JP2978653B2 - 半導体薄膜サーミスタおよび赤外線検出素子 - Google Patents
半導体薄膜サーミスタおよび赤外線検出素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、温度の変化によって
抵抗値が変化する抵抗体を有するサーミスタおよびこれ
を用いた赤外線検出素子に関し、さらに詳しくは抵抗体
としてアモルファス半導体薄膜を用いたサーミスタおよ
びこの半導体薄膜サーミスタを検出部に用いた赤外線検
出素子に関するものである。
抵抗値が変化する抵抗体を有するサーミスタおよびこれ
を用いた赤外線検出素子に関し、さらに詳しくは抵抗体
としてアモルファス半導体薄膜を用いたサーミスタおよ
びこの半導体薄膜サーミスタを検出部に用いた赤外線検
出素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】サーミスタの抵抗体としてアモルファス
半導体薄膜を用いた感温装置が、特開昭５８−１７００
０１号公報で提案されている。この公報に開示されてい
る半導体薄膜サーミスタは、 低温で形成できるか
ら、半導体薄膜中に歪みやクラックが発生しにくい、
温度による抵抗変化率、導電率が共に大きい高感度な
感温装置を構成できる、 フォトエッチング技術等に
代表される微細加工技術により、超小型の感温装置を構
成でき、そのため、特に、結晶半導体をサーミスタの抵
抗体として用いたものより低ノイズの赤外線検出素子を
提供できる、等の多くの利点を有する。
半導体薄膜を用いた感温装置が、特開昭５８−１７００
０１号公報で提案されている。この公報に開示されてい
る半導体薄膜サーミスタは、 低温で形成できるか
ら、半導体薄膜中に歪みやクラックが発生しにくい、
温度による抵抗変化率、導電率が共に大きい高感度な
感温装置を構成できる、 フォトエッチング技術等に
代表される微細加工技術により、超小型の感温装置を構
成でき、そのため、特に、結晶半導体をサーミスタの抵
抗体として用いたものより低ノイズの赤外線検出素子を
提供できる、等の多くの利点を有する。
【０００３】しかしながら、昨今、温度による抵抗変化
率が非常に大きなサーミスタが求められており、このよ
うな要求を満たすためには５％／°Ｃ（サーミスタ定
数、いわゆる、Ｂ定数が５０００）以上の抵抗変化率を
もつサーミスタの実現が必要であると考えられる。とこ
ろが、上記公報記載のｐ型およびｎ型アモルファスシリ
コン（Ｓｉ）薄膜を用いたサーミスタでは、このような
高い抵抗変化率を実現することは容易ではない。また、
抵抗変化率を容易にかつ広範囲に制御することも困難で
ある。
率が非常に大きなサーミスタが求められており、このよ
うな要求を満たすためには５％／°Ｃ（サーミスタ定
数、いわゆる、Ｂ定数が５０００）以上の抵抗変化率を
もつサーミスタの実現が必要であると考えられる。とこ
ろが、上記公報記載のｐ型およびｎ型アモルファスシリ
コン（Ｓｉ）薄膜を用いたサーミスタでは、このような
高い抵抗変化率を実現することは容易ではない。また、
抵抗変化率を容易にかつ広範囲に制御することも困難で
ある。
【０００４】この点を解決するものとして、特開昭６１
−３０７３０号（特願昭５９−１５３５８６号）公報の
光センサには、アモルファスシリコンカーバイト（Ｓｉ
Ｃ）からなる半導体薄膜を用いたサーミスタが開示され
ている。上記アモルファスＳｉ半導体薄膜がＳｉなる単
一元素に必要に応じドーピングしてなるものであるのに
対し、このアモルファスＳｉＣ半導体薄膜は、ＳｉＣな
る合金に必要に応じドーピングしてなるものであり、高
い抵抗変化率を実現できる。
−３０７３０号（特願昭５９−１５３５８６号）公報の
光センサには、アモルファスシリコンカーバイト（Ｓｉ
Ｃ）からなる半導体薄膜を用いたサーミスタが開示され
ている。上記アモルファスＳｉ半導体薄膜がＳｉなる単
一元素に必要に応じドーピングしてなるものであるのに
対し、このアモルファスＳｉＣ半導体薄膜は、ＳｉＣな
る合金に必要に応じドーピングしてなるものであり、高
い抵抗変化率を実現できる。
【０００５】しかし、このアモルファス合金半導体薄膜
は、前記アモルファス単一元素半導体薄膜の場合に比べ
て、金属電極との間に良好なオーミック特性を得るのが
難しかった。すなわち、抵抗体としてアモルファス合金
半導体薄膜を用いたサーミスタは、半導体薄膜と金属電
極との間のコンタクト性に問題があった。そこで、この
発明にかかる出願人は、この問題を解決するために、ア
モルファス合金半導体薄膜と金属電極の間にアモルファ
ス単一元素半導体薄膜を設けるようにした。図１７〜図
２２に示すものが、これらアモルファスシリコン合金薄
膜とアモルファスシリコン薄膜を用いて薄膜抵抗体を構
成し、比較的高濃度にドーピングしても高いＢ定数を有
し、しかも、半導体薄膜と金属電極との間のコンタクト
性を改善した半導体薄膜サーミスタである。図１７、図
１８のサーミスタでは、アモルファスシリコン合金薄膜
３１上にドープされたアモルファスシリコン薄膜３２、
引き出し電極３３ａ，３３ｂが形成されている。図１
９、図２０のサーミスタでは、引き出し電極３３ａ，３
３ｂ、ドープされたアモルファスシリコン薄膜３２上に
アモルファスシリコン合金薄膜３１が形成されている。
図２１、図２２のサーミスタでは、絶縁基板３０上に引
き出し電極３３ｃ、ドープされたアモルファスシリコン
薄膜３２ａ、アモルファスシリコン合金薄膜３１、ドー
プされたアモルファスシリコン薄膜３２ｂ、引き出し電
極３３ｄが順次形成されている。
は、前記アモルファス単一元素半導体薄膜の場合に比べ
て、金属電極との間に良好なオーミック特性を得るのが
難しかった。すなわち、抵抗体としてアモルファス合金
半導体薄膜を用いたサーミスタは、半導体薄膜と金属電
極との間のコンタクト性に問題があった。そこで、この
発明にかかる出願人は、この問題を解決するために、ア
モルファス合金半導体薄膜と金属電極の間にアモルファ
ス単一元素半導体薄膜を設けるようにした。図１７〜図
２２に示すものが、これらアモルファスシリコン合金薄
膜とアモルファスシリコン薄膜を用いて薄膜抵抗体を構
成し、比較的高濃度にドーピングしても高いＢ定数を有
し、しかも、半導体薄膜と金属電極との間のコンタクト
性を改善した半導体薄膜サーミスタである。図１７、図
１８のサーミスタでは、アモルファスシリコン合金薄膜
３１上にドープされたアモルファスシリコン薄膜３２、
引き出し電極３３ａ，３３ｂが形成されている。図１
９、図２０のサーミスタでは、引き出し電極３３ａ，３
３ｂ、ドープされたアモルファスシリコン薄膜３２上に
アモルファスシリコン合金薄膜３１が形成されている。
図２１、図２２のサーミスタでは、絶縁基板３０上に引
き出し電極３３ｃ、ドープされたアモルファスシリコン
薄膜３２ａ、アモルファスシリコン合金薄膜３１、ドー
プされたアモルファスシリコン薄膜３２ｂ、引き出し電
極３３ｄが順次形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような構成にすれ
ば、上記コンタクト性の問題が大幅に解消される。しか
し、なお、アモルファス合金半導体薄膜とアモルファス
単一元素半導体薄膜の間に、コンタクト性で改善しなけ
ればならない点が残った。すなわち、このような構成の
半導体薄膜サーミスタでは、アモルファスシリコン合金
薄膜がアモルファスシリコンカーバイト（ａ−ＳｉＣ）
薄膜の場合、ホスフィン（ＰＨ 3）をドーピングガスと
して使用したｎ型のａ−ＳｉＣと、ジボラン（Ｂ
2Ｈ 6）をドービングガスとして使用したｐ型のそれと
を比較した時、図１２に示すように、ｎ型のａ−ＳｉＣ
ではドープ量を低濃度にした時に始めてＢ定数が高くな
ってくるのに対し、ｐ型のａ−ＳｉＣでは不純物濃度に
よって、Ｂ定数を変化させることができ、大きなＢ定数
を得ることも可能である。したがって、サーミスタの特
性としてはｐ型の方がよい。しかし、ｐ型のａ−ＳｉＣ
薄膜とｐ型のａ−Ｓｉ薄膜からなる薄膜抵抗体では、金
属電極とのコンタクト（接触）性が悪く、良好なオーミ
ック特性を得るのが難しい。特に、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄
膜の場合、電極として用いている、例えば、Ｃｒ、Ａ
ｌ、Ｔｉ等の金属に対して、オーミック性を得にくい。
また、ｐ型のａ−Ｓｉが金属に対してもｎ型のａ−Ｓｉ
のような良好なオーミック性を得ることはできないので
ある。
ば、上記コンタクト性の問題が大幅に解消される。しか
し、なお、アモルファス合金半導体薄膜とアモルファス
単一元素半導体薄膜の間に、コンタクト性で改善しなけ
ればならない点が残った。すなわち、このような構成の
半導体薄膜サーミスタでは、アモルファスシリコン合金
薄膜がアモルファスシリコンカーバイト（ａ−ＳｉＣ）
薄膜の場合、ホスフィン（ＰＨ 3）をドーピングガスと
して使用したｎ型のａ−ＳｉＣと、ジボラン（Ｂ
2Ｈ 6）をドービングガスとして使用したｐ型のそれと
を比較した時、図１２に示すように、ｎ型のａ−ＳｉＣ
