JP4243670B2 - 多孔質の層領域を有する層、そのような層を含む干渉フィルタおよびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、請求項１の前段に規定する多孔質層を有する層に関する。更に、この発明は、請求項７の前段に規定するそのような層を含む干渉フィルターに関する。最後に、この発明は請求項８の前段に規定するそのような層を作製する方法に関する。
従来の技術として、高度に発展したマイクロエレクトロニクスと簡単で低コストな作製し易さに対する両立性のため、センサ電子回路の応用に将来性のある材料であって（M. Thrust et al., Meas. Sci. Technol., 6,（1995），およびY. Duvault-Herrera et al., Colloid. Surf., 50, 197,（1990）），電子ルミネッセンスのためにデイスプレー技術の分野の応用（P. Steiner et al., Appl. Phys. Lett., 62（21）, 2700,（1993））に適する多孔質シリコン（ＰＳ）は周知である。更に、感色性の光検出器としての応用

あるいは受動的な反射フィルターの応用も周知である。
層システムをＰＳで作製することが提示されている（M. G. Berger et al., J. Phys. D: Appl. Phys., 27, 1333,（1999），ドイツ特許第43 19 413.3号明細書あるいはM. G. Berger et al. Thin Solid Films, 255, 313,（1995））。これ等の層システムは、例えば層システムとして製造パラメータに応じて色選択性の反射率を有する。更に、ＰＳにパターン構造を付けて作製することも知られているので、スペクトル特性の異なる領域を造ることができる

詳しくは、多孔質シリコンは細孔を貫通するシリコン晶子から成るスポンジ状のフレームで形成されている。晶子と細孔の大きさはドーピングと製造パラメータに応じて数ナノメータから数マイクロメータの間で変わる。光の波長がＰＳ中の構造体より非常に大きいなら、ＰＳは光に対して一様な材料（「有効媒質」）のように見え、従ってその特性は有効な屈折率を指定して記述される

これは、シリコン晶子、場合によって存在する晶子の表面上の酸化物、および細孔内の物質の屈折率に依存する。互いに平行に延び、異なった光特性を持つ個々の多孔質の層から干渉フィルターを形成することができる。この場合、異なった層は互いに平行に形成され、各層の内部に層の表面に垂直な一定の層の厚さを有する。しかし、異なったスペクトル特性に対してそれぞれ一つの独立したフィルターを別々の作業工程で作製する必要があるのが難点である。
その上、周知の方法の難点は、フォトリソグラフィー工程あるいはそれぞれ一定の特性を持つフィルターを別々にエッチングするだけで特性の異なっている隣接したフィルターを作製できる点にある。
それ故、この発明の課題は、横方向に徐々に変化する反射・透過特性を有する多孔質シリコンから干渉フィルターの機能を簡単に作り出す、多孔質の層領域を含む層、およびそのような層を含む干渉フィルターを提供すること、およびそのようなフィルターを作製する方法を用意することにある。
上記の課題は、請求項１の特徴部分全体に規定する層により解決されている。更に、上記の課題は請求項７の特徴部分全体に規定する層により解決されている。最後に、上記の課題は請求項８の特徴部分全体に規定する層により解決されている。合理的なあるいは有利な他の構成もしくは実施態様は上記の請求項にそれぞれ従属する下位請求項に開示されている。
多孔質シリコン上に層システムを周知のように作製することに基づき、反射・透過能を横方向に可変する方法を用意できることが分かった。
詳しくは、この場合、ただ一つの処理工程で良く定まった横方向に変化するスペクトル特性を有する層システムを作製している。これには、多孔質の層領域内で層の厚さが異なる値となるように、請求項１の多孔質の層領域を形成する。こうして、そのような多孔質の領域が所望の境界条件に応じてこの単一の層内に調節可能な特性を可能にし、異なった特性でそれぞれ作製され次いで合成しなければならない多数の個別成分をもはや必要としない。
更に、請求項２により、個々の望む特性を調節可能に形成するため、多孔質の領域内に多数の異なった多孔度値を設けること有利である。更に、請求項３により、多孔度も横方向に、例えば連続的に形成できる。この領域は請求項４により更に互いに異なった多孔度と共に多数の部分層領域を有する。
簡単に作製するため、請求項５に従い多孔質の層および／または部分領域を楔状に形成すると合理的である。材料としては、請求項６により好ましくはＡl,ＧaＡsあるいはＳiＧeを用いることができるが、マイクロエレクトロニックスに多様に使用されるシリコンが非常に有利である。
このような層を作製するため、材料を多孔質にするエッチングで、請求項８によりそのようなエッチング過程のエッチング速度に関連する物理量に関して勾配を与えると方法上有利であることが分かった。この代わりにあるいはこれに加えて、請求項９により材料の多孔度に関連する量を選択するとよい。物理量としては、これには請求項１０により電界、請求項１３により温度、請求項１６により基板材料あるいは請求項１７により物質のドーピングが考えられ、これ等を個々にも互いに組み合わせても採用できる。
電界勾配を形成するため、請求項１０により電気化学的なエッチング用に設けた電極を使用すると有利である。その場合、エッチングすべき表面の上にある電解質の中に第一電極を配置し、この表面とは反対の基板の側面に第二電極を取り付ける。それには、電界勾配を形成するそのような電極を傾けて配置するとよい。更に、請求項１２により一方あるいは両方の電極を網目状に形成し、前記の勾配を形成するため、勾配の方向に向けて順次狭くなる網目を有するとよい。
この発明による層システムは、請求項１３に従い、例えば請求項１４による電流により、エッチング処理の温度依存性を利用して、反射あるいは透過特性を横方向に連続的に可変させて作製することができる。エッチング処理のこの温度依存性は、電解質と基板の温度を可変してエッチング速度あるいは多孔度を可変させている。こうして、電解質あるいは基板の中の温度勾配がエッチング速度を局部的に、従ってフィルターの光特性を変化させる。
代わりに、この発明による層システムはエッチングの間に陽極または陰極の配置の変化を利用し反射特性または透過特性を横方向に連続的に変えて作製できる。エッチング処理の陽極と陰極の間の電界強度の依存性は、両方の電極間の電界強度を可変してエッチング速度あるいは多孔度を可変する。これにより、両方の電極間の電界強度の勾配がエッチング速度と、従ってフィルターの光特性も局所的に可変する。
しかし、この発明はそのような方法に限定されるものではない。エッチングに影響を与える量が多孔度の連続可変の調整用に使用するこの発明の方法の他の実施態様も考えられる。例えば、エッチングの前に、基板材料のドーピングも基板中で横方向の勾配を有するように選択できる。
更に、図面および実施例に基づきこの発明をより詳しく説明する。ここに示すのは、
図１： この発明による層配列、
図２： この発明による層配列、
図３： この発明による層配列、
図４： この発明による構造、
である。
実施例
図１には、多孔質シリコンをエッチングしたウェハの上に形成された干渉フィルターのこの発明による横断面を示す。異なった温度Ｔ1とＴ2と、それに結び付くエッチング速度の変化のため楔状の構造が生じる。
図２にも、フィルターの横断面が示してあるが、このフィルターは異なった多孔質の領域を有する層システムとして構成されている。個々の層の厚さが異なるので、得られる干渉特性は横方向に次第に変化している。
最後に、図３には上記の図面と類似して、ただ一回の処理工程で作製された個々の画素を持って横方向に次第に変化する層システムが示してある。
特に、請求項９〜１２および１７に記載する発明に関して、以下のことも説明する。
特に横方向に変化する反射特性を持って、横方向に不均一な層またはフィルターを作製するこの発明の目標設定の範囲内で、裏側の接触部の狙いを定めた配置、あるいは構成、あるいは変化は、この発明による対象物、特にフィルターの構造に非常に有利に影響を与えることが分かった。
図４に示すこの発明による構造では、裏側の接触物から多孔質の層への電流の流れは異なっている。何故なら、電荷キャリヤが接触点から多孔質の層への異なった長さの距離を進む必要があるからである。この状況は、一方で多孔質の層の大きさに依存し、他方で多孔質の層までの裏側接触部の距離に、結局基板抵抗に依存する。エッチング速度は、こうして構造体の種々の位置で異なり、これが結果として横方向に次第に変化する特性を有する干渉フィルターを形成することになる。
こうして、前記請求項に規定する対象に関して、特にこれは電界の変化に関するが、この発明による構造に関する反射特性の変化幾何学形状を横方向に適当に構成することに広い応用を設定できる。例えば、裏側の接触部の接触幾何学形状としては、多数の局所的な個別の接触部を裏側の種々の個所に設けることができる。更に、請求項１９に規定するように、これ等の局所的な接触部に異なった電流を印加できるように形成することも考えられる。

Claims (13)

1. 基板上に作製された、層の表面から層の内部へ延びる多孔質の領域から成る層を備えた干渉フィルターにおいて、この干渉フィルターには上に述べた一つまたはそれ以上の層があり、多孔質の領域の寸法は層表面に垂直な方向に異なった値を有することを特徴とする干渉フィルター。
2. 基板上に多孔質の領域から成る一つまたは複数の層から成る層構造を作製する方法において、
   ・前記多孔質の領域から成る層あるいは前記多孔質の領域をエッチングで形成し、
   ・エッチング速度に関連する物理量を選び、
   ・エッチングでエッチング速度に関連する物理量の勾配を形成する手段を使用する、
   ことを特徴とする方法。
3. 基板上に多孔質の領域から成る一つまたは複数の層から成る層構造を作製する方法において、
   ・前記多孔質の領域から成る層あるいは前記多孔質の領域をエッチングで形成し、
   ・材料の多孔度に関連する物理量を選び、
   ・エッチングで材料の多孔度に関連する物理量の勾配を形成する手段を使用する、
   ことを特徴とする方法。
4. エッチングすべき表面に渡って電界強度差あるいは電界強度の勾配を形成するため、電気化学的にエッチングする手段として電極を使用することを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
5. エッチングすべき表面に渡って電界強度差あるいは電界強度の勾配を形成するため、エッチングすべき基板の表面領域に対向する電極を傾けて配置することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. エッチングすべき表面に渡って電界強度差あるいは電界強度の勾配を形成するため、網目状の電極を選び、この網目状の電極の中にある網目が望む勾配の方向に向けて狭く形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
7. 基板あるいはエッチング用に設けてある電解質は、外部から制御される、エッチングすべき表面に渡っての温度勾配あるいは温度の相違に曝されることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
8. 基板を通過する電流の流れにより基板が局部的に異なって加熱されることを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載の方法。
9. 特にレーザーあるいはマイクロ波を用いて基板の局部的な加熱により基板内あるいは電解質内の温度勾配が生じることを特徴とする請求項２〜８の何れか１項に記載の方法。
10. 改良された基板材料を選ぶことを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
11. 物理量として基板のドーピングを選ぶことを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
12. フォトリソグラフィーでパターン構造を付けた一つまたはそれ以上の領域は局部的あるいは大局的に物理量の勾配に曝されることを特徴とする請求項２〜１１の何れか１項に記載の方法。
13. 基板の横方向に適当に形成された幾何学形状の、基板の裏側の電気接点、特に基板の裏側の異なった個所に設けられた多数の個別の局所的な電気接点が配備され、これ等の電気接点に異なった電流を印加できることを特徴とする請求項１に記載の干渉フィルターあるいは請求項２〜１２の何れか１項に記載の方法にもとづき作製された層。

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