(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線検出素子であって、
基板と、
基板の上に間隔を隔てて配置された赤外線検出膜と、を含み、
赤外線検出膜は、
第１誘電体絶縁性層と、
第１誘電体絶縁性層の上に配置された第１遷移領域と、
第１遷移領域の上に配置された導電性中央領域と、
導電性中央領域の上に配置された第２遷移領域と、
第２遷移領域の上に配置された第２誘電体絶縁性層と、を含み、
以下の条件：
第１遷移領域は、導電性中央領域と第１遷移領域との間の界面のより高い導電性の値と、第１遷移領域と第１誘電体絶縁性層との間の界面のより低い導電性の値との間で、段階的な方法で導電性が減少する、または、
第２遷移領域は、導電性中央領域と第２遷移領域との間の界面のより高い導電性の値と、第２遷移領域と第２誘電体絶縁性層との間の界面のより低い導電性の値との間で、段階的な方法で導電性が減少する、または、
これらの組み合わせ、
の少なくとも１つが存在する、
第１および第２の遷移領域のそれぞれの少なくとも一部は、導電性中央領域より低い導電性と、第１および第２の誘電体絶縁性層より高い導電性を有する赤外線検出素子。
【請求項２】
導電性中央領域の材料マトリックスは、アモルファスシリコンマトリックス、アモルファスシリコンゲルマニウムマトリックス、アモルファスフッ化シリコンマトリックス、アモルファス炭化シリコンマトリックス、バナジウム酸化物マトリックス、バナジウム酸化物アモルファスシリコンマトリックス、チタン酸化物マトリックス、ゲルマニウムマトリックス、シリコンゲルマニウム酸化物マトリックス、または亜マンガン酸ニッケルスピネルマトリックスの少なくとも１つを含む請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項３】
導電性中央領域の材料マトリックスは、アモルファスシリコンを含む請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項４】
導電性中央領域の材料マトリックスは、バナジウム酸化物を含む請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項５】
第１遷移領域、第２遷移領域および導電性中央領域のそれぞれは材料マトリックスを有し、それぞれの遷移領域の材料マトリックスは、導電性中央領域のマトリックスの分子構造と実質的に同じ分子構造を有する請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項６】
第１遷移領域、第２遷移領域および導電性中央領域のそれぞれは、半導体を含む請求項５に記載の赤外線検出素子。
【請求項７】
導電性中央領域は、更に、第１および第２の遷移領域の導電性より高い導電性を導電性中央領域に与えるのに十分な量の少なくとも１つの追加の材料を含む請求項６に記載の赤外線検出素子。
【請求項８】
導電性中央領域は、更に、第１および第２の遷移領域の導電性より高い導電性を導電性中央領域に与えるのに十分な量の少なくとも１つの追加の材料を含み、追加の材料は、水素、ゲルマニウム、フッ素、炭素、ｎ型ドーパント、ｐ型ドーパント、またはそれらの組み合わせの少なくとも１つを含む請求項６に記載の赤外線検出素子。
【請求項９】
第１遷移領域、第２遷移領域、および導電性中央領域のそれぞれの材料マトリックスは、アモルファスシリコンを含む請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項１０】
第１遷移領域、第２遷移領域、および導電性領域のそれぞれの材料マトリックスは、バナジウム酸化物を含む請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項１１】
第１および第２の遷移領域の導電性は、１／ｆノイズが低減するように遷移する請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項１２】
基板は、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）を含み、赤外線検出膜は、基板の上に間隔を隔てて吊り下げられ、熱分離足によりＲＯＩＣと電気的に接続される請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項１３】
赤外線検出膜は、そこに形成された少なくとも１つの開口部を有する請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項１４】
少なくとも１つの開口部は、赤外線検出膜中に形成された開口部のグリッドの形状の、複数の開口部を含み、赤外線検出素子は、回折共鳴キャビティ（ＤＲＣ）マイクロボロメータ構造を含み、更に、基板と赤外線検出膜との間に配置され、赤外線放射を反射する形状の上部表面を有する反射板を含む請求項１３に記載の赤外線検出素子。
【請求項１５】
複数の、請求項１の赤外線検出素子を含む焦点面アレイ。
【請求項１６】
赤外線検出素子の製造方法であって、
基板を準備する工程と、
赤外線検出膜を、
基板の表面上に間隔を隔てて第１誘電体絶縁性層を形成する工程と、
第１誘電体絶縁性層の上に配置された第１遷移領域を形成する工程と、
第１遷移領域の上に配置された導電性中央領域を形成する工程と、
導電性中央領域の上に配置された第２遷移領域を形成する工程と、
第２遷移領域の上に配置された第２誘電体絶縁性層を形成する工程と、により形成する工程と、を含み、
以下の工程：
導電性中央領域と第１遷移領域との間の界面のより高い導電性の値と、第１遷移領域と第１誘電体絶縁性層との間の界面のより低い導電性の値との間で、段階的な方法で導電性が減少するように第１遷移領域を形成する工程、または、
導電性中央領域と第２遷移領域との間の界面のより高い導電性の値と、第２遷移領域と第２誘電体絶縁性層との間の界面のより低い導電性の値との間で、段階的な方法で導電性が減少するように第２遷移領域を形成する工程、または、
これらの組み合わせ、
の少なくとも１つを行う工程を更に含む、
第１および第２の導電性遷移領域のそれぞれの少なくとも一部は、導電性中央領域より低い導電性と、第１および第２の誘電体絶縁性層より高い導電性を有する赤外線検出素子の製造方法。
【請求項１７】
アモルファスシリコンマトリックス、アモルファスシリコンゲルマニウムマトリックス、アモルファスフッ化シリコンマトリックス、アモルファス炭化シリコンマトリックス、バナジウム酸化物マトリックス、バナジウム酸化物アモルファスシリコンマトリックス、チタン酸化物マトリックス、ゲルマニウムマトリックス、シリコンゲルマニウム酸化物マトリックス、または亜マンガン酸ニッケルスピネルマトリックスの少なくとも１つを含む材料マトリックスを有するように、導電性中央領域を形成する工程を更に含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
アモルファスシリコン、バナジウム酸化物、またはそれらの組み合わせの少なくとも１つを含む材料マトリックスを有するように導電性中央領域を形成する工程を更に含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
アモルファスシリコン、バナジウム酸化物、またはそれらの組み合わせの少なくとも１つを含む材料マトリックスを有するように第１遷移領域、第２遷移領域、および導電性中央領域のそれぞれを形成する工程を更に含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
同じ堆積チャンバ中での連続した堆積プロセスで、第１遷移領域、導電性中央領域、および第２遷移領域のそれぞれに連続してドーピングする工程を更に含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
遷移領域のそれぞれの材料マトリックスが導電性中央領域のマトリックスの分子構造と実質的に同じ分子構造を有するように、第１遷移領域、第２遷移領域、および導電性中央領域のそれぞれを形成する工程を更に含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
