JP2015028487A - Spectroscopic sensor and angle limiting filter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve downsizing of a spectroscopic sensor and an angle limiting filter, and also to improve the surface flatness of the angle limiting filter.SOLUTION: An angle limiting filter includes: a first light-shielding layer which includes a first light-shielding material and which has a first opening provided therein; a second light-shielding layer which includes a second light-shielding material and which is located in a region surrounding the first light-shielding layer; a third light-shielding layer which includes the first light-shielding material, which has a second opening provided therein so as to be at least partially overlapped with the first opening, and which is located above the first light-shielding layer; and a fourth light-shielding layer which includes the second light-shielding material and which is located in a region surrounding the third light-shielding layer and is located above the second light-shielding layer.

Description

本発明は、分光センサー及び角度制限フィルターに関する。   The present invention relates to a spectroscopic sensor and an angle limiting filter.

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、ヘ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、糖分の光吸収を利用して果実の糖度を測定する糖度計が用いられる。   In fields such as medicine, agriculture, and the environment, a spectroscopic sensor is used for diagnosing and inspecting an object. For example, in the medical field, a pulse oximeter that measures blood oxygen saturation using light absorption of hemoglobin is used. In the field of agriculture, a sugar content meter that measures the sugar content of fruits using light absorption of sugar is used.

下記の特許文献1には、干渉フィルターと光電変換素子との間を光学的に接続する光ファイバーによって入射角度を制限することにより、光電変換素子への透過波長帯域を制限する分光イメージングセンサーが開示されている。   Patent Document 1 listed below discloses a spectral imaging sensor that limits a transmission wavelength band to a photoelectric conversion element by limiting an incident angle with an optical fiber that optically connects an interference filter and the photoelectric conversion element. ing.

特開平6−129908号公報JP-A-6-129908

しかしながら、従来の分光センサーでは、小型化が困難であるという課題がある。そのため、センサーを所望箇所に多数設置したり、常時設置しておいたりすること等が困難となってしまう。   However, the conventional spectral sensor has a problem that it is difficult to reduce the size. For this reason, it becomes difficult to install a large number of sensors at desired locations or to install them at all times.

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、分光センサー及び角度制限フィルターを小型化することに関連している。   The present invention has been made in view of the above technical problems. Some aspects of the invention relate to miniaturizing spectroscopic sensors and angle limiting filters.

本発明の幾つかの態様において、角度制限フィルターは、第1の遮光性材料を含み、第1の開口部が設けられた第1の遮光層と、第2の遮光性材料を含み、且つ第1の遮光層を囲む領域に位置する第2の遮光層と、第1の遮光性材料を含み、第1の開口部と少なくとも一部が重なる第2の開口部が設けられ、第1の遮光層の上方に位置する第3の遮光層と、第2の遮光性材料を含み、且つ第3の遮光層を囲む領域であって第2の遮光層の上方に位置する第4の遮光層と、を含む。
この態様によれば、遮光層によって光路を形成する構成により、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の製造が可能となる。また、第1の遮光層を囲む領域及び第3の遮光層を囲む領域にそれぞれ第2の遮光層及び第4の遮光層を有しているので、表面の平坦性の高い角度制限フィルターの製造が可能となる。
In some aspects of the present invention, the angle limiting filter includes a first light-shielding material, includes a first light-shielding layer provided with a first opening, a second light-shielding material, and A second light-shielding layer located in a region surrounding the one light-shielding layer, a second light-shielding material containing a first light-shielding material, and a second opening at least partially overlapping with the first light-shielding layer. A third light shielding layer located above the layer, and a fourth light shielding layer that includes the second light shielding material and surrounds the third light shielding layer and is located above the second light shielding layer, ,including.
According to this aspect, the configuration in which the light path is formed by the light shielding layer enables the formation of a fine pattern and the manufacture of a small angle limiting filter. In addition, since the second light-shielding layer and the fourth light-shielding layer are respectively provided in the region surrounding the first light-shielding layer and the region surrounding the third light-shielding layer, an angle limiting filter with high surface flatness is manufactured. Is possible.

上述の態様において、第1の遮光層が、第2の遮光層の端面と接しており、第3の遮光層が、第4の遮光層の端面と接していることが望ましい。
これによれば、第1の遮光層と第2の遮光層との間、及び第3の遮光層と第4の遮光層との間を光が通過してしまうことを抑制することができる。また、これらの遮光層が導電体である場合には、これらの遮光層の間において電気的導通を得ることができる。
In the above-described aspect, it is desirable that the first light shielding layer is in contact with the end face of the second light shielding layer, and the third light shielding layer is in contact with the end face of the fourth light shielding layer.
According to this, it is possible to suppress light from passing between the first light shielding layer and the second light shielding layer and between the third light shielding layer and the fourth light shielding layer. Moreover, when these light shielding layers are conductors, electrical continuity can be obtained between these light shielding layers.

上述の態様において、第1の遮光層は、複数の第1の開口部が設けられているとともに、隣接する2つの第1の開口部の間に位置する第1の部分と、第1の部分及び複数の第1の開口部より第2の遮光層の側に位置する第2の部分とを含み、第2の遮光層の端面は、第1の遮光層の第2の部分の幅の中央に位置して、第1の遮光層に覆われていることが望ましい。
これによれば、第2の遮光層の端面は、第1の遮光層の第2の部分の幅の中央に位置するので、第2の遮光層が光路内に露出することを防止できる。また、これらの遮光層が導電体である場合には、これらの遮光層の間において電気的導通をより確実に得ることができる。
In the above-described aspect, the first light shielding layer includes a plurality of first openings, a first portion located between two adjacent first openings, and a first portion. And a second portion located on the second light shielding layer side from the plurality of first openings, and the end surface of the second light shielding layer is the center of the width of the second portion of the first light shielding layer It is desirable that the first light shielding layer is covered.
According to this, since the end surface of the second light shielding layer is located at the center of the width of the second portion of the first light shielding layer, it is possible to prevent the second light shielding layer from being exposed in the optical path. Moreover, when these light shielding layers are conductors, electrical continuity can be more reliably obtained between these light shielding layers.

上述の態様において、第1の遮光層と第3の遮光層との間に隙間が空いており、且つ第1の遮光層と第3の遮光層との両者が第4の遮光層の一部と接していてもよい。
これによれば、第3の遮光層と第5の遮光層との間に隙間が空いていても、第6の遮光層を介在させることによって電気的導通を得ることができる。
In the above aspect, there is a gap between the first light shielding layer and the third light shielding layer, and both the first light shielding layer and the third light shielding layer are part of the fourth light shielding layer. May be in contact with.
According to this, even if there is a gap between the third light shielding layer and the fifth light shielding layer, electrical conduction can be obtained by interposing the sixth light shielding layer.

上述の態様において、第1の遮光材料の反射率は、第2の遮光材料の反射率より低いことが望ましい。
また、第1及び第3の遮光層は、アルミニウムより反射率の低い物質によって構成されることが望ましい。
In the above-described aspect, it is desirable that the reflectance of the first light shielding material is lower than the reflectance of the second light shielding material.
The first and third light shielding layers are preferably made of a material having a lower reflectance than aluminum.

