JP3727208B2

JP3727208B2 - Temperature-sensitive resistance change film, manufacturing method thereof, and far-infrared sensor using the same

Info

Publication number: JP3727208B2
Application number: JP32474999A
Authority: JP
Inventors: 智良吉岡; 治彦出口; 智久薦田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2019-11-15
Also published as: JP2001146423A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度によって抵抗値が変化する感温抵抗変化膜およびその製造方法、並びにそれを用いたボロメータ型の遠赤外線センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、遠赤外線センサーにおいては、非冷却で動作し、感度が高く、かつ、集積化が容易なボロメータ型のものが注目され、例えば遠赤外線カメラの遠赤外感知部等に応用されている。
【０００３】
このボロメータ型の遠赤外線センサーについては、「ボロメータ型非冷却赤外線センサ」（映像情報メディア学会技術報告、Ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．８０、ｐｐ．１３−１８）において詳述されている。図６はボロメータ型遠赤外線センサーの構造を示す斜視図である。このセンサーはダイアフラム構造となっており、基板２から所定の空間を開けて配置したダイアフラム１が２本の脚３によって支持されている。このダイアフラム１は、ＳｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ₄等からなる下部絶縁膜、ＶＯ₂やＴｉ等からなる感温抵抗変化膜、ＳｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ₄等からなる上部絶縁膜、および入射される遠赤外線５を効率良く吸収するためのＴｉＮ等からなる吸収膜が基板側からこの順に形成されている。
【０００４】
さらに、脚３の部分はダイアフラム１の抵抗変化を検出するための電極３が上記絶縁膜および下部絶縁膜によって被覆された構造となっている。また、ダイアフラム１と基板２との断熱性を高めるために、脚３の幅および厚さはできるだけ小さく設定され、かつ、脚３の長さはできるだけ長く設定されている。
【０００５】
このようなボロメータ型遠赤外線センサーの感度Ｒｅｓは、一般に、定常状態で
Ｒｅｓ＝η・Ｖ・α／Ｇ・・・（１）
のように表される。
【０００６】
なお、上記式（１）において、ηはダイアフラムの遠赤外線吸収係数、αは感温抵抗変化膜の抵抗温度係数、Ｖはバイアス電圧、Ｇはダイアフラムと基板との熱コンダクタンスを示す。
【０００７】
上記式（１）から分かるように、ボロメータ型遠赤外線センサーの感度Ｒｅｓは抵抗温度係数αに比例し、α（その絶対値）が高いほど感度が高くなる。この観点から、αが高い感温抵抗変化材料を用いるのが望ましい。
【０００８】
このため、従来では、感温抵抗変化材料として抵抗変化率の高いＶＯ₂薄膜が一般に用いられていた。現在のところ実用化されているものでは、約−２％／℃のαが得られており、その製造工程には５００℃程度の熱処理を必要としていた。
【０００９】
さらに、特開平１０−２５９０２４号公報（防衛庁出願）の「酸化バナジウム薄膜及びその製造方法」には、シリコン酸化膜またはサファイア基板上に熱処理を必要とせず、５００℃を超えないプロセス温度で作製可能であり、しかも−４％／℃以上という高いαを有する酸化バナジウム薄膜からなる感温抵抗変化材料が報告されている。この材料は、レーザアブレーション法により作製され、Ｘ線回折パターンの結果からＶＯ₂の結晶ピークを確認することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＶＯ₂からなる感温抵抗変化膜はα（その絶対値）がかなり高いが、以下のような問題点を有している。
【００１１】