ではドープ量を低濃度にした時に始めてＢ定数が高くな
ってくるのに対し、ｐ型のａ−ＳｉＣでは不純物濃度に
よって、Ｂ定数を変化させることができ、大きなＢ定数
を得ることも可能である。したがって、サーミスタの特
性としてはｐ型の方がよい。しかし、ｐ型のａ−ＳｉＣ
薄膜とｐ型のａ−Ｓｉ薄膜からなる薄膜抵抗体では、金
属電極とのコンタクト（接触）性が悪く、良好なオーミ
ック特性を得るのが難しい。特に、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄
膜の場合、電極として用いている、例えば、Ｃｒ、Ａ
ｌ、Ｔｉ等の金属に対して、オーミック性を得にくい。
また、ｐ型のａ−Ｓｉが金属に対してもｎ型のａ−Ｓｉ
のような良好なオーミック性を得ることはできないので
ある。
【０００７】この発明は、上記事情に鑑みて、アモルフ
ァス合金半導体薄膜が高い抵抗変化率を維持できるとも
に、金属電極との間にコンタクト性を持つ半導体薄膜サ
ーミスタを提供すること、さらには、この半導体薄膜サ
ーミスタを検出部に用いて、低ノイズ・高感度な赤外線
検出素子を提供することを課題とする。
ァス合金半導体薄膜が高い抵抗変化率を維持できるとも
に、金属電極との間にコンタクト性を持つ半導体薄膜サ
ーミスタを提供すること、さらには、この半導体薄膜サ
ーミスタを検出部に用いて、低ノイズ・高感度な赤外線
検出素子を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明にかかる半導体薄膜サーミスタは、温度の
変化によって抵抗値が変化する抵抗体が半導体薄膜で形
成されており、この半導体薄膜にそれぞれ接するように
して一対の金属電極が設けられている半導体薄膜サーミ
スタにおいて、前記半導体薄膜が、前記一対の金属電極
と非接触に配置されたアモルファス合金半導体薄膜と、
このアモルファス合金半導体薄膜と前記一対の金属電極
の間に配置された単一元素半導体薄膜とからなり、か
つ、前記単一元素半導体薄膜が前記アモルファス合金半
導体薄膜側に形成されたアモルファス合金半導体薄膜と
同一導電型の層と前記金属電極側に形成されたアモルフ
ァス合金半導体薄膜とは逆導電型の層からなっているこ
とを特徴とする。
に、この発明にかかる半導体薄膜サーミスタは、温度の
変化によって抵抗値が変化する抵抗体が半導体薄膜で形
成されており、この半導体薄膜にそれぞれ接するように
して一対の金属電極が設けられている半導体薄膜サーミ
スタにおいて、前記半導体薄膜が、前記一対の金属電極
と非接触に配置されたアモルファス合金半導体薄膜と、
このアモルファス合金半導体薄膜と前記一対の金属電極
の間に配置された単一元素半導体薄膜とからなり、か
つ、前記単一元素半導体薄膜が前記アモルファス合金半
導体薄膜側に形成されたアモルファス合金半導体薄膜と
同一導電型の層と前記金属電極側に形成されたアモルフ
ァス合金半導体薄膜とは逆導電型の層からなっているこ
とを特徴とする。
【０００９】この発明にかかる半導体薄膜サーミスタに
は、図１および図２にふたつの基本的形態がある。この
発明の半導体薄膜サーミスタの第１の形態は、図１に示
すように、絶縁基板１０上に（金属基板上でも可能）、
金属電極２ａ、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｃ、ｐ型のａ−
Ｓｉ薄膜１２ａ、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜１１、ｐ型のａ
−Ｓｉ薄膜１２ｂ、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｄ、金属電
極２ｂが順に形成されていて、薄膜抵抗体１がｐ型のａ
−ＳｉＣ薄膜１１、ａ−Ｓｉ薄膜１２ａ〜１２ｄからな
り、特に、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｃ，１２ｄが金属電
極２ａ，２ｂに直にコンタクトしている。
は、図１および図２にふたつの基本的形態がある。この
発明の半導体薄膜サーミスタの第１の形態は、図１に示
すように、絶縁基板１０上に（金属基板上でも可能）、
金属電極２ａ、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｃ、ｐ型のａ−
Ｓｉ薄膜１２ａ、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜１１、ｐ型のａ
−Ｓｉ薄膜１２ｂ、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｄ、金属電
極２ｂが順に形成されていて、薄膜抵抗体１がｐ型のａ
−ＳｉＣ薄膜１１、ａ−Ｓｉ薄膜１２ａ〜１２ｄからな
り、特に、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｃ，１２ｄが金属電
極２ａ，２ｂに直にコンタクトしている。
【００１０】第２の形態は、図２に示すように、絶縁基
板１０上に（金属基板上でも可能）、金属電極２ａ、ｎ
型の微結晶シリコン薄膜１４ａ、ｐ型のａ−Ｓｉ薄膜１
２ａ、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜１１、ｐ型のａ−Ｓｉ薄膜
１２ｂ、ｎ型の微結晶シリコン薄膜１４ｂ、金属電極２
ｂの順に形成されていて、薄膜抵抗体１がｐ型のａ−Ｓ
ｉＣ薄膜１１、Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４
ｂからなり、特に、ｎ型の微結晶シリコン薄膜１４ａ，
１４ｂが金属電極２ａ，２ｂに直にコンタクトしてい
る。
板１０上に（金属基板上でも可能）、金属電極２ａ、ｎ
型の微結晶シリコン薄膜１４ａ、ｐ型のａ−Ｓｉ薄膜１
２ａ、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜１１、ｐ型のａ−Ｓｉ薄膜
１２ｂ、ｎ型の微結晶シリコン薄膜１４ｂ、金属電極２
ｂの順に形成されていて、薄膜抵抗体１がｐ型のａ−Ｓ
ｉＣ薄膜１１、Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４
ｂからなり、特に、ｎ型の微結晶シリコン薄膜１４ａ，
１４ｂが金属電極２ａ，２ｂに直にコンタクトしてい
る。
【００１１】すなわち、この発明では、図２２の半導体
薄膜サーミスタとは異なり、図１、図２に示すように、
薄膜抵抗体１のｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂと金属
電極２ａ，２ｂ間に、薄膜抵抗体１と金属電極２ａ，２
ｂのコンタクト層として、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｃ，
１２ｄまたはｎ型の微結晶シリコン薄膜１４ａ，１４ｂ
を設けるようにしたものである。
薄膜サーミスタとは異なり、図１、図２に示すように、
薄膜抵抗体１のｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂと金属
電極２ａ，２ｂ間に、薄膜抵抗体１と金属電極２ａ，２
ｂのコンタクト層として、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｃ，
１２ｄまたはｎ型の微結晶シリコン薄膜１４ａ，１４ｂ
を設けるようにしたものである。
【００１２】この発明にかかる赤外線検出素子は、図３
にみるように、一部が貫通または削りとられた基板１５
と、この貫通または削りとられた部分に跨がって形成さ
れた熱絶縁膜６と、この熱絶縁膜上に配置された赤外線
吸収膜７および半導体薄膜サーミスタからなる薄型の赤
外線検出部とを備えた赤外線検出素子において、前記半
導体薄膜サーミスタとして前記この発明の半導体薄膜サ
ーミスタが用いられていることを特徴とする。すなわ
ち、図１や図２の基本形態を例にとれば、その半導体薄
膜サーミスタは、図３に示すように、薄膜抵抗体（半導
体薄膜）１とこの半導体薄膜１にそれぞれ接するように
して設けられている一対の金属電極２ａ，２ｂとからな
る。
にみるように、一部が貫通または削りとられた基板１５
と、この貫通または削りとられた部分に跨がって形成さ
れた熱絶縁膜６と、この熱絶縁膜上に配置された赤外線
吸収膜７および半導体薄膜サーミスタからなる薄型の赤
外線検出部とを備えた赤外線検出素子において、前記半
導体薄膜サーミスタとして前記この発明の半導体薄膜サ
ーミスタが用いられていることを特徴とする。すなわ
ち、図１や図２の基本形態を例にとれば、その半導体薄
膜サーミスタは、図３に示すように、薄膜抵抗体（半導
体薄膜）１とこの半導体薄膜１にそれぞれ接するように
して設けられている一対の金属電極２ａ，２ｂとからな
る。
【００１３】この発明の半導体薄膜サーミスタにおける
低抗体は、温度の変化によって低抗値が変化し、これを
電気信号として取り出せるようになっている。この発明
におけるアモルファス合金半導体薄膜を構成する合金
