JP7120857B2

JP7120857B2 - 抵抗体膜の製造方法及び抵抗体膜

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Publication number: JP7120857B2
Application number: JP2018170097A
Authority: JP
Inventors: 達朗露木; 宏樹小林; 勲木村
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: JP2019201193A

Description

本発明は、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の高い酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜の製造方法及び抵抗体膜に関する。

近年、酸化バナジウム薄膜の諸特性に着目した各種の電子デバイスの開発が進められている。このような電子デバイスとしては、たとえば、高ＴＣＲに着目した赤外線カメラや赤外線センサ、イオン伝導に着目したＬｉ電池キャパシタ、金属絶縁体転移に着目したスマートガラスやＲｅＲＡＭ、ＮＩＲスイッチ、チューナブルデバイス、エレクトロクロミックに着目した電子ペーパー、等が挙げられる。

中でも、赤外線センサは、ＩＲフォトンと電子との相互作用を利用するフォトン方式と、温度変化による電気特性の変化を検出するサーマル方式と、に大別される。
フォトン方式は、感度が大きく、応答速度が大きい、というメリットがある反面、７７Ｋまで冷却が必要、感度の波長依存性が大きい、というデメリットがある。
サーマル方式は、冷却不要、感度の波長依存性が小さい、というメリットがある反面、感度が小さい、応答速度が小さい、というデメリットがある。

しかしながら、サーマル方式は、ＭＥＭＳ技術の発達により、センシング部の熱容量を極めて小さくできるようになり、高速応答が可能になった。また、消費電力が極めて小さく、かつ、空間分解能も格段に向上した。このため、サーマル方式は現在、主流になっている。

このサーマル方式としては、焦電方式、ボロメータ方式、熱電対方式、ダイオード方式、等が挙げられる。その中でも、電磁波（たとえば赤外線）の吸収による温度変化を、ボロメータ材料の抵抗値の変化として検出するボロメータ方式が最も使用されている。ボロメータ材料としては、ＶＯｘ（酸化バナジウム），ａ－Ｓｉ（アモルファスシリコン），ＹＢＣＯ（イットリウム系超伝導体）、等が好適に用いられる。ボロメータ方式は、検出波長が選択可能というメリットを備えている。

ボロメータ方式による温度センサ（たとえば図１０）は、赤外線の吸収による赤外線吸収膜５１４の温度変化に伴って、ボロメータ材料５０１の抵抗値が変化する現象を利用している（図９）。このため、温度変化に対する抵抗値の変化が大きければ大きいほど、温度センサとして感度の高いものが得られる。ゆえに、図１１に示すように、ボロメータ材料としては、抵抗温度係数（ＴＣＲ：Temperature Coefficient Resistance）の絶対値が大きいことが好ましい。一方、消費電力や発熱などの観点から、ボロメータ材料の比抵抗は小さいことが望ましい。

特許文献１には、ＶＯ_２を主成分とし、かつ、Ｗ、Ｎｂ、ＭｏおよびＴｉの少なくとも１種を添加元素として含む、薄膜からなる抵抗体を備えた抵抗素子が開示されている。この薄膜は、複数の層状領域をその厚み方向に分布させていて、これら層状領域を、隣り合うものの間で、前記添加元素の添加量を異ならされている。これにより、特許文献１の抵抗素子は、比較的任意の温度で、ある程度の温度幅をもって、大きな抵抗変化率を示すことが記載されている。

特許文献１の抵抗素子は、複数の層状領域を有する薄膜が必須であり、このような薄膜を得るためには数多くの工程を経る必要があるため、製造コストが嵩む虞があった。これを解消ため、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が高い酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜を、簡易な製造工程で形成することが可能な、抵抗体膜の製造方法及び抵抗体膜の開発が期待されていた。