これによれば、光の反射率が低い物質によって遮光層を構成することにより、光路の壁面に当たって光路内を通過する光を低減できる。従って、小型の角度制限フィルターであっても、制限角度範囲を超える入射角の光が光路内を通過しにくいようにすることができる。   According to this, the light passing through the optical path by hitting the wall surface of the optical path can be reduced by configuring the light shielding layer with the material having low light reflectance. Therefore, even a small angle limiting filter can prevent light having an incident angle exceeding the limiting angle range from passing through the optical path.

本発明の他の態様において、分光センサーは、上述の角度制限フィルターと、角度制限フィルターを通過できる光の波長を制限する波長制限フィルターと、角度制限フィルター及び波長制限フィルターを通過した光を検出する受光素子と、を具備する。
この態様によれば、上述の角度制限フィルターを用いるので、小型の分光センサーの製造が可能となる。また、波長制限フィルターを傾斜させるための傾斜構造体を形成しなくても、角度制限フィルターの光路を傾斜させることによって、透過光の波長を選択することができる。
なお、上方とは、基板の表面を基準として裏面に向かう方向とは反対の方向を意味する。
In another aspect of the present invention, the spectroscopic sensor detects the above-described angle limiting filter, a wavelength limiting filter that limits the wavelength of light that can pass through the angle limiting filter, and light that has passed through the angle limiting filter and the wavelength limiting filter. A light receiving element.
According to this aspect, since the above-mentioned angle limiting filter is used, a small spectroscopic sensor can be manufactured. Further, the wavelength of transmitted light can be selected by inclining the optical path of the angle limiting filter without forming an inclined structure for inclining the wavelength limiting filter.
Note that “upward” means a direction opposite to the direction toward the back surface with respect to the front surface of the substrate.

第1の実施形態に係る角度制限フィルター及び分光センサーを示す図。The figure which shows the angle limiting filter and spectral sensor which concern on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る角度制限フィルター及び分光センサーを示す断面図。Sectional drawing which shows the angle limiting filter and spectroscopic sensor which concern on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the formation process of the angle limiting filter which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る角度制限フィルター及び配線層の一部を示す断面図。Sectional drawing which shows a part of angle limiting filter and wiring layer which concern on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る角度制限フィルター及び配線層の一部を示す断面図。Sectional drawing which shows a part of angle limiting filter and wiring layer which concern on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る角度制限フィルター及び分光センサーを示す平面図。The top view which shows the angle limiting filter and spectral sensor which concern on 4th Embodiment.

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全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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In addition, this embodiment demonstrated below does not unduly limit the content of this invention described in the claim. Further, not all of the configurations described in the present embodiment are essential as a solution means of the present invention. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

<1.第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る角度制限フィルター及び分光センサーを示す模式図である。図1(A)は分光センサーの平面図、図1(B)は図1(A)のB−B線断面図である。図2は、第1の実施形態に係る角度制限フィルター及び分光センサーを示す断面図である。図2は、図1(B)に示す囲み線II部分を拡大した図に相当する。
分光センサー1は、角度制限フィルター10と、波長制限フィルター20と、受光素子30とを具備している(図1(B)参照)。図1(A)においては、波長制限フィルター20を省略している。
<1. First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing an angle limiting filter and a spectroscopic sensor according to the first embodiment of the present invention. 1A is a plan view of the spectroscopic sensor, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 1A. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the angle limiting filter and the spectroscopic sensor according to the first embodiment. FIG. 2 corresponds to an enlarged view of the encircled line II portion shown in FIG.
The spectroscopic sensor 1 includes an angle limiting filter 10, a wavelength limiting filter 20, and a light receiving element 30 (see FIG. 1B). In FIG. 1A, the wavelength limiting filter 20 is omitted.

分光センサー1が形成される半導体基板としてのP型シリコン基板3(図2参照)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半導体素子40を含む電子回路が形成されている。この半導体素子40に、配線用の複数のアルミニウム(Al)合金層51b〜51fの何れかが接続されることにより、電子回路における半導体素子間の電気的接続や電子回路の外部との電気的接続が行われている。   A P-type silicon substrate 3 (see FIG. 2) as a semiconductor substrate on which the spectroscopic sensor 1 is formed is applied with a predetermined reverse bias voltage to the light receiving element 30 or a current based on the photovoltaic force generated in the light receiving element 30. And an electronic circuit including a semiconductor element 40 that amplifies an analog signal corresponding to the magnitude of the current and converts it into a digital signal. By connecting any one of a plurality of aluminum (Al) alloy layers 51b to 51f for wiring to the semiconductor element 40, electrical connection between the semiconductor elements in the electronic circuit and electrical connection to the outside of the electronic circuit are performed. Has been done.

複数のアルミニウム合金層51b〜51fの間には、酸化シリコン層52b〜52eが形成されており、最下層のアルミニウム合金層51bと半導体素子40との間には、酸化シリコン層52aが形成されている。アルミニウム合金層51b〜51fの間、及び最下層のアルミニウム合金層51bと半導体素子40との間は、それぞれ導電プラグ53a〜53eによって接続されている。導電プラグ53a〜53eは、導電プラグ53a〜53eを配置した箇所において、上下のアルミニウム合金層51b〜51fの間、又は最下層のアルミニウム合金層51bと半導体素子40との間を、電気的に接続するものである。なお、アルミニウム合金層51b〜51fの各々の上面及び下面に、導電プラグ53a〜53eとの電気的接続を良好にするため窒化チタン(TiN)膜を形成しても良い。   Silicon oxide layers 52b to 52e are formed between the plurality of aluminum alloy layers 51b to 51f, and a silicon oxide layer 52a is formed between the lowermost aluminum alloy layer 51b and the semiconductor element 40. Yes. Conductive plugs 53a to 53e are connected between the aluminum alloy layers 51b to 51f and between the lowermost aluminum alloy layer 51b and the semiconductor element 40, respectively. The conductive plugs 53a to 53e are electrically connected between the upper and lower aluminum alloy layers 51b to 51f or between the lowermost aluminum alloy layer 51b and the semiconductor element 40 at the positions where the conductive plugs 53a to 53e are disposed. To do. A titanium nitride (TiN) film may be formed on the upper and lower surfaces of each of the aluminum alloy layers 51b to 51f in order to improve electrical connection with the conductive plugs 53a to 53e.