図７はＶ−Ｏ系の平衡状態を示す図である。この図に示されているように、ＶＯ₂は低温相と高温相とに分かれており、変態点である６８℃において低温の結晶相から高温の結晶相へ相転移が生じて、結晶構造が変化する。そして、この結晶構造の変化に伴って急激な体積変化が生じるため、ダイアフラムにおいてクラック等が発生するおそれが大きくなり、構造上の信頼性が低下する。このため、ボロメータ型遠赤外線センサーにおいては、６８℃以上にダイフラムの温度が上がらないように、センサーに通電する電流値を制限する等の対策が必要であった。また、熱処理条件等により、相転移温度を１００℃以上にすることによっても、このような問題が生じないように対応していた。
【００１２】
これに対して、上述の特開平１０−２５９０２４号公報では、従来必要とされていた５００℃程度の熱処理を必要とせず、さらに、ＶＯ₂の特徴である６０℃から７０℃付近における明確な相転移を示さずになだらかな抵抗変化を実現している。しかしながら、この方法によっても、少なくとも４００℃程度の基板温度で酸化バナジウムの薄膜成長を行う必要があり、集積回路デバイス上に形成するボロメータ素子としては依然高いプロセス温度が必要である。さらに、αについても５０℃から６０℃付近で大きく、２５℃程度の室温付近では小さい傾向にある。このため、室温動作が可能なボロメータ型遠赤外線センサーとして高感度化するためには、例えばセンサーに通電する電流値を制御して大きいαを得ることができる５０℃から６０℃とし、αが小さくなる７０℃を超える温度域にならないように、感温抵抗変化膜の温度を管理することが必要であった。
【００１３】
本発明はこのような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、低い温度条件下で作製可能であり、かつ、室温付近でのαが高い感温抵抗変化膜およびその製造方法、並びにそれを用いた感度の高い遠赤外線センサーを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の感温抵抗変化膜は、室温付近において温度により大幅に抵抗値が変化する感温抵抗変化膜であって、バナジウムを主成分とする非晶質の酸化物からなり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１５】
本発明の感温抵抗変化膜の製造方法は、バナジウムまたはバナジウム酸化物からなるターゲットを、酸素を含む雰囲気ガス中でスパッタ処理して、基板上にバナジウムを主成分とする非晶質酸化物からなる薄膜を成膜し、そのことにより上記目的が達成される。
【００１６】
前記基板温度を３００℃未満に設定して成膜を行うのが好ましい。
【００１７】
前記雰囲気ガスの圧力を８ｍＴｏｒｒ以上に設定して成膜を行うのが好ましい。
【００１８】
本発明の遠赤外線センサーは、本発明の感温抵抗変化膜を用いて遠赤外線を検出し、そのことにより上記目的が達成される。
【００１９】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２０】
本発明にあっては、バナジウムを主成分とする非晶質の酸化物からなる感温抵抗変化膜を用いることにより、ＶＯ₂膜を用いた従来技術のように相転移による信頼性低下が生じず、センサに通電する電流値を制限する等の対策が不要である。また、特開平１０−２５９０２４号公報よりも低い温度条件下で感温抵抗変化膜を作製可能であり、室温付近（２０℃〜３０℃）における温度に対する抵抗変化係数αを、結晶質のバナジウム酸化物からなる従来の感温抵抗変化膜よりも大幅に高くすることが可能である。
【００２１】
本発明の感温抵抗変化膜は、例えばバナジウムまたはバナジウム酸化物からなるターゲットを、酸素を含む雰囲気ガス中でスパッタ処理することにより基板上に成膜することができる。この場合、基板温度が３００℃を超えると結晶質のバナジウム酸化膜が生じて抵抗温度係数が低下するので、基板温度を非晶質が得られ易い３００℃未満に設定するのが好ましい。また、雰囲気ガスの圧力を８ｍＴｏｒｒ以上にすることにより、従来よりも高い抵抗温度係数を実現することができる。
【００２２】
このように抵抗温度係数α（その絶対値）が高い本実施形態の感温抵抗変化膜を用いることにより、感度の高い遠赤外線センサーを実現することが可能であり、遠赤外線カメラの遠赤外線感知部等に適用可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、具体的な例を挙げて説明する。
