(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
行方向に形成された複数の選択線と、列方向に形成された複数の読み出し線と、前記複数の選択線と複数の読み出し線との各交差部に対応して設けられた複数の画素部と、を備えた赤外線撮像装置であって、
前記各画素部は、基板上にバッファ層を介して形成され金属相と絶縁体相との間で相転移を起こす化合物からなるボロメータ薄膜と、前記選択線によって選択され前記ボロメータ薄膜で生じた信号を前記読み出し線に読み出すスイッチング素子と、前記ボロメータ薄膜と前記スイッチング素子との間に介在し一端が前記ボロメータ薄膜の上面に接続された金属配線と、を有し、
前記化合物は、ＲＮｉＯ3-d（ただし、ＲはＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＢｉの中から選択された１以上の元素、ｄは酸素のストイキオメトリからのずれを表す値、−０．１≦ｄ≦０．２）であり、
前記バッファ層は、前記ボロメータ薄膜の下地層を含み、該下地層は前記ボロメータ薄膜に直接接するＬａＡｌＯ3 膜のみからなる
ことを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
行方向に形成された複数の選択線と、列方向に形成された複数の読み出し線と、前記複数の選択線と複数の読み出し線との各交差部に対応して設けられた複数の画素部と、を備えた赤外線撮像装置であって、
前記各画素部は、基板上にバッファ層を介して形成され金属相と絶縁体相との間で相転移を起こす化合物からなるボロメータ薄膜と、前記選択線によって選択され前記ボロメータ薄膜で生じた信号を前記読み出し線に読み出すスイッチング素子と、前記ボロメータ薄膜と前記スイッチング素子との間に介在し一端が前記ボロメータ薄膜の上面に接続された金属配線と、を有し、
前記化合物は、Ｃａ2-xＳｒxＲｕＯ4-d（ただし、ｄは酸素のストイキオメトリからのずれを表す値、−０．１≦ｄ≦０．２、０≦ｘ≦０．０５）又はＣａ2-x'ＲｕＯ4-d'（ただし、ｄ'は酸素のストイキオメトリからのずれを表す値、−０．１≦ｄ'≦０．２、０＜ｘ'＜０．３２）であり、
前記バッファ層は、前記ボロメータ薄膜の下地層を含み、該下地層は前記ボロメータ薄膜に直接接するＬａＡｌＯ3 膜のみからなる
ことを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項３】
前記基板は、Ｓｉ（１００）基板で形成され、
前記バッファ層は、ＳｒＴｉＯ3 （１００）配向膜、ＣｅＯ2 （１００）配向膜又はＲＥ2Ｏ3 （１００）配向膜（ただし、ＲＥは３価の希土類元素又はＹ）からなる第１のバッファ層と、第１のバッファ層上に形成された前記ＬａＡｌＯ3 膜からなる第２のバッファ層とを備えた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
前記複数の画素部のなかの少なくとも一つの画素部は赤外線を検知しない無感度画素部であり、
前記無感度画素部に含まれるボロメータ薄膜の抵抗変化に基づいて、前記選択線から前記スイッチング素子に供給する選択パルスの幅を変更する手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
基板上にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に、金属相と絶縁体相との間で相転移を起こす化合物からなるボロメータ薄膜を形成する工程と、
前記ボロメータ薄膜を形成した後、前記ボロメータ薄膜から検出信号を読み出すスイッチング素子と、前記ボロメータ薄膜と前記スイッチング素子とを接続する金属配線とを形成する工程と、
を備え、
前記化合物は、ＲＮｉＯ3-d（ただし、ＲはＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＢｉの中から選択された１以上の元素、ｄは酸素のストイキオメトリからのずれを表す値、−０．１≦ｄ≦０．２）であり、
前記バッファ層は、前記ボロメータ薄膜の下地層を含み、該下地層は前記ボロメータ薄膜に直接接するＬａＡｌＯ3 膜のみからなる
ことを特徴とする赤外線撮像装置の製造方法。
【請求項６】
基板上にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に、金属相と絶縁体相との間で相転移を起こす化合物からなるボロメータ薄膜を形成する工程と、
前記ボロメータ薄膜を形成した後、前記ボロメータ薄膜から検出信号を読み出すスイッチング素子と、前記ボロメータ薄膜と前記スイッチング素子とを接続する金属配線とを形成する工程と、
を備え、
前記化合物は、Ｃａ2-xＳｒxＲｕＯ4-d（ただし、ｄは酸素のストイキオメトリからのずれを表す値、−０．１≦ｄ≦０．２、０≦ｘ≦０．０５）又はＣａ2-x'ＲｕＯ4-d'（ただし、ｄ'は酸素のストイキオメトリからのずれを表す値、−０．１≦ｄ'≦０．２、０＜ｘ'＜０．３２）であり、
前記バッファ層は、前記ボロメータ薄膜の下地層を含み、該下地層は前記ボロメータ薄膜に直接接するＬａＡｌＯ3 膜のみからなる
ことを特徴とする赤外線撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記基板の前記ボロメータ薄膜が形成された領域下の部分を、前記バッファ層をエッチングストップ層としてエッチングして空洞化する工程をさらに備えた
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の赤外線撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線撮像装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線撮像装置として、トランジスタや配線等からなる回路が形成された半導体基板上にボロメータ薄膜を形成したものが提案されている。すなわち、ボロメータ薄膜の抵抗が温度によって変化することを利用して画素毎に赤外線を検出し、検出した信号をトランジスタを介して読み出すものである。このような構成を備えた従来の赤外線撮像装置では、まず半導体基板上にトランジスタとアルミニウムなどの金属配線とからなる回路部を形成し、その後でボロメータ薄膜を形成している。
【０００３】
しかしながら、上述した赤外線撮像装置では、ボロメータ薄膜形成時のプロセス温度を４５０℃程度以下、望ましくは４００℃程度以下にしなければならない。この温度以上であると、先に形成したアルミニウムなどの金属配線が劣化してしまうからである。また、例えば８００℃程度以上の高温で熱処理を行うとトランジスタ特性の劣化も生じる。従来より用いられているバナジウム酸化物薄膜等は比較的低温で成膜できるため問題ないが、高温成膜が必要な材料をボロメータ薄膜に用いた場合には金属配線やトランジスタ等の劣化が生じてしまう。したがって、従来の赤外線撮像装置では、ボロメータ薄膜に用いる材料が限定されてしまうことになる。
【０００４】
また、従来はボロメータ薄膜の下層側に金属配線等が形成されているため、ボロメータ薄膜の下地には配線段差やコンタクトホールに起因する凹凸が存在する。そのため、段差やコンタクトホールの部分でボロメータ薄膜に結晶の乱れや粒界が生じ、これがノイズや特性劣化の要因となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の赤外線撮像装置では、ボロメータ薄膜を比較的低温で形成しなければならいためボロメータ薄膜の材料が限定されてしまうといった問題や、ボロメータ薄膜の下地に存在する凹凸によってノイズや特性劣化が生じるという問題があり、高性能の赤外線撮像装置を得ることが困難であった。
【０００６】
本発明は、上述したような従来の課題を解決し、高性能化を達成することが可能な赤外線撮像装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る赤外線撮像装置は、行方向に形成された複数の選択線と、列方向に形成された複数の読み出し線と、前記複数の選択線と複数の読み出し線との各交差部に対応して設けられた複数の画素部と、を備えた赤外線撮像装置であって、前記各画素部は、基板上にバッファ層を介して形成され金属相と絶縁体相との間で相転移を起こす化合物からなるボロメータ薄膜と、前記選択線によって選択され前記ボロメータ薄膜で生じた信号を前記読み出し線に読み出すスイッチング素子と、前記ボロメータ薄膜と前記スイッチング素子との間に介在し一端が前記ボロメータ薄膜の上面に接続された金属配線と、を有することを特徴とする。
【０００８】
金属相と絶縁体相との間で相転移を起こす化合物からなるボロメータ薄膜において良好な特性を得るには、ボロメータ薄膜をエピタキシャル成長させて良好な結晶性を持たせることが重要であるが、下地に段差等に起因する凹凸があると結晶の乱れや粒界が生じて結晶性が損なわれてしまう。本発明によれば、ボロメータ薄膜とスイッチング素子との間に介在する金属配線が、ボロメータ薄膜の上面でボロメータ薄膜に接続されている。すなわち、ボロメータ薄膜の下層側には金属配線の段差等に起因する凹凸がなく、平坦なバッファ層上にボロメータ薄膜が形成されているため、結晶性に優れたボロメータ薄膜によって良好な特性を得ることができる。
【０００９】
本発明に係る赤外線撮像装置の製造方法は、基板上にバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上に、金属相と絶縁体相との間で相転移を起こす化合物からなるボロメータ薄膜を形成する工程と、前記ボロメータ薄膜を形成した後、前記ボロメータ薄膜から検出信号を読み出すスイッチング素子と、前記ボロメータ薄膜と前記スイッチング素子とを接続する金属配線とを形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ボロメータ薄膜を形成した後にスイッチング素子及び金属配線が形成される。そのため、ボロメータ薄膜を高温で成膜しても、スイッチング素子や金属配線はそのような高温に晒されないですむ。したがって、高温成膜が必要な材料もボロメータ薄膜として選択することができ、特性に優れた材料をボロメータ薄膜として用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施形態の一般的事項について説明する。
【００１２】
ボロメータの性能は一般的に、ＴＣＲ（Temperature Coefficient of Resistance）で表される。ＴＣＲは、温度Ｔにおけるボロメータの抵抗をＲとして、
ＴＣＲ＝（１／Ｒ）（ｄＲ／ｄＴ）
として表されるが、従来よりも高感度な赤外線検出を行うためには、｜ＴＣＲ｜＞３％／Ｋ（望ましくは｜ＴＣＲ｜＞４％／Ｋ）程度にすることが望ましい。また、コストダウンと高解像度化のためには、画素ピッチを従来よりも小さくして、１５μｍ程度にすることが望ましい。同じＴＣＲ値のボロメータ材料を用いたまま画素ピッチを小さくすると、１画素に入射する熱エネルギーが小さくなる分、感度が低下して、ＮＥＴＤ（Noise Equivalent Temperature Difference）値（ＮＥＴＤ値は、画素ピッチの−２乗に比例する）が増大する。一方、高感度赤外線カメラとして種々の応用に使うには、ＮＥＴＤ値が６０〜１００ｍＫであることが望ましい。画素ピッチが１５μｍで、ＮＥＴＤ値＝６０〜１００ｍＫを得ることは、従来のバナジウム酸化物ボロメータでは難しく、ボロメータ感度がさらに２倍以上高いことが必要である。また、ボロメータ抵抗を測定する際のパルスバイアス電流によってボロメータの温度が室温以上に上がるため（自己加熱）、３００〜３５０Ｋの温度域において、｜ＴＣＲ｜＞３％／Ｋを実現することが望ましい。
【００１３】
上述したような特性を有するボロメータ材料として、本実施形態では、金属相と絶縁体相との間で相転移を起こす化合物結晶薄膜を用い、特に以下の２種類の化合物結晶薄膜を用いた。
【００１４】
(1) ＲＮｉＯ3-d（ただし、ＲはＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ及びＢｉの中から選択された１以上の元素、ｄは酸素のストイキオメトリからのずれを表す値であり通常は−０．１≦ｄ≦０．２程度）。代表的には、Ｓｍ1-xＡxＮｉyＯ3-d （ただし、“Ａ”はＮｄ又はＢｉ、０≦ｘ≦０．５、０．９＜ｙ＜１．１）があげられる。
【００１５】
(2) Ｃａ2-xＳｒxＲｕＯ4-d（ただし、ｄは酸素のストイキオメトリからのずれを表す値であり通常は−０．１≦ｄ≦０．２程度、０≦ｘ≦０．０５）又は、Ｃａ2-xＲｕＯ4-d（ただし、ｄは酸素のストイキオメトリからのずれを表す値であり通常は−０．１≦ｄ≦０．２程度、０＜ｘ＜０．３２）。
【００１６】
これらのボロメータ材料では、金属−絶縁体相転移に伴うＴＣＲ値は、高感度な赤外線撮像素子を得られる程度に十分大きい。さらに、作製条件と組成を最適化し、非冷却赤外線撮像素子に適したＴMI＝３２０〜４１０Ｋにて、金属−絶縁体相転移を起こさせることができる。ここで、ＴMIは金属−絶縁体相転移温度であり、ＴＣＲの符号が変化する温度で定義した。
【００１７】
ＳｍＮｉＯ3 のバルク試料が、ＴMI=４０３Ｋで金属−絶縁体相転移を起こすことと、Ｓｍの一部をＮｄで置換するとＴMIが下がることは、「J. B. Torrance et al., Phys. Rev. B, 45, p. 8209 (1992)」に記載されている。本願発明者は、ＲＮｉＯ3-d系の薄膜では初めて、室温以上で金属−絶縁体相転移を発現させることに成功し、赤外線撮像素子に適用することを可能とした。
【００１８】
ペロブスカイト構造を持つＳｍ1-xＡxＮｉyＯ3-d を用いて実験をした結果、室温以上で｜ＴＣＲ｜＞３％／Ｋを得るには、以下の条件が必要であることがわかった。結果として、室温以上で６％／Ｋを越える｜ＴＣＲ｜値を得ることができた。
【００１９】
(1) ペロブスカイト構造のＡサイトとＢサイトの組成比のずれに関して、０．９＜ｙが必要である。
【００２０】
(2) 成長温度として、５５０℃以上が必要である。
【００２１】
(3) 分子線エピタキシー法を用い、Ｏ3 ガスを酸化ガスとして用いる場合、Ｏ3 分子フラックスがＮｉフラックスの３０倍以上であることが必要である。
【００２２】
(4) 下地層がＳｒＴｉＯ3 やＮｄＧａＯ3 では金属−絶縁体相転移が得られ難く、ＬａＡｌＯ3 下地層上では金属−絶縁体相転移が得られやすい。
【００２３】
(5) ＳｍＮｉyＯ3-d薄膜は、ＴMI＝４００〜４１０Ｋと転移温度が比較的高い。ＴMIを少し下げた方が素子保持温度を室温に近付けることができ、使いやすくコストが下がる。ＴMIを下げるには、Ｓｍの一部をＢｉで置換する（Ａ＝Ｂｉとする）ことが有効であることがわかった。その置換量ｘは、０＜ｘ＜０．０９が適当である。Ｂｉで置換することは、ＢｉやＢｉ酸化物の融点が低いため、プロセス温度を下げられる利点がある。
【００２４】
また、Ｃａ2ＲｕＯ4 のバルク試料が、ＴMI=３５７Ｋで金属−絶縁体相転移を起こすことは、「C. S. Alexander et al., Phys. Rev. B, 60, p. 8422 (1999)」に記載されている。また、この材料のＣａをＬａまたはＳｒで一部置換することによりＴMIと抵抗率が下がることが、「G. Cao, et al., Phys. Rev. B, 61, p. 5053 (2000)」に記載されている。本願発明者は、Ｃａ2ＲｕＯ4 系の薄膜では初めて、室温以上で金属−絶縁体相転移を発現させることに成功し、赤外線撮像素子に適用することを可能とした。
【００２５】
層状ペロブスカイト構造を持つＣａ2-xＲｕＯ4-dにおいて実験した結果、金属−絶縁体相転移を得るには、以下の条件が必要であることがわかった。
【００２６】
(1) 下地層がＳｒＴｉＯ3 やＮｄＧａＯ3 では金属−絶縁体相転移が得られ難く、ＬａＡｌＯ3 下地層上では金属−絶縁体相転移が得られやすい。
【００２７】
(2) まず非晶質膜を形成した後に、熱処理によって所望の結晶構造を得ることが必要である。
【００２８】
(3) 所望の結晶構造を得る熱処理は、９９０℃〜１０５０℃の温度範囲で、不活性ガスと０．０５％以上１％未満の酸素ガスとの混合雰囲気中で熱処理することが必要である。
【００２９】
(4) 上述の熱処理の前に、７００〜８００℃、酸素ガス雰囲気中で１０時間以上の熱処理をすることが望ましい。
【００３０】
(5) Ｃａ2ＲｕＯ4は、転移温度がＴMI＝３５７Ｋと比較的高い。ＴMIを少し下げた方が素子保持温度を室温に近付けることができ、使いやすくコストが下がる。ＴMIを下げるには、Ｃａの一部を欠損させることが有効であることがわかった。その欠損量ｘは、０＜ｘ＜０．３２が適当である。Ｃａを欠損させることでＴMIを下げることは、新たな元素Ｓｒを導入せずにＴMIを調節できるという利点がある。
【００３１】
上述した２種類のボロメータ材料において、所望の結晶構造を得て金属−絶縁体相転移を得るには、４５０℃以上の高温プロセスが必要であり、従来の赤外線撮像素子の製造方法では作製することができなかった。本実施形態では、半導体基板上にトランジスタや金属配線からなるＲＯＩＣ(Read Out Integrated Circuit）を形成する前にボロメータ薄膜を形成する製造方法を採用し、これらの材料が持つ高い性能を利用できるようになった。
【００３２】
また、上述した２種類の材料において、金属−絶縁体相転移を得るには、下地層の選択が重要である。そこで、半導体基板（Ｓｉ基板）上にまずバッファ層を形成し、その後にボロメータ薄膜を形成することが望ましい。また、バッファ層を以下のように２層構造とすることが望ましい。
【００３３】
第１層目には、シリコン基板上にエピタキシャル成長した酸化物薄膜を用いることが望ましい。結晶構造は、ペロブスカイト型、螢石型或いはＣ型希土類構造であることが望ましい。また、第２層目のバッファ層とある程度格子整合していることが望ましく、その格子不整合は±１０％以内が望ましい。例えば、第１層目のバッファ層として、Ｓｉ（１００）基板上にエピタキシャル成長した、ＳｒＴｉＯ3（１００）配向膜、ＣｅＯ2（１００）配向膜、ＲＥ2Ｏ3（１００）配向膜（ただし、ＲＥは３価の希土類元素又はＹ）等があげられる。
【００３４】
第２層目のバッファ層は、第１層目のバッファ層上にエピタキシャル成長した酸化物薄膜を用いることが望ましい。結晶構造は、ペロブスカイト類縁のものであることが望ましい。また、ボロメータ薄膜と格子整合がよいことが望ましく、その格子不整合は±２．５％以内が望ましい。例えば、ＬａＡｌＯ3膜があげられる。また、厚さは、第１層目のバッファ層の格子定数の影響を受けずに本来の格子定数が得られる程度に厚いことが望ましく、５０ｎｍ以上（より望ましくは１００ｎｍ以上）であることが望ましい。
【００３５】
本実施形態では、Ｓｉ（１００）基板上のバッファ層として、まずＳｒＴｉＯ3（１００）配向膜をエピタキシャル成長し、次にＬａＡｌＯ3（１００）配向膜をエピタキシャル成長する。Ｓｉ（１００）基板上にＳｒＴｉＯ3 を直接エピタキシャル成長する技術は、例えば、「R. A. Mckee et al., Phys. Rev. Lett. 81, p. 3014 (1998)」に記載されている。ＳｒＴｉＯ3（１００）配向膜は、Ｓｉ上にペロブスカイト酸化物をエピタキシャル成長させるためのシード層として機能する。そのため、厚さは３単位胞以上あればよく、典型的には２ｎｍである。ＬａＡｌＯ3（１００）配向膜は、ボロメータ薄膜との格子不整合が適当な値になるように、表面の格子定数がバルクに近い値まで緩和している必要がある。このような観点から、ＬａＡｌＯ3（１００）配向膜の厚さは５０ｎｍ以上が望ましく、典型的には１００ｎｍである。
【００３６】
赤外線撮像素子の信号読み出しにおいては、パルス電流をボロメータ薄膜に流して抵抗を測定するが、ボロメータ薄膜の保持温度をＴs として、読み出し電流による自己加熱温度ｄＴs が３〜７０Ｋに及ぶ（典型的には１０〜２０Ｋ）。これに対して、入射赤外線による温度上昇ｄＴIRはｍＫのオーダーである。金属−絶縁体相転移においては、後述する図１１に例示するように、ＴＣＲが温度依存性を持っており、ＴＣＲの絶対値が大きくなる温度範囲が狭い。したがって、高感度の動作を行うためには、ＴＣＲの絶対値が極大（最大）となる温度Ｔp が、Ｔs からＴs＋ｄＴs の間に入っていることが必要であり、さらにはＴs からＴs＋ｄＴs の中点程度、或いはＴp がＴs よりもＴs＋ｄＴs に若干近い方が望ましい。そのため、このような条件を満たすように、読み出し電流パルス幅の調整を、素子毎或いは素子内の行毎に行うことが望ましい。素子内に入射赤外線を感じない画素（無感度画素）を設け、無感度画素内のボロメータの抵抗変化を検出し、その検出パルスに基づいて通常画素における読み出しパルス幅を決定することにより、常にＴＣＲの絶対値が極大となる温度Ｔp 付近で検出動作を行うことができ、高感度の撮像素子を実現することができる。
【００３７】
赤外線撮像素子において高感度の検出を行うためには、パルス電流は１０〜１００μＡ、検出パルスによって発生する電圧は１〜１０Ｖが望ましい。従って、１画素のボロメータ薄膜の抵抗値は１０〜１００ｋΩが望ましい。一方、後述する図１１に示すように、Ｓｍ1-xＡxＮｉyＯ3-d の抵抗率は、５×１０-4〜５×１０-3Ωｃｍ程度である。ボロメータ薄膜の厚さは３０〜２００ｎｍの範囲が適当であるが、典型的には５０ｎｍである。以上の値から、ボロメータ薄膜の長さ／幅の比が１０〜１０００となるよう、後述する図３に示すように、ボロメータ薄膜をメアンダ(meander)形状に加工することが望ましい。後述する例では、長さ／幅＝４７程度である。また、図１７に示したＣａ2-xＳｒxＲｕＯ4-dの例では、抵抗率は４×１０-3〜１×１０-2Ωｃｍ程度である。ボロメータ薄膜の厚さは３０〜２００ｎｍの範囲が適当であるが、典型的には８０ｎｍである。以上の値から、ボロメータの長さ／幅の比が８〜２００になるよう、ボロメータ薄膜をメアンダ形状に加工することが望ましい。
【００３８】
以下、本発明の具体的な実施形態を図面を参照して説明する。
【００３９】
図１は、本実施形態に係る非冷却の赤外線撮像素子の等価回路を示したものであり、各画素部はボロメータ薄膜を用いた検出部（感熱部）４１とＭＩＳトランジスタ（スイッチング素子）４２とを有している。行方向に配列した各トランジスタ４２のゲートには共通の選択線４３が接続され、列方向に配列した各トランジスタ４２のドレインには共通の読み出し線４４が接続されている。
【００４０】
図２は、赤外線撮像素子の画素部の断面構成を示したものである。
【００４１】
図２に示した例では、支持基板となるシリコン基板（半導体基板）１１上に絶縁層１２を介してシリコン層（半導体層）１３が形成された、いわゆるＳＯＩ基板を用いている。シリコン層（半導体層）１３上には絶縁層であるバッファ層１４を介してボロメータ薄膜１５が形成されている。ボロメータ薄膜１５には、すでに述べた材料、すなわちＳｍ1-xＡxＮｉyＯ3-d 、Ｃａ2-xＳｒxＲｕＯ4-d或いはＣａ2-xＲｕＯ4-dが用いられる。バッファ層１４には、ＳｒＴｉＯ3とＬａＡｌＯ3の積層膜を用いる。
【００４２】
ボロメータ薄膜１５の下方には、シリコン基板１１の一部を除去した空洞１６が形成されている。これは、ボロメータ薄膜１５を熱的に分離するためである。シリコン層１３には、ＭＩＳトランジスタ部（ＭＩＳトランジスタ形成領域）１７が設けられている。ボロメータ薄膜１５の一端には金属配線（例えばＡｌ配線）１８が接続されており、この金属配線１８によりボロメータ薄膜１５とＭＩＳトランジスタ１７部のソースとが接続されている。ボロメータ薄膜１５の他端は、金属配線１８を介して接地されている。
【００４３】
図２に示すように、金属配線１８はボロメータ薄膜１５の上面でコンタクトするように形成されている。すなわち、ボロメータ薄膜１５は金属配線を形成する前に形成される。そのため、ボロメータ薄膜は、従来のように金属配線の段差等の上に形成されることはなく、バッファ層１４の平坦面上に形成される。したがって、段差等に起因してボロメータ薄膜に結晶の乱れや粒界等が生じることがなく、ノイズの発生や特性の劣化を防止することができる。
【００４４】
図３は、図２に示したような基本構造を有する赤外線撮像素子について、その画素部の平面構成を示したものである。
【００４５】
図３において、２１はＳＯＩ基板、２２は空洞パターン、２３はメアンダ形状のボロメータ薄膜パターン、２４はＭＩＳトランジスタ部（ＭＩＳトランジスタ形成領域）、２５〜２８は各種配線を示している。配線２６はボロメータ薄膜２３の一端とＭＩＳトランジスタ２４のソースとを接続するもの、配線２５はボロメータ薄膜２３の他端を接地するためのもの、配線２７は選択線に対応しＭＩＳトランジスタ２４のゲートに接続されたもの、配線２８は読み出し線に対応しＭＩＳトランジスタ２４のドレインに接続されたものである。
【００４６】
なお、１画素の大きさは、例えば５０μｍ×５０μｍ〜１５μｍ×１５μｍ程度である。チップ面積を小さくした方がコストダウンにつながることと、高分解能・多画素の需要が増えていることから、１画素の大きさは１５μｍ×１５μｍ程度が望ましい。検出する赤外線の波長が８〜１４μｍ程度であるため、回折限界の点から画素ピッチを１０μｍ以下にすることは意味が無い。また、画素数は、例えば３２０×２４０であり、高分解能を要求される用途では６４０×４８０である。
【００４７】
また、図３に示すようにボロメータ薄膜の部分（検出部）とトランジスタ部とを隣り合わせて形成すると、画素面積に対する検出部の面積の割合（開口率）が小さくなる。図３の例では開口率は２５％程度である。開口率が低下すると感度は低下する。これを補うためには、画素毎に基板の上方に傘構造の赤外線吸収部を形成することが有効である。これについては、例えば特許第3040356号に記載されている。この技術を用いれば開口率を９０％以上（１００％近く）まで上げられ、高感度の赤外線撮像素子が得られる。
【００４８】
図４は、図２に示した赤外線撮像素子の製造方法を示したものである。
【００４９】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１１、絶縁膜１２及びシリコン層１３からなるＳＯＩ基板上に、バッファ層１４（ＳｒＴｉＯ3／ＬａＡｌＯ3の積層膜）をエピタキシャル成長させる。続いて、バッファ層１４上にボロメータ薄膜１５（Ｓｍ1-xＡxＮｉyＯ3-d 、Ｃａ2-xＳｒxＲｕＯ4-d或いはＣａ2-xＲｕＯ4-dを用いる）をすでに述べたような高温プロセスによって形成する。
【００５０】
次に、図４（ｂ）に示すように、ボロメータ薄膜１５及びバッファ層１４を必要な形状に加工する。その後、シリコン層１３にトランジスタ部１７を形成し、さらに金属配線（例えばＡｌ配線）１８を形成する。この金属配線１８により、ボロメータ薄膜１５とトランジスタ部１７とが接続される。
【００５１】
次に、図４（ｃ）に示すように、異方性エッチングによりシリコン基板１１の一部を除去し、ボロメータ薄膜１５のパターンを内包するパターンからなる空洞１６を形成する。このとき絶縁層１２がエッチングのストッパーとして働く。
【００５２】
本実施形態では、すでに述べたようにボロメータ薄膜１５を高温プロセスで形成するが、このボロメータ薄膜１５はトランジスタ部１７及び金属配線１８よりも前に形成される。そのため、トランジスタ部１７及び金属配線１８は。ボロメータ薄膜１５を形成する際の高温に晒されない。したがって、従来のように金属配線が劣化したりトランジスタ特性が劣化したりすることなく、性能に優れた赤外線撮像装置を作製することができる。
【００５３】
図５は、本発明の実施形態に係る赤外線撮像素子の他の構成例を示したものである。基本的にはすでに説明したものと同様であるが、本例ではＳＯＩ基板の代わりに通常のバルクＳｉ基板１０を用いている。また、本例では、バッファ層１４を空洞１６を異方性エッチングによって形成する際のエッチングストッパーとして用いている。異方性エッチングには、Tetra-Methyl-Ammonium-Hydroxide等をエッチャントとしたウェットエッチングを用いる。バッファ層１４をエッチングストッパーとして用いる場合、中空構造を支えるために厚いバッファ層が必要である。そのため、バッファ層１４の厚さは、０．５μｍ程度以上、典型的には０．８μｍ程度とする。
【００５４】
このように、図４に示した例では、バッファ層１４をエッチングストッパーとして用いるため、ＳＯＩ基板よりも安価な通常のバルクＳｉ基板を用いることができ、製造コストを低減することができる。
【００５５】
図６は、本発明の実施形態に係る赤外線撮像素子のさらに他の構成例を示したものである。基本的にはすでに説明したものと同様であるが、本例でもＳＯＩ基板の代わりに通常のバルクＳｉ基板１０を用いている。また、本例では、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）等を用いたエッチングストップ層１９を設け、このエッチングストップ層１９とバッファ層１４をエッチングのストッパーとして用い、等方性エッチングによって空洞１６を形成している。等方性エッチングは、エッチングガスにＸｅＦ2 等を用いたドライエッチングによって行う。
【００５６】
また、ＳＯＮ(Silicon on Nothing)を用いる方法もある。ＳＯＮ基板を作製する方法は、「水島一郎、他、応用物理 2000年10月号 p. 1187 」に記載されている。バルクＳｉ基板にトレンチを形成し、水素雰囲気中１１００℃程度で熱処理することにより、Ｓｉ基板内部に板状の空隙(Empty Space in Silicon, ESSと略記)を形成することができる。これを利用して中空構造（空洞）を形成することも可能である。
【００５７】
次に、本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置の駆動方法の一例について、図７〜図９を用いて説明する。図７は駆動回路等の周辺回路を含んだ赤外線撮像装置の構成例を示した図、図８は図７に示した回路の各部の信号波形を示した図、図９は赤外線撮像装置の駆動原理を示した図である。なお、図８の横軸は時間経過を、縦軸は各部の電圧を示している。
【００５８】
まず、読み出しパルス幅の最適化について、図９を用いて説明する。すなわち、赤外線照射による温度変化に起因してボロメータ薄膜の抵抗が変化するが、その抵抗変化に基づく検出信号を読み出す際の、読み出しパルス幅の最適化について説明する。なお、パルス幅は、典型的には１０〜１００μ秒程度である。
【００５９】
図９（ａ）はボロメータ薄膜に流す読み出し電流を、図９（ｂ）は読み出し電流によって生じるボロメータ薄膜の電圧変化を、図９（ｃ）は読み出し電流によって生じるボロメータ薄膜の温度変化を模式的に示した図である。
【００６０】
ボロメータ薄膜に電流を流すと、自己加熱によってボロメータ薄膜の温度（ｃ）は徐々に上昇する。ＴＣＲ＜０のボロメータ薄膜を用いると、ボロメータ薄膜両端間の電圧（ｂ）は温度上昇とともにしだいに低下する。図９（ｃ）の点線は、画素部に赤外線が連続的に入射してボロメータ薄膜の温度が上昇した場合を模式的に示している。赤外線による温度上昇分がｄＴIRである。ボロメータ薄膜の初期温度（保持温度）をＴs とし、読み出し電流パルスによる自己加熱に起因する温度上昇分をｄＴs とする。金属−絶縁体相転移においては、例えば後述する図１１に示すように、ＴＣＲが温度依存性を持っている。そのため、ＴＣＲの絶対値が極大となる温度Ｔp がＴs からＴs ＋ｄＴs の間の最適な位置になるよう、読み出し電流パルス幅を最適化することが望ましい。保持温度Ｔs は、読み出し電流の大きさとパルス幅、感熱部（検出部）の熱時定数、さらには外気温によっても変化する。また、ＴＣＲの極大温度Ｔp は、素子間において或いは素子内での位置に依存してばらつく場合がある。従って、素子毎或いは素子内の行毎に、読み出し電流パルス幅の調整を行うことが望ましい。以下、その具体的方法について説明する。
【００６１】
図７において、ボロメータ薄膜を用いた検出部４１及びＭＩＳトランジスタ４２を含んだ画素部、選択線４３及び読み出し線４４の基本的構成についてはすでに説明した通りであるが、本例では所定列に設けられた複数の画素部を無感度画素列（無感度画素群）４５としている。この無感度画素列は、当該列に配置された検出部４１に赤外線が入射しないように例えば金属反射板を設けることで、得ることができる。
【００６２】
トランジスタ４２は、行選択回路５１の出力ｂとコンパレータ５２の出力ａとの論理積（ＡＮＤ）ｃを出力するアンドゲート５３によって線順次に選択される。また、コンパレータ５２の出力はアンドゲート５４にも接続されている。各読み出し線４４の入力部には電流源５５が接続され、出力部にはトランジスタ５６が接続されている。トランジスタ５６の出力はトランジスタ５７及びキャパシタ５８さらにはトランジスタ５９に接続されている。トランジスタ５９は列選択回路６０からの制御信号によって順次選択される。
【００６３】
以下、図８に示したタイミングチャートを参照して、図７の回路動作を説明する。
【００６４】
まず、各トランジスタ５７にリセット信号Ｖres を印加する。これにより、各キャパシタ５８には、オン状態となった各トランジスタ５７を介して電源電圧Ｖd が充電される。無感度画素列に対応するキャパシタ５７の端子電圧Ｖobはコンパレータ５２のプラス端子に供給されているため、コンパレータ５２の出力ａはハイレベルになる。コンパレータ５２のマイナス端子には基準電圧Ｖc が供給されている。この基準電圧Ｖc は、アンドゲート５３から出力される読み出しパルスｃのパルス幅が最適化されるように、素子毎に予め決められている。
【００６５】
リセット信号Ｖres を供給してから一定時間経過した後、行選択回路５１から選択信号ｂがアンドゲート５３に供給され、またアンドゲート５４には選択信号Ｖg が供給される。アンドゲート５３からはコンパレータ５２の出力ａと選択信号ｂとのアンド信号（読み出しパルス）ｃが出力され、対応する行の各トランジスタ４２がオン状態となる。また、アンドゲート５４からはコンパレータ５２の出力ａと信号Ｖg とのアンド信号が出力され、各トランジスタ５６がオン状態となる。これにより、ボロメータ薄膜（検出部４１）には電流源５５からトランジスタ４２を介して電流が供給され、ボロメータ薄膜の一方の端子には電圧が生じ、その端子電圧はトランジスタ４２及び５６を介してキャパシタ５８に供給される。このとき、各検出部４１への赤外線の入射量に応じて、ボロメータ薄膜の端子電圧は変動する。ボロメータ薄膜の温度は自己加熱によってしだいに上昇するが、本例ではボロメータ薄膜のＴＣＲが負であるため、ボロメータ薄膜の端子電圧は温度上昇とともにしだいに低下する。そのため、無感度画素列に対応するトランジスタ５７の出力電圧Ｖobも時間とともにしだいに低下する。
【００６６】
電圧Ｖobが基準電圧Ｖc に等しくなると、コンパレータ５２の出力ａはハイレベルからロウレベルに移行する。これにより、アンドゲート５３及び５４の出力もハイレベルからロウレベルに移行するため、トランジスタ４２及び５６はオフ状態となり、検出部４１からの信号読み出しが終了する。このようにして、各キャパシタ５８には各検出部４１からの電圧信号に応じた電圧、すなわち各検出部４１への赤外線の入射量に応じた電圧が充電される。
【００６７】
選択信号ｂ及びＶg がロウレベルになった後、キャパシタ５８に充電されている電圧の外部への読み出しが開始される。すなわち、列選択回路６０からまず選択信号ｅが対応するトランジスタ５９に供給され、選択されたトランジスタ５９を介して対応するキャパシタ５８の充電電圧が読み出される。続いて、列選択回路６０から選択信号ｆが対応するトランジスタ５９に供給され、選択されたトランジスタ５９を介して対応するキャパシタ５８の充電電圧が読み出される。以下同様にして、１行分の各キャパシタ電圧が順次読み出される。
【００６８】
１行分のキャパシタ電圧の読み出しが終了すると、再びリセット信号Ｖres が各トランジスタ５７に印加され、上述した動作と同様にして、次の行に対する信号検出／読み出し動作が行われる。以後、同様にして、順次各行の信号検出／読み出し動作が実行される。
【００６９】
このように、本実施形態では、ボロメータ薄膜の特性のばらつき等によりＴＣＲの絶対値が最大（極大）となる温度が素子間或いは行間でばらつく場合でも、素子毎にコンパレータ５２の基準電圧Ｖc を設定して読み出しパルス幅を最適化することで、ボロメータ薄膜のＴＣＲの絶対値が最大（極大）となる温度近傍で赤外線検出動作を行うことができる。したがって、ＴＣＲの絶対値が大きくなる温度範囲が狭いボロメータ薄膜材料を用いても、確実に高精度の赤外線検出を行うことができる。
【００７０】
以下、本実施形態の具体的な実施例を説明する。
【００７１】
（実施例１）
Ｓｍ1-xＡxＮｉyＯ3-d 薄膜を分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法によって作製した場合の例を説明する。
【００７２】
図１０は、分子線エピタキシー装置の構成を模式的に示した図である。
【００７３】
図１０に示すように、真空容器８１はクライオポンプによって排気される。真空容器８１内には基板ホルダ８２が設けられており、この基板ホルダ８２に基板８３が設置される。また、この基板ホルダ８２は、ヒーター８４によって加熱される。
【００７４】
基板８３に対向するように複数のクヌーセンセル８５が設けられており、各クヌーセンセル８５の開口部にはセルシャッター８６が設けられている。各クヌーセンセル８５には、以下の実施例において成膜される薄膜の構成元素である、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｍ、Ｎｉ、Ｂｉ及びＮｄが充填されている。また、酸化物薄膜を得るために必要な酸化反応を起こすために、オゾン発生器８７で発生させた純オゾンガス（Ｏ3 ガス）をノズル８８から噴出して基板８３に供給するようになっている。Ｓｍ1-xＡxＮｉyＯ3-d 薄膜を製造するためにはＮｉ3+を作る必要があり、強い酸化条件が必要である。本実施例では、非常に酸化力の強い純オゾンガス用いたことにより、Ｎｉ3+を作ることに成功した。また、本実施例では、実験に用いた成膜中の基板温度は５００〜７５０℃である。成膜後２００℃まで冷却する過程においても、オゾンガスを供給し続け、十分に酸化を行った。
【００７５】
まず、ＳｍＮｉyＯ3-d 単一相薄膜が得られる成膜条件を探した。Ｘ線回折の結果、基板温度５００℃では所望の結晶構造ができず非晶質であった。基板温度５５０〜７５０℃にてエピタキシャル成長した場合には、ＳｍＮｉyＯ3-d 単一相薄膜が形成されていることが確認された。この基板温度範囲において、ＬａＡｌＯ3 単結晶基板（１００）面を用いた場合には、金属−絶縁体相転移が生じ、その結果大きな｜ＴＣＲ｜値が得られた。
【００７６】
図１１は、典型的な試料について、その抵抗率の温度依存性（ａ）とＴＣＲの温度依存性（ｂ）を示したものである。なお、図１１（ａ）の縦軸は、抵抗率の常用対数をとったものである。この試料では、約４１０Ｋで金属−絶縁体相転移が起きている。ＴＣＲの絶対値は、最大６％／Ｋを越え、高い値が得られている。この値は従来のバナジウム酸化物の２倍以上である。
【００７７】
図１２は、ＬａＡｌＯ3 基板を用いた場合のＴＣＲ値の基板温度依存性を示したものである。基板温度５５０〜７５０℃にて｜ＴＣＲ｜が３％／Ｋを越えることがわかった。ここでは、金属−絶縁体相転移近傍で最も絶対値が大きかった温度でのＴＣＲ値を示している。
【００７８】
次に、成膜中の基板に供給するオゾンガス量に対する依存性を調べた。図１３は、ＬａＡｌＯ3 基板を用いた場合のＴＣＲ値の、Ｏ3 分子フラックス／Ｎｉフラックスに対する依存性を示したものである。Ｏ3 分子フラックスがＮｉフラックスの３０倍以上である時に｜ＴＣＲ｜が３％／Ｋを越えることがわかった。この時の基板上でのＯ3 分子フラックスは、１．７〜２．２×１０-5 mol・sec-1・m-2であった。酸化の方法としては、本例で用いたオゾンガスの他に、高周波放電や電子サイクロトロン共鳴によって酸素プラズマを発生し、この酸素プラズマによって酸化を行う方法などもある。この場合は、活性酸素フラックスがＮｉフラックスの３０倍以上である時に高い｜ＴＣＲ｜が得られる。
【００７９】
なお、基板にＳｒＴｉＯ3 やＮｄＧａＯ3 を用いた場合は、金属−絶縁体相転移は得られず、｜ＴＣＲ｜は小さかった。これらの基板上に下地層としてＬａＡｌＯ3 膜をＭＢＥ法で１００ｎｍ程度堆積した場合には、ＬａＡｌＯ3 単結晶基板を用いた場合と同様に高い｜ＴＣＲ｜値が得られた。
【００８０】
ペロブスカイト構造のＡサイトとＢサイトの組成比は本来は１であるが、薄膜を作製するとしばしばストイキオメトリの１からずれる。その影響を調べた。図１４は、ＴＣＲのＮｉ／Ｓｍ組成比依存性を示したものである。Ｎｉ／Ｓｍ組成比が０．９以下になると、｜ＴＣＲ｜が低下してしまう。｜ＴＣＲ｜が３％／Ｋを越えるには、Ｓｍ1-xＡxＮｉyＯ3-d において０．９＜ｙが必要であることがわかった。
【００８１】
Ｓｍの一部をＢｉで置換することのＴMIに与える影響を調べた。実験の結果、Ｓｍ1-xＢｉxＮｉyＯ3-d において、Ｂｉ置換量ｘに依存してＴMIは、
ＴMI（Ｋ）＝−１１７０ｘ＋４０３
で近似的に表されることがわかった。非冷却センサーであるためには、ＴMI＞３００Ｋである必要がある。そのためには、ｘは０．０９未満である必要がある。素子を日常的に最も使いやすい温度Ｔs ＝３００Ｋに保持して使うことを想定し、画素の自己加熱を考えると、３２０Ｋ≦ＴMI≦３５０Ｋが望ましい。従って、０．０４５≦ｘ≦０．０７１が望ましい。
【００８２】
なお、本実施例における分子線エピタキシー法ではクヌーセンセルを原料元素の供給源としているが、電子銃で加熱された坩堝等を分子線供給の手段として用いることも可能である。また、有機金属の分子線をクヌーセンセル若しくはガスソースノズルから供給する方法によっても、薄膜を成長させることができる。また、本実施例では、薄膜を分子線エピタキシー法によって製造したが、スパッタ法やレーザーアブレーション法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）などによっても製造することができる。特に、有機金属ＣＶＤ法は、量産に適していることから望ましい。
【００８３】
（実施例２）
Ｃａ2ＲｕＯ4薄膜を、ＲＦスパッタリング法により作製した場合の例を以下に示す。
【００８４】
直径４インチのＣａ2ＲｕＯ4焼結体ターゲットを用い、ＲＦパワーを６０Ｗとした。スパッタガスは、Ａｒ９０％+Ｏ2 １０％の混合ガスであり、流量は３３sccm、全圧は１Ｐａとした。また、基板温度は室温とした。
【００８５】
基板には、ＳｒＴｉＯ3 単結晶基板（１００）面、ＮｄＧａＯ3 単結晶基板（００１）面、ＬａＡｌＯ3 単結晶基板（１００）面の３種を用いた。その結果、ＬａＡｌＯ3 基板を用い、かつ成膜後に９７５℃以上の温度でアニールした場合にのみ、所望のＫ2ＮｉＦ4型結晶構造を持つＣａ2ＲｕＯ4が得られた。
【００８６】
図１５は、Ｘ線回折のＣａ2ＲｕＯ4 （００２）ピーク強度の熱処理温度依存性を示したものである。９９０℃以上１０５０℃以下の温度で熱処理すると、結晶性の良いＣａ2ＲｕＯ4 が得られることがわかった。１０５０℃以上の温度で熱処理すると、不純物相としてＣａ3Ｒｕ2Ｏ7 が混じる。９９０℃未満の温度で熱処理すると、不純物相のＣａＲｕＯ3 の量が大きくなってくる。９９０℃以上１０５０℃以下の温度で熱処理した場合に、金属−絶縁体相転移が得られた。なお、図１５は、窒素ガス９９．５％と酸素ガス０．５％の混合ガス中で熱処理した場合である。
【００８７】
図１６は、Ｘ線回折のＣａ2ＲｕＯ4 （００２）ピーク強度の熱処理時酸素分圧に対する依存性を示したものである。酸素濃度が０．０５〜１％の場合に、結晶性の良いＣａ2ＲｕＯ4 が得られた。抵抗の温度依存性を測定した結果、酸素濃度が０．０５％と０．５％の場合は金属−絶縁体相転移が得られたが、酸素濃度が１％の場合は金属−絶縁体相転移が得られなかった。従って、酸素濃度は０．０５％以上１％未満が適当である。なお、図１６は、熱処理温度を１０１０℃とした場合である。
【００８８】
図１７は、典型的な試料の抵抗率の温度依存性（ａ）とＴＣＲの温度依存性（ｂ）を示したものである。なお、図１７（ａ）の縦軸は、抵抗率の常用対数をとったものである。この試料では、約２４８Ｋで金属−絶縁体相転移が起きている。この試料は、所望の結晶構造を得るための熱処理を、０．５％酸素濃度雰囲気中、１０１０℃で、３０分間行ったものである。この試料を化学分析した結果、Ｃａ／Ｒｕ原子比が１．３９２であった。Ｃａが欠乏しているためにＴMIが低くなった。
【００８９】
また、ＴMIを下げるためには、Ｃａの一部を欠損させることが有効であることを初めて見出した。Ｃａ2-xＲｕＯ4-d において、ｘに依存してＴMIは、以下の式
ＴMI（Ｋ）＝−１７９ｘ＋３５７
で近似的に表されることがわかった。非冷却センサーであるためには、ＴMI＞３００Ｋである必要がある。そのためには、欠損量ｘは０．３２未満である必要がある。素子を日常的に最も使いやすい温度Ｔs＝３００Ｋに保持して使うことを想定し、画素の自己加熱を考えると、３２０Ｋ≦ＴMI≦３５０Ｋが望ましい。従って、０．０４≦ｘ≦０．２１が望ましい。
【００９０】
所望の結晶構造を得るための熱処理を行う以前のプロセス及び試料状態が、不純物相のＣａＲｕＯ3 の量を減らして特性を向上するために重要である。結晶性の良いＣａ2ＲｕＯ4 を得て金属−絶縁体相転移を生じさせるためには、スパッタ成膜した直後は非晶質であることが望ましく、そのためにスパッタ成膜時に基板は加熱せずに室温に置くことが望ましい。基板加熱してスパッタ成膜すると、最終的に不純物相のＣａＲｕＯ3 の量が大きくなって特性が悪い。また、スパッタ成膜後に低温アニールをすると、不純物相のＣａＲｕＯ3 の量が少なくなり、Ｃａ2ＲｕＯ4 の結晶性が良くなり、はっきりとした金属−絶縁体相転移を得ることができる。この低温アニールは、７００〜８００℃において、１００％酸素ガス雰囲気中で、１０時間以上行うことが望ましい。アニール時間が３時間程度と短い場合には効果がほとんど無く、アニール時間が２４時間程度の場合には十分な効果が得られる。
【００９１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、特性に優れたボロメータ薄膜を得ることができ、赤外線撮像装置の高性能化をはかることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置の等価回路を示した図。
【図２】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置の画素部の断面構成を示した図。
【図３】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置の画素部の平面構成を示した図。
【図４】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置の製造方法を示した図。
【図５】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置の変形例について画素部の断面構成を示した図。
【図６】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置の変形例について画素部の断面構成を示した図。
【図７】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置全体の回路構成を示した図。
【図８】図７に示した回路の各部の信号波形を示した図。
【図９】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置の駆動原理について示した図。
【図１０】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置の製造に用いる分子線エピタキシー装置の構成を模式的に示した図。
【図１１】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置のボロメータ薄膜について、抵抗率の温度依存性及びＴＣＲの温度依存性を示した図。
【図１２】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置のボロメータ薄膜について、ＬａＡｌＯ3 基板を用いた場合のＴＣＲの基板温度依存性を示した図。
【図１３】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置のボロメータ薄膜について、ＴＣＲのＯ3 ／Ｎｉ供給比依存性を示した図。
【図１４】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置のボロメータ薄膜について、ＴＣＲのＮｉ／Ｓｍ組成比依存性を示した図。
【図１５】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置のボロメータ薄膜について、ＸＲＤ強度のアニール温度依存性を示した図。
【図１６】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置のボロメータ薄膜について、ＸＲＤ強度の酸素分圧依存性を示した図。
【図１７】本発明の実施形態に係る赤外線撮像装置のボロメータ薄膜について、抵抗率の温度依存性及びＴＣＲの温度依存性を示した図。
【符号の説明】
１０、１１…シリコン基板
１２…絶縁層
１３…シリコン層
１４…バッファ層
１５…ボロメータ薄膜
１６…空洞
１７、２４…ＭＩＳトランジスタ部
１８…金属配線
１９…エッチングストップ層
２１…ＳＯＩ基板
２２…空洞パターン
２３…ボロメータ薄膜パターン
２５、２６、２７、２８…配線
４１…検出部
４２…ＭＩＳトランジスタ
４３…選択線
４４…読み出し線
４５…無感度画素列
５１…行選択回路
５２…コンパレータ
５３、５４…アンドゲート
５５…電流源
５６、５７、５９…トランジスタ
５８…キャパシタ
６０…列選択回路
８１…真空容器
８２…基板ホルダ
８３…基板
８４…ヒーター
８５…クヌーセンセル
８６…セルシャッター
８７…オゾン発生器
８８…ノズル
【図１】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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