KR20140001971A - 수광 장치, 광학 장치 및 수광 장치의 제조 방법 - Google Patents

수광 장치, 광학 장치 및 수광 장치의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140001971A
KR20140001971A KR1020137017168A KR20137017168A KR20140001971A KR 20140001971 A KR20140001971 A KR 20140001971A KR 1020137017168 A KR1020137017168 A KR 1020137017168A KR 20137017168 A KR20137017168 A KR 20137017168A KR 20140001971 A KR20140001971 A KR 20140001971A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light receiving
microlens
inp substrate
receiving device
light
Prior art date
Application number
KR1020137017168A
Other languages
English (en)
Inventor
야스히로 이구치
다다시 사이토
야스시 후지무라
가즈노리 다나카
Original Assignee
스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미토모덴키고교가부시키가이샤 filed Critical 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Publication of KR20140001971A publication Critical patent/KR20140001971A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0075—Arrays characterized by non-optical structures, e.g. having integrated holding or alignment means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

InP 기판(1)의 이면에, 화소에 대응하는 영역마다 위치하는 마이크로렌즈(21)를 구비하고, 마이크로렌즈는, 파장 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛의 광에 대한 투과율의 레인지가 25% 이하이고, 그 투과율이 70% 이상인 수지 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

수광 장치, 광학 장치 및 수광 장치의 제조 방법{LIGHT RECEIVING DEVICE, OPTICAL DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING LIGHT RECEIVING DEVICE}
본 발명은 수광 장치, 광학 장치 및 수광 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 파장이 적어도 1 ~ 2.5 ㎛인 근적외 ~ 적외 영역의 광에 높은 감도를 갖는 수광 장치, 광학 장치 및 수광 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
고밀도로 수광 소자가 이차원 어레이화된 이미지 센서에서는, 광의 이용 효율을 높이기 위해서, 즉 수광 감도를 높이기 위해서, 수광 소자마다 마이크로렌즈를 배열하는 구조가 이용된다. 예를 들면 InP 기판 상에 형성된 수광 소자에 있어서, InP 기판 이면을 렌즈 형상으로 가공하여 모놀리식 렌즈로 하는 방법이 제안되고 있다(특허문헌 1). 또, 박판형의 실리콘, 게르마늄 또는 사파이어를 가공하여 마이크로렌즈 어레이를 형성한 후, 이 마이크로렌즈 어레이를, 수광 소자 어레이(센서)에 접합시키는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 2). 또한 센서 상에 렌즈의 베이스가 되는 수지층을 형성하고, 그 위에 수지제 마이크로렌즈를, 그 표면에 미세한 요철이 생기도록 형성함으로써 반사를 억제하여 집광 효율을 높이는 방법도 제안되고 있다(특허문헌 3).
일본 특허 공개 평7-30082호 공보 일본 특허 공개 평10-209414호 공보 일본 특허 공개 제2009-116056호 공보
그러나, 상기 InP 기판에 모놀리식으로 마이크로렌즈를 형성하는 경우, 균일하게 렌즈 형상을 얻기가 어렵다. 특히, InP는 가공이 어렵고 게다가 굴절률이 3.4로 높기 때문에, 높은 가공 정밀도로 가공하지 않으면 수광부의 집광도를 높이기가 어렵다. 또, 실리콘 등에 마이크로렌즈 어레이를 형성한 경우, 수광 소자 어레이에 정밀하게 위치 맞춤하여 접합시키기가 어려워 제조 수율이 저하된다.
또한 수지층을 베이스로 한 마이크로렌즈 어레이에서는, 수지에 의한 광 흡수가 생겨 정해진 영역의 수광 감도를 열화시킨다.
본 발명은 적어도 파장 1 ㎛ ~ 2.5 ㎛의 근적외 ~ 적외 영역에, 고감도, 고품위의 수광 신호를 얻을 수 있는 수광 장치, 광학 장치 및 수광 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 수광 장치는 InP 기판에 형성된 복수의 화소를 구비한다. 이 수광 장치에서는, InP 기판의 이면에, 화소에 대응하는 영역마다 위치하는 마이크로렌즈를 구비하고, 마이크로렌즈는, 파장 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛의 광에 대한 투과율의 변동폭이 25% 이하이고, 그 투과율이 70% 이상인 수지 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.
InP 기판 상에 에피택셜 성장한 III-V족 화합물 반도체는 근적외 영역 또는 근적외 ~ 적외 영역의 광의 파장에 대응하는 밴드갭을 갖고, 근적외 영역 또는 근적외 ~ 적외 영역의 광을 수광하기 위해서 이용된다. 수광부는 화소보다도 작게 화소 내부의 정해진 범위에 형성된다. 이것은 각 화소가 독립적으로 기능하여, 화소 사이에서 크로스토크 등이 생기지 않기 위해서 필요하다. 평면적으로 봤을 때 수광부는 화소단으로부터 거리를 두고 작은 범위에 형성되기 때문에, InP 기판의 이면에 도달한 광은 모두가 수광에 기여하는 것은 아니다. 이 때문에, InP 기판에 도달하는 광의 이용률을 더욱 높이는 것이 가능하다.
상기 구성에 따르면, 화소에 대응하는 영역마다 마이크로렌즈(집광 렌즈)를 배치할 수 있다. 집광 렌즈는 평행 광선 또는 거의 평행한 광선을, 초점 부근에 집광시킬 수 있다. 이 때문에, InP 기판 이면에 도달한 광을 많은 부분 또는 대부분 수광부에 집광할 수 있고, 광의 이용 효율을 높일 수 있다.
그리고, 마이크로렌즈를, 파장 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛의 광에 대한 투과율의 변동폭이 25% 이하이고, 그 투과율이 70% 이상인 수지 재료로 형성한다. 이에 따라 수지 재료의 가공 용이성을 얻으면서, 파장 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛의 광에 대하여 신뢰성이 높은 마이크로렌즈를 얻을 수 있다. 이 때문에, 적어도 파장 1 ㎛ ~ 2.5 ㎛의 광을 높은 감도로 수광할 수 있고, 마이크로렌즈를 형성하는 재료에 의한 교란이 없는, 고품위의 화상 또는 고품위의 수광 신호를 얻을 수 있다.
상기 복수의 화소는 1차원으로 배열되어 있어도 좋고, 2차원으로 배열되어 있어도 좋다. 2차원 배열의 경우, ROIC(Read Out IC, 리드 아웃 회로)의 리드 아웃 전극과 화소 전극 간의 접속을 위해서, 기판 이면 입사는 필연적이다. 1차원의 경우는, 기판 이면 입사라도, 기판과 반대측의 에피택셜층 표면 입사라도 좋다. 그러나 역시 ROIC의 리드 아웃 전극과의 범프 접속의 간편함을 고려하면 1차원의 경우에도 기판 이면 입사가 좋으므로, 본 발명에서는, 1차원 배열의 경우에도 기판 이면 입사를 상정하고 있다.
또한, 복수의 화소마다 마이크로렌즈를 설치한 것은 시트형이고, 마이크로렌즈 어레이, 마이크로렌즈 시트 등이라 불린다.
수지 재료는 CH 결합을 실질적으로 포함하지 않도록 하는 것이 좋다. 왜냐면, CH 결합을 포함하는 수지는 파장 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛의 파장 영역에 큰 흡수대를 갖는다. 이 때문에, CH 결합을 갖는 수지 재료로 마이크로렌즈를 형성하면, 수신 신호는 수광 신호보다도 큰, 상기 흡수대에 의한 변동을 받는다. 이 결과, 수광 신호의 신뢰성이 저하된다. CH 결합을 실질적으로 포함하지 않는 수지 재료를 이용하여 해당 마이크로렌즈를 형성함으로써, 감도를 향상시킨데다가, 신뢰성이 높은 고품위의 수광 신호를 얻을 수 있다.