【００２４】
本実施形態では、一例として、スパッタ装置を用い、株式会社高純度化学研究所製のＶ₂Ｏ₃ターゲットを用いて成膜を行うことにより、Ｓｉ基板上に本発明の感温抵抗変化膜を作製した。まず、真空チャンバー内を３．０×１０^-6Ｔｏｒｒ以下に排気し、基板温度が２００℃になるように加熱してプレスパッタを実施した後、酸素濃度を１％としたアルゴンと酸素の混合ガスを雰囲気ガスとして導入し、ガス圧１．０×１０^-2Ｔｏｒｒで成膜を行った。投入電力パワーは１５０Ｗとし、−５０Ｖのバイアス電圧を印加して、膜厚が約１００ｎｍとなるように成膜時間を調節してスパッタ処理を行った。これにより、Ｓｉ基板上にバナジウムを主成分とする酸化物膜が熱処理を行わずに作製された。
【００２５】
次に、このようにして作製したバナジウムを主成分とする酸化物膜について、抵抗温度係数αを測定した。ここでは、４端子プローブ装置または酸化物膜の表面にＡｌ等の良導電性材料からなる電極を形成した後、約５℃／ｍｉｎの速度で加熱および冷却を行って、各温度における比抵抗を４端子法により測定してαを求めた。
【００２６】
図１は、本実施形態で作製したＳｉ基板上の酸化物膜について、昇温過程での比抵抗の温度特性を示す図である。この図から分かるように、本実施形態の酸化物膜の比抵抗（ρ）は、Ｙ軸にログスケールで示すように温度と共に減少し、いわゆる負の抵抗温度特性を示している。そして、室温付近の温度である２０℃での比抵抗は約７．７Ω・ｃｍと低いため、膜自体から発生するノイズの影響が小さく、その点でもボロメータ型遠赤外線センサーとして応用するのに適している。さらに、室温付近の温度である１０℃から３０℃の間の２５℃におけるαは約−７．０％／℃と高い値であり、そのため、室温動作のボロメータ型遠赤外線センサーにおいて特に高感度とすることができる。
【００２７】
次に、本実施形態で作製した酸化物膜について、Ｘ線回折パターンを測定した結果を図２に示す。この図から、確認できる結晶ピークは基板に用いたＳｉのピークのみであり、酸化バナジウムに関する結晶ピークが確認されないため、非晶質のバナジウム酸化物が得られていることが分かる。この理由は、結晶性を高める要因となる高い基板温度での成膜や熱処理を行っていないためと考えられる。従って、このように非晶質のバナジウムを主成分とした酸化物からなる薄膜によって、特開平１０−２５９０２４号公報に記載されているＶＯ₂薄膜よりも室温付近で高いαを有する感温抵抗変化膜を実現することができる。
【００２８】
また、上記スパッタリング条件のうち、基板温度を３００℃に変更して作製したバナジウムを主成分とする酸化物膜について、温度特性を測定した結果を図３に示す。また、そのＸ線回折パターンを測定した結果を図４に示す。図３から、この膜の室温付近のαは−５．９％／℃であり、基板温度２００℃で作製した場合の−７％／℃に比べてその値（絶対値）が小さくなっていることが分かる。また、図４から結晶ピークとしてＶＯ₂のピークが確認でき、基板温度を２００℃から３００℃に上げることによって結晶質のバナジウム酸化膜が得られていることが分かる。従って、基板温度を３００℃未満の条件（本実施形態では２００℃）とすることによって、非晶質のバナジウムを主成分とする酸化膜を作製し、室温付近で高いαを有する感温抵抗変化膜を実現することができる。なお、室温の条件で作製した膜は非晶質であったが、高いαを実現することはできなかった。
【００２９】
さらに、上記スパッタリング条件のうち、ガス圧を変化させて作製したバナジウムを主成分とする酸化物膜について、比抵抗ρおよび抵抗温度係数αを測定した結果を図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。この図に示すように、高ガス圧化に伴ってρおよびαの増加が確認されるが、図５（ａ）に示すように、１０ｍＴｏｒｒのガス圧であってもρは十分低い値を示し、膜自体のノイズを低くできることが分かる。また、図５（ｂ）を内挿することによって、８ｍＴｏｒｒのガス圧においても、上述の特開平１０−２５９０２４号公報の技術によりシリコン酸化膜上で実現されている−４％／℃以上であって、かつ、現在実用化されているボロメータ用酸化バナジウム薄膜の−２％／℃の２倍以上である約−５％／℃という高いαを実現することができる。従って、雰囲気ガス圧は８ｍＴｏｒｒ以上に設定するのが好ましい。
【００３０】
なお、上記実施形態においては、スパッタ成膜のためにＲＦスパッタ装置を用いたが、その他の成膜装置を使用可能であることは明らかである。また、ターゲットとしてはＶ₂Ｏ₃を使用したが、導入酸素量を調整することによって、他のバナジウムまたはバナジウム酸化物からなるターゲットを用いることも可能である。基板としては、Ｓｉ以外にも熱酸化膜付きＳｉやガラス、サファイア等を用いることができる。さらに、本実施形態ではＲＦ電源を用いたスパッタリングを行ったが、ＤＣ電源を用いてもよく、イオンビームを用いたスパッタリングを行っても３００℃未満の基板温度で高いαを有する非晶質膜を作製することができる。
【００３１】
このようにして得られたバナジウムを主成分とした酸化物膜を、例えば図６で示したボロメータ素子の下部絶縁膜と上部絶縁膜の間に積層される感温抵抗変化膜として用いることにより、従来よりも高い感度を有するボロメータ型遠赤外線センサーを実現することができた。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、熱処理を必要とせず、従来よりも１００℃以上も低い３００℃未満の温度で感温抵抗変化膜を作製することができる。よって、ボロメータ素子の基板となる集積回路デバイスやボロメータ素子の作製時に、熱的影響によるダメージが殆ど生じないようにすることができる。しかも、室温付近でαを約−５％／℃以上とすることができ、現在実用化されているボロメータ用酸化バナジウム薄膜のαが約−２％／℃であるのに比べて２倍以上の高いαを実現することができる。さらに、基板温度、ガス圧や酸素濃度等の作製パラメータを制御することにより、高いαを有する感温抵抗変化膜を実現することができ、これらのパラメータはスパッタリング装置において容易に設定可能であり、熱処理を必要としない１回のスパッタリング工程だけで簡単に高感度なボロメータ型遠赤外線センサーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態において、基板温度を２００℃とした場合に得られるバナジウムを主成分とした酸化物膜について、比抵抗の温度特性を示す図である。
【図２】実施形態において、基板温度を２００℃とした場合に得られるバナジウムを主成分とした酸化物膜について、Ｘ線回折パターンの測定結果を示す図である。
【図３】実施形態において、基板温度を３００℃とした場合に得られるバナジウムを主成分とした酸化物膜について、比抵抗の温度特性を示す図である。
【図４】実施形態において、基板温度を３００℃とした場合に得られるバナジウムを主成分とした酸化物膜について、Ｘ線回折パターンの測定結果を示す図である。
【図５】（ａ）は実施形態におけるガス圧と感温抵抗変化膜の比抵抗との関係を示す図であり、（ｂ）はガス圧と感温抵抗変化膜の抵抗温度係数との関係を示す図である。
【図６】感温抵抗材料を用いたボロメータ素子の概略構成を示す斜視図である。
【図７】Ｖ−Ｏ系の平衡状態を示す図である。
【符号の説明】
１ダイアフラム
２基板
３脚
４電極
５入射遠赤外線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature-sensitive resistance change film whose resistance value changes with temperature, a manufacturing method thereof, and a bolometer-type far-infrared sensor using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a far-infrared sensor has attracted attention as a bolometer-type sensor that operates uncooled, has high sensitivity, and is easily integrated, and is applied to, for example, a far-infrared sensing unit of a far-infrared camera.
[0003]
This bolometer type far infrared sensor is described in detail in “Bolometer type uncooled infrared sensor” (Technical Report of the Institute of Image Information and Television Engineers, Vol. 21, No. 80, pp. 13-18). FIG. 6 is a perspective view showing the structure of a bolometer type far infrared sensor. This sensor has a diaphragm structure, and a diaphragm 1 arranged by opening a predetermined space from a substrate 2 is supported by two legs 3. The diaphragm 1 includes a lower insulating film made of SiO ₂ and Si ₃ N ₄ or the like, the temperature-sensitive resistance change film made of VO ₂ and Ti, etc., an upper insulating film made of SiO _2, Si ₃ N _4, etc., and is incident An absorption film made of TiN or the like for efficiently absorbing the far infrared rays 5 is formed in this order from the substrate side.
[0004]
Further, the leg 3 has a structure in which an electrode 3 for detecting a resistance change of the diaphragm 1 is covered with the insulating film and the lower insulating film. Further, in order to enhance the heat insulation between the diaphragm 1 and the substrate 2, the width and thickness of the leg 3 are set as small as possible, and the length of the leg 3 is set as long as possible.
[0005]
The sensitivity Res of such a bolometer type far-infrared sensor is generally Res = η · V · α / G (1) in a steady state.
It is expressed as
[0006]
In the above equation (1), η is the far-infrared absorption coefficient of the diaphragm, α is the temperature coefficient of resistance of the temperature-sensitive resistance change film, V is the bias voltage, and G is the thermal conductance between the diaphragm and the substrate.
[0007]
As can be seen from the above equation (1), the sensitivity Res of the bolometer type far-infrared sensor is proportional to the resistance temperature coefficient α, and the higher the α (its absolute value), the higher the sensitivity. From this viewpoint, it is desirable to use a temperature-sensitive resistance variable material having a high α.
[0008]
For this reason, conventionally, a VO ₂ thin film having a high resistance change rate has been generally used as a temperature-sensitive resistance change material. In what is currently put into practical use, α of about −2% / ° C. is obtained, and the manufacturing process requires a heat treatment of about 500 ° C.
[0009]
Furthermore, “vanadium oxide thin film and method for manufacturing the same” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-259024 (application of the Defense Agency) does not require heat treatment on a silicon oxide film or a sapphire substrate, and is manufactured at a process temperature not exceeding 500 ° C. A temperature-sensitive resistance-change material comprising a vanadium oxide thin film having a high α of −4% / ° C. or higher is reported. This material is produced by a laser ablation method, and the crystal peak of VO ₂ can be confirmed from the result of the X-ray diffraction pattern.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the temperature-sensitive resistance change film made of VO ₂ has a considerably high α (its absolute value), but has the following problems.
[0011]
FIG. 7 is a diagram showing an equilibrium state of the VO system. As shown in this figure, VO ₂ is divided into a low-temperature phase and a high-temperature phase, and a phase transition occurs from a low-temperature crystal phase to a high-temperature crystal phase at 68 ° C., which is the transformation point. Change. And since a sudden volume change arises with the change of this crystal structure, a possibility that a crack etc. generate | occur | produce in a diaphragm will become large, and the reliability on a structure will fall. For this reason, in the bolometer type far-infrared sensor, measures such as limiting the current value to be supplied to the sensor are required so that the temperature of the diaphragm does not rise above 68 ° C. Further, even if the phase transition temperature is set to 100 ° C. or higher depending on the heat treatment condition or the like, such a problem has been addressed.
[0012]
On the other hand, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-259024 does not require a heat treatment of about 500 ° C., which has been conventionally required, and further has a clear phase around 60 ° C. to 70 ° C., which is a characteristic of VO _2. A smooth resistance change is realized without showing any transition. However, even with this method, it is necessary to grow a thin film of vanadium oxide at a substrate temperature of at least about 400 ° C., and a bolometer element formed on an integrated circuit device still requires a high process temperature. Furthermore, α tends to be large near 50 ° C. to 60 ° C. and small near room temperature of about 25 ° C. For this reason, in order to increase the sensitivity as a bolometer type far infrared sensor capable of operating at room temperature, for example, the current value supplied to the sensor can be controlled to obtain a large α from 50 ° C. to 60 ° C., where α is small. It was necessary to control the temperature of the temperature-sensitive resistance change film so that the temperature range does not exceed 70 ° C.
[0013]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, can be produced under low temperature conditions, and has a high α in the vicinity of room temperature, a method for producing the same, and a method for producing the same. An object of the present invention is to provide a highly sensitive far-infrared sensor using the same.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The temperature-sensitive resistance change film of the present invention is a temperature-sensitive resistance change film whose resistance value changes greatly with temperature near room temperature, and is made of an amorphous oxide containing vanadium as a main component. The objective is achieved.
[0015]
The method for producing a temperature-sensitive resistance change film according to the present invention includes sputtering a target made of vanadium or vanadium oxide in an atmosphere gas containing oxygen, and forming an amorphous oxide containing vanadium as a main component on a substrate. A thin film is formed to achieve the above object.
[0016]
It is preferable to form a film by setting the substrate temperature to less than 300 ° C.
[0017]
It is preferable to form the film by setting the pressure of the atmospheric gas to 8 mTorr or more.
[0018]
The far-infrared sensor of the present invention detects far-infrared rays by using the temperature-sensitive resistance change film of the present invention, thereby achieving the above object.
[0019]
The operation of the present invention will be described below.
[0020]
In the present invention, the use of a temperature-sensitive resistance change film made of an amorphous oxide containing vanadium as a main component causes a decrease in reliability due to phase transition as in the prior art using a VO ₂ film. In other words, measures such as limiting the current value to be supplied to the sensor are not required. Further, a temperature-sensitive resistance change film can be produced under a temperature condition lower than that of JP-A-10-259024, and the resistance change coefficient α with respect to the temperature in the vicinity of room temperature (20 ° C. to 30 ° C.) is expressed by crystalline vanadium oxidation. It can be significantly higher than a conventional temperature-sensitive resistance variable film made of a material.
[0021]
The temperature-sensitive resistance change film of the present invention can be formed on a substrate by sputtering a target made of, for example, vanadium or vanadium oxide in an atmosphere gas containing oxygen. In this case, if the substrate temperature exceeds 300 ° C., a crystalline vanadium oxide film is formed and the temperature coefficient of resistance is lowered. Therefore, it is preferable to set the substrate temperature to less than 300 ° C. at which amorphous is easily obtained. In addition, by setting the pressure of the atmospheric gas to 8 mTorr or higher, a resistance temperature coefficient higher than the conventional one can be realized.
[0022]
By using the temperature-sensitive resistance variable film of this embodiment having a high resistance temperature coefficient α (absolute value) as described above, it is possible to realize a highly sensitive far-infrared sensor, and far-infrared sensing of a far-infrared camera. Applicable to parts and the like.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with specific examples.
[0024]
In this embodiment, as an example, by using a sputtering apparatus and forming a film using a V ₂ O ₃ target manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd., the temperature-sensitive resistance change film of the present invention is formed on a Si substrate. Produced. First, the inside of the vacuum chamber is evacuated to 3.0 × 10 ⁻⁶ Torr or less, heated to a substrate temperature of 200 ° C. and pre-sputtered, and then mixed with argon and oxygen with an oxygen concentration of 1%. A gas was introduced as an atmospheric gas, and film formation was performed at a gas pressure of 1.0 × 10 ⁻² Torr. The input power was 150 W, a bias voltage of −50 V was applied, and the film formation time was adjusted so that the film thickness was about 100 nm. Thus, an oxide film containing vanadium as a main component was formed on the Si substrate without performing heat treatment.