は、例えば、アモルファス材料として多用されるアモル
ファスシリコン（ａ−Ｓｉ）について言えば、シリコン
と、炭素（Ｃ）等のシリコン以外の４族系元素および／
または窒素（Ｎ）等の５族系元素との合金が挙げられ
る。つまり、Ｓｉ等の半合金とＣ，Ｎ，Ｏ等の非合金が
挙げられる。より具体的には、ａ−ＳｉＣ（アモルファ
スシリコンカーバイト）、ａ−ＳｉＮ（アモルファス窒
化シリコン）等のアモルファス合金半導体を指す。ま
た、プラズマＣＶＤ法により形成された酸化シリコン
（ＳｉＯ）薄膜、窒素を含む酸化シリコン（ＳｉＯＮ）
薄膜あるいは窒化シリコン（ＳｉＮ）薄膜等の合金薄膜
も非晶質（アモルファス）の状態にあり、化学量論的な
規制をあまり強く受けないことから、アモルファス合金
半導体薄膜の材料として挙げられる。
低抗体は、温度の変化によって低抗値が変化し、これを
電気信号として取り出せるようになっている。この発明
におけるアモルファス合金半導体薄膜を構成する合金
は、例えば、アモルファス材料として多用されるアモル
ファスシリコン（ａ−Ｓｉ）について言えば、シリコン
と、炭素（Ｃ）等のシリコン以外の４族系元素および／
または窒素（Ｎ）等の５族系元素との合金が挙げられ
る。つまり、Ｓｉ等の半合金とＣ，Ｎ，Ｏ等の非合金が
挙げられる。より具体的には、ａ−ＳｉＣ（アモルファ
スシリコンカーバイト）、ａ−ＳｉＮ（アモルファス窒
化シリコン）等のアモルファス合金半導体を指す。ま
た、プラズマＣＶＤ法により形成された酸化シリコン
（ＳｉＯ）薄膜、窒素を含む酸化シリコン（ＳｉＯＮ）
薄膜あるいは窒化シリコン（ＳｉＮ）薄膜等の合金薄膜
も非晶質（アモルファス）の状態にあり、化学量論的な
規制をあまり強く受けないことから、アモルファス合金
半導体薄膜の材料として挙げられる。
【００１４】このアモルファス合金半導体は、ボロン
（Ｂ）、燐（Ｐ）等の不純物（ドーパント）により、薄
膜の膜特性の制御あるいは再現性を容易に維持できる程
度の濃度になるよう、それぞれ、単一元素に対するドー
ピング不純物濃度が１０-4以上のドーピングレベルで比
較的高濃度にドーピングされているのが望ましい。この
アモルファス合金半導体薄膜の製造方法について述べれ
ば、例えば、ｐ型ａ−ＳｉＣ薄膜は、ＣＨ4，ＳｉＨ4ガ
スを用いる容量結合型のプラズマＣＶＤ法によって形成
される。形成条件として、用いるガスについては、ＣＨ
4／ＳｉＨ4比が０．１〜１０の範囲、Ｂ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ
4 百分比が０．０１〜２％の範囲程度が好ましい。ＣＨ
4／ＳｉＨ4比が０．１より小さければ、単一元素１導体
薄膜とあまりかわらないアモルファス合金半導体薄膜が
構成されることになり、また、Ｂ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ4 百分
比が０．０１％より小さければ、薄膜の膜特性の制御あ
るいは再現性の維持が難しくなる傾向があるからであ
り、他方、ＣＨ4／ＳｉＨ4比が１０を超えれば半導体性
が薄れ、Ｂ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ4 百分比が２％を超えれば抵
抗変化率の向上が余り望めなくなる傾向があるからであ
る。
（Ｂ）、燐（Ｐ）等の不純物（ドーパント）により、薄
膜の膜特性の制御あるいは再現性を容易に維持できる程
度の濃度になるよう、それぞれ、単一元素に対するドー
ピング不純物濃度が１０-4以上のドーピングレベルで比
較的高濃度にドーピングされているのが望ましい。この
アモルファス合金半導体薄膜の製造方法について述べれ
ば、例えば、ｐ型ａ−ＳｉＣ薄膜は、ＣＨ4，ＳｉＨ4ガ
スを用いる容量結合型のプラズマＣＶＤ法によって形成
される。形成条件として、用いるガスについては、ＣＨ
4／ＳｉＨ4比が０．１〜１０の範囲、Ｂ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ
4 百分比が０．０１〜２％の範囲程度が好ましい。ＣＨ
4／ＳｉＨ4比が０．１より小さければ、単一元素１導体
薄膜とあまりかわらないアモルファス合金半導体薄膜が
構成されることになり、また、Ｂ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ4 百分
比が０．０１％より小さければ、薄膜の膜特性の制御あ
るいは再現性の維持が難しくなる傾向があるからであ
り、他方、ＣＨ4／ＳｉＨ4比が１０を超えれば半導体性
が薄れ、Ｂ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ4 百分比が２％を超えれば抵
抗変化率の向上が余り望めなくなる傾向があるからであ
る。
【００１５】その他の製造条件としては、例えば、ガス
圧；０．０１〜１０Torr、放電パワ−；１０W 〜１５０
W 、基板温度；１００℃〜３００℃が好ましい。ａ−Ｓ
ｉＣ等の合金薄膜の膜厚は、数百Åから数ミクロンの薄
膜にまで変化させられる。具体的に、１ＭΩ程度の抵抗
値を実現するには、ＣＨ4／ＳｉＨ4：４、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｓ
ｉＨ4 ：０．２５％の薄膜を１ミクロン程度積層すれば
よい。
圧；０．０１〜１０Torr、放電パワ−；１０W 〜１５０
W 、基板温度；１００℃〜３００℃が好ましい。ａ−Ｓ
ｉＣ等の合金薄膜の膜厚は、数百Åから数ミクロンの薄
膜にまで変化させられる。具体的に、１ＭΩ程度の抵抗
値を実現するには、ＣＨ4／ＳｉＨ4：４、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｓ
ｉＨ4 ：０．２５％の薄膜を１ミクロン程度積層すれば
よい。
【００１６】この発明における単一元素半導体薄膜は、
特にその材質の限定はないが、アモルファス合金半導体
薄膜よりもバンドギャップ（禁制帯巾）の小さいアモル
ファス半導体で形成されているのが好ましい。ここで、
バンドギャップとは、単一元素半導体薄膜やアモルファ
ス合金半導体薄膜のバンド図（図１０、図１１参照）に
示されているように、価電子帯ＥVと伝導帯Ｅcの間に存
在する禁制帯Ｅgの巾を意味し、単一元素半導体薄膜を
構成する単一元素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）等との合金化に
より形成されるアモルファス合金半導体薄膜では、単一
元素半導体薄膜より禁制帯巾（バンドギャップ）が大き
くなっているのである。
特にその材質の限定はないが、アモルファス合金半導体
薄膜よりもバンドギャップ（禁制帯巾）の小さいアモル
ファス半導体で形成されているのが好ましい。ここで、
バンドギャップとは、単一元素半導体薄膜やアモルファ
ス合金半導体薄膜のバンド図（図１０、図１１参照）に
示されているように、価電子帯ＥVと伝導帯Ｅcの間に存
在する禁制帯Ｅgの巾を意味し、単一元素半導体薄膜を
構成する単一元素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）等との合金化に
より形成されるアモルファス合金半導体薄膜では、単一
元素半導体薄膜より禁制帯巾（バンドギャップ）が大き
くなっているのである。
【００１７】単一元素半導体薄膜は、アモルファスであ
ることには限られず、また、微結晶、多結晶、単結晶等
のいずれであっても良い。単一元素半導体薄膜の膜厚
は、その上限はアモルファス合金半導体薄膜のそれより
は小さいことが望ましい。一方、下限は下地の金属電極
によりリークが発生しない程度（通常１００Å以上）の
膜厚が好ましい。
ることには限られず、また、微結晶、多結晶、単結晶等
のいずれであっても良い。単一元素半導体薄膜の膜厚
は、その上限はアモルファス合金半導体薄膜のそれより
は小さいことが望ましい。一方、下限は下地の金属電極
によりリークが発生しない程度（通常１００Å以上）の
膜厚が好ましい。
【００１８】ａ−Ｓｉ薄膜等を含む単一元素半導体薄膜
は、ボロン（Ｂ）、燐（Ｐ）等の不純物（ドーパント）
によりド−ピングされているのが望ましく、このａ−Ｓ
ｉ薄膜等の単一元素薄膜のド−ピング量はａ−ＳｉＣ薄
膜等の合金薄膜のド−ピング量と同じであっても良く、
異なっていても良い。同じであると、半導体薄膜として
のド−ピング量の制御が容易となる。ｐ型ａ−ＳｉＣと
の組み合わせではプラズマＣＶＤ法によってボロン
（Ｂ）がＢ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ4 ：０．２５％添加されたｐ
型ａ−Ｓｉや、燐（Ｐ）がＰＨ3／ＳｉＨ4 ：１％添加
されたｎ型ａ−Ｓｉが用いられる。
は、ボロン（Ｂ）、燐（Ｐ）等の不純物（ドーパント）
によりド−ピングされているのが望ましく、このａ−Ｓ
ｉ薄膜等の単一元素薄膜のド−ピング量はａ−ＳｉＣ薄
膜等の合金薄膜のド−ピング量と同じであっても良く、
異なっていても良い。同じであると、半導体薄膜として