<1−1.角度制限フィルター>
角度制限フィルター10は、受光素子30が形成されたP型シリコン基板3上に形成されている。本実施形態の角度制限フィルター10においては、複数の遮光層(第1、第3、第5の遮光層)としてのタングステン(W)層13b〜13eによって、光路を画成する壁部が形成されている。タングステン層13b〜13eの各々は、少なくとも1つの開口部15を有している。なお、第1、第3、第5の遮光層は、タングステン層13b〜13eに限らず、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、モリブデンによって構成されていても良い。
<1-1. Angle limit filter>
The angle limiting filter 10 is formed on the P-type silicon substrate 3 on which the light receiving element 30 is formed. In the angle limiting filter 10 of the present embodiment, a wall portion that defines an optical path is formed by tungsten (W) layers 13b to 13e as a plurality of light shielding layers (first, third, and fifth light shielding layers). ing. Each of the tungsten layers 13 b to 13 e has at least one opening 15. The first, third, and fifth light shielding layers are not limited to the tungsten layers 13b to 13e, and the reflectance of light having a wavelength to be received by the light receiving element 30 is lower than the reflectance of aluminum. You may be comprised with the substance which does not permeate | transmit the light of the wavelength which is going to receive light substantially, for example, copper, titanium nitride, titanium tungsten, titanium, tantalum, tantalum nitride, chromium, molybdenum.

また、P型シリコン基板3上には、複数の遮光層(第2、第4、第6の遮光層)としてのアルミニウム合金層11b〜11fが、それぞれ透光性(受光素子30によって受光しようとする波長の光に対する透光性を言う。以下同じ)を有する絶縁層としての酸化シリコン(SiO)層12b〜12eを介して積層されている。なお、第2、第4、第6の遮光層として、アルミニウム合金層11b〜11fに限られず、銅(Cu)合金層が形成されても良い。 On the P-type silicon substrate 3, aluminum alloy layers 11 b to 11 f as a plurality of light shielding layers (second, fourth, and sixth light shielding layers) are translucent (to receive light by the light receiving element 30). It is laminated through silicon oxide (SiO 2 ) layers 12b to 12e as insulating layers having a light-transmitting property with respect to light having a wavelength of the same. Note that the second, fourth, and sixth light shielding layers are not limited to the aluminum alloy layers 11b to 11f, and a copper (Cu) alloy layer may be formed.

タングステン層13b〜13eは、P型シリコン基板3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る。これにより、タングステン層13b〜13eの各々に形成された開口部15が互いに重なる。タングステン層13b〜13eの開口部15に相当する領域には、透光性を有する上述の酸化シリコン層12b〜12eが充填されている。タングステン層13b〜13eの各々に形成された開口部15によって、タングステン層13b〜13eの積層方向に沿った光路が形成される。   The tungsten layers 13b to 13e are continuously formed on the P-type silicon substrate 3 over a plurality of layers, for example, in a lattice-shaped predetermined pattern. Thereby, the openings 15 formed in each of the tungsten layers 13b to 13e overlap each other. The regions corresponding to the openings 15 of the tungsten layers 13b to 13e are filled with the above-described silicon oxide layers 12b to 12e having translucency. An optical path along the stacking direction of the tungsten layers 13b to 13e is formed by the opening 15 formed in each of the tungsten layers 13b to 13e.

タングステン層13b〜13eによって形成された壁部は、光路内を通過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13b〜13eの何れかに当たり、その光の一部はタングステン層13b〜13eの何れかに吸収され、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範囲内の光に制限される。   The wall portion formed by the tungsten layers 13b to 13e limits the incident angle of light passing through the optical path. That is, when the light incident on the optical path is inclined with respect to the direction of the optical path, the light hits any one of the tungsten layers 13b to 13e, and a part of the light hits any one of the tungsten layers 13b to 13e. Absorbed and the rest is reflected. Since the reflected light becomes weak due to repeated reflections before passing through the optical path, the light that can pass through the angle limiting filter 10 is substantially limited to light having an inclination with respect to the optical path within a predetermined limiting angle range. The

上述の態様においては、P型シリコン基板3上に、格子状の所定パターンで複数のタングステン層13b〜13e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。   In the above-described aspect, since the wall portion is formed by forming the plurality of tungsten layers 13b to 13e in a lattice-like predetermined pattern on the P-type silicon substrate 3, it is possible to form a fine pattern. A small angle limiting filter 10 can be manufactured. Moreover, compared with the case where a spectroscopic sensor is comprised by bonding a member with an adhesive material, a manufacturing process can be simplified and the reduction | decrease of the transmitted light by an adhesive material can also be suppressed.

好ましい態様において、アルミニウム合金層11b〜11fは、半導体素子40を含む電子回路上のアルミニウム合金層51b〜51fと同じ材料によって構成され、同じ多層配線プロセスにより形成される。また、タングステン層13b〜13eは、電子回路上の導電プラグ53b〜53eと同じ材料(タングステン)によって構成され、同じ多層配線プロセスにより形成される。これにより、角度制限フィルター10は、同一のP型シリコン基板3上に形成される電子回路のための配線用のアルミニウム合金層51b〜51fや導電プラグ53b〜53eを形成するのと同時に、半導体プロセスによって形成することができる。   In a preferred embodiment, the aluminum alloy layers 11b to 11f are made of the same material as the aluminum alloy layers 51b to 51f on the electronic circuit including the semiconductor element 40, and are formed by the same multilayer wiring process. The tungsten layers 13b to 13e are made of the same material (tungsten) as the conductive plugs 53b to 53e on the electronic circuit, and are formed by the same multilayer wiring process. As a result, the angle limiting filter 10 simultaneously forms the aluminum alloy layers 51b to 51f for wiring and the conductive plugs 53b to 53e for the electronic circuit formed on the same P-type silicon substrate 3, and simultaneously with the semiconductor process. Can be formed.

本実施形態の角度制限フィルター10において、アルミニウム合金層11b〜11fは、タングステン層13b〜13eによって形成された壁部を囲む領域に形成される(図1(A)参照)。また、角度制限フィルター10の光路の壁面が、光の反射率の高いアルミニウム合金層11b〜11fではなく、タングステン層13b〜13eのみによって形成される(図2参照)。これにより、光路内に入射した光が光路の壁面で反射することを抑制できるので、制限角度範囲を超える入射角の光が光路内を通過しにくいようにすることができる。壁部を囲む領域にアルミニウム合金層を形成する際、アルミニウム合金層は、壁部を全て囲まなくてもよく、隙間が空いていてもよい。   In the angle limiting filter 10 of the present embodiment, the aluminum alloy layers 11b to 11f are formed in a region surrounding the wall portion formed by the tungsten layers 13b to 13e (see FIG. 1A). Further, the wall surface of the optical path of the angle limiting filter 10 is formed only by the tungsten layers 13b to 13e, not the aluminum alloy layers 11b to 11f having high light reflectance (see FIG. 2). Thereby, since it can suppress that the light which injected into the optical path reflects on the wall surface of an optical path, the light of the incident angle exceeding a limit angle range can be made difficult to pass through the optical path. When the aluminum alloy layer is formed in the region surrounding the wall portion, the aluminum alloy layer does not have to surround the wall portion, and there may be a gap.

また、好ましい態様において、タングステン層13b〜13eは、それぞれアルミニウム合金層11b〜11eの内側の端面を介してアルミニウム合金層11b〜11eと電気的に接続される。そして、例えば、P型シリコン基板3に形成される受光素子30とタングステン層13bとが、最下層のタングステン層13aによって電気的に接続される。これにより、受光素子30とアルミニウム合金層11b〜11fとが電気的に接続されている。   In a preferred embodiment, the tungsten layers 13b to 13e are electrically connected to the aluminum alloy layers 11b to 11e through the inner end surfaces of the aluminum alloy layers 11b to 11e, respectively. For example, the light receiving element 30 formed on the P-type silicon substrate 3 and the tungsten layer 13b are electrically connected by the lowermost tungsten layer 13a. Thereby, the light receiving element 30 and the aluminum alloy layers 11b to 11f are electrically connected.

また、タングステン層13b〜13eは、隣接する2つの開口部15の間に位置する部分(第1の部分)131の幅は狭く、外側の部分(第2の部分)132の幅は広くなっている。そして、外側の部分132の幅の中心に、アルミニウム合金層11b〜11eの内側の端面が位置している。これにより、タングステン層13b〜13eとアルミニウム合金層11b〜11eとが電気的に接続されることと、アルミニウム合金層11b〜11eが角度制限フィルター10の光路内に露出しないようにすることとの両者を、より確実に実現することができる。   In the tungsten layers 13b to 13e, the width of the portion (first portion) 131 located between the two adjacent openings 15 is narrow, and the width of the outer portion (second portion) 132 is wide. Yes. The inner end faces of the aluminum alloy layers 11b to 11e are located at the center of the width of the outer portion 132. As a result, both the tungsten layers 13b to 13e and the aluminum alloy layers 11b to 11e are electrically connected, and the aluminum alloy layers 11b to 11e are not exposed in the optical path of the angle limiting filter 10. Can be realized more reliably.

また、タングステン層13b〜13eにアルミニウム合金層11b〜11eの内側の端面が接しているので、タングステン層13b〜13eの外側から光が迷い込んで(タングステン層13b〜13eとアルミニウム合金層11b〜11eとの間を光が通過して)受光素子30に到達してしまうことを抑制できる。   Further, since the inner end faces of the aluminum alloy layers 11b to 11e are in contact with the tungsten layers 13b to 13e, light strays from the outside of the tungsten layers 13b to 13e (the tungsten layers 13b to 13e and the aluminum alloy layers 11b to 11e and It is possible to suppress the light from passing between the light-receiving elements 30.

本実施形態において、角度制限フィルター10はP型シリコン基板3に対して垂直な方向の光路を有しているが、これに限らず、P型シリコン基板3に対して傾斜した方向の光路を有していても良い。P型シリコン基板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13b〜13eをそれぞれ面方向に所定量ずつずらして形成する。   In the present embodiment, the angle limiting filter 10 has an optical path in a direction perpendicular to the P-type silicon substrate 3, but is not limited thereto, and has an optical path in a direction inclined with respect to the P-type silicon substrate 3. You may do it. In order to form an optical path in an inclined direction with respect to the P-type silicon substrate 3, for example, the plurality of tungsten layers 13b to 13e are formed so as to be shifted by a predetermined amount in the plane direction.

<1−2.波長制限フィルター>
波長制限フィルター20は、例えば、角度制限フィルター10上に、酸化シリコン(SiO)等の低屈折率の薄膜21と、酸化チタン(TiO)等の高屈折率の薄膜22とを多数積層したものである。
低屈折率の薄膜21及び高屈折率の薄膜22は、それぞれ例えばサブミクロンオーダーの所定膜厚とし、これを例えば計60層程度にわたって積層することにより、全体で例えば6μm程度の厚さとする。
<1-2. Wavelength limiting filter>
For example, the wavelength limiting filter 20 is formed by laminating a number of low refractive index thin films 21 such as silicon oxide (SiO 2 ) and high refractive index thin films 22 such as titanium oxide (TiO 2 ) on the angle limiting filter 10. Is.
The low-refractive index thin film 21 and the high-refractive index thin film 22 each have a predetermined thickness of, for example, a submicron order, and are laminated over a total of, for example, about 60 layers, for example, to have a total thickness of, for example, about 6 μm.

低屈折率の薄膜21及び高屈折率の薄膜22は、それぞれP型シリコン基板3に対して僅かに傾斜していても良い。低屈折率の薄膜21及び高屈折率の薄膜22のP型シリコン基板3に対する傾斜角度θ(図2参照)は、受光素子30によって受光しようとする光の設定波長に応じて、例えば0[deg]以上30[deg]以下に設定する。   Each of the low refractive index thin film 21 and the high refractive index thin film 22 may be slightly inclined with respect to the P-type silicon substrate 3. The inclination angle θ (see FIG. 2) of the low refractive index thin film 21 and the high refractive index thin film 22 with respect to the P-type silicon substrate 3 is, for example, 0 [deg] according to the set wavelength of light to be received by the light receiving element 30. ] To 30 [deg] or less.

低屈折率の薄膜21及び高屈折率の薄膜22をP型シリコン基板3に対して傾斜させるために、例えば、角度制限フィルター10上に透光性を有する傾斜構造体23を形成し、傾斜構造体23の上に低屈折率の薄膜21及び高屈折率の薄膜22を成膜する。傾斜構造体23は、例えば、角度制限フィルター10上に形成した酸化シリコンをCMP(chemical mechanical polishing)法によって加工することにより形成する。   In order to incline the low refractive index thin film 21 and the high refractive index thin film 22 with respect to the P-type silicon substrate 3, for example, an inclined structure 23 having translucency is formed on the angle limiting filter 10, and the inclined structure is formed. A thin film 21 having a low refractive index and a thin film 22 having a high refractive index are formed on the body 23. The inclined structure 23 is formed, for example, by processing silicon oxide formed on the angle limiting filter 10 by a CMP (chemical mechanical polishing) method.

受光素子30によって受光しようとする光の設定波長に応じた傾斜角度θを有する傾斜構造体23を形成することにより、低屈折率の薄膜21及び高屈折率の薄膜22のP型シリコン基板3に対する傾斜角度を調整することができる。   By forming an inclined structure 23 having an inclination angle θ corresponding to a set wavelength of light to be received by the light receiving element 30, the low refractive index thin film 21 and the high refractive index thin film 22 with respect to the P-type silicon substrate 3. The tilt angle can be adjusted.

波長制限フィルター20は、以上の構成により、角度制限フィルター10に所定の制限角度範囲内で入射する光(角度制限フィルター10を通過できる光)の波長を制限する。
すなわち、波長制限フィルター20に入射した入射光は、低屈折率の薄膜21と高屈折率の薄膜22との境界面において、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、他の低屈折率の薄膜21と高屈折率の薄膜22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)。
With the above configuration, the wavelength limiting filter 20 limits the wavelength of light (light that can pass through the angle limiting filter 10) that enters the angle limiting filter 10 within a predetermined limiting angle range.
That is, the incident light incident on the wavelength limiting filter 20 is partially reflected light and partially transmitted light at the boundary surface between the low refractive index thin film 21 and the high refractive index thin film 22. A part of the reflected light is reflected again at the interface between the other thin film 21 having a low refractive index and the thin film 22 having a high refractive index, and is combined with the above-described transmitted light. At this time, the light of the wavelength that matches the optical path length of the reflected light strengthens the reflected light and the transmitted light in phase, and the light of the wavelength that does not match the optical path length of the reflected light intensifies the phase of the reflected light and transmitted light. Weaken (interfer) without matching.

ここで、反射光の光路長は、入射光の向きに対する低屈折率の薄膜21及び高屈折率の薄膜22の傾斜角度によって決まる。従って、上述の干渉作用が、例えば計60層に及ぶ低屈折率の薄膜21及び高屈折率の薄膜22において繰り返されると、入射光の入射角度に応じて、特定の波長の光のみが波長制限フィルター20を透過し、所定の出射角度(例えば、波長制限フィルター20への入射角度と同じ角度)で波長制限フィルター20から出射する。   Here, the optical path length of the reflected light is determined by the inclination angles of the low refractive index thin film 21 and the high refractive index thin film 22 with respect to the direction of the incident light. Therefore, when the above-described interference action is repeated in, for example, the low-refractive index thin film 21 and the high-refractive index thin film 22 covering a total of 60 layers, only light of a specific wavelength is wavelength-limited according to the incident angle of incident light. The light passes through the filter 20 and is emitted from the wavelength limiting filter 20 at a predetermined emission angle (for example, the same angle as the incident angle to the wavelength limiting filter 20).

角度制限フィルター10は、所定の制限角度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、波長制限フィルター20と角度制限フィルター10とを通過する光の波長は、低屈折率の薄膜21及び高屈折率の薄膜22のP型シリコン基板3に対する傾斜角度θ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範囲とによって決まる所定範囲の波長に制限される。
波長制限フィルターは、上記の例に限定されず、特定の範囲の波長の光を透過する材料でもよい。また、特定の範囲の波長の光を分離するプリズムでもよい。
The angle limiting filter 10 allows only light incident on the angle limiting filter 10 to pass within a predetermined limit angle range. Therefore, the wavelength of the light passing through the wavelength limiting filter 20 and the angle limiting filter 10 is determined by the inclination angle θ of the low refractive index thin film 21 and the high refractive index thin film 22 with respect to the P-type silicon substrate 3 and the angle limiting filter 10. The wavelength is limited to a predetermined range determined by the limit angle range of the incident light to be transmitted.
The wavelength limiting filter is not limited to the above example, and may be a material that transmits light in a specific range of wavelengths. Also, a prism that separates light of a specific range of wavelengths may be used.

<1−3.受光素子>
受光素子30は、波長制限フィルター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。
<1-3. Light receiving element>
The light receiving element 30 is an element that receives light that has passed through the wavelength limiting filter 20 and the angle limiting filter 10 and converts it into photovoltaic power.

受光素子30は、P型シリコン基板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。P型シリコン基板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上に形成された第2導電型の第2の半導体領域32と、第2の半導体領域32上に形成された第1導電型の第3の半導体領域33と、第2の半導体領域32上に、第3の半導体領域33に囲まれて形成され、第2の半導体領域32より高濃度の不純物を含む第2導電型の第4の半導体領域34と、が含まれる。第1導電型は例えばN型、第2導電型は例えばP型である。   The light receiving element 30 includes various semiconductor regions formed in the P-type silicon substrate 3 by ion implantation or the like. As the semiconductor region formed on the P-type silicon substrate 3, for example, a first conductivity type first semiconductor region 31 and a second conductivity type second semiconductor region formed on the first semiconductor region 31 are used. 32, a third semiconductor region 33 of the first conductivity type formed on the second semiconductor region 32, and a second semiconductor region 32 surrounded by the third semiconductor region 33, and And a fourth semiconductor region 34 of the second conductivity type that contains a higher concentration of impurities than the second semiconductor region 32. The first conductivity type is, for example, N type, and the second conductivity type is, for example, P type.

第1の半導体領域31と第3の半導体領域33とは、第1導電型の第5の半導体領域35を介して電気的に接続されている。第1の半導体領域31は、第5の半導体領域35を介して導電プラグ63aに接続され、導電プラグ63aは、アルミニウム合金層11bとは分離されたアルミニウム合金層61bを介して、図示しない第1の外部電極に接続されている。第4の半導体領域34は、角度制限フィルター10の下端のタングステン層13aに接続され、角度制限フィルター10はさらにアルミニウム合金層11b〜11fを介して、図示しない第2の外部電極に接続されている。第1の外部電極と第2の外部電極とにより、第1の半導体領域31と第2の半導体領域32との間で形成されたPN接合に逆バイアスの電圧を印加できるようになっている。   The first semiconductor region 31 and the third semiconductor region 33 are electrically connected via a first conductivity type fifth semiconductor region 35. The first semiconductor region 31 is connected to the conductive plug 63a through the fifth semiconductor region 35, and the conductive plug 63a is connected to the first unillustrated first through the aluminum alloy layer 61b separated from the aluminum alloy layer 11b. Connected to the external electrode. The fourth semiconductor region 34 is connected to the tungsten layer 13a at the lower end of the angle limiting filter 10, and the angle limiting filter 10 is further connected to a second external electrode (not shown) via the aluminum alloy layers 11b to 11f. . A reverse bias voltage can be applied to the PN junction formed between the first semiconductor region 31 and the second semiconductor region 32 by the first external electrode and the second external electrode.

上述の態様においては、第4の半導体領域34が角度制限フィルター10を介して第2の外部電極に接続されているので、受光素子30上に角度制限フィルター10以外の配線用の導電体を設ける必要がなく、配線の増加による受光光量の低下を抑制することができる。   In the above aspect, since the fourth semiconductor region 34 is connected to the second external electrode via the angle limiting filter 10, a wiring conductor other than the angle limiting filter 10 is provided on the light receiving element 30. There is no need, and a decrease in the amount of received light due to an increase in wiring can be suppressed.

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32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2の外部電極に接続された電子回路(半導体素子40を含む)によって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。   When the light passing through the angle limiting filter 10 is received by the light receiving element 30, a photovoltaic force is generated at the PN junction formed between the first semiconductor region 31 and the second semiconductor region 32. Current is generated. By detecting this current by an electronic circuit (including the semiconductor element 40) connected to the second external electrode, the light received by the light receiving element 30 can be detected.

<1−4.第1の実施形態の製造方法>
ここで、第1の実施形態に係る分光センサー1の製造方法について説明する。分光センサー1は、最初にP型シリコン基板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の上に波長制限フィルター20を形成することによって製造する。
<1-4. Manufacturing Method of First Embodiment>
Here, a method for manufacturing the spectroscopic sensor 1 according to the first embodiment will be described. In the spectroscopic sensor 1, the light receiving element 30 is first formed on the P-type silicon substrate 3, then the angle limiting filter 10 is formed on the light receiving element 30, and then the wavelength limiting filter is formed on the angle limiting filter 10. 20 is produced.

最初に、P型シリコン基板3に受光素子30を形成する。例えば、まず、P型シリコン基板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、N型の第5の半導体領域35と、P型の第2の半導体領域32とを形成する。そして、第2の半導体領域32にさらにイオン注入等を行うことによって、P型の第4の半導体領域34と、N型の第3の半導体領域33とを形成する。この工程は、同一のP型シリコン基板3上に形成される半導体素子40を含む電子回路の形成と同時に行うことができる。   First, the light receiving element 30 is formed on the P-type silicon substrate 3. For example, first, an N-type first semiconductor region 31 is formed by performing ion implantation or the like on the P-type silicon substrate 3. Then, further ion implantation or the like is performed on the first semiconductor region 31 to form an N-type fifth semiconductor region 35 and a P-type second semiconductor region 32. Then, further ion implantation or the like is performed on the second semiconductor region 32 to form a P-type fourth semiconductor region 34 and an N-type third semiconductor region 33. This step can be performed simultaneously with the formation of the electronic circuit including the semiconductor element 40 formed on the same P-type silicon substrate 3.

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。
図3は、第1の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す断面図である。図3においては、P型シリコン基板3の図示を省略している。
Next, the angle limiting filter 10 is formed on the light receiving element 30.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a process of forming an angle limiting filter according to the first embodiment. In FIG. 3, the illustration of the P-type silicon substrate 3 is omitted.

(1)まず、受光素子30が形成されたP型シリコン基板3の上に酸化シリコン層12aを形成する。次に、酸化シリコン層12aの一部(第4の半導体領域34の上方の領域)をエッチングすることにより、酸化シリコン層12aに溝を形成する。
次に、酸化シリコン層12aに形成された溝の中にタングステン層13aを埋め込む。このタングステン層13aは、電子回路のための配線用のアルミニウム合金層と当該電子回路に含まれる半導体素子とを接続する導電プラグ53aの形成と同時に、形成される(図3(A))。
(1) First, the silicon oxide layer 12a is formed on the P-type silicon substrate 3 on which the light receiving element 30 is formed. Next, a groove is formed in the silicon oxide layer 12a by etching a part of the silicon oxide layer 12a (region above the fourth semiconductor region 34).
Next, the tungsten layer 13a is embedded in the groove formed in the silicon oxide layer 12a. The tungsten layer 13a is formed simultaneously with the formation of the conductive plug 53a that connects the aluminum alloy layer for wiring for the electronic circuit and the semiconductor element included in the electronic circuit (FIG. 3A).

(2)次に、アルミニウム合金層11b及び61bを、電子回路のための配線用のアルミニウム合金層51bの形成と同時に形成する。アルミニウム合金層11b及び61bの下面及び上面には、窒化チタン膜等が形成されることが望ましい。次に、酸化シリコン層12aと、アルミニウム合金層11b及び61bとの上に、酸化シリコン層12bを形成する。酸化シリコン層12bは、電子回路のための配線用のアルミニウム合金層51bの上の酸化シリコン層52bの形成と同時に形成される。   (2) Next, the aluminum alloy layers 11b and 61b are formed simultaneously with the formation of the aluminum alloy layer 51b for wiring for an electronic circuit. A titanium nitride film or the like is desirably formed on the lower and upper surfaces of the aluminum alloy layers 11b and 61b. Next, the silicon oxide layer 12b is formed on the silicon oxide layer 12a and the aluminum alloy layers 11b and 61b. The silicon oxide layer 12b is formed simultaneously with the formation of the silicon oxide layer 52b on the aluminum alloy layer 51b for wiring for an electronic circuit.

次に、CMP法により、酸化シリコン層12bを平坦化する(図3(B))。このとき、電子回路が形成された領域上にアルミニウム合金層51bが位置しているだけでなく、受光素子30が形成された領域の周辺上にもアルミニウム合金層11b及び61bが位置している。これにより、受光素子30が形成された領域上の酸化シリコン層12bが削られすぎて平坦性を損なうこと(CMPディッシング)を抑制することができる。このようなCMPディッシングを抑制するため、アルミニウム合金層11b及び61bの一片の長さを例えば300μm以下とし、アルミニウム合金層11b及び61bの合計幅を例えば6μm以上とすることが望ましい。   Next, the silicon oxide layer 12b is planarized by CMP (FIG. 3B). At this time, not only the aluminum alloy layer 51b is located on the region where the electronic circuit is formed, but also the aluminum alloy layers 11b and 61b are located on the periphery of the region where the light receiving element 30 is formed. As a result, it is possible to prevent the silicon oxide layer 12b on the region where the light receiving element 30 is formed from being excessively shaved and impairing the flatness (CMP dishing). In order to suppress such CMP dishing, it is desirable that the length of one piece of the aluminum alloy layers 11b and 61b is, for example, 300 μm or less, and the total width of the aluminum alloy layers 11b, 61b is, for example, 6 μm or more.

(3)次に、酸化シリコン層12bの一部をエッチングすることにより、酸化シリコン層12bに溝を形成する。次に、酸化シリコン層12bに形成された溝の中にタングステン層13bを埋め込む(図3(C))。タングステン層13bは、電子回路のための配線用のアルミニウム合金層51bと51cとを接続する導電プラグ53bの形成と同時に形成される。   (3) Next, a part of the silicon oxide layer 12b is etched to form a groove in the silicon oxide layer 12b. Next, a tungsten layer 13b is embedded in the groove formed in the silicon oxide layer 12b (FIG. 3C). The tungsten layer 13b is formed simultaneously with the formation of the conductive plug 53b that connects the aluminum alloy layers 51b and 51c for wiring for an electronic circuit.

上述の(2)及び(3)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(図3(D)、(E))。
上述の酸化シリコン層12bを平坦化する工程だけでなく、酸化シリコン層12c〜12fを平坦化する工程においても、受光素子30が形成された領域の周辺上にそれぞれアルミニウム合金層11c〜11fが位置している。これにより、受光素子30が形成された領域上の酸化シリコン層12c〜12fが削られすぎて平坦性を損なうこと(CMPディッシング)を抑制することができる。このようなCMPディッシングを抑制するため、アルミニウム合金層11c〜11fの一片の長さを例えば300μm以下とし、アルミニウム合金層11c〜11fの幅を例えば6μm以上とすることが望ましい。
The angle limiting filter 10 is formed by repeating the steps (2) and (3) described above a predetermined number of times (FIGS. 3D and 3E).
The aluminum alloy layers 11c to 11f are positioned on the periphery of the region where the light receiving element 30 is formed not only in the step of planarizing the silicon oxide layer 12b but also in the step of planarizing the silicon oxide layers 12c to 12f. doing. Thereby, it can suppress that the silicon oxide layers 12c-12f on the area | region in which the light receiving element 30 was formed are shaved too much, and impairing flatness (CMP dishing). In order to suppress such CMP dishing, it is desirable that the length of one piece of the aluminum alloy layers 11c to 11f is, for example, 300 μm or less, and the width of the aluminum alloy layers 11c to 11f is, for example, 6 μm or more.

次に、角度制限フィルター10の上に波長制限フィルター20を形成する(図2参照)。例えば、まず、角度制限フィルター10の上に酸化シリコン層を形成し、この酸化シリコン層をCMP法等によって所定角度の傾斜構造体23に加工する。次に、低屈折率の薄膜21と高屈折率の薄膜22とを交互に多数積層する。
以上の工程によって分光センサー1が製造される。
Next, the wavelength limiting filter 20 is formed on the angle limiting filter 10 (see FIG. 2). For example, first, a silicon oxide layer is formed on the angle limiting filter 10, and this silicon oxide layer is processed into a tilted structure 23 having a predetermined angle by a CMP method or the like. Next, a large number of low refractive index thin films 21 and high refractive index thin films 22 are alternately stacked.
The spectroscopic sensor 1 is manufactured through the above steps.

<2.第2の実施形態>
図4は、本発明の第2の実施形態に係る角度制限フィルター及び配線層の一部を示す断面図である。
<2. Second Embodiment>
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of the angle limiting filter and the wiring layer according to the second embodiment of the present invention.

第2の実施形態においては、アルミニウム合金層11b〜11dの厚さに比べてアルミニウム合金層11e(及び11f)の厚さが大きくなっている。このような場合に、酸化シリコン層12eに溝を形成してタングステン層13eを埋め込む際に、タングステン層13eをその下層のタングステン層13dと接続させるためには、酸化シリコン層12eに形成する溝を深くする必要がある。しかしながら、酸化シリコン層12eに溝を形成する工程と、酸化シリコン層52eに溝を形成する工程とを共通の工程で行う場合に、酸化シリコン層12e及び52eのエッチング時間を長くしてしまうと、アルミニウム合金層51eの表面の窒化チタン(TiN)膜がエッチングされ、アルミニウム合金層51eと導電プラグ53eとの間の電気抵抗が増加してしまう場合がある。   In the second embodiment, the thickness of the aluminum alloy layer 11e (and 11f) is larger than the thickness of the aluminum alloy layers 11b to 11d. In such a case, when the trench is formed in the silicon oxide layer 12e and the tungsten layer 13e is embedded, the trench formed in the silicon oxide layer 12e is formed in order to connect the tungsten layer 13e to the underlying tungsten layer 13d. Need to be deep. However, when the step of forming the groove in the silicon oxide layer 12e and the step of forming the groove in the silicon oxide layer 52e are performed in a common step, if the etching time of the silicon oxide layers 12e and 52e is lengthened, The titanium nitride (TiN) film on the surface of the aluminum alloy layer 51e is etched, and the electrical resistance between the aluminum alloy layer 51e and the conductive plug 53e may increase.

そこで、第2の実施形態において、酸化シリコン層12eに形成する溝の深さは、他の酸化シリコン層12b〜12dに形成する溝の深さと同等とすることにより、タングステン層13eとタングステン層13dとの間に隙間が形成されるようにした。   Therefore, in the second embodiment, the depth of the groove formed in the silicon oxide layer 12e is equal to the depth of the groove formed in the other silicon oxide layers 12b to 12d, whereby the tungsten layer 13e and the tungsten layer 13d are formed. A gap was formed between them.

一方、タングステン層13a〜13dを受光素子30に接続して電気回路の一部として用いる場合に、タングステン層13eとタングステン層13dとの間の隙間によって、浮遊容量が発生する可能性がある。これを防止するため、第2の実施形態においては、アルミニウム合金層11eがタングステン層13eとタングステン層13dとの両者に接続されるように、タングステン層13e及びタングステン層13dの外側の部分132の幅の中心にアルミニウム合金層11eの内側の端面が位置している。
他の点については第1の実施形態と同様である。
On the other hand, when the tungsten layers 13a to 13d are connected to the light receiving element 30 and used as a part of an electric circuit, stray capacitance may occur due to a gap between the tungsten layer 13e and the tungsten layer 13d. In order to prevent this, in the second embodiment, the widths of the tungsten layer 13e and the outer portion 132 of the tungsten layer 13d so that the aluminum alloy layer 11e is connected to both the tungsten layer 13e and the tungsten layer 13d. The inner end face of the aluminum alloy layer 11e is located at the center of the center.
The other points are the same as in the first embodiment.

<3.第3の実施形態>
図5は、本発明の第3の実施形態に係る角度制限フィルター及び配線層の一部を示す断面図である。
<3. Third Embodiment>
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part of the angle limiting filter and the wiring layer according to the third embodiment of the present invention.

第3の実施形態においては、酸化シリコン層12e及び最上層のタングステン層13eの上にアルミニウム合金層が形成されていない。第1の実施形態においては、酸化シリコン層12e及びタングステン層13eの上にアルミニウム合金層11fを形成し、さらにその上に酸化シリコン層12fを形成していたので、酸化シリコン層12fの成膜後に酸化シリコン層12fを平坦化する必要があった。これに対し、第3の実施形態においては、酸化シリコン層12e及び最上層のタングステン層13eの上にアルミニウム合金層を形成せずに、酸化シリコン層12fを形成するので、酸化シリコン層12fを成膜するだけで酸化シリコン層12fが平坦に形成される。従って、第3の実施形態においては、酸化シリコン層12fを平坦化する工程を省略することができる。
他の点については第1の実施形態及び第2の実施形態と同様である。
In the third embodiment, an aluminum alloy layer is not formed on the silicon oxide layer 12e and the uppermost tungsten layer 13e. In the first embodiment, since the aluminum alloy layer 11f is formed on the silicon oxide layer 12e and the tungsten layer 13e, and the silicon oxide layer 12f is further formed thereon, after the silicon oxide layer 12f is formed, It was necessary to planarize the silicon oxide layer 12f. In contrast, in the third embodiment, since the silicon oxide layer 12f is formed on the silicon oxide layer 12e and the uppermost tungsten layer 13e without forming the aluminum alloy layer, the silicon oxide layer 12f is formed. The silicon oxide layer 12f is formed flat only by filming. Therefore, in the third embodiment, the step of planarizing the silicon oxide layer 12f can be omitted.
Other points are the same as those in the first embodiment and the second embodiment.

<4.第4の実施形態>
図6は、本発明の第4の実施形態に係る角度制限フィルター及び分光センサーを示す平面図である。図6には、角度制限フィルター10の他に、半導体素子を含む電子回路41、電源用配線42、パッド電極43も示されている。
<4. Fourth Embodiment>
FIG. 6 is a plan view showing an angle limiting filter and a spectroscopic sensor according to the fourth embodiment of the present invention. In addition to the angle limiting filter 10, an electronic circuit 41 including semiconductor elements, a power supply wiring 42, and a pad electrode 43 are also shown in FIG.

第4の実施形態における分光センサー1aは、第1の実施形態においてアルミニウム合金層11b〜11eを周囲に配置した角度制限フィルター10を半導体チップ上に複数配列させた大面積の角度制限フィルター10aを含んでいる。角度制限フィルター10aは、アルミニウム合金層11b〜11eを周囲に配置した角度制限フィルター10を有しているので、平坦性の高い角度制限フィルター10aとすることができる。   The spectroscopic sensor 1a according to the fourth embodiment includes a large-area angle limiting filter 10a in which a plurality of angle limiting filters 10 in which the aluminum alloy layers 11b to 11e are arranged in the periphery in the first embodiment are arranged on a semiconductor chip. It is out. Since the angle limiting filter 10a has the angle limiting filter 10 in which the aluminum alloy layers 11b to 11e are arranged around, the angle limiting filter 10a can be made to have a high flatness.

他の点については第1の実施形態と同様である。
また、上述の第2及び第3の実施形態に係る角度制限フィルターは、第1の実施形態に係る分光センサーにも第4の実施形態に係る分光センサーにも適用することができる。
The other points are the same as in the first embodiment.
The angle limiting filter according to the second and third embodiments described above can be applied to the spectroscopic sensor according to the first embodiment and the spectroscopic sensor according to the fourth embodiment.

1、1a…分光センサー、3…P型シリコン基板(半導体基板)、10、10a…角度制限フィルター、11b〜11f…アルミニウム合金層(第2、第4、第6の遮光層)、12a〜12f…酸化シリコン層(絶縁層)、13a〜13e…タングステン層(第1、第3、第5の遮光層)、15…開口部、20…波長制限フィルター、21…低屈折率の薄膜、22…高屈折率の薄膜、23…傾斜構造体、30…受光素子、31…第1の半導体領域、32…第2の半導体領域、33…第3の半導体領域、34…第4の半導体領域、35…第5の半導体領域、40…半導体素子、41…電子回路、42…電源用配線、43…パッド電極、51b〜51f…アルミニウム合金層、52a〜52f…酸化シリコン層、53a〜53e…導電プラグ、61b…アルミニウム合金層、63a…導電プラグ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a ... Spectroscopic sensor, 3 ... P type silicon substrate (semiconductor substrate), 10, 10a ... Angle limiting filter, 11b-11f ... Aluminum alloy layer (2nd, 4th, 6th light shielding layer), 12a-12f ... silicon oxide layer (insulating layer), 13a to 13e ... tungsten layer (first, third and fifth light shielding layers), 15 ... opening, 20 ... wavelength limiting filter, 21 ... low refractive index thin film, 22 ... High refractive index thin film, 23 ... inclined structure, 30 ... light receiving element, 31 ... first semiconductor region, 32 ... second semiconductor region, 33 ... third semiconductor region, 34 ... fourth semiconductor region, 35 ... 5th semiconductor region, 40 ... Semiconductor element, 41 ... Electronic circuit, 42 ... Power supply wiring, 43 ... Pad electrode, 51b-51f ... Aluminum alloy layer, 52a-52f ... Silicon oxide layer, 53a-53e ... Conductive plug , 6 b ... aluminum alloy layer, 63a ... conductive plug.

Claims (7)

第1の遮光性材料を含み、第1の開口部が設けられた第1の遮光層と、
第2の遮光性材料を含み、且つ前記第1の遮光層を囲む領域に位置する第2の遮光層と、
前記第1の遮光性材料を含み、前記第1の開口部と少なくとも一部が重なる第2の開口部が設けられ、前記第1の遮光層の上方に位置する第3の遮光層と、
前記第2の遮光性材料を含み、且つ前記第3の遮光層を囲む領域であって前記第2の遮光層の上方に位置する第4の遮光層と、
を含む角度制限フィルター。
A first light shielding layer comprising a first light shielding material and provided with a first opening;
A second light-shielding layer that includes a second light-shielding material and is located in a region surrounding the first light-shielding layer;
A third light-shielding layer comprising the first light-shielding material, provided with a second opening at least partially overlapping with the first opening, and positioned above the first light-shielding layer;
A fourth light-shielding layer that includes the second light-shielding material and surrounds the third light-shielding layer and is located above the second light-shielding layer;
Including angle limiting filter.
請求項1において、
前記第1の遮光層が、前記第2の遮光層の端面と接しており、前記第3の遮光層が、前記第4の遮光層の端面と接している角度制限フィルター。
In claim 1,
The angle limiting filter, wherein the first light shielding layer is in contact with an end face of the second light shielding layer, and the third light shielding layer is in contact with an end face of the fourth light shielding layer.
請求項1又は請求項2において、
前記第1の遮光層は、複数の前記第1の開口部が設けられているとともに、隣接する2つの前記第1の開口部の間に位置する第1の部分と、前記第1の部分及び前記複数の第1の開口部より前記第2の遮光層の側に位置する第2の部分とを含み、
前記第2の遮光層の端面は、前記第1の遮光層の前記第2の部分の幅の中央に位置して、前記第1の遮光層に覆われている、角度制限フィルター。
In claim 1 or claim 2,
The first light shielding layer is provided with a plurality of the first openings, a first portion positioned between two adjacent first openings, the first portion, A second portion located closer to the second light shielding layer than the plurality of first openings,
The end face of the second light shielding layer is an angle limiting filter that is located in the center of the width of the second portion of the first light shielding layer and is covered with the first light shielding layer.
請求項1乃至請求項3の何れか一項において、
前記第1の遮光層と前記第3の遮光層との間に隙間が空いており、且つ前記第1の遮光層と前記第3の遮光層との両者が前記第4の遮光層の一部と接している角度制限フィルター。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
There is a gap between the first light shielding layer and the third light shielding layer, and both the first light shielding layer and the third light shielding layer are part of the fourth light shielding layer. Angle limiting filter in contact with
請求項1乃至請求項4の何れか一項において、前記第1の遮光材料の反射率は、前記第2の遮光材料の反射率より低い角度制限フィルター。   5. The angle limiting filter according to claim 1, wherein a reflectance of the first light shielding material is lower than a reflectance of the second light shielding material. 請求項1乃至請求項5の何れか一項において、
前記第1及び第3の遮光層は、アルミニウムより反射率の低い材料によって構成された角度制限フィルター。
In any one of Claims 1 to 5,
The first and third light shielding layers are angle limiting filters made of a material having a lower reflectance than aluminum.
請求項1乃至請求項6の何れか一項記載の角度制限フィルターと、
前記角度制限フィルターを通過できる光の波長を制限する波長制限フィルターと、
前記角度制限フィルター及び前記波長制限フィルターを通過した光を検出する受光素子と、
を具備する分光センサー。
The angle limiting filter according to any one of claims 1 to 6,
A wavelength limiting filter that limits the wavelength of light that can pass through the angle limiting filter;
A light receiving element for detecting light that has passed through the angle limiting filter and the wavelength limiting filter;
A spectroscopic sensor comprising:
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