第１および第２の遷移領域の導電性より高い導電性を導電性中央領域に与えるのに十分な量の少なくとも１つの追加の材料を含むように、導電性中央領域を形成する工程を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
アモルファスシリコンを含む材料マトリックスを有するように第１遷移領域、第２遷移領域、および導電性中央領域のそれぞれを形成する工程と、第１および第２の遷移領域の導電性より高い導電性を導電性中央領域に与えるのに十分な量の少なくとも１つの追加の材料を含み、追加の材料は、水素、ゲルマニウム、フッ素、炭素、ｎ型ドーパント、ｐ型ドーパント、またはそれらの組み合わせの少なくとも１つを含むように、導電性中央領域を形成する工程と、を更に含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
第１および第２の遷移領域の導電性は、１／ｆノイズが低減するように遷移する請求項１６に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にはデバイス構造に関し、特には遷移デバイス構造およびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線（ＩＲ）検出器は、火、過熱した機械、飛行機、自動車、人、および熱放射する他の物体の検出にしばしば使用される。赤外線検出器は、周囲の可視光の状態に影響を受けず、煙や霧のような空気中の粒子の問題にもしばしば影響を受けない。このように、赤外線検出器は暗視や、例えば煙や霧によって正常の視野が不明瞭になる場合のような視覚低下状態が存在する場合に潜在的に使用できる。赤外線検出器は、また、放射計、ガス検出器、および他のＩＲセンサのような非画像化応用でも使用できる。
【０００３】
赤外線検出器は、一般には、景色中の様々な物体の温度放射輝度の違いを検出することで動作する。この違いは、電気信号に変換されて、続いて処理される。マイクロボロメータは、従来の集積回路作製技術を広く用いて基板材料の上に形成される赤外線放射検出素子である。マイクロボロメータ検出器アレイは、薄い、低熱量の、熱的に分離された、温度依存性の抵抗膜構造からなる。それらは、一般的には、共鳴吸収４分の１波長キャビティ設計中の長い熱分離足により、シリコン読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）ウエハの上に一般的に吊される。
【０００４】
使用温度で動作する従来の赤外線検出器アレイおよび撮像装置は、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）または酸化バナジウム（ＶＯｘ）の薄膜から形成されたマイクロボロメータアレイを含む。マイクロボロメータアレイに使用される他の材料は、多くの金属（例えばチタン）と高温超伝導体の膜を含む。アモルファスシリコンに基づくアレイでは、検出器ピクセル膜は、一般には超薄膜（〜２０００Å）ａ−ＳｉｘＮｙ／ａ−Ｓｉ：Ｈ／ａ−ＳｉｘＮｙ構造を含む。膜は、通常４００℃より低い温度で、アモルファスシリコン窒化物（ａ−ＳｉｘＮｙ）のためのシラン（ＳｉＨ４）およびアンモニア（ＮＨ３）の前駆体を用いて、および水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層のためのシランを用いて堆積される。シラン（ＳｉＨ４）分子からの水素原子は、ａ−Ｓｉ：Ｈ層中の水素含有量源である。チタン（Ｔｉ）、チタン−アルミニウム合金（ＴｉＡｌ）、ニクロム（ＮｉＣｒ）、ブラックゴールド（black gold）のような薄い吸収金属層、または興味のある赤外線バンド（即ち、１μｍから１４μｍの波長範囲）で吸収する他の材料が膜に挿入されて赤外線吸収率を向上させる。ＲＯＩＣの相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）信号プロセッサ上のａ−Ｓｉ：Ｈ検出器電極と相互接続パッドとの間の接続は、金属の相互接続で行われる。マイクロボロメータ膜構造の前駆体と合金成分は、米国特許７，７１８，９６５に記載されたように、安定性と性能を改良するために、ドーピングを改良することにより調整しても良い。
【０００５】
形成後、マイクロボロメータは一般に真空パッケージ中に配置されて、検出デバイスのための最適環境が提供される。従来のマイクロボロメータは、マイクロボロメータが熱放射に晒された後の、検出素子の抵抗の変化を測定する。マイクロボロメータは、ガス検出器、暗視、および多くの他の状況での応用を有する。
【発明の概要】
【０００６】
導電性材料（例えば半導体材料）の中心領域は、比較的低い導電性材料の導電性遷移領域の間に配置され、または挟まれて、同時に、挟まれた材料との、低い欠陥密度の界面を形成する。中央領域および周囲の遷移領域は、代わりに誘電体絶縁性材料の間に配置されまたは挟まれて、サンドイッチ構造を形成しても良い。中央領域を囲む遷移領域の存在は、１つの具体例で、中央領域の外部界面で欠陥濃度を低減するために有利に用いられ、界面と中央領域への固定電界効果を低減し、これにより半導体または導電性材料の中央領域を通る電流の流れと関連する、所定の抵抗の温度係数（ＴＣＲ）における低減されたノイズ生成を達成し、またはノイズを増加させることなく増加したＴＣＲを達成する。１つの例示的な具体例では、それぞれの遷移領域の分子マトリックスが、導電性材料の中央領域のマトリックス分子構造と実質的に同じ分子構造のマトリックスを有する。そのようなサンドイッチ構造の中央領域は、マイクロボロメータ検出器構造のための導電性マイクロボロメータ層のようなデバイス層として、１つの例示的な具体例で実施しても良い。
【０００７】
１つの例示的な具体例では、サンドイッチ構造の遷移領域はそれぞれ配置され、または、そうでなければ、導電性の中央領域と所定の遷移領域との間の界面におけるより高い導電性の値と、所定の遷移領域と周囲の誘電体絶縁性材料との間の界面におけるより低い導電性の値との間の導電性が遷移する（即ち減少する）ような領域を提供するように形成される。１つの例示的な具体例では、それぞれの遷移領域は、再現性を改善し、マイクロボロメータ膜構造中で欠陥濃度または他のノイズ源を低減することにより、（例えば、マイクロボロメータ検出デバイスの）１／ｆノイズを低減し、デバイス特性を改良するような方法で、導電性が遷移しても良い。
【０００８】
１つの記載された具体例では、導電性中央領域の材料は、様々な量の添加物と、これらを含むが限定するものではない水素、ゲルマニウム、フッ素、炭素、ｎ型ドーパントおよびｐ型ドーパント等を含む任意の材料を含むマトリックス材料を含んでも良い。導電性中央領域材料の例は、これらに限定されるものでは無いが、少なくともフッ素およびシリコンの構成要素を含むドープされたフッ化物アモルファスシリコン材料、少なくともフッ素とシリコンの構成要素を含むドープされた又はアンドープのアモルファスシリコンゲルマニウム材料、少なくともシリコンと炭素の構成要素を含むドープされた又はアンドープのアモルファス炭化シリコン材料、少なくともゲルマニウムを含むドープされた又はアンドープのアモルファスゲルマニウム材料、ドープされた又はアンドープのアモルファスシリコン材料、少なくともシリコンとバナジウム酸化物の構成要素を含むドープされた又はアンドープのバナジウム酸化物／アモルファスシリコン材料、ドープされた又はアンドープのバナジウム酸化物材料、ドープされた又はアンドープのチタン酸化物材料等である。例えば、マイクロボロメータ膜のデバイス層として実施された場合、特定の成分（例えばシリコン、水素、ゲルマニウム、フッ素、炭素、酸化バナジウム、酸化チタン、ｎ型ドーパント、ｐ型ドーパント）の相対量、および所定の中央領域中のそれぞれの化学ボンディング構造を代えることにより、中央領域の導電性と他のデバイスパラメータ（例えばＴＣＲ）を最適化するために中央領域が形成されても良い。
【０００９】