のド−ピング量の制御が容易となる。ｐ型ａ−ＳｉＣと
の組み合わせではプラズマＣＶＤ法によってボロン
（Ｂ）がＢ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ4 ：０．２５％添加されたｐ
型ａ−Ｓｉや、燐（Ｐ）がＰＨ3／ＳｉＨ4 ：１％添加
されたｎ型ａ−Ｓｉが用いられる。
【００１９】この発明では、単一元素半導体薄膜が前記
アモルファス合金半導体薄膜側に形成されたアモルファ
ス合金半導体薄膜と同一導電型の層と前記金属電極側に
形成されたアモルファス合金半導体薄膜とは逆導電型の
層からなっている。たとえば、単一元素半導体薄膜の第
１層と第２層がｐ型にドープされた非晶質シリコンとｎ
型にドープされた非晶質シリコンからなるのがその１例
であり、単一元素半導体薄膜の第１層がｐ型またはｎ型
にドープされた非晶質シリコンからなり、第２層がｎ型
またはｐ型にドープされた微結晶シリコンからなるのが
別の例である。
アモルファス合金半導体薄膜側に形成されたアモルファ
ス合金半導体薄膜と同一導電型の層と前記金属電極側に
形成されたアモルファス合金半導体薄膜とは逆導電型の
層からなっている。たとえば、単一元素半導体薄膜の第
１層と第２層がｐ型にドープされた非晶質シリコンとｎ
型にドープされた非晶質シリコンからなるのがその１例
であり、単一元素半導体薄膜の第１層がｐ型またはｎ型
にドープされた非晶質シリコンからなり、第２層がｎ型
またはｐ型にドープされた微結晶シリコンからなるのが
別の例である。
【００２０】この発明における一対の金属電極は、半導
体薄膜における抵抗変化分を検出するためのものであ
り、通常、クロム電極やニッケル−クロム電極が多用さ
れる。しかし、これらに限定されない。その形成条件
は、公知の条件を適用することができる。例えば、電子
ビーム蒸着法により形成することができる。この発明に
おける赤外線検出素子の基板としては、シリコン基板が
多用され、熱絶縁膜としてはシリコン酸化膜とシリコン
窒化膜が多層に形成された多層構造のものや、シリコン
酸化膜のみの単層構造であってもよい。また、赤外吸収
膜としては金黒や炭素等が通常使用されている。
体薄膜における抵抗変化分を検出するためのものであ
り、通常、クロム電極やニッケル−クロム電極が多用さ
れる。しかし、これらに限定されない。その形成条件
は、公知の条件を適用することができる。例えば、電子
ビーム蒸着法により形成することができる。この発明に
おける赤外線検出素子の基板としては、シリコン基板が
多用され、熱絶縁膜としてはシリコン酸化膜とシリコン
窒化膜が多層に形成された多層構造のものや、シリコン
酸化膜のみの単層構造であってもよい。また、赤外吸収
膜としては金黒や炭素等が通常使用されている。
【００２１】
【作用】 この発明において、半導体薄膜の主体とし
てアモルファス合金半導体薄膜を用いることにより、比
較的高濃度にドーピングしても高いＢ定数を有する半導
体薄膜サーミスタを実現できる機構について、以下に説
明する。まず、アモルファス半導体薄膜の抵抗の温度変
化機構について詳しく述べることにする。
てアモルファス合金半導体薄膜を用いることにより、比
較的高濃度にドーピングしても高いＢ定数を有する半導
体薄膜サーミスタを実現できる機構について、以下に説
明する。まず、アモルファス半導体薄膜の抵抗の温度変
化機構について詳しく述べることにする。
【００２２】アモルファス半導体薄膜の抵抗値は、特開
昭５８−１７０００１公報にも記載のごとくバンド型伝
導を示し、次式(1) で表される。 σ＝σ0 ｅｘｐ（−Ｅa ／ｋＴ） (1) ここで、Ｅa は活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数
である。式(1)で示されるように、アモルファス半導体
薄膜の抵抗は負の温度係数を持つ。式(1)を変形する
と、 σ＝σ0 ｅｘｐ｛−（Ｅa ／ｋ）・（１／Ｔ）｝ (2) となり、サーミスタ定数（Ｂ定数）と活性化エネルギー
Ｅa とは次式のような関係になる。
昭５８−１７０００１公報にも記載のごとくバンド型伝
導を示し、次式(1) で表される。 σ＝σ0 ｅｘｐ（−Ｅa ／ｋＴ） (1) ここで、Ｅa は活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数
である。式(1)で示されるように、アモルファス半導体
薄膜の抵抗は負の温度係数を持つ。式(1)を変形する
と、 σ＝σ0 ｅｘｐ｛−（Ｅa ／ｋ）・（１／Ｔ）｝ (2) となり、サーミスタ定数（Ｂ定数）と活性化エネルギー
Ｅa とは次式のような関係になる。
【００２３】 Ｂ＝（Ｅa ／ｋ） (3) 式(3)に示すように、Ｂ定数と活性化エネルギーＥa は
比例関係になる。このため、高いＢ定数を得るためには
活性化エネルギーＥa の大きな材料を使用しなければな
らない。ここで、特開昭５８−１７０００１公報に開示
されている単一元素半導体薄膜としてのｐ型およびｎ型
のアモルファスシリコンについて考えてみる。
比例関係になる。このため、高いＢ定数を得るためには
活性化エネルギーＥa の大きな材料を使用しなければな
らない。ここで、特開昭５８−１７０００１公報に開示
されている単一元素半導体薄膜としてのｐ型およびｎ型
のアモルファスシリコンについて考えてみる。
【００２４】図８、図９は、アモルファスシリコンの一
般的なドーピング特性を示したものであるが、図８およ
び図９にそれぞれ示すように、膜の導電率および活性化
エネルギーはボロン（Ｂ）、燐（Ｐ）の濃度により大き
く変化する。これらの変化は、１０-4以下のドーピング
レベルの低濃度領域においては非常に顕著であるが、そ
れ以上の中・高濃度領域においては導電率、活性化エネ
ルギーともにあまり変化しない。そのため、単一元素半
導体薄膜の場合には、高いＢ定数をもつサーミスタの実
現には低濃度にドーピングされたアモルファスシリコン
膜を使用しなければならない。ところが、このような低
濃度領域では、ドーピングに対して非常に敏感となるた
め、膜特性の制御あるいは再現性を得ることが非常に困
難であり、製造上の問題が発生する。このような低濃度
領域では、また、金属電極との接触部にショットキー障
壁等のバリヤ障壁が生じ、良好なオーミック特性を得る
ことが困難となる。このため、特開昭５８−１７０００
１公報記載の感温装置では１０-4以上（１００〜２５０
０ｐｐｍ）のドーピングレベルの比較的高濃度にドーピ
ングされたアモルファスシリコン薄膜が使用されている
のであり、このため、活性化エネルギーが大きくならず
高いＢ定数が得られないのである。
般的なドーピング特性を示したものであるが、図８およ
び図９にそれぞれ示すように、膜の導電率および活性化
エネルギーはボロン（Ｂ）、燐（Ｐ）の濃度により大き
く変化する。これらの変化は、１０-4以下のドーピング
レベルの低濃度領域においては非常に顕著であるが、そ
れ以上の中・高濃度領域においては導電率、活性化エネ
ルギーともにあまり変化しない。そのため、単一元素半
導体薄膜の場合には、高いＢ定数をもつサーミスタの実
現には低濃度にドーピングされたアモルファスシリコン
膜を使用しなければならない。ところが、このような低
濃度領域では、ドーピングに対して非常に敏感となるた
め、膜特性の制御あるいは再現性を得ることが非常に困
難であり、製造上の問題が発生する。このような低濃度
領域では、また、金属電極との接触部にショットキー障
壁等のバリヤ障壁が生じ、良好なオーミック特性を得る
ことが困難となる。このため、特開昭５８−１７０００
１公報記載の感温装置では１０-4以上（１００〜２５０
０ｐｐｍ）のドーピングレベルの比較的高濃度にドーピ
ングされたアモルファスシリコン薄膜が使用されている
のであり、このため、活性化エネルギーが大きくならず
高いＢ定数が得られないのである。
【００２５】図１０は、ボロン（Ｂ）によりｐ型にドー
ピングされた単一元素半導体薄膜としてのアモルファス
シリコンのバンド図を示している。比較的高濃度にドー
ピングされたアモルファスシリコンのフェルミレベルＥ
Fは価電子帯ＥVから０．２ｅＶ付近に位置し、Ｂ定数を
支配する活性化エネルギ−ＥaはフェルミレベルＥFと価
電子帯ＥV間のエネルギー差で表される。
ピングされた単一元素半導体薄膜としてのアモルファス
シリコンのバンド図を示している。比較的高濃度にドー
ピングされたアモルファスシリコンのフェルミレベルＥ
Fは価電子帯ＥVから０．２ｅＶ付近に位置し、Ｂ定数を
支配する活性化エネルギ−ＥaはフェルミレベルＥFと価
電子帯ＥV間のエネルギー差で表される。
【００２６】ここで、このような、比較的高濃度にドー
ピングされたアモルファスシリコン等の単一元素半導体
薄膜に、炭素（Ｃ）等の４族系元素および／または窒素
（Ｎ）等の５族系元素を加えて合金化すると、図１１に
みるようなバンド図を示す。すなわち、単一元素半導体
薄膜としてのアモルファス半導体に炭素（Ｃ）等の非金
属元素が加えられると禁制帯中の欠陥凖位が増加し、不
純物のドーピングに対してフェルミレベルＥFは敏感に
