JP5614540B2 - 分光センサー及び角度制限フィルター - Google Patents

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。

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。

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。

特開平６−１２９９０８号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

＜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。

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。

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。

＜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。

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_２）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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_２）等の低屈折率の薄膜２１と、酸化チタン（ＴｉＯ_２）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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

（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））。

（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。

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。

（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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

Claims (6)

1. 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、
   を含み、
   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。
2. 請求項１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。
3. 請求項１又は請求項２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。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項において、前記第１の遮光性材料の反射率は、前記第２の遮光性材料の反射率より低い角度制限フィルター。
5. 請求項１乃至請求項４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。
6. 請求項１乃至請求項５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。

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