상기 목적을 달성하는 데에는, 마이크로렌즈의 재료로서 불소계 수지를 선택하는 것이 좋고, 그 중에서도 CH 결합을 갖지 않는 투명한 지환식의 불소수지를 주성분으로 하는 비정질 불소수지를 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 하기의 화학식 (1)로 표기되는 재료가 상기 비정질 불소수지에 해당하는데, Asahi Glass사에서 제조한 CYTOP, LUMIFLON(상품명)을 예로 들 수 있다. 이러한 불소수지를 이용한 경우, 파장 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛의 광에 대한 투과율의 변동폭이 25% 이하이고, 그 투과율이 70% 이상이 된다. 이 때문에, 수광 장치의 감도를 높인 뒤에, 고품질의 수광 신호를 얻을 수 있다.
Figure pct00001
InP 기판의 이면과 마이크로렌즈의 사이에 SiN막 또는 SiON막이 코트되어 있는 것이 좋다.
이것에 의해서, SiN막 또는 SiON막에 의한 반사 방지 작용을 얻어 수광 감도를 향상시킬 수 있다. 동시에, SiN막 또는 SiON막과 불소수지 등의 수지 간의 접착성(고착성)이 양호하므로, 마이크로렌즈 또는 마이크로렌즈 어레이를 확실하게 고정할 수 있다.
InP 기판의 이면과 마이크로렌즈의 사이에 SiN막 또는 SiON막이 코트되어 있고, (i) 그 SiN막 혹은 SiON막의 표층에 이 SiN막 혹은 SiON막의 접착력을 증강시키는 처리제가 부착되어 있거나, 또는 (ii) 마이크로렌즈를 구성하는 수지 재료에 접착력을 증강시키는 처리제가 포함되어 있으며, 그 처리제를 개재시켜 마이크로렌즈가 SiN막 혹은 SiON막에 고정되어 있는 구성을 취할 수 있다.
SiN막 또는 SiON막과 불소수지 간의 접착성에 문제가 있는 경우, 상기한 접착력을 증강시키는 처리제를 이용한다. 예를 들면, 불소수지 내에 미량의 첨가제를 배합한다. 혹은, 그 SiN막 또는 SiON막에 이 첨가제(접착 증강제)를 포함하는 어떤 종류의 용제를 도포후에 고온으로 방치하여 전(前)용제를 휘발시킴으로써, SiN막 또는 SiON막과의 접착력의 한층 더한 향상을 도모할 수 있다. 여기서, 미량의 처리제로서 최적의 재료로서는, 아민계실란커플링제(Shin-Etsu Chemical사 제조 KBM 903)나 메르캅토계실란커플링제(Shin-Etsu Chemical사 제조 KBM 803), 메타크릴계실란커플링제(KBM 503) 등의, CH 결합 함량이 비교적 적은 실란 처리제를 예시할 수 있다. 그리고, 실란 처리제의 사용량으로서는, SiN막 또는 SiON막과 불소수지 간의 접착성과, CH 결합의 증가에 따른 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛의 파장 영역에서의 광의 투과율 저하의 관점에서, 비정질 불소수지 100 중량부에 대하여, 대략 1 중량부 이하로 하는 것이 바람직하다.
InP 기판의 이면에 접착력을 증강시키기 위한 처리제의 베이스 처리층이 형성되고, 그 베이스 처리층을 개재시켜, 마이크로렌즈가 InP 기판의 이면에 고정되어 있는 구성을 취할 수도 있다. 이 경우, SiN막 혹은 SiON막은 이용하지 않고서, 처리제에 의해 접착력을 증강한다.
화소의 경계를 따라 마이크로렌즈를 둘러싸도록 이 마이크로렌즈의 두께 이하의, 깊이의 홈 또는 높이의 벽이 형성되는 것이 좋다.
상기한 구성에 의해서, 이웃하는 화소의 마이크로렌즈와의 접촉을 피하면서, 화소에 마이크로렌즈를 가능한 한 크게 설치함으로써 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 마이크로렌즈는 마이크로 노즐에 의해서 액적형상의 수지를 적출시켜 형성된다.
InP 기판 상에 수광층 및 창층을 구비하고, 화소의 중핵을 차지하는 광을 수광하는 수광부는 창층으로부터 불순물을 선택 확산하여 수광층에 형성된 pn 접합을 포함하며, 이 수광부는 이웃하는 수광부로부터 선택 확산되지 않은 영역만큼 이격되어 있고, 화소는 수광부를 중심으로 하여 선택 확산되지 않은 영역으로 둘러싸여 있다. 마이크로렌즈는 수광부에 중심을 맞춰 선택 확산되지 않은 영역을 덮는 것이 좋다.
또한, 상기 pn 접합은 다음과 같이 넓게 해석하는 것이 좋다. 수광층 내에서, 불순물 원소가 선택 확산으로 도입되는 측과 반대의 면측의 영역의 불순물 농도가, 진성 반도체로 간주될 정도로 낮은 불순물 영역(i 영역이라 불림)이고, 상기 확산 도입된 불순물 영역과 이 i 영역 사이에 형성되는 접합도 포함하는 것으로 할 수 있다. 즉, 상기 pn 접합은 pi 접합 또는 ni 접합 등일 수 있고, 또한, 이들 pi 접합 또는 ni 접합에 있어서의 p 농도 또는 n 농도는 백그라운드 정도로 낮은 경우도 포함하는 것으로 하는 것이 좋다.
상기한 구성에 의해서, 선택 확산에 의한 불순물 프론트인 pn 접합을 주요부로 하는 수광부는 이웃하는 수광부로부터 비교적 큰 간격을 두고 위치한다. 이 때문에, 선택 확산되지 않는 영역인 상기 간격에 입사한 광은 수광되지 않고서 통과하는 경우가 많다. 상기 마이크로렌즈를 배치됨으로써, 선택 확산에 의해 수광부를 형성하더라도, 높은 감도를 얻을 수 있다.
수광부의 직경과, 선택 확산되지 않은 영역의 최소폭이 거의 동일하고, 마이크로렌즈는 화소를 차지하도록 이 화소의 구획에 내접하게 형성되는 것이 좋다.
이것에 의해서, 수광될 가능성이 없는 광의 조사 영역을 대부분 없앨 수 있어, 감도를 향상시킬 수 있다.
수광층은 InP에 ±0.5%의 범위 내에서 격자 정합하는 상이한 2개의 III-V 족 화합물 반도체로 이루어진 타입 2의 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well)에 의해서 구성될 수 있다.
근적외 영역의 장파장에서 수광 감도를 갖게 하기 위해서, 타입 2의 MQW를 이용하면, 상이한 2개의 III-V족 화합물 반도체의 층의 계면에서 수광이 생긴다. 이 때문에, 감도를 확보하기 위해서 층계면 또는 페어수를 수십 ~ 수백 형성하는 것이 보통이지만, 그것으로도 감도가 부족하다. 이러한 타입 2의 MQW의 수광층을 갖는 경우, 마이크로렌즈를 배치함으로써 근적외 영역의 장파장측까지 수광 파장 영역을 확대하면서, 높은 감도를 얻을 수 있다.
