタリングする薄膜形成工程によって、一の前記金属ターゲットと対面する一の前記処理対象基板上に、前記抵抗性金属酸化物薄膜を成長させた後、
   前記酸化ガス割合の値を前記薄膜形成工程よりも減少させたスパッタリング雰囲気中で、前記処理対象基板上には薄膜を成長させずに、前記金属ターゲットを所定時間スパッタリングするターゲット表面処理工程を行い、
   次いで、前記ターゲット表面処理工程よりも前記酸化ガス割合の値を増加させ、前記薄膜形成工程によって、他の前記処理対象基板上に前記抵抗性金属酸化物薄膜を成長させるボロメータ素子製造方法。
5. 前記ターゲット表面処理工程では、前記酸化ガス割合を、前記金属ターゲットをスパッタリングしたときに、金属薄膜が形成される値にする請求項４記載のボロメータ素子製造方法。
6. 前記ターゲット表面処理工程では、前記酸化ガス割合の値をゼロにする請求項４又は請求項５のいずれか１項記載のボロメータ素子製造方法。
7. 前記処理対象基板の表面に、ＳｉＮ薄膜から成る電磁波吸収薄膜を形成しておき、
   前記抵抗性金属酸化物薄膜は、前記電磁波吸収薄膜の表面に成長させる請求項４乃至請求項６のいずれか１項記載のボロメータ素子製造方法。

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