JP2014196909A

JP2014196909A - 分光センサー及びその製造方法

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Publication number: JP2014196909A
Application number: JP2013071594A
Authority: JP
Inventors: 紀元中村; Norimoto Nakamura; 花岡　輝直; Terunao Hanaoka; 輝直花岡; 矢野　邦彦; Kunihiko Yano; 邦彦矢野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP6191196B2

Abstract

【課題】半導体プロセスにおいて製造でき、分光特性を向上可能な分光センサー及びその製造方法を提供すること。【解決手段】半導体基板に受光素子を形成する工程（ａ）と、半導体基板の上に角度制限フィルターを形成する工程（ｂ）と、角度制限フィルターの上に分光フィルターを形成する工程（ｃ）と、を含む。分光フィルターを形成する工程（ｃ）は、第３の透光膜を形成する工程（ｃ１）と、半導体基板に対する平面視で第３の透光膜と重なる位置に、第１の透光膜をリフトオフ法によって形成する工程（ｃ２）と、半導体基板に対する平面視で第３の透光膜と重なり且つ第１の透光膜とずれた位置に、第２の透光膜をリフトオフ法によって形成する工程（ｃ３）と、を含む。【選択図】図８

Description

本発明は、分光センサー及びその製造方法に関する。

医療や農業、環境等の分野では、対象物の診断や検査をするために分光センサーが用いられている。例えば、医療の分野では、へモグロビンの光吸収を利用して血中酸素飽和度を測定するパルスオキシメーターが用いられる。また、農業の分野では、糖分の光吸収を使用して果実の糖度を測定する糖度計が用いられる。

下記の特許文献１には、フォトセンサー部と、角度制限フィルターと、分光フィルターとを有する分光センサーが開示されている。上記角度制限フィルターは、フォトセンサー部の受光領域に対する入射光の入射角度を制限する。上記分光フィルターは、角度制限フィルターの上に設けられた傾斜構造体の上に、多層薄膜が形成されている。傾斜構造体はＣＭＰ法で形成されている。

特開２０１１−１８５６３４号公報

しかしながら、上述の分光センサーにおいては、傾斜構造体をＣＭＰ法によって正確な角度で形成することが容易でない場合があった。そのため、分光フィルターを形成することが容易でない場合があった。

本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明の幾つかの態様は、半導体プロセスにおいて製造でき、分光特性を向上可能な分光センサー及びその製造方法を提供することに関連している。

本発明の幾つかの態様において、分光センサーの製造方法は、半導体基板に受光素子を形成する工程（ａ）と、工程（ａ）の後に、半導体基板の上に角度制限フィルターを形成する工程（ｂ）と、工程（ｂ）の後に、角度制限フィルターの上に、第１の膜厚を有する第１の透光膜と、第１の膜厚と異なる第２の膜厚を有する第２の透光膜と、第３の膜厚を有する第３の透光膜と、を有する分光フィルターを形成する工程（ｃ）と、を含み、工程（ｃ）は、第３の透光膜を形成する工程（ｃ１）と、工程（ｃ１）の後に、半導体基板に対する平面視で第３の透光膜と重なる位置に、第１の透光膜をリフトオフ法によって形成する工程（ｃ２）と、工程（ｃ２）の後に、半導体基板に対する平面視で第３の透光膜と重なり且つ第１の透光膜とずれた位置に、第２の透光膜をリフトオフ法によって形成する工程（ｃ３）と、を含む。
この態様によれば、リフトオフ法を用いることにより、半導体プロセス技術を用いて、正確な膜厚で分光フィルターに含まれる透光膜を製造することができ、分光特性を向上できる。また、第３の透光膜を形成する工程（ｃ１）の後に、第３の透光膜と重なる位置に、第１の透光膜をリフトオフ法によって形成し（ｃ２）、第３の透光膜と重なり且つ第１の透光膜とずれた位置に、第２の透光膜をリフトオフ法によって形成する（ｃ３）ので、第３の透光膜をリフトオフしなくてもよい。従って、リフトオフされる透光膜の膜厚が薄くてよいので、レジストの厚みも薄くすることができる。

上述の態様において、工程（ｃ３）は、前記半導体基板に対する平面視で第１の透光膜から離れた位置に、前記第２の透光膜を形成してもよい。
これによれば、第１の透光膜から離れた位置に第２の透光膜を形成するので、リフトオフ法を用いて第２の透光膜を形成するためのレジストと、第１の透光膜との位置合わせ精度に対する要求を緩和できる。

上述の態様において、工程（ｃ３）は、前記半導体基板に対する平面視で第１の透光膜と一部重なる位置に、前記第２の透光膜を形成してもよい。
これによれば、第１の透光膜と一部重なる位置に第２の透光膜を形成するので、リフトオフ法を用いて第２の透光膜を形成するためのレジストと、第１の透光膜との位置合わせ精度に対する要求を緩和できる。

上述の態様において、工程（ｃ２）は、第４の膜厚を有し、半導体基板に対する平面視で第１の透光膜と重なって位置する第４の透光膜を形成することを含み、工程（ｃ３）は、第４の膜厚を有し、半導体基板に対する平面視で第２の透光膜と重なって位置する第５の透光膜を形成することを含むことが望ましい。
これによれば、第４の透光膜の形成を、第１の透光膜を形成するための工程と同一工程で行うことができ、及び第５の透光膜の形成を、第２の透光膜を形成するための工程と同一工程で行うことができる。従って、第１及び第２の透光膜を形成した後で、第４及び第５の透光膜を形成するために再度成膜装置にセットしなくてもよい。

本発明の他の態様において、分光センサーは、半導体基板に位置する受光素子と、半導体基板の上に位置し、遮光部と、半導体基板に対する平面視で遮光部を介して互いに隣接する第１の開口及び第２の開口と、を有する角度制限フィルターと、角度制限フィルターの上に位置する分光フィルターであって、第１の膜厚を有し、半導体基板に対する平面視で第１の開口と重なって位置する第１の透光膜と、第１の膜厚と異なる第２の膜厚を有し、半導体基板に対する平面視で第２の開口と重なって位置する第２の透光膜と、第１の透光膜と第１の開口との間の位置から第２の透光膜と第２の開口との間の位置にまでわたって位置し、第３の膜厚を有する第３の透光膜と、を有する分光フィルターと、を含み、第１の透光膜は、半導体基板に対する平面視で遮光部と重なる周縁部を有し、第２の透光膜は、半導体基板に対する平面視で第１の透光膜から離れて位置し、半導体基板に対する平面視で遮光部と重なる周縁部を有する。
この態様によれば、第１の透光膜から離れた位置に第２の透光膜が位置するので、第２の透光膜と第１の透光膜との位置合わせ精度に対する要求を緩和できる。

上述の態様において、第１の透光膜の周縁部の位置と、第１の開口の周縁部の位置との、半導体基板に対する平面視での距離が、角度制限フィルターを透過する光の半導体基板に対する最大の入射角の正接と分光フィルターの厚さとの積以上であることが望ましい。
これによれば、分光フィルターが、角度制限フィルターを通過できる制限角度の範囲内の多くの光を分光することができる。

本発明の他の態様において、分光センサーは、半導体基板に位置する受光素子と、半導体基板の上に位置し、遮光部と、半導体基板に対する平面視で遮光部を介して互いに隣接する第１の開口及び第２の開口と、を有する角度制限フィルターと、角度制限フィルターの上に位置する分光フィルターであって、第１の膜厚を有し、半導体基板に対する平面視で第１の開口と重なって位置する第１の透光膜と、第１の膜厚と異なる第２の膜厚を有し、半導体基板に対する平面視で第２の開口と重なって位置する第２の透光膜と、第１の透光膜と第１の開口との間の位置から第２の透光膜と第２の開口との間の位置にまでわたって位置し、第３の膜厚を有する第３の透光膜と、を有する分光フィルターと、を含み、第１の透光膜は、半導体基板に対する平面視で遮光部と重なる周縁部を有し、第２の透光膜は、半導体基板に対する平面視で第１の透光膜と一部重なって位置し、半導体基板に対する平面視で遮光部と重なる周縁部を有する。
この態様によれば、第１の透光膜と一部重なる位置に第２の透光膜が位置するので、第２の透光膜と、第１の透光膜との位置合わせ精度に対する要求を緩和できる。

第１の実施形態に係る分光センサーの一部を示す平面図。図１のII−II線断面図。第１の実施形態に係る分光センサーの製造方法を示す断面図。第１の実施形態に係る分光センサーの製造方法を示す断面図。第１の実施形態に係る分光センサーの製造方法を示す断面図。第１の実施形態に係る分光センサーの製造方法を示す断面図。第１の実施形態に係る分光センサーの製造方法を示す断面図。第１の実施形態に係る分光センサーの製造方法を示す断面図。第２の実施形態に係る分光センサーの一部を示す断面図。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成のすべてが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。また同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。

＜１．第１の実施形態の構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る分光センサーの一部を示す平面図である。図２は、図１のII−II線断面図である。
分光センサー１は、角度制限フィルター１０と、分光フィルター２０と、受光素子３０とを具備している（図２参照）。図２においては、透明部分の断面を示すハッチングを省略している。

＜１−１．受光素子＞
受光素子３０は、分光フィルター２０及び角度制限フィルター１０を通過した光を受光して光起電力に変換する素子である。受光素子３０は、第１のフォトダイオード３０ｉと、第２のフォトダイオード３０ｊとを含んでいる。

受光素子３０は、半導体基板３にイオン注入等によって形成された各種の半導体領域を含んでいる。半導体基板３は、例えば第２導電型のシリコン基板で構成されている。半導体基板３に形成された半導体領域としては、例えば、第１導電型の第１の半導体領域３１と、第１の半導体領域３１に形成された第２導電型の第２の半導体領域３２ｉ及び３２ｊと、が含まれる。本実施形態においては、第１導電型は例えばＮ型に相当し、第２導電型は例えばＰ型に相当するものとするが、Ｎ型とＰ型とを逆にしてもよい。

半導体基板３には、受光素子３０に所定の逆バイアス電圧を印加したり、受光素子３０において発生した光起電力に基づく電流を検知し、当該電流の大きさに応じたアナログ信号を増幅してデジタル信号に変換したりする電子回路（図示せず）が形成されている。

第２の半導体領域３２ｉ及び３２ｊは、それぞれ、図示しない第１の電極及び第２の電極に接続される。第１の半導体領域３１は、図示しない第３の電極に接続される。第１の電極と第３の電極とにより、第１の半導体領域３１と第２の半導体領域３２ｉとの間で形成されたＰＮ接合（第１のフォトダイオード３０ｉ）に逆バイアスの電圧を印加できるようになっている。第２の電極と第３の電極とにより、第１の半導体領域３１と第２の半導体領域３２ｊとの間で形成されたＰＮ接合（第２のフォトダイオード３０ｊ）に逆バイアスの電圧を印加できるようになっている。

分光フィルター２０及び角度制限フィルター１０を通過してきた光が受光素子３０で受光されると、第１の半導体領域３１と第２の半導体領域３２ｉ又は３２ｊとの間で形成されたＰＮ接合において光起電力が発生することにより、電流が発生する。この電流を、第１の電極に接続された電子回路及び第２の電極に接続された電子回路によってそれぞれ検知することにより、受光素子３０で受光した光を検知することができる。

＜１−２．角度制限フィルター＞
角度制限フィルター１０は、半導体基板３の上に形成されている。本実施形態において、「上」とは、半導体基板３の厚み方向に沿って、半導体基板３から分光フィルター２０へ向かう方向をいう。半導体基板３の上には、アルミニウム（Ａｌ）合金層１７ｂ〜１７ｅが、それぞれ透光性を有する酸化シリコン膜１１ａ〜１１ｅを介して積層されている。なお、アルミニウム合金層１７ｂ〜１７ｅの代わりに、銅（Ｃｕ）合金層が形成されても良い。

アルミニウム合金層１７ｂ〜１７ｅの各々は、平面視で格子状に形成され、開口部１８ｉ及び１８ｊを有している。本実施形態において、平面視とは、半導体基板３の主面に垂直な方向からみた状態をいう。第１のフォトダイオード３０ｉの上には、開口部１８ｉが位置し、第２のフォトダイオード３０ｊの上には、開口部１８ｊが位置している。アルミニウム合金層１７ｂ〜１７ｅの開口部１８ｉ及び１８ｊの各々には、タングステン（Ｗ）層１４ｂ〜１４ｄが位置している。

タングステン層１４ｂ〜１４ｄの各々は、複数の開口１５を有している。アルミニウム合金層１７ｂ〜１７ｅの開口部１８ｉには、第１の開口１５ｉを含む複数の開口１５が位置している。アルミニウム合金層１７ｂ〜１７ｅの開口部１８ｊには、第２の開口１５ｊを含む複数の開口１５が位置している。タングステン層１４ｂ〜１４ｄは、半導体基板３の上に、例えば格子状の所定パターンで複数層にわたって連続的に形成されている。これにより、タングステン層１４ｂ〜１４ｄの各々に形成された開口１５が互いに重なる。

タングステン層１４ｂ〜１４ｄの開口１５に相当する領域には、それぞれ、上述の透光性を有する酸化シリコン膜１１ｂ〜１１ｄが位置している。タングステン層１４ｂ〜１４ｄの各々に形成された開口１５によって、タングステン層１４ｂ〜１４ｄの積層方向に沿った光路が形成される。

第１の開口１５ｉと第２の開口１５ｊとは、遮光部ｋを介して隣接している。遮光部ｋは、アルミニウム合金層１７ｂ〜１７ｅとタングステン層１４ｂ〜１４ｄとによって構成されている。

なお、タングステン層１４ｂ〜１４ｄの代わりに、受光素子３０によって受光しようとする波長の光の反射率がアルミニウムの反射率より低く、受光素子３０によって受光しようとする波長の光を実質的に透過しない物質、例えば銅、窒化チタン、チタンタングステン、チタン、タンタル、窒化タンタル、クロム、モリブデンの層が用いられても良い。

タングステン層１４ｂ〜１４ｄの開口１５によって形成された光路は、受光素子３０に入射する光の入射角度を制限する。すなわち、光路内に入射した光が、光路の向きに対して傾いている場合には、光がタングステン層１４ｂ〜１４ｄのいずれかに当たり、その光の一部はタングステン層１４ｂ〜１４ｄのいずれかに吸収され、残りは反射される。光路を通過するまでの間に反射が繰り返されることによって反射光は弱くなるので、角度制限フィルター１０を通過できる光は、実質的に、光路に対する傾きが所定の制限角度以下である光に制限される。本実施形態において、制限角度とは、角度制限フィルター１０を透過する光の半導体基板３に対する最大の入射角をいう。

上述の態様においては、半導体基板３の上に、格子状の所定パターンで複数のタングステン層１４ｂ〜１４ｄを形成することによって壁部が形成されるので、微細なパターンの形成が可能であり、小型の角度制限フィルター１０の製造が可能となる。また、部材を接着材によって貼り合わせて分光センサーを構成する場合と比べて、製造プロセスを簡素化でき、接着材による透過光の減少も抑制できる。

本実施形態において、角度制限フィルター１０は半導体基板３に対してほぼ垂直な方向の光路を有しているが、これに限らず、半導体基板３に対して傾斜した方向の光路を有していても良い。半導体基板３に対して傾斜した方向の光路を形成するためには、例えば、複数のタングステン層１４ｂ〜１４ｄをそれぞれ面方向に所定量ずつずらして形成する。

＜１−３．分光フィルター＞
分光フィルター２０は、第１の開口１５ｉの上に位置する第１のフィルター部２０ｉと、第２の開口１５ｊの上に位置する第２のフィルター部２０ｊとを含んでいる。第１のフィルター部２０ｉと第２のフィルター部２０ｊとは、酸化チタン膜２３ｃ、酸化シリコン膜２３ｂ及び酸化チタン膜２３ａを、共通に含んでいる。

第１のフィルター部２０ｉは、高屈折率の酸化チタン膜と低屈折率の酸化シリコン膜とを含む複数の透光膜が交互に積層されて構成されている。すなわち、第１のフィルター部２０ｉは、酸化チタン膜２３ｃ、酸化シリコン膜２３ｂ、酸化チタン膜２３ａの他に、酸化シリコン膜２１、酸化チタン膜２４ａ、酸化シリコン膜２４ｂ、酸化チタン膜２４ｃを含む。酸化シリコン膜２１は、第１の膜厚を有する第１の透光膜に相当する。酸化チタン膜２４ａは、第４の膜厚を有する第４の透光膜に相当する。

第２のフィルター部２０ｊは、高屈折率の酸化チタン膜と低屈折率の酸化シリコン膜とを含む複数の透光膜が交互に積層されて構成されている。すなわち、第２のフィルター部２０ｊは、酸化チタン膜２３ｃ、酸化シリコン膜２３ｂ、酸化チタン膜２３ａの他に、酸化シリコン膜２２、酸化チタン膜２５ａ、酸化シリコン膜２５ｂ、酸化チタン膜２５ｃを含む。酸化シリコン膜２２は、第２の膜厚を有する第２の透光膜に相当する。酸化チタン膜２５ａは、第１のフィルター部２０ｉに含まれる酸化チタン膜２４ａの膜厚と同一の第４の膜厚を有する。酸化チタン膜２５ａは、第４の膜厚を有する第５の透光膜に相当する。

第１のフィルター部２０ｉ及び第２のフィルター部２０ｊに共通に含まれる酸化チタン膜２３ａは、第３の膜厚を有する第３の透光膜に相当する。

酸化シリコン膜２１の第１の膜厚と、酸化シリコン膜２２の第２の膜厚とは、受光素子３０によって受光しようとする光の波長に応じて定められる。分光フィルター２０は、以下の原理により、分光フィルター２０を透過する光の波長を制限する。

すなわち、分光フィルター２０に入射した入射光は、酸化シリコン膜２１又は２２から酸化チタン膜２３ａに入射するときに、これらの透光膜の境界面において、一部は反射光となり、一部は透過光となる。そして、反射光の一部は、酸化チタン膜２４ａ又は２５ａとの境界面において再度反射して、上述の透過光と合波する。このとき、反射光の光路長と一致する波長の光は、反射光と透過光の位相が一致して強めあい、反射光の光路長と一致しない波長の光は、反射光と透過光の位相が一致せずに弱めあう（干渉する）。

ここで、反射光の光路長は、分光フィルター２０に対する入射光の入射角度によって決まる。そして、入射光の入射角度に応じて、特定の波長の光のみが分光フィルター２０を透過し、所定の出射角度（例えば、分光フィルター２０への入射角度と同じ角度）で分光フィルター２０から出射する。

角度制限フィルター１０は、所定の制限角度の範囲内で角度制限フィルター１０に入射した光のみを通過させる。従って、分光フィルター２０と角度制限フィルター１０との両方を通過する光の波長は、第１のフィルター部２０ｉ又は第２のフィルター部２０ｊを構成する透光膜の膜厚と、角度制限フィルター１０が通過させる入射光の制限角度の範囲とによって決まる所定範囲の波長に制限される。

このように、分光フィルター２０の第１のフィルター部２０ｉ及び第２のフィルター部２０ｊが互いに異なる膜厚を有する酸化シリコン膜２１及び酸化シリコン膜２２を含むことにより、第１のフォトダイオード３０ｉ及び第２のフォトダイオード３０ｊが互いに異なる波長の光を受光することができる。

また、互いに異なる膜厚を有する酸化シリコン膜２１及び酸化シリコン膜２２を含む第１のフィルター部２０ｉ及び第２のフィルター部２０ｊの各々が、共通の酸化チタン膜２３ａ、共通の酸化シリコン膜２３ｂ、共通の酸化チタン膜２３ｃ、共通の第４の膜厚を有する酸化チタン膜２４ａ及び２５ａ、共通の膜厚を有する酸化シリコン膜２４ｂ及び２５ｂ、及び、共通の膜厚を有する酸化チタン膜２４ｃ及び２５ｃを含むことができる。これにより、第１のフィルター部２０ｉ及び第２のフィルター部２０ｊの各々による透過波長の範囲を狭くすることができる。

第１のフィルター部２０ｉ及び第２のフィルター部２０ｊの各々は、角度制限フィルター１０を通過できる制限角度の範囲内の光のほぼすべてを分光するように、開口部１８ｉ又は１８ｊの大きさよりも若干大きく形成されていることが望ましい。具体的には、第１のフィルター部２０ｉの周縁部から第１の開口１５ｉの周縁部までの平面視での距離Ｌ_１が、以下の（式１）で与えられることが望ましい。
Ｌ_１≧Ｔ_１・ｔａｎθ ・・・（式１）
ここで、Ｔ_１は、第１のフィルター部２０ｉの厚さであり、θは、角度制限フィルター１０の制限角度である。

また、第２のフィルター部２０ｊの周縁部から第２の開口１５ｊの周縁部までの平面視での距離Ｌ_２が、以下の（式２）で与えられることが望ましい。
Ｌ_２≧Ｔ_２・ｔａｎθ ・・・（式２）
ここで、Ｔ_２は、第２のフィルター部２０ｊの厚さである。

これによれば、受光素子３０が受光可能な光の光量を大きくすることができる。
さらに、上述の距離Ｌ_１及びＬ_２が、第１の開口１５ｉ及び第２の開口１５ｊの位置と分光フィルター２０の位置との製造上の位置合わせ余裕を加味した大きさであることが望ましい。

第１のフィルター部２０ｉの厚さＴ_１よりも第２のフィルター部２０ｊの厚さＴ_２が大きい場合には、第１のフィルター部２０ｉの周縁部から第１の開口１５ｉの周縁部までの平面視での距離Ｌ_１よりも、第２のフィルター部２０ｊの周縁部から第２の開口１５ｊの周縁部までの平面視での距離Ｌ_２が大きいことが望ましい。

＜２．製造方法＞
次に、本実施形態に係る分光センサー１の製造方法を説明する。
分光センサー１は、半導体基板３に受光素子３０を形成し、次に、受光素子３０の上に角度制限フィルター１０を形成し、次に、角度制限フィルター１０の上に分光フィルター２０を形成することによって製造される。

＜２−１．受光素子の形成＞
最初に、半導体基板３に受光素子３０を形成する。例えば、まず、Ｐ型の半導体基板３にイオン注入等を行うことによってＮ型の第１の半導体領域３１を形成する。そして、第１の半導体領域３１にさらにイオン注入等を行うことによって、Ｐ型の第２の半導体領域３２ｉ及び３２ｊを形成する。この工程は、同一の半導体基板３に形成される半導体素子を含む電子回路（図示せず）の形成と同時に行うことができる。

＜２−２．角度制限フィルターの形成＞
次に、受光素子３０の上に角度制限フィルター１０を形成する。
（１）まず、受光素子３０が形成された半導体基板３の上に酸化シリコン膜１１ａを形成する。

（２）次に、酸化シリコン膜１１ａの一部の上に、アルミニウム合金層１７ｂを、電子回路のための配線用のアルミニウム合金層（図示せず）の形成と同時に形成する。
（３）次に、酸化シリコン膜１１ａ及びアルミニウム合金層１７ｂの上に、酸化シリコン膜１１ｂを形成する。酸化シリコン膜１１ｂは、電子回路のための配線用のアルミニウム合金層の上の絶縁膜（図示せず）の形成と同時に形成される。

（４）次に、酸化シリコン膜１１ｂの一部をエッチングすることにより、酸化シリコン膜１１ｂに溝を形成する。次に、酸化シリコン膜１１ｂに形成された溝の中にタングステン層１４ｂを埋め込む。このタングステン層１４ｂは、電子回路に接続される多層配線用のアルミニウム合金層を互いに接続する導電プラグ（図示せず）の形成と同時に、形成される。

（５）次に、酸化シリコン膜１１ｂの一部の上及びタングステン層１４ｂの一部の上に、アルミニウム合金層１７ｃを、電子回路のための配線用のアルミニウム合金層（図示せず）の形成と同時に形成する。
（６）次に、酸化シリコン膜１１ｂの上、タングステン層１４ｂの上及びアルミニウム合金層１７ｃの上に、酸化シリコン膜１１ｃを形成する。酸化シリコン膜１１ｃは、電子回路のための配線用のアルミニウム合金層の上の絶縁膜（図示せず）の形成と同時に形成される。

上述の（４）〜（６）の工程を所定回数繰り返すことにより、角度制限フィルター１０が形成される。

＜２−３．分光フィルターの形成＞
次に、角度制限フィルター１０の上に分光フィルター２０を形成する。
図３〜図８は、第１の実施形態に係る分光センサーの製造方法を示す断面図である。図３〜図８は、いずれも、図２で示された部分に相当する部分を示している。
まず、図３に示されるように、半導体基板３を成膜装置内にセットし、角度制限フィルター１０の上に、酸化チタン膜２３ｃ、酸化シリコン膜２３ｂ、酸化チタン膜２３ａを、それぞれ所定の膜厚で成膜し、半導体基板３を成膜装置から取り出す。これらの膜厚は、成膜装置内における蒸着処理時間によって、高い正確さで制御することができる。次に、フォトレジストＰＲ１を成膜し、露光及び現像することにより、フォトレジストＰＲ１のうち第１の開口１５ｉの上を開口させる。

次に、半導体基板３を成膜装置内にセットし、図４に示されるように、酸化チタン膜２３ａの上及びフォトレジストＰＲ１の上に、酸化シリコン膜２１、酸化チタン膜２４ａ、酸化シリコン膜２４ｂ、酸化チタン膜２４ｃを、それぞれ所定の膜厚で成膜する。これらの膜厚は、成膜装置内における蒸着処理時間によって、高い正確さで制御することができる。

次に、半導体基板３を成膜装置から取り出し、図５に示されるように、剥離液を使ってフォトレジストＰＲ１を剥離する。これにより、フォトレジストＰＲ１の上に形成されていた透光膜は除去され（リフトオフ）、酸化チタン膜２３ａの上に形成されていた透光膜が残り、第１のフィルター部２０ｉが形成される。

次に、図６に示されるように、酸化チタン膜２３ａの上及び第１のフィルター部２０ｉの上に、フォトレジストＰＲ２を成膜し、露光及び現像することにより、フォトレジストＰＲ２のうち第２の開口１５ｊの上を開口させる。

次に、半導体基板３を成膜装置内にセットし、図７に示されるように、酸化チタン膜２３ａの上及びフォトレジストＰＲ２の上に、酸化シリコン膜２２、酸化チタン膜２５ａ、酸化シリコン膜２５ｂ、酸化チタン膜２５ｃを、それぞれ所定の膜厚で成膜する。これらの膜厚は、成膜装置内における蒸着処理時間によって、高い正確さで制御することができる。

次に、半導体基板３を成膜装置から取り出し、図８に示されるように、剥離液を使ってフォトレジストＰＲ２を剥離する。これにより、フォトレジストＰＲ２の上に形成されていた透光膜は除去され（リフトオフ）、酸化チタン膜２３ａの上に形成されていた透光膜が残り、第２のフィルター部２０ｊが形成される。
以上の工程によって分光センサー１が製造される。

＜２−４．実施形態の効果＞
この製造方法によれば、リフトオフ法を用いることにより、半導体プロセス技術を用いて、正確な膜厚で第１のフィルター部２０ｉ及び第２のフィルター部２０ｊのそれぞれに含まれる透光膜を製造することができる。また、リフトオフ法を用いているので、多層膜のエッチングをしなくても、第１の膜厚を有する酸化シリコン膜２１を含む第１のフィルター部２０ｉと、第２の膜厚を有する酸化シリコン膜２２を含む第２のフィルター部２０ｊとを作り分けることができる。

また、隣接する第１のフィルター部２０ｉと第２のフィルター部２０ｊとの間に間隔があいていても、第１のフィルター部２０ｉの端縁及び第２のフィルター部２０ｊの端縁が遮光部ｋの上に位置していれば、第１又は第２のフォトダイオード３０ｉ又は３０ｊに外乱光が入射することを抑制できる。本実施形態においては、第１のフィルター部２０ｉから離れた位置に第２のフィルター部２０ｊを形成するので、第２のフィルター部２０ｊを形成するためのフォトレジストＰＲ２の開口の位置は第１のフィルター部２０ｉと接した位置でなくてもよい。従って、フォトレジストＰＲ２の開口と、第１のフィルター部２０ｉとの位置合わせ精度を特別に高くする必要が軽減される。

また、第１のフィルター部２０ｉに含まれる膜厚の薄い酸化シリコン膜２１を先に形成しているので、その後に第２のフィルター部２０ｊに含まれる膜厚の厚い酸化シリコン膜２２をリフトオフ法によって形成する際に、第１のフィルター部２０ｉと酸化チタン膜２３ａとの段差が比較的小さくて済み、酸化シリコン膜２２を形成するときの位置精度の低下を抑制できる。

また、酸化チタン膜２３ｃ、酸化シリコン膜２３ｂ及び酸化チタン膜２３ａを形成する工程の後に、酸化シリコン膜２１をリフトオフ法によって形成し、酸化シリコン膜２２をリフトオフ法によって形成するので、酸化チタン膜２３ｃ、酸化シリコン膜２３ｂ及び酸化チタン膜２３ａをリフトオフしなくてもよい。従って、リフトオフされる透光膜の膜厚が薄くてよいので、フォトレジストＰＲ１及びＰＲ２の厚みも薄くすることができ、フォトレジストＰＲ１及びＰＲ２のパターニング精度が向上する。

また、酸化シリコン膜２１をリフトオフするのと同一工程で、酸化チタン膜２４ａ、酸化シリコン膜２４ｂ及び酸化チタン膜２４ｃをリフトオフし、酸化シリコン膜２２をリフトオフするのと同一工程で、酸化チタン膜２５ａ、酸化シリコン膜２５ｂ及び酸化チタン膜２５ｃをリフトオフしている。従って、酸化シリコン膜２１及び２２を形成した後で、酸化チタン膜２４ａ、酸化シリコン膜２４ｂ、酸化チタン膜２４ｃ、酸化チタン膜２５ａ、酸化シリコン膜２５ｂ及び酸化チタン膜２５ｃを形成するために再度成膜装置にセットしなくてもよい。

＜３．第２の実施形態＞
図９は、本発明の第２の実施形態に係る分光センサーの一部を示す断面図である。図９は、図２で示された部分に相当する部分を示している。第２の実施形態に係る分光センサー１ａは、第１のフィルター部２０ｉに含まれる酸化シリコン膜２１、酸化チタン膜２４ａ、酸化シリコン膜２４ｂ、酸化チタン膜２４ｃと、隣接する第２のフィルター部２０ｊに含まれる酸化シリコン膜２２、酸化チタン膜２５ａ、酸化シリコン膜２５ｂ、酸化チタン膜２５ｃとが、それぞれの一部において重なっている点で、第１の実施形態と異なる。

第２の実施形態においても、第１のフィルター部２０ｉに含まれる膜厚の薄い酸化シリコン膜２１を先に形成し、その後に第２のフィルター部２０ｊに含まれる膜厚の厚い酸化シリコン膜２２を形成する。従って、図９に示されるように、酸化シリコン膜２１と酸化シリコン膜２２とが重なる部分においては、酸化シリコン膜２１の上に酸化シリコン膜２２が位置する。従って、酸化シリコン膜２２はその端部において湾曲しているが、酸化シリコン膜２１が比較的薄いため、湾曲の程度は軽減されている。
他の点については、第１の実施形態と同様である。

＜４．その他＞
以上においては、第１のフィルター部２０ｉ及び第２のフィルター部２０ｊを用いて２種類の波長を有する光を検出可能に構成された分光センサーについて説明したが、本発明はこれに限られず、例えばさらに第３のフィルター部が用いられて、３種類の波長を有する光を検出可能に構成されてもよい。
また、第１のフィルター部２０ｉ及び第２のフィルター部２０ｊが平面視で市松模様となるように配置された場合について説明したが、他の配置がされてもよい。

なお、本発明において、特定のＡ（以下「Ａ」という）の上（または下）に特定のＢ（以下「Ｂ」という）を形成する（Ｂが位置する）というとき、Ａの上（または下）に直接Ｂを形成する（Ｂが位置する）場合に限定されない。Ａの上（または下）に本発明の作用効果を阻害しない範囲で、他のものを介してＢを形成する（Ｂが位置する）場合も含む。

１、１ａ…分光センサー、３…半導体基板、１０…角度制限フィルター、１１ａ〜１１ｅ…酸化シリコン膜、１４ｂ〜１４ｄ…タングステン層、１５…開口、１５ｉ…第１の開口、１５ｊ…第２の開口、１７ｂ〜１７ｅ…アルミニウム合金層、１８ｉ…開口部、１８ｊ…開口部、２０…分光フィルター、２０ｉ…第１のフィルター部、２０ｊ…第２のフィルター部、２１…酸化シリコン膜、２２…酸化シリコン膜、２３ａ…酸化チタン膜、２３ｂ…酸化シリコン膜、２３ｃ…酸化チタン膜、２４ａ…酸化チタン膜、２４ｂ…酸化シリコン膜、２４ｃ…酸化チタン膜、２５ａ…酸化チタン膜、２５ｂ…酸化シリコン膜、２５ｃ…酸化チタン膜、３０…受光素子、３０ｉ…第１のフォトダイオード、３０ｊ…第２のフォトダイオード、３１…第１の半導体領域、３２ｉ…第２の半導体領域、３２ｊ…第２の半導体領域、ＰＲ１…フォトレジスト、ＰＲ２…フォトレジスト、ｋ…遮光部。

Claims

半導体基板に受光素子を形成する工程（ａ）と、
前記工程（ａ）の後に、前記半導体基板の上に角度制限フィルターを形成する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後に、前記角度制限フィルターの上に、第１の膜厚を有する第１の透光膜と、前記第１の膜厚と異なる第２の膜厚を有する第２の透光膜と、第３の膜厚を有する第３の透光膜と、を有する分光フィルターを形成する工程（ｃ）と、
を含み、
前記工程（ｃ）は、
前記第３の透光膜を形成する工程（ｃ１）と、
前記工程（ｃ１）の後に、前記半導体基板に対する平面視で前記第３の透光膜と重なる位置に、前記第１の透光膜をリフトオフ法によって形成する工程（ｃ２）と、
前記工程（ｃ２）の後に、前記半導体基板に対する平面視で前記第３の透光膜と重なり且つ前記第１の透光膜とずれた位置に、前記第２の透光膜をリフトオフ法によって形成する工程（ｃ３）と、
を含むことを特徴とする、分光センサーの製造方法。
前記工程（ｃ３）は、
前記半導体基板に対する平面視で前記第３の透光膜と重なり且つ前記第１の透光膜から離れた位置に、前記第２の透光膜をリフトオフ法によって形成することを特徴とする、請求項１記載の分光センサーの製造方法。
前記工程（ｃ３）は、
前記半導体基板に対する平面視で前記第３の透光膜と重なり且つ前記第１の透光膜と一部重なる位置に、前記第２の透光膜をリフトオフ法によって形成することを特徴とする、請求項１記載の分光センサーの製造方法。
前記工程（ｃ２）は、第４の膜厚を有し、前記半導体基板に対する平面視で前記第１の透光膜と重なって位置する第４の透光膜を形成することを含み、
前記工程（ｃ３）は、前記第４の膜厚を有し、前記半導体基板に対する平面視で前記第２の透光膜と重なって位置する第５の透光膜を形成することを含むことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の分光センサーの製造方法。
半導体基板に位置する受光素子と、
前記半導体基板の上に位置し、遮光部と、前記半導体基板に対する平面視で前記遮光部を介して互いに隣接する第１の開口及び第２の開口と、を有する角度制限フィルターと、
前記角度制限フィルターの上に位置する分光フィルターであって、第１の膜厚を有し、前記半導体基板に対する平面視で前記第１の開口と重なって位置する第１の透光膜と、前記第１の膜厚と異なる第２の膜厚を有し、前記半導体基板に対する平面視で前記第２の開口と重なって位置する第２の透光膜と、前記第１の透光膜と前記第１の開口との間の位置から前記第２の透光膜と前記第２の開口との間の位置にまでわたって位置し、第３の膜厚を有する第３の透光膜と、を有する分光フィルターと、
を含み、
前記第１の透光膜は、前記半導体基板に対する平面視で前記遮光部と重なる周縁部を有し、
前記第２の透光膜は、前記半導体基板に対する平面視で前記第１の透光膜から離れて位置し、前記半導体基板に対する平面視で前記遮光部と重なる周縁部を有することを特徴とする、分光センサー。
前記第１の透光膜の周縁部の位置と、前記第１の開口の周縁部の位置との、前記半導体基板に対する平面視での距離が、前記角度制限フィルターを透過する光の前記半導体基板に対する最大の入射角の正接と前記分光フィルターの厚さとの積以上であることを特徴とする、請求項５記載の分光センサー。
半導体基板に位置する受光素子と、
前記半導体基板の上に位置し、遮光部と、前記半導体基板に対する平面視で前記遮光部を介して互いに隣接する第１の開口及び第２の開口と、を有する角度制限フィルターと、
前記角度制限フィルターの上に位置する分光フィルターであって、第１の膜厚を有し、前記半導体基板に対する平面視で前記第１の開口と重なって位置する第１の透光膜と、前記第１の膜厚と異なる第２の膜厚を有し、前記半導体基板に対する平面視で前記第２の開口と重なって位置する第２の透光膜と、前記第１の透光膜と前記第１の開口との間の位置から前記第２の透光膜と前記第２の開口との間の位置にまでわたって位置し、第３の膜厚を有する第３の透光膜と、を有する分光フィルターと、
を含み、
前記第１の透光膜は、前記半導体基板に対する平面視で前記遮光部と重なる周縁部を有し、
前記第２の透光膜は、前記半導体基板に対する平面視で前記第１の透光膜と一部重なって位置し、前記半導体基板に対する平面視で前記遮光部と重なる周縁部を有することを特徴とする、分光センサー。