JP6809717B2 - Solid photodetector - Google Patents
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Description
本発明は、固体光検出器に関する。 The present invention relates to a solid photodetector.
従来、受光した光の強度に応じた信号を出力する受光部を備える固体撮像装置(固体光検出器)が開示されている。このような固体光検出器は、たとえば、米国特許出願公開第2010/0148289号明細書、特開2016−58507号公報および特表2013−518414号公報に開示されている。 Conventionally, a solid-state image sensor (solid-state photodetector) including a light-receiving unit that outputs a signal according to the intensity of the received light has been disclosed. Such a solid photodetector is disclosed, for example, in US Patent Application Publication No. 2010/014829, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-58507, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-518414.
米国特許出願公開第2010/0148289号明細書に記載の表面入射型の固体撮像装置は、受光した光の強度に応じた信号を出力する受光部を含む半導体基板と、受光面と受光面上に配置される読出し配線部とを備えている。また、受光部および読出し配線部は、表面膜で覆われおり、光は、受光部面(表面)側から表面膜を介して受光部に入射される。 The surface-incident solid-state image sensor described in U.S. Patent Application Publication No. 2010/014829 is a semiconductor substrate including a light receiving portion that outputs a signal according to the intensity of received light, and a light receiving surface and a light receiving surface. It is provided with a read-out wiring unit to be arranged. Further, the light receiving portion and the reading wiring portion are covered with a surface film, and light is incident on the light receiving portion from the light receiving portion surface (surface) side via the surface film.
しかしながら、米国特許出願公開第2010/0148289号明細書に記載の表面入射型の固体撮像装置では、受光部の表面で反射した光と、表面膜の光入射面の異なる箇所(反射した光が入射された箇所とは異なる箇所)から入射した光とが干渉(多重反射干渉)し、感度が不安定になるという問題点があった。 However, in the surface-incident solid-state imaging device described in US Patent Application Publication No. 2010/014829, the light reflected on the surface of the light receiving portion and the light incident surface of the surface film are different from each other (the reflected light is incident). There is a problem that the light incident from (a place different from the place where the light is formed) interferes (multiple reflection interference) and the sensitivity becomes unstable.
また、特開2016−58507号公報の裏面入射型の固体撮像装置では、半導体基板の表面側の表面膜に設けられる遮光膜を凹凸形状に形成している。これにより、遮光膜によって反射される光の位相が、凹凸形状により変化するので、遮光膜により反射される光の位相と、半導体基板の異なる箇所から受光面(裏面)に入射する光の位相とを異ならせることができる。その結果、受光部の受光面に入射する光と、遮光膜側で反射された光とが干渉(半導体基板における多重反射干渉)するのが抑制される。これにより、光の干渉に起因して、受光部により検出される信号の強度が変動するのが抑制される。 Further, in the back surface incident type solid-state image sensor of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-58507, a light-shielding film provided on the surface film on the front surface side of the semiconductor substrate is formed in an uneven shape. As a result, the phase of the light reflected by the light-shielding film changes depending on the uneven shape, so that the phase of the light reflected by the light-shielding film and the phase of the light incident on the light receiving surface (back surface) from different parts of the semiconductor substrate are used. Can be different. As a result, interference between the light incident on the light receiving surface of the light receiving portion and the light reflected on the light shielding film side (multiple reflection interference in the semiconductor substrate) is suppressed. As a result, fluctuations in the intensity of the signal detected by the light receiving unit due to light interference are suppressed.
また、特表2013−518414号公報の裏面入射型の固体撮像装置では、受光部の受光面(半導体基板の裏面)に耐火金属酸化物またはフッ化物誘電体からなる縞抑制層が設けられている。これにより、受光部の受光面(半導体基板の裏面)に入射する光と、半導体基板の表面側(受光面とは反対側の面)で反射された光とが干渉すること(半導体基板における多重反射干渉)が、縞抑制層により抑制される。その結果、光の干渉に起因して、受光部により検出される信号の強度が変動するのが抑制される。 Further, in the back surface incident type solid-state image sensor of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-518414, a fringe suppression layer made of a refractory metal oxide or a fluoride dielectric is provided on the light receiving surface (back surface of the semiconductor substrate) of the light receiving portion. .. As a result, the light incident on the light receiving surface (back surface of the semiconductor substrate) of the light receiving portion and the light reflected on the front surface side (the surface opposite to the light receiving surface) of the semiconductor substrate interfere with each other (multiplexing in the semiconductor substrate). Reflection interference) is suppressed by the fringe suppression layer. As a result, fluctuations in the intensity of the signal detected by the light receiving unit due to light interference are suppressed.
しかしながら、特開2016−58507号公報および特表2013−518414号公報による干渉の抑制方法は、半導体基板を介して受光面とは反対側の面で反射された光と受光面に入射した光の干渉(半導体基板内における多重反射干渉)の抑制方法であり、表面入射型の固体撮像装置における受光部の表面上に設けられる表面膜内で生じる干渉(多重反射干渉)については、光の干渉を抑制する効果が得られない。 However, the method for suppressing interference according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-58507 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-518414 is for light reflected on a surface opposite to the light receiving surface via the semiconductor substrate and light incident on the light receiving surface. It is a method of suppressing interference (multiple reflection interference in a semiconductor substrate), and for interference (multiple reflection interference) that occurs in a surface film provided on the surface of a light receiving portion in a surface-incident solid-state imaging device, light interference is used. The effect of suppressing is not obtained.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、受光面を保護する表面膜における多重反射干渉の影響を抑制することが可能な固体光検出器を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and one object of the present invention is solid-state light capable of suppressing the influence of multiple reflection interference on the surface film that protects the light receiving surface. To provide a detector.
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における固体光検出器は、受光した光の強度に応じた信号を出力する複数の受光部と、受光部の表面上に接触して設けられ、受光部を保護するための表面膜と、表面膜の表面上に設けられる機能層とを備え、機能層は、複数の異なる干渉特性となる領域を有し、それらの異なる干渉特性を足し合わせることにより、干渉の影響を低減するように構成されており、機能層には、干渉の影響を低減する光波長帯域に含まれる波長のうちの最短の波長に対して1/3.2〜1/4波長分の高低差が設けられている。 In order to achieve the above object, the solid-state light detector according to one aspect of the present invention is provided in contact with a plurality of light receiving portions that output signals according to the intensity of the received light and on the surface of the light receiving portion. comprises a surface membrane for protecting the light receiving portion, and a functional layer provided on the surface of the surface layer, the functional layer has a region where the plurality of different interference characteristics, added together their different interference characteristics By doing so, it is configured to reduce the influence of interference, and the functional layer has 1 / 3.2 to 1 with respect to the shortest wavelength included in the optical wavelength band that reduces the influence of interference. There is a height difference of / 4 wavelengths.
この発明の一の局面による固体光検出器では、機能層は、複数の異なる干渉特性となる領域を有し、それらの異なる干渉特性を足し合わせることにより、干渉の影響を低減するように構成されている。これにより、複数の異なる干渉特性となる領域に入射した光を足し合わせることにより干渉特性の振動(リプル)が平均化され、単一の干渉特性と比較して干渉リプルの振幅の大きさが低下される。その結果、受光面を保護する表面膜における多重反射干渉の影響を抑制することができる。これにより、感度が不安定になるのを抑制することができる。 In the solid-state photodetector according to one aspect of the present invention, the functional layer has a plurality of regions having different interference characteristics, and the influence of interference is reduced by adding the different interference characteristics. ing. As a result, the vibration (ripple) of the interference characteristic is averaged by adding the light incident on the regions having different interference characteristics, and the magnitude of the amplitude of the interference ripple is reduced as compared with the single interference characteristic. Will be done. As a result, the influence of multiple reflection interference on the surface film that protects the light receiving surface can be suppressed. As a result, it is possible to prevent the sensitivity from becoming unstable.
上記一の局面による固体光検出器において、好ましくは、機能層の屈折率と、表面膜の屈折率とは、略等しい、または、機能層と表面膜とは、同一物質で構成される。このように構成すれば、機能層と表面膜との界面において光が反射するのを抑制することができる。これにより、表面膜における多重反射干渉の影響をより抑制することができる。 In the solid-state photodetector according to the above one aspect, preferably, the refractive index of the functional layer and the refractive index of the surface film are substantially equal, or the functional layer and the surface film are composed of the same substance. With this configuration, it is possible to suppress the reflection of light at the interface between the functional layer and the surface film. As a result, the influence of multiple reflection interference on the surface film can be further suppressed.
上記一の局面による固体光検出器において、好ましくは、機能層は、受光面に略平行に形成される互いに異なる高さ位置の面を複数含む段差形状を有する。このように構成すれば、段差形状の機能層の互いに高さ位置の異なる領域(第1の領域、第2の領域)に入射した光の干渉特性を異ならせることができる。これにより、高さ位置の異なる領域に入射し、異なる干渉特性を有する光を足し合わせることにより、多重反射干渉の影響を抑制することができる。 In the solid-state photodetector according to the above one aspect, preferably, the functional layer has a stepped shape including a plurality of surfaces at different height positions formed substantially parallel to the light receiving surface. With this configuration, the interference characteristics of light incident on regions (first region, second region) having different height positions of the stepped functional layer can be made different. As a result, the influence of multiple reflection interference can be suppressed by adding light having different interference characteristics and incident on regions having different height positions.
上記一の局面による固体光検出器において、好ましくは、機能層の光が入射される側の面は、滑らかな凹凸形状を有する。このように構成すれば、平坦な面と異なり、滑らかな凹凸形状を有する面に入射する光の干渉特性は連続的に異なる。これらを足し合わせることにより、多重反射干渉の影響をより抑制することができる。 In the solid-state photodetector according to the above one aspect, preferably, the surface of the functional layer on the side where the light is incident has a smooth uneven shape. With this configuration, unlike a flat surface, the interference characteristics of light incident on a surface having a smooth uneven shape are continuously different. By adding these together, the influence of multiple reflection interference can be further suppressed.
上記一の局面による固体光検出器において、好ましくは、機能層が、受光部毎に設けられている。このように構成すれば、受光部毎に、多重反射干渉の影響を抑制することができる。 In the solid-state photodetector according to the above one aspect, preferably, a functional layer is provided for each light receiving unit. With this configuration, the influence of multiple reflection interference can be suppressed for each light receiving unit.
上記一の局面による固体光検出器において、好ましくは、表面膜と機能層とは、一体的に構成されている。このように構成すれば、表面膜と機能層とを同一の工程で製造することができるので、固体光検出器の製造工程を簡略化することができる。 In the solid-state photodetector according to the above one aspect, preferably, the surface film and the functional layer are integrally formed. With this configuration, the surface film and the functional layer can be manufactured in the same process, so that the manufacturing process of the solid-state photodetector can be simplified.
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1〜図6を参照して、本発明の第1実施形態による固体光検出器10の構成について説明する。[First Embodiment]
The configuration of the solid-
(固体光検出器の構成)
固体光検出器10は、たとえば、受光部11(フォトダイオード、図2参照)を含むCMOS(complementary metal oxide semiconductor)センサおよびCCD(Charge Coupled Device)センサからなる。第1実施形態では、固体光検出器10は、配線パターン8が設けられる側から光が入射される表面入射型である。(Structure of solid-state photodetector)
The solid-
図1に示すように、表面入射型の固体光検出器10は、受光部11を備えている。図2に示すように、受光部11は、複数設けられている。複数の受光部11は、平面視において(光が入射する方向側から見て)、マトリクス状に配置されている。
As shown in FIG. 1, the surface-incident type solid-
また、図1に示すように、受光部11は、受光面11aを有する。そして、受光部11は、受光面11aから入射した光の強度に応じた信号を出力するように構成されている。また、受光部11は、たとえばフォトダイオードにより構成されている。フォトダイオードは、半導体基板11bに含まれるPN接合部に光が照射されることにより電荷を発生するように構成されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
また、受光面11aの表面上には、受光面11aを保護するための表面膜12が設けられている。表面膜12は、たとえば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、サファイアなどの光を透過する材料からなる。また、表面膜12の中には配線パターン8が形成されている。なお、表面膜12の厚みd0は略一定(平坦)である。
Further, a
ここで、第1実施形態では、表面膜12の表面(受光部11側とは反対側の面)上には、機能層13が設けられている。機能層13は、第1の領域(たとえば、面13a)に入射した光の第1の領域(面13a)と表面膜12との間で生じる光学的な干渉特性と、第2の領域(たとえば、面13bまたは面13c)の入射した光の第2の領域(面13bまたは面13c)と表面膜12との間で生じる光学的な干渉特性とが異なるように構成されている。なお、機能層13の機能の詳細な説明は後述する。
Here, in the first embodiment, the
また、第1実施形態では、機能層13は、段差形状を有する。すなわち、機能層13は、受光面11aに略平行に形成される互いに異なる高さ位置の面(面13a、面13bおよび面13c)を複数含む。また、各受光部11に設けられる機能層13の形状は、互いに同一である。すなわち、各受光部11に対して、3つの面13a、面13bおよび面13cを含む段差が設けられている。なお、機能層13の段差の数、高さは、図1に示す例に限らない。さらに、機能層13の一機能単位の境界と、受光部11の境界は、必ずしも一致していなくても良い。なお、図1では、機能層13がX方向に沿って1次元的に段差形状を有する(すなわち、固体光検出器10のいずれの位置におけるX方向の断面が図1のようになる)例を示している。一方、互いに異なる高さ位置の面(面13a、面13bおよび面13c)がX方向およびY方向に様々な順で2次元的に配置(たとえば、X方向に面13a、面13bおよび面13cの順、Y方向に面13a、面13cおよび面13bの順など)されていてもよい。
Further, in the first embodiment, the
また、第1実施形態では、機能層13の屈折率と、表面膜12の屈折率とは、略等しい。具体的には、機能層13は、表面膜12と同じ材料(たとえば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、サファイアなどの材料)から構成されている。なお、屈折率が略等しければ、機能層13の材料と、表面膜12の材料とは異なっていてもよい。
Further, in the first embodiment, the refractive index of the
(機能層の機能の説明)
次に、図3〜図6を参照して機能層13の機能について説明する。(Explanation of the function of the functional layer)
Next, the function of the
まず、図4に示すように、機能層13が設けられない比較例による固体光検出器200では、表面膜212の第1の点P1に入射角θ1で入射した光(単色光、光C1)の一部は、表面膜212の表面上(空気層との境界)において反射角θ1で反射される。表面膜212の第1の点P1に入射角θ1で入射した光の一部は、屈折角θ2で屈折されて、表面膜212の内部に侵入する。また、表面膜212の内部に侵入した光の一部は、表面膜212と受光部211との境界において反射角θ2で反射される。また、表面膜212の内部に侵入した光の一部は、屈折角θ3で屈折されて、受光部211の内部に侵入し、受光部211により検出される。First, as shown in FIG. 4, in the solid-
また、表面膜212と受光部211との境界において反射角θ2で反射された光の一部は、空気層と表面膜212との境界において屈折するとともに、空気層へ入射する(反射光)。一方、表面膜212と受光部211との境界において反射角θ2で反射された光の一部は、空気層と表面膜212との境界の点P2において、反射角θ2で反射して再び表面膜212を介して受光部211側に向かって進む。ここで、点P2には、空気層から光C2が入射される。光C2の一部は、屈折角θ2で屈折されて、表面膜212の内部に侵入する。すなわち、光C1と光C2とが干渉する(互いに強め合う、または、互いに弱め合う)。Further, a part of the light reflected at the reflection angle θ 2 at the boundary between the
以下に、光の干渉が生じる場合について、詳細に説明する。下記の式(1)は、空気層、表面膜212、および、受光部211からなる3層の構造において、表面膜212内で多重反射干渉が生じた場合の入射光の強度に対する透過光の強度を表している。
そして、上記の式(1)の左辺が極大になるときの条件は、下記の式(2)となる。
次に、図5を参照して、Si基板(半導体基板)上に形成されたSiO2膜(表面膜)の光の干渉について説明する。図5では、横軸は、光の波長を表し、縦軸は、SiO2膜(表面膜)の透過率を表す。Next, with reference to FIG. 5, the interference of light of the SiO 2 film (surface film) formed on the Si substrate (semiconductor substrate) will be described. In FIG. 5, the horizontal axis represents the wavelength of light, and the vertical axis represents the transmittance of the SiO 2 film (surface film).
光の干渉(多重反射干渉)がある場合(実線)は、光の干渉が無い場合(破線)に比べて、透過率が振動波形のように激しく振動(リプル)している。このため、受光部211に到達する光の強度が変動してしまうので、受光部211から出力される信号が安定し難くなる。
When there is light interference (multiple reflection interference) (solid line), the transmittance vibrates violently (ripples) like a vibration waveform as compared with the case where there is no light interference (broken line). Therefore, the intensity of the light reaching the
また、リプルの間隔(Δλ)と、波長λとの関係は、下記の式(3)により表される。なお、下記の式(3)は、厚みdの平行平板に入射した光を想定して、平行平板の第1の点に入射するとともに反射および屈折を含む光学的作用を経た光と、第1の領域とは異なる第2の点に入射した光とが互いに強め合う条件が、2つの光の光路差が整数倍になるということに基づいて求められている。
となることがわかる。The relationship between the ripple interval (Δλ) and the wavelength λ is expressed by the following equation (3). In the following equation (3), assuming light incident on a parallel plate having a thickness d, the light incident on the first point of the parallel plate and undergoing optical action including reflection and refraction, and the first The condition that the light incident on the second point different from the region of No. 1 intensifies each other is obtained based on the fact that the optical path difference between the two lights becomes an integral multiple.
次に、図3を参照して、第1実施形態の固体光検出器10のように、表面膜12の表面上に機能層13を設けた場合の光の干渉について説明する。なお、図3では、表面膜12の屈折率と機能層13の屈折率とが等しい場合の光の反射・屈折の状態が表されている。また、図3では、図1と異なり、表面膜12および機能層13に施されたハッチングは省略されている。
Next, with reference to FIG. 3, light interference when the
図3に示すように、表面膜12および機能層13の面13aに対応する部分の厚みd1(面13aと受光部11の受光面11aとの間の距離)と、受光部11の受光面11aおよび機能層13の面13bに対応する部分の厚みd2と、受光部11の受光面11aおよび機能層13の面13cに対応する部分の厚みd3とは、互いに異なる(d1>d2>d3)。ここで、図4に示されるように、面13aの一の点に入射するとともに反射および屈折を含む光学的作用を経た光と、一の点とは異なる他の点に入射した光とが互いに平行になり、干渉する(図5参照)。面13bおよび面13cについても同様である。しかしながら、面13a、面13bおよび面13cにそれぞれ対応する部分の厚みd1、d2およびd3が互いに異なるため、面13a、面13bおよび面13cにおける光学的な干渉特性が互いに異なる。
As shown in FIG. 3, the thickness d1 (distance between the
図6(a)〜(d)には、計算により求められた、無限に厚いSi基板の上に互いに異なる厚みd11〜d14を有する表面膜12および機能層13を備えた構造における、各々の光学的な干渉特性を示している。ここで機能層の材質はSiO2であり、厚みd11〜d14は、それぞれ1770nm、1800nm、1815nm、1845nmである。図6(a)〜(d)に示すように、表面膜12および機能層13の厚みd11〜d14が互いに異なることに起因して、光学的な干渉特性(リプルの振幅、周期など)が互いに異なることが確認された。そして、図6(a)〜(d)に示される光学的な干渉特性を足し合わせると、図6(e)の太線に示されるように、リプルの振幅が小さくなることが判明した。つまり、互いに異なる複数の光学的な干渉特性を足し合わせると、干渉特性の振動(リプル)が平均化され、単一の干渉特性と比較して干渉リプルの振幅が低下される。これにより、受光面11aを保護する表面膜12における多重反射干渉の影響が抑制されることが確認された。なお、図6(f)は、図6(a)〜(d)の透過率を平均したものを表している。6 (a) to 6 (d) show the respective optics in the structure provided with the
また、表面膜12における多重反射干渉の影響が大きい場合、受光部11から出力される信号は、比較的大きいリプルを含む特性となる。つまり、波長を変化させた場合の固体光検出器10の感度の変化が大きくなる。つまり、入射光の波長が僅かにずれただけでも、固体光検出器10の感度が変化してしまう。そこで、機能層13を設けて表面膜12における多重反射干渉の影響を抑制(低減)することによって、固体光検出器10の波長に対する感度のリプルが小さくなる。これにより、入射光の波長がずれても感度が変化しにくくなる。すなわち、固体光検出器10の感度を安定化させることが可能になる。
Further, when the influence of the multiple reflection interference on the
(固体光検出器の製造方法)
次に、図7〜図9を参照して、固体光検出器10の製造方法について説明する。(Manufacturing method of solid-state photodetector)
Next, a method of manufacturing the solid-
図7に示すように、受光面11aを有し、受光面11aにおいて受光した光の強度に応じた信号を出力する受光部11を形成する。具体的には、半導体基板11bの表面上の酸化、半導体基板11bへの不純物(ボロン、ヒ素など)の打ち込み、不純物の熱拡散、エッチングなどの工程を繰り返すことにより、フォトダイオードなどからなる受光部11を形成する。また、半導体基板11bの受光面11a側に配線パターン8(図1参照)をスパッタリングにより形成する。また、受光部11は、マトリクス状に複数形成される。
As shown in FIG. 7, a
次に、受光面11aの表面上に、受光面11aを保護するための表面膜(パッシベーション膜)12を形成する。表面膜12は、マトリクス状に配置された複数の受光部11の全域に渡るように形成される。
Next, a surface film (passivation film) 12 for protecting the
次に、表面膜12の表面上に機能層13の元となる層250を形成する。機能層13の元となる層250は、表面膜12の屈折率と略等しい屈折率を有する材料からなり、たとえば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、サファイアなどである。
Next, the
次に、表面膜12の表面上に設けられる機能層13の元となる層250をエッチングすることにより、機能層13を形成する。具体的には、受光面11aに略平行に形成される互いに異なる高さ位置の面(面13a、面13b、面13c)を複数含む段差形状(図1参照)を有するように機能層13の元となる層250をエッチングする。
Next, the
なお、エッチングの工程では、薬液、または、プラズマ放電により活性化されたガスを用いて、機能層13の元となる層250を部分的に除去する。薬液を用いるエッチングは、ウェットエッチングと呼ばれ、プラズマ放電によるエッチングは、ドライエッチングと呼ばれる。また、エッチングには、エッチング時に水平方向および垂直方向に同じ比率でエッチングが進む等方性エッチングと、垂直方向のみにエッチングが進む異方性エッチングとがある。エッチングの進行長さ(除去の大きさ)は、処理時間に応じて大きくなる。このため、用いる薬液やガスによって定まる単位時間当たりの進行長さに基づいて、所望の深さ(長さ)を得るための処理時間が決定される。以下、段差形状を有する機能層13の形成について具体的に説明する。
In the etching step, the
まず、図7に示すように、機能層13の元となる層250の表面上にホトレジスト300(感光性の樹脂)が塗布される。
First, as shown in FIG. 7, the polyether 300 (photosensitive resin) is applied onto the surface of the
次に、ホトレジスト300の表面上に、ホトマスク310(金属のパターンが形成されたガラス板)が配置される。そして、ホトマスク310の表面上から紫外線を照射する。そして、ホトレジスト300がポジ型であれば、ホトレジスト300は、解重合などにより現像液に対して可溶性の材質に変化し、ホトレジスト300がネガ型であれば、重合して硬化して現像液に対して不溶性の材質に変化する。その後、図8に示すように、現像液により、可溶性の部分を溶解する。たとえば、機能層13の元となる層250の、面13aに対応する部分がホトレジスト300により覆われる。
Next, a photomask 310 (a glass plate on which a metal pattern is formed) is arranged on the surface of the
そして、エッチングを行うことにより、ホトレジスト300によって覆われていない部分が除去される。具体的には、図9に示すように、機能層13の元となる層250の、面13aに対応する部分以外の部分が、たとえば異方性エッチングにより除去されることにより、面13bが形成される。その後、ホトレジスト300を除去する。さらに、機能層13の元となる層250の、面13b(および面13a)に対応する部分をホトレジスト300により覆う。これにより、機能層13の元となる層250の、面13aおよび面13bに対応する部分以外の部分がエッチングにより除去されることにより面13c(図1参照)が形成される。その後、ホトレジスト300を除去する。これにより、段差形状を有する機能層13が形成される。
Then, by performing etching, the portion not covered by the
上記の方法に基づいて製作した第1実施形態における機能層およびその多重反射干渉の影響低減の効果について、図10〜図13を用いて述べる。図10〜図12に示すように、上記の方法に基づいて製作された機能層は、4つの高さ位置を有する。そして、図13は前記の機能層の透過率を示した物であるが、上記の方法に基づいて製作された機能層を設けることにより、機能層を設けない場合に比べて、干渉の影響が低減できていることが確認された。 The functional layer and its effect of reducing the influence of multiple reflection interference in the first embodiment manufactured based on the above method will be described with reference to FIGS. 10 to 13. As shown in FIGS. 10 to 12, the functional layer produced based on the above method has four height positions. FIG. 13 shows the transmittance of the functional layer. However, by providing the functional layer manufactured based on the above method, the influence of interference is affected as compared with the case where the functional layer is not provided. It was confirmed that it could be reduced.
上記の方法に基づいて、さらに別に製作した第1実施形態における機能層およびその多重反射干渉の影響低減の効果について図14〜図17を用いて述べる。図14に示すように、異なる2種類の高さ位置を同じ面積比で有する機能層を用意し、その一方の高さ位置を変化させたときの波長200〜1000nmにおける透過率変化の最大値をプロットしたものが図15である。図15に示すように、2つの高さ位置の差が40nmの時、透過率変化が最小になることが確認された。この傾向は、最大の高さ位置(初期膜厚)に依存しなかった。機能層の高さ位置が同一である、即ち平坦な面を有する場合と、2つの高さ位置が40nmの差を有する場合の透過率を図16に示した。波長200〜400nmの光に対して、特に干渉リプルの振幅が低減されることが確認された。また、図17に透過率の変化量(透過率の傾きの絶対値)をプロットしたものを示す。膜厚が1種類の場合、変化率が最大で1.2%であったのに対し、0.4%まで低下していることが分かる。 Based on the above method, the functional layer and its effect of reducing the influence of multiple reflection interference in the first embodiment manufactured separately will be described with reference to FIGS. 14 to 17. As shown in FIG. 14, a functional layer having two different height positions with the same area ratio is prepared, and the maximum value of the transmittance change at a wavelength of 200 to 1000 nm when one of the height positions is changed is set. The plot is shown in FIG. As shown in FIG. 15, it was confirmed that the change in transmittance was minimized when the difference between the two height positions was 40 nm. This tendency did not depend on the maximum height position (initial film thickness). FIG. 16 shows the transmittance when the height positions of the functional layers are the same, that is, when they have a flat surface, and when the two height positions have a difference of 40 nm. It was confirmed that the amplitude of the interference ripple was particularly reduced with respect to light having a wavelength of 200 to 400 nm. Further, FIG. 17 shows a plot of the amount of change in transmittance (absolute value of the slope of the transmittance). It can be seen that in the case of one type of film thickness, the rate of change was 1.2% at the maximum, but decreased to 0.4%.
さらに、上記とは別に製作した、第1実施形態における機能層およびその多重反射干渉の影響低減の効果について図18〜図21を用いて述べる。ここでは、2種類の深さのエッチングを重ねることにより、厚みが、初期膜厚(―0)、−d1、−d2、−(d1+d2)という4種類の面を作る。これらの面の面積比は、互いに等しい(1:1:1:1)。これにより、4種類の異なる高さ位置を有し、それらの高さの差をd1、d2とするとき、d1、d2がそれぞれ異なる組み合わせとなる機能層が形成される。これらの機能層において、高さ位置の差d1、d2を変化させた時の波長200〜1000nmにおける透過率変化の最大値をプロットしたものが図19である。図19に示すように、d1=30nm、d2=45nmのとき、透過率変化が最小となることが判明した。機能層の高さ位置が同一である、即ち平坦な面を有する場合と、4つの高さ位置がそれぞれ30nm、45nm、75nmの差を有する場合の透過率を図20に示した。波長200〜400nmの光に対して、特に干渉リプルの振幅が低減されることが確認された。また、図21は、異なる高さが2種類の場合と同様、透過率の変化量を示したもので、4つの高さ位置がそれぞれ30nm、45nm、75nmの差を有する場合の透過率の方が、透過率の変化量が小さくなることが確認された。 Further, the functional layer according to the first embodiment and the effect of reducing the influence of its multiple reflection interference, which are produced separately from the above, will be described with reference to FIGS. 18 to 21. Here, by superimposing etchings of two types of depths, four types of surfaces having an initial film thickness (−0), −d1, −d2, and − (d1 + d2) are created. The area ratios of these surfaces are equal to each other (1: 1: 1: 1). As a result, a functional layer having four different height positions and having different height differences between d1 and d2 is formed, in which d1 and d2 are different combinations. FIG. 19 is a plot of the maximum value of the change in transmittance at a wavelength of 200 to 1000 nm when the height position differences d1 and d2 are changed in these functional layers. As shown in FIG. 19, it was found that the change in transmittance was minimized when d1 = 30 nm and d2 = 45 nm. The transmittances when the height positions of the functional layers are the same, that is, when they have a flat surface, and when the four height positions have differences of 30 nm, 45 nm, and 75 nm, respectively, are shown in FIG. It was confirmed that the amplitude of the interference ripple was particularly reduced with respect to light having a wavelength of 200 to 400 nm. Further, FIG. 21 shows the amount of change in transmittance as in the case of two different heights, and the transmittance when the four height positions have differences of 30 nm, 45 nm, and 75 nm, respectively. However, it was confirmed that the amount of change in transmittance was small.
図14〜図21を用いて説明した、2つの機能層の例において、いずれも対象とする波長の最短の波長(200nm)に対して、1/3.2〜1/4波長分の段差を設けたときに、透過率変動が最小になるということが確認された。つまり、干渉リプルの影響を低減させたい光波長帯域の、最短の波長に対して1/3.2〜1/4波長分の段差を設けることにより、その光波長帯域において干渉リプルの影響を最も低減することが可能になる。 In the examples of the two functional layers described with reference to FIGS. 14 to 21, there is a step difference of 1 / 3.2 to 1/4 wavelength with respect to the shortest wavelength (200 nm) of the target wavelength. It was confirmed that the transmittance fluctuation was minimized when it was provided. That is, by providing a step of 1 / 3.2 to 1/4 wavelength with respect to the shortest wavelength in the optical wavelength band in which the influence of interference ripple is desired to be reduced, the influence of interference ripple is most affected in the optical wavelength band. It becomes possible to reduce.
さらに、図22〜図23を参照して、異なる4つの高さ領域の面積比を変化させることで透過率変動を更に低減できることを示す。これは計算の結果であり、実験値ではない。機能層の異なる4つの高さ(膜厚)は上記実験結果と同じで、1800nm,1770nm,1755nm,1725nmである。「等面積比」は、図18のように各領域の面積比が1:1:1:1の場合の結果を、「面積最適化」は図22のように、各領域の面積比を変えて透過率変化量の最大値が最小になるように最適化した結果を示している。最適化の結果、等面積比では透過率変化量の最大値が約0.2%であったのが約0.16%まで低減していることが分かる(図6)。この時、膜厚の面積比は、1800nm:1770nm:1755nm:1725nm = 0.219 : 0.277 : 0.256 : 0.249であった。なお、等面積比の結果で、透過率変化量が上では0.2%以下であったのが、こちらでは0.2%を超えているのは、実験と計算の違いによるものと考えられる。 Further, with reference to FIGS. 22 to 23, it is shown that the change in transmittance can be further reduced by changing the area ratio of the four different height regions. This is the result of the calculation, not the experimental value. The four different heights (film thicknesses) of the functional layers are the same as the above experimental results, and are 1800 nm, 1770 nm, 1755 nm, and 1725 nm. "Equal area ratio" is the result when the area ratio of each area is 1: 1: 1: 1 as shown in FIG. 18, and "Area optimization" is the result when the area ratio of each area is changed as shown in FIG. The result of optimization is shown so that the maximum value of the change in transmittance is minimized. As a result of the optimization, it can be seen that the maximum value of the amount of change in transmittance is reduced from about 0.2% to about 0.16% in the equal area ratio (Fig. 6). At this time, the area ratio of the film thickness was 1800 nm: 1770 nm: 1755 nm: 1725 nm = 0.219: 0.277: 0.256: 0.249. As a result of the equal area ratio, the amount of change in transmittance was 0.2% or less above, but it is considered that the reason why it exceeds 0.2% here is due to the difference between the experiment and the calculation. ..
(第1実施形態の効果)
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。(Effect of the first embodiment)
In the first embodiment, the following effects can be obtained.
第1実施形態では、上記のように、表面膜の表面上に、第1の領域に入射した光の第1の領域と表面膜12との間で生じる光学的な干渉特性と、第2の領域の入射した光の第2の領域と表面膜12との間で生じる光学的な干渉特性とが異なるように構成されている機能層13が設けられている。これにより、第1の領域に入射した光と、第2の領域の入射した光とを足し合わせることにより干渉特性の振動(リプル)が平均化され、単一の干渉特性と比較して干渉リプルの振幅の大きさが低下される。これにより、受光面11aを保護する表面膜12における多重反射干渉の影響を抑制することができる。その結果、感度が不安定となるのを抑制することができる。
In the first embodiment, as described above, on the surface of the surface film, the optical interference characteristic generated between the first region of the light incident on the first region and the
また、第1実施形態では、上記のように、機能層13の屈折率と、表面膜12の屈折率とは、略等しい、または、機能層13と表面膜12とは、同一の物質で構成される。これにより、機能層13と表面膜12との界面において光が反射するのを抑制することができる。その結果、表面膜12における多重反射干渉の影響をより抑制することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the refractive index of the
また、第1実施形態では、上記のように、機能層13は、受光面11aに略平行に形成される互いに異なる高さ位置の面を複数含む段差形状を有する。これにより、段差形状の機能層の互いに高さ位置の異なる領域(面13a、面13b、面13c)に入射した光による干渉特性を異ならせることができる。その結果、高さ位置の異なる領域で生じる異なる干渉特性を足し合わせることにより、多重反射干渉の影響を抑制することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、機能層13が、受光部11毎に設けられている。これにより、受光部11毎に、多重反射干渉の影響を抑制することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the
[第2実施形態]
次に、図24〜図31を参照して、第2実施形態について説明する。この第2実施形態では、機能層73は、滑らかな凹凸形状を有する。[Second Embodiment]
Next, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 24 to 31. In this second embodiment, the
図24に示すように、第2実施形態の固体光検出器70では、機能層73の光が入射される側の面73aは、滑らかな凹凸形状を有する。たとえば、面73aは、sin波形状を有する。
As shown in FIG. 24, in the solid-
具体的には、図25に示すように、機能層73は、X方向に沿ってsin波形状を有するとともに、Y方向に沿って直線状に延びるように形成されている。また、図26に示すように、X方向に沿ってsin波形状を有する機能層73と、Y方向に沿ってsin波形状を有する機能層73とが混在するようにしてもよい。また、図27に示すように、複数の山状の機能層73を千鳥格子状に配列してもよい。また、図28に示すように、複数の山状の機能層73をマトリクス状に配列してもよい。
Specifically, as shown in FIG. 25, the
(固体光検出器の製造方法)
次に、図29および図30を参照して、固体光検出器70の製造方法について説明する。なお、受光部11、表面膜12、および、機能層73の元となる層260の製造工程は、上記第1実施形態と同様である。(Manufacturing method of solid-state photodetector)
Next, a method of manufacturing the solid-
機能層73の光が入射される側の面73aが滑らかな凹凸形状を有するように機能層73の元となる層260をエッチングする。具体的には、図29に示すように、まず、機能層73の元となる層260の表面上にホトレジスト320(感光性の樹脂)が塗布される。
The
次に、ホトレジスト320の表面上に、ホトマスク330(金属のパターンが形成されたガラス板)が配置される。そして、ホトマスク330の表面上から紫外線を照射する。その後、図30に示すように、現像液により、可溶性の部分が溶解される。その結果、機能層73の元となる層260のうち、凹凸形状の凸の部分に対応する部分がホトレジスト320により覆われる。
Next, a photomask 330 (a glass plate on which a metal pattern is formed) is arranged on the surface of the
そして、エッチングを行うことにより、ホトレジスト320によって覆われていない部分が除去される。たとえば、機能層73の元となる層260のうち、凹凸形状の凸の部分以外の部分が、たとえば等方性エッチングにより除去される。その後、ホトレジスト320を除去する。その結果、凹凸形状を有する機能層73が形成される。
Then, by performing etching, the portion not covered by the
また、図31に示すように、機能層73についても、短波長側から長波長側に渡って、リプルが低減(図31の点線参照)されていることが確認された。また、短波長側において、リプルの振幅は、1/2以下に低減されている。すなわち、多重反射干渉の影響が抑制されていることが確認された。なお、機能層73の厚みが連続的に変化するので、機能層73に入射した光の干渉特性も連続的に異なる(変化する)。これにより、階段形状の機能層13(図1参照)よりも、互いに異なる干渉特性の数が多くなるので、多重反射干渉の影響の抑制の効果がより高いと考えられる。
Further, as shown in FIG. 31, it was confirmed that the ripples of the
(第2実施形態の効果)
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。(Effect of the second embodiment)
In the second embodiment, the following effects can be obtained.