再公表ＷＯ２０１２／１３３０７４号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が高い酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜を、簡易な製造工程で形成することが可能な、抵抗体膜の製造方法及び抵抗体膜を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の抵抗体膜の製造方法は、反応性スパッタリング法により、被処理体上に酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜の製造方法であって、タングステンバナジウム（ＷＶ）からなるターゲットを用い、減圧可能なチャンバ内において、前記被処理体の被処理面に対して、前記ターゲットから飛翔したスパッタ粒子を斜め入射させると共に、プラズマを励起させるプロセスガスとして、前記ターゲットの近傍に配置された第一プロセスガス導入手段からアルゴンからなる第一プロセスガスを導入し、前記被処理体の被処理面の一方の外縁付近に配置された第二プロセスガス導入手段から、第二プロセスガスを前記被処理体の被処理面に対して平行を成し、かつ、前記被処理体の被処理面の上空を通過するように流して、前記スパッタ粒子が、前記被処理体の被処理面に付着する前に前記第二プロセスガスが流れる雰囲気中を通過して、前記第二プロセスガスの影響を受けた後に前記被処理体の被処理面に付着して堆積することで、前記被処理面を覆うように所望の抵抗体膜を形成する際に、前記被処理体の被処理面をその面内において回転させて、前記被処理体の被処理面における成膜温度を２５℃～２００℃とし、前記第二プロセスガスとして酸素とアルゴンからなる混合ガスを用いるとともに、酸素の流量をＦ１、アルゴンの流量をＦ２とした場合に、酸素流量比｛Ｆ１／（Ｆ１＋Ｆ２）｝の値を、
｛１０／（１０＋５０）｝～｛３０／（３０＋５０）｝
の範囲として、１回の成膜工程によりタングステン（Ｗ）とバナジウム（Ｖ）と酸素（Ｏ）の各比率を制御した前記抵抗体膜を成膜する、ことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の抵抗体膜の製造方法は、請求項１において、前記ターゲットとしてＶ－５ａｔ％Ｗからなる合金を用い、前記抵抗体膜における膜中のタングステン（Ｗ）の含有量が３～７［ａｔ％］の範囲内となるように、前記混合ガスにおける前記酸素の流量と前記アルゴンの流量との流量比を制御する、ことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の抵抗体膜は、請求項１または請求項２に記載の製造方法によって製造された酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜であって、前記抵抗体膜は、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）及び酸素（Ｏ）を含み、該膜中における前記タングステン（Ｗ）の含有量が３～７［ａｔ％］の範囲内であり、比抵抗値が０．３～１［Ω・ｃｍ］の範囲内である、ことを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の抵抗体膜は、請求項３において、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が２．５［＠３００Ｋ（％／Ｋ）］以上である、ことを特徴とする。

本発明に係る抵抗体膜の製造方法は、反応性スパッタリング法により、被処理体上に酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜を形成する際に、タングステンバナジウム（ＷＶ）からなるターゲットを用いるとともに、プロセスガスとして酸素とアルゴンからなる混合ガスを用いる。これにより、混合ガスに占める酸素とアルゴンの比率を適宜変更して、タングステンを含む酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜を形成できる。その際、被処理体の被処理面に対して、タングステンバナジウムのターゲットから飛翔したスパッタ粒子を斜め入射させると共に、前記プロセスガスを、前記被処理体の被処理面の上空を通過するように流しながら、前記被処理面を覆うように所望の抵抗体膜を形成する。その結果、形成された抵抗体膜が含有する、タングステン（Ｗ）とバナジウム（Ｖ）と酸素（Ｏ）の各比率を制御することができる。ゆえに、本発明は、各種Ｖ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜［ここで、ｘは酸素の比率、ｙはバナジウムの比率、（１－ｘ）はタングステンの比率］を、１回の成膜工程により作り分けることが可能な成膜方法の提供に寄与する。よって、本発明は簡易な製造工程で所望の抵抗体膜が形成できる製造方法をもたらす。
特に、前記ターゲットとしてＶ－５ａｔ％Ｗからなる合金を用い、前記抵抗体膜における膜中のタングステン（Ｗ）の含有量が３～７［ａｔ％］の範囲内となるように、前記混合ガスにおける前記酸素の流量と前記アルゴンの流量との流量比を制御することにより、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が２．５［＠３００Ｋ（％／Ｋ）］以上である抵抗体膜を安定して形成することができる。

本発明に係る抵抗体膜は、酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜であり、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）及び酸素（Ｏ）を含み、該膜中における前記タングステン（Ｗ）の含有量が３～７［ａｔ％］の範囲内である。これにより、膜自体は単層膜でありながら、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の高い抵抗体膜が得られる。つまり、本発明の抵抗体膜は、単層膜ゆえに１回の成膜工程により作製できるので、特許文献１の抵抗素子に比べて、著しい製造コストの低減が図れる。
特に、本発明の抵抗体膜は、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が２．５［＠３００Ｋ（％／Ｋ）］以上である、優れた特性を備えている。

