(57)【要約】【課題】基板上に積層する多結晶シリコンゲルマニウム層中の内部応力を制御する方法を提供する。【解決手段】本発明の基板上に積層する多結晶シリコンゲルマニウム層中の内部応力を制御する方法は、シリコンゲルマニウム層内の内部応力の範囲を選択するステップ、蒸着圧力を選択するステップ、及び、蒸着温度を選択するステップを含み、シリコンゲルマニウム層内の内部応力が選択した範囲内となるように、蒸着圧力と蒸着温度のうちの少なくとも一つが選択されることを特徴とする。【選択図】図３
2007165927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に積層する多結晶シリコンゲルマニウム層中の内部応力を制御する方法であって、
−シリコンゲルマニウム層内の内部応力の範囲を選択するステップ、
−蒸着圧力を選択するステップ、及び、
−蒸着温度を選択するステップ
を含み、
シリコンゲルマニウム層内の内部応力が選択した範囲内となるように、蒸着圧力と蒸着温度のうちの少なくとも一つが選択されることを特徴とする内部応力を制御する方法。
【請求項２】
基板が酸化シリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の内部応力を制御する方法。
【請求項３】
さらに上記層を焼ナマシするステップを含む請求項１に記載の内部応力を制御する方法。
【請求項４】
上記蒸着圧力が大気圧である、若しくは大気圧より低いことを特徴とする請求項１に記載の内部応力を制御する方法。
【請求項５】
上記蒸着圧力が約４０トルであることを特徴とする請求項４に記載の内部応力を制御する方法。
【請求項６】
上記蒸着温度が７００°Ｃ以下であることを特徴とする請求項１に記載の内部応力を制御する方法。
【請求項７】
上記蒸着温度が６００°Ｃと７００°Ｃの間であることを特徴とする請求項６に記載の内部応力を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミクロ機械加工の技術を用いた、赤外線輻射検出器の製造法、特に赤外線検出ボロメータの製造法に関し、とりわけ、基板上に積層する多結晶シリコンゲルマニウム層中の内部応力を制御する方法に関する。
【０００２】
本発明は、赤外線検出器そのものにも関する。
【０００３】
加えて、本発明は、表面ミクロ機械加工の技術の特定の利用に関する。
【背景技術】
【０００４】
数多くの赤外線検出法が存在し、それぞれは異なる動作原理に基づいている。赤外線検出器は、数多くの用途に用いられている。
【０００５】
本発明は、吸収された赤外線輻射のエネルギが検出素子の温度を上昇させ、その上昇により検出素子の電気伝導率が変化するような、検出器のグループに焦点をあてる。ボロメータとして知られているこれらの検出器は、金属、パーマロイ、酸化バナジウム、又は（多結晶体の）シリコンのような、様々な材料から製造される。
【０００６】
高い性能を得るためには、次の２点が傑出して重要である。
１°）抵抗器から基板への全体の熱伝導性Ｇは、検出器に与えられる所与量のエネルギに対する温度上昇が最大となるよう、低いものでなくてはならない。
２°）抵抗の温度係数（ＴＣＲ）α（即ち、１Ｋの温度増加に対する装置抵抗の変動の割合）の絶対値は、大きいものでなくてはならない。
【０００７】
第１の点は、検出器の幾何学的構造と、検出器を形成する材料の熱特性に関するものであり、第２の点は活性材料の電気的特性のみに関するものである。
【０００８】
最新式のミクロ機械加工で提唱されている技術を用いて、性能のいい熱絶縁を２つの異なった方法で得ることができる。ひとつは、電気的熱的絶縁性薄膜をミクロ機械加工しその薄膜上に活性材料を積層する、というものである。もうひとつは、ミクロ機械加工により活性材料を直接用いて基板上に懸架された構造を形成する、というものである。この後者の方法はより単純で率直なものであるが、低い熱伝導性と、ミクロ機械加工するに足るような機械的特性とを持ち合わせた活性材料を必要とする。現在までに、この方法は多結晶シリコン（ポリシリコン）ボロメータに対してのみ活用されている。
【０００９】
前者の方法の例が特許文献１に報告されており、そこでは多結晶体素子を有する集積化赤外線検出ボロメータの製造方法を記述している。その多結晶体素子においては、ボロメータ素子の位置を規定するためにエッチングされる第一のポリシリコン層に覆われる窒化シリコン上に、まず酸化物領域が蒸着される。第二のポリシリコン層は蒸着され、１％／℃乃至２％／℃という固有抵抗温度係数の所望の値に達するようにドープ処理される。第二のポリシリコン層は酸化物領域を覆う赤外線検出素子を形成する。開口は、エッチング液に酸化物領域を除去させ結果として検出素子がキャビティ上部で懸架するように、赤外線検出素子内でエッチングされる。熱伝導性は、ポリシリコンの熱伝導率とそして第一のポリシリコン層のエッチングの形とにより、決定される。
【００１０】
第二の方法の例が、非特許文献１に記載されており、そこでは、チタン薄膜を用いた１２８×１２８素子ボロメータ赤外線画像センサについて記している。装置は、チタンボロメータ検出器を備えた、モノリシックの集積構造である。その検出器は、ボロメータのシグナルを読み出すＣＭＯＳ回路を覆って位置付けられる。チタンのような金属材料を採用し、ＣＭＯＳ読み出し回路を精密にすることにより、１／ｆノイズを最小化することが可能になる。製造プロセスはシリコン加工処理と両立するものであるから、コストは低く保つことができる。
【００１１】
非特許文献２は、非晶質相及び微結晶体相にあるシリコン、ゲルマニウム、そしてシリコンゲルマニウムといったような、半導体材料からいかにボロメータ配列を形成するか、を記載している。この論文では、非結晶相及び微結晶体相にあるＳｉＧｅ：Ｈの利用が、大きな１／ｆノイズと非晶質シリコンの大きな抵抗率とを減じる目的で、提案されている。シリコンゲルマニウムの熱特性の利用については触れられていない。
【００１２】
非特許文献３は、サーモパイルとしてポリシリコンの代わりの多結晶シリコンゲルマニウムの利用について記載する。ヒートアップするであろう１つの接合の側の吸収層が入射赤外線を吸収するならば、サーモパイルを赤外線検出に利用できる。他の接合はヒートシンク上に設けられており、熱くなることはない。２つの接合間の温度差が、吸収された赤外線に関連する電圧を生じる。これらのサーモパイルはバルクミクロ機械加工技術によって製造される。
【００１３】
しかし２面の加工処理と特別な統御が必要であるから、バルクミクロ機械加工は標準的なＩＣ製造技術と両立しえない。
【００１４】
特許文献２は、集積回路基板とその基板と隙間を隔てる画素体とを含む、あるスペクトルレンジの輻射を検出するためのボロメータを記載している。画素体は、そのスペクトルレンジ内の輻射を吸収するためのチタンのような吸収材料を含む。加えて、アモルファスシリコンからなる活性素子である可変抵抗器材料は絶縁層を覆って形成される。
【００１５】
非特許文献４は、シリコン結晶体上に積層されたシリコンゲルマニウム結晶体を用いた構造を記載している。特に、このドキュメントは、非常な低圧での化学的蒸着によって積層された、準安定Ｓｉ／Ｓｉ1-×Ｇｅ×／Ｓｉひずみ構造の熱的安定性の研究に関する。
【特許文献１】国際特許公開第９３１３５６１号
【特許文献２】米国特許第５３６７１６７号
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１１，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １９９６にて公開された、ＴＡＮＡＫＡその他によるドキュメント“Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｆｏｃａｌ  Ｐｌａｎｅ  Ａｒｒａｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  ＩＣ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ”
【非特許文献２】ＳＰＩＥ  ＶＯＬ．２５５４／４３の、Ｍ．Ｈ．Ｕｎｉｗｉｓｓｅその他による論文“Ｔｈｅ  Ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”
【非特許文献３】ｔｈｅ  ８th  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，  ａｎｄ  Ｅｕｒｏｓｅｎｓｏｒｓ  ＩＸ，Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ，Ｓｗｅｄｅｎ，Ｊｕｎｅ  ２５−２９，１９９５の、Ｐ．Ｖａｎ  Ｇｅｒｗｅｎその他による論文“Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｂｏｒｏｎ  Ｄｏｐｅｄ  Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅｓ”
【非特許文献４】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ，ｖｏｌ．６１，Ｎｏ．３，ｏｆ  ２０  Ｊｕｌｙ  １９９２，ｐｐ；３１５−３１６中に発表されている論文“Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｉ／Ｓｉ1-×Ｇｅ×／Ｓｉ  ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  ｂｙ  ｖｅｒｙ  ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の第一の目的は、改善された熱絶縁性を有する、赤外線輻射検出器の、特に赤外線検出ボロメータの製造方法を提供することである。
【００１７】
本発明の第二の目的は、例えば（夜間）カメラのような用途に用いる画素の配列の形で並べられるボロメータの製造方法を提案することである。
【００１８】
本発明の第三の目的は、最新式の検出器と比べて低い熱伝導性を有するのであるが、標準的なＩＣ技術に適合するものであり、少なくとも最新式の検出器と類似の電気的機械的特性を有する、材料を備えた赤外線輻射検出器の製造を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
第一の態様として、本発明は赤外線検出ボロメータの製造方法に関するものであり、次のステップを含む：
−基板上にサクリファイス（犠牲）層を形成する；
−上記サクリファイス層をパターニングする；
−上記サクリファイス層上に多結晶シリコンゲルマニウムでできている活性層を積層する又は成長させる；
−上記多結晶シリコンゲルマニウム層上に赤外線吸収体を積層する；
−サクリファイス層を除去する。
【００２０】
活性層を積層した後又は成長させた後に、製造方法がさらに次のステップを含むのが好ましい：
−上記多結晶シリコンゲルマニウム層をパターニングし、それにより検出器の活性領域と支持部を形成する；
−支持部を高度にドープ処理し、活性領域を適度にドープ処理する；
−上記多結晶シリコンゲルマニウム層上に赤外線吸収体を積層する。
【００２１】
このように、基板から熱的に絶縁されたポリシリコンゲルマニウム抵抗器が形成される。赤外線輻射は温度の増加を生み出し温度の増加が今度は抵抗値の減少を生じる。
【００２２】
サクリファイス層はボロメータの熱絶縁の目的を実現化するためにのみに利用される層として定義し得る。事実、ボロメータは熱的に絶縁されていなくてはならず、さもなくば、その温度は入射する輻射によってもはや制御されなくなってしまう。このように、ボロメータの構造はサクリファイス層の上部面上に形成されるのであり、基板とは支持部を通じてつながる。サクリファイス層を除去した後は、支持部は装置と基板との間の熱的経路となる。それゆえに、支持部の熱伝導性は装置の絶縁において重要な役割を果たし、よって、最小化されるべきものである。
【００２３】
活性領域はボロメータの領域として理解し得るもので、検出器部分として動作する。
【００２４】
パターニングは、ホトリソグラフイのようなマイクロ電子工学やミクロ機械加工で周知の技術に従った、基板上の（又は基板中の）異なる層上の（又は異なる層中の）構造を形成することとして理解すべきである。
【００２５】
上記サクリファイス層のパターニングのステップは固定点を定義するステップを含むことが望ましい。
【００２６】
その上に、本発明に従った製造方法は、上記サクリファイス層を積層するのに先んじて上記基板の中に１つ又はそれ以上の中間層を積層するステップもまた含んでもよい。その基板中で中間層は少なくとも一つのエッチストップ層を含む。
【００２７】
基板はシリコン基板で、活性層はシリコン７０％ゲルマニウム３０％の多結晶体からできているのが好ましい。
【００２８】
ひとつの好適な実施例によれば、サクリファイス層を有する領域は、多孔性シリコン領域によって形成してもよい。
【００２９】
別の好適な実施例によれば、サクリファイス層を有するこれらの領域は、酸化物からなる絶縁層を積層しパターニングすることによって形成してもよい。
【００３０】
支持部を高度にドープ処理し、活性領域を適度にドープ処理するステップは、イオン注入という手段でなされてもよい。
【００３１】
多結晶シリコンゲルマニウム層は大気圧又はそれより減じられた気圧で化学的蒸着により積層するのが好ましい。
【００３２】
金属層、絶縁層そして半透明金属層からなる層の積み重ねを備えた第一の好適な実施例に従って、赤外線吸収体を形成してもよい。第二の実施例によれば、赤外線吸収体は金属層と適切な厚さの絶縁体とのみを含む。
【００３３】
第三の好適な実施例によれば、赤外線吸収体は少なくとも半透明金属層を含む。
【００３４】
第二の目標として、本発明は、蒸着圧力及び（又は）焼ナマシ温度を変化させることによって、酸化シリコン基板のような基板上に積層する多結晶シリコンゲルマニウム層中の応力を制御する方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の一形態において、改善された熱的絶縁作用を有する、赤外線ボロメータの製造方法が記述されている。その上に、本発明の方法に従って製造されるボロメータについて記述されている。
【００３６】
ボロメータの実現化を目標とした材料の評価を行うためには、材料の固有特性がボロメータそれ自身の感度やノイズにいかなる影響を与えるかを理解することが必要である。
【００３７】
本発明によれば、多結晶シリコンゲルマニウム（ポリシリコンゲルマニウム）を含んだ混合物が利用されている。
【００３８】
この材料は多結晶シリコンよりも低い熱伝導性を有し、標準的なＩＣ技術と両立可能である。それは、多結晶シリコンの電気的機械的特性よりも優れた電気的機械的特性をも有する。
【００３９】
ボロメータのいくつかの可能な構造が図１ａ、図１ｂ、そして図１ｃで示されている。
【００４０】
図１ａは、内部において多孔性シリコン層１１が基板１０上に形成されているボロメータを示している。一方、図１ｂは、基板１０上の絶縁層１２の積層とパターニングとを示す。両図において、図１ｃに示されるように、固定点１４において基板と接続される活性領域１６と支持部１５とを形成するために、多結晶シリコンゲルマニウム層１３が続いて積層されパターニングされる。
【００４１】
特別な形態たる図１ｃは１つの例でしかないと考えるべきで、本発明はこの特別な形態に限られたものではないが、長く薄い支持部に特徴があり同様のすべての構造をカバーすることは明らかである。
【００４２】
本発明を教示するという目的のために、本発明のボロメータの重要な応用例について以下記載する。ボロメータの最も重要な応用例の１つに赤外線カメラによる実現化がある。上記カメラは画素の配列であり、それぞれの画素は１つのボロメータといくつかの電子技術を含んでいる。
【００４３】
画素の概略図が図２に示されている。ボロメータは符号２１で示され、ＣＭＯＳスイッチ２２に接続されており、基板中にビルトインされている。一方シグナルライン２３とゲートライン２４とは外部読み出し装置に繋がっている。画素の配列の外部装置として電圧波形生成器２５と負荷抵抗２６が備わる。較正（キャリブレーション）中、ＣＭＯＳスイッチ２２は閉じており、短い電圧パルスがボロメータに送られ、負荷抵抗において電圧降下が測定される。赤外線輻射が存在すればこの動作は繰り返される。赤外線輻射と共に測定する負荷抵抗の電圧降下と赤外線輻射なしで測定する負荷抵抗の電圧降下との差として、シグナルが定義される。通常の動作時には、電圧パルスの持続時間はボロメータの熱時間定数よりも短く、その持続時間には温度増加を生じない、ということを銘記すべきである。
【００４４】
電圧感度Ｒ、即ち、ボロメータの入射パワー単位あたりのシグナルは、次の式で表される。
【数１】
2007165927.tif 000003
ここで、ＲLとＲBはそれぞれ負荷抵抗とボロメータ抵抗である。
【００４５】
Ｇは支持部の基板に対する熱伝導性である。それは主として材料の熱伝導率と支持部の幾何学的配列に依存する。
【００４６】
（長い支持部に対する）熱伝導性の適切な表現は下式である。
【数２】
2007165927.tif 000004
ここで、ｗ、ｔそしてｌはそれぞれ支持部の幅、厚さそして長さである。上記表現から熱伝導性は薄く長い支持部を使用すれば最小化しうることが明らかである。
【００４７】
大きな感度を得る為には、与えられる電圧値Ｖ、抵抗の温度係数αの絶対値、そして赤外線輻射率ηは大きなものでなくてはならず、一方支持部に対する全体の熱伝導性Ｇは最小のものでなくてはならない、ということも明白である。
【００４８】
この感度シグナルに影響を与えるノイズには２つの寄与要素がある。（読み出し電子技術、負荷抵抗、増幅器、等の）外部要素と（ボロメータそれ自身に起因する）内部要素とである。外部要素によるノイズは、設計の最適化により減少しうるのであり、またかなりの範囲でボロメータの特性には影響を受けない。ボロメータ自身のノイズに関していえば、問題とすべき量は、ノイズそれ自身ではなくＮＥＰ（ノイズ等価パワー）即ちノイズと等しいシグナルを生成するパワーである。
【００４９】
ＮＥＰに対しては次の３つの寄与要素が考慮されなければならない。ジョンソンノイズ、温度変動ノイズ、そして活性材料に特有の低周波ノイズである。
【００５０】
ジョンソンノイズの場合に対しては、次式の如く定義され得る。
【数３】
2007165927.tif 000005
【００５１】
当値は、電子技術に関する適切な作用で周波数帯域幅△ｆeを狭くするか、又はボロメータ抵抗に低い値を用いるか、によって最小のものとすることができる。
【００５２】
熱変動ノイズの場合に対しては、次式の如く定義されうる。
【数４】
2007165927.tif 000006
ここで、△ｆtは、ボロメータの熱時間定数の逆数の次数の熱周波数帯域幅である。
【００５３】
１／ｆノイズは次式Ｖｎで与えられる。
【数５】
2007165927.tif 000007
ここで、係数ｋは材料の微結晶体構造に依存する値であり、Ｖbはボロメータの末端間の電圧、ρは抵抗率、Ｗ、Ｌ、そしてＴはそれぞれ画素の幅、長さ、そして厚さ、である。ノイズに対するこの寄与要素も又、ジョンソンノイズと同様、ボロメータ抵抗の低い値を用いることにより最小のものとなることを銘記すべきである。その上に、１／ｆノイズはバイアス電圧に比例して増加するが、これはジョンソンノイズには当てはまる事実ではない。
【００５４】
感度を最大化するコンディションがＮＥＰの最小化をも為すことは明白である。材料の特性に関して詳細に言えば、低いＧの値と大きな|α|の値が要求される。本発明で用いられるポリシリコンゲルマニウムに対するこれらの特性は先で議論される。
【００５５】
また一方で、１／ｆノイズの影響は感度の結果と共に議論される。
【００５６】
本発明のボロメータで用いる材料の熱伝導性と応力特性。
【００５７】
良質な熱絶縁の実現化の可能性は、構造の幾何図形的配列と材料の熱伝導性とに依存する。公知の事実であるが、図１と同様なミクロ機械加工された構造を実現化するためには、低い値の、可能であれば引張内部の、応力を有する薄膜を用いることが重要である。
【００５８】
図３では、酸化物上へ積層される、１．０μｍの厚さを有するポリシリコンゲルマニウム薄膜中の応力の反応を焼ナマシ温度の関数として示したものである。
【００５９】
大気圧３２にて成長させた材料は比較的低い圧縮応力を有し、この応力は９００℃で３０分間の焼ナマシをすればゼロにまで下がる。比較のため述べると、６２０℃で低圧の化学的蒸着により成長させたポリシリコンは３００ＭＰａより大きな内部圧縮応力を示し、１０５０℃の温度で完全に焼ナマシされる。
【００６０】
減じられた気圧３１下（大気圧より低い。例えば、４０トル）で成長させた材料は引張内部応力を有し、焼ナマシにほとんど反応を示さない。ポリシリコンゲルマニウムの内部応力は成長／積層の状況と焼ナマシ温度とを適宜選択することにより調整可能であることが、上記観察により示される。このことにより赤外線吸収体を形成する層の応力を補正するために活性層の応力を選択することが許容される。この手順により、低応力と機械的に安定な構造とが得られる。赤外線吸収体が非常に低い引張応力を有する場合でない限り、この補正の手順では低温による焼ナマシが必要であるか、又は全く必要ないか、のいずれかである。
【００６１】
その上さらに、ポリシリコンゲルマニウムの熱伝導率は、ゲルマニウム原子の濃度に依存するのであり、３０％のゲルマニウム濃度時に極小値となる。図４では、図１ｃの構造と同様な構造においてパワーＷを散逸させることにより得られる温度増加△Ｔが報告されている。円点群はポリシリコンにおける構造に関するものであり、小矩形点群はポリシリコンゲルマニウムからなる構造に関する。２つの構造はグラフの形状では一致するのであるが、ポリシリコンゲルマニウムに対する熱絶縁はほぼ６倍の大きさである。熱伝導率を求めて有限要素モデルを用いると、２つの材料の熱伝導率として１７Ｗ／ｍＫと２．５Ｗ／ｍＫという値が導出される。熱伝導率のこの減少は、感度に対してそしてボロメータのＮＥＰに対して、明らかに有益な影響を与える。
【００６２】
本発明のボロメータで用いられる材料の電気的特性。
【００６３】
ボロメータを実現化するための材料を用いるには、その伝導率と伝導率の温度への依存性との両方を、適宜のドープ処理によって制御することが必要である。表１では、伝導率と抵抗の温度係数が、ホウ素の異なる注入量に対して、報告されている。イオン注入後の焼ナマシ温度も示されている。
【００６４】
ホウ素の注入量が少ないときと中程度のとき、抵抗の温度係数は、うまく動作するボロメータで必要とされる程度に、大きくなるということに注目できる。高度にドープ処理された材料の抵抗率は非常に低い。このことにより、高度にドープ処理された支持部は伝導部とみなすことが許容される。ドーパントの活性化は６５０℃程度の低温でも得られるという事実は注目される。このことは低熱限定処理が可能であることを示唆する。
【００６５】
結論として、これらの特性は、ポリシリコンゲルマニウムは表面ミクロ機械加工の適用例にとって適切な材料であることを示す、と言うことができる。
【００６６】
本発明の好適な実施例に従った一例の詳細な説明。
【００６７】
以下では、図１ｂで表されているように、サクリファイス層を酸化物を用いて実現化する場合に焦点を置いて記述する。熱酸化物の例としてＴＥＯＳがあり得る。このあと記述するプロセスは、図１ａで示されるような多孔性シリコンからなるサクリファイス層を多少修正したものに適合する。
【００６８】
基板はシリコンウェファであり、上記基板は赤外線カメラの適切なＣＭＯＳスイッチを形成するためにすでに加工処理されており、標準的なパッシベーション（不動態化）層で覆われている。
【００６９】
以下では、ボロメータの実現化について説明されており、ボロメータと基礎的な電子技術との接続や外部回路との接続については詳細な説明はない。それらは、本発明の当面の問題と関係ないからであり、当業者の知識にしたがえば為し得るからである。
【００７０】
前もって加工処理された基板を用いるボロメータを準備することが、ボロメータが作成される比較的低い温度により可能になることに、この段階で注目することが重要である。
【００７１】
図５ａで示されるように、サクリファイス層をエッチングしている間エッチングを食止める役割を果たすように、薄層４２（例えば、１００ｎｍの厚さ）が基板４１の上に積層されている。この層４２は、第一の好適な実施例によれば、シリコンが多く含まれる窒化シリコンでもよいし、サクリファイス層をエッチングする薬剤に耐性がある材料ならなんでもよい。別の好適な実施例によれば、薄層４２はドープ処理されていないポリシリコンでもよい。
【００７２】
サクリファイス層４３（１又は２μｍのＴＥＯＳ）は、それから標準的なリソグラフイにより積層されパターニングされる。パターニングの後に残るＴＥＯＳの領域の典型的な側方向の大きさは２０μｍから５０μｍ程度となる。
【００７３】
続いて、図５ｂで示されるように、ポリシリコンゲルマニウム活性層４４（０．５μｍ又は０．３μｍの厚さ）が、６００℃から７００℃間に含まれる温度、望ましくは６５０℃程度で、しかも大気圧又はより減じた気圧の下で、化学的蒸着システムの中で積層される。
【００７４】
その積層のために用いられる気体は、ジクロロシランと水素化ゲルマニウムである。薄膜中のゲルマニウムの濃度が約３０％となるように、混合気体の相対割合が選択される。これが熱伝導率を極小化する濃度である。
【００７５】
上記の加工処理気体を用いると、酸化物上のポリシリコンゲルマニウムの核形成は遅く、それでポリシリコンの薄い（３０Å）核形成層が使われる。シランと水素化ゲルマニウムの混合物を用いることも可能である。この場合、核形成層は不必要である。
【００７６】
ポリシリコンゲルマニウムの積層の後、窒化シリコンの薄層４５が積層される。活性素子からの吸収体の電気的絶縁のために機能するものである。
【００７７】
積み重ねられたこれらの２つの層は、それからパターニングされる。活性層上の口４６はサクリファイス層のエッチングの間有用なものとなるのである。図５ｂで描かれているコンタクト４７は単一装置をテストするには大きくかつ有用なものである。装置が配列の中に挿入されるのならば、装置の大きさは小さくすることもできる。
【００７８】
コンタクト４７と支持部４８はホウ素の高度なドーズ量が注入され活性領域は適度なドーズ量が注入されることが、図５ｃで示される。活性領域に低ドープ処理量を注入する代わりに、ポリシリコンゲルマニウムを積層している途中に適切な気体をジクロロシランと水素化ゲルマニウムの混合物に加えて活性領域をある望ましいレベルでドープ処理することも可能である。ドーパントの活性化と拡散のための焼ナマシが行われる。上記ドープ処理を利用することにより、支持部は電気的な接触体として機能し、活性領域の伝導率と抵抗温度係数は調整され望ましい値となる。
【００７９】
図５dに示されるように、吸収体４９を積層しパターニングすることにより、ボロメータの製造はさらに進む。この段階で基礎的な電子技術への経路が開かれるか、又は金属コンタクト４１０がテスト目的で積層される（図５e参照）。
【００８０】
標準的なミクロ機械加工技術を用いてサクリファイス層を除去することにより、ボロメータの製造は完成する（図５ｆ参照）。吸収体は、例えば、３重の層から構成される。窒化シリコン層上から始まり、金属反射体、１．５μｍの厚さの絶縁層、そして半透明金属により形成される。吸収体を作成する他の方法は存在するし、用いることもできる。
【００８１】
別の吸収体を以下の様に製造できる。０．２μｍの厚さのチタン層と、１．４μｍの厚さのポリイミド（日立ポリイミド）層と、５ｎｍの厚さの半透明ニッケルクロム層とを有する赤外線吸収体である。
【００８２】
チタン層は、より良い反射体特性を得るために１μｍまでの厚さとすることができる。しかしながら、このチタン層の厚さが大きくなりすぎると、応力もまた高くなりすぎ装置がひび割れすることになる。
【００８３】
ポリイミドの厚さは吸収が最大になる波長を定義する。厚みが変化すれば、波長もまた変化する、ということをこのことは意味する。
【００８４】
公式Ｔ＝λ／（４ｎ）が与えられている。ここで、本実施例に従うと、λ＝１０μｍとｎ＝１．８とを代入して１．４μｍの厚さが得られる。
【００８５】
ニッケルクロム層は２ｎｍから５ｎｍの厚さ、または１０ｎｍの厚さ、またはさらにそれ以上の厚さとすることもできる。例えば、λ＝１０μｍに対しては、５ｎｍの厚さならば１００％の吸収が生じる。これは相殺的な干渉の状況に対応する。
【００８６】
図６では、ミクロ機械加工された２つのボロメータの走査型電子顕微鏡写真が示されている。これらのボロメータはそれぞれ５０μｍと２０μｍとの側方向の大きさを有し、ポリシリコンゲルマニウム層の厚さは１μｍである。これら小さい装置では、支持部の幅は０．６μｍしかなく、真空中での熱伝導性は１０-7Ｗ／Ｋの値にしかならない。
【００８７】
図７では、赤外線吸収体の吸収率を波長の関数として表しており、波長８−１４μｍの変数域では０．７の吸収率が得られることを示している。
【００８８】
図８では、適用された装置制御バイアス電圧の関数として測定された感度が報告されている。カメラ操作において、印加バイアスを利用すれば、電圧は５Ｖまで増加しうるし、１０５Ｖ／Ｗを超える感度が得られる。
【００８９】
図９では、ボロメータノイズが周波数の関数として報告されている。周波数に依存しない検出率は定義し得ない。赤外線カメラの適用例を考慮して１０Ｈｚから１０００００Ｈｚまで広がる周波数帯域幅を考察すると、このレンジの平均ノイズと検出率が計算されうる。
【００９０】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１ａ】本発明の方法により作成されるボロメータの構造の２つの可能な実施例についての断面図を表す。
【図１ｂ】本発明の方法により作成されるボロメータの構造の２つの可能な実施例についての断面図を表す。
【図１ｃ】一方、図１ａと図１ｂとで示された両方の実施例の上面図を表す。
【図２】本発明のひとつの実施例に従って、カメラの画素とその外部のエレクトロニクスとの概略表現を示す。
【図３】２つの異なった蒸着圧力に対して、キャリア上に積層された多結晶シリコンゲルマニウム薄膜の応力のふるまいを、焼ナマシ温度の関数として表す。
【図４】図１ｃで記述される構造と同様な構造で散逸されるパワーの、ボロメータの温度上昇への依存性を表す。曲線の傾きはボロメータの熱伝導性を表す。この図では、円点群は活性材料としてポリシリコンを使用した構造を表すもので、一方小矩形点群は活性材料として本発明に従ったポリシリコンゲルマニウムを使用した構造を表す。
【図５ａ】本発明の好適な実施例に従ったボロメータの製造過程のいくつかのステップの、側面図と上面図を表す。
【図５ｂ】本発明の好適な実施例に従ったボロメータの製造過程のいくつかのステップの、側面図と上面図を表す。
【図５ｃ】本発明の好適な実施例に従ったボロメータの製造過程のいくつかのステップの、側面図と上面図を表す。
【図５ｄ】本発明の好適な実施例に従ったボロメータの製造過程のいくつかのステップの、側面図と上面図を表す。
【図５ｅ】本発明の好適な実施例に従ったボロメータの製造過程のいくつかのステップの、側面図と上面図を表す。
【図５ｆ】本発明の好適な実施例に従ったボロメータの製造過程のいくつかのステップの、側面図と上面図を表す。
【図６ａ】本発明のいくつかの実施例に従った、それぞれ５０μｍ（図６ａ）と２５μｍ（図６ｂ）の側方の大きさを有する、２つのミクロ機械加工されたボロメータの走査電子顕微鏡の写真を示す。図中では、ポリシリコンゲルマニウムの厚さは１μｍであり、５０×５０μｍ（図６ａ）のボロメータと２５×２５μｍ（図６ｂ）のボロメータのそれぞれに対して、支持部の幅は５μｍと０．６μｍである。
【図６ｂ】本発明のいくつかの実施例に従った、それぞれ５０μｍ（図６ａ）と２５μｍ（図６ｂ）の側方の大きさを有する、２つのミクロ機械加工されたボロメータの走査電子顕微鏡の写真を示す。図中では、ポリシリコンゲルマニウムの厚さは１μｍであり、５０×５０μｍ（図６ａ）のボロメータと２５×２５μｍ（図６ｂ）のボロメータのそれぞれに対して、支持部の幅は５μｍと０．６μｍである。
【図７】輻射の波長に対して、本発明の１つの実施例で使用される赤外線吸収体の実験的に測定した吸収率を表示する。
【図８】本発明に従って製造されたボロメータの供給電圧の関数として実験的に測定される感度Ｒを表す。図中では、感度ＲはＶｏｌｔ／Ｗａｔｔで表現されており、つまり、ボロメータでの単位当たりのパワー発生が生成する電圧を表す。
【図９】図６ｂで示されるような本発明の１つの実施例に従ったボロメータの全体ノイズの測定周波数への依存性を表示する。周波数は１Ｈｚから１００ＫＨｚまでの範囲にわたる。
【符号の説明】
【００９２】
１０・・・基板，１１・・・サクリファイス層，１２・・・サクリファイス層，１３・・・活性層（多結晶シリコンゲルマニウム層），１４・・・固定点，１５・・・支持部，１６・・・活性領域，２１・・・ボロメータ，２２・・・ＣＭＯＳスイッチ，２３・・・シグナルライン，２４・・・ゲートライン，２５・・・電圧波形生成器，２６・・・負荷抵抗，３１・・・大気圧より減じた気圧，３２・・・大気圧，４１・・・基板，４２・・・活性層，４３・・・サクリファイス層，４４・・・多結晶シリコンゲルマニウム層，４５・・・窒化シリコン薄層，４６・・・口，４７・・・活性領域，４８・・・支持部，４９・・・赤外線吸収体，４１０・・・金属コンタクト
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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