第2実施形態では、上記のように、機能層73の光が入射される側の面73aは、滑らかな凹凸形状を有する。これにより、平坦な面と異なり、滑らかな凹凸形状を有する面73aに入射する光の干渉特性は連続的に異なる。これらを足し合わせることにより、多重反射干渉の影響をより抑制することができる。
In the second embodiment, as described above, the
[第3実施形態]
次に、図32を参照して、第3実施形態について説明する。この第3実施形態では、1つの受光部11に対して互いに異なる形状を有する複数の機能層83が設けられている。[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In this third embodiment, a plurality of
図32に示すように、第3実施形態の固体光検出器80では、1つの受光部11(太い線で囲まれた領域)に対して、複数の機能層83が配置されている。たとえば、機能層83は、2つの機能層13(図1参照)と、2つの機能層73(図24参照)を含む。また、図32では、平面視における4つの機能層83の面積が互いに略等しく構成されている一方、4つの機能層83の形状および面積はそれぞれ互いに異ならせてもよい。
As shown in FIG. 32, in the solid-
(第3実施形態の効果)
第3実施形態では、以下のような効果を得ることができる。(Effect of Third Embodiment)
In the third embodiment, the following effects can be obtained.
第3実施形態では、上記のように、1つの受光部11に対して複数の機能層83が設けられている。これにより、ある1つの機能層83によって表面膜12における多重反射干渉の影響を抑制できない場合でも、他の機能層83によって表面膜12における多重反射干渉の影響を抑制することができる。
In the third embodiment, as described above, a plurality of
[第4実施形態]
次に、図33を参照して、第4実施形態について説明する。この第4実施形態では、複数の受光部11に渡って1つの形状の機能層93が設けられている。[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. 33. In this fourth embodiment, the
図33に示す固体光検出器90の機能層93のように、機能層93が平面視において略矩形形状を有しており、略矩形形状を有する複数の機能層93が、各々、マトリクス状に配置されている複数の受光部11を部分的に覆っていてもよい。この場合、機能層93同士の境界と、受光部11同士の境界とが一致していなくてもよい。なお、複数の機能層93は、それぞれが互いに異なる形状を有していてもよい。
Like the
(第4実施形態の効果)
第4実施形態では、以下のような効果を得ることができる。(Effect of Fourth Embodiment)
In the fourth embodiment, the following effects can be obtained.
第4実施形態では、上記のように、複数の受光部11に渡って1つの形状の機能層93が設けられている。これにより、複数の受光部11毎に機能層93を形成する場合に比べて、機能層93の大きさが大きくなるので、機能層93を容易に形成することができる。
In the fourth embodiment, as described above, the
[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。[Modification example]
It should be noted that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not considered to be restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiment, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
たとえば、上記第1〜第4実施形態では、表面入射型の固体光検出器に本発明の機能層を適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、配線パターンが設けられる側の反対側から光が入射される裏面入射型の固体光検出器に本発明の機能層(たとえば、機能層13)を設けてもよい。なお、その場合に機能層は裏面(光の入射面)に設けられる。 For example, in the first to fourth embodiments, an example of applying the functional layer of the present invention to a surface-incident type solid-state photodetector has been shown, but the present invention is not limited to this. For example, the functional layer (for example, the functional layer 13) of the present invention may be provided in the back surface incident type solid-state photodetector in which light is incident from the side opposite to the side where the wiring pattern is provided. In that case, the functional layer is provided on the back surface (light incident surface).
また、上記第1〜第4実施形態では、機能層の屈折率と表面膜の屈折率とが略等しい例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、機能層の屈折率と表面膜の屈折率とがある程度異なっていてもよい。 Further, in the first to fourth embodiments, the refractive index of the functional layer and the refractive index of the surface film are substantially equal to each other, but the present invention is not limited to this. For example, the refractive index of the functional layer and the refractive index of the surface film may differ to some extent.
また、上記第1〜第4実施形態では、機能層と表面膜とは別体として設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図34の第1実施形態の変形例による固体光検出器150のように、表面膜が機能層の役割を果たすように構成されても良い。
Further, in the first to fourth embodiments, the functional layer and the surface film are provided as separate bodies, but the present invention is not limited to this. For example, as in the
また、上記第1〜第2実施形態では、機能層をエッチングにより形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、機能層を研磨、蒸着、結晶成長などにより形成してもよい。 Further, in the first to second embodiments, an example in which the functional layer is formed by etching is shown, but the present invention is not limited to this. For example, the functional layer may be formed by polishing, vapor deposition, crystal growth, or the like.
8 配線パターン
10、70、80、90、150 固体光検出器
11 受光部
11a 受光面
11b 半導体基板
12 表面膜
13、73、83、93、153 機能層
13a、13b、13c 面
73a 面8
Claims (6)
前記機能層は、複数の異なる干渉特性となる領域を有し、それらの異なる干渉特性を足し合わせることにより、干渉の影響を低減するように構成されており、
前記機能層には、干渉の影響を低減する光波長帯域に含まれる波長のうちの最短の波長に対して1/3.2〜1/4波長分の高低差が設けられている、固体光検出器。 A plurality of light receiving portions that output signals according to the intensity of the received light, a surface film provided in contact with the surface of the light receiving portion and for protecting the light receiving portion, and a surface film on the surface of the surface film. With a functional layer to be provided
The functional layer has a plurality of regions having different interference characteristics, and is configured to reduce the influence of interference by adding the different interference characteristics.
The functional layer is provided with a height difference of 1 / 3.2 to 1/4 wavelength with respect to the shortest wavelength included in the optical wavelength band for reducing the influence of interference. Detector.
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