は変化しなくなる。さらに、単一元素と炭素（Ｃ）等と
の合金化により、このアモルファス合金半導体では、禁
制帯巾が増加し、相対的にフェルミレベルＥFと価電子
帯ＥVとの差、すなわち、活性化エネルギーＥa が大き
くなるのである。しかも、このアモルファス合金半導体
の活性化エネルギーＥaは、図９にみるように、単一元
素に対して合金化のために加えられる元素の量により自
由に変化させることができるのである。
ピングされたアモルファスシリコン等の単一元素半導体
薄膜に、炭素（Ｃ）等の４族系元素および／または窒素
（Ｎ）等の５族系元素を加えて合金化すると、図１１に
みるようなバンド図を示す。すなわち、単一元素半導体
薄膜としてのアモルファス半導体に炭素（Ｃ）等の非金
属元素が加えられると禁制帯中の欠陥凖位が増加し、不
純物のドーピングに対してフェルミレベルＥFは敏感に
は変化しなくなる。さらに、単一元素と炭素（Ｃ）等と
の合金化により、このアモルファス合金半導体では、禁
制帯巾が増加し、相対的にフェルミレベルＥFと価電子
帯ＥVとの差、すなわち、活性化エネルギーＥa が大き
くなるのである。しかも、このアモルファス合金半導体
の活性化エネルギーＥaは、図９にみるように、単一元
素に対して合金化のために加えられる元素の量により自
由に変化させることができるのである。
【００２７】要するに、この発明では、半導体薄膜とし
て、単一元素半導体薄膜を構成していた単一元素を合金
化したアモルファス合金半導体薄膜を用いるようにする
ことにより、１０-4以上のドーピングレベルで比較的高
濃度にドーピングして膜特性の制御あるいは再現性を容
易に維持しながら、活性化エネルギーＥaを大きくして
高いＢ定数を実現するようにしたのである。
て、単一元素半導体薄膜を構成していた単一元素を合金
化したアモルファス合金半導体薄膜を用いるようにする
ことにより、１０-4以上のドーピングレベルで比較的高
濃度にドーピングして膜特性の制御あるいは再現性を容
易に維持しながら、活性化エネルギーＥaを大きくして
高いＢ定数を実現するようにしたのである。
【００２８】 つぎに、この発明では、半導体薄膜と
金属電極間で良好なコンタクトを得ることができること
について説明する。この発明では、アモルファス合金半
導体薄膜（アモルファスＳｉＣ薄膜等）と金属電極間に
単一元素半導体薄膜を介在させ、オーミック性に問題の
あるアモルファス合金半導体薄膜をオーミック性の良い
単一元素半導体薄膜を介して金属電極に接触するように
したので、オーミック特性の低下を防ぐことができるよ
うになった。
金属電極間で良好なコンタクトを得ることができること
について説明する。この発明では、アモルファス合金半
導体薄膜（アモルファスＳｉＣ薄膜等）と金属電極間に
単一元素半導体薄膜を介在させ、オーミック性に問題の
あるアモルファス合金半導体薄膜をオーミック性の良い
単一元素半導体薄膜を介して金属電極に接触するように
したので、オーミック特性の低下を防ぐことができるよ
うになった。
【００２９】 この発明では、金属電極と薄膜抵抗体
とのコンタクトを十分にとるために、第１導電型のアモ
ルファス合金半導体薄膜の両側に設けられた一対の第１
導電型単一元素半導体薄膜（例えばｐ型のａ−Ｓｉ薄
膜）と金属電極の間に、第２導電型単一元素半導体薄膜
（例えばｎ型のａ−Ｓｉ薄膜）を配置して、これをコン
タクト層とするようにしている。この構成による、金属
電極−コンタクト層（ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜）間のオーミ
ック接触のバンド図を図１３に示す。
とのコンタクトを十分にとるために、第１導電型のアモ
ルファス合金半導体薄膜の両側に設けられた一対の第１
導電型単一元素半導体薄膜（例えばｐ型のａ−Ｓｉ薄
膜）と金属電極の間に、第２導電型単一元素半導体薄膜
（例えばｎ型のａ−Ｓｉ薄膜）を配置して、これをコン
タクト層とするようにしている。この構成による、金属
電極−コンタクト層（ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜）間のオーミ
ック接触のバンド図を図１３に示す。
【００３０】一般に、ｎ型の半導体薄膜は、電子伝導で
あってｐ型と比較して電子がトンネルで障壁を通り抜け
やすいため、ｐ型の半導体薄膜と比較してオーミック性
がよい。ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜の場合、局在準位を多数持
つため、トンネル効果で電子が障壁を通り抜けやすかっ
たり、障壁付近でキャリアの再結合が起こりやすいので
ある。そのため、良好なオーミック特性を示す。特に、
高濃度にドープされた場合は、さらに良好なオーミック
性を示す。
あってｐ型と比較して電子がトンネルで障壁を通り抜け
やすいため、ｐ型の半導体薄膜と比較してオーミック性
がよい。ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜の場合、局在準位を多数持
つため、トンネル効果で電子が障壁を通り抜けやすかっ
たり、障壁付近でキャリアの再結合が起こりやすいので
ある。そのため、良好なオーミック特性を示す。特に、
高濃度にドープされた場合は、さらに良好なオーミック
性を示す。
【００３１】また、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜は、薄膜抵抗体
を構成する第１導電型単一元素半導体薄膜のｐ型のａ−
Ｓｉ薄膜ともコンタクトがとれている。例えば、単結晶
シリコン薄膜の場合は、ｐ型とｎ型のシリコン薄膜の接
合はＰＮ接合になるが、ａ−Ｓｉの場合は、ｐ型または
ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜のどちらかが、低濃度にドープされ
ている場合を除いて、オーミック性を示す。特に、ｐ
型、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜ともに高濃度にドープされた場
合は良好なオーミック性を示す（図１４参照）。
を構成する第１導電型単一元素半導体薄膜のｐ型のａ−
Ｓｉ薄膜ともコンタクトがとれている。例えば、単結晶
シリコン薄膜の場合は、ｐ型とｎ型のシリコン薄膜の接
合はＰＮ接合になるが、ａ−Ｓｉの場合は、ｐ型または
ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜のどちらかが、低濃度にドープされ
ている場合を除いて、オーミック性を示す。特に、ｐ
型、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜ともに高濃度にドープされた場
合は良好なオーミック性を示す（図１４参照）。
【００３２】なお、ｐ型のａ−Ｓｉ薄膜とｎ型のａ−Ｓ
ｉ薄膜では、オーミック特性が得られることはタンデム
型の太陽電池の例ですでに知られている。次に、この発
明では、金属電極に直に面する層として、第１導電型単
一元素半導体薄膜の１つであるｐ型のａ−Ｓｉ薄膜に対
して、このａ−Ｓｉ薄膜層と金属電極の間に、例えば、
ｎ型の微結晶シリコン薄膜を用いるようにしている。こ
の場合も、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜を用いたのと同様に金属
電極と良好なオーミック性を示す。この際、ｎ型のａ−
Ｓｉ薄膜と比較して、局在準位が減少するが、フェルミ
レベルが伝導帯に接近し、障壁が減少する（図１５参
照）。
ｉ薄膜では、オーミック特性が得られることはタンデム
型の太陽電池の例ですでに知られている。次に、この発
明では、金属電極に直に面する層として、第１導電型単
一元素半導体薄膜の１つであるｐ型のａ−Ｓｉ薄膜に対
して、このａ−Ｓｉ薄膜層と金属電極の間に、例えば、
ｎ型の微結晶シリコン薄膜を用いるようにしている。こ
の場合も、ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜を用いたのと同様に金属
電極と良好なオーミック性を示す。この際、ｎ型のａ−
Ｓｉ薄膜と比較して、局在準位が減少するが、フェルミ
レベルが伝導帯に接近し、障壁が減少する（図１５参
照）。
【００３３】また、ｎ型の微結晶シリコン薄膜でも、ｎ
型のａ−Ｓｉ薄膜と同様に、薄膜抵抗体の第１導電型単
一元素半導体薄膜の両側に設けられた一対の第１導電型
単一元素半導体薄膜の１つであるｐ型のａ−Ｓｉ薄膜と
前述したようにオーミック特性を示すよう接合する（図
１６参照）。以上のように、この発明では、例えば、薄
膜抵抗体としてのｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜、ｐ型のａ−Ｓ
ｉ薄膜を用い、さらに、このｐ型のａ−Ｓｉ薄膜と金属
電極の間に、逆導電型のｎ型のａ−Ｓｉ薄膜またはｎ型
の微結晶シリコン薄膜を設けるようにしたので、薄膜抵
抗体と金属電極との接触（コンタクト）特性を改善で
き、オーミック性を向上させられる。