１つの例示的な具体例では、サンドイッチ構造の遷移領域は、それぞれ１またはそれ以上の半導体材料（例えば、導電性形状のシリコン、シリコン合金、および／または他の半導体材料）からなる。例えば、マイクロボロメータ膜構造は、低い導電性（例えば、低ドープ又はアンドープ）の半導体材料遷移領域の間に挟まれた、導電性半導体材料の比較的薄く導電性の半導体検出材料膜を用いて形成しても良い。１の具体例では、比較的低導電性または比較的高抵抗の比較的薄膜（例えば１の具体例では実質的に非導電性）のアンドープアモルファスシリコンを、マイクロボロメータ膜構造の下層の窒化シリコン層上の遷移領域として成長させ、続いて、ａ−Ｓｉ１−ｘＧｅｘのような比較的高い導電性又は比較的低い抵抗の半導体検出材料層を成長させる。そのような具体例では、そのような比較的薄いアンドープの遷移領域が、高い相対的な再現性を有するように形成され、様々なＧｅ濃度とドーピングレベル／材料を有するａ−Ｓｉ１−ｘＧｅｘを成長するためのシード層を提供する。そのような具体例では、マイクロボロメータ検出器材料は、例えばマイクロボロメータ赤外線検出素子のような膜構造を形成するために使用される。
【００１０】
他の例示的な具体例では、遷移領域は、遷移領域のマトリックスの分子構造と実質的に同じ分子構造の材料マトリックスを有する中央領域のいずれかの側の上に（同時にまたは順に）堆積させても良い。例えば、マイクロボロメータ赤外線検出素子ピクセルが提供され、このピクセルは、（例えば、アモルファスシリコン、酸化チタン、バナジウム酸化物マトリックス材料等を有する）導電性検出器材料の吊り下げられた膜を含み、この膜は、膜の支持し、全体の応力を調整するアモルファスシリコン窒化物の２つの層の間に配置される。導電性検出器材料のマトリックスと実質的に同じ分子構造を有するが、導電性検出器材料より導電性の比較的低いが、アモルファスシリコン窒化物のそれぞれの層と検出器層との間に形成されても良い。ここで岸亜されたように、そのようなマイクロボロメータ赤外線検出器素子は、１つの具体例として、大きなアレイを形成するために使用されるマイクロボロメータブリッジ構造の形態で提供されても良い。更に、マイクロボロメータ赤外線検出器素子ピクセルのマイクロボロメータピクセル光学設計は、例えば屈折共鳴キャビティや回折共鳴キャビティ（ＤＲＣ）のような好ましい形状でも良い。
【００１１】
ここに記載された１つの形態では、赤外線検出器素子は、基板と、基板上に間隔をおいた関係で配置された赤外線検出器膜とを含む。赤外線検出器膜は、第１誘電体絶縁性層と、第１誘電体絶縁性層の上に配置された第１遷移領域と、第１遷移領域の上に配置された導電性中央領域と、導電性中央領域の上に配置された第２遷移領域と、第２遷移領域の上に配置された第２誘電体絶縁性層とを含む。それぞれの第１および第２の導電性遷移領域の、少なくとも一部は、導電性中央領域より低い導電性を有し、第１および第２の誘電体絶縁性層より大きな導電性を有しても良い。
【００１２】
ここに記載された他の形態では、遷移デバイス構造は、第１誘電体絶縁性層と、第１誘電体絶縁性層の上に配置された第１遷移領域と、第１遷移領域の上に配置され、デバイス構造のための電流導電チャネルを形成する導電性中央領域と、導電性中央領域の上に配置された第２遷移領域と、第２遷移領域の上に配置された第２誘電体絶縁性層とを含む。それぞれの第１および第２の導電性遷移領域の、少なくとも一部は、導電性中央領域より低い導電性を有し、第１および第２の誘電体絶縁性層より大きな導電性を有し、第１および第２の誘電体絶縁性層のそれぞれとの界面から電流導電チャネルを隔てるように間隔をあけて、第１および第２の誘電体絶縁性層のそれぞれとの界面から電流導電チャネルを遮蔽しても良い。
【００１３】
ここに記載された他の形態では、赤外線検出器素子を形成するための方法は、基板を提供する工程と、赤外線検出器膜を形成する工程とを含む。赤外線検出器膜は、基板の表面の上に間隔をおいた関係で第１誘電体絶縁性層を形成する工程と、第１誘電体絶縁性層の上に配置された第１遷移領域を形成する工程と、第１遷移領域の上に配置された導電性中央領域を形成する工程と、導電性中央領域の上に配置された第２遷移領域を形成する工程と、第２遷移領域の上に配置された第２誘電体絶縁性層を形成する工程とを含む。それぞれの第１および第２の導電性遷移領域の、少なくとも一部は、導電性中央領域より低い導電性を有し、第１および第２の誘電体絶縁性層より大きな導電性を有しても良い。
【００１４】
ここに記載された他の形態では、遷移デバイス構造を形成する方法は、第１誘電体絶縁性層を形成する工程と、第１誘電体絶縁性層の上に配置された第１遷移領域を形成する工程と、第１遷移領域の上に配置された導電性中央領域を形成して、遷移デバイス構造のための電流導電チャネルを形成する工程と、導電性中央領域の上に配置された第２遷移領域を形成する工程と、第２遷移領域の上に配置された第２遷移領域を形成する工程とを含む。それぞれの第１および第２の遷移領域の、少なくとも一部は、導電性中央領域より低い導電性を有し、第１および第２の誘電体絶縁性層より大きな導電性を有するように形成されて、電流電動チャネルが第１および第２の誘電体絶縁性層のそれぞれとの界面から遮断されるように、第１および第２の誘電体絶縁性層のそれぞれとの界面から電流導電チャネルが間隔をおいて離されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】ここに記載された１つの具体例にかかる赤外線検出器の斜視図である。
【図１Ｂ】ここに記載された１つの具体例にかかる基板上に形成されたマイクロボロメータ赤外線検出器素子の斜視図である。
【図２】ここに記載された１つの具体例の部分的に形成されたマイクロボロメータの断面図である。
【図３】図２に示す工程完了後の部分的に形成されたマイクロボロメータを示す概略図である。
【図４】ここに記載された１つの具体例のマイクロボロメータを形成する方法の断面図である。
【図５】ここに記載された１つの具体例の遷移デバイス構造の断面図である。
【図６】図４に示す工程完了後の部分的に形成されたマイクロボロメータを示す概略図である。
【図７】ここに記載された１つの具体例の完成したマイクロボロメータの断面図である。
【図８】ここに記載された１つの具体例にかかる基板上に形成されたマイクロボロメータ赤外線検出器素子の斜視図である。
【図９】ここに記載された１つの具体例にかかる基板上に形成されたマイクロボロメータ赤外線検出器素子の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１Ａは、熱エネルギーの検出、および検出された熱エネルギーの２次元像を表す電気信号を出力が可能な赤外線検出器の１つの具体例の模式的な斜視図である。赤外線検出器１は、基板１１の上に配置された焦平面アレイ２を含む。基板１１は、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）として一般に知られたタイプの集積回路を含んでも良い。ＲＯＩＣは焦平面アレイ２により集められた熱情報を読み出す。熱素子１７は、焦平面アレイ２に対向する基板１１の側に任意的に形成されて、予め決定された実質的に一定の温度に集積回路基板１１を保持する制御されたヒートシンクを形成しても良い。一定温度は、雰囲気または内部に温度勾配が、焦平面アレイ２の動作に影響するのを防止し、これにより、それを用いて焦平面アレイ２の上に衝突する熱エネルギーをより正確に測定するベースラインを形成する。
【００１７】
例示的な具体例の焦平面アレイ２は、それぞれがこれ以降で更に述べる方法で形成された遷移膜検出器層を含む複数のマイクロボロメータ検出器素子１０を含む。検出器素子１０は、２次元アレイに配置され、それぞれの検出器素子１０は、赤外線検出器１により検出されたそれぞれの像のそれぞれのピクセルに対応する。１つの記載された具体例の焦平面アレイ２は、例えば、３２０×２４０のアレイに配置された７６，８００の検出器素子１０を含む。明確化のために、しかしながら、図１Ａは、約１４０の検出器素子のみを模式的に記載する。焦平面アレイ２中の検出器素子１０の総数は、より多いか、またはより少ないことが認識される。更に、図１Ａは２次元アレイに配置された検出器素子１０を示すが、代わりに１次元アレイに配置されても良く、または所定のパターンを形成しなくても良い。
【００１８】