본 발명의 광학 장치는, 상기의 어느 하나의 수광 장치와, 리드 아웃 회로(ROIC: Read Out IC)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해서, 고감도, 고신뢰성의 수광 신호가 얻어지는 광학 장치를 제공할 수 있다. 광학 장치는 상기 수광 장치와 리드 아웃 회로를 포함한다면 어떤 장치라도 좋다.
본 발명의 수광 장치의 제조 방법은, InP 기판에, 적어도 파장 1 ㎛ ~ 2.5 ㎛에서 수광 감도를 갖는 수광 소자를 화소로 하여 이 수광 소자의 어레이를 형성하는 공정과, InP 기판의 이면에, 화소마다 불소수지를 주성분으로 하는 마이크로렌즈를 설치하고, 이 InP 기판 전체에 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 공정을 포함한다. 그리고 마이크로렌즈 어레이 형성 공정에서는, 불소수지를 용매에 녹여 점도를 조정한 불소수지 함유제를, 마이크로 노즐을 이용하여 방출하여 상기 화소의 영역마다 불소수지 함유제의 물방울형상체 또는 산형상체를 형성하고, 계속해서 건조 처리하여 불소수지로 이 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 것을 특징으로 한다. 상기 불소수지 함유제는 비정질 불소수지와 처리제로서의 실란커플링제(예컨대 아미노실란커플링제)를 100:0.1의 비율로 용매에 녹여 점도를 조정한 불소수지 함유제로 해도 좋다. 이것을, 마이크로 노즐을 이용하여 방출하여 화소의 영역마다 불소수지 함유제의 물방울형상체 또는 산형상체를 형성하고, 계속해서 건조 처리하여 불소수지에 의한 해당 마이크로렌즈 어레이를 형성할 수 있다. 또한, 필요에 따라서, 상기 불소수지 함유제의 물방울형상체 또는 산형상체를 형성하기 전에, 상기 InP 기판에 처리제로서 실란커플링제를 분무한 후, 건조 처리를 행하는 공정을 포함할 수도 있다.
또한 InP 기판 이면에 SiN막 또는 SiON막의 코트막을 형성하고, 그 SiN막 또는 SiON막의 접착력에 의해, 불소수지에 의한 마이크로렌즈 어레이와의 고정을 보다 안정화해도 좋다.
또한, SiN막 혹은 SiON막을 형성할 때 그 SiN막 혹은 SiON막의 접착력을 증강시키는 처리제를 그 SiN막 혹은 SiON막의 표층에 부착하고, 그 후, 상기 마이크로렌즈 어레이를 형성하여, 마이크로렌즈 어레이의 접착력 증강을 도모해도 좋다.
상기한 방법에 따르면, 마이크로포팅(micropotting) 또는 잉크젯에 의해 불소수지 함유제를 물방울형상으로 방출하여, 건조 처리를 거쳐 불소수지제의 마이크로렌즈 어레이를 능률 좋게 간단히 얻을 수 있다. 불소수지 함유제는, 발수성을 갖기 때문에, 베이스와의 사이에 큰 접촉각을 갖고 물방울형상체 또는 산형상체를 형성할 수 있다. 이것에 의해서, 경제성이 우수하고, 감도가 높으며, 고품위의 수광 신호를 가져오는 수광 장치를 간단히 얻을 수 있다.
마이크로렌즈 어레이 형성 공정 전에, 물방울형상 또는 산형상의 불소수지 함유제가, 이웃하는 화소의 불소수지 함유제의 물방울형상체 또는 산형상체와 접촉하여 융합하지 않도록, 인접하는 화소의 경계에 홈 또는 벽을 형성하는 것이 좋다.
잉크젯 또는 마이크로포팅법에 있어서, 상기 불소수지 함유제는 용매가 9 할 전후를 차지하기 때문에 액체에 가깝다. 이 때문에 인접하는 화소의 물방울형상체끼리 접촉하면 표면 장력 등의 영향으로 융합해버리고, 발수성이 손상되어 마이크로렌즈의 형상을 이루지 않는 형상이 된다. 상기 홈 또는 벽을 화소의 경계에 형성함으로써, 물방울형상체끼리의 접촉을 막을 수 있고, 개개의 물방울형상체 또는 산형상체로 마이크로렌즈를 형성할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 마이크로렌즈를 형성하는 불소수지와, InP 기판 간의 접착성을 향상시키는 수단으로서, 상기 불소수지 함유제의 물방울형상체 또는 산형상체를 형성하기 전에 InP 기판에 분무기를 이용하여, 처리제인 실란커플링제를 2.3회 분무하고, 이 기판을 85℃에서 2시간 정도 건조 처리시킬 수도 있다. 이 경우, 마이크로렌즈를 형성하는 비정질 불소수지 중에는, 처리제로서의 실란커플링제를 미리 배합시킬 필요도 없어지고, 또한, 본 건조 공정에 의해, 파장 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛의 파장 영역의 광 투과성에 악영향을 주는 여분의 CH 결합 물질이 마이크로렌즈 등에 존재하는 것을 억제시킬 수 있다.
벽을 설치할 때, InP 기판의 이면에 피복층을 형성하고, 계속해서, 피복층의 벽이 되는 부분 이외의 부분을 에칭에 의해서 제거하는 것이 좋다.
이것에 의해서, 예를 들면 피복층을 SiN막, 친수성의 레지스트막 등으로 하여, 간단하게 이러한 벽을 형성해서, 물방울형상체의 융합이 생기는 일없이, 화소마다 하나의 마이크로렌즈를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 수광 장치의 제조 방법은, InP 기판에, 적어도 파장 1 ㎛ ~ 2.5 ㎛에서 수광 감도를 갖는 수광 소자를 화소로 하여 이 수광 소자의 어레이를 형성하는 공정과, InP 기판의 이면에 화소마다 불소수지를 주성분으로 하는 마이크로렌즈를 설치하고, 이 InP 기판 전체에 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 마이크로렌즈 어레이 형성 공정을 포함한다. 그리고 마이크로렌즈 어레이 형성 공정은 마이크로렌즈 어레이의 암형이 되는 틀을 준비하는 공정과, 불소수지를 용매에 녹여 점도를 조정한 불소수지 함유제를 InP 기판의 이면에 도포하여 도포층을 형성하는 공정과, 적절히 건조된 도포층에, 화소와 위치 맞춤하면서, 틀을 눌러 마이크로렌즈가 되는 볼록 렌즈가 배열된 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 누름 틀을 이용하는 방법에 따르면, 능률 좋게 간단히 마이크로렌즈 어레이를 형성할 수 있다. InP 기판의 이면에 불소수지 함유제를 도포하는 방법은 어느 것이라도 좋지만, 예를 들면 스크린 인쇄법, 스핀 코트법 등을 이용하는 것이 좋다.
상기 누름 틀을 이용하여 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 경우에도, 마이크로 노즐을 이용하는 방법과 동일하게, SiN막 또는 SiON막의 코트막을 개재시켜, 마이크로렌즈 어레이와 InP 기판 간의 접착 안정화를 도모해도 좋다. 또한, 상기 코트막의 유무에 상관없이, 접착력을 증강시키는 처리제를 (InP 기판 이면에 직접 부착, 불소수지 함유제에 배합, SiN막 또는 SiON막의 표층에 부착) 중 어느 하나의 처리 또는 이들을 조합한 처리를 행하여, 접착의 증강을 도모해도 좋다.
본 발명의 수광 장치에 따르면, 적어도 파장 1 ㎛ ~ 2.5 ㎛의 근적외 ~ 적외 영역에서, 고감도, 고품위의 수광 신호를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 수광 장치 및 광학 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 수광 장치의 일부분의 평면도이다.