型のａ−Ｓｉ薄膜と同様に、薄膜抵抗体の第１導電型単
一元素半導体薄膜の両側に設けられた一対の第１導電型
単一元素半導体薄膜の１つであるｐ型のａ−Ｓｉ薄膜と
前述したようにオーミック特性を示すよう接合する（図
１６参照）。以上のように、この発明では、例えば、薄
膜抵抗体としてのｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜、ｐ型のａ−Ｓ
ｉ薄膜を用い、さらに、このｐ型のａ−Ｓｉ薄膜と金属
電極の間に、逆導電型のｎ型のａ−Ｓｉ薄膜またはｎ型
の微結晶シリコン薄膜を設けるようにしたので、薄膜抵
抗体と金属電極との接触（コンタクト）特性を改善で
き、オーミック性を向上させられる。
【００３４】なお、図１２にみるように、ａ−ＳｉＣ薄
膜は、ｐ型の場合、不純物濃度でＢ定数を変化させら
れ、大きなＢ定数を得ることが可能であるため、ｎ型よ
りもサーミスタとしての適性が大きい。
膜は、ｐ型の場合、不純物濃度でＢ定数を変化させら
れ、大きなＢ定数を得ることが可能であるため、ｎ型よ
りもサーミスタとしての適性が大きい。
【００３５】
【実施例】以下に、この発明にかかる実施例を図面を参
照しながら説明する。なお、この発明はそれによって限
定を受けるものではない。図４、図５はこの発明の第１
の実施例を示す。なお、図４では後述の保護膜２２は省
略してある。
照しながら説明する。なお、この発明はそれによって限
定を受けるものではない。図４、図５はこの発明の第１
の実施例を示す。なお、図４では後述の保護膜２２は省
略してある。
【００３６】この実施例の半導体薄膜サーミスタでは、
図４、図５において、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜１１の両側
にｐ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂが設けられ、さら
に、電極に直にコンタクトするｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２
ｃ，１２ｄがａ−Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂの両側に設け
られて薄膜抵抗体が構成されており、この薄膜抵抗体の
表面と裏面に分かれて引き出し電極２ａ，２ｂが接触し
ている。
図４、図５において、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜１１の両側
にｐ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂが設けられ、さら
に、電極に直にコンタクトするｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２
ｃ，１２ｄがａ−Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂの両側に設け
られて薄膜抵抗体が構成されており、この薄膜抵抗体の
表面と裏面に分かれて引き出し電極２ａ，２ｂが接触し
ている。
【００３７】また、絶縁基板１０は、Ｓｉウエハの表面
に熱酸化により、絶縁酸化膜を形成したものである。そ
して、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜１１、ｐ型のａ−Ｓｉ薄膜
１２ａ，１２ｂおよびｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｃ，１２
ｄからなる薄膜抵抗体端面に酸化シリコンからなる絶縁
膜２１が設けられている。さらに、引き出し電極２ｂと
絶縁膜２１の上には保護膜２２が設けられている。一
方、引き出し電極２ａ，２ｂでは、薄膜抵抗体の基部側
部分の上に、図４、図５に示すように、パッド２３、２
４がそれぞれ設けられている。
に熱酸化により、絶縁酸化膜を形成したものである。そ
して、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜１１、ｐ型のａ−Ｓｉ薄膜
１２ａ，１２ｂおよびｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｃ，１２
ｄからなる薄膜抵抗体端面に酸化シリコンからなる絶縁
膜２１が設けられている。さらに、引き出し電極２ｂと
絶縁膜２１の上には保護膜２２が設けられている。一
方、引き出し電極２ａ，２ｂでは、薄膜抵抗体の基部側
部分の上に、図４、図５に示すように、パッド２３、２
４がそれぞれ設けられている。
【００３８】以下に製造方法について説明する。図５に
おいて、まず、絶縁基板１０として、Ｓｉウエハの表面
を熱酸化して絶縁酸化膜を設けたものを準備する。そし
て、この絶縁基板１０の表面に電子ビーム蒸着法によ
り、クロム薄膜を形成し、微細加工でパターン化し引き
出し電極２ａを形成した。
おいて、まず、絶縁基板１０として、Ｓｉウエハの表面
を熱酸化して絶縁酸化膜を設けたものを準備する。そし
て、この絶縁基板１０の表面に電子ビーム蒸着法によ
り、クロム薄膜を形成し、微細加工でパターン化し引き
出し電極２ａを形成した。
【００３９】次いで、グロー放電分解法により、厚さ５
００Åのｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｃ、厚さ５００Åのｐ
型ａ−Ｓｉ薄膜１２ｂ、厚さ１００００Åのｐ型ａ−Ｓ
ｉＣ薄膜１１、厚さ３００Åのｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１２
ａ、厚さ５００Åのｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｄを連続積
層形成し、微細加工でパターン化した。ｎ型のａ−Ｓｉ
薄膜１２ｃ，１２ｄの成膜条件は、１．０モル％のホス
フィン（ＰＨ 3）を加えた水素希釈のモノシランを用
い、基板温度１８０°Ｃ、圧力０．９Ｔｏｒｒ、周波数
１３．５６ＭＨｚ、放電電力２０ｗとした。
００Åのｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｃ、厚さ５００Åのｐ
型ａ−Ｓｉ薄膜１２ｂ、厚さ１００００Åのｐ型ａ−Ｓ
ｉＣ薄膜１１、厚さ３００Åのｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１２
ａ、厚さ５００Åのｎ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ｄを連続積
層形成し、微細加工でパターン化した。ｎ型のａ−Ｓｉ
薄膜１２ｃ，１２ｄの成膜条件は、１．０モル％のホス
フィン（ＰＨ 3）を加えた水素希釈のモノシランを用
い、基板温度１８０°Ｃ、圧力０．９Ｔｏｒｒ、周波数
１３．５６ＭＨｚ、放電電力２０ｗとした。
【００４０】ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂの成膜条
件は、１．０モル％のジボランを加えた水素希釈のモノ
シランを用い、基板温度１８０°Ｃ、圧力０．９Ｔｏｒ
ｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力２０ｗとした。
ｐ型ａ−ＳｉＣ薄膜１１の成膜条件は、９００モル％の
メタン、０．２５モル％のジボランを加えた水素希釈の
モノシランを用い、基板温度１８０°Ｃ、圧力０．９Ｔ
ｏｒｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力２０ｗとし
た。
件は、１．０モル％のジボランを加えた水素希釈のモノ
シランを用い、基板温度１８０°Ｃ、圧力０．９Ｔｏｒ
ｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力２０ｗとした。
ｐ型ａ−ＳｉＣ薄膜１１の成膜条件は、９００モル％の
メタン、０．２５モル％のジボランを加えた水素希釈の
モノシランを用い、基板温度１８０°Ｃ、圧力０．９Ｔ
ｏｒｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力２０ｗとし
た。
【００４１】続いて、酸化シリコンからなる絶縁膜２１
を形成し、パターン化した。酸化シリコン膜２１の成膜
条件は、７００モル％の亞酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）を加えた
モノシランを用い、基板温度２５０°Ｃ、圧力１Ｔｏｒ
ｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力３０ｗとした。
続いて、電子ビーム蒸着法により、クロム薄膜を形成
し、微細加工でパターン化し、引き出し電極２ｂを形成
した。
を形成し、パターン化した。酸化シリコン膜２１の成膜
条件は、７００モル％の亞酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）を加えた
