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技術 マイクロボロメータ用途のための遷移金属酸化物ドープバナジウムターゲットを有するV(MO)Ox活物質およびその方法

出願人 アセルサン・エレクトロニク・サナイ・ヴェ・ティジャレット・アノニム・シルケティ
発明者 オザーチェリク
出願日 2018年5月17日 (3年3ヶ月経過) 出願番号 2020-518774
公開日 2021年2月18日 (6ヶ月経過) 公開番号 2021-505756
状態 未査定
技術分野 物理蒸着
主要キーワード ノイズパラメータ センシング材料 TCR値 マイクロボロメータ 金属ドープ 堆積厚 性能パラメータ ノイズ性能
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この項目の情報は公開日時点(2021年2月18日)のものです。
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図面 (2)

課題・解決手段

遷移金属酸化物の1つがドープされたバナジウムターゲットを備える、ボロメータ用途に適した活物質ボロメータ薄膜)であって、ここで活物質はV(MO)Oxで表され、遷移金属酸化物(MO)はWO3、Nb2O5、TiO2、HfOであり、およびその製造方法である。こうして、活物質の安定性性能パラメータが向上する。この技術は、様々なターゲットおよび金属相ドープタゲットからの堆積を実行する従来技術の他の方法よりも、均一性および性能特性に関して優れた優位性を提供する。

概要

背景

酸化バナジウム(VOx)は、マイクロボロメータ用途のセンシング材料として使用されている。VOx薄膜は、抵抗率が低い、抵抗率の負の温度係数(TCR)が高い、電気ノイズレベルが低いなどの、良好なボロメータ特性を有する。マイクロボロメータ検出器ノイズ性能を決定する最も重要なパラメータは、使用される活物質のボロメータ特性である。これらの特性において、TCRとノイズレベルは、活物質の使いやすさを示す基本的な要素である。現在の技術では、高いTCRと低い電気ノイズレベルを有する活物質を開発することには、いくつかの困難がある。

文献研究において、様々なターゲットまたは金属ドープターゲットを形成する堆積法が活物質堆積技術として使用されている。この状況は膜の均一性に悪影響を及ぼすと同時に、ドープされた金属の量と酸化プロセスの制御が難しくなる。したがって、製造方法の複雑さゆえに、VOx製造の再現は困難である。微細加工技術で製造された物質には、いくつかの非互換性もある。

US6489613B1
特許文献1は、VOxで表される酸化バナジウムを有するボロメータ用の酸化物薄膜を開示している。ここで、xは1.5<=x<=2.0を満たし、酸化バナジウム中のバナジウムイオンの一部は金属イオンMで置き換えられ、ここで、金属イオンMは少なくともクロム(Cr)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、マンガン(Mn)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)およびチタン(Ti)のいずれか一つである。また、上記で定義されたボロメータ薄膜を有する赤外線検出器が提供されている。

特許文献2は、VOx材料のそれぞれの部分を形成するバナジウムおよび酸素を備えるVOx材料を開示している。ここで、xは、0.005〜0.05の抵抗温度係数(TCR)を決定するために選択された値である。VOx材料の特性は、イオンビームスパッタ蒸着環境で特定のパラメータを制御することによって変更または修正され得る。このプロセスは、低温プロセス(100℃未満)である。

概要

遷移金属酸化物の1つがドープされたバナジウムターゲットを備える、ボロメータ用途に適した活物質(ボロメータ薄膜)であって、ここで活物質はV(MO)Oxで表され、遷移金属酸化物(MO)はWO3、Nb2O5、TiO2、HfOであり、およびその製造方法である。こうして、活物質の安定性性能パラメータが向上する。この技術は、様々なターゲットおよび金属相ドープタゲットからの堆積を実行する従来技術の他の方法よりも、均一性および性能特性に関して優れた優位性を提供する。

目的

米国特許第6489613号
米国特許第6322670号






従来技術の文献はいずれも、遷移金属酸化物でドープされた安定活性バナジウム材料、ならびに高い均一性および性能特性、またCMOS互換性を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

遷移金属酸化物の1つがドープされたバナジウムターゲットを備える、ボロメータ用途に適した薄膜であって、前記薄膜はV(MO)Oxで表され、遷移金属酸化物(MO)はWO3、Nb2O5、TiO2、HfOである、薄膜。

請求項2

前記遷移金属酸化物(MO)は、1〜20%の範囲である、請求項1に記載の薄膜。

請求項3

前記薄膜の堆積厚さは、50〜300nmの範囲である、請求項1に記載の薄膜。

請求項4

前記薄膜は、2〜3.5%K−1のTCR値を有する、請求項1に記載の薄膜。

請求項5

前記薄膜は、10−14〜10−13の範囲のノイズパラメータを有する、請求項1に記載の薄膜。

請求項6

前記xは、1.7〜2.5の範囲である、請求項1に記載の薄膜。

請求項7

ボロメータ用途に適した薄膜製造方法であって、バナジウムターゲットを提供するステップと、WO3、Nb2O5、TiO2、HfOである遷移金属酸化物のうちの1つを用いてバナジウムターゲットを堆積するステップと、を備える、薄膜製造方法。

請求項8

前記堆積は、DC、パルスDC、またはRFスパッタリング法を使用することによって得られる、請求項7に記載の薄膜製造方法。

請求項9

堆積圧は、1〜5mTorrの範囲である、請求項7に記載の薄膜製造方法。

請求項10

前記堆積は、1〜30%の反応ガス比からなる雰囲気で行われる、請求項7に記載の薄膜製造方法。

請求項11

前記反応ガスはO2である、請求項10に記載の薄膜製造方法。

請求項12

前記薄膜の堆積厚さは、50〜300nmの範囲である、請求項7に記載の薄膜製造方法。

請求項13

前記遷移金属酸化物は、1〜20%の範囲である、請求項7に記載の薄膜製造方法。

技術分野

0001

本発明は、マイクロボロメータ用途のための遷移金属酸化物(MO: WO3, Nb2O5, TiO2, HfO)をドープしたバナジウムターゲットを使用することによるV(MO)Ox活物質ボロメータ薄膜)およびその方法に関する。

背景技術

0002

酸化バナジウム(VOx)は、マイクロボロメータ用途のセンシング材料として使用されている。VOx薄膜は、抵抗率が低い、抵抗率の負の温度係数(TCR)が高い、電気ノイズレベルが低いなどの、良好なボロメータ特性を有する。マイクロボロメータ検出器ノイズ性能を決定する最も重要なパラメータは、使用される活物質のボロメータ特性である。これらの特性において、TCRとノイズレベルは、活物質の使いやすさを示す基本的な要素である。現在の技術では、高いTCRと低い電気ノイズレベルを有する活物質を開発することには、いくつかの困難がある。

0003

文献研究において、様々なターゲットまたは金属ドープターゲットを形成する堆積法が活物質堆積技術として使用されている。この状況は膜の均一性に悪影響を及ぼすと同時に、ドープされた金属の量と酸化プロセスの制御が難しくなる。したがって、製造方法の複雑さゆえに、VOx製造の再現は困難である。微細加工技術で製造された物質には、いくつかの非互換性もある。

0004

US6489613B1
特許文献1は、VOxで表される酸化バナジウムを有するボロメータ用の酸化物薄膜を開示している。ここで、xは1.5<=x<=2.0を満たし、酸化バナジウム中のバナジウムイオンの一部は金属イオンMで置き換えられ、ここで、金属イオンMは少なくともクロム(Cr)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、マンガン(Mn)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)およびチタン(Ti)のいずれか一つである。また、上記で定義されたボロメータ薄膜を有する赤外線検出器が提供されている。

0005

特許文献2は、VOx材料のそれぞれの部分を形成するバナジウムおよび酸素を備えるVOx材料を開示している。ここで、xは、0.005〜0.05の抵抗温度係数(TCR)を決定するために選択された値である。VOx材料の特性は、イオンビームスパッタ蒸着環境で特定のパラメータを制御することによって変更または修正され得る。このプロセスは、低温プロセス(100℃未満)である。

先行技術

0006

米国特許第6489613号
米国特許第6322670号

発明が解決しようとする課題

0007

従来技術の文献はいずれも、遷移金属酸化物でドープされた安定活性バナジウム材料、ならびに高い均一性および性能特性、またCMOS互換性を提供する製造方法を開示していない。したがって、高いTCRと低いノイズレベルを備えた高い安定性を有する活性バナジウム材料と、再現性、高い均一性、およびCMOS(相補型金属酸化膜半導体)互換性を有する製造方法と、を提供する必要がある。

0008

高性能マイクロボロメータを製造するためには、TCRが高くノイズレベルが低い材料を製造することに焦点を当てることが求められる。本発明の主な目的は、低い電気ノイズレベルと高いTCR(2.7より大きい)を有する薄膜を提供することにより、ボロメータデバイスの性能を改善することである。

0009

本発明の別の目的は、高い安定性を有する、マイクロボロメータ用途のための薄膜を提供することである。

0010

本発明のさらなる目的は、低温製造方法によって、CMOSと互換性のある薄膜を提供することである。前記薄膜は、熱処理なしですべての製造工程を適用することにより、CMOS互換性を向上させる。

0011

本発明の別の目的は、高い再現性、均一性および性能を有する製造方法を提供することである。この手法は、さまざまなターゲットおよび金属相ドープタゲットからの堆積を実行する文献における他の方法よりも、均一性および性能特性に関して優れた優位性をもたらす。

0012

上記の目的を達成するために、遷移金属酸化物の1つがドープされたバナジウムターゲットを備える、ボロメータ用途に適した薄膜が提供される。ここで、この薄膜はV(MO)Oxで表され、遷移金属酸化物(MO)は、WO3、Nb2O5、TiO2、HfOである。また、前記薄膜の製造方法は、バナジウムターゲットを提供するステップ、WO3、Nb2O5、TiO2、HfOである遷移金属酸化物のうちの1つをバナジウムターゲットに堆積させるステップを含むものが提供される。

図面の簡単な説明

0013

遷移金属酸化物ドープバナジウムターゲットを用いた活物質(薄膜)製造方法の図である。

実施例

0014

本発明によるV(MO)Oxとして表される薄膜は、前記xが1.7〜2.5の範囲である遷移金属酸化物の最も安定な相でドープされたバナジウムターゲットを使用することにより製造される。前記遷移金属酸化物(MO)は、WO3、Nb2O5、TiO2、HfOである。したがって、金属の代わりに、最も安定した酸化物相が薄膜にドープされる。これらの遷移金属酸化物の堆積により、ボロメータ特性と製品の安定性が向上し、熱処理なしですべての製造ステップを適用することにより、CMOSの互換性も向上する。薄膜のボロメータ特性は、TCRについて2〜3.5%K−1として得られ、ノイズパラメータは10−14〜10−13である。

0015

図1は、遷移金属酸化物をドープしたバナジウムターゲットを使用する薄膜製造方法の図を示す。薄膜の製造方法は以下の通り、
バナジウムターゲットを提供すること、
WO3、Nb2O5、TiO2、HfOである遷移金属酸化物のうちの1つでバナジウムターゲットを堆積すること、である。

0016

前記堆積は、堆積圧が1〜5mTorrの範囲である間に、DC、パルスDCまたはRFスパッタリング法を使用することによって得られる。堆積プロセスは、1〜30%の反応性ガス(つまり、O2/Ar)の比率で構成される雰囲気で実行される。薄膜の堆積厚さは、50〜300nmの範囲である。

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