도 3a는 불소수지의 투과율과 파장의 관계를 나타내고, 파장 2.0 ㎛ 이상의 범위를 나타내는 도면이다.
도 3b는 불소수지의 투과율과 파장의 관계를 나타내고, 파장 0.7 ㎛ ~ 2.0 ㎛의 범위를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 수광 장치의 변형예로서, 본 발명에 있어서의 수광 장치 및 그것을 내장한 광학 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시형태 1에 있어서의 수광 장치의 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 6a는 홈의 형성 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 6b는 벽의 형성 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 수광 장치 및 광학 장치를 설명하기 위한 도면이다(틀을 누르는 공정은 ROIC과 조합하기 전에, 수광 장치 단독으로 행함).
도 8은 실시형태 2에 있어서의 수광 장치의 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 9a는 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 수광 장치 및 광학 장치를 나타내는 도면이다.
도 9b는 도 9a의 수광 장치 내의 수광층을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 4에 있어서의 수광 장치 및 광학 장치를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시형태 5의 수광 장치의 부분 확대도이다.
(실시형태 1)
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 수광 장치(50) 및 광학 장치(100)를 나타내는 도면이다. 수광 장치(50)에는, 복수의 화소(P)가 형성되어 있다. InP 기판(1)에는, 수광층(3)/창층(5)을 포함하는 InP계 에피택셜층이 형성되어 있다. p형 영역(6)은 선택 확산 마스크 패턴(17)의 개구부로부터 선택 확산된, 예를 들면 아연(Zn) 등의 p형 불순물이 도입되고, 수광층(3) 내까지 연장되어 있다. 선택 확산 마스크 패턴(17)은 보호막을 겸하고 있고, p형 불순물인 아연(Zn)의 선택 확산에 이용된 후 그대로 남겨져 있다. 화소(P)는 도시하지 않는 공통의 그라운드 전극과, p형 영역 상에 오믹 접촉하는 화소 전극(11)의 사이에 역바이어스 전압을 인가하여, pn 접합(15)으로부터 돌출된 공핍층에서 대상으로 하는 근적외광을 수광한다. 이 때, 전자-정공쌍이 발생하고, 이것을 화소 전극 및 그라운드 전극에서 리드 아웃하여 수광 신호를 얻는다.
수광 신호를 리드 아웃하는 리드 아웃 회로(ROIC: Read Out IC)(70)의 리드 아웃 전극(71)과 수광 장치(50)의 화소 전극(11)는 대면한 상태로, 접속 범프(9, 79)에 의해서 도전 접속된다. 이러한 ROIC을 이용하여 수광 장치의 화소(P)로부터의 수광 신호를 리드 아웃하는 경우, 전술한 바와 같이 기판(이면) 입사가 된다.
본 실시형태에 있어서의 특징은 다음의 2가지 점이다.
(1) InP 기판(1)의 이면에 집광 렌즈가 되는 마이크로렌즈(21)가 배치되어 있다. 이 마이크로렌즈(21)는 볼록 렌즈이며, 불소수지로 형성되어 있다. 이하 불소수지의 파장 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛에서의 광의 투과율을 나타내지만, 불소수지는 CH 결합을 포함하지 않기 때문에, 파장 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛에서 큰 흡수 밴드를 갖지 않는다. 또한 불소수지의 굴절률은 1.3 ~ 1.5 정도이다. 이 때문에, 고정밀 가공을 하지 않더라도, 볼록 렌즈를 화소(P)의 영역마다 설치함으로써, 평행 광선 또는 거의 평행 광선을, 초점면 부근에 위치하는 수광부 또는 pn 접합(15) 부근에 집광시킬 수 있다. 마이크로렌즈의 표면의 곡률은 초점 거리가 어느 정도 짧아져도[pn 접합(15)보다 상부에서 포커싱되어도], 이 상부에서 크로스한 후 확대하여 수광부에는 집광되기 때문에 정밀도는 그만큼 필요로 하지 않는다. 또한, 초점 거리가 어느 정도 길어져도, 광속은 확실하게 수광부에 집속된다.
이 결과, 수광 감도를 높일 수 있다. 상기와 같이, pn 접합(15)은 선택 확산된 p형 영역(6)의 선단부에 형성되고, 여기로부터 역바이어스 전압에 의해 돌출되는 공핍층에서 수광이 수행된다. 이 때문에, 평면적으로 봤을 때, InP 기판(1)의 이면에 조사된 광 중, 많은 부분은 pn 접합(15)을 통하지 않고서 통과해 버린다(도 2 참조).
도 2는 도 1에 나타내는 수광 장치의 일부의 평면도이다. p형 영역(6) 및 화소(P)의 2차원 배열을 나타내고 있다. 도 1 및 도 2에 있어서, 예를 들면, p형 영역(6)을 형성하기 위한 선택 확산 마스크 패턴(17)의 개구경은 15 ㎛이며, 화소 피치는 30 ㎛이다. p형 영역(6)의 화소(P)에서의 평면 점유율은 20% 정도이다. 환언하면, 평행 광선 또는 거의 평행 광선이 InP 기판에 도달한 후, 반사되는 만큼을 제로로 한다면, 약 20% 정도만 수광할 가능성을 갖는 것에 지나지 않는다.
일반적으로, 선택 확산에 의한 p형 영역(6) 또는 화소(P)의 형성에 있어서, 인접하는 화소(P) 사이에서 크로스토크 등의 간섭이 생기지 않도록, 충분한 간격을 둘 필요가 있다. 또한, 선택 확산에서는, 깊이 방향뿐만 아니라, 개구부로부터 도입된 불순물이 약간이지만 가로 방향으로 확산하는 것도 고려해야 한다. 이 때문에, 평면적으로 봤을 때, p형 영역(6)의 직경과 동일한 정도의 간격[p형 영역(6)들 사이의 선택 확산되지 않은 영역의 최소폭]을 두고 있는 것이 실정이다. 이 결과, 도 2에 나타내는 바와 같이, p형 영역(6)은 평면 점유율이 20% 정도이다. 단, 화소(P)의 다른 화소로부터의 독립성을 유지하기 위한 다른 방법, 예를 들면 화소의 경계에, 메사 에칭으로 깊은 홈을 형성하는 방법에 비교해서, 결정이 손상되기 어렵고, 암전류를 낮게 할 수 있는 이점을 갖는다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 감도를 높이기 위해서 마이크로렌즈(21)를 화소에 내접하도록 가능한 한 크게 형성하면, 상기한 수광에 기여할 가능성이 있는 광은 78% 정도로 크게 향상된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 볼록 렌즈는 그 볼록 렌즈에 조사된 평행 광선 또는 거의 평행 광선을, 초점면 부근에 위치하는 수광부 또는 pn 접합(15) 부근에 집광시킬 수 있다. 물체 등의 표면으로부터 반사되어 수광 장치(50)에 도달하는 광은 거의 평행이며, 볼록 렌즈 또는 마이크로렌즈(21)의 작용에 의해 초점면 부근에 집광된다.
도 3a 및 도 3b는 불소수지의 투과율을 나타내는 도면이다. 불소수지는 도 3b와 도 3a에 나타내는 바와 같이, 0.7 ㎛ ~ 2.0 ㎛, 2.0 ㎛ ~ 3.5 ㎛의 파장 영역에서, 95%, 93%의 투과율을 나타낸다. 게다가, 투과율의 변동이 없고, 파장에 대하여 거의 플랫하다.