モノシランを用い、基板温度２５０°Ｃ、圧力１Ｔｏｒ
ｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力３０ｗとした。
続いて、電子ビーム蒸着法により、クロム薄膜を形成
し、微細加工でパターン化し、引き出し電極２ｂを形成
した。
【００４２】その後、酸化シリコンからなる保護膜２２
を積層形成するとともに、電子ビーム蒸着法により、Ａ
ｌ薄膜をパターン化したパッド２３、２４を形成し、サ
ーミスタを得た。なお、絶縁膜２１と保護膜２２を同時
にパターン化してパッド用の穴を形成した。
を積層形成するとともに、電子ビーム蒸着法により、Ａ
ｌ薄膜をパターン化したパッド２３、２４を形成し、サ
ーミスタを得た。なお、絶縁膜２１と保護膜２２を同時
にパターン化してパッド用の穴を形成した。
【００４３】得られたサーミスタはＢ定数５６００、抵
抗値１Ｍオームを示した。図６、図７はこの発明の第２
の実施例を示す。なお、図６では後述の保護膜２２は省
略してある。この実施例の半導体薄膜サーミスタでは、
図６、図７において、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜１１の両側
にｐ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂが設けられ、さら
に、電極に直にコンタクトするｎ型の微結晶シリコン薄
膜１４ａ，１４ｂがａ−Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂの両側
に設けられて薄膜抵抗体が構成されており、この薄膜抵
抗体の表面と裏面に分かれて引き出し電極２ａ，２ｂが
接触している。
抗値１Ｍオームを示した。図６、図７はこの発明の第２
の実施例を示す。なお、図６では後述の保護膜２２は省
略してある。この実施例の半導体薄膜サーミスタでは、
図６、図７において、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜１１の両側
にｐ型のａ−Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂが設けられ、さら
に、電極に直にコンタクトするｎ型の微結晶シリコン薄
膜１４ａ，１４ｂがａ−Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂの両側
に設けられて薄膜抵抗体が構成されており、この薄膜抵
抗体の表面と裏面に分かれて引き出し電極２ａ，２ｂが
接触している。
【００４４】また、絶縁基板１０は、Ｓｉウエハの表面
に熱酸化により、絶縁酸化膜を形成したものである。そ
して、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜１１、ｐ型のａ−Ｓｉ薄膜
１２ａ，１２ｂおよびｎ型の微結晶シリコン薄膜１４
ａ，１４ｂからなる薄膜抵抗体端面に酸化シリコンから
なる絶縁膜２１が設けられている。さらに、引き出し電
極２ｂと絶縁膜２１の上には保護膜２２が設けられてい
る。一方、引き出し電極２ａ，２ｂでは、薄膜抵抗体の
基部側部分の上に、図６、図７に示すように、パッド２
３、２４がそれぞれ設けられている。
に熱酸化により、絶縁酸化膜を形成したものである。そ
して、ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜１１、ｐ型のａ−Ｓｉ薄膜
１２ａ，１２ｂおよびｎ型の微結晶シリコン薄膜１４
ａ，１４ｂからなる薄膜抵抗体端面に酸化シリコンから
なる絶縁膜２１が設けられている。さらに、引き出し電
極２ｂと絶縁膜２１の上には保護膜２２が設けられてい
る。一方、引き出し電極２ａ，２ｂでは、薄膜抵抗体の
基部側部分の上に、図６、図７に示すように、パッド２
３、２４がそれぞれ設けられている。
【００４５】以下に製造方法について説明する。図７に
おいて、まず、絶縁基板１０として、Ｓｉウエハの表面
を熱酸化して絶縁酸化膜を設けたものを準備する。そし
て、この絶縁基板１０の表面に電子ビーム蒸着法によ
り、クロム薄膜を形成し、微細加工でパターン化し引き
出し電極２ａを形成した。
おいて、まず、絶縁基板１０として、Ｓｉウエハの表面
を熱酸化して絶縁酸化膜を設けたものを準備する。そし
て、この絶縁基板１０の表面に電子ビーム蒸着法によ
り、クロム薄膜を形成し、微細加工でパターン化し引き
出し電極２ａを形成した。
【００４６】次いで、グロー放電分解法により、厚さ５
００Åのｎ型の微結晶シリコン薄膜１４ａ、厚さ５００
Åのｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１２ａ、厚さ１００００Åのｐ型
ａ−ＳｉＣ薄膜１１、厚さ５００Åのｐ型ａ−Ｓｉ薄膜
１２ｂ、厚さ５００Åのｎ型の微結晶シリコン薄膜１４
ｂを連続積層形成し、微細加工でパターン化した。ｎ型
の微結晶シリコン薄膜１４ａ，１４ｂの成膜条件は、
１．０モル％のホスフィン（ＰＨ 3）を加えた水素希釈
のモノシランを用い、基板温度２５０°Ｃ、圧力０．７
Ｔｏｒｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力３００ｗ
とした。
００Åのｎ型の微結晶シリコン薄膜１４ａ、厚さ５００
Åのｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１２ａ、厚さ１００００Åのｐ型
ａ−ＳｉＣ薄膜１１、厚さ５００Åのｐ型ａ−Ｓｉ薄膜
１２ｂ、厚さ５００Åのｎ型の微結晶シリコン薄膜１４
ｂを連続積層形成し、微細加工でパターン化した。ｎ型
の微結晶シリコン薄膜１４ａ，１４ｂの成膜条件は、
１．０モル％のホスフィン（ＰＨ 3）を加えた水素希釈
のモノシランを用い、基板温度２５０°Ｃ、圧力０．７
Ｔｏｒｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力３００ｗ
とした。
【００４７】ｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１２ａ，１２ｂの成膜条
件は、０．２５モル％のジボランを加えた水素希釈のモ
ノシランを用い、基板温度１８０°Ｃ、圧力０．９Ｔｏ
ｒｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力２０ｗとし
た。ｐ型ａ−ＳｉＣ薄膜１１の成膜条件は、９００モル
％のメタン、０．２５モル％のジボランを加えた水素希
釈のモノシランを用い、基板温度１８０°Ｃ、圧力０．
９Ｔｏｒｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力２０ｗ
とした。
件は、０．２５モル％のジボランを加えた水素希釈のモ
ノシランを用い、基板温度１８０°Ｃ、圧力０．９Ｔｏ
ｒｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力２０ｗとし
た。ｐ型ａ−ＳｉＣ薄膜１１の成膜条件は、９００モル
％のメタン、０．２５モル％のジボランを加えた水素希
釈のモノシランを用い、基板温度１８０°Ｃ、圧力０．
９Ｔｏｒｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力２０ｗ
とした。
【００４８】続いて、酸化シリコンからなる絶縁膜２１
を形成し、パターン化した。酸化シリコン膜２１の成膜
条件は、７００モル％の亞酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）を加えた
モノシランを用い、基板温度２５０°Ｃ、圧力１Ｔｏｒ
ｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力３０ｗとした。
続いて、電子ビーム蒸着法により、クロム薄膜を形成
し、微細加工でパターン化し、引き出し電極２ｂを形成
した。
を形成し、パターン化した。酸化シリコン膜２１の成膜
条件は、７００モル％の亞酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）を加えた
モノシランを用い、基板温度２５０°Ｃ、圧力１Ｔｏｒ
ｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ、放電電力３０ｗとした。
続いて、電子ビーム蒸着法により、クロム薄膜を形成
し、微細加工でパターン化し、引き出し電極２ｂを形成
した。
【００４９】その後、酸化シリコンからなる保護膜２２
を積層形成するとともに、電子ビーム蒸着法により、Ａ
ｌ薄膜をパターン化したパッド２３、２４を形成し、サ
ーミスタを得た。なお、絶縁膜２１と保護膜２２を同時
にパターン化してパッド用の穴を形成した。
を積層形成するとともに、電子ビーム蒸着法により、Ａ
ｌ薄膜をパターン化したパッド２３、２４を形成し、サ
ーミスタを得た。なお、絶縁膜２１と保護膜２２を同時
にパターン化してパッド用の穴を形成した。