特に、図１Ｂは、集積回路基板１１の一部の、模式的な断片の概略図であり、その上に検出器素子１０の１つを有し、この検出器素子１０は、ここで記載された１つの例示的な具体例にかかるマイクロボロメータ赤外線検出器の形状で形成される。記載された具体例では、検出器素子の全てが同じ構造的形状を有し、それゆえにそれらの１つのみがここで詳細に記載されて述べられる。この具体例では、マイクロボロメータ赤外線検出器素子１０が基板１１の上に形成される。基板１１は、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）を含む単結晶シリコンウエハまたはシリコンウエハを含む好適な材料でも良い。この具体例では、マイクロボロメータ赤外線検出器素子１０は、赤外線放射を検出するように動作するセンサである。しかしながら、ここで記載された遷移検出器層は、紫外（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、またはテラヘルツ（ＴＨｚ）のような赤外放射以外の放射を検出することができる検出器の他の具体例でも使用できる。
【００１９】
更に図１Ｂに関して、マイクロボロメータ赤外線検出器素子１０は、検出器膜１２に接続された熱分離足１４を含む。検出器膜１２により吸収された赤外線放射は、検出器を含む材料の抵抗に測定可能な変化をもたらす。検出器膜１２は、熱分離足１４により基板１１の表面上につり下げられる。検出器膜１２の形成は、以下で更に詳しく検討するように、様々な材料の多くの層の中でも良い。この例示的な具体例では、２つの熱分離足１４が検出器膜１２の１つの側面に沿ってそれぞれ接続され、それぞれは、第２の、電極端子１５に隣り合う側面に沿っては取り付けられないように実施される。ポスト１６が熱分離足１４の電極端子に取り付けられる。ポスト１６は、マイクロボロメータ１０のための構造サポートと電気的接続を提供する。ポスト１６に接続された電気回路は、熱分離足１４を介して膜１２を横切る一定電圧を提供し、検出器膜１２の検出器材料を通る電流の流れの変化を検出する。電流の変化の大きさは、検出された赤外線放射の量により変化する。代わりの具体例では、電気回路は検出器膜１２を取って流れる一定の電流を形成し、２つのポスト１６を横切る電圧の変化を検出する。ＲＯＩＣ回路の代わりの具体例は、ポスト１６に接続されて、赤外線放射が吸収された場合に膜の抵抗変化を測定することが理解される。そのような代わりのＲＯＩＣの具体例は、これに限定されるものではないが、上述のような一定バイアスまたは一定電流、ＡＣバイアス、パルスバイアス、および傾斜した電圧を含む。
【００２０】
マイクロボロメータ１０の熱容量は、熱分離、応答時間、動作周波数、および感度に影響する。最小熱容量を有するマイクロボロメータを形成することにより、高い感度および高い動作周波数が実現される。基板１１からのマイクロボロメータ１０の熱分離は、また、動作周波数および感度にも影響する。基板１１からの検出器膜１２の増加した熱分離は、検出器膜１２の温度を上昇させるためにより少ない赤外線エネルギーが必要とされるため、マイクロボロメータ１０の感度を増加させる。熱分離はまた、検出器膜１２の冷却速度に影響するため、マイクロボロメータ１０の動作周波数および応答時間に影響する。熱分離の増加は、検出器膜１２の冷却速度の対応する減少となり、このように、マイクロボロメータ１０の動作周波数の対応する減少となる。
【００２１】
１つの具体例では、マイクロボロメータ１０の作製中の１つの工程が、任意的に修正され、ポスト１６に接続された熱分離足１４の上に熱分岐１８を配置し、マイクロボロメータ１０の熱分離を減少しても良い。熱分離足１４の上への熱分岐１８の配置は、検出器膜１２の冷却速度が増加するため、マイクロボロメータの動作周波数を低減する。熱分離足１４の上の熱分岐１８は、検出器膜１２と基板１１の間により大きい熱接続が存在するため、低下した感度となる。このように、増加した赤外線放射エネルギーの量は、検出器の電気抵抗の対応する変化となる検出器膜１２の温度を増加するために必要である。熱分岐１８の長さを変えることにより、このように熱分離足１４の上に堆積された熱分岐材料の量を代えることにより、異なる動作周波数と感度特性を有するマイクロボロメータ１０が形成される。
【００２２】
図１Ｂの例示的な具体例に示すように、検出器膜１２の下は、反射防止構造共鳴キャビティ２０である。反射防止構造共鳴キャビティ２０は、検出器膜１２により吸収されない赤外線放射の量を最小にし、赤外線放射の吸収を拡大するために１つの具体例中に存在する。検出器膜１２は、マイクロボロメータ１０により検出される赤外線放射のおおよそ４分の１波長の高さに、基板１１の表面の上に吊り下げられる。４分の１波長の高さは、検出器膜１２により吸収されない赤外線エネルギー波を、赤外線放射が検出器膜１２により吸収されるまで、反射材２２で反射され、反射防止構造共鳴キャビティ２０中でトラップされるようにする。反射防止構造共鳴キャビティ２０は、検出器膜１２により吸収される赤外線放射の量が最大になるため、より効果的なマイクロボロメータ１０を形成する。
【００２３】
図２の例示的な具体例を参照すると、半導体基板または集積回路１１は、マイクロボロメータ１０の形成のためのベースを提供する。任意のシリコン酸化物または他の誘電体層３０が基板１１の上に形成される。チタンの薄層３２が次にシリコン酸化物３０の上に形成され、続いてアルミニウムの薄層３４が形成される。アルミニウム層３４およびチタン層３２は、フォトレジストとエッチングプロセスを用いてパターニングされ、マイクロボロメータ１０のための他の電気回路と電気的に接続するための接続パッド４０を形成する。加えて、アルミニウム層３４とチタン層３２はパターニングされて、図１Ｂに示すような反射防止構造共鳴キャビティ２０の中に反射面を形成する。１つの例示的な具体例では、マイクロボロメータ１０が、読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）の一部として形成される。マイクロボロメータ１０の１つの接続パッド４０は基板１１の表面誘電体層を貫通し、下層の電気回路に接続される。マイクロボロメータ１０の他の接続パッド４０は、基板１１の表面の上にアルミニウム層３４から形成される共通バスに接続される。図３はフォトレジストとエッチング技術によるパターニング後のアルミニウム層３４の一部を示す。他の具体例では、反射材２２は、全体のアレイを横切って延びるバスの機能をするように形成され、そのような場合には別個のバス（即ち、図３に示すように層３４からパターニングされたバス）は省略しても良いことが理解される。
【００２４】
図２に示すように、この例示的な具体例では、ポリイミド層３６が全体の構造上に、検出される赤外線照射の４分の１波長のオーダーの深さで堆積される。４分の１波長の深さは、反射防止構造共鳴キャビティ２０の反射材２２と、検出膜１２の底面との間に好ましい間隔を設ける。ポリイミド層３６は、有機材料である。ポリイミド層３６中に開口部がエッチングされて、アルミニウム接続パッド４０を露出させてポストレセプタ３８を形成する。ポストレセプタ３８は、電極終端１５中の孔であり、結局はマイクロボロメータ１０の構造的なサポートおよび電気的な接続を提供する金属ポスト（例えば、アルミニウム、チタン、チタンタングステン等）を含む。ポストレセプタ３８は、ポストレセプタ３８の位置を部分的に示す図３のように、フォトレジストとエッチング技術を用いて形成しても良い。
【００２５】
ここで図４を参照すると、第１誘電体膜５０が、存在する構造の表面上に形成され、例えば、約５０オングストローム（Å）より小さい深さ、および約１０００オングストローム（Å）より大きな深さも可能であるが、約５０オングストローム（Å）から約１０００オングストローム（Å）の深さ、代わりに約５０オングストローム（Å）から約３００オングストローム（Å）の深さで形成される。１つの具体例では、第１誘電体膜５０はアモルファスシリコン窒化物材料でも良いが、例えばシリコン酸化物、シリコン炭化物、シリコン酸窒化物、シリコン炭窒化物、シリコンオキシ炭窒化物等のような他の好適な誘電体材料でも良い。第１誘電体膜５０は、例えばＰＥＣＶＤまたは他の好適な方法を用いて形成されても良い。
【００２６】
比較的薄い第１遷移領域５１が次に第１誘電体膜５０の表面上に形成され、例えば、約３０オングストローム（Å）より小さい厚さ及び約７０オングストローム（Å）より大きい厚さも可能であるが、約３０オングストローム（Å）から約７０オングストローム（Å）の厚さで形成される。更に記載するように、第１遷移領域５１は、続いて形成される（この具体例では検出素子層として機能する）導電性中央領域５２の導電性より低い導電性を有するように選択される。１つの具体例では、遷移領域５１のより低い導電性材料が、次に形成される導電性中央領域（検出素子層）５２の導電性マトリックスと実質的に同じ分子構造を有するマトリックスの材料（例えば、アモルファスシリコン、バナジウム酸化物等）を有するように選択されても良い。
【００２７】
次に、導電性中央領域５２が第１遷移領域５１の上に形成されて、マイクロボロメータ１０中のデバイス層または検出素子として機能する導電性材料の抵抗層を得る。検出膜１２の導電性中央領域５２は、例えば、約２５０オングストローム（Å）から約２０００オングストローム（Å）の厚さで、代りに、約７００オングストローム（Å）の厚さで形成されても良い。しかしながら、約２５０オングストローム（Å）より小さい厚さや約２０００オングストローム（Å）より大きい厚さも可能であることは理解できるであろう。
【００２８】
導電性中央領域５２の形成に続いて、次に第２遷移領域５３が検出層５２の表面上に、例えば、約３０オングストローム（Å）より小さい厚さおよび約７０オングストローム（Å）より大きい厚さが可能であるが、約３０オングストローム（Å）から約７０オングストローム（Å）の厚さで形成される。第１遷移領域５１を有する場合、非導電性遷移領域５３の本質的に非導電性の半導体材料は、導電性中央領域５２の導電性半導体材料の半導体マトリックスと実質的に同じ分子構造を有するマトリックス材料を有するように選択されても良い。１つの例示的な具体例では、全ての３つの領域５１、５２、５３は、同じ真空チャンバ中で（例えばＰＥＣＶＤを用いて）連続堆積で順次堆積しても良いが、これは必ずしも必要ではない。
【００２９】
図５は、例えば、図１〜５に関連して上で記載されたように、マイクロボロメータ膜検出素子１０の遷移膜構造の断面である、遷移デバイス構造６００を示す。便宜のために、図４のマイクロボロメータ膜検出素子１０に用いたものと同じ要素番号が、図５においても使用される。しかしながら、マイクロボロメータ膜検出素子１０との関係で記載されるが、遷移デバイス構造６００の層構造は、他の型の抵抗デバイスを含む、誘電体絶縁材料の間に堆積された導電性材料を用いるような他の型のデバイスや他の応用の一部として用いても良い。そのような他の型のデバイス構造および／または応用は、これに限定されないが、光起電デバイス（検出器またはセンサ）、エミッタ（光エミッタダイオード等）、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、サーミスタ、熱電対列、熱流マイクロセンサ等を含む。
【００３０】
図５に示すように、デバイス構造６００は第１および第２の絶縁性誘電体層５０、５４を含み、これらは、それぞれ、シリコン窒化物材料（ＳｉｘＮｙ）または他の好ましい誘電体材料、例えばシリコン酸化物材料（ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ）、シリコン炭化物材料（ＳｉＣ）、シリコン炭窒化物材料（ＳｉＣＮ）、有機シリコンガラス等から形成されても良い。第１誘電体層５０の材料の特別な型は、第２の誘電体層５４のために選択された材料と同じでも良く、同じでなくても良い。第１および第２の誘電体層５０の膜厚は様々であるが、１つの例示的な具体例では、それぞれの層５０、５４は、より大きなおよび小さな膜厚も可能であるが、約５０オングストローム（Å）から約１０００オングストローム（Å）の厚さの範囲でも良い。
【００３１】
更に図５を参照して、１またはそれ以上の導電性材料層からなる導電性材料領域５２は、第１および第２の誘電体層５０、５４の間に配置される。１つの例示的な具体例では、導電性材料領域５２は、例えば、約７００オングストローム（Å）の厚さ、代わりに約５０オングストローム（Å）から約２０００オングストローム（Å）の厚さ、代りに約２５０オングストローム（Å）から約７００オングストローム（Å）の厚さで形成されても良い。約５０オングストローム（Å）より小さい厚さ、および約２０００オングストローム（Å）より大きい厚さも可能であることが理解できるであろう。領域５２の導電性材料に適した例は、これに限定されるものではないが、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）マトリックス、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）マトリックス、アモルファスフッ化シリコン（ａ−ＳｉＦ）マトリックス、アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）マトリックス、バナジウム酸化物マトリックス、バナジウム酸化物アモルファスシリコンマトリックス、チタン酸化物マトリックス、ゲルマニウムマトリックス、シリコンゲルマニウム酸化物（ＳｉＧｅＯ）マトリックス等を含む。領域５２のための他の好適な導電性材料の例は、式Ａ２＋Ｂ２３＋Ｏ４２で表され、ＡとＢのそれぞれはマグネシウム、亜鉛、鉄、マンガン、アルミニウム、クロム、チタン、およびシリコンのグループから選択されるカチオンであるスピネル材料を含む。多の例示的なスピネルマトリックス材料は、亜マンガン酸ニッケルスピネル型（例えば、ＮｉｘＭｎ３−ｘＯ４）である。
【００３２】
導電性材料領域５２のマトリックスは、これらに限定されないが、水素、ゲルマニウム、フッ素、炭素、ｎ型ドーパントおよびｐ型ドーパント、窒素、クロム等を含む、様々な量の、導電性材料領域に所望の導電性特性を与えるために選択された追加のおよび任意の材料を含む。導電性中央領域の材料の例は、これらに限定されないが、ドープされたアモルファスシリコン、少なくともフッ素とシリコンの成分を含むドープされたフッ化アモルファスシリコン材料、少なくともシリコンとゲルマニウムの成分を含むドープまたはアンドープのアモルファスシリコンゲルマニウム材料、少なくともシリコンと炭素の成分を含むドープまたはアンドープのアモルファス炭化シリコン材料、ドープまたはアンドープの水素化アモルファスシリコン材料、少なくともシリコンとバナジウム酸化物の成分を含むドープまたはアンドープのバナジウム酸化物／アモルファスシリコン材料、ドープまたはアンドープのバナジウム酸化物材料、ドープまたはアンドープのチタン酸化物材料、ドープまたはアンドープのシリコンゲルマニウム酸化物、亜マンガン酸ニッケルスピネル、またはここで既に述べたような他のスピネルを含む。例えば、マイクロボロメータ膜のデバイス層として注入された場合、中央領域は、中央領域の導電性と、ＴＣＲのような他のデバイスパラメータと、雑音特性が、所定の中央領域材料の中で特定の成分（例えば、シリコン、水素、ゲルマニウム、フッ素、炭素、バナジウム、チタン、ｎ型ドーパント、ｐ型ドーパント等）の相対量を変えることで最適化するように形成されても良い。
【００３３】
更に図５に示すように、第１遷移領域５１および第２遷移領域５３が、導電性材料中央領域５２の両側、導電性半導体層５２と対応する第１または第２の誘電体領域５０、５４の１つとの間に配置される。第１遷移領域５１は、第１絶縁性誘電体層５０に上に成長して、導電性中央領域５２の成長のための標準基板を提供する。この点において、遷移領域５１、５３は、主導電性中央領域との間で低欠陥密度界面が存在するようにしても良い。導電性中央領域の上に成長した第２の遷移領域５３は、更に、第２の絶縁性誘電体層５４に対して低界面密度を有する基板として提供しても良い。
【００３４】
図５の具体例では、対応する第１および第２の絶縁性誘電体層５０、５４と導電性中央領域５２との配置された、それぞれの第１および第２の遷移領域５１、５３は、バルク絶縁性材料（例えば窒素）電荷と、導電性中央領域５２の上の、絶縁性領域５０、５４と対応する遷移領域５１、５３との間の界面の界面電荷との影響を低減するように働く。対応する第１または第２の絶縁性誘電体層５０、５４と、導電性中央領域５２との間に配置された、それぞれの遷移領域５１、５３は、絶縁性材料界面から電流導電チャネルを遠ざけ、これによりそれらの領域を導電性チャネルから効果的に遮蔽することにより、界面欠陥と、雑音形成への固定された誘電体電荷の影響を緩和する。加えて、それぞれの遷移領域５１、５３は、導電性中央領域５２に、より低い欠陥密度の界面を提供し、これにより雑音を低減する。
【００３５】
更に示すように、第１界面６０２は、第１遷移領域５１と導電性中央領域５２との間に形成され、第２界面６０４は、第１遷移領域５３と導電性中央領域５２との間に形成される。第１および第２の遷移領域５１、５３のそれぞれは、導電性中央領域５２の材料に比較してより低い導電性の１またはそれ以上の層から形成される。更なる例示的な具体例では、第１および／また第２の遷移領域５１、５３は、中央領域５２の材料マトリックスと実質的に同じ分子構造を有する材料からなっても良い。
【００３６】
中央領域５２と実質的に同じ分子構造から遷移領域を形成することで、第１および第２の界面６０２、６０４は、（例えばＳｉｘＮｙとａ−Ｓｉとの間の界面のような）異なる分子構造の材料間の界面より少ない欠陥を含む。１つの具体例では、熱アニールまたは他の拡散プロセスは、界面６０２、６０４を横切って導電性層５２の移動成分（例えばドーパント化学材料、水素等）が拡散することにより、よりはっきりせずおよびより段階的または拡散した界面６０２、６０４を形成する。この方法では、そうでなければ導電性チャネルを囲む（例えばＳｉｘＮｙやａ−Ｓｉのような）異なる分子構造の、（一般には隣接材料により形成される）欠陥で満たされた典型的な硬直した遷移が、柔らかい、低欠陥の段階的な界面により置き換えられる。同様に、層５１のような実質的に同じ分子構造の界面層や付随する界面６０２の上に導電性チャネル層５２を堆積すると、層５２自身に更に似た層５２の堆積のためのシード層を形成する。分子構造は界面６０２を横切って大きく変わらないため、これは、層５２をより低い欠陥成長にする。この導電性領域５２の改良された、より低い欠陥レベルは、このようにマイクロボロメータで望まれる低い雑音特性を実現する。これに比較して、第１誘電体５０（例えば層５１および界面６０２の除去）の上に直接導電層５２を堆積すると、分子構造が大きく変化し、界面だけでなく層のバルク中にも欠陥を形成するため、導電層５２中の欠陥を増加させる・
【００３７】
第１および第２の遷移領域５１、５３のそれぞれは、更に導電性中央領域５２に比較してより低い導電性またはより高い抵抗（およびいくつかの具体例では、実質的に非導電性または高抵抗）になるように選択され、導電性中央領域５２中の電流は、実質的に遷移領域５１、５３により中央領域５２中に含まれる。１つの例示的な具体例では、中央領域５２の材料と、第１および第２の遷移領域５１、５３との間の導電性の比は、約２０倍（２０ｘ）またはそれ以上でも良い。そのような場合、導電性領域５２の抵抗の温度係数（ＴＣＲ）は、遷移領域５１、５３によりあまり影響されない。他の具体例では、中央領域５２の材料と、第１および第２の遷移領域５１、５３との間の導電性の比は、約１０倍またはそれ以上で、代わりには約５倍またはそれ以上である。１つの具体例では、第１および第２の遷移領域５１、５３のそれぞれは、導電性中央領域５２に比較して本質的に／実質的にアンドープまたは非常に低ドープであり、例えば第１および第２の遷移領域５１、５３は、中央領域５２より約１６倍低い、または約８倍低いよりも高いドーピングレベルを有しても、中央領域５２より約８倍から約１６倍低いｐ型またはｎ型のドーピングレベルを有する。１つの具体例では、第１および第２の遷移領域５１、５３の一方または双方がアンドープでも良い。他の代わりに具体例では、第１および第２の遷移領域５１、５３の双方が導電性中央領域５２に比較してカウンタードープでも良く、例えば中央領域５２がｎ型ドーパントのみを用いてドープされた場合、第１および第２の遷移領域５１、５３はｎ型ドーパントでドープされ、ｐ型ドーパントでカウンタードープされても良い。
【００３８】
第１および第２の遷移領域５１、５３と導電性中央領域５２との間の比導電率は、それらの領域として使用するために選択された特別な材料に応じて、様々な拡散の方法で制御できることが理解できるだろう。導電性を制御する方法の例は、例えばｐまたはｎドーパントのレベル、水素の量、他の成分（例えばゲルマニウム、炭素等）の量を含む。材料の導電性を制御するためには多くの異なる方法があり、これは第１および第２の遷移領域５１、５３、および導電性中央領域５２のために用いられることが理解されるであろう。これに関して、比較的低導電性の材料の１またはそれ以上の層が、第１および第２の遷移領域５１、５３のそれぞれとして使用するために選択され、導電性中央領域５２のために選択された比較的高い導電性材料の１またはそれ以上の層と組み合わされ、領域５１、５２、５３のそれぞれの導電性は選択された組成により制御される。
【００３９】
当業者には理解されるように、選択された特別な堆積技術に関連する特別なプロセスパラメータは、層の導電性を取り扱うのに使用しても良い。例えば、ＰＥＣＶＤを用いる１つの具体例の場合、水素拡散およびドーピングレベルは、それぞれの独立した層の導電性を取り扱うために使用しても良い。加えて、例えば堆積温度、圧力、ガス流量、プラズマパワー、基板接地等のような、ツールや技術に対する多くの２次パラメータ特性を用いても良い。
【００４０】
例えば、所望の非導電率を得るために与えられた材料の導電性を制御する例示的方法は、これらに限定されないが、ｐ型またはｎ型材料のドーピングにより（ドーピングは一般に導電性を増加させる）および／または他の成分の量を変えて（例えば水素量により、ゲルマニウム量の変化により、炭素量の変化により）および／または混合相につながる単結晶量の変化によることを含む。表１は、単体でまたは組み合わせて使用されるいくつかの例示滴な材料と対応する方法とのを示し、他の型の材料および／または方法が、領域５１、５２、５３のそれぞれのために使用できることが理解される。
【００４１】
遷移領域５１、５３の一方又は双方が、遷移領域の膜厚を横切って実質的に一定導電性を有する材料領域となる方法、または所定の遷移領域５１、５３の膜厚を横切って徐々に変化する（または段階的な）方法で形成され、例えば所定の遷移領域は比較的低い抵抗率（例えば、比較的大きなｐまたはｎのドーパント濃度で達成される）を導電性中央領域５２との界面近傍で有し、より高い抵抗率（例えば、比較的低いｐまたはｎのドーパント濃度で達成される）を対応する誘電体層５０または５４との界面で有し、所定の遷移領域５１、５２の材料の少なくとも一部は、対応する隣接した中央領域５２の材料より高い抵抗値を有する。更に、遷移領域５１および／または５３の一方または双方は、連続して別々にドープされた複数の材料層からなるものでも良いことが理解できる。
【００４２】
【表１】
0006046630.tif 000002
【００４３】
例として、１つの例示的な具体例では、アンドープのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が第１遷移領域５１および第２の遷移領域５３として堆積され、ｐまたはｎドープのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）マトリックスを有する導電性半導体材料の中央領域５２を挟み、第１および第２の遷移領域５１、５３のマトリックスと実質的に同じ分子構造を有する中央領域５２を提供する。ドープされ、さもなければ遷移領域５１、５３に使用されるアンドープのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）マトリックスと実質的に同じ分子構造を備えたマトリックスを有する中央領域５２として使用するために導電性材料を提供するように計画される。アモルファスシリコンの他の特別な例は、これに限定するものではないが、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、フッ化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｆ）、水素化フッ化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ）、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−Ｓｉ１−ｘＧｅｘ）、水素化アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−Ｓｉ１−ｘＧｅｘ：Ｈ）、水素化フッ化アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−Ｓｉ１−ｘＧｅｘ：Ｈ：Ｆ）、アモルファスシリコン炭化物（ａ−Ｓｉ：Ｃ）、水素化アモルファスシリコン炭化物（ａ−Ｓｉ：Ｃ：Ｈ）等である。適当にドープされ、またはそうでなければ遷移領域５１、５３のアンドープａ−Ｓｉより比較的高い導電性となるように計画された場合、先に挙げた導電性半導体材料のそれぞれは、アンドープアモルファス（ａ−Ｓｉ）と実質的に同じ分子構造を備えたマトリックスを有すると言われる。更に、先に示した半導体材料のそれぞれは、遷移領域５１、５３のアンドープａ−Ｓｉと共通の（例えば、この場合はシリコン）少なくとも１つのマトリックス化学要素から形成されるように代わりに特徴付けられても良い。実質的に同じマトリックス分子構造を有するか共通のマトリックス要素を分け合う中央領域材料と対応する遷移領域材料との例も可能であることが理解されるだろう。しかしながら、他の具体例では、中央領域材料と対応する遷移領域材料の一方又は双方は、他の領域材料と実質的に同じマトリックス分子構造でないそれぞれの材料を有し、および／または他の領域材料と共通のマトリックス要素を分け合わない。
【００４４】
以下の表２では、それぞれに挙げられた比較的低い導電性材料のマトリックスは、表の同じ列のそれぞれ挙げられた導電性材料の分子構造と実質的に同じ分子構造を有する。表２に挙げられた材料は、単に例示であり、他の比較的低い導電性材料および／または対応する導電性材料は、実質的に同じ分子構造を有する材料マトリックスを有するように用いられても良い。更に、他の具体例では、遷移領域の１つまたは双方の比較的低い導電性材料は、所定の遷移領域に囲まれた対応する中央領域の導電性材料の分子構造と、実質的に同じ分子構造を有さなくても良い。
【００４５】
【表２】
0006046630.tif 000003
【００４６】
１つの具体例では、導電性中央領域のための層又は膜は、化合物の混合相で成長しても良い。例えば、アモルファスシリコン材料（単独又は他の成分と組み合わせ）を含む導電性中央領域は、アモルファス−結晶相遷移の近傍に成長し、例えば全体量の体積の約１０％以下の微結晶の量（ラマン分析で決定）を含み、約１ナノメータから約１０ナノメータの大きさ（Ｘ線回折または透過電子顕微鏡ＴＥＭにより決定される）を有するような、安定したアモルファス原子構造となる。しかしながら、アモルファスシリコンを含む導電性中央領域のための材料は、全体の材料の体積に対して約１０％より大きな微結晶の量を含み、および／または約１ナノメータより小さいまたは約１０ナノメータより大きな大きさを有しても良いことが理解できるであろう。これに関して、基板温度、プラズマパワー（ＰＥＣＶＤリアクタを使用した場合）、および水素希釈率は、例えば、アモルファス近傍のシリコンやシリコンゲルマニウム構造を、材料が安定な形状（低エネルギー）を有する結晶遷移に、任意的に移行させても良い。しかしながら、成長パラメータは、全体の材料の体積に対して約１０％より大きな微結晶の量を含み、および／または約１ナノメータより小さいまたは約１０ナノメータより大きな大きさを有する材料を含む、所望の特性を有する導電性中央領域のための所望の材料、を達成するために変えても良いことが理解できるであろう。例えば、より高い基板温度、より高いプラズマパワー、およびより大きい量の水素希釈は、微結晶の量を増加させる傾向にある。
【００４７】
比較的低い遷移領域と導電性中央領域のための材料は、１つの例示的な具体例では、シランと任意的に１またはそれ以上の前駆体を用いた、プラズマ誘起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）のような化学気相堆積（ＣＶＤ）により成長しても良い。例えば、シラン、水素、およびゲルマン（ＧｅＨ４）前駆体は、ｘがＨ２：ＳｉＨ４およびＧｅＨ４の流量比で調整されるａ−Ｓｉ１−ｘＧｅｘ：Ｈを形成するために使用されても良い。そのような場合、温度、成長速度およびＨ２追加のような成長温度は、シリコンゲルマニウム合金構造が、アモルファス−結晶相遷移の近傍にある、アモルファスとなるように選択されても良い。他の具体例では、導電性半導体材料は、スパッタ、分子性エピタキシ等のようなこれを形成するのに適した他の技術により形成しても良い。例えば、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−Ｓｉ１−ｘＧｅｘ）は、シリコンおよびゲルマニウムのスパッタで形成され、またはシリコンおよびゲルマニウムを用いた分子線エピタキシで形成しても良い。
【００４８】
ＰＥＣＶＤに加えて、本質的に比較的低い導電性遷移層および／または誘電体層により挟まれた導電性中央材料の材料を成長するのに適した他の方法が用いられても良い。そのような代わりの成長技術の例は、これらには限定されないが、ホットワイヤ化学気相堆積（ＨＷＣＶＤ）、電子サイクロン共鳴化学気相堆積（ＥＣＲ−ＣＶＤ）、マイクロ波ＣＶＤ等を含む。
【００４９】
記載された方法および装置の実施に、いずれの好適な製造方法を適用しても良いことが理解できるであろう。例えば、導電性中央領域および／」または比較的低導電性の遷移領域のためのアンドープまたはドープ（ｐ型またはｎ型）材料を形成するのに適したシリコン、水素、ゲルマニウム、フッ素、バナジウム、チタン、炭素、ｐ型ドーパント、および／またはｎ型ドーパント（及びその相対量）のソースの組み合わせを用いても良い。例えば、ｐドープのフッ化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｆ）材料膜は、１つの例示的な具体例では、ＰＥＣＶＤリアクタ中でＳｉＦ４とＢＦ３の前駆体から成長させてもよく、アンドープのフッ化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｆ）材料膜は、１つの例示的な具体例ではＳｉＦ４の前駆体から成長させても良い。同様に、ｐドープのフッ化アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−Ｓｉ１−ｘＧｅｘ：Ｆ）材料膜は、１つの例示的な具体例では、ＰＥＣＶＤリアクタ中でＳｉＦ４、ＧｅＦ４、およびＢＦ３の前駆体から成長させてもよく、アンドープのフッ化アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−Ｓｉ１−ｘＧｅｘ：Ｆ）材料膜は、１つの例示的な具体例では、ＰＥＣＶＤリアクタ中でＳｉＦ４とＧｅＦ４の前駆体から成長させてもよい。特別なパラメータ値とパラメータ値の範囲（例えば前駆体量および前駆体量の範囲）が用いられても良いことが理解できるであろう。他のドーパント前駆体の例は、これらには限定されないが、Ｂ２、ＰＨ３、ＢＣｌ３、Ｂ２Ｈ６等を含む。他のドーピング方法は、これには限定されないが、イオン注入を含む。
【００５０】
これに関して、前駆体ガス流速のような成長パラメータの値が決定されて、例えばＧｅ組成の「ｘ」値のような、様々な所望の最終材料の組成が適当に決められる。更に、それぞれの表に示された材料を形成するために必要とされまたは望まれるように、ＰＥＣＶＤリアクタパラメータ（例えばＬＦ／ＨＦパワー密度および負荷サイクル）を変えても良く、およびアルゴンプラズマや好ましい希釈剤プラズマ（例えばヘリウムプラズマ）中に供給される前駆体（例えばＳｉＨ４および／またはＨ２）の量を（例えば約５％より多くまたは約５％より少なく）変えても良いことは理解されるであろう。特定の堆積パラメータは特定のツールに直接関連し、様々なツールの形状、製造物、ツールの幾何学等の全域で、ツール毎に変わることが当業者に理解されるであろう。１つの例示的な具体例では、遷移領域５１、５３のそれぞれは、ヘリウムプラズマ中で形成され、導電性中央領域５２はアルゴンプラズマ中で形成される。
【００５１】
表３〜表１４は、遷移デバイス構造６００のそれぞれの層や領域のために選択される材料の様々な可能性のある例示的な具体例を示す。
【００５２】
【表３】
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【００５３】
【表４】
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【００５４】
【表５】
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【００５５】
【表６】
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【００５６】
【表７】
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【００５７】
【表８】
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【００５８】
【表９】
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【００５９】
【表１０】
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【００６０】
【表１１】
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【００６１】
【表１２】
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【００６２】
【表１３】
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【００６３】
【表１４】
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【００６４】
１つの領域は、他の領域に比較して高ドープであるが、低い導電性を有するように調整される水素希釈濃度を有することが理解される。
【００６５】
図４の例示的な具体例に戻ると、領域５１、５２、５３の堆積は、１つの具体例では、ポリイミド層３６が分解する直下の温度（例えば、約３６０℃から約４５０℃、代わりには約３６５℃）で行っても良い。第２の誘電体膜５４が、続いて、上部遷移領域の上に約５０オングストローム（Å）より少ない、および約１０００オングストローム（Å）より大きな深さも可能であるが、約５０オングストローム（Å）から約１０００オングストローム（Å）まで、代わりには約２５０オングストローム（Å）の深さで堆積される。
【００６６】
再度、図４の例示的な具体例を参照すると、もし導電性中央領域５２が赤外線放射に対して透明であれば、赤外線放射に対して敏感な材料が、赤外線放射から吸収されたエネルギーを熱的に移動するために使用される。薄い金属吸収膜５６が、第２誘電体膜５４の上に、約５０オングストローム（Å）より少ない、および約２００オングストローム（Å）より大きな厚さも可能であるが、約５０オングストローム（Å）から約１５０オングストローム（Å）まで、代わり約５０オングストローム（Å）から約２００オングストローム（Å）まで堆積される。１つの具体例では、薄い金属吸収膜５６は、チタンでも良いが、代わりに赤外線放射を吸収する他の好ましい材料でも良い。薄い金属吸収膜５６は、パターニングされて、検出膜１２の上に吸収体領域を残す。吸収体５６は、フォトレジストとエッチング技術を用いて、さもなければフォトレジストリフトオフ方法のような他の入手可能な技術を用いてパターニングされる。
【００６７】
図６は、１つの例示的な具体例にかかる、基板１１の上に形成されたマイクロボロメータ１０の構造に関する吸収体５６の位置の一部を示す。吸収体５６は、赤外線放射から熱を吸収し、この例示的な具体例で検出素子層として機能する導電性中央領域５２に熱を伝える。第２誘電体膜５４は、導電性中央領域５２に対して電気的に絶縁性であるが、導電性中央領域５２から吸収体５６を熱的に分離しない。このように、導電性中央領域５２は、熱的に吸収体５６に接続し、吸収体５６から導電性中央領域５２に熱エネルギーを伝達する。導電性中央領域５２の温度が上がると、導電性中央領域５２の電気的な抵抗が変化する。電気的な抵抗の変化が測定され、検出領域に存在する赤外線放射の量を生じるように処理される。吸収体５６により吸収されない赤外線放射エネルギーは、基板を通過し、リフレクタ２２で反射され、反射防止構造共鳴キャビティ２０中で捕まえられ、吸収体５６が、捕まえられた赤外線放射エネルギーを、高い全体の効率で吸収する。それゆえに、吸収体５６は、赤外線放射エネルギーを、検出膜１２を通過する時と、反射防止構造共鳴キャビティ２０中に捕まえられた後の双方で吸収する。
【００６８】
更に図６の例示的な具体例を参照すると、第２誘電体膜５４の外部表面がパターニングされ、開口部がエッチングされて、導電性中央領域５２の外部表面の部分が露出し、熱分離足構造６０を形成する。この具体例では、第２誘電体膜層５４は、例えばフォトレジストとエッチング技術を用いてパターニングされてエッチングされても良い。更に構造の詳細は、マイクロボロメータ膜検出素子のための材料や製造技術は、米国特許６，５８６，８３１、米国特許６，５２１，４７７、米国特許６，４７９，３２０、米国特許６，８９７，４６９、米国特許６，７７７，６８１、米国特許６，６９０，０１４、および米国特許７，７１８，９６５に見出され、これらは、その全体が全ての目的のために、参照されることによりここに組み込まれる。
【００６９】
図７は、１つの例示的な具体例の完全なマイクロボロメータを示す。図７に示すように、熱分離足ギャップ９０は、マイクロボロメータ１０の無い領域で除去されたポリイミド層３６の上の全ての層を示す。更に、ポリイミド層３６は、酸素または他の反応プラズマドライエッチングに露出させることで、除去しても良い。更に図７に示すような、第２誘電体膜５４は、図６の熱分離足構造６０を形成するためにエッチングされた開口部を用いてパターニングされ、薄い電極金属層７０は、熱分離足構造６０中に堆積される。いくつかの具体例では、電極７０と検出器層５６は、同時または異なる工程で堆積された同じ材料でも良い。第３の誘電体膜７２は、構造の表面に上に堆積される。
【００７０】
記載された材料は、例えば、マイクロボロメータ赤外線検出構造およびその製造方法で用いられ、これは、米国特許６，７７７，６８１および米国特許６，６９０，０１４に記載され、これらは参照されることによりここに組み込まれる。これに関して、２つのより低い濃度の遷移領域材料の間に挟まれた、記載された導電性中央領域材料は、それらの参考文献で記載されたマイクロボロメータ膜検出器構造のアモルファスシリコン層の代わりに用いても良い。例として、図８および図９は、遷移領域および中央領域を含む膜１２を有するマイクロボロメータ膜検出素子１０の代わりの例示的な具体例を示す。そのようなマイクロボロメータ膜検出素子の形状は、米国特許６，７７７，６８１に更に詳細に記載されている。特に、図９は、膜１２が、４×４のアレイ（グリッド）の開口部を形成する交差格子パターンに、そこを通って形成される開口部１４９を有する回折共鳴キャビティ構造を有するマイクロボロメータ膜検出素子１０を示す。開口部の存在により、膜１２は、１方向に延びた５つの間隔を隔てた平行なストリップ１５１−１５５と、ストリップ１５１−１５５に直交する方向に、ストリップ１５１からストリップ１５５まで延びた３つの間隔を隔てた平行なストリップ１５６−１５８を有するように見える。図８および図９は例示のみで、記載された遷移領域および中央領域の材料は、他の形状のマイクロボロメータ赤外線検出器構造に層として使用でき、例えばマイクロボロメータ赤外線検出器構造で従来のアモルファスシリコンまたはＶＯｘの代わりに使用できることが理解できるであろう。
【００７１】
加えて、記載された遷移領域および中央領域の材料から形成されたマイクロボロメータ赤外線検出器素子は、例えば、参照されることにより全体がここに組み込まれる米国特許６，５８６，８３１、米国特許６，５２１，４７７、米国特許６，４７９，３２０、米国特許６，８９７，４６９、および米国特許７，７１８，９６５に記載された真空パッケージング技術を用いてパッケージされた焦点面アレイを形成するために使用してもよい。
【００７２】
本発明は、様々な変形や代わりの形態に適用可能であるが、特定の具体例が例示の方法で示され、ここに記載された。しかしながら、本発明はここに記載された特定の形態に限定することを意図するのではないことが理解されるであろう。むしろ、本発明は、添付された請求の範囲により規定されたような本発明の精神および範囲内に入る全ての変形、均等物、および代替えをカバーする。更に、記載された構造の異なる形態、システムおよび方法は、様々な組み合わせとしておよび／または独立して使用しても良い。このように、本発明は、ここに記載されたそれらの組み合わせのみに限定されるのではなく、むしろ他の組み合わせを含んでも良い。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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