本発明に係る抵抗体膜の製造方法に用いる成膜装置の一例を示す模式断面図。成膜温度とＶＯｘ膜の抵抗値との関係を示すグラフ。酸素流量比とＶＯｘ膜の抵抗値との関係を示すグラフ。実験例１と実験例２で形成した膜の抵抗値とＴＣＲとの関係を示すグラフ。プロセスガス中の酸素流量と膜中のＷ含有量とＴＣＲとの関係を示す一覧表。実験例２で形成した膜中のＷ含有量とＴＣＲとの関係を示すグラフ。ボロメータ膜をセンシング部としたセンサの一構成例を示す模式斜視図。ＭＥＭＳ製造工程における最初のステップを示す模式的な断面図。図８Ａの次なるステップを示す模式的な断面図。図８Ｂの次なるステップを示す模式的な断面図。図８Ｃの次なるステップを示す模式的な断面図。図８Ｄの次なるステップを示す模式的な断面図。図８Ｅの次なるステップを示す模式的な断面図。図８Ｆの次なるステップを示す模式的な断面図。ボロメータ方式による温度センサに関する動作原理を示す解説図。ボロメータ方式による温度センサの模式断面図。マイクロボロメータの特性指標を示す解説図。

以下、図面を用いて本発明を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

図１は、本発明に係る抵抗体膜の製造方法に用いる成膜装置の一例を示す模式断面図である。図１に示すように、成膜装置１０における真空槽１１には、この真空槽１１の内部空間１１ａを排気する各種の真空ポンプからなる排気手段１２が連結されている。真空槽１１と排気手段１２との間には、ゲートバルブ等からなる仕切弁１３が配置されている。真空槽１１の仕切弁１３と対向する位置には、被処理体である基板Ｓを搬送手段（不図示）により、真空槽１１の外部と搬入・搬出するためのドアバルブ１５が配置されている。

搬入された基板Ｓは、支持台（基板ステージ）２１に載置される。基板を搬入・搬出する際には、支持台２１に対して基板Ｓを下方から突き上げ、基板Ｓを上下動させるリフトピンを備えた第一移動機構２２が、支持台２１の下部に配置されている。支持台２１の裏面側には、第一移動機構２２の一部として、基板Ｓの温度制御手段２２ａが配置されている。

また、支持台２１の下部には、基板Ｓを載置した状態において、基板Ｓを被処理面（図１では上面）内で所定の回転速度で自転させるための第二移動機構２３、および、基板Ｓを上下動させて所定の高さ位置で基板Ｓを保持するための第三移動機構２４、が配置されている。

真空槽１１の内部空間１１ａには、タングステンバナジウム（ＷＶ）のターゲット３１が基板Ｓの上方に配置されている。この成膜装置１０においては、ターゲット３１から飛翔したスパッタ粒子が、前記被処理体である基板Ｓの被処理面に対して、角度θで斜め入射するように（点線矢印）、ターゲット３１と被処理体（基板Ｓ）が所定の離間距離Ｄで配置されている。
換言すると、被処理体である基板Ｓを載置する支持台２１は、前記斜め入射を保ちながら、前記被処理体の被処理面をその面内において回転させる機構（第二移動機構２３）を備えたものである。

タングステンバナジウム（ＷＶ）のターゲット３１としては、たとえば、Ｖ－５ａｔ％Ｗからなる合金、すなわち、５ａｔ％のタングステン（Ｗ）を含み、残部がバナジウム（Ｖ）から構成される合金が好適に用いられる。
図１の成膜装置では、１つのターゲットを用いて成膜する例を示しているが、２つのターゲットを用いる場合は、この限りではない。すなわち、タングステン（Ｗ）のターゲットとバナジウム（Ｖ）のターゲットとを同時にスパッタする方法（コスパッタ法）を用い、各ターゲットに印可するパワーを調整しても構わない。

