JPH11271142A - 強誘電体薄膜材料、その製造方法およびそれを用いた赤外線検出素子 - Google Patents
強誘電体薄膜材料、その製造方法およびそれを用いた赤外線検出素子Info
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- JPH11271142A JPH11271142A JP10072586A JP7258698A JPH11271142A JP H11271142 A JPH11271142 A JP H11271142A JP 10072586 A JP10072586 A JP 10072586A JP 7258698 A JP7258698 A JP 7258698A JP H11271142 A JPH11271142 A JP H11271142A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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強誘電体薄膜およびその製造
方法を提供する。 【解決手段】 Ｌａで置換されたＳＢＮ（Ｓｒ0.48Ｂａ
0.51Ｌａ0.01Ｎｂ2 Ｏ6：ＳＢＬＮ）の配向性の高い薄
膜が、パルスレーザ堆積法によって、温度６００℃およ
び圧力１３Ｐａの条件で、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ
（１００）基板上に反復可能に作製された。この配向
は、堆積中に使用されるガス雰囲気によって、周囲Ｎ2
Ｏガスがｃ軸配向に有利であって、Ｏ2 ガスが（３１
１）配向に有利であるように制御される。
子を実現することができる強誘電体薄膜およびその製造
方法を提供する。 【解決手段】 Ｌａで置換されたＳＢＮ（Ｓｒ0.48Ｂａ
0.51Ｌａ0.01Ｎｂ2 Ｏ6：ＳＢＬＮ）の配向性の高い薄
膜が、パルスレーザ堆積法によって、温度６００℃およ
び圧力１３Ｐａの条件で、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ
（１００）基板上に反復可能に作製された。この配向
は、堆積中に使用されるガス雰囲気によって、周囲Ｎ2
Ｏガスがｃ軸配向に有利であって、Ｏ2 ガスが（３１
１）配向に有利であるように制御される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、Ｓｒ(1-X-Y) Ｂ
ａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 の組成を有する強誘電体薄膜材
料、その製造方法およびその強誘電体薄膜材料を用い
て、対象物体から放出される赤外線強度を検出する赤外
線検出素子に関する。
ａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 の組成を有する強誘電体薄膜材
料、その製造方法およびその強誘電体薄膜材料を用い
て、対象物体から放出される赤外線強度を検出する赤外
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。
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。
【０００４】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。
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。
【０００５】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．Ｋｕｌｗｉｃｋ
ｉ 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
ｐ．Ａｐｐｌ．Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（１
９９２）ｐｐ．１−１０（「ＰＹＲＯＥＬＥＣＴＲＩＣ
ＩＭＡＧＩＮＧ」Ｂｅｍａｒｄ Ｍ．Ｋｕｌｗｉｃｋ
ｉ ｅｔ．ａｌ．）に開示されている。
【０００６】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。
【０００７】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。
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。
【０００８】
【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。
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。
【０００９】言い換えると、焦電効果を用いた焦電（Ｐ
Ｅ：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 B
olometer）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。
Ｅ：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 B
olometer）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。
【００１０】このような赤外線検出素子用の重要な材料
群に、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, Ｓｒ1-x Ｂａx
Ｎｂ 2 Ｏ6 、ただし、０．２５≦ｘ≦０．７５）結晶が
ある。
群に、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, Ｓｒ1-x Ｂａx
Ｎｂ 2 Ｏ6 、ただし、０．２５≦ｘ≦０．７５）結晶が
ある。
【００１１】これらは、強誘電体材料の中でも、非常に
優れた強誘電特性を示して最も高い焦電係数を有し、そ
のキュリー温度（Ｔｃ）は、Ｓｒ／Ｎｂ比を制御するこ
とによって、６０℃から２５０℃まで連続的に変更する
ことが可能である。
優れた強誘電特性を示して最も高い焦電係数を有し、そ
のキュリー温度（Ｔｃ）は、Ｓｒ／Ｎｂ比を制御するこ
とによって、６０℃から２５０℃まで連続的に変更する
ことが可能である。
【００１２】さらに、ＳＢＮは、拡散相転移の特徴を示
す。すなわち、強誘電相転移が、Ｔｃに近い比較的広い
温度範囲内で、非常に高くかつ鋭い誘電ピークを有して
発生する。
す。すなわち、強誘電相転移が、Ｔｃに近い比較的広い
温度範囲内で、非常に高くかつ鋭い誘電ピークを有して
発生する。
【００１３】しかしながら、ＳＢＮ材料内の分極したマ
ルチドメイン構造は、減極のメカニズムによって、分極
方向が逆にされる傾向があるために、その焦電特性を劣
化させる。
ルチドメイン構造は、減極のメカニズムによって、分極
方向が逆にされる傾向があるために、その焦電特性を劣
化させる。
【００１４】ところで、ＳＢＮにランタン（Ｌａ）をド
ーパントすることは、この減極を防止し、シングルドメ
インのミクロ構造を安定化して無秩序化を防ぎ、それに
より、焦電性能を向上させることが、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．４０（１２），ｐｐ．４６９９−４７１３（１
９６９）（「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉ
ｅｓ ｏｆ Ｓｒ1-x Ｂａx Ｎｂ2 Ｏ6 ｗｉｔｈ ｓ
ｐｅｃｉａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｐｙｒｏｅ
ｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」）に報告されて
いる。
ーパントすることは、この減極を防止し、シングルドメ
インのミクロ構造を安定化して無秩序化を防ぎ、それに
より、焦電性能を向上させることが、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．４０（１２），ｐｐ．４６９９−４７１３（１
９６９）（「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉ
ｅｓ ｏｆ Ｓｒ1-x Ｂａx Ｎｂ2 Ｏ6 ｗｉｔｈ ｓ
ｐｅｃｉａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｐｙｒｏｅ
ｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」）に報告されて
いる。
【００１５】上述したとおり、強誘電体材料は、図２５
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。
【００１６】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。
【００１７】実際に、Ｓｒ0.48Ｂａ0.52Ｎｂ2 Ｏ6 のＴ
ｃ値は約１２５℃であって、これは、ＳＢＮを、０．５
％Ｌａ2 Ｏ3 で置換することによって、６０℃にまで下
げることが可能である。
ｃ値は約１２５℃であって、これは、ＳＢＮを、０．５
％Ｌａ2 Ｏ3 で置換することによって、６０℃にまで下
げることが可能である。
【００１８】さらに、ＳＢＮ材料は、Ｐｂ等の揮発性エ
レメントを含まないため、非常に安定である。レーザア
ブレーション方法によって、ＳＢＮの薄膜を、ターゲッ
トに完璧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、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐ
ｒｏｃ．Ｖｏｌ．２４３，ｐｐ．５５７−５６２（１９
９２）（「Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｂａｒｉｕｍ ｎｉｏ
ｂａｔｅ ｔｈｉｎｆｉｌｍｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂ
ｙ ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ」）に報告されている。
レメントを含まないため、非常に安定である。レーザア
ブレーション方法によって、ＳＢＮの薄膜を、ターゲッ
トに完璧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、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐ
ｒｏｃ．Ｖｏｌ．２４３，ｐｐ．５５７−５６２（１９
９２）（「Ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ ｂａｒｉｕｍ ｎｉｏ
ｂａｔｅ ｔｈｉｎｆｉｌｍｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂ
ｙ ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ」）に報告されている。
【００１９】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。
【００２０】また、たとえば、誘電ボロメータを赤外線
検出素子として用いる場合、強誘電体薄膜からなるキャ
パシタの疲労特性も問題となる。
検出素子として用いる場合、強誘電体薄膜からなるキャ
パシタの疲労特性も問題となる。
【００２１】Ｐｂ（Ｚｒ0.5 Ｔｉ0.5 ）Ｏ3 （以下、Ｐ
ＺＴと呼ぶ）の薄膜材料では、このパルス電圧を印加す
るストレス試験では、その寿命が約１０6 サイクルであ
ることが、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７４（５），１
Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９３ｐｐ．３３７３−３３８
２（「Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒ
ｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｌｉｃ
Ｐｂ（Ｚｒ0.5 Ｔｉ 0.5 ）Ｏ3 ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ
ｓ ｗｉｔｈ ｌｏｗ−ｅｎｅｒｇｙ ｏｘｙｇｅｎ
ｉｏｎ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ」）に開示されている。
ＺＴと呼ぶ）の薄膜材料では、このパルス電圧を印加す
るストレス試験では、その寿命が約１０6 サイクルであ
ることが、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７４（５），１
Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９３ｐｐ．３３７３−３３８
２（「Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒ
ｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｌｉｃ
Ｐｂ（Ｚｒ0.5 Ｔｉ 0.5 ）Ｏ3 ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ
ｓ ｗｉｔｈ ｌｏｗ−ｅｎｅｒｇｙ ｏｘｙｇｅｎ
ｉｏｎ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ」）に開示されている。
【００２２】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、室温付近で
検知感度の高い赤外線検出素子に適した強誘電体薄膜お
よびそ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、室温付近で
検知感度の高い赤外線検出素子に適した強誘電体薄膜お
よびその製造方法を提供することである。
【００２３】この発明の他の目的は、赤外線２次元イメ
ージセンサの形成プロセスに整合性の良い強誘電体薄膜
の製造方法を提供することである。
ージセンサの形成プロセスに整合性の良い強誘電体薄膜
の製造方法を提供することである。
【００２４】この発明のさらに他の目的は、室温付近で
検知感度の高く、かつ、赤外線２次元イメージセンサへ
の集積化が容易な赤外線検出素子を提供することであ
る。
検知感度の高く、かつ、赤外線２次元イメージセンサへ
の集積化が容易な赤外線検出素子を提供することであ
る。
【００２５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の強誘電体
薄膜の製造方法は、Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2Ｏ
6 の組成を有する強誘電体薄膜材料の製造方法であっ
て、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａを含むターゲットにエキシ
マレーザをパルス照射し、ターゲット表面でアブレーシ
ョンを起こし表面から離脱した原子、分子、イオン等
を、エキシマレーザ光により酸素ラジカルを生成する雰
囲気ガス中において、ターゲットに対向して配置された
基板上に強誘電体薄膜材料を堆積する。
薄膜の製造方法は、Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2Ｏ
6 の組成を有する強誘電体薄膜材料の製造方法であっ
て、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａを含むターゲットにエキシ
マレーザをパルス照射し、ターゲット表面でアブレーシ
ョンを起こし表面から離脱した原子、分子、イオン等
を、エキシマレーザ光により酸素ラジカルを生成する雰
囲気ガス中において、ターゲットに対向して配置された
基板上に強誘電体薄膜材料を堆積する。
【００２６】請求項２記載の強誘電体薄膜の製造方法
は、請求項１記載の強誘電体薄膜の製造方法において、
雰囲気ガスはＮ2 Ｏガスである。
は、請求項１記載の強誘電体薄膜の製造方法において、
雰囲気ガスはＮ2 Ｏガスである。
【００２７】請求項３記載の強誘電体薄膜材料は、Ｓｒ
(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 の組成を有する強誘電
体薄膜材料であって、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａを含むタ
ーゲットにエキシマレーザをパルス照射し、エキシマレ
ーザ光により酸素ラジカルを生成する雰囲気ガス中にお
いて、ターゲットに対向して配置された基板上に堆積さ
れ、Ｌａ組成が３％以下である。
(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 の組成を有する強誘電
体薄膜材料であって、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａを含むタ
ーゲットにエキシマレーザをパルス照射し、エキシマレ
ーザ光により酸素ラジカルを生成する雰囲気ガス中にお
いて、ターゲットに対向して配置された基板上に堆積さ
れ、Ｌａ組成が３％以下である。
【００２８】請求項４記載の強誘電体薄膜材料は、請求
項３記載の強誘電体薄膜材料おいて、雰囲気ガスはＮ2
Ｏガスである、請求項３記載の強誘電体薄膜材料。
項３記載の強誘電体薄膜材料おいて、雰囲気ガスはＮ2
Ｏガスである、請求項３記載の強誘電体薄膜材料。
【００２９】請求項５記載の赤外線検出素子は、基板上
に形成される赤外線検出素子であって、赤外線を吸収す
ることによる温度変化に応じて静電容量値が変化する赤
外線検出容量手段を備え、赤外線検出容量手段は、互い
に対向する上部電極および下部電極と、上部電極および
下部電極に挟まれる強誘電体薄膜とを含み、強誘電体薄
膜は、Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 の組成を有
する強誘電体薄膜材料であって、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌ
ａを含むターゲットにエキシマレーザをパルス照射し、
ターゲット表面でアブレーションを起こし表面から離脱
した原子、分子、イオン等が、エキシマレーザ光により
酸素ラジカルを生成する雰囲気ガス中において、ターゲ
ットに対向して配置された基板上に堆積され、赤外線検
出容量手段の静電容量値の変化を検出することにより赤
外線を検知する。
に形成される赤外線検出素子であって、赤外線を吸収す
ることによる温度変化に応じて静電容量値が変化する赤
外線検出容量手段を備え、赤外線検出容量手段は、互い
に対向する上部電極および下部電極と、上部電極および
下部電極に挟まれる強誘電体薄膜とを含み、強誘電体薄
膜は、Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 の組成を有
する強誘電体薄膜材料であって、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌ
ａを含むターゲットにエキシマレーザをパルス照射し、
ターゲット表面でアブレーションを起こし表面から離脱
した原子、分子、イオン等が、エキシマレーザ光により
酸素ラジカルを生成する雰囲気ガス中において、ターゲ
ットに対向して配置された基板上に堆積され、赤外線検
出容量手段の静電容量値の変化を検出することにより赤
外線を検知する。
【００３０】請求項６記載の赤外線検出素子は、基板上
に形成される赤外線検出素子であって、赤外線を吸収す
ることにより焦電電流を生成する赤外線検出手段を備
え、赤外線検出手段は、互いに対向する上部電極および
下部電極と、上部電極および下部電極に挟まれる強誘電
体薄膜とを含み、強誘電体薄膜は、Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX
ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 の組成を有する強誘電体薄膜材料であ
って、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａを含むターゲットにエキ
シマレーザをパルス照射し、エキシマレーザ光により酸
素ラジカルを生成する雰囲気ガス中において、ターゲッ
トに対向して配置された基板上に堆積され、赤外線検出
手段からの焦電電流を検出することにより赤外線を検知
する。
に形成される赤外線検出素子であって、赤外線を吸収す
ることにより焦電電流を生成する赤外線検出手段を備
え、赤外線検出手段は、互いに対向する上部電極および
下部電極と、上部電極および下部電極に挟まれる強誘電
体薄膜とを含み、強誘電体薄膜は、Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX
ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 の組成を有する強誘電体薄膜材料であ
って、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａを含むターゲットにエキ
シマレーザをパルス照射し、エキシマレーザ光により酸
素ラジカルを生成する雰囲気ガス中において、ターゲッ
トに対向して配置された基板上に堆積され、赤外線検出
手段からの焦電電流を検出することにより赤外線を検知
する。
【００３１】請求項７記載の赤外線検出素子は、請求項
５または６記載の赤外線検出素子の構成において、雰囲
気ガスはＮ2 Ｏガスである。
５または６記載の赤外線検出素子の構成において、雰囲
気ガスはＮ2 Ｏガスである。
【００３２】請求項８記載の赤外線検出素子は、請求項
７記載の赤外線検出素子の構成において、強誘電体薄膜
のＬａ組成が３％以下である。
７記載の赤外線検出素子の構成において、強誘電体薄膜
のＬａ組成が３％以下である。
【００３３】
【発明の実施の形態】［実施の形態１］ ［Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 強誘電体薄膜の
形成］以下では、Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6
強誘電体薄膜（以下、ＳＢＬＮ膜と呼ぶ）（特に、Ｓｒ
0.48Ｂａ0.51Ｌａ0.01Ｎｂ2 Ｏ6 膜）の作製について説
明する。
形成］以下では、Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6
強誘電体薄膜（以下、ＳＢＬＮ膜と呼ぶ）（特に、Ｓｒ
0.48Ｂａ0.51Ｌａ0.01Ｎｂ2 Ｏ6 膜）の作製について説
明する。
【００３４】すなわち、以下に説明するように、ＳＢＬ
Ｎ粉末ターゲットを作製して、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／
Ｓｉ（１００）基板上に、パルスレーザアブレーション
堆積方法によって薄膜の成長を行う。
Ｎ粉末ターゲットを作製して、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／
Ｓｉ（１００）基板上に、パルスレーザアブレーション
堆積方法によって薄膜の成長を行う。
【００３５】［薄膜成長の条件］まず、ターゲットは、
ＳｒＣＯ3 ，ＢａＣＯ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 およびＮｂ2 Ｏ5
粉末（純度９９．５％以上）の細かく粉砕された混合物
をペレット形に加圧成形することによって作製する。
ＳｒＣＯ3 ，ＢａＣＯ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 およびＮｂ2 Ｏ5
粉末（純度９９．５％以上）の細かく粉砕された混合物
をペレット形に加圧成形することによって作製する。
【００３６】ここで、Ｓｒ、Ｂａ、ＬａおよびＮｂの含
量は、０．４８：０．５１：０．０１：２の割合となる
ように制御する。これは、（Ｓｒ0.48Ｂａ0.51Ｌ
ａ0.01）Ｎｂ2 Ｏ6 （ＳＢＬＮ）の名目上の組成に合わ
せたものである。
量は、０．４８：０．５１：０．０１：２の割合となる
ように制御する。これは、（Ｓｒ0.48Ｂａ0.51Ｌ
ａ0.01）Ｎｂ2 Ｏ6 （ＳＢＬＮ）の名目上の組成に合わ
せたものである。
【００３７】特に限定されないが、機械的強度を改善す
るために、ペレットは空気中で、８００℃で２時間およ
び１１５０℃で２時間、連続して焼結する。
るために、ペレットは空気中で、８００℃で２時間およ
び１１５０℃で２時間、連続して焼結する。
【００３８】堆積のプロセスは、レーザーアブレーショ
ンにより以下の手順で行う。基板をまずプレチャンバ内
にセットし、その後、分子ポンプを使用して高いバック
グラウンド圧力（＜２×１０-8Ｔｏｒｒ）に予め排気さ
れた主チャンバ内に移動する。
ンにより以下の手順で行う。基板をまずプレチャンバ内
にセットし、その後、分子ポンプを使用して高いバック
グラウンド圧力（＜２×１０-8Ｔｏｒｒ）に予め排気さ
れた主チャンバ内に移動する。
【００３９】エキシマレーザとしては、たとえば、１９
３ｎｍの波長（λ）を有し、１０ショット／秒の反復速
度で動作するＡｒＦエキシマレーザを用いることが可能
である。ここで、エキシマレーザからのレーザ光を３つ
の鏡によって反射させて、入射角４５°でターゲット表
面に焦点を定めて、ターゲット材料を蒸発させる。
３ｎｍの波長（λ）を有し、１０ショット／秒の反復速
度で動作するＡｒＦエキシマレーザを用いることが可能
である。ここで、エキシマレーザからのレーザ光を３つ
の鏡によって反射させて、入射角４５°でターゲット表
面に焦点を定めて、ターゲット材料を蒸発させる。
【００４０】レーザの照射条件としては、たとえば、レ
ーザフルーエンスを１５０ｍＪにセットし、ターゲット
表面上のビームサイズを約０．２×５ｍｍ2 とする。こ
のような条件では、ビーム伝送中のエネルギ損失によっ
て、ターゲット表面上のエネルギ密度は約４Ｊ／ｃｍ2
となる。
ーザフルーエンスを１５０ｍＪにセットし、ターゲット
表面上のビームサイズを約０．２×５ｍｍ2 とする。こ
のような条件では、ビーム伝送中のエネルギ損失によっ
て、ターゲット表面上のエネルギ密度は約４Ｊ／ｃｍ2
となる。
【００４１】好ましくは、堆積中、入射レーザの照射に
よる深いクレータの形成を回避するためにターゲットは
回転を与えられる。
よる深いクレータの形成を回避するためにターゲットは
回転を与えられる。
【００４２】ターゲットから蒸発したターゲット材料が
堆積する基板は、たとえば、ターゲットより３ｃｍの距
離に置かれる。
堆積する基板は、たとえば、ターゲットより３ｃｍの距
離に置かれる。
【００４３】基板は、抵抗加熱器で加熱される基板ホル
ダ上に装着され、基板温度（Ｔｓ）は、ＰＩＤ温度コン
トローラを用いて、６００℃程度に保持される。
ダ上に装着され、基板温度（Ｔｓ）は、ＰＩＤ温度コン
トローラを用いて、６００℃程度に保持される。
【００４４】特に限定されないが、３００ｓｃｃｍの分
子流速で、Ｏ2 またはＮ2 Ｏをチャンバ内に送り込む。
このとき、周囲圧力は、ＴＭＰのターボスピードを制御
することによって、０．１Ｔｏｒｒに調整する。
子流速で、Ｏ2 またはＮ2 Ｏをチャンバ内に送り込む。
このとき、周囲圧力は、ＴＭＰのターボスピードを制御
することによって、０．１Ｔｏｒｒに調整する。
【００４５】この条件下では、たとえば、成長速度は約
８００ｎｍ／ｈとなり、これは０．２５Ａ／パルスに対
応する。
８００ｎｍ／ｈとなり、これは０．２５Ａ／パルスに対
応する。
【００４６】堆積の直後、ポストアニールを元の場所で
行う。ポストアニールは、酸素の豊富な環境を確保する
ために、より濃厚なＯ2 雰囲気（１．０Ｔｏｒｒ）内で
基板ホルダ上で行なう。これにより、形成される膜内に
起こり得る酸素欠損を補償するものと考えられる。
行う。ポストアニールは、酸素の豊富な環境を確保する
ために、より濃厚なＯ2 雰囲気（１．０Ｔｏｒｒ）内で
基板ホルダ上で行なう。これにより、形成される膜内に
起こり得る酸素欠損を補償するものと考えられる。
【００４７】［ＳＢＬＮ膜の配向性評価］図１は、基板
温度６００℃で異なるアブレーション用ガス雰囲気内で
作製された、ＳＢＬＮ粉末ターゲットおよびＳＢＬＮ膜
のＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）プロ
ファイルを示す。
温度６００℃で異なるアブレーション用ガス雰囲気内で
作製された、ＳＢＬＮ粉末ターゲットおよびＳＢＬＮ膜
のＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）プロ
ファイルを示す。
【００４８】焼結されたばかりの粉末ターゲットは、後
続のレーザーアブレーションに耐えるのに十分なほど高
密度であって、正方晶系タングステンブロンズ相に結晶
化されている。識別されない回折ピークが他に何ら見出
されないことは、形成された相が純粋にそのタングステ
ンブロンズ構造であることを示している。
続のレーザーアブレーションに耐えるのに十分なほど高
密度であって、正方晶系タングステンブロンズ相に結晶
化されている。識別されない回折ピークが他に何ら見出
されないことは、形成された相が純粋にそのタングステ
ンブロンズ構造であることを示している。
【００４９】ここで、図１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。
うに作製された薄膜は強い配向性を有する。
【００５０】Ｎ2 Ｏガス雰囲気内でアブレーションによ
って形成された膜は（００１）配向膜であって、Ｏ2 内
で形成された膜は（３１１）配向である。
って形成された膜は（００１）配向膜であって、Ｏ2 内
で形成された膜は（３１１）配向である。
【００５１】このようにガス雰囲気によって結晶の配向
が制御容易なのは、エキシマレーザのＵＶ照射の際に周
囲ガスの解離を通じて生成される酸素ラジカルの活性度
の違いによると考えられる。Ｎ2 Ｏから生成された酸素
ラジカルのエネルギは、純粋なＯ2 から生成されたもの
よりも高く、したがって、その（００１）平面上でのＳ
ＢＬＮ膜の成長に有利である。
が制御容易なのは、エキシマレーザのＵＶ照射の際に周
囲ガスの解離を通じて生成される酸素ラジカルの活性度
の違いによると考えられる。Ｎ2 Ｏから生成された酸素
ラジカルのエネルギは、純粋なＯ2 から生成されたもの
よりも高く、したがって、その（００１）平面上でのＳ
ＢＬＮ膜の成長に有利である。
【００５２】このように強誘電体薄膜の配向性を制御で
きることは、配向性のある膜が誘電体応用に極めて望ま
しいことから、重要な意味を持つ。
きることは、配向性のある膜が誘電体応用に極めて望ま
しいことから、重要な意味を持つ。
【００５３】図２は、ＳＢＬＮターゲットおよびＮ2 Ｏ
とＯ2 の異なるガス雰囲気内で作製されたＳＢＬＮ膜の
ラマンスペクトルを示す。
とＯ2 の異なるガス雰囲気内で作製されたＳＢＬＮ膜の
ラマンスペクトルを示す。
【００５４】図２に示した２つのＳＢＬＮ膜のラマンス
ペクトルも、散乱位置が極めて異なる。しかしながら、
それらのプロファイルは双方とも、正方晶系タングステ
ンブロンズ粉末ターゲットのそれに良く合致する。
ペクトルも、散乱位置が極めて異なる。しかしながら、
それらのプロファイルは双方とも、正方晶系タングステ
ンブロンズ粉末ターゲットのそれに良く合致する。
【００５５】［薄膜の電気的特性］以下では、堆積され
た薄膜の電気的特性について説明する。
た薄膜の電気的特性について説明する。
【００５６】基板としては、熱酸化されたＳｉ（１０
０）ウェハを使用し、電気的測定を行なうために、Ｐｔ
（３００ｎｍ）／Ｔｉ（１５０ｎｍ）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。
０）ウェハを使用し、電気的測定を行なうために、Ｐｔ
（３００ｎｍ）／Ｔｉ（１５０ｎｍ）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。
【００５７】電気的特性の測定のためにＰｔ／ＳＢＬＮ
／Ｐｔキャパシタ構成を得るために、０．１、０．２、
および０．５ｍｍの３つ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。
／Ｐｔキャパシタ構成を得るために、０．１、０．２、
および０．５ｍｍの３つ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。
【００５８】図３は、Ｐｔ／ＳＢＬＮ／Ｐｔ／Ｔｉキャ
パシタ構造とした（００１）配向および（３１０）配向
のＳＢＬＮ膜の、電流密度Ｊの印加電圧Ｖ依存性を示
す。
パシタ構造とした（００１）配向および（３１０）配向
のＳＢＬＮ膜の、電流密度Ｊの印加電圧Ｖ依存性を示
す。
【００５９】正のバイアスを上部電極に印加して、漏れ
電流密度を室温で測定する。すべての膜は低いオーム伝
導（∂ｌｎＪ／∂ｌｎＶ〜１）を示し、約２Ｖの遷移電
圧までの印加バイアスに対して、１０-5Ａ／ｃｍ2 より
低い電流密度を示している。
電流密度を室温で測定する。すべての膜は低いオーム伝
導（∂ｌｎＪ／∂ｌｎＶ〜１）を示し、約２Ｖの遷移電
圧までの印加バイアスに対して、１０-5Ａ／ｃｍ2 より
低い電流密度を示している。
【００６０】これは、１μｍ厚さのＳＢＬＮ膜に対する
２０ｋＶ／ｃｍの印加電界に対応する。遷移電圧を超え
ると、電流密度は（∂ｌｎＪ／∂ｌｎＶ）〜７ないし１
０の傾斜で急速に増加する。
２０ｋＶ／ｃｍの印加電界に対応する。遷移電圧を超え
ると、電流密度は（∂ｌｎＪ／∂ｌｎＶ）〜７ないし１
０の傾斜で急速に増加する。
【００６１】しかしそれでも、１．５Ｖで約２００ｎＡ
／ｃｍ2 の漏れ電流密度レベルは、センサ動作が十分可
能なレベルである。
／ｃｍ2 の漏れ電流密度レベルは、センサ動作が十分可
能なレベルである。
【００６２】図４は、２つの異なる配向を有する１μｍ
厚さのＳＢＬＮ膜の、Ｐ−Ｖヒステリシス曲線を示す。
厚さのＳＢＬＮ膜の、Ｐ−Ｖヒステリシス曲線を示す。
【００６３】残留分極（Ｐr ）は、（００１）配向膜で
は２μＣ／ｃｍ2 であって、（３１１）配向膜では１μ
Ｃ／ｃｍ2 である。
は２μＣ／ｃｍ2 であって、（３１１）配向膜では１μ
Ｃ／ｃｍ2 である。
【００６４】抗電界（Ｅc ）は２５ｋＶ／ｃｍである。
Ｐr の値が（３１１）配向の膜よりも（００１）配向の
膜においての方が高いことは、ＸＲＤ試験と非常によく
合致している。なぜなら、自発分極の配向が、ＳＢＬＮ
材料の（００１）に沿っているからである。
Ｐr の値が（３１１）配向の膜よりも（００１）配向の
膜においての方が高いことは、ＸＲＤ試験と非常によく
合致している。なぜなら、自発分極の配向が、ＳＢＬＮ
材料の（００１）に沿っているからである。
【００６５】双方の膜の抗電界Ｅc 値がほぼ同じである
ことがわかるが、これは、ＳＢＬＮ膜の分極を逆にする
のに必要とされる電界が、配向の違いにかかわらず同じ
であることを示唆している。しかしそれでも、これらＰ
r 値は、ＳＢＮ単結晶のそれよりもはるかに小さい。
ことがわかるが、これは、ＳＢＬＮ膜の分極を逆にする
のに必要とされる電界が、配向の違いにかかわらず同じ
であることを示唆している。しかしそれでも、これらＰ
r 値は、ＳＢＮ単結晶のそれよりもはるかに小さい。
【００６６】図５は、１μｍ厚さのＰｔ／ＳＢＬＮ（３
１１）／Ｐｔキャパシタの分極スイッチング耐久特性を
示す。印加された双極性パルスストレスの振幅は１８Ｖ
である。図５中の挿入図は、試験前および第１の疲労試
験の直後のＰ−Ｖヒステリシス曲線を示す。
１１）／Ｐｔキャパシタの分極スイッチング耐久特性を
示す。印加された双極性パルスストレスの振幅は１８Ｖ
である。図５中の挿入図は、試験前および第１の疲労試
験の直後のＰ−Ｖヒステリシス曲線を示す。
【００６７】熱型イメージセンサの場合、強誘電キャパ
シタ内の温度に伴う容量変化は、一連の電圧パルスを用
いて感知されることになる。
シタ内の温度に伴う容量変化は、一連の電圧パルスを用
いて感知されることになる。
【００６８】強誘電材料は通常、分極スイッチングサイ
クルを所定の回数繰返した後に疲労の問題に見まわれ、
他の電気的特性が劣化する。このため、疲労試験を（３
１１）配向の膜に対して付加的に行なった。この疲労試
験では、キャパシタを疲労させるのに、振幅が１８Ｖ
で、周波数がそれぞれ１ｋＨｚおよび１ＭＨｚの、スト
レスをかけられた２連の双極性方形パルスを連続的に使
用した。
クルを所定の回数繰返した後に疲労の問題に見まわれ、
他の電気的特性が劣化する。このため、疲労試験を（３
１１）配向の膜に対して付加的に行なった。この疲労試
験では、キャパシタを疲労させるのに、振幅が１８Ｖ
で、周波数がそれぞれ１ｋＨｚおよび１ＭＨｚの、スト
レスをかけられた２連の双極性方形パルスを連続的に使
用した。
【００６９】図５において、２Ｐr が、スイッチングサ
イクルの回数の関数として作図されている。図５に示さ
れた結果により、累積で１０9 回のスイッチングサイク
ルまでストレスがかけられた後にも、ＳＢＬＮに顕著な
疲労が見られないことがわかる。
イクルの回数の関数として作図されている。図５に示さ
れた結果により、累積で１０9 回のスイッチングサイク
ルまでストレスがかけられた後にも、ＳＢＬＮに顕著な
疲労が見られないことがわかる。
【００７０】実際、２Ｐr の値は、スイッチングサイク
ルの数が増加するに従って、低下するのではなく徐々に
増加する。
ルの数が増加するに従って、低下するのではなく徐々に
増加する。
【００７１】図６は、異なる配向を有する２つの膜に関
して、容量および誘電率（εr ）の温度依存性を示す。
して、容量および誘電率（εr ）の温度依存性を示す。
【００７２】誘電ミクロボロメータのためのＳＢＬＮ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１Ｖの１ｋＨｚの正弦波を使用して検出してい
る。
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１Ｖの１ｋＨｚの正弦波を使用して検出してい
る。
【００７３】２５℃の室温において、（００１）配向の
膜に関する誘電率および誘電損は５００および０．０１
３に等しく、これらは、（３１１）配向の膜に関する２
００および０．０２の値よりも高い。誘電損が低いこと
は、漏れの影響が低いことを示す。εr の差は、膜内の
配向の違いによる。
膜に関する誘電率および誘電損は５００および０．０１
３に等しく、これらは、（３１１）配向の膜に関する２
００および０．０２の値よりも高い。誘電損が低いこと
は、漏れの影響が低いことを示す。εr の差は、膜内の
配向の違いによる。
【００７４】εr −Ｔ曲線は、８０℃から１２０℃の温
度範囲で広く、急峻な部分を有する。（００１）配向の
膜については、１２０℃あたりに誘電ピークがある。
度範囲で広く、急峻な部分を有する。（００１）配向の
膜については、１２０℃あたりに誘電ピークがある。
【００７５】（３１１）配向の膜については、１３０℃
にまで温度が上昇しても誘電ピークは現われていない。
それでも、εr の顕著な温度変化率（Δεr ／ΔＴ）が
観察される。
にまで温度が上昇しても誘電ピークは現われていない。
それでも、εr の顕著な温度変化率（Δεr ／ΔＴ）が
観察される。
【００７６】８０℃から１２０℃の温度範囲における
（００１）配向および（３１１）配向の双方の膜に関す
る（Δεr ／ΔＴ）の平均値は約１００Ｋ-1である。
（００１）配向および（３１１）配向の双方の膜に関す
る（Δεr ／ΔＴ）の平均値は約１００Ｋ-1である。
【００７７】バイアスレベルを、試験中の正弦波の振幅
に等しい１Ｖであると仮定すると、誘起される焦電係数
（Ｐ＝ε0 ・Ｅ・Δεr ／ΔＴ）は、８８ｎＣ／ｃｍ2
Ｋに達する。この値は、ＬｉＴａＯ3 の単結晶の従来の
焦電係数の最高値にほぼ等しい。
に等しい１Ｖであると仮定すると、誘起される焦電係数
（Ｐ＝ε0 ・Ｅ・Δεr ／ΔＴ）は、８８ｎＣ／ｃｍ2
Ｋに達する。この値は、ＬｉＴａＯ3 の単結晶の従来の
焦電係数の最高値にほぼ等しい。
【００７８】［Ｌａのドープ量の影響］図７は、Ｓｒ
0.5 Ｂａ0.5 Ｎｂ2 Ｏ6 （ＳＢＮ）結晶について、Ｌａ
2 Ｏ3 ドーパント濃度のキュリー温度に対する効果を表
わす。挿入図は、１．０％Ｌａ2Ｏ3 でドープされたＳ
ＢＮ結晶の、εr −Ｔ曲線上の誘電ピークを示す。
0.5 Ｂａ0.5 Ｎｂ2 Ｏ6 （ＳＢＮ）結晶について、Ｌａ
2 Ｏ3 ドーパント濃度のキュリー温度に対する効果を表
わす。挿入図は、１．０％Ｌａ2Ｏ3 でドープされたＳ
ＢＮ結晶の、εr −Ｔ曲線上の誘電ピークを示す。
【００７９】Ｌａ2 Ｏ3 のドーパント濃度の増加に伴
い、キューリー温度は単調に減少し、Ｌａ2 Ｏ3 濃度が
１．５％で室温にまで低下することがわかる。
い、キューリー温度は単調に減少し、Ｌａ2 Ｏ3 濃度が
１．５％で室温にまで低下することがわかる。
【００８０】つまり、言い換えると、ＳＢＬＮ材料中の
Ｌａ濃度の増加に応じて、少なくともＬａ濃度３％まで
は、単調にキューリー温度の低下が起こることがわか
る。
Ｌａ濃度の増加に応じて、少なくともＬａ濃度３％まで
は、単調にキューリー温度の低下が起こることがわか
る。
【００８１】以上、説明したとおり、タングステンブロ
ンズ構造を有する、Ｌａで置換されたＳＢＮ（Ｓｒ0.48
Ｂａ0.51Ｌａ0.01Ｎｂ2 Ｏ6 ：ＳＢＬＮ）の配向性の高
い薄膜が、パルスレーザ堆積法によって、温度６００℃
および圧力１３Ｐａの条件で、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／
Ｓｉ（１００）基板上に再現性良く作製される。
ンズ構造を有する、Ｌａで置換されたＳＢＮ（Ｓｒ0.48
Ｂａ0.51Ｌａ0.01Ｎｂ2 Ｏ6 ：ＳＢＬＮ）の配向性の高
い薄膜が、パルスレーザ堆積法によって、温度６００℃
および圧力１３Ｐａの条件で、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ2 ／
Ｓｉ（１００）基板上に再現性良く作製される。
【００８２】［実施の形態２］ ［赤外線検出素子の構成］図８は、本発明の実施の形態
２の赤外線２次元イメージセンサ１０００の構成を示す
概略ブロック図である。
２の赤外線２次元イメージセンサ１０００の構成を示す
概略ブロック図である。
【００８３】赤外線２次元イメージセンサ１０００は、
外部からの制御信号（タイミング信号、アドレス信号等
を含む）を受ける制御信号入力端子２と、外部制御信号
に応じて赤外線２次元イメージセンサ１０００の動作を
制御する信号を出力する制御回路１０と、画素セル２０
がマトリックス状に配列されたセンサアレイ１６と、制
御回路１０に制御されて、センサアレイ１６中の行の選
択を行う行セレクタ１２と、制御回路１０により制御さ
れてセンサアレイ１６中の列の選択を行う列セレクタ１
４と、センサアレイ１６の列に対応して設けられ、選択
された画素セルからの信号を増幅するオペアンプ２２
と、センサアレイの列に対応して設けられオペアンプ２
２からの信号の高周波ノイズの除去を行う帯域透過フィ
ルタ２４と、制御回路１０により制御されて、帯域透過
フィルタ２４からの信号を選択的に出力端子４に与える
マルチプレクサ２６とを含む。
外部からの制御信号（タイミング信号、アドレス信号等
を含む）を受ける制御信号入力端子２と、外部制御信号
に応じて赤外線２次元イメージセンサ１０００の動作を
制御する信号を出力する制御回路１０と、画素セル２０
がマトリックス状に配列されたセンサアレイ１６と、制
御回路１０に制御されて、センサアレイ１６中の行の選
択を行う行セレクタ１２と、制御回路１０により制御さ
れてセンサアレイ１６中の列の選択を行う列セレクタ１
４と、センサアレイ１６の列に対応して設けられ、選択
された画素セルからの信号を増幅するオペアンプ２２
と、センサアレイの列に対応して設けられオペアンプ２
２からの信号の高周波ノイズの除去を行う帯域透過フィ
ルタ２４と、制御回路１０により制御されて、帯域透過
フィルタ２４からの信号を選択的に出力端子４に与える
マルチプレクサ２６とを含む。
【００８４】制御回路１０は、外部からの制御信号に応
じて、行セレクタ１２の動作を制御する信号ＣＬＫ１
と、列セレクタ１４の動作を制御する信号ＣＬＫ２と、
マルチプレクサ２６の動作を制御する信号ＳＣとを出力
する。
じて、行セレクタ１２の動作を制御する信号ＣＬＫ１
と、列セレクタ１４の動作を制御する信号ＣＬＫ２と、
マルチプレクサ２６の動作を制御する信号ＳＣとを出力
する。
【００８５】図９は、図８の画素セル２０の構成を示す
回路図である。画素セル２０は、第１の駆動信号ＳＤ１
が与えられるノード２０２と、第２の駆動信号ＳＤ２が
与えられるノード２０４と、ノード２０２と２０４との
間に直列に接続される抵抗体Ｒ１および参照容量ＣＲ
と、ノード２０２と２０４との間に直列に接続される抵
抗体Ｒ２および赤外線検出容量ＣＦと、抵抗体Ｒ１と参
照容量ＣＲとの接続ノードｎ１と画素セル２０の第１の
出力ノードｎｔ１との間に直列に接続されるトランジス
タＴｒ１およびＴｒ２と、抵抗体Ｒ２と赤外線検出容量
ＣＦとの接続ノードｎ２と画素セル２０の第２の出力ノ
ードｎｔ２との間に直列に接続されるトランジスタＴｒ
３およびＴｒ４とを含む。
回路図である。画素セル２０は、第１の駆動信号ＳＤ１
が与えられるノード２０２と、第２の駆動信号ＳＤ２が
与えられるノード２０４と、ノード２０２と２０４との
間に直列に接続される抵抗体Ｒ１および参照容量ＣＲ
と、ノード２０２と２０４との間に直列に接続される抵
抗体Ｒ２および赤外線検出容量ＣＦと、抵抗体Ｒ１と参
照容量ＣＲとの接続ノードｎ１と画素セル２０の第１の
出力ノードｎｔ１との間に直列に接続されるトランジス
タＴｒ１およびＴｒ２と、抵抗体Ｒ２と赤外線検出容量
ＣＦとの接続ノードｎ２と画素セル２０の第２の出力ノ
ードｎｔ２との間に直列に接続されるトランジスタＴｒ
３およびＴｒ４とを含む。
【００８６】トランジスタＴｒ１およびＴｒ３は、行セ
レクタ１２からの信号Ｓｘに応じて導通または非導通状
態となり、トランジスタＴｒ２およびＴｒ４は、列セレ
クタ１４からの信号Ｓｙに応じて導通または非導通状態
となる。
レクタ１２からの信号Ｓｘに応じて導通または非導通状
態となり、トランジスタＴｒ２およびＴｒ４は、列セレ
クタ１４からの信号Ｓｙに応じて導通または非導通状態
となる。
【００８７】出力ノードｎｔ１およｎｔ２からは、それ
ぞれ互いに相補な信号ＯＵＴおよび／ＯＵＴが出力され
る。
ぞれ互いに相補な信号ＯＵＴおよび／ＯＵＴが出力され
る。
【００８８】また、抵抗体Ｒ１およびＲ２としては、特
に限定されないが、たとえば、注入抵抗やポリシリコン
薄膜を用いることが可能である。もちろん、他の金属材
料等の薄膜を抵抗体Ｒ１およびＲ１として用いることが
可能である。
に限定されないが、たとえば、注入抵抗やポリシリコン
薄膜を用いることが可能である。もちろん、他の金属材
料等の薄膜を抵抗体Ｒ１およびＲ１として用いることが
可能である。
【００８９】また、参照容量としては、特に限定されな
いが、赤外線が入射しないように遮蔽した赤外線検出容
量と同様の強誘電体薄膜を用いたキャパシタとしたり、
シリコン酸化膜を金属電極で挟んだ構造を用いることが
可能である。
いが、赤外線が入射しないように遮蔽した赤外線検出容
量と同様の強誘電体薄膜を用いたキャパシタとしたり、
シリコン酸化膜を金属電極で挟んだ構造を用いることが
可能である。
【００９０】さらに、赤外線検出容量としては、実施の
形態１で説明したＳＢＬＮ膜を用いることが可能であ
る。
形態１で説明したＳＢＬＮ膜を用いることが可能であ
る。
【００９１】なお、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４は、赤
外線２次元イメージセンサを構成するために設けられて
ものであって、単一の赤外線検出素子として用いる場合
は、これを省いた構成とすることができる。
外線２次元イメージセンサを構成するために設けられて
ものであって、単一の赤外線検出素子として用いる場合
は、これを省いた構成とすることができる。
【００９２】図１０は、図９に示した回路をシリコン
（Ｓｉ）などの半導体基板上に集積回路として形成する
際の平面パターンを示す平面図であり、図１１は、図１
０に示した平面図のＰ−Ｐ’断面を示す断面図である。
（Ｓｉ）などの半導体基板上に集積回路として形成する
際の平面パターンを示す平面図であり、図１１は、図１
０に示した平面図のＰ−Ｐ’断面を示す断面図である。
【００９３】図１０および図１１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Ｔｒ
１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、Ｓ
ｉ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。
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Ｔｒ
１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、Ｓ
ｉ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。
【００９４】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。
【００９５】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酸化膜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酸化膜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。
【００９６】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。
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。
【００９７】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３０
０への熱のロスをできるだけ減少させるためである。
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３０
０への熱のロスをできるだけ減少させるためである。
【００９８】なお、図１０中で領域ＧＶは、溝部３３０
をエッチング形成する際の平面パターンであり、領域Ｇ
Ｖを囲む領域ＧＥＳ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を形成する領域を意
味する。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。
をエッチング形成する際の平面パターンであり、領域Ｇ
Ｖを囲む領域ＧＥＳ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を形成する領域を意
味する。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。
【００９９】次に、図１１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。
【０１００】図１２〜図２３は、上記第１〜第１２工程
をそれぞれ示す断面図である。図１２を参照して、第１
工程においては、Ｓｉ基板３００表面に熱酸化によりシ
リコン酸化膜３０４を形成する。また、基板裏面にアラ
インメントマーク３０１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。
をそれぞれ示す断面図である。図１２を参照して、第１
工程においては、Ｓｉ基板３００表面に熱酸化によりシ
リコン酸化膜３０４を形成する。また、基板裏面にアラ
インメントマーク３０１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。
【０１０１】図１３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。
【０１０２】図１４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。
【０１０３】図１５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。
【０１０４】図１６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をエッチングして、パターニ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をエッチングして、パターニングすることによりゲ
ート電極３１４が形成される。
【０１０５】図１７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。
【０１０６】図１８を参照して、ＣＶＤ法等によりシリ
コン酸化膜３０６を堆積する。図１９を参照して、基板
裏面側からＲＩＥ等の異方性エッチングによりＳｉ基板
３００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。
コン酸化膜３０６を堆積する。図１９を参照して、基板
裏面側からＲＩＥ等の異方性エッチングによりＳｉ基板
３００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。
【０１０７】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、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、機械的
強度の許す限り薄ければ薄いほどよい。
【０１０８】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。
【０１０９】図２０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。
【０１１０】図２１を参照して、スパッタリング法ある
いは真空蒸着法およびリフトオフ法等により下部電極３
０８ならびに引出し配線３１６および３１８となるＰｔ
／Ｔｉ積層膜を形成する。
いは真空蒸着法およびリフトオフ法等により下部電極３
０８ならびに引出し配線３１６および３１８となるＰｔ
／Ｔｉ積層膜を形成する。
【０１１１】続いて、図２２を参照して、レーザーアブ
レーション法等により強誘電率膜３１０のＳＢＬＮ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、
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。
レーション法等により強誘電率膜３１０のＳＢＬＮ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、
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。
【０１１２】図２３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。
【０１１３】以上の工程により、図１１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。
【０１１４】図１１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。
【０１１５】この赤外線センサは、誘電率を電界を加え
て測定するためチョッパが必要なくなる。
て測定するためチョッパが必要なくなる。
【０１１６】さらに、後に説明するように、参照容量と
の差動をとることにより格段に感度を向上させることが
可能な構成を比較的簡単な構造で実現できるため、二次
元アレイとした場合にも高解像度を実現しやすいとの特
徴を有する。
の差動をとることにより格段に感度を向上させることが
可能な構成を比較的簡単な構造で実現できるため、二次
元アレイとした場合にも高解像度を実現しやすいとの特
徴を有する。
【０１１７】以上のように構成された画素セルにより、
室温で高感度かつ簡易な構成の赤外線検出回路を実現す
ることができ、それを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。
室温で高感度かつ簡易な構成の赤外線検出回路を実現す
ることができ、それを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。
【０１１８】［実施の形態３］図２４は、実施の形態１
で説明したＳＢＬＮ膜を用いて、赤外線検出のための焦
電センサを作成した場合の測定系４００の構成を示す、
概略ブロック図である。
で説明したＳＢＬＮ膜を用いて、赤外線検出のための焦
電センサを作成した場合の測定系４００の構成を示す、
概略ブロック図である。
【０１１９】測定系４００は、ＳＢＬＮ膜を誘電体とす
るキャパシタ４０２と、キャパシタ４０２の上部電極か
ら順次直列に接続され、各々のゲート電位が選択信号Ｓ
ｘおよびＳｙにより制御されるＭＯＳトランジスタＴｒ
１およびＴｒ２と、キャパシタ４０２の下部電極と＋入
力ノードが接続し、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２を
介してキャパシタ４０２の上部電極とー入力ノードが接
続するオペアンプ４０６と、オペアンプ４０６の出力ノ
ードとー入力ノードとの間に接続されるフィードバック
抵抗Ｒと、オペアンプ４０６の出力を受ける高域透過フ
ィルタ４０８と、高域透過フィルタ４０８からの出力を
受けるゲインアンプ４１０と、ゲインアンプ４１０の出
力を受ける低域透過フィルタ４１２と、低域透過フィル
タ４１２の出力を受けて出力電位Ｖｏｕｔを出力するア
ンプ４１４とを含む。
るキャパシタ４０２と、キャパシタ４０２の上部電極か
ら順次直列に接続され、各々のゲート電位が選択信号Ｓ
ｘおよびＳｙにより制御されるＭＯＳトランジスタＴｒ
１およびＴｒ２と、キャパシタ４０２の下部電極と＋入
力ノードが接続し、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２を
介してキャパシタ４０２の上部電極とー入力ノードが接
続するオペアンプ４０６と、オペアンプ４０６の出力ノ
ードとー入力ノードとの間に接続されるフィードバック
抵抗Ｒと、オペアンプ４０６の出力を受ける高域透過フ
ィルタ４０８と、高域透過フィルタ４０８からの出力を
受けるゲインアンプ４１０と、ゲインアンプ４１０の出
力を受ける低域透過フィルタ４１２と、低域透過フィル
タ４１２の出力を受けて出力電位Ｖｏｕｔを出力するア
ンプ４１４とを含む。
【０１２０】キャパシタ４０２に入力する赤外線は、チ
ョッパー４０４により一定の時間間隔で遮断される。
ョッパー４０４により一定の時間間隔で遮断される。
【０１２１】なお、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２
は、赤外線２次元イメージセンサを構成するために設け
られてものであって、単一の赤外線検出素子として用い
る場合は、これを省いた構成とすることができる。
は、赤外線２次元イメージセンサを構成するために設け
られてものであって、単一の赤外線検出素子として用い
る場合は、これを省いた構成とすることができる。
【０１２２】このような構成で、入射する赤外線強度に
応じて流れるキャパシタ４０２からの焦電電流を検出・
増幅することで、赤外線センサを構成することが可能で
ある。
応じて流れるキャパシタ４０２からの焦電電流を検出・
増幅することで、赤外線センサを構成することが可能で
ある。
【０１２３】以上説明してきたような本発明にかかる赤
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。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。
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。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。
【０１２４】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。
【０１２５】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明にかかる強
誘電体薄膜およびその製造方法により、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。
誘電体薄膜およびその製造方法により、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】異なるアブレーション用ガス雰囲気内で作製さ
れた、ＳＢＬＮ粉末ターゲットおよびＳＢＬＮ膜のＸＲ
Ｄプロファイルを示す図である。
れた、ＳＢＬＮ粉末ターゲットおよびＳＢＬＮ膜のＸＲ
Ｄプロファイルを示す図である。
【図２】異なるガス雰囲気内で作製されたＳＢＬＮター
ゲットおよびＳＢＬＮ膜のラマンスペクトルを示す図で
ある。
ゲットおよびＳＢＬＮ膜のラマンスペクトルを示す図で
ある。
【図３】ＳＢＬＮ膜を流れる電流密度Ｊの印加電圧Ｖ依
存性を示す図である。
存性を示す図である。
【図４】２つの異なる配向を有するＳＢＬＮ膜のＰ−Ｖ
ヒステリシス曲線を示す図である。
ヒステリシス曲線を示す図である。
【図５】ＳＢＬＮ（３１１）膜の分極スイッチング耐久
特性を示す図である。
特性を示す図である。
【図６】異なる配向を有する２つの膜の容量および誘電
率（εr ）の温度依存性を示す図である。
率（εr ）の温度依存性を示す図である。
【図７】ＳＢＮ結晶に対するＬａ2 Ｏ3 のドーパント濃
度のキュリー温度に対する効果を表わす図である。
度のキュリー温度に対する効果を表わす図である。
【図８】本発明の実施の形態１の赤外線２次元イメージ
センサ１０００の構成を示す概略ブロック図である。
センサ１０００の構成を示す概略ブロック図である。
【図９】図画素セル２０の構成を示す回路図である。
【図１０】図９に示した回路を半導体基板上に集積回路
として形成する際の平面パターンを示す平面図である。
として形成する際の平面パターンを示す平面図である。
【図１１】図１０に示した平面図のＰ−Ｐ’断面を示す
断面図である。
断面図である。
【図１２】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。
す断面図である。
【図１３】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。
す断面図である。
【図１４】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。
す断面図である。
【図１５】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。
す断面図である。
【図１６】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。
す断面図である。
【図１７】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。
す断面図である。
【図１８】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。
す断面図である。
【図１９】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。
す断面図である。
【図２０】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。
す断面図である。
【図２１】画素セル２０の製造フロー中の第１０工程を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２２】画素セル２０の製造フロー中の第１１工程を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２３】画素セル２０の製造フロー中の第１２工程を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２４】本発明の実施の形態３の焦電型赤外線検出素
子の測定系４００の構成を示す図である。
子の測定系４００の構成を示す図である。
【図２５】強誘電体材料の分極および誘電率の双方の温
度依存性を示す概念図である。
度依存性を示す概念図である。
２ 制御信号入力端子 ４ 出力端子 １０ 制御回路 １２ 行セレクタ １４ 列セレクタ １６ センサアレイ ２０ 画素セル ２２ オペアンプ ２４ 帯域透過フィルタ ２６ マルチプレクサ １２０ 画素セル ３００ シリコン基板 ３０２ ゲート酸化膜 ３０４、３０６ シリコン酸化膜 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 ４０２ 強誘電体キャパシタ ４０４ チョッパ ４０６ オペアンプ １０００ 赤外線２次元イメージセンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｈ０１Ｌ 37/02 37/02 27/14 Ｋ (72)発明者 野田 実 大阪府吹田市山田西１−30 Ｂ−404 (72)発明者 久保 竜一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (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 許 華平 大阪府豊中市待兼山町１丁目１番 大阪大 学国際交流会館Ａ221号
Claims (8)
- 【請求項１】 Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 の
組成を有する強誘電体薄膜材料の製造方法であって、 Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａを含むターゲットにエキシマレ
ーザをパルス照射し、前記エキシマレーザ光により酸素
ラジカルを生成する雰囲気ガス中において、前記ターゲ
ットに対向して配置された基板上に前記強誘電体薄膜材
料を堆積する、強誘電体薄膜材料の製造方法。 - 【請求項２】 前記雰囲気ガスはＮ2 Ｏガスである、請
求項１記載の強誘電体薄膜材料の製造方法。 - 【請求項３】 Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 の
組成を有する強誘電体薄膜材料であって、 Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａを含むターゲットにエキシマレ
ーザをパルス照射し、前記エキシマレーザ光により酸素
ラジカルを生成する雰囲気ガス中において、前記ターゲ
ットに対向して配置された基板上に堆積され、前記Ｌａ
組成が３％以下である、強誘電体薄膜材料。 - 【請求項４】 前記雰囲気ガスはＮ2 Ｏガスである、請
求項３記載の強誘電体薄膜材料。 - 【請求項５】 基板上に形成される赤外線検出素子であ
って、 赤外線を吸収することによる温度変化に応じて静電容量
値が変化する赤外線検出容量手段を備え、 前記赤外線検出容量手段は、 互いに対向する上部電極および下部電極と、 前記上部電極および下部電極に挟まれる強誘電体薄膜と
を含み、 前記強誘電体薄膜は、 Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 の組成を有する強
誘電体薄膜材料であって、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａを含
むターゲットにエキシマレーザをパルス照射し、前記エ
キシマレーザ光により酸素ラジカルを生成する雰囲気ガ
ス中において、前記ターゲットに対向して配置された前
記基板上に堆積され、 前記赤外線検出容量手段の静電容量値の変化を検出する
ことにより赤外線を検知する、赤外線検出素子。 - 【請求項６】 基板上に形成される赤外線検出素子であ
って、 赤外線を吸収することにより焦電電流を生成する赤外線
検出手段を備え、 前記赤外線検出手段は、 互いに対向する上部電極および下部電極と、 前記上部電極および下部電極に挟まれる強誘電体薄膜と
を含み、 前記強誘電体薄膜は、 Ｓｒ(1-X-Y) ＢａX ＬａY Ｎｂ2 Ｏ6 の組成を有する強
誘電体薄膜材料であって、Ｓｒ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａを含
むターゲットにエキシマレーザをパルス照射し、前記エ
キシマレーザ光により酸素ラジカルを生成する雰囲気ガ
ス中において、前記ターゲットに対向して配置された前
記基板上に堆積され、 前記赤外線検出手段からの焦電電流を検出することによ
り赤外線を検知する、赤外線検出素子。 - 【請求項７】 前記雰囲気ガスはＮ2 Ｏガスである、請
求項５または６記載の赤外線検出素子。 - 【請求項８】 前記強誘電体薄膜の前記Ｌａ組成が３％
以下である、請求項７記載の赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07258698A JP3683095B2 (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 強誘電体薄膜材料、強誘電体薄膜材料の製造方法、強誘電体薄膜材料を用いた誘電ボロメータの製造方法、誘電ボロメータおよびそれを用いた赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07258698A JP3683095B2 (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 強誘電体薄膜材料、強誘電体薄膜材料の製造方法、強誘電体薄膜材料を用いた誘電ボロメータの製造方法、誘電ボロメータおよびそれを用いた赤外線検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11271142A true JPH11271142A (ja) | 1999-10-05 |
| JP3683095B2 JP3683095B2 (ja) | 2005-08-17 |
Family
ID=13493647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07258698A Expired - Lifetime JP3683095B2 (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 強誘電体薄膜材料、強誘電体薄膜材料の製造方法、強誘電体薄膜材料を用いた誘電ボロメータの製造方法、誘電ボロメータおよびそれを用いた赤外線検出素子 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001343282A (ja) * | 2000-06-01 | 2001-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 赤外線検出素子、赤外線２次元イメージセンサおよびその製造方法 |
| JP2002124708A (ja) * | 2000-08-09 | 2002-04-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 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 |
| WO2002041365A3 (en) * | 2000-11-16 | 2003-01-23 | Motorola Inc | Single crystalline oxide on a semiconductor substrate |
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| JP2021031346A (ja) * | 2019-08-27 | 2021-03-01 | Tdk株式会社 | 誘電体組成物および電子部品 |
-
1998
- 1998-03-20 JP JP07258698A patent/JP3683095B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
| JP2001343282A (ja) * | 2000-06-01 | 2001-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 赤外線検出素子、赤外線２次元イメージセンサおよびその製造方法 |
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| US7332717B2 (en) | 2004-10-18 | 2008-02-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Infrared sensor and infrared sensor array |
| JP2021031346A (ja) * | 2019-08-27 | 2021-03-01 | Tdk株式会社 | 誘電体組成物および電子部品 |
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