JPS62119502A - スペクトル・フイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は多層スペクトル・フィルタの分野に関し、具体
的にはシリコン半導体技術の限界内でこの様なフィルタ
装置を製造する方法及びその応用方法に関する。

Ｂ、従来技術 一般に、従来技術は２つのカテゴリーに分類される。１
つは多層スペクトル・フィルタであり、他は像形成及び
表示のための空間的に微小なフィルタである。

多層スペクトル・フィルタは今や初歩的なテキストにも
書かれていて、光学の分野での基本として扱われている
。しかしながら、現在の形式では多層フィルタはガラス
もしくは石英の基板上に存在する巨視的な薄膜のスタッ
クより成る、しばしばこの様な薄膜はスパッタリングの
様な標準の巨視的な薄膜形成方法を使用して比較的めず
らしい材料から形成されている。この結果この技術は従
来はとんどもしくは全く進歩していない。

しかしながら近年、コンパクトな像入力装置への関心が
高まるにつれ、非常に小さな隣接するフィルタより成る
大きな配列体を製造する安価な方法の必要が生じて来た
。この分野の従来技術の関心の的は中性（ｎｅｕｔｒａ
ｌ　ｄｅｎｓｉｔｙ）タイプのフィルタに向けられてい
る。この技法では特定の有機もしくは無機材料の単一層
を使用して文字通り、必要でない光学エネルギを吸収し
、必要な光を透過している。この方法の欠点は増大しよ
うとしている走査器もしくは表示器の技術にほとんど適
合性を有さない点にある。使用される材料は標準のシリ
コン、ゲルマニムもしくは砒化ガリウム技術の分野のも
のではなく、リソグラフィもせいぜい疎らな光学的形式
のものである。従ってこれ等の技術は新規な装置に必要
なより微細な線の幅を形成する事は出来ない。

中性タイプのフィルタ技術に関連する特許は多い。例え
ば特開昭５７−１４８３６７号は有機材料の中性フィル
タを使用して、色像を形成する方法を開示している。米
国特許第４３９７９８７号はフィルタの横方向の寸法を
注意深く制御した有機材料の中性フィルタを開示してい
る。

米国特許第４４１８２８４号はフィルタをシリコンの一
部として組込むのでなく、有機材料フィルタをシリコン
に結合した有機材料のフィルタの製造方法を開示してい
る。

米国特許第３８６８１７２号は使用する材料が電気的に
制御可能であり、材料が半導体の製造方法には適合しな
い多層フィルタを開示している。

その結果の構造体は大きすぎて像にマツチせず、所与の
帯域を通過する全透過量が低すぎて、実際の像を形成す
るには適していない。

以上中性フィルタ技法及び有機染料を使用して光電子フ
ィルタを形成する種々の従来方法が説明されたが、上述
の技術のどれも半導体技術を使用して多層干渉フィルタ
を形成するという開示はない。

Ｃ３発明が解決しようとする問題点 本発明の目的はスペクトル・フィルタを与えることにあ
る。

本発明の他の目的は、半導体処理技術を使用してスペク
トル・フィルタを与えることにある。

本発明のさらに他の目的は、微視的スペクトル・フィル
タの空間配列体を与えることにある。

本発明のさらに他の目的は、半導体製造技術に＝３− 適合するスペクトル・フィルタの配列体を与えることに
ある。

本発明のさらに他の目的は、固体走査器及び表示装置の
モノリシックな部分をなすスペクトル・フィルタの配列
体を与えることにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明によれば、光電子装置のスペクトル・フィルタを
形成するのにプレーナ技術を使用する。

具体的には半導体技術の方法及び材料を組合せて微小な
多層干渉フィルタを形成する。そして、像作成領域上に
付着される多くの層の厚さを変えてフィルタを形成する
。酸化金属半導体（ＭＯＳ）技術を使用する時は所与の
ベル（画素）は基板とこれに重なる酸化シリコン、ポリ
シリコン及び窒化シリコンの層の組より成る。

Ｅ、実施例 半導体の製造方法では、材料の交代する層が必要なパタ
ーン及び指定した厚さに従ってバルク基板上に付着もし
くは成長される。達成出来る精度は非常に高く、技術の
進歩につれて、段々高くなっている。この技術は薄膜の
空間的に正確なスタックを形成出来る。スタックには装
置構造自体に関連する薄膜を含む事が出来る。これ等の
多層スタックはほとんど妥当なスペクトル透過特性を有
する様に設計可能な誘電体干渉フィルタである。

このフィルタの列として２つの応用が考えられる。

第１に、固体走査器はカラー情報を与えるために、ベル
・サイズの多くのフィルタを像形成領域上に形成しなけ
ればならない。成る走査器上には略１５ミクロンの正方
形のフィルタが５０００００個も存在するので、この走
査器を製造する技術はかなり精巧でなければならない。

しかしながら、装置の多層構造によって課せられる制約
内でも夫々薄膜の厚さの小数の組を特定する事が出来、
これによって考えられる最も妥当なスペクトル・フィル
タのプロフィールを与える事が見出されている。これ等
の層は一般に現在の標準の半導体装置の薄膜が付着され
るのと全く同じ様に付着される。

もし層を分子ビーム・エピタキシィもしくは化学的蒸着
で形成する場合には、フィルタの層毎の差を制御するの
は簡単である。他の方法は選択的なバック・エツチング
をマスクする必要があるが、この場合でも技術は比較的
簡単である。

これ等のフィルタの他の可能な応用には成る種のシャッ
タを通して白色光を選択的に通過させる表示装置がある
。表示装置の例には液晶表示装置もしくは薄膜トランジ
スタ（Ｔ　Ｐ　Ｔ）表示装置がある。装置の多層構造自
体は制約とならない。それは装置が透明なガラス基板上
に形成され、従ってフィルタを空いている側止に配置す
ることが出来るからである。

第２回は光センサ４の如き受光体上に半導体製造技術に
よって形成したスペクトル・フィルタの配列体２を示す
。光センサ４は光放出ダイオードの配列体の様な光源で
置換える事が出来る。それはフィルタ配列体２に双方向
光透過性があるからである。

第１図に第２図のフィルタ配列体２の３つの隣接ペル１
１を示す。これ等のペルは赤部６、縁部８及び赤部１０
より成る。これ等のペル１１はジョン・ウイリ・アンド
・サンズ社１９８１年発行のニス・エム・スゼ著「半導
体装置の物理」第６４頁−第７３頁（”Ｐｈｙｓｉｃｓ
　ｏｆ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒＤｅｖｉｃｅ”　
ｂｙ　Ｓ、　Ｍ、　Ｓｚｅ　；　Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ
　＆　５ｏｎｓ　（１９８１））に詳細に説明されてい
る半導体プレーナ技術を使用して基板１２上に形成され
ている。

このプレーナ技術を修正して、層の厚さを変えて使用す
る種々の材料の誘電定数に従って適切な干渉スペクトル
を与える。

基板１２はシリコンもしくはガラスで形成されるが、以
下の説明はシリコンの基板に関連して行う。上述のプレ
ーナ技術を使用して、基板１２上に酸化シリコン（Ｓｉ
○）層１４を層１４の上にポリシリコン（Ｓｉ）層１６
を形成する。次にＳｉ０層１８を層１６上に形成する、
最後に窒化シリコンの層２０を層１８上に形成する。赤
部６、縁部８及び赤部１０は次の表に示す様に層の厚さ
が異なり、必要なスペクトル応答を与えている。層の厚
さは表に示した値から±３％の程度変動してよし嵐。

表 色　　　　　　　　　赤　　　　緑　　　　青材料　　
　　　　　　　　厚さ 窒化シリコン（２０）　　　９５μｍ１２０μｍ　　１
００μｍＳｉ○　　　（１８）　　１１８　μｍ　　　
４４　ｐ　ｍ　　　１４　ｐ　ｍポリＳＬ　　　　（１
６）　　　９７μｍ　　　６８μｍ　　　３７μｍＳ　
ｊ　Ｏ（１４）　　　８５　ｐ　ｍ　　　７０　ｐ　ｍ
　　１２５　μ＋ｎ次に第１図に示された多層構造体の
垂直入射光に対する透過効率を計算するための段階につ
いて簡単に説明する。

多層スタックの透過効率の計算のアルゴリズムは簡単な
次のフレネル係数から始まる（第３図参照）。

ここで省、＝ｎ、＋ｊｋ、、ｋ、＝α、λ／４πであす
α、は層ｉの吸収係数、ｎ、は層ｉの屈折率であ１　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　する。

これ等のフレネル係数を０次の係数とすると。

標準のエタロン（ｅｔａｌｏｎ）の式は次の様になる（
第４図参照）。

ここでδ、＝２π６．ｄ、／λでｄ、は層ｉの厚さであ
る。Ｌ及びＲは夫々左方及び右方に移動する光波を示す
。次にこのエタロンを単一の実効インターフェイスとし
て取扱い、さらに層を繰返し付加えると、式は次の様に
なる。

最終的な透過強度は従って次の様になる。

（９）Ｔ＝（ｎ出口／ｎ０）１ｔ１ 第１図は上の表に示した配列体の帯域通過フィルタの異
なる部分を通過する異なる色の光のためのスペクトル応
答曲線を示す。青色の応答は曲線２２で、緑色の応答は
曲線２４で、赤色の応答は曲線２６で示す。

帯域消去フィルタも同様に上述のプレーナ処理技法を使
用して製造出来る。１つのこの様な帯域消去フィルタ２
８を第６図に示す。帯域消去フィルタは帯域阻止フィル
タもしくはノツチ・フィルタとしてこの分野で一般に知
られている。

基板３ｏはガラスもしくはシリコンで形成されるが、以
下の説明は、厚さが２画描度のガラス基板３０に関連し
て行う。上述のプレーナ技法をガラス基板３０上に窒化
シリコン及び酸化シリコンの交代層を形成するのに使用
する。最下部、及び最上部の層は各々窒化シリコンで形
成する。最下層３２及び層３４．３６．３８及び４０は
厚さが２００ミクロン程度の窒化シリコンで形成される
。

層４２．４４．４６及び４８は厚さが１２５ミクロン程
度の酸化シリコンから形成される。夫々の層は上記の厚
さのレベルから±３％程変動してよい。この帯域消去フ
ィルタの透過効率も上述の式に基づいて計算出来る。

帯域消去フィルタ２８のスペクトル応答曲線５０を第７
図に示す。曲線５２はフィルタ２８によってブロックさ
れる光の波長を示す。

Ｆ０発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、半導体製造技術に
適合するスペクトル・フィルタが与えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う光電子走査器の３つのベルの部分
の詳細な層構造を示す図である。第２図は本発明の光電
子走査器のフィルタ配列体の概略図である。第３図は入
射光に対する単一の境界を示す図である。第４図は入射
光に対する多層境界を示す図である。第５図は第２図に
示したフィルタについて計算して得たスペクトル応答を
示す図である。第６図は標準のシリコン材料の層で形成
した帯域消去フィルタを示す図である。第７図は第６図
のフィルタのスペクトル応答を示す図である。 ２・・・・スペクトル・フィルタ配列体、４・・・・光
センサ、６・・・・赤部ペル、８・・・・縁部ペル、１
０・・・・骨部ベル、１１・・・・ベル、１２・・・・
基板、１４・・・・Ｓｉ０層、１６・・・・ポリシリコ
ン層、１８・・・・Ｓｉ０層、２０・・・・窒化シリコ
ン層、２８・・・・帯域消去フィルタ。 （外１名） ａ毘＝＝シ フイ）レタ改乙列体Ｏ銑略図 第２図 渚し罷　（ミグｌ：フシ） スベ゛クト１し庇４冬 第５図 箪−の境界 第３図 第４図 多層境界

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）基板上に形成した第１の酸化物層と、（ｂ
   ）上記第１の酸化物層上に形成したポリシリコン層と、 （ｃ）上記ポリシリコン層上に形成した第２の酸化物層
   と、 （ｄ）上記第２の酸化物層上に形成した窒化シリコン層
   と より成る帯域通過スペクトル・フィルタ。
2. （２）基板上に形成した窒化物及び酸化物の交代層より
   成り、最上部及び最下部の層が窒化物である帯域消去ス
   ペクトル・フィルタ。