[0025]
Next, the resistance temperature coefficient α of the oxide film containing vanadium as a main component was measured. Here, after forming an electrode made of a highly conductive material such as Al on the surface of a 4-terminal probe device or an oxide film, heating and cooling are performed at a rate of about 5 ° C./min, and the specific resistance at each temperature is set. Α was determined by measurement by the 4-terminal method.
[0026]
FIG. 1 is a diagram showing temperature characteristics of specific resistance in the temperature rising process for the oxide film on the Si substrate manufactured in this embodiment. As can be seen from this figure, the specific resistance (ρ) of the oxide film of the present embodiment decreases with temperature as indicated by a log scale on the Y axis, indicating a so-called negative resistance temperature characteristic. And since the specific resistance at 20 ° C, which is near room temperature, is as low as about 7.7 Ω · cm, the influence of noise generated from the film itself is small, which is also suitable for application as a bolometer type far-infrared sensor. ing. Furthermore, α at 25 ° C. between 10 ° C. and 30 ° C., which is a temperature around room temperature, is a high value of about −7.0% / ° C. Therefore, particularly in a bolometer type far infrared sensor operating at room temperature, can do.
[0027]
Next, FIG. 2 shows the result of measuring the X-ray diffraction pattern of the oxide film manufactured in this embodiment. From this figure, it can be seen that since the crystal peak that can be confirmed is only the peak of Si used for the substrate and the crystal peak related to vanadium oxide is not confirmed, an amorphous vanadium oxide is obtained. This is probably because film formation or heat treatment at a high substrate temperature, which is a factor for improving crystallinity, is not performed. Therefore, a thin film made of an oxide mainly composed of amorphous vanadium as described above makes it possible to change the temperature-sensitive resistance having a higher α near room temperature than the VO ₂ thin film described in JP-A-10-259024. A membrane can be realized.
[0028]
In addition, among the above sputtering conditions, FIG. 3 shows a result of measuring temperature characteristics of an oxide film containing vanadium as a main component, which was manufactured by changing the substrate temperature to 300 ° C. Moreover, the result of having measured the X-ray-diffraction pattern is shown in FIG. From FIG. 3, α around room temperature of this film is −5.9% / ° C., and its value (absolute value) is smaller than −7% / ° C. when the substrate temperature is 200 ° C. I understand that. Further, from FIG. 4, a VO ₂ peak can be confirmed as a crystal peak, and it can be seen that a crystalline vanadium oxide film is obtained by raising the substrate temperature from 200 ° C. to 300 ° C. Therefore, by changing the substrate temperature to less than 300 ° C. (200 ° C. in the present embodiment), an amorphous oxide film containing vanadium as a main component is produced, and the temperature-sensitive resistance change having a high α near room temperature. A membrane can be realized. Although the film produced under the room temperature condition was amorphous, high α could not be realized.
[0029]
Furthermore, among the sputtering conditions described above, the results of measuring the specific resistance ρ and the temperature coefficient of resistance α for the oxide film mainly composed of vanadium produced by changing the gas pressure are shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). ). As shown in this figure, increases in ρ and α are confirmed as the gas pressure increases, but as shown in FIG. 5A, ρ shows a sufficiently low value even at a gas pressure of 10 mTorr. It can be seen that the noise of the film itself can be reduced. In addition, by interpolating FIG. 5B, even at a gas pressure of 8 mTorr, it is -4% / ° C. or higher which is realized on the silicon oxide film by the technique of the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 10-259024. In addition, it is possible to realize a high α of about −5% / ° C., which is more than twice −2% / ° C. of the vanadium oxide thin film for bolometers currently in practical use. Therefore, the atmospheric gas pressure is preferably set to 8 mTorr or more.