CH 결합을 포함하는 수지의 경우, 파장에 대한 투과율의 변동이 크다. 즉 CH 결합을 포함하는 수지는 파장 1 ㎛ ~ 2.5 ㎛이라는 가장 중요한 파장 영역에서 흡수대를 갖는다. 또한, 산화규소 등은 역시 중요한 파장 1 ㎛ ~ 3 ㎛에서 매우 큰 흡수대를 복수개 갖는다. 이 때문에 CH 결합을 포함하는 수지나 산화규소로 이루어진 마이크로렌즈를 설치해서, 수광에 기여할 가능성이 있는 광량을 늘려 감도를 높일 수 있었다고 해도, 마이크로렌즈의 투과율의 변동이 집광에 의해서 강조되어 수광 신호에 포함되어 버린다. 그 결과, 수광 신호의 신뢰성을 손상하게 된다.
본 실시형태와 같이, 불소수지제의 마이크로렌즈(21)를 이용함으로써, 수광에 기여할 가능성이 있는 광량을 늘려 감도를 높이는데다가, 높은 신뢰성의 수광 신호를 얻을 수 있다.
(2) 또 한가지 점은 화소의 경계에 홈(22)을 형성하는 것이다. 마이크로렌즈(21)는 가능한 한 큰 면적을 갖기 때문에, 화소(P)의 정방형 내에 내접하도록 설치하는 경우, 다음의 문제를 일으킨다. 마이크로포팅 또는 잉크젯에 의해서, 액체에 가까운 점도의 불소수지 함유제의 물방울형상체를 화소마다 배치할 때, 최대한 크게 하면 서로 접촉하기 쉬워진다(제조 방법에 관해서는 이하에 설명한다). 건조전에 접촉이 생기면 표면 장력 등의 영향으로, 그 2개의 물방울형상체는 융합하여, 베이스와의 접촉각이 작아져 물방울형상을 유지하지 않게 되고, 베이스에 퍼지는 것 같은 형태를 취한다. 이 결과, 렌즈 형상을 이루지 않게 된다. 이 때문에, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 화소(P)들 사이에 홈(22)을 형성하여, 홈에 의해서 물방울형상체의 월경을 방지할 수 있다.
상기 홈(22)은 벽이어도 좋다. 도 4는 도 1에 나타내는 홈(22)을 벽(23)으로 대체한 수광 장치(50)를 나타내는 도면이다. 벽(23)에 의해서도, 화소(P) 내의 물방울형상체의 월경을 방지할 수 있다.
홈(22) 또는 벽(23)의 형상은, 예를 들면, 다음의 치수로 할 수 있다.
<홈>: 폭 1 ㎛, 깊이 1 ㎛ ~ 2 ㎛
<벽>: 폭 1 ㎛, 높이 0.11 ㎛ ~ 0.3 ㎛
도 5는 본 발명의 실시형태의 수광 장치(50)의 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다. 우선, InP 기판에 수광 소자 어레이를 형성한다. 계속해서, 도 1 또는 도 4에 나타내는 바와 같이, 홈(22)으로 할지, 또는 벽(23)으로 할지에 따라서, InP 기판(1)의 이면에, 홈(22) 또는 벽(23)을 형성한다.
이 동안에, 마이크로렌즈를 형성하기 위한 불소수지 함유제를 조정해 둔다. 불소수지로서는, CH 결합을 갖지 않는 투명한 지환식의 불소수지를 주성분으로 하는 비정질 불소수지를 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 하기의 화학식 (1)로 표기되는 비정질 불소수지가 바람직하고, 예컨대 Asahi Glass사에서 제조한 CYTOP, LUMIFLON(상품명)(상품명)을 예로 들 수 있다. 이러한 불소수지를 이용한 경우, 파장 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛의 광에 대한 투과율의 변동폭이 25% 이하이고, 그 투과율이 70% 이상이 된다.
Figure pct00002
희석 용제로서는, 에탄올, 이소프로필알코올/아세트산이소부틸, 물 등 용매가 되는 것이면 무엇이라도 좋다. 마이크로 노즐을 이용하여, 잉크젯 또는 마이크로포팅에 의해서 물방울형상체를 화소마다 배치할 경우, 예를 들면 불소수지 폴리머는 5 ~ 15%, 나머지 용매 등은 95% ~ 85% 정도로 하는 것이 좋다. 전술한 바와 같이, 물방울형상체 또는 산형상체의 표면의 곡률은 초점 거리가 어느 정도 짧아져도[pn 접합(15)보다 상부에서 포커스싱되어도], 수광부에는 집광되기 때문에 정밀도는 그만큼 필요로 하지 않는다. 또, 초점 거리가 어느 정도 길어져도, 집광이 이루어져 감도를 향상시킨다.
마이크로 노즐에 의해서 화소(P)마다 불소수지 함유제의 물방울형상체 또는 산형상체를 형성한다. 모든 화소(P)에 물방울형상체를 배치한 후, 건조 처리를 시작한다. 건조 처리에서는, 70℃ ~ 250℃의 범위 내의 일정 온도로 유지한 항온조에 넣어 용매를 제거한다. 수회로 나눠, 저온조로부터 고온조로 단계적으로 승온하여 행해도 좋다.
도 6a는 홈(22)의 형성 방법을, 또 도 6b는 벽(23)의 형성 방법을 나타내는 플로우차트이다. 홈(22)의 경우는, 화소(P)의 경계를 따라서 다이싱을 하거나, 또는 에칭에 의해서 홈을 형성한다. 또한, 벽(23)의 경우는, InP 기판(1)의 이면에, 예를 들면 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해서 SiN막을 형성한다. 두께는 벽(23)의 두께, 예를 들면 0.11 ㎛ ~ 0.3 ㎛로 하는 것이 좋다. 이후, 에칭에 의해서, 벽(23)이 되는 부분 이외의 영역을 제거한다.
상기의 제조 방법에 따르면, 특히 대규모의 장치를 필요로 하지 않고, 간단하고 그리고 용이하게, 마이크로포팅법 또는 잉크젯법에 의해서, 물방울형상체 또는 산형상체의 화소로부터의 월경을 방지하면서, 높은 제조 수율로, 감도를 크게 향상시키는 마이크로렌즈(21) 어레이를 얻을 수 있다.
(실시형태 2)
도 7은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 수광 장치(50), 광학 장치(100), 및 이들의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 본 실시형태에서도, 마이크로렌즈(21)를 구비하는 수광 장치(50)와, 리드 아웃 회로(ROIC)(70)가 조합되어 있는 점에서는, 실시형태 1과 동일하다. 본 실시형태에서는, 마이크로렌즈(21)를, 마이크로렌즈(21)의 표면 형상에 대응하는 암형인 틀(35)을 이용하여 임프린트법으로 형성하는 점에서, 실시형태 1과 상이하다.
다만, 도 7에서는, 광학 장치(100)에 조립된 후 마이크로렌즈(21)를 형성하는 것으로 도시하고 있지만, 이것은 어디까지나 설명의 편의를 위한 것이며, 실제로는, 틀을 눌러 마이크로렌즈를 형성하는 공정은 리드 아웃 회로와 조합하기 전에, 수광 장치(50) 단독으로 행해진다. 이 유의점을 전제로 하여, 도 7에 요점을 나타내는 바와 같이, 희석되어, 건조 전에, 소성 가공하기 쉬운 상태의 불소수지 함유층(21a)에 대하여, 틀(35)의 표면(35f)을 눌러, 마이크로렌즈(21) 어레이를 형성한다.
도 8에 인프린트법에 의한 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 순서를 나타낸다. 인프린트법에 있어서는 틀(35)의 제작이 중요하다. 이 누름용 틀(35)은 미세 가공을 하기 위해서 전자빔 노광에 의한 리소그래피로 요철을 부착하여 형성할 수 있다. 틀(35)의 재료는 내마모성이 요구되기 때문에 석영 등을 이용하는 것이 좋다.
불소수지 함유제 층(21a)을 형성할 때, 점도는 마이크로포팅법 또는 잉크젯트법의 경우보다도 높게 조정하는 것이 좋다. 상기 방법으로 제작된 틀(35)을 누름으로써, 마이크로렌즈(21) 어레이를 간단히 얻을 수 있다.
마이크로포팅법으로 형성된 마이크로렌즈인지, 또는 인프린트법으로 형성된 마이크로렌즈인지는 마이크로렌즈를 검경함으로써 특정할 수 있다. 또한, 마이크로포팅법에서는, 홈(22) 또는 벽(23)을 수반하는 경우가 많기 때문에, 이것에 의해서도 식별할 수 있다.
(실시형태 3)
도 9a는 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 수광 장치(50) 및 광학 장치(100)를 나타내는 도면이며, 도 9b는 화소에 포함되는 수광층(33) 등의 확대도이다. 본 실시형태에 있어서의 수광층(33)은 GaAsSb(3a)와 InGaAs(3b)를 기본 페어로 하는 타입 2의 다중 양자 우물 구조(MQW)이다. 이 타입 2의 MQW에서는, GaAsSb의 가전자대의 전자가 InGaAs의 전도대로 천이하여, 전자/정공을 일으킴으로써 수광이 일어난다. GaAsSb의 가전자대와 InGaAs의 전도대 간의 에너지차는 GaAsSb(InGaAs) 내의 가전자대와 전도대 간의 에너지차보다 작기 때문에, 에너지가 낮은 장파장의 광을 수광할 수 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, GaAsSb의 가전자대의 전자가 InGaAs의 전도대로 천이하기 때문에, 다중 양자 우물 구조(MQW)의 계면, 즉 도 9b에 예시하는 계면(K)에서만 수광이 생긴다. 이와 같이 타입 2의 MQW에서는, 벌크 내에서 생기는 천이 현상에 비교해서 천이가 생기는 장소가 한정되기 때문에, 가령 MQW의 페어수를 많게 해도, 감도는 작아진다.
또한, 타입 2의 MQW의 수광층(33)으로 하는 수광 소자에서는, 양호한 결정성을 유지하기 위해서 특유의 구조를 수반한다. 예를 들면 불순물 농도가 너무 높아지면 MQW의 결정성이 열화되기 때문에, 선택 확산을 위한 확산 농도 분포 조정층(4)을 배치하고, 이 확산 농도 분포 조정층(4) 내에서 p형 불순물 농도를 급감시켜, 수광층(33)에는, 낮은 범위에 안정된 농도 분포가 포함되게 한다. 또한, 선택 확산으로 화소를 형성하는 것도 타입 2의 MQW의 결정성에는 바람직하다.
타입 2의 MQW의 수광층(33)을 갖고, 수광 감도를 장파장측으로 확대할 수는 있지만, 본질적으로 감도가 낮은 것은 수광 메커니즘에 따른다. 이러한 수광 장치에 있어서, 전술한 마이크로렌즈(21)는 큰 위력을 발휘할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 수광 장치(50) 및 광학 장치(100)는, 근적외 영역의 장파장 영역의 광에 대해 감도를 확대하면서, 그 수광 메커니즘으로 기인하는 낮은 수광 감도를 보충하여, 정해진 레벨 이상의 감도를 확보할 수 있다. 또, 마이크로렌즈(21)는 불소수지제이므로, 근적외 영역 및 그 장파장 영역에서, 고품위의 수광 신호를 얻을 수 있다.
(실시형태 4)
도 10은 실시형태 4에 있어서의 수광 장치(50) 및 광학 장치(100)를 나타내는 도면이다. 실시형태 1 ~ 3에서는, 마이크로렌즈(21)가 InP 기판(1)의 이면에, 직접, 접하여 배치된다. 그러나, 본 실시형태에서는, 마이크로렌즈(21)와 InP 기판(1) 이면의 사이에 SiN막 또는 SiON막(27)이 배치되어 있다. 이것에 의해서, SiN막 또는 SiON막(27)에 의한 반사 방지 작용을 얻어 수광 감도를 향상시킬 수 있다. 동시에, SiN막 또는 SiON막과 불소수지 등의 수지 간의 접착성(고착성)이 양호하기 때문에, 마이크로렌즈 또는 마이크로렌즈 어레이를 확실하게 고정할 수 있다. 마이크로렌즈는 실시형태 1 ~ 3의 어느 방법으로 제작해도 좋다. 또, 도 10에는, 마이크로렌즈들 사이의 홈이나 벽은 없지만, 그 홈 또는 벽을 마이크로렌즈(21)들 사이에 배치해도 좋다.
소정의 경우에는, SiN막 또는 SiON막과 불소수지 간의 접착성에 문제가 생기는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 불소수지 내에 미량의 첨가제를 배합한다. 혹은, 그 SiN막 또는 SiON막에 이 첨가제를 포함하는 어떤 종류의 용제를 도포 후에 고온으로 방치하여 전용제를 휘발시킴으로써, SiN막 또는 SiON막과의 접착력의 한층 더한 향상을 도모할 수 있다. 여기서, 미량의 처리제로서 최적인 재료로서는, 아민계실란커플링제(Shin-Etsu Chemical사 제조 KBM 903)나 메르캅토계실란커플링제(Shin-Etsu Chemical사 제조 KBM 803), 메타크릴계실란커플링제(KBM 503) 등의, CH 결합 함량이 비교적 적은 실란 처리제를 예시할 수 있다. 그리고, 실란 처리제의 사용량으로서는, SiN막 또는 SiON막과 불소수지 간의 접착성과, CH 결합의 증가에 따른 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛의 파장 영역에서의 투과율 저하의 관점에서, 비정질 불소수지 100 중량부에 대하여, 대략 1 중량부 이하로 하는 것이 바람직하다.
(실시형태 5)
도 11은 실시형태 5에 있어서의 수광 장치(50)의 부분 확대도이다. 실시형태 4에서는, SiN막 또는 SiON막을 마이크로렌즈(21)와 InP 기판(1)의 사이에 배치했다. 본 실시형태에서는, 마이크로렌즈를 형성하는 불소수지와 InP 기판 간의 접착성을 향상시키기 위해서, InP 기판(1)의 이면에 베이스 처리층(29)을 형성한다. 즉, 불소수지 함유제의 물방울형상체 또는 산형상체를 형성하기 전에 InP 기판(1)의 이면에, 분무기를 이용하여 처리제인 실란커플링제를 2.3회 분무하고, 이 기판을 85℃에서 2시간 정도 건조 처리시킴으로써, 베이스 처리층(29)을 형성한다. 이후의 마이크로렌즈(21)는 실시형태 1 ~ 4의 어느 방법으로 제조해도 좋다. 이것에 의해서, 마이크로렌즈(21)는 InP 기판(1)의 이면에 강고히 고착된다.
이 경우, 마이크로렌즈(21)를 형성하는 비정질 불소수지 내에는, 처리제로서의 실란커플링제를 미리 배합시킬 필요도 없어지고, 그리고, 건조 공정에 의해, 파장 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛의 파장 영역의 광 투과성에 악영향을 주는 여분의 CH 결합 물질이 마이크로렌즈 등에 존재하는 것을 줄일 수 있다.
상기에 있어서, 본 발명의 실시형태 및 실시예에 관해서 설명했지만, 상기에 개시된 본 발명의 실시형태 및 실시예는 어디까지나 예시로서, 본 발명의 범위는 이들 발명의 실시형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위의 기재에 의해서 표시되고, 또한 특허청구범위의 기재와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하는 것이다.
본 발명의 수광 장치 등에 따르면, 정해진 마이크로렌즈를 배치함으로써, 파장이 0.7 ㎛부터 3 ㎛ 정도까지인 근적외 ~ 적외 영역에서, 고감도, 고품위의 수광 신호를 얻을 수 있다. 또, 이러한 마이크로렌즈는 불소수지제로 이루어짐으로써 근적외 영역 및 그 장파장 영역에서 흡수가 없는 플랫한 투과율-파장 특성을 갖기 때문에, 수지에 의한 가공 용이성이라는 이점을 얻으면서, 높은 신뢰성의 수광 신호를 얻을 수 있다.
1: InP 기판 3: 수광층
3a: GaAsSb 3b: InGaAs
4: 확산 농도 분포 조정층 5: 창층
6: p형 영역 9: 범프
11: 화소 전극(p부 전극) 15: pn 접합
17: 선택 확산 마스크 패턴(보호막) 21: 마이크로렌즈
21a: 불소수지 함유제 층 22: 홈
23: 벽 27: SiN막 또는 SiON막
29: 베이스 처리층 33: 타입 2의 MQW의 수광층
35: 틀 35f: 틀의 표면
50: 수광 장치 70: ROIC
71: 리드 아웃 전극 79: 범프
100: 광학 장치 K: MQW의 페어 경계
P: 화소

Claims (20)

  1. InP 기판에 형성된 복수의 화소를 구비하는 수광 장치에 있어서,
    상기 InP 기판의 이면에, 상기 화소에 대응하는 영역마다 위치하는 마이크로렌즈를 구비하고,
    상기 마이크로렌즈는, 파장 0.7 ㎛ ~ 3 ㎛의 광에 대한 투과율의 변동폭이 25% 이하이고, 그 투과율이 70% 이상인 수지 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 수광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수지 재료는 CH 결합을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 수광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수지 재료는 불소수지인 것을 특징으로 하는 수광 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 불소수지는 화학식 (1)로 표기되는 기본 단위를 갖는 비정질 불소수지인 것을 특징으로 하는 수광 장치.
    Figure pct00003
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 InP 기판의 이면과 상기 마이크로렌즈의 사이에 SiN막 또는 SiON막이 코트되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 InP 기판의 이면과 상기 마이크로렌즈의 사이에 SiN막 또는 SiON막이 코트되어 있고, (i) 그 SiN막 혹은 SiON막의 표층에 이 SiN막 혹은 SiON막의 접착력을 증강시키는 처리제가 부착되어 있거나, 또는 (ii) 상기 마이크로렌즈를 구성하는 상기 수지 재료에 접착력을 증강시키는 처리제가 포함되어 있으며, 그 처리제를 개재시켜 상기 마이크로렌즈가 상기 SiN막 혹은 SiON막에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 InP 기판의 이면에 접착력을 증강시키기 위한 처리제의 베이스 처리층이 형성되고, 그 베이스 처리층을 개재시켜, 상기 마이크로렌즈가 상기 InP 기판의 이면에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화소의 경계를 따라서 상기마이크로렌즈를 둘러싸도록, 이 마이크로렌즈의 두께 이하의, 깊이의 홈 또는 높이의 벽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 InP 기판 상에 수광층 및 창층을 구비하고, 상기 화소의 중핵을 차지하는 광을 수광하는 수광부는 상기 창층으로부터 불순물을 선택 확산하여 상기 수광층에 형성된 pn 접합을 포함하며, 이 수광부는 이웃하는 수광부로부터 선택 확산되지 않은 영역만큼 이격되어 있고, 상기 화소는, 상기 수광부를 중심으로 하여 상기 선택 확산되지 않은 영역으로 둘러싸여 있으며, 상기 마이크로렌즈는 상기 수광부에 중심을 맞춰 상기 선택 확산되지 않은 영역을 덮는 것을 특징으로 하는 수광 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 pn 접합은 pi 접합 또는 ni 접합 등일 수 있고, 이들 pi 접합 또는 ni 접합에 있어서의 p 농도 또는 n 농도는 백그라운드 정도로 낮은 경우도 포함하는 것을 특징으로 하는 수광 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 수광부의 직경과, 상기 선택 확산되지 않은 영역의 최소폭은 거의 동일하고, 상기 마이크로렌즈는 상기 화소를 차지하도록 이 화소의 구획에 내접하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 장치.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수광층은, InP에 ±0.5%의 범위 내에서 격자 정합하는 2개의 III-V족 화합물 반도체로 이루어진 타입 2의 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well)에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는 수광 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 수광 장치와, 리드 아웃 회로(ROIC: Read Out IC)를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  14. InP 기판에, 적어도 파장 1 ㎛ ~ 2.5 ㎛에 수광 감도를 갖는 수광 소자를 화소로 하여 이 수광 소자의 어레이를 형성하는 공정과,
    상기 InP 기판의 이면에 상기 화소마다 불소수지를 주성분으로 하는 마이크로렌즈를 설치하고, 이 InP 기판 전체에 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 마이크로렌즈 어레이 형성 공정
    을 포함하고,
    상기 마이크로렌즈 어레이 형성 공정에서는, 불소수지를 용매에 녹여 점도를 조정한 불소수지 함유제를, 마이크로 노즐을 이용하여 방출하여 상기 화소의 영역마다 불소수지 함유제의 물방울형상체 또는 산형상체를 형성하고, 계속해서 건조 처리하여 불소수지로 이 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 수광 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이 형성 공정 전에, 상기 물방울형상 또는 산형상의 불소수지 함유제가, 이웃하는 화소의 불소수지 함유제의 물방울형상체 또는 산형상체와 접촉하여 융합하지 않도록, 인접하는 상기 화소의 경계에 홈 또는 벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 수광 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 벽을 형성할 때, 상기 InP 기판의 이면에 피복층을 형성하고, 계속해서, 피복층의 상기 벽이 되는 부분 이외의 부분을 에칭에 의해서 제거하는 것을 특징으로 하는 수광 장치의 제조 방법.
  17. InP 기판에, 적어도 파장 1 ㎛ ~ 2.5 ㎛에서 수광 감도를 갖는 수광 소자를 화소로 하여 이 수광 소자의 어레이를 형성하는 공정과,
    상기 InP 기판의 이면에 상기 화소마다 불소수지를 주성분으로 하는 마이크로렌즈를 설치하고, 이 InP 기판 전체에 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 마이크로렌즈 어레이 형성 공정
    을 포함하고,
    상기 마이크로렌즈 어레이 형성 공정은,
    상기 마이크로렌즈 어레이의 암형이 되는 틀을 준비하는 공정과,
    상기 불소수지를 용매에 녹여 점도를 조정한 불소수지 함유제를 상기 InP 기판의 이면에 도포하여 도포층을 형성하는 공정과,
    적절히 건조된 상기 도포층에, 상기 화소와 위치 맞춤하면서, 상기 틀을 눌러 마이크로렌즈가 되는 볼록 렌즈가 배열된 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 수광 장치의 제조 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 InP 기판에 상기 수광 소자의 어레이를 형성한 후 그리고 상기 마이크로렌즈를 설치하기 전에, 그 InP 기판에 SiN막 또는 SiON막의 코트막을 형성하고, 그 후, 상기 코트막에 접하여 상기 마이크로렌즈를 설치하는 것을 특징으로 하는 수광 장치의 제조 방법.