【００５０】得られたサーミスタはＢ定数５６００、抵
抗値１Ｍオームを示した。
抗値１Ｍオームを示した。
【００５１】
【発明の効果】以上のように、この発明では、アモルフ
ァス合金半導体薄膜と金属電極の間に、アモルファス合
金半導体薄膜側に形成されたアモルファス合金半導体薄
膜と同一導電型の層と前記金属電極側に形成されたアモ
ルファス合金半導体薄膜とは逆導電型の層からなる単一
元素半導体薄膜を設けることにより、バリア障壁による
影響を除去あるいは低減してノイズ・抵抗値のばらつき
・Ｂ定数の低下を防止でき、これによりサーミスタ特性
が低減するのを回避できるとともに、薄膜抵抗体と金属
電極間の良好なコンタクトを得ることができるものであ
る。このため、この発明による半導体薄膜サーミスタを
赤外線検出素子の検出部に用いることにより低ノイズ・
高感度な赤外線検出素子を提供し得るものである。
ァス合金半導体薄膜と金属電極の間に、アモルファス合
金半導体薄膜側に形成されたアモルファス合金半導体薄
膜と同一導電型の層と前記金属電極側に形成されたアモ
ルファス合金半導体薄膜とは逆導電型の層からなる単一
元素半導体薄膜を設けることにより、バリア障壁による
影響を除去あるいは低減してノイズ・抵抗値のばらつき
・Ｂ定数の低下を防止でき、これによりサーミスタ特性
が低減するのを回避できるとともに、薄膜抵抗体と金属
電極間の良好なコンタクトを得ることができるものであ
る。このため、この発明による半導体薄膜サーミスタを
赤外線検出素子の検出部に用いることにより低ノイズ・
高感度な赤外線検出素子を提供し得るものである。
【図１】この発明の半導体薄膜サーミスタの第１の基本
構成説明図。
構成説明図。
【図２】この発明の半導体薄膜サーミスタの第２の基本
構成説明図。
構成説明図。
【図３】この発明の赤外線検出素子の基本構成例の説明
図。
図。
【図４】この発明の第１の実施例の要部構成の平面図
【図５】この発明の第１の実施例の要部構成の断面図
【図６】この発明の第２の実施例の要部構成の平面図
【図７】この発明の第２の実施例の要部構成の断面図
【図８】ａ−Ｓｉの一般的なドーピング特性を示すドー
プ量対膜の導電率特性図。
プ量対膜の導電率特性図。
【図９】ａ−Ｓｉの一般的なドーピング特性を示すドー
プ量対膜の活性化エネルギー特性図。
プ量対膜の活性化エネルギー特性図。
【図１０】この発明のボロン（Ｂ）によりｐ型にドーピ
ングされた単一元素半導体薄膜としてのアモルファスシ
リコンのバンド図。
ングされた単一元素半導体薄膜としてのアモルファスシ
リコンのバンド図。
【図１１】この発明の比較的高濃度にドーピングされた
アモルファスシリコン等の単一元素半導体薄膜としての
アモルファス半導体に、炭素（Ｃ）等の４族系元素ある
いは窒素（Ｎ）等の５族系元素を加え合金化した場合の
バンド図。
アモルファスシリコン等の単一元素半導体薄膜としての
アモルファス半導体に、炭素（Ｃ）等の４族系元素ある
いは窒素（Ｎ）等の５族系元素を加え合金化した場合の
バンド図。
【図１２】アモルファスシリコンの一般的なドーピング
特性を示すドーピングレベル対Ｂ定数特性図。
特性を示すドーピングレベル対Ｂ定数特性図。
【図１３】第１の実施例での金属電極−ｎ型のａ−Ｓｉ
薄膜間のオーミック接触のバンド図。
薄膜間のオーミック接触のバンド図。
【図１４】この発明におけるｎ型のａ−Ｓｉ薄膜−ｐ型
のａ−Ｓｉ薄膜間のオーミック接触のバンド図。
のａ−Ｓｉ薄膜間のオーミック接触のバンド図。
【図１５】第２の実施例での金属電極−ｎ型の微結晶シ
リコン薄膜間のオーミック接触のバンド図。
リコン薄膜間のオーミック接触のバンド図。
【図１６】第２の実施例でのｎ型の微結晶シリコン薄膜
−ｐ型のａ−Ｓｉ薄膜間のオーミック接触のバンド図。
−ｐ型のａ−Ｓｉ薄膜間のオーミック接触のバンド図。
【図１７】第１従来例にかかる半導体薄膜サーミスタの
要部構成の平面図。
要部構成の平面図。
【図１８】第１従来例にかかる半導体薄膜サーミスタの
要部構成の断面図。
要部構成の断面図。
【図１９】第２従来例にかかる半導体薄膜サーミスタの
要部構成の平面図。
要部構成の平面図。
【図２０】第２従来例にかかる半導体薄膜サーミスタの
要部構成の断面図。
要部構成の断面図。
【図２１】第３従来例にかかる半導体薄膜サーミスタの
要部構成の平面図。
要部構成の平面図。
【図２２】第３従来例にかかる半導体薄膜サーミスタの
要部構成の断面図。
要部構成の断面図。
２ａ，２ｂ 引き出し電極 １１ ｐ型のａ−ＳｉＣ薄膜 １２ａ，１２ｂ ｐ型のａ−Ｓｉ薄膜 １２ｃ，１２ｄ ｎ型のａ−Ｓｉ薄膜 １４ａ，１４ｂ ｎ型の微結晶シリコン薄膜
Claims (7)
- 【請求項１】 温度の変化によって抵抗値が変化する抵
抗体が半導体薄膜で形成されており、この半導体薄膜に
それぞれ接するようにして一対の金属電極が設けられて
いる半導体薄膜サーミスタにおいて、前記半導体薄膜
が、前記一対の金属電極と非接触に配置されたアモルフ
ァス合金半導体薄膜と、このアモルファス合金半導体薄
膜と前記一対の金属電極の間に配置された単一元素半導
体薄膜とからなり、かつ、前記単一元素半導体薄膜が前
記アモルファス合金半導体薄膜側に形成されたアモルフ
ァス合金半導体薄膜と同一導電型の層と前記金属電極側
に形成されたアモルファス合金半導体薄膜とは逆導電型
の層からなっていることを特徴とする半導体薄膜サーミ
スタ。 - 【請求項２】 アモルファス合金半導体薄膜が、シリコ
ンとシリコン以外の４族系元素および／または５族系元
素との合金からなるアモルファス半導体薄膜である請求
項１記載の半導体薄膜サーミスタ。 - 【請求項３】 単一元素半導体薄膜の第１層と第２層が
ｐ型にドープされた非晶質シリコンとｎ型にドープされ
た非晶質シリコンからなる請求項１または２記載の半導
体薄膜サーミスタ。 - 【請求項４】 単一元素半導体薄膜の第１層がｐ型また
はｎ型にドープされた非晶質シリコンからなり、第２層
がｎ型またはｐ型にドープされた微結晶シリコンからな
る請求項１または２記載の半導体薄膜サーミスタ。 - 【請求項５】 アモルファス合金半導体薄膜がｐ型であ
る請求項１から４までのいずれかに記載の半導体薄膜サ
ーミスタ。 - 【請求項６】 ｐ型のアモルファス合金半導体薄膜がｐ
型シリコンカーバイド薄膜である請求項５記載の半導体
薄膜サーミスタ。 - 【請求項７】 一部が貫通または削りとられた基板と、
この貫通または削りとられた部分に跨がって形成された
熱絶縁膜と、この熱絶縁膜上に配置された赤外線吸収膜
および半導体薄膜サーミスタからなる薄型の赤外線検出
部とを備えた赤外線検出素子において、前記半導体薄膜
サーミスタとして請求項１から６までのいずれかに記載
の半導体薄膜サーミスタが用いられていることを特徴と
する赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4289131A JP2978653B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 半導体薄膜サーミスタおよび赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4289131A JP2978653B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 半導体薄膜サーミスタおよび赤外線検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06140204A JPH06140204A (ja) | 1994-05-20 |
| JP2978653B2 true JP2978653B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=17739162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4289131A Expired - Fee Related JP2978653B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 半導体薄膜サーミスタおよび赤外線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2978653B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101990062B1 (ko) * | 2018-12-07 | 2019-06-17 | 광운대학교 산학협력단 | 저항변이 금속산화물 기반 온도센서 |
-
1992
- 1992-10-27 JP JP4289131A patent/JP2978653B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06140204A (ja) | 1994-05-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |