JP3691395B2 - 熱型赤外線検出素子およびその製造方法並びに該熱型赤外線検出素子を備えた撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線カメラ等の撮像装置に好適に用いられる熱型赤外線検出素子およびその製造方法並びに該熱型赤外線検出素子を備えた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、障害物検出、人体検出、あるいは夜間の監視等のために、昼夜、煙や太陽光等の外乱に影響され難い遠赤外線検出素子を用いた撮像素子を備えた撮像カメラが使用されている。
【０００３】
撮像装置としては、この遠赤外線検出素子を用いた撮像カメラの他に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device)カメラや光電子倍増管があるが、スペクトル特性の面で、これらの用途に対する要求を満足していない。また、遠赤外線検出素子を用いた撮像カメラ（赤外線カメラ）は、常温付近での黒体放射強度レベルが高い、波長が８〜１２μｍの遠赤外を利用しているため、近赤外、中赤外を利用したＣＣＤカメラや量子型赤外線カメラよりも優れている。
【０００４】
遠赤外線検出素子としては、量子効果を利用したものと熱効果を利用したものとがある。量子効果を利用した遠赤外線検出素子は、検出感度は良好であるものの、７７Ｋ程度の冷却機構が必要となる。
【０００５】
これに対して、熱効果を利用した遠赤外線検出素子は、冷却を必要としない。このため、遠赤外線検出素子を用いた装置の小型化、低価格化が可能となる。この熱効果を利用した遠赤外線検出素子である熱型赤外線検出素子は、
（１）熱を抵抗の変化で検出するボロメータセンサ
（２）熱を熱電対検出するサーモパイルセンサ
（３）熱を電荷で検出する焦電型センサ
に分類される。
【０００６】
上記のボロメータセンサについては、近年、シリコン・ウェハ上に、モノリシック形成できる利点を生かして、熱を抵抗変化で検出するサーミスタ型ボロメータセンサ（ボロメータ型の熱型赤外線検出素子）が開発・製造されている。
【０００７】
ここで、本発明の図３を参照して、熱を抵抗変化で検出するボロメータ型の熱型赤外線検出素子の概略構成について説明する。
図３に示すように、ボロメータ型の熱型赤外線検出素子は、半導体基板１上に、赤外線検出体（以下、ダイアフラム構造体と称する）３０が、２本の脚３１・３１（支持部材）によって、半導体基板１との間に所定の空間を有するように上記半導体基板１から所定の間隔を置いて支持された構成を有している。ダイアフラム構造体３０は、熱によって抵抗値が変化する熱抵抗変化膜や、絶縁膜、赤外線吸収膜等によって構成されている。なお、熱抵抗変化膜は、ダイアフラム構造体３０を支持する脚３１・３１の中に配された配線金属膜を介して、半導体基板１表面に形成された回路と電気的に接続されている。
【０００８】
一般的に、熱型赤外線検出素子の感度Ｒｅｓは、定常状態では、次式（１）
Ｒｅｓ［Ｖ／Ｗ］＝η×ＶＢ×α×（１−exp(−τｉ／τＴ））／Ｇ ……（１）
によって求めることができる。
【０００９】
なお、τＴ＝Ｈ／Ｇである。
【００１０】
ただし、
ηはダイアフラム構造体の赤外線吸収率、
ＶＢはダイアフラム構造体に印加されるバイアス電圧、
αは熱抵抗変化膜の抵抗温度係数、
Ｇは半導体基板とダイアフラム構造体との熱コンダクタンス、
τｉは積分時間、
τＴは熱時定数、
Ｈは熱容量である。
【００１１】
式（１）から明らかなように、ボロメータ型の熱型赤外線検出素子（以下、単に熱型赤外線検出素子と称する）の感度Ｒｅｓは抵抗温度係数αに比例し、抵抗温度係数αの絶対値が大きい程、感度Ｒｅｓは大きくなる（高感度になる）。それゆえ、抵抗温度係数αの絶対値が大きい熱抵抗変化膜を用いて、ダイアフラム構造体を構成することが望ましい。また、赤外線吸収率ηの向上、熱コンダクタンスＧの低減および熱容量Ｈの低減によっても感度Ｒｅｓを大きくすることができ、これにより、熱型赤外線検出素子の感度を向上させることができる。それゆえ、上記熱型赤外線検出素子としては、抵抗温度係数αの絶対値が大きい材料を熱抵抗変化膜の材料として用いることが望ましい。
【００１２】
特開平１１−７４５４５号公報には、熱抵抗変化膜に、遷移金属の酸化物膜を用いた熱型赤外線検出素子の構造が記載されている。図８に示すように、上記特開平１１−７４５４５号公報に記載の熱型赤外線検出素子は、半導体基板１００上に、絶縁性の保護膜である第１窒化シリコン膜１０１、配線金属膜１０２、コンタクトホール１０３ａを有する第２窒化シリコン膜１０３、熱抵抗変化膜１０４、酸化シリコン膜１０５および第３窒化シリコン膜１０６が積層されたダイアフラム構造体１１０を備えている。第１窒化シリコン膜１０１上には配線金属膜１０２が所定の形状に形成されており、配線金属膜１０２上には第２窒化シリコン膜１０３が形成されている。また、第２窒化シリコン膜１０３に形成されたコンタクトホール１０３ａを介して配線金属膜１０２とその上に配された熱抵抗変化膜１０４とは電気的に接続されている。
【００１３】
上記ダイアフラム構造体１１０の製造方法としては、まず、第１窒化シリコン膜１０１および配線金属膜１０２が形成された半導体基板１００上に、反応性スパッタリング法によって、バナジウム酸化物を主成分とする熱抵抗変化膜１０４を成膜する。次に、この熱抵抗変化膜１０４上に、プラズマＣＶＤ(chemical vapor deposition：化学気相成長) 法によって酸化シリコン膜１０５を形成する。そして、熱抵抗変化膜１０４と酸化シリコン膜１０５とを略同一の形状に加工した後、その上に保護層である第３窒化シリコン膜１０６を形成する。
【００１４】
酸化バナジウムのような遷移金属酸化物は、有機分子を吸着する性質があるため、熱抵抗変化膜１０４を所定の形状に加工した後、酸化シリコン膜１０５を形成すると、熱抵抗変化膜１０４の加工に用いられるレジストあるいは洗浄に使用する有機溶剤の残留層が、上記熱抵抗変化膜１０４と酸化シリコン膜１０５との間に形成され、熱抵抗変化膜１０４と酸化シリコン膜１０５との密着強度を低減してしまう。また、熱抵抗変化膜１０４の保護層である第３窒化シリコン膜１０６は、プラズマ化学気相成長法による成膜時のプラズマの還元作用により、あるいは成膜時／成膜後の加熱処理時に含有水素を放出するため、該第３窒化シリコン膜１０６に接する熱抵抗変化膜１０４の電気抵抗が変化する。
【００１５】
そこで、熱抵抗変化膜１０４を所定の形状に加工する前に酸化シリコン膜１０５を形成することにより、加工工程中に熱抵抗変化膜１０４が有機分子の吸着等のダメージを受け、熱抵抗変化膜１０４の電気特性が変化することを防止している。これにより、複数の熱型赤外線検出素子間の素子抵抗のばらつきを少なくすることができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１１−７４５４５号公報に記載の熱型赤外線検出素子においては、熱抵抗変化膜１０４上に絶縁膜である酸化シリコン膜１０５が配置されるため、熱抵抗変化膜１０４上に配線金属膜１０２を配置するだけでは熱抵抗変化膜１０４と配線金属膜１０２との電気的な接続は確保できない。このため、配線金属膜１０２上に熱抵抗変化膜１０４を配し、これらの間に第２窒化シリコン膜１０３を挟んで配置させ、コンタクトホール１０３ａにより熱抵抗変化膜１０４と配線金属膜１０２との電気的な接続を確保している。しかしながら、この構造の熱型赤外線検出素子を作成するには、第２窒化シリコン膜１０３を形成する工程と、この第２窒化シリコン膜１０３にコンタクトホール１０３ａを形成する工程とが必要となる。このため、熱型赤外線検出素子の製造工程が増加し、製造コストの増加を招来することになる。また、第２窒化シリコン膜１０３にコンタクトホール１０３ａを形成することで構成が複雑になる。このため、熱型赤外線検出素子を安価に製造することができない。
【００１７】
また、遷移金属の酸化物は、上記した問題点以外にも、大気に暴露されることによりその表面が変質し易いという問題点を有している。しかしながら、上記特開平１１−７４５４５号公報に記載の熱型赤外線検出素子においては、上記問題点については全く考慮されておらず、その製造過程において熱抵抗変化膜１０４が大気に暴露されることによりその表面が変質し、これにより、熱抵抗変化膜１０４の電気特性が変化するという問題点を有している。
【００１８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価かつ簡素な構成にて素子抵抗の安定化を図ることができる熱型赤外線検出素子およびその製造方法並びに該熱型赤外線検出素子を備えた撮像装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる熱型赤外線検出素子は、上記の課題を解決するために、遷移金属の酸化物を含む酸化物膜からなり、赤外線を吸収して抵抗値が変化する熱抵抗変化膜と、上記熱抵抗変化膜と電気的に接続される配線金属膜とを備えた熱型赤外線検出素子において、上記熱抵抗変化膜における配線金属膜との接続部が、少なくとも表面が金属からなる導電性膜で被覆されており、上記導電性膜が、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に設けられた、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜であり、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記保護膜により電気的に接続されており、さらに、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属と同じ遷移金属を用いてなることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明にかかる熱型赤外線検出素子は、上記の課題を解決するために、遷移金属の酸化物を含む酸化物膜からなり、赤外線を吸収して抵抗値が変化する熱抵抗変化膜と、上記熱抵抗変化膜と電気的に接続される配線金属膜とを備えた熱型赤外線検出素子において、上記熱抵抗変化膜における配線金属膜との接続部が、少なくとも表面が金属からなる導電性膜で被覆されており、上記導電性膜が、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に設けられた、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜であり、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記保護膜により電気的に接続されており、さらに、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属の酸化物を含む濃度勾配層を有し、該濃度勾配層は、該濃度勾配層中の酸素濃度が、上記保護膜表面側に向かって次第に減少するように形成されていることを特徴としている。
【００２１】
上記導電性膜は、上記接続部が大気中に暴露されない条件下で成膜されたものであってもよい。
【００２２】
具体的には、例えば、上記熱抵抗変化膜における配線金属膜との接続部が、上記熱抵抗変化膜を、酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で成膜された、少なくとも表面が金属からなる導電性膜で被覆されている。
【００２３】
上記の構成によれば、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で、上記熱抵抗変化膜における配線金属膜との接続部を成膜することで、上記熱抵抗変化膜が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜表面の変質の防止を図ることができる。
【００２４】
上記の各構成によれば、上記導電性膜が、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に設けられた、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜であることにより、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部を、大気に暴露されることによる表面の変質や、その製造工程における加工時のダメージや有機分子の吸着から保護することができる。従って、上記熱抵抗変化膜と上記配線金属膜との接続部の変質等により素子抵抗が増大することを防止することができる。このため素子抵抗の安定化を図ることができ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを抑えることができる。
【００２５】
上記の構成によれば、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属と同じ遷移金属を用いてなることで、上記保護膜を、熱抵抗変化膜で用いた遷移金属と同じ 遷移金属をターゲットとして用いて製造することができることから、上記保護膜の製造にかかる時間を短縮し、上記保護膜をより容易かつ安価に形成することができる。また、１つのターゲットから熱抵抗変化膜と保護膜とを形成することができるので、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記保護膜を製造することができ、該保護膜を形成しても、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記熱型赤外線検出素子を製造することができる。
【００２６】
上記の構成によれば、該濃度勾配層中の酸素濃度、すなわち、酸素含有量を、保護膜表面側に向かって次第に減少するように連続的に変化させることにより、得られる熱型赤外線検出素子のノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。
【００２７】
上記熱型赤外線検出素子は、上記導電性膜が、上記配線金属膜における熱抵抗変化膜との接続端子部であり、上記熱抵抗変化膜上に上記配線金属膜が直接積層されていてもよい。
【００２８】
上記の構成によれば、上記導電性膜が、上記配線金属膜における熱抵抗変化膜との接続端子部であり、上記熱抵抗変化膜上に上記配線金属膜が直接積層されているので、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを容易に電気的に接続することができる。従って、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との電気的接続を行なうに際し、例えば、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを接続するコンタクトホールを形成する必要がなく、簡素かつ安価な構成とすることができる。
【００２９】
また、本発明にかかる熱型赤外線検出素子は、上記の課題を解決するために、遷移金属の酸化物を含む酸化物膜からなり、赤外線を吸収して抵抗値が変化する熱抵抗変化膜と、上記熱抵抗変化膜と電気的に接続される配線金属膜とを備えた熱型赤外線検出素子において、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部を覆う、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜を備え、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記保護膜により電気的に接続されており、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属と同じ遷移金属を用いてなることを特徴としている。
【００３０】
上記熱抵抗変化膜に用いられる遷移金属の酸化物は、温度変化によって抵抗値を変化させることができることから赤外線による温度上昇の検出手段として好適であり、また、抵抗温度係数の絶対値が大きいことから、得られる熱型赤外線検出素子の感度を向上させることができる。しかしながら、その一方で、遷移金属の酸化物は、大気に暴露されることによりその表面が変質したり、フォトリソグラフィー等による加工に際し、その表面にダメージを受け易く、また、有機分子を吸着し易いという問題点を有している。
【００３１】
本発明にかかる上記熱型赤外線検出素子は、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部を覆う、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜が配されていることで、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部が、大気に暴露されることによる表面の変質や、その製造工程における加工時のダメージや有機分子の吸着から保護されている。
【００３２】
例えば、上記の構成によれば、上記熱型赤外線検出素子の製造に際し、上記熱抵抗変化膜を保護することができ、上記熱抵抗変化膜上に上記保護膜が積層された状態で上記熱抵抗変化膜を所定の形状に加工することで、該加工による上記熱抵抗変化膜へのダメージを防止することができる。この場合、熱型赤外線検出素子の構造を考慮すれば、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部が、例えばフォトリソグラフィーによってその表面にダメージを受けた状態で上記配線金属膜と接続されることがなく、上記熱型赤外線検出素子の素子抵抗が設計値から大きく逸脱することがない。また、このようにして得られた熱型赤外線検出素子は、上記熱抵抗変化膜が、表面が変質やダメージ等から保護されている面にて上記配線金属膜と接続されている構成を有し、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部が、大気に暴露されることによる表面の変質や、その製造工程における加工時のダメージや有機分子の吸着から保護されている。
【００３３】
以上のように、上記の構成によれば、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部の変質等により素子抵抗が増大することを防止することができる。このため素子抵抗の安定化を図ることができ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを抑えることができる。
【００３４】
また、上記の構成によれば、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部を覆う、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜により電気的に接続されていることで、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との電気的接続を行なうに際し、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを接続するコンタクトホールを形成する必要がなく、簡素かつ安価な構成とすることができる。従って、上記の構成によれば、安価かつ簡素な構成にて素子抵抗の安定化を図ることができる熱型赤外線検出素子を提供することができる。
【００３５】
上記の構成によれば、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属と同じ遷移金属を用いてなることで、上記保護膜を、熱抵抗変化膜で用いた遷移金属と同じ遷移金属をターゲットとして用いて製造することができることから、上記保護膜の製造にかかる時間を短縮し、上記保護膜をより容易かつ安価に形成することができる。また、１つのターゲットから熱抵抗変化膜と保護膜とを形成することができるので、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記保護膜を製造することができ、該保護膜を形成しても、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記熱型赤外線検出素子を製造することができる。
【００３６】
また、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属と同じ遷移金属を用いてなることで、上記熱抵抗変化膜と保護膜とを、同一の成膜室（チャンバ）内、例えば真空発生装置を備えた成膜装置における同一の真空チャンバ内で、同一のターゲットを用いて成膜することができる。このため、熱抵抗変化膜成膜後、大気開放することなく上記保護膜を成膜することができ、上記熱抵抗変化膜が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜表面の変質の防止を図ることができる。また、真空排気に要する時間と費用とを節約することができることから、上記熱型赤外線検出素子を安価に製造することができる。
【００３７】
また、上記の構成によれば、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属と同じ遷移金属を用いてなることで、上記熱抵抗変化膜と保護膜との密着強度に優れている。
【００３８】
また、本発明にかかる熱型赤外線検出素子は、上記の課題を解決するために、遷移金属の酸化物を含む酸化物膜からなり、赤外線を吸収して抵抗値が変化する熱抵抗変化膜と、上記熱抵抗変化膜と電気的に接続される配線金属膜とを備えた熱型赤外線検出素子において、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部を覆う、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜を備え、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記保護膜により電気的に接続されており、さらに、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属の酸化物を含む濃度勾配層を有し、該濃度勾配層は、該濃度勾配層中の酸素濃度が、上記保護膜表面側に向かって次第に減少するように形成されていることを特徴としている。
【００３９】
上記の構成によれば、該濃度勾配層中の酸素濃度、すなわち、酸素含有量を、保護膜表面側に向かって次第に減少するように連続的に変化させることにより、得られる熱型赤外 線検出素子のノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。
【００４０】
上記熱型赤外線検出素子は、上記遷移金属がチタンであることが好ましい。
【００４１】
チタン酸化物は抵抗温度係数の絶対値が大きく、得られる熱型赤外線検出素子の感度を向上させることができる。このため、該チタン酸化物を含む熱抵抗変化膜を、例えばボロメータ型赤外線センサ等に用いることにより、非常に高い感度のボロメータ型赤外線センサを実現することができる。
【００４２】
また、上記熱型赤外線検出素子は、上記遷移金属がバナジウムであることが好ましい。
【００４３】
バナジウム酸化物は抵抗温度係数の絶対値が大きく、また、比抵抗値が低い。このため、上記熱抵抗変化膜がバナジウム酸化物を含むことで、得られる熱型赤外線検出素子の感度を向上させることができると共に、熱抵抗変化膜自体から発生するノイズの影響を低減させることができる。従って、このような熱抵抗変化膜を、例えばボロメータ型赤外線センサ等に用いることにより、非常に高い感度のボロメータ型赤外線センサを実現することができる。
【００４４】
上記の熱型赤外線検出素子は、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属の酸化物を含む濃度勾配層を有し、該濃度勾配層は、該濃度勾配層中の酸素濃度が、上記保護膜表面側に向かって次第に減少するように形成されていることが好ましい。
【００４５】
上記の構成によれば、該濃度勾配層中の酸素濃度、すなわち、酸素含有量を、保護膜表面側に向かって次第に減少するように連続的に変化させることにより、得られる熱型赤外線検出素子のノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。
【００４６】
本発明にかかる熱型赤外線検出素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記熱型赤外線検出素子を製造するに際して、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記保護膜を成膜することを特徴としている。
【００４７】
上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記保護膜を成膜することで、上記熱抵抗変化膜が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜表面の変質の防止を図ることができる。
【００４８】
しかも、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜を成膜後、引き続き、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記保護膜を成膜することで、熱抵抗変化膜を所定の形状に加工するためのフォトリソグラフィー工程等の加工工程は、上記熱抵抗変化膜上に上記保護膜を成膜した後に行なわれる。すなわち、熱抵抗変化膜を所定の形状に加工する工程においては、既に上記熱抵抗変化膜表面が上記保護膜により保護された状態にある。このため、例えば、上記熱抵抗変化膜表面へのダメージや有機分子の吸着から上記熱抵抗変化膜表面を保護することができる。
【００４９】
この結果、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部が、例えばフォトリソグラフィーによってその表面にダメージを受けた状態で上記配線金属膜と接続されることがなく、得られる熱型赤外線検出素子の素子抵抗が設計値から大きく逸脱することがない。このため、素子抵抗の安定化を図ることができ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを抑えることができる。
【００５０】
また、上記の方法によれば、上記保護膜により上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを電気的に接続することができるので、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との電気的接続を行なうに際し、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを接続するコンタクトホールを形成する必要がなく、簡素かつ安価な構成とすることができる。
【００５１】
さらに、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜および保護膜の成膜に際し、上記熱抵抗変化膜と保護膜とを、同一の成膜室（チャンバ）内、例えば真空発生装置を備えた成膜装置における同一の真空チャンバ内で成膜することで、成膜装置における大気開放・真空排気に要する時間の節約を図ることができる。
【００５２】
従って、上記の方法によれば、安価かつ簡素な構成にて素子抵抗の安定化を図ることができる熱型赤外線検出素子の製造方法を提供することができる。
【００５３】
さらに、本発明にかかる熱型赤外線検出素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記熱型赤外線検出素子を製造するに際して、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き、成膜雰囲気中の酸素濃度を次第に減少させながら、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記保護膜を成膜することを特徴としている。
【００５４】
上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記保護膜を成膜することで、上記熱抵抗変化膜が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜表面の変質の防止を図ることができる。
【００５５】
しかも、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜を成膜後、引き続き、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記保護膜を成膜することで、熱抵抗変化膜を所定の形状に加工するためのフォトリソグラフィー工程は、上記熱抵抗変化膜上に上記保護膜を成膜した後に行なわれる。すなわち、熱抵抗変化膜を所定の形状に加工する工程においては、既に上記熱抵抗変化膜表面が上記保護膜により保護された状態にある。このため、該加工工程における上記熱抵抗変化膜表面の侵食、例えば、上記熱抵抗変化膜表面へのダメージや有機分子の吸着から上記熱抵抗変化膜表面を保護することができる。
【００５６】
この結果、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部が、例えばフォトリソグラフィーによってその表面にダメージを受けた状態で上記配線金属膜と接続されることがなく、得られる熱型赤外線検出素子の素子抵抗が設計値から大きく逸脱することがない。このため素子抵抗の安定化を図ることができ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを抑えることができる。
【００５７】
また、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き、成膜雰囲気中の酸素濃度を次第に減少させることで、前記濃度勾配層を含めた上記保護膜中の酸素含有量を、保護膜表面側に向かって次第に減少するように連続的に変化させることができる。この結果、得られる熱型赤外線検出素子のノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。
【００５８】
また、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜および保護膜の成膜に際し、上記熱抵抗変化膜と保護膜とを、同一の成膜室（チャンバ）内、例えば真空発生装置を備えた成膜装置における同一の真空チャンバ内で成膜することで、成膜装置における大気開放・真空排気に要する時間の節約を図ることができる。
【００５９】
さらに、上記の方法によれば、上記保護膜は、成膜雰囲気中の酸素濃度を変化させるだけで成膜することができ、実質的な製造工程の増加を伴うことはほとんどなく、簡単に熱型赤外線検出素子を製造することができる。
【００６０】
また、上記の方法によれば、上記保護膜により上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを電気的に接続することができるので、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との電気的接続を行なうに際し、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを接続するコンタクトホールを形成する必要がなく、簡素かつ安価な構成とすることができる。
【００６１】
従って、上記の方法によれば、安価かつ簡素な構成にて素子抵抗の安定化を図ることができる熱型赤外線検出素子の製造方法を提供することができる。
【００６２】
上記熱型赤外線検出素子を製造するに際しては、上記熱抵抗変化膜と上記保護膜とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜することが好ましい。
【００６３】
上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜と上記保護膜とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜することで、上記保護膜を、熱抵抗変化膜で用いた遷移金属と同じ遷移金属をターゲットとして用いて製造することができることから、上記保護膜の製造にかかる時間を短縮し、上記保護膜をより容易かつ安価に形成することができる。また、１つのターゲットから熱抵抗変化膜と保護膜とを形成することができるので、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記保護膜を製造することができ、該保護膜を形成しても、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記熱型赤外線検出素子を製造することができる。
【００６４】
また、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜することで、上記熱抵抗変化膜と保護膜との密着強度に優れた熱型赤外線検出素子を得ることができる。
【００６５】
上記熱型赤外線検出素子を製造するに際しては、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記配線金属膜を成膜することが好ましい。
【００６６】
上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記配線金属膜を成膜することで、上記熱抵抗変化膜が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜表面の変質の防止を図ることができる。
【００６７】
しかも、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜を成膜後、引き続き、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記配線金属膜を成膜することで、熱抵抗変化膜を所定の形状に加工するためのフォトリソグラフィー工程は、上記熱抵抗変化膜上に上記配線金属膜を成膜した後に行なわれる。すなわち、熱抵抗変化膜を所定の形状に加工する工程においては、既に上記熱抵抗変化膜表面が上記配線金属膜により保護された状態にある。このため、該加工工程における、例えば、上記熱抵抗変化膜表面へのダメージや有機分子の吸着から上記熱抵抗変化膜表面を保護することができる。
【００６８】
この結果、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部が、例えばフォトリソグラフィーによってその表面にダメージを受けた状態で上記配線金属膜と接続されることがなく、得られる熱型赤外線検出素子の素子抵抗が設計値から大きく逸脱することがない。このため素子抵抗の安定化を図ることができ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを抑えることができる。
【００６９】
また、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との電気的接続を行なうに際し、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを接続するコンタクトホールを形成する必要がなく、簡素かつ安価な構成とすることができる。
【００７０】
さらに、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜および保護膜の成膜に際し、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを、同一の成膜室（チャンバ）内、例えば真空発生装置を備えた成膜装置における同一の真空チャンバ内で成膜することで、成膜装置における大気開放・真空排気に要する時間の節約を図ることができる。
【００７１】
従って、上記の方法によれば、安価かつ簡素な構成にて素子抵抗の安定化を図ることができる熱型赤外線検出素子の製造方法を提供することができる。
【００７２】
上記の熱型赤外線検出素子の製造方法は、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜することが好ましい。
【００７３】
上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜することで、上記配線金属膜を、熱抵抗変化膜で用いた遷移金属と同じ遷移金属をターゲットとして用いて製造することができることから、上記配線金属膜の製造にかかる時間を短縮し、上記配線金属膜をより容易かつ安価に形成することができる。また、１つのターゲットから熱抵抗変化膜と配線金属膜とを形成することができるので、製造工程の増加を伴うことなく簡単に上記熱型赤外線検出素子を製造することができる。
【００７４】
また、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜することで、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との密着強度に優れた熱型赤外線検出素子を得ることができる。
【００７５】
本発明の熱型赤外線検出素子の製造方法は、上記熱抵抗変化膜と、上記保護膜とを、大気中に暴露することなく、同一の成膜室内で成膜することが好ましい。
【００７６】
本発明の撮像装置は、上記の課題を解決するために、上記の熱型赤外線検出素子を備えていることを特徴としている。
【００７７】
上記の構成によれば、上記熱型赤外線検出素子が、簡素な構成を有すると共に上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部にダメージがなく、素子抵抗の安定性に優れ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきが小さいことから、簡素な構成にて素子抵抗の安定化が図られていると共に、素子抵抗のばらつきが小さく、温度分解能が良好で高品位な画像を有する撮像装置を提供することができる。また、上記の構成によれば、上記熱型赤外線検出素子が安価な構成を有していることで、上記熱型赤外線検出素子を用いた撮像装置を安価に作成することができる。
【００７８】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１（ａ）・（ｂ）ないし図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明における「赤外線」には、遠赤外線も含まれることとする。
【００７９】
集積回路デバイス上に形成されるボロメータ素子等のボロメータ型熱型赤外線検出素子は、図３に示すように、赤外線を感知するダイアフラム構造体３０が半導体基板１上に支持されてなるダイアフラム構造を備えている。半導体基板１の表面には図示しない集積回路が形成されており、その集積回路は、ダイアフラム構造体３０と電気的に接続されている。ダイアフラム構造体３０は、脚３１・３１を備えており、半導体基板１から所定の間隔を置いて半導体基板１上に支持されている。
【００８０】
以下、本実施の形態にかかるダイアフラム構造体３０の構造、つまり、熱抵抗変化膜となる遷移金属酸化物膜の製造プロセスにおける特性変化を防止する構造および該構造を有する熱型赤外線検出素子の簡便な製造方法、並びに、該熱型赤外線検出素子を備えた撮像装置の構成について説明する。
【００８１】
先ず、本実施の形態にかかるダイアフラム構造体３０の構造について、図１（ａ）・（ｂ）に基づいて詳しく説明する。図１（ａ）は、熱型赤外線検出素子の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面における端面図である。
【００８２】
図１（ａ）・（ｂ）に示すように、ダイアフラム構造体３０は、所定の形状にパターニングされた絶縁膜である第１酸化シリコン膜２上に熱抵抗変化膜３が形成されており、該熱抵抗変化膜３上の一部、つまり、該熱抵抗変化膜３における配線金属膜５との接続部となる領域には、該熱抵抗変化膜３における配線金属膜５との接続部を保護すると共に、該熱抵抗変化膜３と配線金属膜５とを電気的に接続する保護膜４が形成されている。そして、この保護膜４にオーバーラップするように、配線金属膜５が所定の形状に形成されている。さらに、上記第１酸化シリコン膜２上面には、上記熱抵抗変化膜３および配線金属膜５を覆うように、上記第１酸化シリコン膜２のパターンに沿って、絶縁膜である第２酸化シリコン
膜６が形成されており、この第２酸化シリコン膜６上には、高屈折率膜７および赤外線吸収膜８がこの順に形成されている。
【００８３】
熱抵抗変化膜３は、赤外線を吸収することにより、熱、すなわち、温度変化によって抵抗値が変化する膜であり、赤外線を吸収することにより抵抗値が変化する、チタン酸化物やバナジウム酸化物等の、遷移金属の酸化物を主成分とする（含む）酸化物膜からなり、赤外線による温度上昇を検出する赤外線検出部として機能する。
【００８４】
上記熱抵抗変化膜３は、遷移金属の酸化物を主成分とする酸化物膜からなるものであれば特に限定されるものではないが、赤外線検出性能の面から、遷移金属の酸化物を、主成分として５０重量％以上含有していることが好ましく、遷移金属の酸化物からなること、すなわち、遷移金属の酸化物を１００重量％含有していることが最も好ましい。
【００８５】
遷移金属の酸化物は、抵抗温度係数の絶対値が大きく、遷移金属の酸化物を用いることで、得られる熱型赤外線検出素子の感度を向上させることができる。
【００８６】
しかしながら、その一方で、遷移金属の酸化物は、大気への暴露、あるいは、
フォトリソグラフィー等による加工に際し、その表面が変質しやすく、また、有機分子を吸着し易い。そこで、本実施の形態にかかる上記熱型赤外線検出素子は、上記熱抵抗変化膜３における上記配線金属膜５との界面、すなわち、上記熱抵抗変化膜３における上記配線金属膜５との接続部に、上記保護膜４を備えている。
【００８７】
上記保護膜４は、少なくとも表面が金属からなる導電性の膜であり、上記熱抵抗変化膜３における上記配線金属膜５との接続部を覆うことで該接続部を保護すると共に、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜５とを電気的に接続するようになっている。
【００８８】
上記保護膜４としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）等の金属材料を、単独で、あるいは、適宜組み合わせて用いることができ、これら金属材料のみによって形成されていてもよく、導電性材料からなる層上に金属材料からなる層（以下、界面金属層と記す）が形成された、二層以上の層構造を有していてもよい。つまり、上記保護膜４は、界面金属層を含む一層以上の層から形成することができる。なお、上記保護膜４が二層以上の層構造を有する例については後で詳述する。
【００８９】
また、配線金属膜５は、上記熱抵抗変化膜３に電気的に接続されて電極として機能する膜であり、図３に示す脚３１を介して半導体基板１の図示しない集積回路に電気的に接続され、熱抵抗変化膜３の抵抗変化を検出することで、赤外線による温度上昇を検出する。
【００９０】
上記配線金属膜５としては、例えば、チタンやバナジウム等の遷移金属の他、アルミニウム等の、遷移金属以外の金属材料を用いることができる。これら金属材料は、各々単独で用いてもよく、適宜組み合わせて用いてもよい。
【００９１】
また、上記第２酸化シリコン膜６は、上記熱抵抗変化膜３および配線金属膜５を覆うように、上記第１酸化シリコン膜２上面に該第１酸化シリコン膜２のパターンに沿って形成されることで、配線金属膜５およびパターニングによる上記配線金属膜５からの熱抵抗変化膜３の露出部を保護するようになっている。
【００９２】
高屈折率膜７および赤外線吸収膜８は、感知すべき赤外線３２（図３参照）を効率的に吸収するために積層されている。高屈折率膜７は、例えば、赤外線屈折率の高いシリコンからなる。本実施の形態にかかる熱型赤外線検出素子は、このように、ダイアフラム構造体３０内に上記高屈折率膜７を配置することで、該高屈折率膜７と上記配線金属膜５の反射光とが該高屈折率膜７表面で干渉し、打ち消し合う構造を有している。また、赤外線吸収膜８は、例えば窒化チタンからなり、この赤外線吸収膜８表面での赤外線の吸収を増加させるようになっている。
【００９３】
なお、第２酸化シリコン膜６の膜厚と高屈折率膜７の膜厚との総和は、赤外線３２が上記第２酸化シリコン膜６および高屈折率膜７を透過する際の波長を考慮し、検出対象の赤外線波長帯の中心波長の略１／４とするのが好ましい。これにより、高屈折率膜７表面での反射光と配線金属膜５表面での反射光とが干渉して互いに打ち消し合い、効率良く赤外線３２を吸収することができる。
【００９４】
以下に、上記熱型赤外線検出素子の製造工程の一例を図２（ａ）〜（ｇ）に基づいて説明する。
【００９５】
まず、表面に図示しない集積回路が形成された半導体基板１上に、例えば商品名「ＰＩＱ（日立化成・デュポン社製）」等の塗布型ポリイミドやレジスト等の有機塗布型樹脂からなる犠牲層９を形成する（図２（ａ））。
【００９６】
次に、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)装置を用いて、第１酸化シリコン膜２を、犠牲層９上に、２００ｎｍの厚さで成膜する（図２（ｂ））。
【００９７】
次いで、真空発生装置を備えた成膜装置としてＩＢＳ（イオン・ビーム・スパッタリング）装置を使用し、真空チャンバ内にて、減圧下、チタンターゲットを、アルゴンガスおよび酸素の混合ガス雰囲気中で反応性スパッタリングすることにより、チタン酸化物を主成分とする熱抵抗変化膜３を、上記第１酸化シリコン膜２上に、１００ｎｍの厚さで成膜する。
【００９８】
次に、熱抵抗変化膜３を形成した際に用いたＩＢＳ装置をそのまま用いて、引き続き、上記熱抵抗変化膜３の成膜に用いた同一の真空チャンバ内で、上記熱抵抗変化膜３の成膜に用いた遷移金属と同じ遷移金属、この場合は、チタンをターゲットとして用いて、上記熱抵抗変化膜３の成膜に用いた不活性ガスと同じ不活性ガスであるアルゴンガス雰囲気下で、減圧下、スパッタリングすることにより、保護膜４として、上記熱抵抗変化膜３上に、チタンからなる界面金属層（保護膜４）を１０ｎｍの厚さで成膜する。上記界面金属層（保護膜４）の成膜に際しては、上記真空チャンバ内に、上記熱抵抗変化膜３の成膜時における真空チャンバ内の圧力が維持されるように、アルゴンガスの導入が行われる。
【００９９】
次いで、上記界面金属層（保護膜４）上に所定の形状のレジストパターンを形成するフォトリソグラフィー工程の後、熱抵抗変化膜３および上記界面金属層（保護膜４）を、ＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）法あるいはイオンミリング法等のエッチング方法によって所定の形状に加工（パターニング）する（図２（ｃ））。なお、このときの熱抵抗変化膜３の電気特性は、成膜雰囲気中のアルゴンと酸素との組成比によって制御する。例えば、ここで、熱抵抗変化膜３の比抵抗を３Ω・ｃｍに設定する。
【０１００】
次に、上記界面金属層（保護膜４）上に、配線金属膜５をＲＦ(radio frequency：高周波）マグネトロンスパッタリングによって５０ｎｍの厚さで形成し、所定の形状のレジストパターンを形成するフォトリソグラフィー工程の後、ＲＩＥ法あるいはイオンミリング法等のエッチング方法によって、該配線金属膜５並びに界面金属層（保護膜４）を所定の形状に加工（パターニング）する（図２（ｄ））。このとき、エッチング時間を長く設定することによって、配線金属膜５だけでなく、配線金属膜５が配されない領域の界面金属層（保護膜４）も同時に除去することができる。
【０１０１】
次いで、プラズマＣＶＤ装置を用いて、第２酸化シリコン膜６を、上記配線金属膜５およびパターニングによる上記配線金属膜５からの熱抵抗変化膜３の露出部を覆うように、第１酸化シリコン膜２上に、該第１酸化シリコン膜２のパターンに沿って、５０ｎｍの厚さで成膜する。
【０１０２】
次に、ＤＣ(direct curren：直流）マグネトロンスパッタリングを用いて、シリコンからなる高屈折率膜７を、ダイアフラム構造体３０における第２酸化シリコン膜６上に、５５０ｎｍの厚さで成膜する。
【０１０３】
次いで、ＤＣマグネトロンスパッタリングを用いて、窒化チタンからなる赤外線吸収膜８を、上記高屈折率膜７上に、１０ｎｍの厚さで成膜する（図２（ｅ））。
【０１０４】
次に、ＲＩＥ法あるいはイオンミリング法等のエッチング方法によって、第１酸化シリコン膜２、第２酸化シリコン膜６、高屈折率膜７および赤外線吸収膜８を所定の形状に加工する（図２（ｆ））。このとき、ダイアフラム構造体３０の形状が略４０μｍ角となるようにする。
【０１０５】
最後に、犠牲層９を、酸素プラズマまたは湿式エッチングによって除去する（図２（ｇ））。
【０１０６】
上記の製造方法によれば、上記熱抵抗変化膜３を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で、上記熱抵抗変化膜３を覆うように上記保護膜４を成膜することで、上記熱抵抗変化膜３が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜３表面の変質の防止を図ることができる。
【０１０７】
また、上記の製造方法によれば、上記熱抵抗変化膜３を成膜後、引き続き、上記熱抵抗変化膜３を覆うように上記保護膜４を成膜することで、熱抵抗変化膜３を所定の形状に加工（パターニング）するための加工工程（フォトリソグラフィー工程）は、上記熱抵抗変化膜３上に上記保護膜４を成膜した後（図２（ｃ）参照）に行なわれる。すなわち、熱抵抗変化膜３を所定の形状に加工する工程においては、既に上記熱抵抗変化膜３表面が上記保護膜４により保護された状態にある。このため、該加工工程における、上記熱抵抗変化膜３表面へのダメージや有機分子の吸着から上記熱抵抗変化膜３表面を保護することができる。
【０１０８】
この結果、熱抵抗変化膜３を所定の形状に加工してから保護膜４を形成する場合とは異なり、フォトリソグラフィー工程によって表面にダメージを受けた熱抵抗変化膜３上に保護膜４を形成することがなく、上記熱抵抗変化膜３における上記配線金属膜５との接続部が、例えばフォトリソグラフィーによってその表面にダメージを受けた状態で上記配線金属膜５と接続されることがない。このため、得られる熱型赤外線検出素子の素子抵抗が設計値から大きく逸脱することがない。従って、上記の製造方法によれば素子抵抗の安定化を図ることができ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを抑えることができる。
【０１０９】
また、上記の製造方法によれば、上記保護膜４により上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜５とを電気的に接続することができるので、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜５との電気的接続を行なうに際し、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜５とを接続するコンタクトホールを形成する必要がなく、簡素かつ安価な構成とすることができる。
【０１１０】
さらに、上記の製造方法によれば、上記熱抵抗変化膜３および保護膜４の成膜に際し、上記熱抵抗変化膜３と保護膜４とを、同一の成膜室（チャンバ）内、例えば真空発生装置を備えた成膜装置（例えば上記ＩＢＳ装置）における同一の真空チャンバ内で成膜することで、該成膜装置における大気開放・真空排気に要する時間の節約を図ることができる。なお、上記熱抵抗変化膜３の成膜に際し、真空発生装置を用いてチャンバ（真空チャンバ）内を減圧状態に維持することで、酸素の使用量を低減することができる。
【０１１１】
従って、上記の構成によれば、安価かつ簡素な構成にて素子抵抗の安定化を図ることができる。
【０１１２】
また、上記の製造方法によれば、上記熱抵抗変化膜３と上記保護膜４とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜する（つまり、上記熱抵抗変化膜３の形成に用いる遷移金属と同一のターゲットを用いて上記保護膜４をスパッタリングにより成膜する）ことで、上記保護膜４の製造にかかる時間を短縮し、上記保護膜４をより容易かつ安価に形成することができる。
【０１１３】
このとき、上記したように１つのターゲットから熱抵抗変化膜３と保護膜４とを成膜することで、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記保護膜４を製造することができ、該保護膜４を形成しても、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記熱型赤外線検出素子を製造することができる。
【０１１４】
また、上記の製造方法によれば、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜５とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜することで、上記熱抵抗変化膜３と保護膜４との密着強度に優れた熱型赤外線検出素子を得ることができる。
【０１１５】
また、上記熱抵抗変化膜３の材料として、抵抗温度係数の絶対値が大きいチタン酸化物を主成分とする酸化物を用いることにより、熱型赤外線検出素子の感度の向上を図ることができる。従って、チタン酸化物を主成分とする酸化物からなる熱抵抗変化膜３を備えた熱型赤外線検出素子をボロメータ型赤外線センサ等に用いることにより、非常に高い感度のボロメータ型赤外線センサを実現することができる。
【０１１６】
このようにして得られた上記熱型赤外線検出素子は、上述したように、赤外線３２による温度上昇を検出する赤外線検出部を備え、該赤外線検出部が、赤外線３２を吸収して抵抗値が変化する熱抵抗変化膜３と、電極としての配線金属膜５と、上記熱抵抗変化膜３における上記配線金属膜５との接続部を覆う保護膜４とを備え、上記保護膜４が、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜５との接続部に配されている構成を有している。
【０１１７】
つまり、上記熱型赤外線検出素子は、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜５との接続部に、上記熱抵抗変化膜３における上記配線金属膜５との接続部を覆う保護膜４を備え、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜５とが、上記保護膜４により電気的に接続された構成を有している。
【０１１８】
この結果、上記熱型赤外線検出素子において、上記熱抵抗変化膜３は、変質やダメージの無い面にて上記配線金属膜５と電気的に接続されている。つまり、上記熱型赤外線検出素子は、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜５との接続部に、上記保護膜４が配されていることで、上記熱抵抗変化膜３における上記配線金属膜５との接続部が、大気に暴露されることによる表面の変質や、その製造工程における加工時のダメージや有機分子の吸着から保護されている。
【０１１９】
なお、配線金属膜５を形成し、所定の形状に加工した後（図２（ｄ）参照）は、配線金属膜５との接続部以外の部分で上記熱抵抗変化膜３が露出することになるが、この状態で熱抵抗変化膜３の表面がダメージを受けたとしても、熱抵抗変化膜３の抵抗変化を検出するためのセンス電流は、ほとんどが抵抗値の低い熱抵抗変化膜３の内部を流れるため、熱型赤外線検出素子の特性にはほとんど影響しない。
【０１２０】
また、本実施の形態においては、熱抵抗変化膜３と保護膜４とを同一の成膜室（チャンバ）内で成膜しているが、本発明の主旨によれば、熱抵抗変化膜３が保護膜４を成膜する前に大気に暴露しなければ良いので、真空雰囲気下であれば、異なる成膜室（チャンバ）を用いて、熱抵抗変化膜３と保護膜４とを成膜してもかまわない。
【０１２１】
ここで、参考のために、上記熱抵抗変化膜３に、チタン酸化物を主成分とする酸化物を用いた熱型赤外線検出素子として、図６に示すように上記保護膜４が形成されていない熱型赤外線検出素子を作成し、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを、熱型赤外線検出素子が、図１に示す構造を有する場合と、上記図６に示した構造を有する場合とで比較する。なお、熱抵抗変化膜３の成膜時の条件は、酸素濃度が１３mol ％、混合ガス流量が１０sccm、圧力が１．８×１０^−４Torrである。また、保護膜４の成膜時の条件は、酸素濃度の減少の割合が０．２％／sec 、ガス流量が１０sccm、圧力が１．８×１０^−４Torrである。また、配線金属膜５の成膜時の条件は、ガス流量が１００sccm、圧力が８mmTorrである。
【０１２２】
図６に示す熱型赤外線検出素子は、半導体基板４０上に、絶縁性の保護膜である第１酸化シリコン膜４１、熱抵抗変化膜４２、配線金属膜４３、第２酸化シリコン膜４４、高屈折率膜４５および赤外線吸収膜４６がこの順に積層されたダイアフラム構造体を備えている。配線金属膜４３は、熱抵抗変化膜４２上面の一部に重なるように積層されており、熱抵抗変化膜４２と配線金属膜４３とは電気的に接続されている。また、熱抵抗変化膜４２および配線金属膜４３は、第１酸化シリコン膜４１と第２酸化シリコン膜４４とにより、完全に覆われている。
【０１２３】
上記熱抵抗変化膜４２の製造方法としては、まず、反応性スパッタリング法によってチタン酸化物を主成分とする、前記図１（ａ）・（ｂ）に示す熱型赤外線検出素子における熱抵抗変化膜３の製造に用いた酸化物と同じ酸化物を、上記第１酸化シリコン膜４１上に成膜する。次に、フォトリソグラフィーにより、所定の形状のレジストパターンを作成する。その後、ＲＩＥ法やイオンミリング法等によって所定の形状に加工することにより、上記酸化物からなる熱抵抗変化膜４２を形成する。図６に示す熱型赤外線検出素子には保護膜４は形成されていないが、その他の構造は、図１（ａ）・（ｂ）に示す熱型赤外線検出素子の構造と同一である。また、熱型赤外線検出素子を製造する際には、その素子抵抗の設計値を１８ｋΩとして製造する。
【０１２４】
図１（ａ）・（ｂ）に示す構造を有する熱型赤外線検出素子の場合、その素子抵抗は１８〜１９ｋΩとなり、略設計値通りであった。また、複数の熱型赤外線検出素子間の素子抵抗のばらつきは少なく、非常に安定していた。
【０１２５】
一方、図６に示す熱型赤外線検出素子の場合、その素子抵抗は２０〜１３０ｋΩと、その値は設計値よりも大きくなり、複数の熱型赤外線検出素子間の素子抵抗のばらつきも非常に大きくなった。
【０１２６】
図６に示す熱型赤外線検出素子の場合、フォトリソグラフィー工程によって、熱抵抗変化膜４２がダメージを受け、熱抵抗変化膜４２の抵抗値が増大することで、熱抵抗変化膜４２の電気特性が変化する。このダメージは熱抵抗変化膜４２表面のみであり、熱抵抗変化膜４２内部にはこのようなダメージはない。しかしながら、熱型赤外線検出素子の構造を考慮した場合、ダメージを受けた熱抵抗変化膜４２の表面と配線金属膜４３とが接することとなる。このため、熱型赤外線検出素子における素子抵抗が設計値から大きく逸脱するとともに、複数の熱型赤外線検出素子間において素子抵抗のばらつきが大きくなる。従って、安定した特性の熱型赤外線検出素子を得ることが困難になり、ひいては、熱型赤外線検出素子の感度の向上を図ることができない。
【０１２７】
これに対し、図１（ａ）・（ｂ）に示すように熱抵抗変化膜３と配線金属膜５との接続部に上記保護膜４を形成することにより、熱抵抗変化膜３の変質による電気特性の変化を抑制し、設計値通りの素子抵抗を有し、熱型赤外線検出素子間でのばらつきの少ない熱型赤外線検出素子を製造することができる。この結果、熱型赤外線検出素子の素子抵抗の安定化を図ることができ、ひいては、熱型赤外線検出素子の感度の向上を図ることができる。
【０１２８】
なお、上記説明においては、上記保護膜４として、チタンからなる界面金属層を形成したが、上記保護膜４としては、熱型赤外線検出素子の製造工程において熱抵抗変化膜３を保護するために形成されるものであれば、その材料はチタンに限られるものではない。例えば、前記ＩＢＳ装置（成膜装置）内に別種のターゲットを配置することによって、前記したように、バナジウム、タンタル、アルミニウム、ニッケル等の金属材料により上記保護膜４を形成することができる。
【０１２９】
また、上記保護膜４としては、少なくとも表面が金属からなる導電性の膜であれば特に限定されるものではなく、導電性材料からなる層上に上記界面金属層が形成された、二層以上の層構造を有していてもよい。図４に、上記保護膜４が二層からなる例を示す。
【０１３０】
図４に示す保護膜４は、例えば、勾配層（濃度勾配層）４ａと、界面金属層としての金属チタン層４ｂとを有している。なお、図４においては、熱抵抗変化膜３および保護膜４以外の構成については省略している。また、上記保護膜４は、図２（ｃ）において熱抵抗変化膜３上に保護膜４を配し、該熱抵抗変化膜３および保護膜４をＲＩＥ法あるいはイオンミリング法等のエッチング方法によって所定の形状に加工した状態を示し、図２（ｄ）に示した工程により、熱抵抗変化膜３と共に、配線金属膜５が配されない領域の保護膜４は除去される。
【０１３１】
上記勾配層４ａは、熱抵抗変化膜３上、つまり、上記熱抵抗変化膜３と界面金属層としての金属チタン層４ｂとの間に形成され、好適には、上記熱抵抗変化膜３の形成に用いられる遷移金属あるいは上記界面金属層の形成に用いられる遷移金属を酸化物の形態で含み、より好適には、上記熱抵抗変化膜３の主成分となる遷移金属あるいは界面金属層の形成に用いられる遷移金属を酸化物の形態で含んでいる。前記したように、上記熱抵抗変化膜３がチタン酸化物を主成分とする酸化物からなり、上記界面金属層が金属チタン層４ｂからなる場合は、上記勾配層４ａは、チタンを酸化物の形態で含んでいることが好ましい。
【０１３２】
上記勾配層４ａは、該勾配層４ａ中の酸素濃度、すなわち、その酸素含有量が、勾配層４ａの厚さ方向に連続的に変化するように形成された層であり、該勾配層４ａ中の酸素含有量は、熱抵抗変化膜３近傍が最も高く、熱抵抗変化膜３から離れるに従って次第に漸減する。
【０１３３】
すなわち、上記保護膜４においては、膜厚方向に沿って熱抵抗変化膜３から遠ざかるにつれ、その酸素含有量が低下し、最終的にゼロとなることで、保護膜４の表層ではチタンからなる金属チタン層４ｂが形成されている。
【０１３４】
このような保護膜４は、真空発生装置を備えた成膜装置として、例えばＩＢＳ（イオン・ビーム・スパッタリング）装置を使用し、真空チャンバ内にて、減圧下、チタンターゲットを、アルゴンガスおよび酸素の混合ガス雰囲気中で反応性スパッタリングすることにより、チタン酸化物を主成分とする熱抵抗変化膜３を成膜した後、引き続き、上記真空チャンバ内（つまり、上記熱抵抗変化膜３の成膜に用いた同一の真空チャンバ内）で、成膜を中断すること無しに成膜雰囲気中の酸素濃度を次第に減少させながら、上記熱抵抗変化膜３の成膜に用いた遷移金属と同じ遷移金属、この場合は、チタンをターゲットとして用いて、上記熱抵抗変化膜３の成膜に用いた不活性ガスと同じ不活性ガスであるアルゴンガス雰囲気下で、減圧下、スパッタリングすることにより形成される。
【０１３５】
すなわち、上記の製造方法によれば、成膜装置として例えばＩＢＳ装置を用いて、熱抵抗変化膜３と同一の真空チャンバ内にて、同一ターゲットを用いて形成することができ、熱抵抗変化膜３形成後、成膜雰囲気中の酸素濃度を徐々に低減し、少なくとも保護膜４が形成されている時間内に酸素濃度をゼロにするだけで、上記熱抵抗変化膜３上に、膜厚方向に沿って熱抵抗変化膜３から遠ざかるにつれ、その酸素含有量が低下し、最終的にゼロとなり、金属チタン層４ｂを形成する保護膜４が、上記熱抵抗変化膜３を覆うように形成される。
【０１３６】
以上のように、上記の製造方法によれば、上記熱抵抗変化膜３を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き、成膜雰囲気中の酸素濃度を次第に減少させることで、勾配層４ａを含めた上記保護膜４中の酸素含有量を、保護膜４表面側に向かって次第に減少するように連続的に変化させることができる。この結果、得られる熱型赤外線検出素子のノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎ(signal-to-noise radio：信号対雑音比) の向上を図ることができる。
【０１３７】
また、上記の製造方法によれば、酸素濃度を膜厚方向に制御しながら上記保護膜４を成膜することにより、熱抵抗変化膜３を成膜したときと同一の真空チャンバ内で上記保護膜４を形成することができる。これにより、熱抵抗変化膜３が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜３表面の変質の防止を図ることができ、その製造工程の過程において熱抵抗変化膜３がダメージを受けることのない熱型赤外線検出素子を提供することができると共に、ＩＢＳ装置（成膜装置）における大気開放・真空排気に要する時間の節約を図ることができる。
【０１３８】
さらに、上記の製造方法によれば、保護膜４の成膜に、熱抵抗変化膜３の成膜に用いたチタンターゲットをそのまま用いることができ、１つのターゲットから熱抵抗変化膜３と保護膜４とを形成することができる。しかも、上記保護膜４は、成膜雰囲気中の酸素濃度を膜厚方向に制御するだけで勾配層４ａおよび金属チタン層４ｂを連続的に成膜することができ、実質的な製造工程の増加を伴うことなく、熱型赤外線検出素子間でのばらつきの少ない熱型赤外線検出素子を、簡単に製造することができる。
【０１３９】
ここで、図１（ａ）・（ｂ）に示す、界面金属層のみからなる保護膜４を備えた熱型赤外線検出素子におけるノイズレベルと、図４に示す、勾配層４ａおよび金属チタン層４ｂからなる保護膜４を備えた熱型赤外線検出素子におけるノイズレベルとを比較する。なお、図１（ａ）・（ｂ）に示す保護膜４と図４に示す保護膜４とは、共に膜厚を１０ｎｍとした。
【０１４０】
この結果、図１（ａ）・（ｂ）に示す熱型赤外線検出素子におけるノイズレベルは１６μVrmsであった。これに対して、図４に示す保護膜４を備えた熱型赤外線検出素子におけるノイズレベルは１４．５μVrmsであった。
【０１４１】
このように、保護膜４における酸素含有量を厚さ方向に制御することにより、酸素含有量が、膜厚方法に連続的に変化（減少）する保護膜４を形成することにより、熱型赤外線検出素子のノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。
【０１４２】
なお、上記熱型赤外線検出素子では熱抵抗変化膜３をチタン酸化物を主成分とする酸化物により形成したが、本実施の形態にかかる熱型赤外線検出素子は、これに限定されるものではなく、前記したように、例えば、バナジウム酸化物を主成分とする酸化物により形成しても構わない。
【０１４３】
上記熱抵抗変化膜３の材料として、抵抗温度係数の絶対値が大きいバナジウム酸化物を主成分とする酸化物を用いることにより、熱型赤外線検出素子の感度の向上を図ることができる。さらに、バナジウム酸化物を主成分とする酸化物の比抵抗値は低いことから、熱抵抗変化膜３自体から発生するノイズの影響は小さい。従って、バナジウム酸化物を主成分とする酸化物からなる熱抵抗変化膜３をボロメータ型赤外線センサ等に用いることにより、非常に高い感度のボロメータ型赤外線センサを実現することができる。
【０１４４】
以下、図１（ａ）・（ｂ）に示した熱型赤外線検出素子において、熱抵抗変化膜３をバナジウム酸化物により形成する例を説明する。ここで、熱型赤外線検出素子の構造は図１（ａ）・（ｂ）と同一である。
【０１４５】
熱抵抗変化膜３、すなわち、バナジウム酸化物は、Ｖ_２Ｏ_３をターゲットに用いてＲＦマグネトロンスパッタリング法により成膜した。成膜時はサンプルを２００℃に加熱し、酸素濃度を１％としたアルゴンと酸素の雰囲気中で、減圧下にて成膜を行った。熱抵抗変化膜３の比抵抗は３Ω・ｃｍに設定した。
【０１４６】
保護膜４は、金属バナジウムをターゲットに用いて成膜した。該保護膜４は、Ｖ_２Ｏ_３ターゲットと同一の真空チャンバ内で、該真空チャンバ内に配置されたバナジウムターゲットを用いてアルゴン雰囲気中で、減圧下にて成膜を行った。すなわち、上記熱型赤外線検出素子においても、熱抵抗変化膜３成膜後、上記熱抵抗変化膜３の成膜に用いた真空チャンバと同一の真空チャンバ内で、該真空チャンバを大気開放することなく、上記熱抵抗変化膜３の成膜に用いたアルゴンガスと同じアルゴンガスを不活性ガスとして用いて、不活性ガス雰囲気中で上記保護膜４の成膜を行った。
【０１４７】
ここで、参考のために、図６に示す熱型赤外線検出素子において、前記チタン酸化物を主成分とする酸化物に代えて、熱抵抗変化膜４２に、バナジウム酸化物を用いた熱型赤外線検出素子を作成し、図１（ａ）・（ｂ）に示す構造を有し、熱抵抗変化膜３がバナジウム酸化物からなり、保護膜４がバナジウムからなる、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきと、図６に示す構造を有し、熱抵抗変化膜４２に、バナジウム酸化物を用いた、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきとを比較する。
【０１４８】
なお、比較のために製造した図６に示す熱型赤外線検出素子は、保護膜が形成されていないことを除けば、その他の構造は、本実施の形態にかかる上記の熱型赤外線検出素子の構造と同一であり、図６に示す上記熱型赤外線検出素子は、上記熱抵抗変化膜３をバナジウム酸化物にて製造した以外は、前記した方法と同様の方法にて製造した。また、これら熱型赤外線検出素子を製造する際には、素子抵抗の設計値を１８ｋΩとして製造した。
【０１４９】
本実施の形態における上記図１（ａ）・（ｂ）に示す構造を有する熱型赤外線検出素子の場合、その熱型赤外線検出素子の素子抵抗は１８〜１９ｋΩとなり、略設計値通りであった。また、複数の熱型赤外線検出素子間の素子抵抗のばらつきは少なく、非常に安定していた。
【０１５０】
一方、比較のために製造した図６に示す構造を有する熱型赤外線検出素子の場合、その素子抵抗は１８〜１００ｋΩと、その値は設計値よりも大きくなり、複数の熱型赤外線検出素子間の素子抵抗のばらつきも非常に大きくなった。
【０１５１】
このように、上記熱抵抗変化膜３にチタン酸化物以外の遷移金属の酸化物を用いた場合であっても、上記熱抵抗変化膜３上に、該熱抵抗変化膜３を保護する上記保護膜４を形成することにより、設計値通りの素子抵抗を有し、熱型赤外線検出素子間でのばらつきの少ない熱型赤外線検出素子を製造することができる。すなわち、熱型赤外線検出素子の素子抵抗の安定化を図ることができ、ひいては、熱型赤外線検出素子の感度の向上を図ることができる。
【０１５２】
なお、上記の製造方法では、熱抵抗変化膜３を成膜する際、Ｖ_２Ｏ_３ターゲットを用いたが、バナジウム酸化物からなる膜を形成することができるものであればこれに限定されるものではなく、例えば、保護膜４と同じく、バナジウムターゲットを用いてもかまわない。これにより、上記保護膜４と熱抵抗変化膜３とを、同一の真空チャンバ内で、同一のターゲットを用いて形成することができる。また、上記熱抵抗変化膜３の成膜と保護膜４の成膜とに同一のターゲットを用いる場合、熱抵抗変化膜３形成後、成膜雰囲気中の酸素濃度を徐々に低減し、少なくとも上記保護膜４が形成されている時間内に酸素濃度をゼロにすることにより、上記保護膜４における酸素含有量を膜厚方向に制御することができる。これにより、熱型赤外線検出素子のノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。
【０１５３】
ここで、熱型赤外線検出素子を３２０×２４０のマトリクス状に配置した撮像素子を用いた赤外線カメラ（撮像装置）の構成を示すブロック図を図５に示す。赤外線カメラは、撮像素子５１、光学系５２、素子温度制御部５３、光学系制御部５４、プロセッサ５５、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路５６、素子特性メモリ５７および画像処理部５８等を備えている。
【０１５４】
撮像素子５１は、上述したように、例えば、図１（ａ）・（ｂ）に示した熱型赤外線検出素子を、３２０×２４０のマトリクス状に配置してなるものである。光学系５２は、入射される赤外線の焦点を合わせるためのものである。素子温度制御部５３は、撮像素子５１、即ち、これを構成する熱型赤外線検出素子の温度を所定の範囲内に制御する。光学系制御部５４は、光学系５２の動作（焦点合わせ動作等）を制御する。
【０１５５】
プロセッサ５５は、素子温度制御部５３、光学系制御部５４、素子特性メモリ５７および画像処理部５８等の制御をするものである。また、Ａ／Ｄ変換回路５６は、撮像素子５１から入力されたアナログの赤外線画像データをデジタルの画像データに変換して画像処理部５８に出力する。素子特性メモリ５７は、撮像素子５１に関わる各種特性（素子特性）データを記憶するものであり、プロセッサ５５の制御によって、特性データを画像処理部５８に出力する。
【０１５６】
画像処理部５８は、Ａ／Ｄ変換回路５６から入力されるデジタル画像データをプロセッサ５５の制御により、素子特性メモリ５７から出力される素子特性に基づいて画像処理して出力用のデジタル画像データに変換した上で図示しない表示手段等に出力する（図中矢印）。
【０１５７】
ここで、参考のために、図１（ａ）・（ｂ）に示した構造を有し、かつ、チタン酸化物を主成分とする酸化物からなる熱抵抗変化膜３を備えた熱型赤外線検出素子を３２０×２４０のマトリクス状に配置した撮像素子を用いた赤外線カメラと、図６に示した構造を有し、かつ、チタン酸化物を主成分とする酸化物からなる熱抵抗変化膜４２を備えた熱型赤外線検出素子を３２０×２４０のマトリクス状に配置した撮像素子を用いた赤外線カメラとを作製し、その素子抵抗のばらつきを比較した。
【０１５８】
図１（ａ）・（ｂ）に示した熱型赤外線検出素子を用いた上記構造の赤外線センサにおける熱型赤外線検出素子間の素子抵抗のばらつきは、図６に示した熱型赤外線検出素子を用いた赤外線センサにおける熱型赤外線検出素子間の素子抵抗のばらつきよりも１桁以上改善された。
【０１５９】
これにより、赤外線カメラの画像処理部における各熱型赤外線検出素子の出力補正が容易になり、素子出力の増幅量を大幅に増加することができる。このため、図１に示す熱型赤外線検出素子を用いた赤外線カメラは、図６に示す熱型赤外線検出素子を用いたものと比較して、Ｓ／Ｎを大幅に改善することができる。また、図１（ａ）・（ｂ）に示す熱型赤外線検出素子を用いた赤外線カメラは、雑音透過温度差（ＮＥＴＤ：Noise Equivalalent Temperature Difference)は０．０５℃となり、温度分解能の良好な赤外線センサを得ることができる。これにより、非常に高品位な画像を有する赤外線センサを得ることができる。
【０１６０】
なお、赤外線カメラに、バナジウム酸化物を主成分とする酸化物、例えばバナジウム酸化物からなる熱抵抗変化膜３を備えた熱型赤外線検出素子を用いても、上記と同様の効果が得られる。また、図３に示した保護膜４を備えた熱型赤外線検出素子を用いても上記と同様の効果が得られるとともに、熱型赤外線検出素子におけるノイズの低減が図れるため、さらに高品位な画像を有する赤外線センサを得ることができる。
【０１６１】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図６および図７（ａ）〜（ｇ）に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施の形態１における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。本実施の形態では、主に、前記実施の形態１との相違点について説明するものとする。
【０１６２】
図７（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施の他の一形態である熱型赤外線検出素子の製造方法を示すための各工程における熱型赤外線検出素子の断面の構造をその端面にて示す図である。本実施の形態に係る熱型赤外線検出素子は、図７（ｇ）に示すように、実施の形態１と同様、半導体基板１上に、半導体基板１から所定の間隔を置いてダイアフラム構造体６２が脚６３・６３により支持されている。
【０１６３】
ダイアフラム構造体６２は、実施の形態１と同様、第１酸化シリコン膜２上に、チタン酸化物を主成分とする酸化物からなる熱抵抗変化膜３、第２酸化シリコン膜６、シリコンからなる高屈折率膜７および窒化チタンからなる赤外線吸収膜８が形成されている。但し、実施の形態１とは異なり、保護膜４はなく、熱抵抗変化膜３上には、チタンからなる配線金属膜６１が形成されている。つまり、上記ダイアフラム構造体６２を備えた熱型赤外線検出素子は、前記実施の形態１において、図６に示した熱型赤外線検出素子と、見かけ上、同様の構成を有している。
【０１６４】
なお、本実施の形態においても、第２酸化シリコン膜６の膜厚と高屈折率膜７の膜厚との総和は、赤外線が上記第２酸化シリコン膜６および高屈折率膜７を透過する際の波長を考慮し、検出対象の赤外線波長帯の中心波長の略１／４とするのが好ましい。これにより、高屈折率膜７表面での反射光と配線金属膜６１表面での反射光とが干渉して互いに打ち消し合い、効率良く赤外線を吸収することができる。
【０１６５】
また、脚６３は、第１酸化シリコン膜２上に、熱抵抗変化膜３、配線金属膜６１および第２酸化シリコン膜６が形成されており、熱抵抗変化膜３および配線金属膜６１が絶縁性を有する酸化シリコンからなる膜、すなわち、上記第１酸化シリコン膜２および第２酸化シリコン膜６に覆われている構造となっている。
【０１６６】
以下に、本実施の形態における熱型赤外線検出素子の製造工程の一例を図７（ａ）〜（ｇ）に基づいて説明する。
【０１６７】
まず、表面に図示しない集積回路が形成された半導体基板１上に、例えば商品名「ＰＩＱ（日立化成・デュポン社製）」等の塗布型ポリイミドやレジスト等の有機塗布型樹脂からなる犠牲層６０を形成する（図７（ａ））。
【０１６８】
次に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、第１酸化シリコン膜２を、犠牲層６０上に、２００ｎｍの厚さで成膜する（図７（ｂ））。
【０１６９】
次いで、真空発生装置を備えた成膜装置としてＩＢＳ装置を使用し、真空チャンバ内にて、減圧下、チタンターゲットを、アルゴンガスおよび酸素の混合ガス雰囲気中で反応性スパッタリングすることにより、チタン酸化物を主成分とする熱抵抗変化膜３を、上記第１酸化シリコン膜２上に、１００ｎｍの厚さで成膜する。また、このとき、成膜雰囲気中のアルゴンと酸素との組成比を制御することにより、熱抵抗変化膜３の比抵抗を３Ω・ｃｍに設定する。
【０１７０】
次に、熱抵抗変化膜３を形成した際に用いたＩＢＳ装置をそのまま用いて、引き続き、上記熱抵抗変化膜３の成膜に用いた同一の真空チャンバ内で、上記熱抵抗変化膜３の成膜に用いた遷移金属と同じ遷移金属、この場合は、チタンをターゲットとして用いて、上記熱抵抗変化膜３の成膜に用いた不活性ガスと同じ不活性ガスであるアルゴンガス雰囲気下で、減圧下、スパッタリングすることにより、上記熱抵抗変化膜３上に、チタンからなる配線金属膜６１を５０ｎｍの厚さで
形成する。上記配線金属膜６１の成膜に際しては、上記真空チャンバ内に、上記熱抵抗変化膜３の成膜時における真空チャンバ内の圧力が維持されるように、アルゴンガスの導入が行われる。
【０１７１】
次いで、配線金属膜６１上に、所定の形状のレジストパターンを形成し、熱抵抗変化膜３および配線金属膜６１をＲＩＥ法またはイオンミリング法等のエッチング方法によってエッチングすることで、上記熱抵抗変化膜３および配線金属膜６１を、ダイアフラム構造体６２および脚６３・６３のパターンに基づく所定の形状に加工する（図７（ｃ））。
【０１７２】
次に、上記配線金属膜６１上に、所定の形状のレジストパターンを形成し、再度、ＲＩＥ法またはイオンミリング法等のエッチング方法によって加工（パターニング）することで、配線金属膜６１を、所定の形状、具体的には、前記実施の形態１において図１（ａ）に示す平面図における配線金属膜５と同様の形状に加工する（図７（ｄ））。
【０１７３】
次いで、プラズマＣＶＤ装置を用いて、第２酸化シリコン膜６を、上記配線金属膜６１並びにその除去部分を覆うように、第１酸化シリコン膜２上に、５０ｎｍの厚さで成膜する。
【０１７４】
次に、ＤＣマグネトロンスパッタリングを用いて、シリコンからなる高屈折率膜７を、上記第２酸化シリコン膜６上に、５５０ｎｍの厚さで成膜する。
【０１７５】
次いで、ＤＣマグネトロンスパッタリングを用いて、窒化チタンからなる赤外線吸収膜８を、上記高屈折率膜７上に、１０ｎｍの厚さで成膜する（図７（ｅ））。
【０１７６】
次に、ＲＩＥ法またはイオンミリング法等のエッチング方法によって、第１酸化シリコン膜２、第２酸化シリコン膜６、高屈折率膜７および赤外線吸収膜８を所定の形状に加工する（図７（ｆ））。
【０１７７】
最後に、犠牲層６０を、酸素プラズマまたは湿式エッチングによって除去する（図７（ｇ））。
【０１７８】
上記の製造方法によれば、上記熱抵抗変化膜３を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で、上記熱抵抗変化膜３を覆うように上記配線金属膜６１を成膜することで、上記熱抵抗変化膜３が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜３表面の変質の防止を図ることができる。
【０１７９】
また、上記の製造方法によれば、上記熱抵抗変化膜３を成膜後、引き続き、上記熱抵抗変化膜３を覆うように上記配線金属膜６１を成膜することで、熱抵抗変化膜３を所定の形状に加工するためのフォトリソグラフィー工程は、上記熱抵抗変化膜３上に上記配線金属膜６１を成膜した後（図７（ｃ）および図７（ｄ）参照）に行なわれる。すなわち、熱抵抗変化膜３を所定の形状に加工する工程においては、既に上記熱抵抗変化膜３表面が上記配線金属膜６１と電気的接続がなされ、該配線金属膜６１により保護された状態にある。このため、該加工工程における上記熱抵抗変化膜３表面へのダメージや有機分子の吸着から上記熱抵抗変化膜表面を保護することができる。
【０１８０】
この結果、前記図６に示す熱型赤外線検出素子の製造方法として説明したように、熱抵抗変化膜３を所定の形状に加工してから配線金属膜６１を形成する場合とは異なり、フォトリソグラフィー工程によって表面にダメージを受けた熱抵抗変化膜３上に配線金属膜６１を形成することがなく、上記熱抵抗変化膜３における上記配線金属膜６１との接続部が、例えばフォトリソグラフィーによってその表面にダメージを受けた状態で上記配線金属膜６１と接続されることがない。このため、得られる熱型赤外線検出素子の素子抵抗が設計値から大きく逸脱することがない。このため素子抵抗の安定化を図ることができ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを抑えることができる。
【０１８１】
また、上記の製造方法によれば、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜６１との電気的接続を行なうに際し、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜６１とを接続するコンタクトホールを形成する必要がなく、簡素かつ安価な構成とすることができる。
【０１８２】
さらに、上記の製造方法によれば、上記熱抵抗変化膜３および配線金属膜６１の成膜に際し、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜６１とを、同一の成膜室（チャンバ）内、例えば真空発生装置を備えた成膜装置（例えば上記ＩＢＳ装置）における同一の真空チャンバ内で成膜することで、該成膜装置における大気開放・真空排気に要する時間の節約を図ることができる。
【０１８３】
従って、上記の構成によれば、安価かつ簡素な構成にて素子抵抗の安定化を図ることができる。
【０１８４】
また、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜３の保護と配線金属膜６１との電気的接続に、前記実施の形態１に示した保護膜４を必要としないため、前記実施の形態１に示した熱型赤外線検出素子の製造方法と比較して、さらに少ない製造工程で、その製造工程の過程において熱抵抗変化膜３がダメージを受けることのない熱型赤外線検出素子を提供することができる。この結果、熱型赤外線検出素子の製造コストの増加を伴うことはほとんどなく、しかも、前記実施の形態１に示した熱型赤外線検出素子よりも安価かつ簡素な構成の熱型赤外線検出素子を提供することができる。
【０１８５】
また、上記の製造方法によれば、上記熱抵抗変化膜３と上記配線金属膜６１とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜する（つまり、上記熱抵抗変化膜３の形成に用いる遷移金属と同一のターゲットを用いて上記配線金属膜６１をスパッタリングにより成膜する）ことで、上記配線金属膜６１の製造にかかる時間を短縮し、上記配線金属膜６１をより容易かつ安価に形成することができる。
【０１８６】
このとき、上記したように１つのターゲットから熱抵抗変化膜３と配線金属膜６１とを成膜することで、実質的な製造工程の増加を伴うことなく配線金属膜６１を製造することができる。従って、上記熱型赤外線検出素子をより安価に製造することができる。
【０１８７】
また、上記の製造方法によれば、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜６１とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜することで、上記熱抵抗変化膜３と配線金属膜６１との密着強度に優れた熱型赤外線検出素子を得ることができる。
【０１８８】
また、上記熱抵抗変化膜３の材料として、抵抗温度係数の絶対値が大きいチタン酸化物を主成分とする酸化物を用いることにより、熱型赤外線検出素子の感度の向上を図ることができる。従って、チタン酸化物を主成分とする酸化物からなる熱抵抗変化膜３を備えた熱型赤外線検出素子をボロメータ型赤外線センサ等に用いることにより、非常に高い感度のボロメータ型赤外線センサを実現することができる。
【０１８９】
このようにして得られた上記熱型赤外線検出素子は、赤外線による温度上昇を検出する赤外線検出部を備え、該赤外線検出部が、赤外線を吸収して抵抗値が変化する熱抵抗変化膜３と、電極としての配線金属膜６１とを備え、上記熱抵抗変化膜３が、その変質やダメージの無い面にて上記配線金属膜６１と直接、接続されることで、上記熱抵抗変化膜３が、その変質やダメージの無い面にて上記配線金属膜６１と電気的に接続されている構成を有している。
【０１９０】
つまり、図６に示した熱型赤外線検出素子と、本実施の形態にかかる上記製造方法により得られた熱型赤外線検出素子とは、一見、同じ構成を有しているが、図６に示した熱型赤外線検出素子における熱抵抗変化膜４２が、その表面が変質した状態にあり、この変質面にて上記配線金属膜４３と接続されており、その素子抵抗が２０〜１３０ｋΩと設計値よりも大きく、複数の熱型赤外線検出素子間の素子抵抗のばらつきも非常に大きいのに対し、本実施の形態にかかる上記製造方法により得られた熱型赤外線検出素子は、前記実施の形態１にかかる熱型赤外線検出素子同様、上記熱抵抗変化膜３が、その変質やダメージの無い面にて配線金属膜（本実施の形態では配線金属膜６１）と電気的に接続されており、その素子抵抗が１８〜１９ｋΩと安定しており、複数の熱型赤外線検出素子間の素子抵抗のばらつきが小さい点で大きく異なっている。
【０１９１】
なお、本実施の形態においても、配線金属膜６１を成膜し、所定の形状に加工した後（図７（ｄ）参照）は、配線金属膜６１との接続部以外の部分で上記熱抵抗変化膜３が露出することになるが、この状態で熱抵抗変化膜３の表面がダメージを受けたとしても、熱抵抗変化膜３の抵抗変化を検出するためのセンス電流は、ほとんどが抵抗値の低い熱抵抗変化膜３の内部を流れるため、熱型赤外線検出素子の特性にはほとんど影響しない。
【０１９２】
なお、上記実施の形態１・２においては、高屈折率膜を配置することにより、高屈折率膜表面での反射光と配線金属膜表面での反射光とが干渉して互いに打ち消し合うような構造としたが、本発明にかかる熱型赤外線検出素子の構成は、これに限定されるものではない。例えば、半導体基板表面に赤外線反射膜を配することにより、赤外線反射膜表面での反射光とダイアフラム構造体における最上層での反射光とが干渉して互いに打ち消し合うような構造としても構わない。このような構造のダイアフラム構造体を備えた熱型赤外線検出素子においても、高屈折率膜を配置した上記ダイアフラム構造体を備えた熱型赤外線検出素子と同様の効果が得られる。
【０１９３】
また、本発明にかかる熱型赤外線検出素子は、赤外線を温度変化によって検出する熱型赤外線検出素子において、前記熱型赤外線素子が、基板と、赤外線による温度上昇を検出する検出部からなる赤外線検知部とを備え、前記検知部が配線金属膜と熱抵抗変化膜と１層以上の金属膜からなる界面金属層を備え、前記界面金属層が配線金属膜と熱抵抗変化膜の接続部に配置されている構成であってもよい。
【０１９４】
また、上記熱型赤外線検出素子の製造方法は、上記熱抵抗変化膜と、界面金属層の中の少なくとも１層を、同一の真空中で成膜する方法であってもよい。また、上記熱抵抗変化膜が遷移金属のターゲットを用い、アルゴンと酸素とが混合された雰囲気中で形成され、上記界面金属層の中の少なくとも１層は前記遷移金属のターゲットを用い、アルゴン雰囲気中で形成される方法であってもよい。さらに、熱抵抗変化膜の成膜雰囲気から界面金属層の成膜雰囲気に移行する際、成膜を中断すること無しに酸素濃度を徐々に減少する方法であってもよい。
【０１９５】
さらに、上記熱抵抗変化膜上に配線金属膜が積層された構成を有する熱型赤外線検出素子の製造方法として、熱型赤外線検出素子の製造方法は、基板と、赤外線による温度上昇を検出する検出部からなる赤外線検知部とを備え、前記検知部が配線金属膜と熱抵抗変化膜とを備えることにより、赤外線を温度変化によって検出する熱型赤外線検出素子において、前記抵抗変化膜と前記配線金属膜を同一真空中で成膜する方法であってもよい。
【０１９６】
【発明の効果】
本発明の熱型赤外線検出素子は、以上のように、熱抵抗変化膜における配線金属膜との接続部が、少なくとも表面が金属からなる導電性膜で被覆されており、上記導電性膜が、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に設けられた、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜であり、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記保護膜により電気的に接続されており、さらに、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属と同じ遷移金属を用いてなる構成である。
【０１９７】
また、本発明の熱型赤外線検出素子は、以上のように、熱抵抗変化膜における配線金属膜との接続部が、少なくとも表面が金属からなる導電性膜で被覆されており、上記導電性膜が、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に設けられた、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜であり、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記保護膜により電気的に接続されており、さらに、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属の酸化物を含む濃度勾配層を有し、該濃度勾配層は、該濃度勾配層中の酸素濃度が、上記保護膜表面側に向かって次第に減少するようになっている構成である。
【０１９８】
上記導電性膜は、上記接続部が大気中に暴露されない条件下で成膜されたものであってもよい。
【０１９９】
具体的には、例えば、上記熱抵抗変化膜における配線金属膜との接続部が、上記熱抵抗変化膜を、酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で成膜された、少なくとも表面が金属からなる導電性膜で被覆されている。
【０２００】
これにより、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で、上記熱抵抗変化膜における配線金属膜との接続部を成膜することで、上記熱抵抗変化膜が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜表面の変質の防止を図ることができるという効果を奏する。
【０２０１】
また、上記導電性膜が、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に設けられた、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜であることにより、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部を、大気に暴露されることによる表面の変質や、その製造工程における加工時のダメージや有機分子の吸着から保護することができる。従って、上記熱抵抗変化膜と上記配線金属膜との接続部の変質等により素子抵抗が増大することを防止することができる。このため素子抵抗の安定化を図ることができ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを抑えることができるという効果を奏する。
【０２０２】
また、上記保護膜を、熱抵抗変化膜で用いた遷移金属と同じ遷移金属をターゲットとして用いて製造することができることから、上記保護膜の製造にかかる時間を短縮し、上記保護膜をより容易かつ安価に形成することができる。また、１つのターゲットから熱抵抗変化膜と保護膜とを形成することができるので、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記保護膜を製造することができ、該保護膜を形成しても、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記熱型赤外線検出素子を製造することができる。
【０２０３】
また、濃度勾配層は、該濃度勾配層中の酸素濃度が、上記保護膜表面側に向かって次第に減少するようになっているため、得られる熱型赤外線検出素子のノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎの向上を図ることができるという効果を奏する。
【０２０４】
本発明の熱型赤外線検出素子は、以上のように、上記導電性膜が、上記配線金属膜における熱抵抗変化膜との接続端子部であり、上記熱抵抗変化膜上に上記配線金属膜が直接積層されている構成であってもよい。
【０２０５】
これにより、上記導電性膜が、上記配線金属膜における熱抵抗変化膜との接続端子部であり、上記熱抵抗変化膜上に上記配線金属膜が直接積層されているので、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを容易に電気的に接続することができる。従って、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との電気的接続を行なうに際し、例えば、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを接続するコンタクトホールを形成する必要がなく、簡素かつ安価な構成とすることができるという効果を奏する。
【０２０６】
本発明の熱型赤外線検出素子は、以上のように、遷移金属の酸化物を含む酸化物膜からなり、赤外線を吸収して抵抗値が変化する熱抵抗変化膜と、上記熱抵抗変化膜と電気的に接続される、配線金属膜とを備えた熱型赤外線検出素子において、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部を覆う、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜を備え、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記保護膜により電気的に接続されており、さらに、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属の酸化物を含む濃度勾配層を有し、該濃度勾配層は、該濃度勾配層中の酸素濃度が、上記保護膜表面側に向かって次第に減少するように形成されている構成である。
【０２０７】
それゆえ、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部を、大気に暴露されることによる表面の変質や、その製造工程における加工時のダメージや有機分子の吸着等のから保護することができる。
【０２０８】
つまり、上記の構成によれば、例えば、上記熱型赤外線検出素子の製造に際し、上記熱抵抗変化膜を保護することができ、上記熱抵抗変化膜上に上記保護膜が積層された状態で上記熱抵抗変化膜を所定の形状に加工することで、該加工による上記熱抵抗変化膜へのダメージを防止することができる。この場合、熱型赤外線検出素子の構造を考慮すれば、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部が、例えばフォトリソグラフィーによってその表面にダメージを受けた状態で上記配線金属膜と接続されることがなく、上記熱型赤外線検出素子の素子抵抗が設計値から大きく逸脱することがない。
【０２０９】
それゆえ、上記の構成によれば、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部のダメージにより素子抵抗が増大することを防止することができる。このため素子抵抗の安定化を図ることができ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを抑えることができる。
【０２１０】
また、上記の構成によれば、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部を覆う、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜により電気的に接続されていることで、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との電気的接続を行なうに際し、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを接続するコンタクトホールを形成する必要がなく、簡素かつ安価な構成とすることができる。従って、上記の構成によれば、安価かつ簡素な構成にて素子抵抗の安定化を図ることができる熱型赤外線検出素子を提供することができるという効果を奏する。
【０２１１】
また、上記保護膜を、熱抵抗変化膜で用いた遷移金属と同じ遷移金属をターゲットとして用いて製造することができることから、上記保護膜の製造にかかる時間を短縮し、上記保護膜をより容易かつ安価に形成することができる。また、１つのターゲットから熱抵抗変化膜と保護膜とを形成することができるので、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記保護膜を製造することができ、該保護膜を形成しても、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記熱型赤外線検出素子を製造することができる。
【０２１２】
また、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属と同じ遷移金属を用いてなることで、上記熱抵抗変化膜と保護膜とを、同一の成膜室（チャンバ）内、例えば真空発生装置を備えた成膜装置における同一の真空チャンバ内で、同一のターゲットを用いて成膜することができる。このため、熱抵抗変化膜成膜後、大気開放することなく上記保護膜を成膜することができ、上記熱抵抗変化膜が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜表面の変質の防止を図ることができる。また、真空排気に要する時間と費用とを節約することができることから、上記熱型赤外線検出素子を安価に製造することができる。
【０２１３】
また、上記の構成によれば、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属と同じ遷移金属を用いてなることで、上記熱抵抗変化膜と保護膜との密着強度に優れているという効果を奏する。
【０２１４】
さらに、得られる熱型赤外線検出素子のノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。
【０２１５】
本発明の熱型赤外線検出素子は、以上のように、上記遷移金属がチタンである構成である。
【０２１６】
チタン酸化物は抵抗温度係数の絶対値が大きく、得られる熱型赤外線検出素子の応答性・感度を向上させることができる。このため、該チタン酸化物を含む熱抵抗変化膜を、例えばボロメータ型赤外線センサ等に用いることにより、非常に高い感度のボロメータ型赤外線センサを実現することができるという効果を奏する。
【０２１７】
本発明の熱型赤外線検出素子は、以上のように、上記遷移金属がバナジウムである構成である。
【０２１８】
バナジウム酸化物は抵抗温度係数の絶対値が大きく、また、比抵抗値が低い。このため、上記熱抵抗変化膜がバナジウム酸化物を含むことで、得られる熱型赤外線検出素子の応答性・感度を向上させることができると共に、熱抵抗変化膜自体から発生するノイズの影響を低減させることができる。従って、このような熱抵抗変化膜を、例えばボロメータ型赤外線センサ等に用いることにより、非常に高い感度のボロメータ型赤外線センサを実現することができるという効果を奏する。
【０２１９】
本発明の熱型赤外線検出素子は、以上のように、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属の酸化物を含む濃度勾配層を有し、該濃度勾配層は、該濃度勾配層中の酸素濃度が、上記保護膜表面側に向かって次第に減少するように形成されている構成である。
【０２２０】
それゆえ、得られる熱型赤外線検出素子のノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎの向上を図ることができるという効果を奏する。
【０２２１】
本発明の熱型赤外線検出素子の製造方法は、以上のように、上記熱型赤外線検出素子の製造方法であって、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記保護膜を成膜する方法である。
【０２２２】
それゆえ、上記熱抵抗変化膜が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜表面の変質の防止を図ることができる。しかも、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜を成膜後、引き続き、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記保護膜を成膜することで、熱抵抗変化膜を所定の形状に加工するためのフォトリソグラフィー等の加工工程は、上記熱抵抗変化膜上に上記保護膜を成膜した後に行なわれる。このため、該加工工程における上記熱抵抗変化膜表面へのダメージや有機分子の吸着から上記熱抵抗変化膜表面を保護することができる。この結果、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部が、例えばフォトリソグラフィーによってその表面にダメージを受けた状態で上記配線金属膜と接続されることがなく、得られる熱型赤外線検出素子の素子抵抗が設計値から大きく逸脱することがない。このため、素子抵抗の安定化を図ることができ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを抑えることができる。
【０２２３】
また、上記の方法によれば、上記保護膜により上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを電気的に接続することができるので、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との電気的接続を行なうに際し、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを接続するコンタクトホールを形成する必要がなく、簡素かつ安価な構成とすることができる。
【０２２４】
さらに、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜および保護膜の成膜に際し、上記熱抵抗変化膜と保護膜とを、同一の成膜室（チャンバ）内、例えば真空発生装置を備えた成膜装置における同一の真空チャンバ内で成膜することで、成膜装置における大気開放・真空排気に要する時間の節約を図ることができる。
【０２２５】
従って、上記の方法によれば、安価かつ簡素な構成にて素子抵抗の安定化を図ることができる熱型赤外線検出素子の製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【０２２６】
本発明の熱型赤外線検出素子の製造方法は、以上のように、上記熱型赤外線検出素子の製造方法であって、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き、成膜雰囲気中の酸素濃度を次第に減少させながら、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記保護膜を成膜する方法である。
【０２２７】
それゆえ、上記熱抵抗変化膜が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜表面の変質の防止を図ることができる。しかも、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜を成膜後、引き続き、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記保護膜を成膜することで、熱抵抗変化膜を所定の形状に加工するためのフォトリソグラフィー工程は、上記熱抵抗変化膜上に上記保護膜を成膜した後に行なわれる。このため、該加工工程における上記熱抵抗変化膜表面へのダメージや有機分子の吸着から上記熱抵抗変化膜表面を保護することができる。この結果、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部が、例えばフォトリソグラフィーによってその表面にダメージを受けた状態で上記配線金属膜と接続されることがなく、得られる熱型赤外線検出素子の素子抵抗が設計値から大きく逸脱することがない。このため素子抵抗の安定化を図ることができ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを抑えることができる。
【０２２８】
また、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き、成膜雰囲気中の酸素濃度を次第に減少させることで、前記濃度勾配層を含めた上記保護膜中の酸素含有量を、保護膜表面側に向かって次第に減少するように連続的に変化させることができる。この結果、得られる熱型赤外線検出素子のノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。
【０２２９】
また、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜および保護膜の成膜に際し、上記熱抵抗変化膜と保護膜とを、同一の成膜室（チャンバ）内、例えば真空発生装置を備えた成膜装置における同一の真空チャンバ内で成膜することで、成膜装置における大気開放・真空排気に要する時間の節約を図ることができる。
【０２３０】
さらに、上記の方法によれば、上記保護膜は、成膜雰囲気中の酸素濃度を変化させるだけで成膜することができ、実質的な製造工程の増加を伴うことはほとんどなく、簡単に熱型赤外線検出素子を製造することができる。
【０２３１】
また、上記の方法によれば、上記保護膜により上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを電気的に接続することができるので、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との電気的接続を行なうに際し、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを接続するコンタクトホールを形成する必要がなく、簡素かつ安価な構成とすることができる。
【０２３２】
従って、上記の方法によれば、安価かつ簡素な構成にて素子抵抗の安定化を図ることができる熱型赤外線検出素子の製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【０２３３】
本発明の熱型赤外線検出素子の製造方法は、以上のように、上記熱抵抗変化膜と上記保護膜とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜する方法である。
【０２３４】
それゆえ、上記保護膜を、熱抵抗変化膜で用いた遷移金属と同じ遷移金属をターゲットとして用いて製造することができることから、上記保護膜の製造にかかる時間を短縮し、上記保護膜をより容易かつ安価に形成することができる。また、１つのターゲットから熱抵抗変化膜と保護膜とを形成することができるので、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記保護膜を製造することができ、該保護膜を形成しても、実質的な製造工程の増加を伴うことなく上記熱型赤外線検出素子を製造することができるという効果を奏する。
【０２３５】
また、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜と保護膜とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜することで、上記熱抵抗変化膜と保護膜との密着強度に優れた熱型赤外線検出素子を得ることができるという効果を併せて奏する。
【０２３６】
本発明の熱型赤外線検出素子の製造方法は、以上のように、上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記配線金属膜を成膜する方法とすることもできる。
【０２３７】
それゆえ、上記熱抵抗変化膜が大気に暴露されることによる熱抵抗変化膜表面の変質の防止を図ることができる。しかも、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜を成膜後、引き続き、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記配線金属膜を成膜することで、熱抵抗変化膜を所定の形状に加工するためのフォトリソグラフィー工程は、上記熱抵抗変化膜上に上記配線金属膜を成膜した後に行なわれる。このため、該加工工程における上記熱抵抗変化膜表面の侵食、例えば、上記熱抵抗変化膜表面へのダメージや有機分子の吸着から上記熱抵抗変化膜表面を保護することができる。この結果、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部が、例えばフォトリソグラフィーによってその表面にダメージを受けた状態で上記配線金属膜と接続されることがなく、得られる熱型赤外線検出素子の素子抵抗が設計値から大きく逸脱することがない。このため素子抵抗の安定化を図ることができ、複数の熱型赤外線検出素子間における素子抵抗のばらつきを抑えることができる。
【０２３８】
また、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との電気的接続を行なうに際し、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを接続するコンタクトホールを形成する必要がなく、簡素かつ安価な構成とすることができる。
【０２３９】
さらに、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜および保護膜の成膜に際し、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを、同一の成膜室（チャンバ）内、例えば真空発生装置を備えた成膜装置における同一の真空チャンバ内で成膜することで、成膜装置における大気開放・真空排気に要する時間の節約を図ることができる。
【０２４０】
従って、上記の方法によれば、安価かつ簡素な構成にて素子抵抗の安定化を図ることができる熱型赤外線検出素子の製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【０２４１】
本発明の熱型赤外線検出素子の製造方法は、以上のように、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜する方法とすることもできる。
【０２４２】
それゆえ、上記配線金属膜を、熱抵抗変化膜で用いた遷移金属と同じ遷移金属をターゲットとして用いて製造することができることから、上記配線金属膜の製造にかかる時間を短縮し、上記配線金属膜をより容易かつ安価に形成することができる。また、１つのターゲットから熱抵抗変化膜と配線金属膜とを形成することができるので、製造工程の増加を伴うことなく簡単に上記熱型赤外線検出素子を製造することができるという効果を奏する。
【０２４３】
また、上記の方法によれば、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜することで、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との密着強度に優れた熱型赤外線検出素子を得ることができるという効果を併せて奏する。
【０２４４】
本発明の撮像装置は、以上のように、上記の熱型赤外線検出素子を備えている構成である。
【０２４５】
上記の構成によれば、素子抵抗のばらつきおよびノイズの小さい熱抵抗変化膜を備えた撮像装置を得ることができ、それゆえ、温度分解能が良好で、高品位な画像を有する撮像装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は本発明の実施の一形態に係る熱型赤外線検出素子の概略構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断における端面図である。
【図２】 （ａ）ないし（ｇ）は上記熱型赤外線検出素子の製造方法を示すための各工程における上記熱型赤外線検出素子の断面の構造をその端面にて示す図である。
【図３】 上記熱型赤外線検出素子を示す斜視図である。
【図４】 上記熱型赤外線検出素子における熱抵抗変化膜および界面金属層の構造の一例を示す説明図である。
【図５】 上記熱型赤外線検出素子を用いてなる撮像装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図６】 比較のために製造した熱型赤外線検出素子の断面の構造をその端面にて示す図である。
【図７】 （ａ）ないし（ｇ）は本発明の実施の他の形態における熱型赤外線検出素子の製造方法を示すための各工程における上記熱型赤外線検出素子の断面の構造をその端面にて示す図である。
【図８】 従来の熱型赤外線検出素子の断面の構造をその端面にて示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ 第１酸化シリコン膜
３ 熱抵抗変化膜
４ 保護膜
４ａ 勾配層（濃度勾配層）
４ｂ 金属チタン層
５ 配線金属膜
６ 第２酸化シリコン膜
７ 高屈折率膜
８ 赤外線吸収膜
９ 犠牲層
３０ ダイアフラム構造体
３１ 脚
５１ 撮像素子
６１ 配線金属膜
６２ ダイアフラム構造体
６３ 脚

Claims (13)

1. 遷移金属の酸化物を含む酸化物膜からなり、赤外線を吸収して抵抗値が変化する熱抵抗変化膜と、上記熱抵抗変化膜と電気的に接続される配線金属膜とを備えた熱型赤外線検出素子において、
   上記熱抵抗変化膜における配線金属膜との接続部が、少なくとも表面が金属からなる導電性膜で被覆されており、
   上記導電性膜が、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に設けられた、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜であり、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記保護膜により電気的に接続されており、
   さらに、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属と同じ遷移金属を用いてなることを特徴とする熱型赤外線検出素子。
2. 遷移金属の酸化物を含む酸化物膜からなり、赤外線を吸収して抵抗値が変化する熱抵抗変化膜と、上記熱抵抗変化膜と電気的に接続される配線金属膜とを備えた熱型赤外線検出素子において、
   上記熱抵抗変化膜における配線金属膜との接続部が、少なくとも表面が金属からなる導電性膜で被覆されており、
   上記導電性膜が、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に設けられた、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜であり、上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記保護膜により電気的に接続されており、
   さらに、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属の酸化物を含む濃度勾配層を有し、該濃度勾配層は、該濃度勾配層中の酸素濃度が、上記保護膜表面側に向かって次第に減少するように形成されていることを特徴とする熱型赤外線検出素子。
3. 上記導電性膜は、上記接続部が大気中に暴露されない条件下で成膜されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の熱型赤外線検出素子。
4. 遷移金属の酸化物を含む酸化物膜からなり、赤外線を吸収して抵抗値が変化する熱抵抗変化膜と、上記熱抵抗変化膜と電気的に接続される配線金属膜とを備えた熱型赤外線検出素子において、
   上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部を覆う、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜を備え、
   上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記保護膜により電気的に接続されており、
   上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属と同じ遷移金属を用いてなることを特徴とする熱型赤外線検出素子。
5. 遷移金属の酸化物を含む酸化物膜からなり、赤外線を吸収して抵抗値が変化する熱抵抗変化膜と、上記熱抵抗変化膜と電気的に接続される配線金属膜とを備えた熱型赤外線検出素子において、
   上記熱抵抗変化膜と配線金属膜との接続部に、上記熱抵抗変化膜における上記配線金属膜との接続部を覆う、少なくとも表面が金属からなる導電性の保護膜を備え、
   上記熱抵抗変化膜と配線金属膜とが、上記保護膜により電気的に接続されており、
   さらに、上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属の酸化物を含む濃度勾配層を有し、該濃度勾配層は、該濃度勾配層中の酸素濃度が、上記保護膜表面側に向かって次第に減少するように形成されていることを特徴とする熱型赤外線検出素子。
6. 上記遷移金属がチタンであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の熱型赤外線検出素子。
7. 上記遷移金属がバナジウムであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の熱型赤外線検出素子。
8. 上記保護膜が、上記熱抵抗変化膜の形成に用いられる遷移金属の酸化物を含む濃度勾配層を有し、該濃度勾配層は、該濃度勾配層中の酸素濃度が、上記保護膜表面側に向かって次第に減少するように形成されていることを特徴とする請求項１、３、４、６または７に記載の熱型赤外線検出素子。
9. 請求項１、３、４、６または７に記載の熱型赤外線検出素子の製造方法であって、
   上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き不活性ガス雰囲気下で、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記保護膜を成膜することを特徴とする熱型赤外線検出素子の製造方法。
10. 請求項２、５または８に記載の熱型赤外線検出素子の製造方法であって、
    上記熱抵抗変化膜を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で成膜した後、引き続き、成膜雰囲気中の酸素濃度を次第に減少させながら、上記熱抵抗変化膜を覆うように上記保護膜を成膜することを特徴とする熱型赤外線検出素子の製造方法。
11. 上記熱抵抗変化膜と上記保護膜とを、遷移金属からなる同一のターゲットを用いてスパッタリングすることにより成膜することを特徴とする請求項９または１０に記載の熱型赤外線検出素子の製造方法。
12. 上記熱抵抗変化膜と、上記保護膜とを、大気中に暴露することなく、同一の成膜室内で成膜することを特徴とする請求項９または１０に記載の熱型赤外線検出素子の製造方法。
13. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱型赤外線検出素子を備えていることを特徴とする撮像装置。

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