JP5998426B2 - 光学センサー及び電子機器 - Google Patents
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上述のように、医療・健康等の分野では常時装着等が可能な小型の分光センサーが求められており、分光センサーの小型化が必要であるという課題がある。例えば、測定対象の波長が既知である場合には、連続スペクトルを取得せず、その既知の波長のみを測定するセンサーを設ければよい。
上記実施形態では、傾斜構造体50を半導体プロセスにより形成する構成例について説明したが、本実施形態では、種々の変形実施が可能である。
図4には、傾斜構造体50を用いず、半導体基板10に平行な多層薄膜を形成する第2の変形例を示す。図4に示す分光センサーは、半導体基板10、フォトダイオード31、32、角度制限フィルター41、42、光バンドパスフィルター61、62、絶縁層70を含む。
図5には、フォトダイオード用の不純物領域をトレンチにより区切る第3の変形例を示す。図5に示す分光センサーは、半導体基板10、フォトダイオード31、32、角度制限フィルター41、42、傾斜構造体50、光バンドパスフィルター61〜63、絶縁層70を含む。なお、フォトダイオード32はフォトダイオード31と同様のため図示及び説明を省略する。
図6には、マイクロレンズアレイ(MLA:Micro-Lens Array)により入射光量を増加させる第4の変形例を示す。図6に示す分光センサーは、半導体基板10、フォトダイオード31、32、角度制限フィルター41、42、傾斜構造体50、光バンドパスフィルター61、62、絶縁層70、マイクロレンズアレイ95を含む。なお、フォトダイオード32はフォトダイオード31と同様のため図示及び説明を省略する。
上述のように、光バンドパスフィルターの透過波長帯域は、多層薄膜の傾斜角度と角度制限フィルターの制限角度により設定される。この点について、図7(A)、図7(B)を用いて具体的に説明する。なお、説明を簡単にするために、以下では多層薄膜61、62の膜厚が同じ場合を例に説明するが、本実施形態では、多層薄膜61、62の膜厚が傾斜角θ1、θ2に応じて異なってもよい。例えば、薄膜のデポジションにおいて、半導体基板に対して垂直な方向に薄膜を成長させた場合、多層薄膜61、62の膜厚がcosθ1、cosθ2に比例してもよい。
図8〜図13を用いて、傾斜構造体を半導体プロセスにより形成する場合の本実施形態の分光センサーの製造方法の例について説明する。
図14〜図16を用いて、傾斜構造体を別部材で形成する第1の変形例の製造方法の例について説明する。
図17に、本実施形態の分光センサーを含む電子機器の構成例を示す。例えば、電子機器として、脈拍計、パルスオキシメーター、血糖値測定器、果実糖度計などが想定される。
41,42 角度制限フィルター、50 傾斜構造体、60 多層薄膜、
61,62 光バンドパスフィルター、70 絶縁層、80 接着層、
90 トレンチ、95 マイクロレンズアレイ、
900 分光センサー装置、910 分光センサー、920 フォトダイオード、
930 検出回路、940 A/D変換回路、950 LED、
960 LEDドライバー、970 マイクロコンピューター、980 記憶装置、
990 表示装置、
BW1,BW2 透過波長帯域、LRA 受光領域、θ1,θ2 傾斜角度、
λ1,λ2 透過波長
Claims (14)
- 半導体基板上に形成された、フォトダイオード用の不純物領域と、
多層膜フィルターと、
前記多層膜フィルターを透過して前記フォトダイオードの受光領域に入射する入射光の入射角度を制限することにより、前記受光領域に入射する前記入射光の帯域を制限する角度制限フィルターと、
を含み、
前記角度制限フィルターは、
前記フォトダイオード用の不純物領域の上に積層された複数層の絶縁膜に空けられたコンタクトホールの複数層の導電性プラグが接続された遮光物質によって形成され、
前記遮光物質の前記不純物領域から前記入射光の入射端までの高さに対して前記入射角度の制限角度により設定されるピッチで、複数の前記遮光物質が、前記半導体基板に対する平面視において前記不純物領域に対応して複数の開口を有するように前記不純物領域の上に形成されることを特徴とする光学センサー。 - 請求項1において、
前記角度制限フィルターは、
前記半導体基板上に形成される他の回路の配線層と共通の配線層に形成された前記遮光物質であることを特徴とする光学センサー。 - 請求項2において、
前記他の回路は、
前記フォトダイオードの出力信号を処理する処理回路であることを特徴とする光学センサー。 - 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記角度制限フィルターは、
前記フォトダイオード用の不純物領域からの信号を取得する電極であることを特徴とする光学センサー。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記角度制限フィルターは、
前記フォトダイオード用の不純物領域の上に形成された複数の開口を有し、
前記複数の開口は、
前記フォトダイオードの受光領域の外周に沿って形成され、前記受光領域に対する入射光の入射角度を制限することを特徴とする光学センサー。 - 請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記多層膜フィルターは、
前記入射光のうちの特定波長の光を透過する光バンドパスフィルターであることを特徴とする光学センサー。 - 請求項6において、
前記光バンドパスフィルターは、
前記半導体基板に対して、透過波長に応じた角度で傾斜する多層薄膜により形成されることを特徴とする光学センサー。 - 請求項7において、
前記光バンドパスフィルターは、
透過波長が異なる複数組の多層薄膜により形成され、
前記複数組の多層薄膜は、
前記半導体基板に対する傾斜角度が透過波長に応じて異なることを特徴とする光学センサー。 - 請求項7において、
前記フォトダイオード用の不純物領域は、
トレンチ構造の絶縁体により複数の領域に区切られ、
前記光バンドパスフィルターは、
透過波長が異なる複数のバンドパスフィルターにより形成され、
前記複数のバンドパスフィルターの各バンドパスフィルターは、
前記トレンチ構造の絶縁体により区切られた1または複数の領域に対応して設けられることを特徴とする光学センサー。 - 請求項7において、
前記角度制限フィルターの上に設けられた傾斜構造体を含み、
前記傾斜構造体は、
前記半導体基板に対して、前記光バンドパスフィルターの透過波長に応じた角度で傾斜する傾斜面を有し、
前記多層薄膜は、
前記傾斜面の上に形成されることを特徴とする光学センサー。 - 請求項1乃至10のいずれかにおいて、
入射光を分光するための分光センサーであることを特徴とする光学センサー。 - 請求項1乃至10のいずれかにおいて、
入射光の照度を測定するための照度センサーであることを特徴とする光学センサー。 - 請求項1乃至10のいずれかにおいて、
光源の仰角を測定するための仰角センサーであることを特徴とする光学センサー。 - 請求項1乃至13のいずれかに記載された光学センサーを含むことを特徴とする電子機器。
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