[0030]
In the above embodiment, an RF sputtering apparatus is used for sputtering film formation, but it is obvious that other film forming apparatuses can be used. Further, V ₂ O ₃ is used as the target, but it is also possible to use a target made of other vanadium or vanadium oxide by adjusting the amount of introduced oxygen. As the substrate, in addition to Si, Si with a thermal oxide film, glass, sapphire, and the like can be used. Further, although sputtering using an RF power source is performed in this embodiment, a DC power source may be used, and even if sputtering using an ion beam is performed, an amorphous film having a high α at a substrate temperature of less than 300 ° C. Can be produced.
[0031]
By using the thus obtained oxide film containing vanadium as a main component, for example, as a temperature-sensitive resistance change film laminated between the lower insulating film and the upper insulating film of the bolometer element shown in FIG. A bolometer-type far-infrared sensor having a higher sensitivity than before could be realized.
[0032]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a temperature-sensitive resistance change film can be produced at a temperature lower than 300 ° C., which is 100 ° C. or more lower than the conventional temperature without requiring heat treatment. Therefore, when an integrated circuit device or a bolometer element serving as a substrate for the bolometer element is manufactured, damage due to thermal influence can be hardly caused. Moreover, α can be set to about −5% / ° C. or more near room temperature, and α of the vanadium oxide thin film for bolometers currently in practical use is about −2% / ° C. or more than that of α. High α can be realized. Furthermore, by controlling production parameters such as substrate temperature, gas pressure and oxygen concentration, a temperature-sensitive resistance change film having a high α can be realized, and these parameters can be easily set in a sputtering apparatus, A high-sensitivity bolometer-type far-infrared sensor can be easily manufactured by only one sputtering process that does not require heat treatment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing temperature characteristics of specific resistance of an oxide film containing vanadium as a main component obtained when the substrate temperature is 200 ° C. in the embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a measurement result of an X-ray diffraction pattern for an oxide film containing vanadium as a main component obtained when the substrate temperature is 200 ° C. in the embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing temperature characteristics of specific resistance of an oxide film containing vanadium as a main component obtained when the substrate temperature is set to 300 ° C. in the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing measurement results of an X-ray diffraction pattern for an oxide film containing vanadium as a main component obtained when the substrate temperature is set to 300 ° C. in the embodiment.
5A is a diagram showing a relationship between gas pressure and specific resistance of a temperature-sensitive resistance change film in the embodiment, and FIG. 5B is a relationship between gas pressure and resistance temperature coefficient of the temperature-sensitive resistance change film. FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of a bolometer element using a temperature-sensitive resistance material.
FIG. 7 is a diagram showing an equilibrium state of the V—O system.
[Explanation of symbols]
1 Diaphragm 2 Substrate 3 Leg 4 Electrode 5 Incident Far Infrared

Claims

バナジウムまたはバナジウム酸化物からなるターゲットのみを、酸素を含む雰囲気ガス中で基板を３００℃未満の温度に加熱してスパッタ処理することによって、前記基板上にバナジウムを主成分とする非晶質酸化物からなる薄膜を成膜することを特徴とする感温抵抗変化膜の製造方法。 Only a target composed of vanadium or vanadium oxide is sputter-processed by heating the substrate to a temperature of less than 300 ° C. in an atmosphere gas containing oxygen, whereby an amorphous oxide mainly composed of vanadium is formed on the substrate. method for producing a temperature sensitive resistance change film, which comprises forming a thin film made of.

前記雰囲気ガスの圧力を８ｍＴｏｒｒ以上に設定して成膜を行う請求項１に記載の感温抵抗変化膜の製造方法。The method for producing a temperature-sensitive resistance change film according to claim 1, wherein the film is formed with the pressure of the atmospheric gas set to 8 mTorr or more.

請求項１に記載の製造方法によって製造されていることを特徴とする感温抵抗変化膜。 A temperature-sensitive resistance change film manufactured by the manufacturing method according to claim 1 .

請求項３に記載の感温抵抗変化膜を用いて遠赤外線を検出することを特徴とする遠赤外線センサー。 A far-infrared sensor that detects far-infrared rays using the temperature-sensitive resistance variable film according to claim 3 .