ターゲット３１の裏面側には、ターゲット３１の表面側に漏洩磁束を形成するための磁石機構３２が配置されている。第一プロセスガス（たとえばアルゴンガス）を導入する第一プロセスガス導入手段３３を備え、第一ガス導入手段３３の導出口３３ａがターゲット３１の近傍に配置されている。ターゲット３１の側方近傍にはカソードが配置されている。本発明では、ターゲット３１、磁石機構３２、および、第一プロセスガス導入手段３３を纏めて、ターゲット機構とも呼ぶ。

真空槽１１の内部空間１１ａには、成膜シールド３６が配置されている。前記ターゲット機構から見て、基板ステージ２１上にある基板Ｓを覗き見ることが可能な開口部３６ａを、成膜シールド３６は備えている。成膜シールド３６と前記ターゲット機構との間には、シャッター機構３５が配置されており、シャッター機構３５を開閉動作させることにより、成膜シールド３６の開口部３６ａを通して、基板Ｓへ向けてターゲット３１から飛翔したスパッタ粒子が通過・遮断する時間を制御する。

また、被処理体である基板Ｓを載置する支持台２１の近傍には、前記被処理体の被処理面に対して平行を成し、かつ、前記被処理体の被処理面の上空を通過するように、第二プロセスガス（たとえば酸素とアルゴンからなる混合ガス）を導入する第二プロセスガス導入手段４０を備えている。すなわち、第二プロセスガス導入手段４０の導出口４０ａが支持台２１に載置された基板Ｓの一方の外縁付近に配置されている。これにより、基板Ｓの一方の外縁付近から他方の外縁付近へ向けて、第二プロセスガスは進行する（一点鎖線の矢印）。つまり、本発明の成膜装置１０においては、基板Ｓに付着するスパッタ粒子は、基板Ｓに付着する前に、第二プロセスガスが流れる雰囲気中を通過し、第二プロセスガスの影響を受けた後、基板Ｓに付着し、堆積することにより膜形成が行われる。

上記構成によれば、被処理体である基板Ｓの上に形成された抵抗体膜は、タングステン（Ｗ）とバナジウム（Ｖ）と酸素（Ｏ）の各比率を適宜制御することができる。つまり、本発明によれば、各種Ｖ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜［ｘは酸素の比率、ｙはバナジウムの比率、（１－ｘ）はタングステンの比率］を、１回の成膜工程により作り分けることが可能である。換言すると、本発明の抵抗体膜は、特許文献１のような数多くの工程を経る必要がなく、１回の成膜工程により形成される単層膜により実現できる。よって、本発明は簡易な製造工程で所望の抵抗体膜が形成可能な製造方法をもたらす。

特に、前記ターゲットとしてＶ－５ａｔ％Ｗからなる合金を用い、前記抵抗体膜における膜中のタングステン（Ｗ）の含有量が３～７［ａｔ％］の範囲内となるように、前記混合ガスにおける前記酸素の流量と前記アルゴンの流量との流量比を制御するとよい。これにより、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が２．５［＠３００Ｋ（％／Ｋ）］以上である抵抗体膜が安定して得られる。

図１の成膜装置１０を用いて抵抗体膜を形成する際には、被処理体である基板Ｓの被処理面に対して、タングステンバナジウムのターゲット３１から飛翔したスパッタ粒子を斜め入射させる（図１において、θが入射角を表す）。これと共に、前記プロセスガスを、第二プロセスガス導入手段４０の導出口４０ａから吐出させて、前記被処理体の被処理面の上空を通過するように流しながら（導出口４０ａから始まる点線矢印）、前記被処理面を覆うように所望の抵抗体膜を形成する。

このような条件で成膜を行うことにより、被処理体である基板Ｓ上に形成された抵抗体膜は、タングステン（Ｗ）とバナジウム（Ｖ）と酸素（Ｏ）の各比率が適宜制御されたものとなる。ゆえに、本発明の製造方法によれば、各種Ｖ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜［ここで、ｘは酸素の比率、ｙはバナジウムの比率、（１－ｘ）はタングステンの比率］を、１回の成膜工程により作り分けることが可能となる。したがって、本発明は、簡易な製造工程で所望の抵抗体膜を形成できる製造方法をもたらす。

（実験例１）
本例では、Ｖ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜を検討する予備実験として、Ｗを添加する前のＶＯｘ膜について評価した。図１に示す成膜装置を用い、表１に示す成膜条件によってＶＯｘ膜を形成した。ＶＯｘ膜を形成する際の成膜温度（基板温度とも呼ぶ）を、２５℃～２５０℃の範囲で変更した試料を作製し、ＶＯｘ膜の比抵抗［Ω・ｃｍ］を調べた。

図２は、成膜温度とＶＯｘ膜の抵抗値［Ω・ｃｍ］との関係を示すグラフである。
図２から、以下の点が明らかとなった。
（Ａ１）ＶＯｘ膜の抵抗値は成膜温度に強く依存する。成膜温度の増加に伴い、抵抗値が急減する。
（Ａ２）目標とする抵抗値分布（直径８ｉｎｃｈの基板において±３％以内）を達成するには、基板面内における温度分布をΔ７℃以下にする必要がある。
（Ａ３）膜厚分布や組成分布を考慮すると、基板面内における温度分布をΔ５℃以下を達成する必要がある。

図３は、酸素流量比とＶＯｘ膜の抵抗値［Ω・ｃｍ］との関係を示すグラフであり、成膜温度を２５℃（ＲＴ）～３５０℃の間で変更した場合の結果である。ここで、酸素流量比とは、「酸素流量を（アルゴン流量＋酸素流量）で除した値」であり、図３の横軸には、「Ｏ２／（Ａｒ＋Ｏ２）」と記載した。図３において、△印は２５℃（ＲＴ）の場合、□印は１００℃の場合、○印は２００℃の場合、◇印は２５０℃の場合、▽印は３５０℃の場合、を各々表している。

図３から、以下の点が明らかとなった。
（Ｂ１）ＶＯｘ膜の特徴として、成膜温度が２５℃（ＲＴ）～２００℃までは、酸素流量比に対して抵抗値が一定の領域が存在する。このため、酸素に対するプロセスマージンは十分あり、成膜温度が２５℃（ＲＴ）～２００℃の間では、成膜温度を変えることにより所望の抵抗値が得られる。
（Ｂ２）これに対して、成膜温度が２５０℃、３５０℃の場合は、酸素流量比に対して抵抗値が一定の領域が存在しない。
図３の結果から、プロセスガスを構成する、酸素の流量をＦ１［ｓｃｃｍ］、アルゴンの流量をＦ２［ｓｃｃｍ］と定義した場合、前記プロセスガスの導入手段は、８．７５≦｛Ｆ１／（Ｆ１＋Ｆ２）｝≦１１．５の条件を満たすように、前記プロセスガスの流量比を制御することにより、ＶＯｘ膜の抵抗値が一定の領域を得ることができる。

（実験例２）
本例では、実験例１の結果を踏まえて、Ｗを添加したＶＯｘ膜、すなわちＶ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜について評価した。図１に示す成膜装置を用い、表２に示す成膜条件によってＶ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜を形成した。

表２に示すように、Ｖ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜を形成する際のプロセスガスの流量比を変えるため、アルゴン（Ａｒ）の流量５０ｓｃｃｍに対して酸素（Ｏ_２）の流量を２～５０ｓｃｃｍの範囲で調整した。これにより、図５に示すように、膜中のＷ含有量が１～９ａｔ％の範囲内にあるＶ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜を形成した。

図４は、実験例１と実験例２で形成した膜の抵抗値［Ω・ｃｍ］とＴＣＲ［＠３００Ｋ（％／Ｋ）］との関係を示すグラフである。図４において、◇印は実験例１で形成したＶＯｘ膜の場合、○印は実験例２で形成したＶ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜の場合、を各々表している。
図４から、以下の点が明らかとなった。
（Ａ１）実験例１で形成したＶＯｘ膜は、抵抗値が１［Ω・ｃｍ］付近になって初めて、２．５を僅かに越えるＴＣＲが得られた。
（Ａ２）実験例２で形成したＶ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜は、抵抗値が０．３～１［Ω・ｃｍ］の範囲内で、２．５～３．１のＴＣＲが確認された。

図５は、実験例２で形成したＶ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜について、プロセスガス中の酸素流量［ｓｃｃｍ］と膜中のＷ含有量［ａｔ％］とＴＣＲとの関係を示す一覧表である。図５において、○印はＴＣＲが２．５以上であることを、△印はＴＣＲが２．０以上で２．５より小さいことを、×印はＴＣＲが２．０より小さいことを、各々表している。

図５から、以下の点が明らかとなった。
（Ｂ１）酸素流量が１０～３０ｓｃｃｍの範囲内で、ＴＣＲが２．５以上のＶ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜が得られた。
（Ｂ２）ＴＣＲが２．５以上となるＶ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜は、膜中のＷ含有量［ａｔ％］が３．０以上７．０以下であった。

以上の結果から、Ｗを添加したＶＯｘ膜、すなわちＶ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜は、１［Ω・ｃｍ］以下の低抵抗値であり、かつ、２．５を越える抵抗温度係数（ＴＣＲ）を有することが確認された。
本発明は、このような抵抗温度係数（ＴＣＲ）が高い酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜を、簡易な製造工程で形成することが可能である。

図６は、実験例２で形成したＶ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜について、膜中のＷ含有量［ａｔ％］とＴＣＲ［＠３００Ｋ（％／Ｋ）］との関係を示すグラフである。
図６より、膜中のＷ含有量［ａｔ％］を３～７の範囲内とすることにより、２．５を越える抵抗温度係数（ＴＣＲ）を有する膜が形成できることが確認された。

図７は、上述したＶ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜をボロメータ膜として採用し、このボロメータ膜をセンシング部としたセンサの一構成例を示す模式斜視図である。
図７において、ＳＳはセンサ、３０１はボロメータ膜、３０２（３０２Ａ、３０２Ｂ）は画素配線、３０３はＳｉＮ支持膜、３０４はバイポーラトランジスタ、３０５は信号線、３０６はアドレス線である。

図７のセンサＳＳは、センシング部であるボロメータ膜３０１をＩＣ読出回路上にダイアフラム構造とすることにより、熱コンダクタンスを低減すると共に、赤外線受光部の割合（フィルファクタ）を増加させている。

図８Ａは、ＭＥＭＳ製造工程における最初のステップを示す模式的な断面図である。図８Ｂは図８Ａの次なるステップを示す模式的な断面図、図８Ｃは図８Ｂの次なるステップを示す模式的な断面図、図８Ｄは図８Ｃの次なるステップを示す模式的な断面図、図８Ｅは図８Ｄの次なるステップを示す模式的な断面図、図８Ｆは図８Ｅの次なるステップを示す模式的な断面図、図８Ｇは図８Ｆの次なるステップを示す模式的な断面図である。

最初のステップ（図８Ａ：下部ＳｉＮ膜の成膜）では、たとえばＳｉからなる第一基板３００の一面（図８Ａでは上面）を覆うように下部ＳｉＮ膜３００Ｍを、ＰＥＣＶＤ法やスパッタ法により形成する。

次のステップ（図８Ｂ：Ｖ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜の成膜）では、下部ＳｉＮ膜３００Ｍを覆うようにボロメータ膜（ＶＯｘ膜）３０１をスパッタ法により形成する。

次のステップ（図８Ｃ：Ｖ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜の分離）では、ドライエッチグ法によりボロメータ膜（Ｖ_ｙＷ_{（１－ｘ）}Ｏ_ｘ膜）３０１を分離させる。これにより、下部ＳｉＮ膜３００Ｍ上にボロメータ膜３０１が局在し、ボロメータ膜３０１が除去された領域では、下部ＳｉＮ膜３００Ｍが露呈した状態とする。

次のステップ（図８Ｄ：電極の形成）では、蒸着法により電極３０２（３０２Ａ、３０２Ｂ）を形成する。これにより、ボロメータ膜３０１が除去された領域に位置する下部ＳｉＮ膜３００Ｍと、ボロメータ膜３０１の側面および上面の周縁域とを覆うように、電極３０２（３０２Ａ、３０２Ｂ）を配置する。

次のステップ（図８Ｅ：上部ＳｉＮ膜の成膜）では、ボロメータ膜３０１と電極３０２（３０２Ａ、３０２Ｂ）を覆うように上部ＳｉＮ膜３１２を、ＰＥＣＶＤ法やスパッタ法により形成する。

次のステップ（図８Ｆ：縦孔部の形成）では、第一基板３００上に下部ＳｉＮ膜３００Ｍ、電極３０２（３０２Ａ、３０２Ｂ）、上部ＳｉＮ膜３１２が順に積層された領域に、上部ＳｉＮ膜３１２側から第一基板３００の一面（図８Ｆでは上面）まで到達する、縦孔部３１２（３１２Ａ、３１２Ｂ）をドライエッチング法により形成する。

次のステップ（図８Ｇ：キャビティの形成）では、縦孔部３１２（３１２Ａ、３１２Ｂ）を通じて、ウェットエッチング法によりキャビティ３１１を形成する。これにより、ダイアフラム構造を形成し、図７に示すようなセンサＳＳを得る。

このように、本発明に係る抵抗体膜の製造方法によれば、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の高い酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜が、簡易な製造工程によって形成可能であることから、作製条件を適宜選定することにより、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が大きく、かつ、比抵抗の小さな、ボロメータ材料を作製することが可能である。

本発明は、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が高い酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜を、簡易な製造工程で形成することが可能な、抵抗体膜の製造方法及び抵抗体膜の提供に貢献する。本発明により形成される酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜は、ボロメーター乃至非冷却型赤外線センサ以外にも、温度センサ、感熱センサ等、温度や熱に関する高精度のセンサ等として幅広く応用できる。

Ｄ離間距離、Ｓ基板（被処理体）、θ 角度、１成膜装置、１１真空槽（チャンバ）、１１ａ内部空間、１２排気手段、１３仕切弁、１５ドアバルブ、２１支持台（基板ステージ）、２２第一移動機構、２２ａ温度制御手段、２３第二移動機構、２４第三移動機構、３１ターゲット、３２磁石機構、３３第一プロセスガス導入手段、３６成膜シールド、３６ａ開口部、４０第二プロセスガス導入手段、４０ａ導出口。

Claims

反応性スパッタリング法により、被処理体上に酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜の製造方法であって、
タングステンバナジウム（ＷＶ）からなるターゲットを用い、
減圧可能なチャンバ内において、前記被処理体の被処理面に対して、前記ターゲットから飛翔したスパッタ粒子を斜め入射させると共に、
プラズマを励起させるプロセスガスとして、
前記ターゲットの近傍に配置された第一プロセスガス導入手段からアルゴンからなる第一プロセスガスを導入し、
前記被処理体の被処理面の一方の外縁付近に配置された第二プロセスガス導入手段から、第二プロセスガスを前記被処理体の被処理面に対して平行を成し、かつ、前記被処理体の被処理面の上空を通過するように流して、
前記スパッタ粒子が、前記被処理体の被処理面に付着する前に前記第二プロセスガスが流れる雰囲気中を通過して、前記第二プロセスガスの影響を受けた後に前記被処理体の被処理面に付着して堆積することで、前記被処理面を覆うように所望の抵抗体膜を形成する際に、
前記被処理体の被処理面をその面内において回転させて、
前記被処理体の被処理面における成膜温度を２５℃～２００℃とし、
前記第二プロセスガスとして酸素とアルゴンからなる混合ガスを用いるとともに、酸素の流量をＦ１、アルゴンの流量をＦ２とした場合に、酸素流量比｛Ｆ１／（Ｆ１＋Ｆ２）｝の値を、
｛１０／（１０＋５０）｝～｛３０／（３０＋５０）｝
の範囲として、
１回の成膜工程によりタングステン（Ｗ）とバナジウム（Ｖ）と酸素（Ｏ）の各比率を制御した前記抵抗体膜を成膜する、ことを特徴とする抵抗体膜の製造方法。
前記ターゲットとしてＶ－５ａｔ％Ｗからなる合金を用い、前記抵抗体膜における膜中のタングステン（Ｗ）の含有量が３～７［ａｔ％］の範囲内となるように、前記混合ガスにおける前記酸素の流量と前記アルゴンの流量との流量比を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗体膜の製造方法。
請求項１または請求項２に記載の製造方法によって製造された酸化バナジウムを主成分とする抵抗体膜であって、
前記抵抗体膜は、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）及び酸素（Ｏ）を含み、該膜中における前記タングステン（Ｗ）の含有量が３～７［ａｔ％］の範囲内であり、比抵抗値が０．３～１［Ω・ｃｍ］の範囲内である、ことを特徴とする抵抗体膜。
抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が２．５［＠３００Ｋ（％／Ｋ）］以上である、ことを特徴とする請求項３に記載の抵抗体膜。