  19. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 InP 기판에, (i) SiN막 혹은 SiON막을 형성하고, 그 형성 시에 그 SiN막 혹은 SiON막의 표층에 이 SiN막 혹은 SiON막의 접착력을 증강시키는 처리제를 부착하며, 그 후, 상기 마이크로렌즈 어레이를 형성하거나 또는 (ii) SiN막 혹은 SiON막을 형성하고, 계속해서 상기 불소수지에 미리 접착력을 증강시키는 처리제를 포함시킨 불소수지 함유제를 이용하여 상기 마이크로렌즈를 설치하는 것을 특징으로 하는 수광 장치의 제조 방법.
  20. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 InP 기판의 이면에, 접착력을 증강시키는 처리제의 베이스 처리층을 형성하고, 그 베이스 처리층 위에 상기 마이크로렌즈를 설치하는 것을 특징으로 하는 수광 장치의 제조 방법.
KR1020137017168A 2011-01-14 2012-01-07 수광 장치, 광학 장치 및 수광 장치의 제조 방법 KR20140001971A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011006139 2011-01-14
JPJP-P-2011-006139 2011-01-14
JP2011109658A JP2012160691A (ja) 2011-01-14 2011-05-16 受光装置、光学装置および受光装置の製造方法
JPJP-P-2011-109658 2011-05-16
PCT/JP2012/050213 WO2012096239A1 (ja) 2011-01-14 2012-01-07 受光装置、光学装置および受光装置の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140001971A true KR20140001971A (ko) 2014-01-07

Family

ID=46507139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137017168A KR20140001971A (ko) 2011-01-14 2012-01-07 수광 장치, 광학 장치 및 수광 장치의 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8809985B2 (ko)
EP (1) EP2665102A4 (ko)
JP (1) JP2012160691A (ko)
KR (1) KR20140001971A (ko)
CN (1) CN103329287B (ko)
WO (1) WO2012096239A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6112472B2 (ja) * 2013-01-15 2017-04-12 住友電気工業株式会社 受光デバイスの製造方法
JP6163851B2 (ja) * 2013-04-25 2017-07-19 凸版印刷株式会社 ウェハレベルレンズ及びその製造方法
FR3006108B1 (fr) * 2013-05-22 2016-12-02 Electricite De France Procede de fabrication d'un dispositif photosensible
JP6500442B2 (ja) * 2014-02-28 2019-04-17 住友電気工業株式会社 アレイ型受光素子
JP6287612B2 (ja) * 2014-06-16 2018-03-07 住友電気工業株式会社 赤外線受光半導体素子
JP2016096163A (ja) * 2014-11-12 2016-05-26 ソニー株式会社 固体撮像装置および製造方法、並びに電子機器
US10867834B2 (en) * 2015-12-31 2020-12-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor structure and manufacturing method thereof
JP2019078970A (ja) * 2017-10-27 2019-05-23 富士通コンポーネント株式会社 レンズシート及び光モジュール
CN111512444A (zh) 2017-12-28 2020-08-07 索尼半导体解决方案公司 相机封装件、相机封装件的制造方法以及电子设备
CN110391307A (zh) * 2018-04-18 2019-10-29 苏州大学 一种InGaAs探测器与OLED结合的上转换器件的制备方法
WO2022202006A1 (ja) * 2021-03-25 2022-09-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光電変換素子及びその製造方法並びに撮像装置
JP2022176627A (ja) * 2021-05-17 2022-11-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 半導体チップおよびその製造方法、並びに電子機器

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02103962A (ja) * 1988-10-13 1990-04-17 Toshiba Corp 固体撮像装置及びその製造方法
JPH0653537A (ja) * 1992-07-31 1994-02-25 Japan Energy Corp 半導体受光素子
JPH06244392A (ja) * 1993-02-17 1994-09-02 Sharp Corp 固体撮像装置およびその製造方法
JP2989996B2 (ja) 1993-07-14 1999-12-13 日本電気株式会社 半導体基板へのモノリシックレンズ形成方法
JPH10209414A (ja) 1997-01-22 1998-08-07 Nikon Corp 熱型赤外線イメージセンサ
JPH11317475A (ja) * 1998-02-27 1999-11-16 Canon Inc 半導体用封止材樹脂および半導体素子
JP2000307090A (ja) * 1999-04-16 2000-11-02 Toppan Printing Co Ltd 固体撮像素子用マイクロレンズアレイ及びそれを用いた固体撮像素子並びにそれらの製造方法
JP2002289904A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体受光素子とその製造方法
TWI278991B (en) * 2002-07-09 2007-04-11 Toppan Printing Co Ltd Solid image-pickup device and method of manufacturing the same
JP4537758B2 (ja) * 2003-11-11 2010-09-08 株式会社リコー 光伝送素子モジュール
JP4916096B2 (ja) * 2004-07-01 2012-04-11 イビデン株式会社 光通信用デバイス
CN101243028B (zh) * 2005-08-17 2012-03-28 出光兴产株式会社 含氟金刚烷衍生物、含有聚合性基团的含氟金刚烷衍生物以及含有它们的树脂组合物
JP5092251B2 (ja) * 2006-02-22 2012-12-05 住友電気工業株式会社 光検出装置
JP2007256674A (ja) * 2006-03-23 2007-10-04 Fujifilm Corp 光結合素子、光コネクタ、及び光伝送システム
JP2009116056A (ja) 2007-11-07 2009-05-28 Sony Corp レンズの製造方法および固体撮像装置の製造方法
JP2009283557A (ja) * 2008-05-20 2009-12-03 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体光デバイスの製造方法
JP5172584B2 (ja) * 2008-10-07 2013-03-27 株式会社東芝 撮像装置
JP5417850B2 (ja) * 2009-01-05 2014-02-19 住友電気工業株式会社 検出装置およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20130292646A1 (en) 2013-11-07
WO2012096239A1 (ja) 2012-07-19
US8809985B2 (en) 2014-08-19
JP2012160691A (ja) 2012-08-23
CN103329287B (zh) 2015-11-25
CN103329287A (zh) 2013-09-25
EP2665102A1 (en) 2013-11-20
EP2665102A4 (en) 2018-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140001971A (ko) 수광 장치, 광학 장치 및 수광 장치의 제조 방법
US9076702B2 (en) Frontside-illuminated barrier infrared photodetector device and methods of fabricating the same
JP5568979B2 (ja) 検出装置、受光素子アレイ、および検出装置の製造方法
US9577121B2 (en) Tetra-lateral position sensing detector
US9093576B2 (en) Image sensor comprising a digital-alloy microlens array integrated with sensor array, and manufacturing method thereof
US9583654B2 (en) Light receiving device and image sensor
US10312390B2 (en) Light receiving device and method of producing light receiving device
US8274127B2 (en) Photodiode array for image pickup device
US11705469B2 (en) Germanium based focal plane array for the short infrared spectral regime
JP2015230950A (ja) アレイ型受光素子
US9373733B2 (en) Semiconductor light-receiving device and semiconductor light-receiving device array
JP2019062094A (ja) 赤外線検出器、撮像素子、及び撮像システム
US9728577B2 (en) Infrared image sensor
JP2023097802A (ja) 受光素子及び受光素子の製造方法
JP2017168491A (ja) 赤外線イメージセンサ、及び赤外線イメージセンサの製造方法
JP2018525844A (ja) 絶縁されたカソードを有するフォトダイオードマトリクス
JPS592379A (ja) 半導体受光装置

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid