KR20230162602A - 광 검출 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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KR20230162602A
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light detection
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요시유키 오바
신이치로 노우도
요시노리 가토
야스시 마루야마
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

스트레스 마이그레이션의 발생이 억제된 광 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 광 검출 장치는, 광전 변환부(21)를 갖는 반도체층(20)과, 모재(51) 및 모재(51)에 형성된 개구 배열(52)을 갖고, 개구 배열(52)에 의해 선택된 광을 광전 변환부(21)에 공급하고, 평면으로 보아 광전 변환부(21)에 겹치도록 배치된 광학 소자(50)를 구비하고, 모재(51)는 반도체층(20) 측으로부터 제1 도체층(55)과, 중간층(56)과, 제2 도체층(57)을 구비한 적층 구조를 갖는다.

Description

광 검출 장치 및 전자 기기
본 기술(본 개시에 관계되는 기술)은 광 검출 장치 및 전자 기기에 관한 것으로서, 특히, 도체층을 포함하는 광학 소자를 갖는 광 검출 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
표면 플라스몬 공명 현상을 사용한 협대역의 광을 검출하는 멀티스펙트럼 센서가, 예를 들어, 특허문헌 1로부터 주지이다. 주기적인 개공을 갖는 금속 박막에 대하여 표면에 조사된 광으로 유기된 표면 플라스몬이라고 불리는 전자의 진동이 개공을 통과한다. 표면 플라스몬의 에너지는 표면으로부터의 스며나옴이 수십 내지 수백㎚로 충분히 작기 때문에, 개공(도파관)의 컷오프 파장보다 파장이 긴 성분이더라도 개공을 투과할 수 있다. 개공을 투과한 표면 플라스몬은 반대측의 금속 표면에서 다시 광으로 변환되어서 사출된다. 이 구멍의 주기와 직경을 바꿈으로써 투과광의 분광을 제어하는 것이 표면 플라스몬 필터이다.
또한, 와이어 그리드 편광자(Wire Grid Polarizer, WGP)가 마련된 편광 센서가, 예를 들어, 특허문헌 2로부터 주지이다. 반사형의 와이어 그리드 편광자에서는, 도체가 라인 앤 스페이스 형상으로 가공되어 있다. 광의 전기장의 진동 방향이 편광자와 동일한 방향인 경우, 도체 내의 자유 전자가 전기장 제로가 되도록 추종하고, 그 운동에 의해 발생하는 반사파와 서로 상쇄되어 투과할 수 없다. 한편, 광의 전기장의 진동 방향이 편광자와 직교하는 경우, 도체 내의 자유 전자가 추종할 수 없어, 반사파를 발생하지 않고 광이 투과해 간다. 이와 같이 하여, 전기장의 진동 방향이 편광자의 띠상 도체에 대하여 수직이 되는 광만을 선택적으로 투과시키는 것이 가능하게 된다.
또한, GMR(Guided Mode Resonance) 필터는, 회절 격자와 클래드-코어 구조를 조합함으로써, 좁은 파장 대역(협대역)의 광만을 투과하는 것이 가능한 광학 필터이다(예를 들어, 특허문헌 3). 도파로에서 발생하는 도파 모드와 회절광의 공명을 이용함으로써, 광의 이용 효율이 높고, 샤프한 공명 스펙트럼이 얻어진다는 특징이 있다.
일본 특허 공개 제2018-98641호 공보 일본 특허 공개 제2017-76683호 홍보 일본 특허 공개 제2018-195908호 공보
상술한 광학 소자는, 도체층을 포함하고 있다. 그 때문에, 스트레스 마이그레이션이 발생할 가능성이 있었다. 본 기술은, 스트레스 마이그레이션의 발생이 억제된 광 검출 장치 및 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 기술의 일 양태에 관계되는 광 검출 장치는, 광전 변환부를 갖는 반도체층과, 모재 및 상기 모재에 형성된 개구 배열을 갖고, 상기 개구 배열에 의해 선택된 광을 상기 광전 변환부에 공급하고, 평면으로 보아 상기 광전 변환부에 겹치도록 배치된 광학 소자를 구비하고, 상기 모재는, 상기 반도체층 측으로부터 제1 도체층과, 중간층과, 제2 도체층을 구비한 적층 구조를 갖는 광 검출 장치.
본 기술의 일 양태에 관계되는 전자 기기는, 상기 광 검출 장치와, 상기 광 검출 장치에 피사체로부터의 상광을 결상시키는 광학계를 구비한다.
본 기술의 다른 양태에 관계되는 광 검출 장치는, 광전 변환부를 갖는 반도체층과, 도체층을 포함하는 모재 및 상기 모재에 형성된 개구 배열을 갖고, 상기 개구 배열에 의해 선택된 광을 상기 광전 변환부에 공급하고, 평면으로 보아 상기 광전 변환부에 겹치도록 배치된 광학 소자를 구비하고, 상기 모재는, 평면으로 보아, 상기 개구 배열이 마련된 제1 영역과, 상기 개구 배열이 마련되어 있지 않은 제2 영역을 갖고, 상기 모재의 두께는, 상기 제2 영역의 두께쪽이 상기 제1 영역의 두께보다 크다.
본 기술의 다른 양태에 관계되는 전자 기기는, 상기 광 검출 장치와, 상기 광 검출 장치에 피사체로부터의 상광을 결상시키는 광학계를 구비한다.
도 1은 본 기술의 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치의 일 구성예를 나타내는 칩 레이아웃도이다.
도 2는 본 기술의 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치의 일 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 기술의 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치의 화소의 등가 회로도이다.
도 4는 본 기술의 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 5a는 본 기술의 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 플라스몬 필터의 평면 구성의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 C-C 절단선을 따라서 단면으로 보았을 때의 플라스몬 필터의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 6a는 본 기술의 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치의 제조 방법을 도시하는 공정 단면도이다.
도 6b는 도 6a에 계속되는 공정 단면도이다.
도 6c는 도 6b에 계속되는 공정 단면도이다.
도 6d는 도 6c에 계속되는 공정 단면도이다.
도 6e는 도 6d에 계속되는 공정 단면도이다.
도 6f는 도 6e에 계속되는 공정 단면도이다.
도 7a는 일반적인 알루미늄 배선의 제조 방법을 도시하는 공정 단면도이다.
도 7b는 도 7a에 계속되는 공정 단면도이다.
도 7c는 도 7b에 계속되는 공정 단면도이다.
도 7d는 도 7c에 계속되는 공정 단면도이다.
도 7e는 일반적인 알루미늄 배선에 발생한 보이드를 도시하는 도면이다.
도 7f는 종래의 플라스몬 필터가 스트레스 마이그레이션의 영향을 받은 경우의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 기술의 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 플라스몬 필터가 스트레스 마이그레이션의 영향을 받은 경우의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 기술의 제1 실시 형태의 다른 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 플라스몬 필터의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 10은 본 기술의 제1 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 플라스몬 필터의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 11은 본 기술의 제1 실시 형태의 변형예 2에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 플라스몬 필터의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 12a는 본 기술의 제2 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 와이어 그리드 편광자의 평면 구성의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 12b는 도 12a의 C-C 절단선을 따라서 단면으로 보았을 때의 와이어 그리드 편광자의 단면 구성의 일부를 도시하는 종단면도이다.
도 13a는 본 기술의 제3 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 GMR 컬러 필터의 평면 구성의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 13b는 도 13a의 C-C 절단선을 따라서 단면으로 보았을 때의 GMR 컬러 필터의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 14는 본 기술의 제3 실시 형태의 다른 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 GMR 컬러 필터의 평면 구성의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 15는 본 기술의 제4 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 16은 본 기술의 제5 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 소자 분리부의 단면 구성의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 17은 본 기술의 제5 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 소자 분리부의 평면 구성의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 18a는 본 기술의 제5 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 소자 분리부의 제조 방법을 도시하는 공정 단면도이다.
도 18b는 도 18a에 계속되는 공정 단면도이다.
도 18c는 도 18b에 계속되는 공정 단면도이다.
도 18d는 도 18c에 계속되는 공정 단면도이다.
도 18e는 도 18d에 계속되는 공정 단면도이다.
도 19는 본 기술의 제5 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 다른 소자 분리부의 평면 구성의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 20은 본 기술의 제5 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 소자 분리부의 단면 구성의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 21은 본 기술의 제5 실시 형태의 변형예 2에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 소자 분리부의 단면 구성의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 22는 본 기술의 제6 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 23a는 본 기술의 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 플라스몬 필터의 평면 구성의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 23b는 도 23a의 C-C 절단선을 따라서 단면으로 보았을 때의 플라스몬 필터의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 23c는 본 기술의 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 플라스몬 필터의 평면 구성의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 24a는 본 기술의 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치의 제조 방법을 도시하는 공정 단면도이다.
도 24b는 도 24a에 계속되는 공정 단면도이다.
도 24c는 도 24b에 계속되는 공정 단면도이다.
도 24d는 도 24c에 계속되는 공정 단면도이다.
도 24e는 도 24d에 계속되는 공정 단면도이다.
도 25는 본 기술의 제7 실시 형태의 다른 형태에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 플라스몬 필터의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 26은 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 플라스몬 필터의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 27a는 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치의 제조 방법을 도시하는 공정 단면도이다.
도 27b는 도 27a에 계속되는 공정 단면도이다.
도 27c는 도 27b에 계속되는 공정 단면도이다.
도 27d는 도 27c에 계속되는 공정 단면도이다.
도 27e는 도 27d에 계속되는 공정 단면도이다.
도 27f는 도 27e에 계속되는 공정 단면도이다.
도 28은 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 2에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 플라스몬 필터의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 29a는 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 2에 관계되는 광 검출 장치의 제조 방법을 도시하는 공정 단면도이다.
도 29b는 도 29a에 계속되는 공정 단면도이다.
도 29c는 도 29b에 계속되는 공정 단면도이다.
도 29d는 도 29c에 계속되는 공정 단면도이다.
도 29e는 도 29d에 계속되는 공정 단면도이다.
도 29f는 도 29e에 계속되는 공정 단면도이다.
도 30은 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 3에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 플라스몬 필터의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 31a는 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 4에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 와이어 그리드 편광자의 평면 구성의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 31b는 도 31a의 C-C 절단선을 따라서 단면으로 보았을 때의 와이어 그리드 편광자의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 32는 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 5에 관계되는 광 검출 장치가 구비하는 플라스몬 필터의 단면 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 33은 본 기술의 제8 실시 형태에 관계되는 전자 기기의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 적합한 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시 형태는, 본 기술의 대표적인 실시 형태의 일례를 나타낸 것이며, 이에 의해 본 기술의 범위가 좁게 해석될 일은 없다.
이하의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호를 붙이고 있다. 단, 도면은 모식적인 것이며, 두께와 평면 치수의 관계, 각 층의 두께 비율 등은 현실의 것과는 다른 것에 유의해야 한다. 따라서, 구체적인 두께나 치수는 이하의 설명을 참작하여 판단해야 할 것이다. 또, 도면 상호 간에 있어서도 서로의 치수 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
또한, 이하에 나타내는 제1 내지 제8 실시 형태는, 본 기술의 기술적 사상을 구체화하기 위한 장치나 방법을 예시하는 것으로서, 본 기술의 기술적 사상은, 구성 부품의 재질, 형상, 구조, 배치 등을 하기의 것에 특정하는 것은 아니다. 본 기술의 기술적 사상은, 특허 청구 범위에 기재된 청구항이 규정하는 기술적 범위 내에 있어서, 여러가지 변경을 가할 수 있다.
설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1 실시 형태
2. 제2 실시 형태
3. 제3 실시 형태
4. 제4 실시 형태
5. 제5 실시 형태
6. 제6 실시 형태
7. 제7 실시 형태
8. 제8 실시 형태
[제1 실시 형태]
이 제1 실시 형태에서는, 이면 조사형의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서인 광 검출 장치에 본 기술을 적용한 일례에 대하여 설명한다.
≪광 검출 장치의 전체 구성≫
먼저, 광 검출 장치(1)의 전체 구성에 대하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 기술의 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)는 평면에서 보았을 때의 이차원 평면 형상이 사각형인 반도체 칩(2)을 주체로 구성되어 있다. 즉, 광 검출 장치(1)는 반도체 칩(2)에 탑재되어 있다. 이 광 검출 장치(1)는 도 33에 나타내는 바와 같이, 광학계(광학 렌즈)(102)를 통하여 피사체로부터의 상광(입사광(106))을 도입하고, 촬상면 상에 결상된 입사광(106)의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 광 검출 장치(1)가 탑재된 반도체 칩(2)은 서로 교차하는 X 방향 및 Y 방향을 포함하는 이차원 평면에 있어서, 중앙부에 마련된 사각형의 화소 영역(2A)과, 이 화소 영역(2A)의 외측에 화소 영역(2A)을 둘러싸도록 하여 마련된 주변 영역(2B)을 구비하고 있다.
화소 영역(2A)은 예를 들어 도 33에 나타내는 광학계(102)에 의해 집광되는 광을 수광하는 수광면이다. 그리고, 화소 영역(2A)에는, X 방향 및 Y 방향을 포함하는 이차원 평면에 있어서 복수의 화소(3)가 행렬상으로 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 화소(3)는, 이차원 평면 내에서 서로 교차하는 X 방향 및 Y 방향의 각각의 방향으로 반복하여 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 일례로서 X 방향과 Y 방향이 직교하고 있다. 또한, X 방향과 Y 방향의 양쪽에 직교하는 방향이 Z 방향(두께 방향)이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 주변 영역(2B)에는, 복수의 본딩 패드(14)가 배치되어 있다. 복수의 본딩 패드(14)의 각각은, 예를 들어, 반도체 칩(2)의 이차원 평면에 있어서의 4개의 변의 각각의 변을 따라서 배열되어 있다. 복수의 본딩 패드(14)의 각각은, 반도체 칩(2)을 외부 장치와 전기적으로 접속할 때에 사용되는 입출력 단자이다.
<로직 회로>
도 2에 나타내는 바와 같이, 반도체 칩(2)은 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5), 수평 구동 회로(6), 출력 회로(7) 및 제어 회로(8) 등을 포함하는 로직 회로(13)를 구비하고 있다. 로직 회로(13)는 전계 효과 트랜지스터로서, 예를 들어, n 채널 도전형의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 및 p 채널 도전형의 MOSFET를 갖는 CMOS(Complenentary MOS) 회로로 구성되어 있다.
수직 구동 회로(4)는 예를 들어 시프트 레지스터에 의해 구성되어 있다. 수직 구동 회로(4)는 원하는 화소 구동선(10)을 순차 선택하고, 선택한 화소 구동선(10)에 화소(3)를 구동하기 위한 펄스를 공급하고, 각 화소(3)를 행 단위로 구동한다. 즉, 수직 구동 회로(4)는 화소 영역(2A)의 각 화소(3)를 행 단위로 순차 수직 방향으로 선택 주사하고, 각 화소(3)의 광전 변환 소자가 수광량에 따라서 생성한 신호 전하에 기초하는 화소(3)로부터의 화소 신호를, 수직 신호선(11)을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(5)에 공급한다.
칼럼 신호 처리 회로(5)는 예를 들어 화소(3)의 열마다 배치되어 있고, 1행분의 화소(3)로부터 출력되는 신호에 대하여 화소열마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 예를 들어 칼럼 신호 처리 회로(5)는 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 CDS(Correlated Double Sampling: 상관 이중 샘플링) 및 AD(Analog Digital) 변환 등의 신호 처리를 행한다. 칼럼 신호 처리 회로(5)의 출력단에는 수평 선택 스위치(도시하지 않음)가 수평 신호선(12) 사이에 접속되어서 마련된다.
수평 구동 회로(6)는 예를 들어 시프트 레지스터에 의해 구성되어 있다. 수평 구동 회로(6)는 수평 주사 펄스를 칼럼 신호 처리 회로(5)로 순차 출력함으로써, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각을 차례로 선택하고, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 신호 처리가 행해진 화소 신호를 수평 신호선(12)으로 출력시킨다.
출력 회로(7)는 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 수평 신호선(12)을 통하여 순차적으로 공급되는 화소 신호에 대하여 신호 처리를 행하여 출력한다. 신호 처리로서는, 예를 들어, 버퍼링, 흑색 레벨 조정, 열 변동 보정, 각종 디지털 신호 처리 등을 사용할 수 있다.
제어 회로(8)는 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클럭 신호에 기초하여, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등의 동작의 기준이 되는 클럭 신호나 제어 신호를 생성한다. 그리고, 제어 회로(8)는 생성한 클럭 신호나 제어 신호를, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등으로 출력한다.
<화소>
도 3은, 화소(3)의 일 구성예를 나타내는 등가 회로도이다. 화소(3)는, 광전 변환 소자(PD)와, 이 광전 변환 소자(PD)에서 광전 변환된 신호 전하를 축적(유지)하는 전하 축적 영역(플로팅 디퓨전: Floating Diffusion)(FD)과, 이 광전 변환 소자(PD)에서 광전 변환된 신호 전하를 전하 축적 영역(FD)으로 전송하는 전송 트랜지스터(TR)를 구비하고 있다. 또한, 화소(3)는, 전하 축적 영역(FD)에 전기적으로 접속된 읽어내기 회로(15)를 구비하고 있다.
광전 변환 소자(PD)는, 수광량에 따른 신호 전하를 생성한다. 광전 변환 소자(PD)는 또한, 생성된 신호 전하를 일시적으로 축적(유지)한다. 광전 변환 소자(PD)는, 캐소드측이 전송 트랜지스터(TR)의 소스 영역과 전기적으로 접속되고, 애노드측이 기준 전위선(예를 들어 접지)과 전기적으로 접속되어 있다. 광전 변환 소자(PD)로서는, 예를 들어 포토다이오드가 사용되고 있다.
전송 트랜지스터(TR)의 드레인 영역은, 전하 축적 영역(FD)과 전기적으로 접속되어 있다. 전송 트랜지스터(TR)의 게이트 전극은, 화소 구동선(10)(도 2 참조) 중 전송 트랜지스터 구동선과 전기적으로 접속되어 있다.
전하 축적 영역(FD)은, 광전 변환 소자(PD)로부터 전송 트랜지스터(TR)를 통하여 전송된 신호 전하를 일시적으로 축적하여 유지한다.
읽어내기 회로(15)는 전하 축적 영역(FD)에 축적된 신호 전하를 읽어내고, 신호 전하에 기초하는 화소 신호를 출력한다. 읽어내기 회로(15)는 이것에 한정되지 않지만, 화소 트랜지스터로서, 예를 들어, 증폭 트랜지스터(AMP)와, 선택 트랜지스터(SEL)와, 리셋 트랜지스터(RST)를 구비하고 있다. 이들 트랜지스터(AMP, SEL, RST)는 예를 들어, 산화실리콘막(SiO2막)을 포함하는 게이트 절연막과, 게이트 전극과, 소스 영역 및 드레인 영역으로서 기능하는 한 쌍의 주전극 영역을 갖는 MOSFET로 구성되어 있다. 또한, 이들 트랜지스터로서는, 게이트 절연막이 질화실리콘막(Si3N4막), 혹은 질화실리콘막 및 산화실리콘막 등의 적층막을 포함하는 MISFET(Metal Insulator Semiconductor FET)이더라도 상관없다.
증폭 트랜지스터(AMP)는, 소스 영역이 선택 트랜지스터(SEL)의 드레인 영역과 전기적으로 접속되고, 드레인 영역이 전원선(Vdd) 및 리셋 트랜지스터의 드레인 영역과 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 증폭 트랜지스터(AMP)의 게이트 전극은, 전하 축적 영역(FD) 및 리셋 트랜지스터(RST)의 소스 영역과 전기적으로 접속되어 있다.
선택 트랜지스터(SEL)는, 소스 영역이 수직 신호선(11)(VSL)과 전기적으로 접속되고, 드레인이 증폭 트랜지스터(AMP)의 소스 영역과 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 선택 트랜지스터(SEL)의 게이트 전극은, 화소 구동선(10)(도 2 참조) 중 선택 트랜지스터 구동선과 전기적으로 접속되어 있다.
리셋 트랜지스터(RST)는, 소스 영역이 전하 축적 영역(FD) 및 증폭 트랜지스터(AMP)의 게이트 전극과 전기적으로 접속되고, 드레인 영역이 전원선(Vdd) 및 증폭 트랜지스터(AMP)의 드레인 영역과 전기적으로 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(RST)의 게이트 전극은, 화소 구동선(10)(도 2 참조) 중 리셋 트랜지스터 구동선과 전기적으로 접속되어 있다.
≪광 검출 장치의 구체적인 구성≫
이어서, 광 검출 장치(1)의 구체적인 구성에 대해서, 도 4를 사용하여 설명한다.
<광 검출 장치의 적층 구조>
도 4에 나타내는 바와 같이, 광 검출 장치(1)는 서로 반대측에 위치하는 제1 면(S1) 및 제2 면(S2)을 갖는 반도체층(20)을 구비하고 있다. 반도체층(20)은 예를 들어 실리콘 기판으로 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 반도체층(20)은 제2 도전형, 예를 들어 p형의, 단결정 실리콘 기판으로 구성되어 있다. 또한, 광 검출 장치(1)는 반도체층(20)의 제1 면(S1) 측에 순차 적층된 배선층(30)과, 지지 기판(41)을 구비하고 있다. 또한, 광 검출 장치(1)는 반도체층(20)의 제2 면(S2) 측에는, 고정 전하막(42)과, 절연층(43)과, 차광 메탈(44)과, 절연층(45)과, 플라스몬 필터(50)와, 절연층(46)과, 패시베이션막(47)과, 온 칩 렌즈(48)가 그 순으로 적층되어 있다. 또한, 반도체층(20)의 제1 면(S1)을 소자 형성면 또는 주면, 제2 면(S2) 측을 광 입사면 또는 이면이라고 칭하는 경우도 있다.
<광전 변환 영역>
도 4에 나타내는 바와 같이, 반도체층(20)은 소자 분리부(20b)로 구획된 섬상의 광전 변환 영역(소자 형성 영역)(20a)을 갖고 있다. 이 광전 변환 영역(20a)은 화소(3)마다 마련되어 있다. 또한, 화소(3)의 수는, 도 4에 한정되는 것은 아니다. 광전 변환 영역(20a)에는, 후술하는 광전 변환부(21)가 마련되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 광전 변환 영역(20a)에는, 도 3에 도시한 트랜지스터 등이 마련되어 있다.
<광전 변환부>
광전 변환부(21)는 반도체층(20)의 두께 전역에 걸치도록 형성되고, 제1 도전형, 본 예에서는 편의상 n형 반도체 영역으로 하고, 반도체층(20)의 표리 양면에 면하도록 제2 도전형, 본 예에서는 p형 반도체 영역에 의한 pn 접합형의 포토다이오드로서 구성된다. 반도체층(20)의 표리 양면에 면하는 p형 반도체 영역은, 암전류 억제를 위한 정공 전하 축적 영역을 겸하고 있다. 포토다이오드(PD) 및 화소 트랜지스터(Tr)를 포함하는 각 화소(3)는, 소자 분리부(20b)에 의해 분리된다. 소자 분리부(20b)는 p형 반도체 영역으로 형성되고, 예를 들어 접지된다. 도 3의 전송 트랜지스터(TR)는, 도 4에서는 도시를 생략하고 있지만, 반도체층(20)의 제1 면(S1) 측에 형성한 p형 반도체 웰 영역에, n형의 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하고, 양쪽 영역 사이의 기판 표면에 게이트 절연막을 통하여 게이트 전극을 형성하여 구성된다.
<플라스몬 필터>
도 5a 및 도 5b에 나타내는 플라스몬 필터(50)는 표면 플라스몬 공명을 이용한 컬러 필터이다. 플라스몬 필터(50)는 예를 들어, 화소(3)마다 다른 피치 및/또는 홀 직경으로 배열된 주기적인 관통 구멍을 형성함으로써, 각각 특정한 파장의 광을 투과시키는 플라스몬 공명형 필터가 되어, 멀티스펙트럼 센서를 실현할 수 있다. 플라스몬 필터(50)에 광이 조사되면, 플라스몬 필터(50)의 표층부에 있어서 에너지가 여기됨으로써, 특정한 파장의 광이 선택된다. 보다 구체적으로는, 도 5b에 나타내는 모재(51)의 상면(51S1) 및 하면(51S2)으로부터 모재(51)의 내부에 두께 방향으로 예를 들어 수십㎚에 걸치는 범위에 있어서 에너지가 여기됨으로써, 특정한 파장의 광이 선택된다.
플라스몬 필터(50)의 후술하는 개구부(53)는 도파관으로서 작용한다. 일반적으로 도파관은, 변의 길이, 직경 등의 형상에 따라 정의되는 차단 주파수 및 차단 파장이 존재하고, 그 이하의 주파수(그 이상의 파장)의 광은 전반하지 않는 성질을 갖는다. 개구부(53)의 차단 파장은, 주로, 개구 직경에 의존하고, 개구 직경이 작을수록 차단 파장이 길어진다. 또한, 개구 직경은, 투과시키고자 하는 광의 파장보다도 작은 값으로 설정된다. 한편, 광의 파장 이하의 짧은 주기로 관통 구멍이 주기적으로 형성되어 있는 플라스몬 필터(50)에 광이 입사하면, 관통 구멍의 차단 파장보다 긴 파장의 광을 투과하는 현상이 발생한다. 이 현상을 플라스몬의 이상 투과 현상이라고 한다.
플라스몬 필터(50)는 모재(51) 및 모재(51)에 형성된 개구 배열(52)을 갖는다. 즉, 플라스몬 필터(50)는 모재(51) 및 모재(51)에 형성된 개구 배열(52)을 갖고, 개구 배열(52)에 의해 선택된 광을 광전 변환부(21)에 공급하고, 평면으로 보아 광전 변환부(21)에 겹치도록 배치된 광학 소자이다. 개구 배열(52)은 모재(51)에 등피치로 배열된 복수의 개구부(53)를 갖고 있다. 개구부(53)는 반도체층(20)의 두께 방향으로 모재(51)를 관통하는 평면으로 보아 원 형상의 구멍이다. 개구 배열(52)은 인접하는 2개의 개구부(53)의 사이에, 모재(51)를 포함하는 부분(54)을 갖고 있다. 플라스몬 필터(50)의 절연층(45) 측의 면과는 반대측의 면에는, 절연층(46)이 적층되어 있다. 절연층(46)은 개구부(53) 내를 매립하고, 또한 모재(51)를 덮도록 적층되어 있다.
플라스몬 필터(50)는 개구부(53)의 직경, 배열 피치가 다른 복수 종류의 개구 배열(52)을 갖고 있다. 도 5a 및 도 5b는, 예로서 2종류의 개구 배열(개구 배열(52a, 52b))을 나타내고 있다. 플라스몬 필터(50)가 갖는 개구 배열의 종류는 2종류에 한정되지 않고, 1종류 또는 3종류 이상이어도 된다. 도 5a 및 도 5b에 나타내는 예에서는, 개구 배열(52a)의 개구부(53a)의 직경은, 개구 배열(52b)의 개구부(53b)의 직경보다 작다. 또한, 개구 배열의 종류를 구별할 필요가 없을 경우에는, 개구 배열(52a, 52b)을 구별하지 않고, 간단히 개구 배열(52)이라고 칭한다. 도 5a에 나타내는 바와 같이, 플라스몬 필터(50)는 평면으로 보아 개구 배열(52)이 광전 변환 영역(20a)(광전 변환부(21))에 겹치도록 배치되어 있다. 또한, 평면으로 보았을 때의 플라스몬 필터(50)의 영역 중, 개구 배열(52)이 마련되어 있는 영역을 개구 영역(50a)이라고 칭하고, 인접하는 개구 영역(50a)의 사이의 영역을 프레임 영역(50b)이라고 칭한다.
도 5b에 나타내는 바와 같이, 모재(51)는 반도체층(20) 측으로부터, 순차 적층된 제1 도체층(55)과, 중간층(56)과, 제2 도체층(57)을 구비한 적층 구조를 갖는다. 중간층(56)은 두께 방향에 있어서 모재(51)를 상하로 분단하고 있다. 보다 구체적으로는, 중간층(56)은 두께 방향에 있어서 모재(51)를 제1 도체층(55)과 제2 도체층(57)으로 분단하고 있다. 모재(51)가 이러한 3층 구조를 가지므로, 모재(51) 중 인접하는 개구부(53)의 사이에 위치하는 부분(54)도, 제1 도체층(55)과, 중간층(56)과, 제2 도체층(57)의 3층 구조를 갖고 있다. 제1 도체층(55)과 제2 도체층(57) 사이에 마련된 중간층(56)은 제1 도체층(55)을 구성하는 재료의 산화물로 구성되어 있다. 또한, 중간층(56)을 구성하는 재료는, 제1 도체층(55) 및 제2 도체층(57)을 구성하는 재료보다 강성이 높은 것이 바람직하다.
제1 도체층(55) 및 제2 도체층(57)의 각각은, 금속 재료 또는 유기 도전막으로 구성되어 있다. 금속 재료는, 예를 들어, 알루미늄(Al), 은 (Ag), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 텅스텐(W) 및 철(Fe)의 어느 금속, 또는, 상술한 금속의 적어도 하나를 포함하는 합금이다. 또한, 유기 도전막은, 예를 들어, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴계 수지 및 실록산계 수지 등의 유기 재료이다. 플라스몬 필터(50)는 제1 도체층(55)과 제2 도체층(57)이 거의 동일한 플라스몬 주파수를 갖는 것이 바람직하다. 그 때문에, 제1 도체층(55)과 제2 도체층(57)을 동일한 재료로 구성하는 것이 바람직하다. 본 제1 실시 형태에 있어서는, 제1 도체층(55)과 제2 도체층(57)을 알루미늄으로 구성하고, 중간층(56)을 산화알루미늄(Al2O3)으로 구성하는 예에 대해서 설명한다.
여기서, 산화알루미늄인 중간층(56)을 구성하는 재료의 영률은 360GPa이며, 알루미늄인 제1 도체층(55) 및 제2 도체층(57)을 구성하는 재료의 영률 70MPa보다 크다. 환언하면, 중간층(56)을 구성하는 산화알루미늄의 강성은, 제1 도체층(55) 및 제2 도체층(57)을 구성하는 알루미늄의 강성보다 높다. 그 때문에, 산화알루미늄인 중간층(56)은 알루미늄인 제1 도체층(55) 및 제2 도체층(57)에 대한 응력 부하를 완화시키는 작용이 있다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 플라스몬 필터(50) 및 차광 메탈(44)은 가공 중의 축적 전하에 의한 플라스마 대미지로 파괴되지 않도록 접지되어 있는 것이 바람직하다. 접지 구조는 화소 배열 내에 형성해도 되지만, 도체의 모두가 전기적으로 연결되도록 한 뒤에, 유효 영역의 외측 영역에 접지 구조를 구비해도 된다.
<온 칩 렌즈>
도 4에 나타내는 바와 같이, 온 칩 렌즈(48)는, 입사광이 화소 사이의 차광 메탈(44)에 차단되지 않도록 광전 변환부(21)에 집광시킨다. 이 온 칩 렌즈(48)는 화소(3)마다 배치된다. 온 칩 렌즈(48)는 예를 들어, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴계 수지 및 실록산계 수지 등의 유기 재료에 의해 구성할 수 있다. 또한, 질화실리콘(Si3N4)이나 산질화실리콘(SiON) 등의 무기 재료에 의해 구성해도 되고, 후술하는 패시베이션막의 역할을 겸할 수 있다. 또한, 상술한 유기 재료나 폴리이미드계 수지에 산화티타늄 입자를 분산시켜서 구성할 수도 있다. 또한, 온 칩 렌즈(48)의 표면에는, 반사를 방지하기 위한 온 칩 렌즈(48)와는 다른 굴절률의 재료막(49)을 배치할 수도 있다.
<차광 메탈>
차광 메탈(44)은 플라스몬 필터(50)의 하방에서 화소(3)의 경계 영역에 배치되고, 인접하는 화소로부터 새어 들어가는 미광을 차폐한다. 이 차광 메탈(44)은 광을 차광하는 재료이면 되지만, 차광성이 강하고, 또한 미세 가공, 예를 들어 에칭으로 고정밀도로 가공할 수 있는 재료로서, 예를 들어 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 혹은 구리(Cu) 등의 금속막으로 형성하는 것이 바람직하다. 그 밖에도 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 철(Fe) 및 텔루륨(Te) 등이나 이들 금속을 포함하는 합금에 의해 구성할 수 있다. 또한, 이들 재료를 복수 적층하여 구성할 수도 있다. 하지의 절연층(43)과의 밀착성을 높이기 위해서, 차광 메탈(44) 하에 배리어 메탈, 예를 들어, 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 혹은 그들의 합금, 혹은 그들의 질화물, 혹은 그들의 산화물, 혹은 그들의 탄화물을 구비해도 된다. 또한, 이 차광 메탈(44)로, 광학적 흑색 레벨을 결정하는 화소의 차광을 겸해도 되고, 주변 회로 영역에의 노이즈 방지를 위한 차광을 겸해도 된다.
<패시베이션막>
플라스몬 필터(50) 상에 있는 패시베이션막(47)은, 예를 들어 질화실리콘이나 산질화실리콘 등으로 구비되고, 수분 등의 침입에 의한 부식 현상을 방지하는 보호막이다. 또한 패시베이션막(47)은 수소 원자를 공급함으로써 댕글링 본드를 매립하고, 계면 준위를 저하시키고, 표면 암전류를 저감하는 효과를 갖는다. 또한 패시베이션막(47)은 기판의 휨을 교정하도록 막 두께 등으로 응력 밸런스를 조정하여, 반송이나 웨이퍼 척 등의 트러블을 회피할 수 있다.
<고정 전하막>
고정 전하막(42)은 산소의 다이폴에 의한 부의 고정 전하를 갖고, 피닝을 강화하는 역할을 한다. 고정 전하막(42)은 예를 들어, 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta) 및 티타늄(Ti) 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 또는 질화물에 의해 구성할 수 있다. 고정 전하막(42)은 CVD, 스퍼터링 및 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition)에 의해 형성할 수 있다. ALD를 채용한 경우에는, 고정 전하막(42)의 성막 중에 계면 준위를 저감하는 실리콘 산화막을 동시에 형성하는 것이 가능하게 되어, 적합하다. 또한, 란탄, 세륨, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 툴륨, 이테르븀, 루테튬 및 이트륨 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 또는 질화물에 의해 구성할 수도 있다. 또한, 고정 전하막(42)은 산질화하프늄 또는 산질화알루미늄에 의해 구성할 수도 있다. 또한, 고정 전하막(42)에는, 절연성이 손상되지 않는 양의 실리콘이나 질소를 첨가할 수도 있다. 이에 의해, 내열성 등을 향상시킬 수 있다. 고정 전하막(42)은 막 두께를 제어하거나, 혹은, 다층 적층함으로써, 굴절률이 높은 실리콘 기판에 대한 반사 방지막의 역할을 겸비하는 것이 바람직하다.
<배선층>
배선층(30)은 화소(3)에 의해 생성된 화상 신호를 전달하는 것이다. 또한, 배선층(30)은 화소 회로에 인가되는 신호의 전달을 또한 행한다. 구체적으로는, 배선층(30)은 도 2 및 도 3에 있어서 설명한 각종 신호선 및 전원선(Vdd)을 구성하는 배선(31)을 갖는다. 배선층(30)과 화소 회로 간은, 비아 플러그에 의해 접속된다. 또한, 배선층(30)은 다층으로 구성되고, 각 배선층의 층 간도 비아 플러그에 의해 접속된다. 배선층(30)은 예를 들어, Al이나 Cu 등의 금속에 의해 구성할 수 있다. 비아 플러그는, 예를 들어, 텅스텐이나 구리 등의 금속에 의해 구성할 수 있다. 배선층(30)의 절연에는, 예를 들어, 실리콘 산화막 등을 사용할 수 있다.
<지지 기판>
지지 기판(41)은 광 검출 장치(1)의 제조 공정에 있어서 반도체층(20) 및 배선층(30) 등을 보강하고, 지지하는 기판이며, 예를 들어 실리콘 기판 등으로 구성된다. 지지 기판(41)은 플라스마 접합, 혹은, 접착 재료로 배선층(30)과 겹쳐 붙여져서, 반도체층(20) 등을 지지한다. 또한, 광 검출 장치(1)가 적층형 CIS(CMOS Image Sensor, CMOS 이미지 센서)인 경우, 지지 기판(41)은 예를 들어 도 3에 도시하는 로직 회로(13) 등을 구비하고 있어도 되고, 반도체층(20)과 지지 기판(41) 사이에 접속 비아를 형성함으로써, 여러가지 주변 회로 기능을 세로 쌓기함으로써 칩 사이즈를 축소하는 것이 가능하게 된다.
≪광 검출 장치의 제조 방법≫
이하, 도 6a부터 도 6f까지를 참조하여, 광 검출 장치(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 기판(60)을 준비하고, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 준비한 기판(60)의 절연층(45)에, CVD 혹은 스퍼터 등의 방법을 사용하여 제1 도체층(55)을 구성하는 재료를 포함하는 막(55m)을 성막한다. 여기서, 기판(60)은 지지 기판(41)으로부터 절연층(45)까지의 층을 포함하고 있다. 막(55m)의 두께는, 광 검출 장치(1)의 특성과 가공 용이함 등으로 결정하면 되고, 예를 들어 20㎚ 내지 150㎚ 정도이다.
또한, 도 6a에는 나타내져 있지 않지만, 유효 영역의 외측에서 하지의 절연층(45)에 형성된 홈의 내측에 대해서도 막(55m)을 성막한다. 이에 의해, 막(55m)을, 접지된(기준 전위에 접속된) 차광 메탈(44) 혹은 반도체층(20)에 도통시켜 둘 수 있다. 막(55m)을 차광 메탈(44) 혹은 반도체층(20)에 도통시켜 두면, 가공 중의 축적 전하에 의해 플라스마 대미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이어서, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 막(55m)에, 중간층(56)을 구성하는 재료를 포함하는 막(56m)을 성막한다. 보다 구체적으로는, 막(55m)의 절연층(45) 측의 면과는 반대측의 면에, 막(56m)을 성막한다. 막(56m)은, 막(55m)의 절연층(45) 측의 면과는 반대측의 면을 산화시킴으로써 성막해도 된다. 예를 들어, 막(55m)을 산소 분위기에서 가열해도 되고 막(55m)에 산소 플라스마를 조사하여 성막해도 된다. 또한, 막(56m)은, 막(55m)의 절연층(45) 측의 면과는 반대측의 면에, 산화알루미늄(Al2O3)을 CVD 등으로 적층함으로써 성막되어도 된다. 막(56m)의 두께는, 예를 들어 1㎚ 이상 50㎚ 이하이다.
그리고, 도 6c에 나타내는 바와 같이, 막(56m)에 제2 도체층(57)을 구성하는 재료를 포함하는 막(57m)을 성막한다. 보다 구체적으로는, 막(56m)의 막(55m) 측의 면과는 반대측의 면에 막(57m)을 성막한다. 막(57m)의 두께는, 광 검출 장치(1)의 특성과 가공 용이함 등으로 결정하면 되고, 예를 들어 20㎚ 내지 150㎚ 정도이다.
또한, 상술한 막(55m) 및 막(57m)의 두께는, 예를 들어, 플라스몬 필터(50)의 완성된 두께로부터 중간층(56)의 두께를 차감한 치수를, 막(55m) 및 막(57m)에 분할하여 할당해도 된다. 예를 들어, 플라스몬 필터(50)의 완성된 두께로부터 중간층(56)의 두께를 차감한 치수를, 분할하여 막(55m) 및 막(57m)에 할당해도 된다. 보다 구체적으로는, 일례로서, 플라스몬 필터(50)의 완성된 두께 치수가 150㎚, 막(56m)의 두께가 10㎚인 경우를 생각한다. 그 경우, 150㎚ 내지 막(56m)의 두께 10㎚를 차감하면 나머지는 140㎚이다. 그리고, 그 140㎚의 예를 들어 절반, 즉 70㎚를 막(55m)에 할당하고, 나머지의 절반인 70㎚를 막(57m)에 할당해도 된다.
이어서, 도 6d에 나타내는 바와 같이, 공지된 리소그래피 기술을 사용하여 막(57m)에 레지스트 패턴(61)을 적층한다. 그리고, 도 6e에 나타내는 바와 같이, 레지스트 패턴(61)을 마스크로 하여, 노출된 부분의 막(57m)부터 막(55m)까지를 건식 에칭에 의해 제거한다. 막(57m), 막(56m), 막(55m)이 제거된 영역이 개구부(53)가 된다. 그 후, 도 6f에 나타내는 바와 같이, 약액 세정으로 레지스트 패턴(61)이나 가공 잔사를 박리한다. 이에 의해, 플라스몬 필터(50)가 형성된다.
플라스몬 필터(50)를 형성한 후, 도시는 생략하지만, 플라스몬 필터(50)에 절연층(46)을 성막한다. 성막된 절연층(46)은 플라스몬 필터(50)의 개구부(53)의 내부에도 매립되어 있다. 절연층(46)은 예를 들어, 실리콘 산화막으로 하고, ALD, CVD, 스퍼터 등에 의해 성막되는데, 매립성을 생각하면 ALD가 적합하다. 그리고, 절연층(46) 상에 전술한 패시베이션막(47)을 예를 들어 질화실리콘으로 100 내지 500㎚ 성막한다. 이에 의해, 수분 등의 침입에 의한 부식 현상을 방지할 수 있다. 그 후, 온 칩 렌즈(48) 등을 형성하여, 도 4에 도시하는 광 검출 장치(1)가 거의 완성된다. 광 검출 장치(1)는 반도체 기판에 스크라이브 라인(다이싱 라인)으로 구획된 복수의 칩 형성 영역의 각각에 형성된다. 그리고, 이 복수의 칩 형성 영역을 스크라이브 라인을 따라서 개개로 분할함으로써, 광 검출 장치(1)를 탑재한 반도체 칩(2)이 형성된다.
≪제1 실시 형태의 주된 효과≫
제1 실시 형태의 주된 효과를 설명하기 전에, 먼저, 도 7a 내지 도 7e를 사용하여, 일반적인 알루미늄 배선을 예로 한 스트레스 마이그레이션에 대해서 설명한다. 도 7a에 나타내는 바와 같이, 절연층(91) 상에 알루미늄 배선(92)을 마련한 후, 온도를 예를 들어 300도로부터 400도 정도까지 높이면, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 배선(92)이 열에 의해 팽창하여 부호(92A)의 크기가 된다. 그 후, 온도를 높인 상태에서, 도 7c에 나타내는 바와 같이, 절연층(93)을 형성하고, 온도를 실온까지 낮춘다. 온도를 낮추면, 도 7d에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 배선(92A)에는 수축하려고 하는 응력이 발생한다. 이것은, 알루미늄과 절연층을 구성하는 산화실리콘에서 선팽창 계수가 다르기 때문에 발생하는 현상이다. 이 상태로부터 열 시험을 행하여 다시 온도를 높이면, 알루미늄의 원자가 열로 활성화되어, 응력에 따라서 이동하는 경우가 있다. 그리고, 알루미늄의 입계 근방의 원자가 이동하여, 도 7e에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 배선(92)에 보이드(94)가 발생하는 경우가 있다.
이상이 알루미늄 배선을 예로 한 스트레스 마이그레이션의 설명인데, 플라스몬 필터(50)는 일반적으로, 그 막 두께, 최소 치수, 최소 피치가, 알루미늄 배선보다 작다. 또한, 알루미늄 배선에서는 스트레스 마이그레이션 대책으로서, 그 표면에 배리어 메탈을 마련하는 경우가 있다. 그러나, 플라스몬 필터(50)의 경우, 이미 설명한 바와 같이, 도 5b에 나타내는 모재(51)의 상면(51S1) 및 하면(51S2)으로부터 모재(51)의 내부에 두께 방향으로 예를 들어 수십㎚에 걸치는 범위에 있어서 에너지가 여기됨으로써, 특정한 파장의 광이 선택되므로, 그 표면에 배리어 메탈을 마련할 수 없었다. 이와 같이, 플라스몬 필터(50)는 스트레스 마이그레이션의 영향을, 알루미늄 배선보다 강하게 받을 가능성이 있었다.
도 7f는, 종래의 플라스몬 필터(50')가 스트레스 마이그레이션의 영향을 받은 경우의 일례를 나타내고 있다. 도 7f의 예에서는, 스트레스 마이그레이션에 의해, 플라스몬 필터(50')에 보이드(V)가 발생해 있다. 그리고, 보이드(V)에 의해, 개구부(53)의 폭이 확장되어 있다. 이러한 상태에서는, 보이드(V)의 부분을 통하여 광(L)이 플라스몬 필터(50')를 통과해버린다.
이에 반해, 본 기술의 제1 실시 형태에 관계되는 플라스몬 필터(50)에서는, 도체층을 제1 도체층(55)과 제2 도체층(57)의 2층으로 나누고 있다. 그리고, 나뉜 제1 도체층(55)과 제2 도체층(57) 사이에, 제1 도체층(55) 및 제2 도체층(57)을 구성하는 재료보다 강성이 높은 재료를 포함하는 중간층(56)을 마련하고 있으므로, 스트레스 마이그레이션의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 중간층(56)은 모재(51)의 상면(51S1) 및 하면(51S2)에 노출되어 있지 않으므로, 플라스몬 필터(50)의 성능에 대한 영향을 억제하면서 스트레스 마이그레이션의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 중간층(56)의 두께를 50㎚ 이하로 마련함으로써, 플라스몬 필터(50)의 성능에 대한 영향을 억제하면서 스트레스 마이그레이션의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 기술의 제1 실시 형태에 관계되는 플라스몬 필터(50)는 가령 스트레스 마이그레이션이 발생해버린 경우에도, 보이드가 플라스몬 필터(50)에 끼치는 영향을 억제할 수 있다. 도 8에 도시하는 예에서는, 모재(51) 중 제2 도체층(57)에 보이드(V)가 발생하고 있다. 제2 도체층(57)에 발생한 보이드(V)는, 제1 도체층(55) 및 제2 도체층(57)을 구성하는 재료보다 강성이 높은 재료를 포함하는 중간층(56)에 의해, 반도체층(20)의 두께 방향을 따른 진행이 방해되어 있다. 그 때문에, 보이드(V)는, 반도체층(20)의 두께 방향으로 중간층(56)을 넘어서 진행할 일은 없다. 그 때문에, 제1 도체층(55)에 보이드(V)가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 보이드(V)의 부분을 통하여 광(L)이 플라스몬 필터(50)를 통과하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 플라스몬 필터(50)의 기능에 대해서도, 제1 도체층(55)이 남아있기 때문에, 보이드(V)가 끼치는 영향을 억제할 수 있다.
이와 같이, 중간층(56)에 의해, 플라스몬 필터(50)를 두께 방향(Z 방향)의 상하로 분단해 둠으로써, 제1 도체층(55) 및 제2 도체층(57)을 구성하는 금속 재료의 이동을 한정적으로 할 수 있다. 예를 들어, 제1 도체층(55) 측으로 금속 재료의 이동이 일어났다고 하더라도, 제2 도체층(57) 측에서는 금속 재료의 이동이 억제되는 등, 금속 재료의 이동을 한정적으로 할 수 있다. 이에 의해, 보이드(V)의 부분을 통하여 광(L)이 플라스몬 필터(50)를 통과하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 제1 실시 형태에서는 제1 도체층(55)과 제2 도체층(57)이 동일한 재료로 구성되어 있는 것으로 하여 설명했지만, 다른 재료로 구성되어 있어도 된다. 그 경우, 중간층(56)을 구성하는 재료는, 제2 도체층(57)을 구성하는 재료의 산화물이어도 된다. 중간층(56)을 구성하는 재료가 제2 도체층(57)을 구성하는 재료의 산화물인 경우, 상술한 막(56m)은, 막(55m)의 절연층(45) 측의 면과는 반대측의 면에, CVD 등으로 적층함으로써 성막된다.
또한, 중간층(56)은 제1 도체층(55) 및 제2 도체층(57)보다 융점 및 강성이 높은 고융점 금속, 고융점 금속의 질화물, 고융점 금속의 산화물, 고융점 금속의 탄화물, 고융점 금속을 포함하는 합금, 합금의 질화물, 합금의 산화물 및 합금의 탄화물 중 어느 것으로 구성되어 있어도 된다. 그리고, 고융점 금속은, 예를 들어, 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo) 및 하프늄(Hf) 중 어느 것이어도 된다. 또한, 고융점 금속인 중간층(56)의 두께는, 예를 들어 1㎚ 이상 50㎚ 이하이다. 중간층(56)의 두께는, 10㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 제1 실시 형태에서는 중간층(56)이 1층이었지만, 복수층 갖고 있어도 된다. 도 9는, 중간층(56)이 2층 마련된 예를 나타내고 있다. 모재(51)는 반도체층(20) 측으로부터, 순차 적층된 제1 도체층(55)과, 중간층(56)과, 제2 도체층(57)과, 중간층(56)과, 제2 도체층(57)을 갖고 있다. 중간층(56)을 복수층 마련함으로써, 모재(51)의 강성을 보다 높일 수 있다. 또한, 두께 방향(Z 방향)으로, 플라스몬 필터(50)를 보다 많은 영역에 분단할 수 있으므로, 스트레스 마이그레이션이 발생해버린 경우에도, 그의 영향을 보다 억제할 수 있다.
[제1 실시 형태의 변형예 1]
도 10에 도시하는 본 기술의 제1 실시 형태의 변형예 1에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제1 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 중간층(56)을 구성하는 재료가 제1 도체층(55)의 일부에 확산되어 있는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제1 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<플라스몬 필터>
플라스몬 필터(50A)는 모재(51A) 및 모재(51A)에 형성된 개구 배열(52)을 갖는다. 그리고, 개구 배열(52)은 모재(51A)에 등피치로 배열된 복수의 개구부(53)를 갖고 있다. 모재(51A)는 제1 도체층(55)과, 중간층(56)과, 제2 도체층(57)을 포함한다. 중간층(56)은 제1 도체층(55) 및 제2 도체층(57)보다 융점 및 강성이 높은 고융점 금속, 고융점 금속의 질화물, 고융점 금속의 산화물, 고융점 금속의 탄화물, 고융점 금속을 포함하는 합금, 합금의 질화물, 합금의 산화물 및 합금의 탄화물 중 어느 것으로 구성되어 있다. 그리고, 중간층(56)을 구성하는 재료가, 제1 도체층(55)의 일부에 확산되어 있다. 여기에서는, 중간층(56)은 고융점 금속인 티타늄으로 구성되어 있는 것으로 하여 설명한다.
제1 도체층(55) 및 중간층(56)은 반도체층(20)의 두께 방향을 따라서 순차 적층되어 있으므로, 티타늄 원자는, 중간층(56)으로부터 제1 도체층(55)으로, 제1 도체층(55)과 중간층(56)의 경계를 넘어서 확산되어 있다. 티타늄 원자가 확산되어 있는 것은 제1 도체층(55)의 일부이며, 제1 도체층(55)은 티타늄 원자가 확산되어 있지 않은 영역도 갖고 있다. 여기에서는, 제1 도체층(55) 중, 티타늄 원자가 확산되어 있지 않은 영역을 제1 부분(55a)이라고 칭하고, 티타늄 원자가 확산되어 있는 영역을 제2 부분(55b)이라고 칭한다. 제1 부분(55a)은 제1 도체층(55)의 중간층(56) 측과 반대측의 면(하면(51S2))으로부터 두께 방향으로 적어도 50㎚까지의 부분이다. 그리고, 제2 부분(55b)은 중간층(56)에 접하고 있다.
예를 들어 알루미늄으로 구성된 제1 도체층(55)에 티타늄 원자를 확산시키면, 제1 도체층(55)의 강성이 증가하여, 스트레스 마이그레이션에 대하여 보다 강해진다. 그러나, 제1 도체층(55)의 전역에 티타늄 원자를 확산시키면, 하면(51S2)까지 티타늄 원자가 존재하는 상태로 된다. 그러한 상태에서는, 표면 플라스몬에 티타늄 원자가 영향을 미칠 가능성이 있다. 이미 설명한 바와 같이, 플라스몬 필터(50A)에 광이 조사되면, 플라스몬 필터(50A)의 표층부, 보다 구체적으로는 상면(51S1) 및 하면(51S2)으로부터 깊이 수십㎚의 범위에서 에너지가 여기된다. 그 때문에, 에너지가 여기되는 영역에는, 에너지 여기에 영향을 미칠 가능성이 있는 물질이 포함되지 않도록 해두는 것이 바람직하다.
≪광 검출 장치의 제조 방법≫
이하, 광 검출 장치(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 여기에서는, 제1 실시 형태에서 설명한 광 검출 장치(1)의 제조 방법과 상이한 점에 대해서 설명한다. 먼저, 도 6a 및 도 6b에 나타내는 공정과 마찬가지의 공정을 행하여 막(55m) 및 티타늄을 포함하는 막(56m)을 순차 성막한다. 그 후, 도 6c에 나타내는 공정을 행하기 전에, 열처리를 행하고, 중간층(56)을 구성하는 재료를 제1 도체층(55)의 일부(제2 부분(55b))에 확산시킨다. 그리고, 나머지 도 6c부터 도 6f까지 나타내는 공정을 행한다.
≪제1 실시 형태의 변형예 1의 주된 효과≫
이 제1 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 이 제1 실시 형태의 변형예 1에서는, 제1 도체층(55)의 제2 부분(55b)에는 중간층(56)을 구성하는 재료가 확산되어 있으므로, 제1 도체층(55)의 강성이 증가하여, 스트레스 마이그레이션의 발생을 보다 억제할 수 있다.
또한, 제1 도체층(55)의 제1 부분(55a)에는 중간층(56)을 구성하는 재료가 확산되어 있지 않으므로, 플라스몬 필터(50)의 성능에 대한 영향을 억제하면서 스트레스 마이그레이션의 발생을 보다 억제할 수 있다.
[제1 실시 형태의 변형예 2]
도 11에 도시하는 본 기술의 제1 실시 형태의 변형예 2에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제1 실시 형태의 변형예 2에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제1 실시 형태 및 제1 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 중간층(56)을 구성하는 재료가, 제1 도체층(55)에 추가로 제2 도체층(57)의 일부에도 확산되어 있는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제1 실시 형태 및 제1 실시 형태의 변형예 1의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<플라스몬 필터>
플라스몬 필터(50B)는 모재(51B) 및 모재(51B)에 형성된 개구 배열(52)을 갖는다. 그리고, 개구 배열(52)은 모재(51B)에 등피치로 배열된 복수의 개구부(53)를 갖고 있다. 모재(51B)는 제1 도체층(55)과, 중간층(56)과, 제2 도체층(57)을 포함한다. 중간층(56)은 제1 실시 형태의 변형예 1에서 설명한 재료로 구성되어 있다. 여기에서는, 중간층(56)은 고융점 금속인 티타늄으로 구성되어 있는 것으로 하여 설명한다.
중간층(56) 및 제2 도체층(57)은 반도체층(20)의 두께 방향을 따라서 순차 적층되어 있으므로, 티타늄 원자는, 중간층(56)으로부터 제2 도체층(57)으로, 제2 도체층(57)과 중간층(56)의 경계를 넘어서 확산되어 있다. 여기에서는, 제2 도체층(57) 중, 티타늄 원자가 확산되어 있지 않은 영역을 제1 부분(57a)이라고 칭하고, 티타늄 원자가 확산되어 있는 영역을 제2 부분(57b)이라고 칭한다. 제1 부분(57a)은 제2 도체층(57)의 중간층(56) 측과 반대측의 면(상면(51S1))으로부터 두께 방향으로 적어도 50㎚까지의 부분이다. 그리고, 제2 부분(57b)은 중간층(56)에 접하고 있다.
≪광 검출 장치의 제조 방법≫
이하, 광 검출 장치(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 여기에서는, 제1 실시 형태에서 설명한 광 검출 장치(1)의 제조 방법과 상이한 점에 대해서 설명한다. 먼저, 도 6a 내지 도 6c에 나타내는 공정과 마찬가지의 공정을 행하여 막(55m), 티타늄을 포함하는 막(56m) 및 막(57m)을 순차 성막한다. 그 후, 도 6d에 나타내는 공정을 행하기 전에, 열처리를 행하고, 중간층(56)을 구성하는 재료를 제1 도체층(55)의 일부 및 제2 도체층(57)의 일부(제2 부분(57b))에 확산시킨다. 그리고, 나머지 도 6d부터 도 6f까지 나타내는 공정을 행한다.
≪제1 실시 형태의 변형예 2의 주된 효과≫
이 제1 실시 형태의 변형예 2에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제1 실시 형태 및 제1 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 이 제1 실시 형태의 변형예 2에서는, 제1 도체층(55)과 제2 도체층(57)의 양쪽에 중간층(56)을 구성하는 재료가 확산되어 있으므로, 제1 도체층(55)과 제2 도체층(57)의 양쪽의 강성이 증가하여, 스트레스 마이그레이션의 발생을, 제1 실시 형태의 변형예 1의 경우보다 한층 억제할 수 있다.
또한, 제1 도체층(55)의 제1 부분(55a) 및 제2 도체층(57)의 제1 부분(57a)에는 중간층(56)을 구성하는 재료가 확산되어 있지 않으므로, 플라스몬 필터(50)의 성능에 대한 영향을 억제하면서 스트레스 마이그레이션의 발생을 보다 억제할 수 있다.
[제2 실시 형태]
도 12a 및 도 12b에 나타내는 본 기술의 제2 실시 형태에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제2 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 도체층을 포함하는 광학 소자로서, 플라스몬 필터 대신에 와이어 그리드 편광자(50C)를 갖는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제1 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<와이어 그리드 편광자>
도 12a에 나타내는 바와 같이, 와이어 그리드 편광자(50C)는 모재(51C) 및 모재(51C)에 형성된 개구 배열(52)을 갖고, 개구 배열(52)에 의해 선택된 광을 광전 변환 영역(20a)에 공급하고, 평면으로 보아 광전 변환부(21)에 겹치도록 배치된 광학 소자이다. 보다 구체적으로는, 와이어 그리드 편광자(50C)는 개구 배열(52)의 후술하는 개구부(53)의 배열 방향에 따라서 특정한 편광면을 갖는 광을 선택하고, 선택한 광을 광전 변환 영역(20a)(광전 변환부(21))에 공급하는 광학 소자이다. 또한, 와이어 그리드 편광자(50C)는 평면으로 보아 광전 변환 영역(20a)에 겹치도록 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 와이어 그리드 편광자(50C)는 평면으로 보아 개구 배열(52)이 광전 변환 영역(20a)에 겹치도록 배치되어 있다. 와이어 그리드 편광자(50C)의 영역 중, 개구 배열(52)이 마련되어 있는 영역을 개구 영역(50a)이라고 칭하고, 개구 영역(50a)끼리의 사이의 영역을 프레임 영역(50b)이라고 칭한다.
모재(51C)는 후술하는 광 반사층(54a)을 구성하는 재료, 절연층(54b)을 구성하는 재료 및 광흡수층(54c)을 구성하는 재료를 포함한다. 광 반사층(54a)은 반도체층(20) 측으로부터, 순차 적층된 제1 도체층(55)을 구성하는 재료와, 중간층(56)을 구성하는 재료와, 제2 도체층(57)을 구성하는 재료를 포함한다.
개구 배열(52)은 모재(51C)에 등피치로 배열된 복수의 개구부(53)를 갖고 있다. 개구부(53)는 반도체층(20)의 두께 방향으로 모재(51C)를 관통하는 홈이다. 그리고, 개구 배열(52)은 인접하는 2개의 개구부(53)의 사이에, 모재(51C)를 포함하는 부분(본 기술의 제2 실시 형태에서는, 띠상 도체라고 칭한다)(54)을 갖고 있다. 환언하면, 개구 배열(52)은 등피치로 배열된 복수의 띠상 도체(54)를 형성하고 있다.
와이어 그리드 편광자(50C)는 개구부(53)(띠상 도체(54))의 배열 방향이 다른 복수 종류의 개구 배열(52)을 갖고 있다. 도 12a는, 예를 들어 와이어 그리드 편광자(50C)가 4종류의 개구 배열(52)(개구 배열(52a, 52b,52c,52d))을 갖는 예를 나타내고 있다. 개구 배열(52a)의 개구부(53)(띠상 도체(54))의 배열 방향은, X 방향을 따른 방향이다. 개구 배열(52b)의 개구부(53)(띠상 도체(54))의 배열 방향은, X 방향에 대하여 45도의 방향을 따른 방향이다. 개구 배열(52c)의 개구부(53)(띠상 도체(54))의 배열 방향은, X 방향에 대하여 90도의 방향을 따른 방향이다. 개구 배열(52d)의 개구부(53)(띠상 도체(54))의 배열 방향은, X 방향에 대하여 135도의 방향을 따른 방향이다. 또한, 개구부(53)(띠상 도체(54))의 배열 방향을 구별할 필요가 없을 경우에는, 개구 배열(52a, 52b,52c,52d)을 구별하지 않고, 간단히 개구 배열(52)이라고 칭한다.
또한, 도 12b에 나타내는 바와 같이, 띠상 도체(54)는 광 반사층(54a)과, 절연층(54b)과, 광흡수층(54c)을 그 순으로 적층한 구성을 갖는다. 광 반사층(54a)은 절연층(45)에 적층되어 있다. 또한, 띠상 도체(54)는 적층된 광 반사층(54a), 절연층(54b) 및 광흡수층(54c)의 외주에 보호층(54d)을 갖고 있다.
광 반사층(54a)은 입사광을 반사하는 것이다. 광 반사층(54a)은 반도체층(20) 측으로부터, 순차 적층된 제1 도체층(55)과, 중간층(56)과, 제2 도체층(57)을 갖는다. 제1 도체층(55), 중간층(56) 및 제2 도체층(57)의 구성 및 제1 도체층(55), 중간층(56) 및 제2 도체층(57)을 구성하는 재료에 대해서는, 상술한 제1 실시 형태에서 설명한 대로이다. 제1 도체층(55), 중간층(56) 및 제2 도체층(57)의 막 두께는, 제1 실시 형태에 기재한 두께와 동일해도 된다. 여기에서는, 제1 도체층(55)을 70㎚, 중간층(56)을 10㎚, 제2 도체층(57)을 70㎚로 성막하였다.
광흡수층(54c)은 입사광을 흡수하는 것이다. 광흡수층(54c)을 구성하는 재료로서, 소쇠 계수 k가 0이 아닌, 즉, 광흡수 작용을 갖는 금속 재료나 합금 재료, 구체적으로는, 알루미늄(Al), 은 (Ag), 금(Au), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 텔루륨(Te), 주석(Sn) 등의 금속 재료나, 이들 금속을 포함하는 합금 재료를 들 수 있다. 또한, FeSi2(특히 β-FeSi2), MgSi2, NiSi2, BaSi2, CrSi2, CoSi2 등의 실리사이드계 재료를 들 수도 있다. 특히, 광흡수층(54c)을 구성하는 재료로서, 알루미늄 또는 그의 합금, 혹은, β-FeSi2나, 게르마늄, 텔루륨을 포함하는 반도체 재료를 사용함으로써 가시광 영역에서 고콘트라스트(적절한 소광비)를 얻을 수 있다. 또한, 가시광 이외의 파장 대역, 예를 들어 적외 영역에 편광 특성을 갖게 하기 위해서는, 광흡수층(54c)을 구성하는 재료로서, 은 (Ag), 구리(Cu), 금(Au) 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 금속의 공명 파장이 적외 영역 부근에 있기 때문이다.
절연층(54b)은 예를 들어, 산화실리콘막에 의해 구성되는 절연물이다. 이 절연층(54b)은 광 반사층(54a) 및 광흡수층(54c)의 사이에 배치되어 있다.
보호층(54d)은 순서대로 적층된 광 반사층(54a), 절연층(54b) 및 광흡수층(54c)을 보호하는 것이다. 이 보호층(54d)은 예를 들어, 산화실리콘막에 의해 구성할 수 있다.
또한, 와이어 그리드 편광자(50C)는 띠상 도체(54)의 절연층(45) 측의 단부와는 반대측의 단부측에 적층된 평탄화막(54e)을 구비한다. 평탄화막(54e)은 예를 들어, 산화실리콘막에 의해 구성할 수 있다.
≪제2 실시 형태의 주된 효과≫
이 제2 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 본 제2 실시 형태에서는, 띠상 도체(54)는 광 반사층(54a)과, 절연층(54b)과, 광흡수층(54c)과, 보호층(54d)을 갖고 있었지만, 이것에 한정되지 않고, 그들 중 적어도 광 반사층(54a)을 갖고 있으면 된다. 또한, 와이어 그리드 편광자(50C)는 에어 갭 구조를 갖고 있었지만, 그 이외의 구조를 갖고 있어도 된다. 예를 들어, 절연막이 개구부(53)에 매립되어 있어도 된다.
[제3 실시 형태]
도 13a 및 도 13b에 나타내는 본 기술의 제3 실시 형태에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제3 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 도체층을 포함하는 광학 소자로서, 플라스몬 필터 대신에 GMR(Guided Mode Resonance) 컬러 필터(50D)를 갖는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제1 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<GMR 컬러 필터>
광 검출 장치(1)는 광학 소자로서 GMR 컬러 필터(50D)를 구비한다. GMR 컬러 필터(50D)는 도 13a에 나타내는 모재(51D), 모재(51D)에 형성된 개구 배열(이하, 본 제3 실시 형태에서는, 회절 격자라고 칭한다)(52) 및 도 13b에 나타내는 도파로(59D)를 갖고, 평면으로 보아 광전 변환부(21)에 겹치도록 배치된 광학 소자이다. GMR 컬러 필터(50D)는 회절 격자(52) 및 도파로(59D)에 의해 선택된 광을, 광전 변환부(21)에 공급한다.
회절 격자(52)는 모재(51D)에 등피치로 배열된 복수의 개구부(53)와, 모재(51D) 중이 인접하는 개구부(53)의 사이에 위치하는 부분(54)을 갖는다. 개구부(53)는 반도체층(20)의 두께 방향으로 모재(51D)를 관통하는 홈이다. 도파로(59D)는 모재(51D)와 절연층(45) 사이에 마련되어 있고, 한쪽 면이 모재(51D)에 접하고, 다른 쪽의 면이 절연층(45)에 접하고 있다. 도파로(59D)는 코어층(59D1) 및 클래드층(59D2)을 포함한다.
또한, 도 13a에 나타내는 바와 같이, 평면으로 보았을 때의 GMR 컬러 필터(50D)의 영역 중, 회절 격자(52)가 마련되어 있는 영역을 개구 영역(50a)이라고 칭하고, 인접하는 개구 영역(50a)의 사이의 영역을 프레임 영역(50b)이라고 칭한다.
도 13b에 나타내는 바와 같이, 모재(51D)는 반도체층(20) 측으로부터, 순차 적층된 제1 도체층(55)과, 중간층(56)과, 제2 도체층(57)을 갖는다. 제1 도체층(55), 중간층(56) 및 제2 도체층(57)의 구성 및 제1 도체층(55), 중간층(56) 및 제2 도체층(57)을 구성하는 재료에 대해서는, 상술한 제1 실시 형태에서 설명한 대로이다. 모재(51D) 중의 인접하는 개구부(53)의 사이에 위치하는 부분(54)도, 동일한 구성을 갖는다.
≪제3 실시 형태의 주된 효과≫
이 제3 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, GMR 컬러 필터(50D)의 회절 격자(52)는 도 14에 나타내는 바와 같이 격자상이어도 된다. 그 경우 도 14의 D-D 절단선을 따른 단면으로 봐서는, 도 13b와 마찬가지의 구성을 갖는다.
[제4 실시 형태]
도 15에 도시하는 본 기술의 제4 실시 형태에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제4 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 광 검출 장치(1)가 제1 실시 형태의 차광 메탈(44)을 구비하고 있지 않고, 플라스몬 필터(50)가 차광 메탈(44)의 역할을 겸하고 있는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제1 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<플라스몬 필터>
플라스몬 필터(50)는 절연층(43)의 반도체층(20) 측과는 반대측의 면에 적층되어 있다. 플라스몬 필터(50)는 차광성을 가지므로, 차광 메탈의 역할을 겸할 수 있다.
≪제4 실시 형태의 주된 효과≫
이 제4 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 제4 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)에서는, 차광 메탈의 가공 공정을 삭감하여 제조 비용을 낮추고, 나아가서는, 집광 구조 전체를 높이 저감화시키므로, 사입사 특성이 향상된다. 또한, 화소 경계에 프레임상의 미개구 영역을 넓게 설정해 둠으로써, 플라스몬 필터(50)를 투과한 광의 크로스토크를 억제할 수 있다.
나아가서는, 본 제4 실시 형태의 플라스몬 필터(50)로, 광학적 흑색 레벨을 결정하는 화소의 차광을 겸해도 되고, 혹은, 주변 회로 영역에의 노이즈 방지를 위한 차광을 겸해도 된다. 이들에 필요하게 되는 차광 성능 및 플라스몬 필터(50)의 특성을 고려한 뒤에, 플라스몬 필터(50)의 적합한 막 두께를 결정하면 된다.
또한, 플라스몬 필터(50)는 가공 중의 축적 전하에 의한 플라스마 대미지로 파괴되지 않도록 접지되어 있는(기준 전위에 접속되어 있는) 것이 바람직하다.
[제5 실시 형태]
도 16 및 도 17에 도시하는 본 기술의 제5 실시 형태에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제5 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 소자 분리부(20b1)가 트렌치 분리인 점, 소자 분리부(20b1)가 제1 도체층(55)을 구성하는 재료로 구성되어 있는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제1 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<소자 분리부>
도 16에 나타내는 바와 같이, 반도체층(20)은 소자 분리부(20b1)로 구획된 섬상의 광전 변환 영역(소자 형성 영역)(20a)을 갖고 있다. 소자 분리부(20b1)는 반도체층(20)에 형성된 홈(20c)에 매립된 막(55m)에 의해 구성되어 있다. 막(55m)은, 제1 도체층(55)을 구성하는 재료이다. 홈(20c)은 인접하는 광전 변환 영역(20a)(광전 변환부(21))의 사이의 반도체층(20)에 형성되어 있다. 홈(20c)은 제2 면(S2)으로부터, 반도체층(20)의 두께 방향을 따라서 우그러져 있다. 또한, 홈(20c)과 소자 분리부(20b1) 사이에는, 고정 전하막(42)이 개재하고 있다. 고정 전하막(42)은 도 18e에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 산화알루미늄(Al2O3)으로 구성된 고정 전하막(42a)과, 예를 들어 산화탄탈(Ta2O5)로 구성된 고정 전하막(42b)을 포함한다. 고정 전하막(42)을 이와 같이 구성하면, 암시(暗時) 특성 시점에서 적합하다.
또한, 도 17에 나타내는 바와 같이, 소자 분리부(20b)는 평면으로 보아 격자상으로 마련되어 있고, 광전 변환 영역(20a)(광전 변환부(21))을 둘러싸고 있다.
≪광 검출 장치의 제조 방법≫
이하, 도 18a부터 도 18e까지를 참조하여, 광 검출 장치(1)의 제조 방법, 보다 구체적으로는, 소자 분리부(20b1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 도 18a에 나타내는 바와 같이, 공지된 리소그래피 기술에 의한 노광 및 현상으로, 반도체층(20)의 제2 면(S2) 상에 레지스트 패턴(64)을 형성한다. 이어서, 도 18b에 나타내는 바와 같이, 보쉬 프로세스 등의 공지된 에칭 방법으로, 반도체층(20)에 트렌치를 원하는 깊이까지 파고 들어가서, 홈(20c)을 형성한다. 그 후, 웨트 세정 등으로 레지스트 패턴(64)이나 가공 잔사를 제거한다.
이어서, 도 18c에 나타내는 바와 같이, 홈(20c) 내에 고정 전하막(42a)과, 고정 전하막(42b)을 이 순으로 적층한다. 고정 전하막(42a, 42b)는, ALD, CVD, 스퍼터 등의 공지된 방법으로 성막된다. 그 후, 도 18d에 나타내는 바와 같이, 절연층(45(45m))으로서, 예를 들어, 실리콘 산화막을, ALD, CVD, 스퍼터 등의 공지된 방법으로 성막한다. 홈(20c)의 상부 개구가 폐색되지 않도록, 트렌치 폭, 성막의 방법과 막 두께를 제어하는 것이 바람직하다.
그리고, 도 18e에 나타내는 바와 같이, 막(55m)을 성막한다. 막(55m)은, 각종 화학적 기상 성장법(CVD법), 도포법, 스퍼터링법이나 진공 증착법을 포함하는 각종 물리적 기상 성장법(PVD법), 졸-겔법, 도금법, MOCVD법, MBE법, 리플로우법 등의 공지된 방법에 기초하여 형성하는 것이 가능하다. 막(55m) 중, 홈(20c) 내에 매립된 부분이 소자 분리부(20b1)이다. 또한, 막(55m) 중 다른 부분은, 제1 실시 형태의 도 6a에 나타낸 막(55m)으로서 이용된다.
≪제5 실시 형태의 주된 효과≫
이 제5 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 이 제5 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)는 소자 분리부(20b1)가 트렌치 분리이므로, 인접하는 화소(3)로부터의 전하의 유입을 억제할 수 있고, 또한, 인접하는 화소(3)로부터 비스듬히 입사하는 광이 입사하는 것을 억제할 수도 있다. 이에 의해, 화소(3)에 있어서의 화상 신호에의 노이즈의 혼입을 억제할 수 있다.
또한, 소자 분리부(20b1)의 평면으로 본 형상은, 도 17에 도시하는 격자상에 한정되지 않고, 도 19에 나타내는 바와 같이, 부분적으로 배치된 형상이어도 된다. 혹은, 도시하지 않은 도트 패턴, 파선 패턴으로 설계해도 된다.
또한, 소자 분리부(20b1)의 깊이에 대해서, 크로스토크 억제 관점에서는, 최대한 깊게 하면 할수록 좋고, 이상적으로는 관통시키는 것이 바람직하다. 이 깊이에 대해서는, 암시 특성, 처리 시간, 화소 트랜지스터 설계나 임플란테이션에 의한 포텐셜 설계 등을 고려한 뒤에, 상품 사양과 대조하여 적합한 조건을 적용하면 된다.
[제5 실시 형태의 변형예 1]
도 20에 도시하는 본 기술의 제5 실시 형태의 변형예 1에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제5 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제5 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 소자 분리부(20b1)가 제1 도체층(55)을 구성하는 재료와 중간층(56)을 구성하는 재료를 포함하는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제5 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<소자 분리부>
소자 분리부(20b1)는 제1 도체층(55)을 구성하는 막(55m)과 중간층(56)을 구성하는 막(56m)을 포함한다. 홈(20c) 내에 막(55m)을 매립할 때에, 홈(20c)이 완전히 매립되지 않도록 함으로써, 홈(20c) 내에 또한 막(56m)을 형성할 수 있다. 중간층(56)을 구성하는 막(56m)에 대해서는, 상술한 제1 실시 형태에서 설명한 대로이다.
≪제5 실시 형태의 변형예 1의 주된 효과≫
이 제5 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제5 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 이 제5 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치(1)에서는, 막(55m) 및 막(56m)이 홈(20c) 내에 메워넣어짐으로써, 소자 분리부(20b1)의 강성이 높아져서, 스트레스 마이그레이션을 억제할 수 있다. 나아가서는, 막(56m)을 형성하는 고융점 금속의 종류에 따라서는, 소자 분리부(20b1)의 차광성을 강화하여, 크로스토크 억제 효과를 높일 수 있다.
[제5 실시 형태의 변형예 2]
도 21에 도시하는 본 기술의 제5 실시 형태의 변형예 2에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제5 실시 형태의 변형예 2에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제5 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 소자 분리부(20b1)가 제1 도체층(55)을 구성하는 재료와, 중간층(56)을 구성하는 재료와, 제2 도체층(57)을 구성하는 재료를 포함하는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제5 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<소자 분리부>
소자 분리부(20b1)는 제1 도체층(55)을 구성하는 막(55m)과, 중간층(56)을 구성하는 막(56m)과, 제2 도체층(57)을 구성하는 막(57m)을 포함한다. 홈(20c) 내에 막(55m)을 매립할 때에, 홈(20c)이 완전히 매립되지 않도록 함으로써, 홈(20c) 내에 막(56m)을 형성할 수 있다. 그리고, 홈(20c) 내에 막(56m)을 형성할 때에, 홈(20c)이 완전히 매립되지 않도록 함으로써, 홈(20c) 내에 또한 막(57m)을 매립할 수 있다. 홈(20c) 내에 막(57m)이 매립되므로, 막(57m)을 통한 홈(20c) 내의 양측에 중간층(56)을 구성하는 막(56m)이 성막되어 있다. 여기서, 중간층(56)을 구성하는 막(56m)에 대해서는, 상술한 제1 실시 형태에서 설명한 대로이다.
≪제5 실시 형태의 변형예 2의 주된 효과≫
이 제5 실시 형태의 변형예 2에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제5 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 이 제5 실시 형태의 변형예 2에 관계되는 광 검출 장치(1)에서는, 막(57m)을 통한 홈(20c) 내의 양측에 중간층(56)을 구성하는 막(56m)이 성막되어 있으므로, 소자 분리부(20b1) 내부의 강성 강화, 혹은, 차광성 강화의 작용을 높일 수 있다.
[제6 실시 형태]
도 22에 도시하는 본 기술의 제6 실시 형태에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제6 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 광 검출 장치(1)가 표면 조사형의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서인 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제1 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
도 22에 나타내는 바와 같이, 표면 조사형의 CMOS 이미지 센서인 광 검출 장치(1)는 도체층을 포함하는 광학 소자로서 플라스몬 필터(50)를 구비하고 있다.
≪제6 실시 형태의 주된 효과≫
이 제6 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
[제7 실시 형태]
도 23a 및 도 23b에 나타내는 본 기술의 제7 실시 형태에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 모재(51E)의 두께가, 개구 배열이 마련되어 있지 않은 제2 영역쪽이, 개구 배열이 마련된 제1 영역보다 큰 점이다. 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제1 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<플라스몬 필터>
도 23a부터 도 23c까지 나타내는 플라스몬 필터(50E)는 표면 플라스몬 공명을 이용한 컬러 필터이다. 플라스몬 필터(50)는 도체층을 포함하는 광학 소자이다. 플라스몬 필터(50E)는 모재(51E) 및 모재(51E)에 형성된 개구 배열(52)을 갖는다. 그리고, 개구 배열(52)은 모재(51E)에 등피치로 배열된 복수의 개구부(53)를 갖고 있다. 또한, 플라스몬 필터(50E)는 평면으로 보아 개구 배열(52)이 광전 변환 영역(20a)(광전 변환부(21))에 겹치도록 배치되어 있다. 이 구성은, 도 5a에 있어서 플라스몬 필터(50)를 플라스몬 필터(50E)로 바꿔 부름으로써 이해할 수 있다.
또한, 평면으로 보았을 때의 플라스몬 필터(50E)의 모재(51E) 중, 개구 배열(52)이 마련되어 있는 영역을 개구 영역(50a)(제1 영역)이라고 칭하고, 인접하는 개구 영역(50a)의 사이의, 개구 배열(52)이 마련되어 있지 않은 영역을 프레임 영역(50b)(제2 영역)이라고 칭한다. 또한, 도 23b 및 도 23c에 나타내는 바와 같이, 복수의 개구 영역(50a)이 마련된 영역(50d)에 인접한, 개구 배열(52)이 마련되어 있지 않은 영역을, 차광 영역(50c)(제2 영역)이라고 칭한다. 보다 구체적으로는, 이 차광 영역(50c)은 평면으로 보아 복수의 개구 영역(50a)이 마련된 영역(50d)을 둘러싸도록 마련되어 있다. 또한, 또한, 프레임 영역(50b)과 차광 영역(50c)을 구별할 필요가 없을 경우에는, 이들을 구별하지 않고, 제2 영역(50e)이라고 칭하는 경우도 있다. 여기서, 도 23c는 플라스몬 필터(50E)의 평면도를 모식적으로 도시하고 있으므로, 플라스몬 필터(50E)의 형상, 차광 영역(50c)의 형상, 개구 영역(50a)의 수 등은, 도 23c에 나타내는 것에 한정되지 않는다.
도 23b에 나타내는 바와 같이, 모재(51E)의 두께는, 제2 영역(50e)쪽이, 개구 영역(50a)(제1 영역)보다 크다. 보다 구체적으로는, 제2 영역(50e)의 두께는 d2이며, 개구 영역(50a)의 두께는 d1이며, 제2 영역(50e)의 두께 d2쪽이 개구 영역(50a)(제1 영역)의 두께 d1보다 크다(d2>d1). 예를 들어, 제2 영역(50e)의 두께 d2는, 예를 들어, 개구 영역(50a)(제1 영역)의 두께 d1의 1.5배 이상 3배 이하이다. 또한, 예를 들어, 두께 d2는 두께 d1의 2배여도 된다.
모재(51E)는 도체층을 포함한다. 도 23b에 나타내는 바와 같이, 모재(51E)는 제1 도체층(55)과, 제1 도체층(55) 및 반도체층(20)의 사이에 위치하는 보강층(58)을 포함한다. 보다 구체적으로는, 보강층(58)은 제1 도체층(55)에 접하고 있다. 그리고, 개구 영역(50a)(제1 영역)은 제1 도체층(55)과 보강층(58) 중 제1 도체층(55)만을 포함하고 있다. 보다 구체적으로는, 개구 영역(50a)에 마련된, 모재(51E) 중의 인접하는 개구부(53)의 사이에 위치하는 부분(54)은 제1 도체층(55)과 보강층(58) 중 제1 도체층(55)만을 포함하고 있다. 이와 같이, 모재(51E)의 개구 영역(50a)(제1 영역)은 보강층(58)을 포함하지 않는다. 또한, 제2 영역(50e)은 제1 도체층(55)과 보강층(58)의 양쪽을 포함하고 있다. 제2 영역(50e)은 제1 도체층(55)에 추가로 보강층(58)을 갖고 있으므로, 그 두께가 개구 영역(50a)보다 두껍게 되어 있다.
도 23b에 나타내는 바와 같이, 제1 도체층(55)의 두께는 d1이며, 보강층(58)의 두께는 d3이다. 제2 영역(50e)의 두께 d2는, 제1 도체층(55)의 두께 d1과 보강층(58)의 두께 d3을 합계하여 구해진다(d2=d1+d3). 보강층(58)의 두께 d3은, 30㎚ 정도 이상의 두께로 마련되는 것이 바람직하다. 두께 d3의 상한값에 대해서는, 예를 들어, 두께 d3이 400㎚ 이하로 설정되어 있어도 된다. 또한, 두께 d3의 상한값은 모재(51E)의 두께에도 의존하는 것이므로, 모재(51E)의 두께에 대하여 이미 설명한 비율로부터 구할 수도 있다.
제1 도체층(55)을 구성하는 재료에 대해서는, 상술한 제1 실시 형태에 있어서 설명한 대로이다. 보강층(58)을 구성하는 재료에 대해서는, 상술한 제1 실시 형태에 있어서 제1 도체층(55)을 구성하는 재료로서 설명한 재료와 동일한 재료, 즉 도체를 사용할 수 있다. 본 제7 실시 형태에 있어서는, 제1 도체층(55)과 보강층(58)이 동일한 재료를 사용하여 구성되는 것으로 하여 설명한다. 보다 구체적으로는, 일례로서, 알루미늄에 0.5중량％의 구리를 첨가한 알루미늄 합금에 의해 제1 도체층(55)과 보강층(58)의 양쪽을 구성한다.
≪광 검출 장치의 제조 방법≫
이하, 도 24a부터 도 24e까지를 참조하여, 광 검출 장치(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 또한, 여기에서는 간략화를 위해서, 제1 영역인 개구 영역(50a)과, 제2 영역(50e)을 대표하는 차광 영역(50c)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 프레임 영역(50b)의 제조 방법은 차광 영역(50c)의 제조 방법과 동일하므로, 여기에서는 생략한다.
먼저, 도 24a에 나타내는 바와 같이, 준비한 기판(60)의 절연층(45)에, CVD 혹은 스퍼터 등의 방법을 사용하여 보강층(58)을 구성하는 재료를 포함하는 막(58m)을 성막한다. 그리고, 공지된 리소그래피 기술을 사용하여 막(58m)에 레지스트 패턴(62)을 적층한다. 레지스트 패턴(62)은 차광 영역(50c)을 덮도록 적층된다.
이어서, 도 24b에 나타내는 바와 같이, 레지스트 패턴(62)을 마스크로 하여, 막(58m) 중 노출된 부분을 건식 에칭에 의해 제거한다. 여기에서 제거되는 것은, 개구 영역(50a)에 상당하는 부분의 막(58m)이다. 그리고, 약액 세정으로 레지스트 패턴(62)이나 가공 잔사를 박리한 후, 도 24c에 나타내는 바와 같이, 제1 도체층(55)을 구성하는 재료를 포함하는 막(55m)을, 개구 영역(50a)과 차광 영역(50c)의 양쪽에 성막한다. 이 공정에 의해, 개구 영역(50a)에 막(58m)과 막(55m) 중의 막(55m)만이 성막된 상태, 또한, 차광 영역(50c)에 막(58m)과 막(55m)의 양쪽이 그 순으로 적층된 상태로 된다. 또한, 약액 세정으로 레지스트 패턴(62)이나 가공 잔사를 박리한 후, 막(55m)을 성막하기 전에, 막(58m)에 대하여 역스퍼터링을 행하여, 막(58m)이 대기에 노출됨으로써 형성되는 산화알루미늄층을 제거해도 된다.
그리고, 도 24d에 나타내는 바와 같이, 공지된 리소그래피 기술을 사용하여 막(55m)에 레지스트 패턴(63)을 적층한다. 그리고, 도 24e에 나타내는 바와 같이, 레지스트 패턴(63)을 마스크로 하여, 마스크로부터 노출된 부분의 막을 건식 에칭에 의해 제거한다. 보다 구체적으로는, 개구 영역(50a)에 적층된 막(55m)이 선택적으로 제거되어, 개구부(53)가 형성된다. 그 후, 약액 세정으로 레지스트 패턴(63)이나 가공 잔사를 박리한다. 이에 의해, 플라스몬 필터(50E)가 형성된다.
≪제7 실시 형태의 주된 효과≫
이 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 스트레스 마이그레이션에 대해서는 이미 설명한 바와 같은데, 이 스트레스 마이그레이션은, 종래, 개구 영역(50a)과 프레임 영역(50b)의 경계 부근 및 개구 영역(50a)과 차광 영역(50c)의 경계 부근에서 발생해버리는 경우가 있었다.
본 기술의 제7 실시 형태에 관계되는 플라스몬 필터(50E)에서는, 프레임 영역(50b) 및 차광 영역(50c)이 개구 영역(50a)이 갖는 제1 도체층(55)에 추가로 보강층(58)을 갖고 있다. 이에 의해, 프레임 영역(50b) 및 차광 영역(50c)을 개구 영역(50a)의 두께보다 두껍게 할 수 있다. 프레임 영역(50b) 및 차광 영역(50c)의 두께를 제1 도체층(55)과 보강층(58)의 합계 막 두께로 함으로써 프레임 영역(50b) 및 차광 영역(50c)의 강성을 높일 수 있다. 그 때문에, 스트레스 마이그레이션 발생을 억제할 수 있다. 이에 의해, 프레임 영역(50b) 및 차광 영역(50c)의 결함 형성이나 변형의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 기술의 제7 실시 형태에 관계되는 플라스몬 필터(50E)는 가령 스트레스 마이그레이션이 발생해버린 경우에도, 프레임 영역(50b) 및 차광 영역(50c)이 두껍게 형성되어 있으므로, 광이 투과해버리는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 기술의 제7 실시 형태에서는 프레임 영역(50b)과 차광 영역(50c)의 양쪽이 두께 d2를 갖고 있었지만, 도 25에 나타내는 바와 같이, 프레임 영역(50b)과 차광 영역(50c) 중 프레임 영역(50b)만이 두께 d2를 갖고, 차광 영역(50c)의 두께는 d1이어도 된다. 또한, 프레임 영역(50b)과 차광 영역(50c) 중 차광 영역(50c)만이 두께 d2를 갖고, 프레임 영역(50b)의 두께는 d1이어도 된다. 즉, 두께 d2를 갖는 제2 영역(50e)은 인접하는 개구 영역(50a)의 사이의 영역(프레임 영역(50b))과 복수의 개구 영역(50a)이 마련된 영역(50d)을 둘러싸는 영역(차광 영역(50c)) 중 적어도 한쪽이다.
[제7 실시 형태의 변형예 1]
도 26에 도시하는 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 1에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제7 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 모재(51F)의 제2 영역(50e)이 보강층(58)의 제1 도체층(55) 측과 반대측의 면에 접하는 중간층을 갖는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제7 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<플라스몬 필터>
플라스몬 필터(50F)의 평면도는, 이미 설명한 도 23a의 평면도와 마찬가지이며, 부호(50E)를 부호(50F), 부호(51E)를 부호(51F)로 바꿔 부르면 된다. 또한, 도 26은, 도 23a의 C-C 단면도를 따라서 단면으로 보았을 때의 단면 구성을 도시하는 도면이다. 플라스몬 필터(50F)는 모재(51F)를 구비한다. 모재(51F)는 제1 도체층(55)과, 보강층(58)과, 보강층(58)의 제1 도체층(55) 측과 반대측의 면에 접하는 중간층(56)을 포함한다.
중간층(56)은 제1 도체층(55) 및 제2 도체층(57)보다 융점 및 강성이 높은 고융점 금속, 고융점 금속의 질화물, 고융점 금속의 산화물, 고융점 금속의 탄화물, 고융점 금속을 포함하는 합금, 합금의 질화물, 합금의 산화물 및 합금의 탄화물 중 어느 것으로 구성되어 있어도 된다. 그리고, 고융점 금속은, 예를 들어, 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo) 및 하프늄(Hf) 중 어느 것이다.
모재(51F)의 개구 영역(50a)(제1 영역)은 제1 도체층(55)과, 보강층(58)과, 중간층(56) 중, 제1 도체층(55)만을 포함하고 있다. 즉, 개구 영역(50a)(제1 영역)은 중간층(56)을 포함하지 않는다. 또한, 모재(51F)의 제2 영역(50e)은 제1 도체층(55)과, 보강층(58)과, 중간층(56)의 모든 층을 포함하고 있다.
≪광 검출 장치의 제조 방법≫
이하, 도 27a부터 도 27f까지를 참조하여, 광 검출 장치(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 또한, 여기에서는 간략화를 위해서, 제1 영역인 개구 영역(50a)과, 제2 영역(50e)을 대표하는 차광 영역(50c)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 도 27a에 나타내는 바와 같이, 준비한 기판(60)의 절연층(45)에, 중간층(56)을 구성하는 재료를 포함하는 막(56m)과, 보강층(58)을 구성하는 재료를 포함하는 막(58m)을 이 순으로 성막한다. 그리고, 도 27b에 나타내는 바와 같이, 공지된 리소그래피 기술을 사용하여 막(58m)에 레지스트 패턴(62)을 적층한다. 레지스트 패턴(62)은 차광 영역(50c)을 덮도록 적층된다.
이어서, 도 27c에 나타내는 바와 같이, 레지스트 패턴(62)을 마스크로 하여, 노출된 부분의 막(58m)부터 막(56m)까지를 건식 에칭에 의해 제거한다. 여기에서 제거되는 것은, 개구 영역(50a)에 상당하는 부분의 막(58m) 및 막(56m)이다. 그리고, 약액 세정으로 레지스트 패턴(62)이나 가공 잔사를 박리한 후, 도 27d에 나타내는 바와 같이, 제1 도체층(55)을 구성하는 재료를 포함하는 막(55m)을, 개구 영역(50a)과 차광 영역(50c)의 양쪽에 성막한다. 이 공정에 의해, 개구 영역(50a)에 막(56m)과 막(58m)과 막(55m) 중의 막(55m)만이 성막된 상태, 또한, 차광 영역(50c)에 막(56m)과 막(58m)과 막(55m)의 모든 막이 그 순으로 적층된 상태로 된다.
그리고, 도 27e에 나타내는 바와 같이, 공지된 리소그래피 기술을 사용하여 막(55m)에 레지스트 패턴(63)을 적층한다. 그리고, 도 27f에 나타내는 바와 같이, 레지스트 패턴(63)을 마스크로 하여, 마스크로부터 노출된 부분의 막을 건식 에칭에 의해 제거한다. 보다 구체적으로는, 개구 영역(50a)에 적층된 막(55m)이 선택적으로 제거되어, 개구부(53)가 형성된다. 그 후, 약액 세정으로 레지스트 패턴(63)이나 가공 잔사를 박리한다. 이에 의해, 플라스몬 필터(50F)가 형성된다.
≪제7 실시 형태의 변형예 1의 주된 효과≫
이 제7 실시 형태의 변형예 1에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 1에서는, 프레임 영역(50b) 및 차광 영역(50c)의 모재(51F)는 개구 영역(50a)보다 두께가 큰데다가, 또한 고융점 금속을 포함하는 중간층(56)을 갖기 때문에, 절연층(45)과의 밀착성이 강해진다. 그 때문에, 제7 실시 형태의 플라스몬 필터(50E)와 비교하여, 더욱 스트레스 마이그레이션 발생을 억제할 수 있다. 이에 의해, 프레임 영역(50b) 및 차광 영역(50c)의 결함 형성이나 변형의 발생을 억제할 수 있다.
[제7 실시 형태의 변형예 2]
도 28에 도시하는 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 2에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제7 실시 형태의 변형예 2에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 모재(51G)의 제2 영역(50e)이 제1 도체층(55)과 보강층(58) 사이에 중간층(56)을 갖는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제7 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<플라스몬 필터>
플라스몬 필터(50G)의 평면도는, 이미 설명한 도 23a의 평면도와 마찬가지이며, 부호(50E)를 부호(50G), 부호(51E)를 부호(51G)로 바꿔 부르면 된다. 또한, 도 28은, 도 23a의 C-C 단면도를 따라서 단면으로 보았을 때의 단면 구성을 도시하는 도면이다. 플라스몬 필터(50G)는 모재(51G)를 구비한다. 모재(51G)는 제1 도체층(55)과, 보강층(58)과, 제1 도체층(55)과 보강층(58) 사이에 마련된 중간층(56)을 포함한다. 중간층(56)을 구성하는 재료는, 제1 도체층(55) 및 보강층(58)을 구성하는 재료보다 강성이 높은 것이 바람직하다. 중간층(56)은 제1 도체층(55)을 구성하는 재료의 산화물로 구성되어 있다. 제7 실시 형태의 변형예 2에서는, 중간층(56)이 산화알루미늄(Al2O3)으로 구성되어 있는 것으로 하여 설명한다.
모재(51G)의 개구 영역(50a)(제1 영역)은 제1 도체층(55)과, 보강층(58)과, 중간층(56) 중, 제1 도체층(55)만을 포함하고 있다. 즉, 모재(51G)의 개구 영역(50a)(제1 영역)은 중간층(56)을 포함하지 않는다. 또한, 모재(51G)의 제2 영역(50e)은 제1 도체층(55)과, 보강층(58)과, 중간층(56)의 모든 층을 포함하고 있다.
≪광 검출 장치의 제조 방법≫
이하, 도 29a부터 도 29f까지를 참조하여, 광 검출 장치(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 또한, 여기에서는 간략화를 위해서, 제1 영역인 개구 영역(50a)과, 제2 영역(50e)을 대표하는 차광 영역(50c)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 도 29a에 나타내는 바와 같이, 준비한 기판(60)의 절연층(45)에, 보강층(58)을 구성하는 재료를 포함하는 막(58m)을 성막한다. 그리고, 막(58m)에, 중간층(56)을 구성하는 재료를 포함하는 막(56m)을 성막한다. 보다 구체적으로는, 막(58m)의 절연층(45) 측의 면과는 반대측의 면에, 막(56m)을 성막한다. 막(56m)은, 막(58m)의 절연층(45) 측의 면과는 반대측의 면을 산화시킴으로써 성막해도 된다. 예를 들어, 막(58m)을 산소 분위기에서 가열해도 되고, 막(58m)에 산소 플라스마를 조사하여 성막해도 된다. 또한, 막(56m)은, 막(58m)의 절연층(45) 측의 면과는 반대측의 면에, 산화알루미늄(Al2O3) CVD 등으로 적층함으로써 성막되어도 된다.
이어서, 도 29b에 나타내는 바와 같이, 공지된 리소그래피 기술을 사용하여 막(56m)에 레지스트 패턴(62)을 적층한다. 레지스트 패턴(62)은 차광 영역(50c)을 덮도록 적층된다. 그리고, 도 29c에 나타내는 바와 같이, 레지스트 패턴(62)을 마스크로 하여, 노출된 부분의 막(56m)부터 막(58m)까지를 건식 에칭에 의해 제거한다. 여기에서 제거되는 것은, 개구 영역(50a)에 상당하는 부분의 막(56m) 및 막(58m)이다.
그리고, 약액 세정으로 레지스트 패턴(62)이나 가공 잔사를 박리한 후, 도 29d에 나타내는 바와 같이, 제1 도체층(55)을 구성하는 재료를 포함하는 막(55m)을, 개구 영역(50a)과 차광 영역(50c)의 양쪽에 성막한다. 이 공정에 의해, 개구 영역(50a)에 막(58m)과 막(56m)과 막(55m) 중의 막(55m)만이 성막된 상태, 또한, 차광 영역(50c)에 막(58m)과 막(56m)과 막(55m)의 모든 막이 그 순으로 적층된 상태로 된다.
그리고, 도 29e에 나타내는 바와 같이, 공지된 리소그래피 기술을 사용하여 막(55m)에 레지스트 패턴(63)을 적층한다. 그리고, 도 29f에 나타내는 바와 같이, 레지스트 패턴(63)을 마스크로 하여, 마스크로부터 노출된 부분의 막을 건식 에칭에 의해 제거한다. 보다 구체적으로는, 개구 영역(50a)에 적층된 막(55m)이 선택적으로 제거되어, 개구부(53)가 형성된다. 그 후, 약액 세정으로 레지스트 패턴(63)이나 가공 잔사를 박리한다. 이에 의해, 플라스몬 필터(50G)가 형성된다.
≪제7 실시 형태의 변형예 2의 주된 효과≫
이 제7 실시 형태의 변형예 2에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 2에서는, 프레임 영역(50b) 및 차광 영역(50c)의 모재(51G)는 개구 영역(50a)보다 두께가 큰데다가, 또한 제1 도체층(55)과 보강층(58) 사이에 산화알루미늄으로 구성된 중간층(56)을 갖는다. 산화알루미늄은 열적으로 안정되고, 고온에서도 변형되기 어렵기 때문에, 제7 실시 형태의 플라스몬 필터(50E)와 비교하여, 또한 스트레스 마이그레이션 발생을 억제할 수 있다. 이에 의해, 프레임 영역(50b) 및 차광 영역(50c)의 결함 형성이나 변형의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 중간층(56)은 제1 도체층(55) 및 보강층(58)보다 융점 및 강성이 높은 고융점 금속, 고융점 금속의 질화물, 고융점 금속의 산화물, 고융점 금속의 탄화물, 고융점 금속을 포함하는 합금, 합금의 질화물, 합금의 산화물 및 합금의 탄화물 중 어느 것으로 구성되어 있어도 된다.
[제7 실시 형태의 변형예 3]
도 30에 도시하는 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 3에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제7 실시 형태의 변형예 3에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 모재(51H)의 제1 도체층(55)과 보강층(58)이 다른 재료로 구성되어 있는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제7 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<플라스몬 필터>
플라스몬 필터(50H)의 평면도는, 이미 설명한 도 23a의 평면도와 마찬가지이며, 부호(50E)를 부호(50H), 부호(51E)를 부호(51H)로 바꿔 부르면 된다. 또한, 도 30은, 도 23a의 C-C 단면도를 따라서 단면으로 보았을 때의 단면 구성을 도시하는 도면이다. 플라스몬 필터(50H)는 모재(51H)를 구비한다. 모재(51H)는 제1 도체층(55)과, 보강층(58)을 포함한다. 제1 도체층(55)과 보강층(58)은, 다른 재료로 구성되어 있다. 제1 도체층(55)은 가공하기 쉽고, 전기 전도성이 좋고, 플라스몬 반응이 일어나기 쉬운 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 보강층(58)은 제1 도체층(55)보다, 예를 들어 내열성이 높고(융점이 높다) 또한 강성이 높은 재료로 구성되어 있다. 이에 의해, 마이그레이션의 발생을 억제할 수 있다.
모재(51H)의 개구 영역(50a)(제1 영역)은 제1 도체층(55)과 보강층(58) 중, 제1 도체층(55)만을 포함하고 있다. 또한, 모재(51H)의 제2 영역(50e)은 제1 도체층(55)과 보강층(58)의 양쪽의 층을 포함하고 있다.
본 제7 실시 형태의 변형예 3에서는, 일례로서, 제1 도체층(55)이 알루미늄으로 구성되고, 보강층(58)이 알루미늄에 대하여 다른 금속을 첨가한 알루미늄 합금으로 구성되어 있다. 보강층(58)은 예를 들어, 알루미늄에 대하여 구리 등의 금속을 첨가한 합금으로 구성되어 있어도 되고, 또한, 예를 들어, 알루미늄에 대하여 고융점 금속, 고융점 금속의 질화물, 고융점 금속의 산화물, 또는 고융점 금속의 탄화물을 첨가한 알루미늄 합금으로 구성되어 있어도 된다. 또한, 고융점 금속은 이미 설명한 바와 같다.
≪광 검출 장치의 제조 방법≫
본 제7 실시 형태의 변형예 3에 관계되는 광 검출 장치(1)의 제조 방법에 대해서는, 제7 실시 형태의 도 24a부터 도 24e까지 나타낸 공정과 마찬가지이다. 도 24a부터 도 24e까지에 있어서, 막(58m)이 상술한 알루미늄 합금에 의해 구성되고, 막(55m)이 알루미늄에 의해 합성되어 있는 것으로 바꿔 읽으면 된다.
≪제7 실시 형태의 변형예 3의 주된 효과≫
이 제7 실시 형태의 변형예 3에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 본 제7 실시 형태의 변형예 3에 관계되는 광 검출 장치(1)에서는, 실제로 필터로서 기능하는 개구 영역(50a)(제1 영역)과, 제2 영역(50e)에 포함되는 개구 영역(50a)(제1 영역)과 제2 영역(50e) 중 제2 영역(50e)에만 포함되는 보강층(58)이 제1 도체층(55)보다 내열성 및 강성이 높은 재료로 구성되어 있으므로, 보다 스트레스 마이그레이션 발생을 억제할 수 있다.
또한, 개구 영역(50a)(제1 영역)에 있어서의 플라스몬 공명의 효율 및 가공의 용이함을 양립할 수 있다.
본 제7 실시 형태의 변형예 3에서는, 일례로서, 알루미늄에 의해 제1 도체층(55)을 구성하고, 알루미늄 기타의 금속을 첨가한 알루미늄 합금에 의해 보강층(58)을 구성한 예에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 보강층(58)이 제1 도체층(55)보다 내열성 및 강성이 높은 재료로 구성되어 있으면 된다. 제1 도체층(55)은 다른 금속, 예를 들어 알루미늄에 0.5중량％의 구리를 첨가한 알루미늄 합금으로 구성되어 있어도 된다. 또한, 예를 들어, 보강층(58)이 고융점 금속, 고융점 금속의 질화물, 고융점 금속의 산화물, 또는 고융점 금속의 탄화물로 구성되어 있어도 된다.
[제7 실시 형태의 변형예 4]
도 31a 및 도 31b에 나타내는 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 4에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제7 실시 형태의 변형예 4에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 도체층을 포함하는 광학 소자로서, 플라스몬 필터 대신에 와이어 그리드 편광자(50I)를 갖는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제7 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<와이어 그리드 편광자>
와이어 그리드 편광자(50I)는 모재(51I)를 구비한다. 모재(51I)는 제1 도체층(55)과, 보강층(58)을 포함한다. 모재(51H)의 개구 영역(50a)(제1 영역)은 제1 도체층(55)과 보강층(58) 중, 제1 도체층(55)만을 포함하고 있다. 또한, 모재(51H)의 제2 영역(50e)은 제1 도체층(55)과 보강층(58)의 양쪽의 층을 포함하고 있다.
개구 배열(52)은 반도체층(20)의 두께 방향으로 모재(51I)를 관통하는 홈인 개구부(53)를 포함한다. 또한, 개구 배열(52)은 인접하는 2개의 개구부(53)의 사이에, 모재(51I)를 포함하는 부분(본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 4에서는, 띠상 도체라고 칭한다)(54)을 갖고 있다. 띠상 도체(54)는 제1 도체층(55)에 의해 구성되어 있다.
≪제7 실시 형태의 변형예 4의 주된 효과≫
이 제7 실시 형태의 변형예 4에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 띠상 도체(54)는 상술한 제2 실시 형태에서 설명한 띠상 도체(54)와 동일한 구성을 갖고 있어도 된다.
[제7 실시 형태의 변형예 5]
도 32에 나타내는 본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 5에 대해서, 이하에 설명한다. 본 제7 실시 형태의 변형예 5에 관계되는 광 검출 장치(1)가 상술한 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 상이한 것은, 모재(51J)가 반도체층(20) 측으로부터 보강층(58)과, 제1 도체층(55)과, 중간층(56)과, 제2 도체층(57)을 포함하는 점이며, 그 이외의 광 검출 장치(1)의 구성은, 기본적으로 상술한 제7 실시 형태의 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 그의 설명을 생략한다.
<플라스몬 필터>
본 기술의 제7 실시 형태의 변형예 5는, 제7 실시 형태에 상술한 제1 실시 형태를 조합한 실시 형태이다. 플라스몬 필터(50J)의 평면도는, 이미 설명한 도 23a의 평면도와 마찬가지이며, 부호(50E)를 부호(50J), 부호(51E)를 부호(51J)로 바꿔 부르면 된다. 또한, 도 32는, 도 23a의 C-C 단면도를 따라서 단면으로 보았을 때의 단면 구성을 도시하는 도면이다. 플라스몬 필터(50J)는 모재(51J)를 구비한다. 모재(51J)는 반도체층(20) 측으로부터 보강층(58)과, 제1 도체층(55)과, 중간층(56)과, 제2 도체층(57)을 구비한 적층 구조를 갖는다. 제2 도체층(57) 및 중간층(56)은 상술한 제1 실시 형태에 있어서 설명한 대로이다.
모재(51G)의 개구 영역(50a)(제1 영역)은 상술한 적층 구조 중, 제1 도체층(55), 중간층(56) 및 제2 도체층(57)만을 포함하고 있다. 즉, 모재(51G)의 개구 영역(50a)은 보강층(58)을 포함하지 않는다. 또한, 모재(51J)의 제2 영역(50e)은 적층 구조를 구성하는 모든 층을 포함하고 있다.
≪광 검출 장치의 제조 방법≫
본 제7 실시 형태의 변형예 5에 관계되는 광 검출 장치(1)의 제조 방법에 대해서는 설명한다. 보강층(58)의 형성에 대해서는, 제7 실시 형태에 있어서 설명한 대로이다. 그 이후에는, 제1 실시 형태에 있어서 설명한 공정과 마찬가지의 공정을 행하면 된다.
≪제7 실시 형태의 변형예 5의 주된 효과≫
이 제7 실시 형태의 변형예 5에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제7 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 이 제7 실시 형태의 변형예 5에 관계되는 광 검출 장치(1)여도, 상술한 제1 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
[제8 실시 형태]
<전자 기기에의 응용예>
이어서, 도 33에 나타내는 본 기술의 제8 실시 형태에 관계되는 전자 기기에 대하여 설명한다. 제8 실시 형태에 관계되는 전자 기기(100)는 광 검출 장치(고체 촬상 장치)(101)와, 광학 렌즈(102)와, 셔터 장치(103)와, 구동 회로(104)와, 신호 처리 회로(105)를 구비하고 있다. 제8 실시 형태의 전자 기기(100)는 광 검출 장치(101)로서, 상술한 광 검출 장치(1)를 전자 기기(예를 들어, 카메라)에 사용한 경우의 실시 형태를 나타낸다.
광학 렌즈(광학계)(102)는, 피사체로부터의 상광(입사광(106))을 광 검출 장치(101)의 촬상면 상에 결상시킨다. 이에 의해, 광 검출 장치(101) 내에 일정 기간에 걸쳐 신호 전하가 축적된다. 셔터 장치(103)는 광 검출 장치(101)에의 광 조사 기간 및 차광 기간을 제어한다. 구동 회로(104)는 광 검출 장치(101)의 전송 동작 및 셔터 장치(103)의 셔터 동작을 제어하는 구동 신호를 공급한다. 구동 회로(104)로부터 공급되는 구동 신호(타이밍 신호)에 의해, 광 검출 장치(101)의 신호 전송을 행한다. 신호 처리 회로(105)는 광 검출 장치(101)로부터 출력되는 신호(화소 신호)에 각종 신호 처리를 행한다. 신호 처리가 행해진 영상 신호는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되거나, 혹은 모니터로 출력된다.
이와 같은 구성에 의해, 제8 실시 형태의 전자 기기(100)에서는, 광 검출 장치(101)에 있어서 스트레스 마이그레이션의 발생 억제가 도모되기 때문에, 영상 신호의 화질의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 제1 내지 제7의 어느 실시 형태에 관계되는 광 검출 장치(1)를 적용할 수 있는 전자 기기(100)로서는, 카메라에 한정되는 것은 아니며, 다른 전자 기기에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 휴대 전화기 등의 모바일 기기 대상 카메라 모듈 등의 촬상 장치에 적용해도 된다.
또한, 제8 실시 형태에서는, 광 검출 장치(101)로서, 제1 실시 형태 내지 제7 실시 형태까지의 어느 실시 형태 및 그의 변형예에 관계되는 광 검출 장치(1), 또는 제1 실시 형태 내지 제7 실시 형태까지의 실시 형태 및 그의 변형예 중 적어도 2개의 형태의 조합에 관계되는 광 검출 장치(1)를 전자 기기에 사용할 수 있다.
[그 밖의 실시 형태]
상기한 바와 같이 본 기술은 제1 실시 형태 내지 제8 실시 형태까지에 의해 기재했지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 기술을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 여러가지 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명확해질 것이다.
예를 들어, 제1 실시 형태 내지 제7 실시 형태까지의 실시 형태 및 그의 변형예 중 적어도 2개의 형태를 조합해도 된다. 보다 구체적으로는, 예를 들어, 제3 실시 형태에 기재된 GMR 컬러 필터를, 제7 실시 형태 및 그의 변형예에 기재된 광학 소자에 적용하는 등, 각각의 기술적 사상을 따른 여러가지 조합이 가능하다.
이와 같이, 본 기술은 본 명세서에서는 기재하고 있지 않은 여러가지 실시 형태 등을 포함하는 것은 물론이다. 따라서, 본 기술의 기술적 범위는 상기 설명으로부터 타당한 특허 청구 범위에 기재된 발명 특정 사항에 의해서만 정해지는 것이다.
또한, 본 기술은, 상술한 이미지 센서로서의 고체 촬상 장치 외에, ToF(Time of Flight) 센서라고도 불리는 거리를 측정하는 측거 센서 등도 포함하는 광 검출 장치 전반에 적용할 수 있다. 측거 센서는, 물체를 향하여 조사광을 발광하고, 그 조사광이 물체의 표면에서 반사되어 돌아오는 반사광을 검출하고, 조사광이 발광되고 나서 반사광이 수광될 때까지의 비행 시간에 기초하여 물체까지의 거리를 산출하는 센서이다. 이 측거 센서의 수광 화소 구조로서, 상술한 화소 2의 구조를 채용할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며 한정되는 것은 아니고, 또한 다른 효과가 있어도 된다.
또한, 본 기술은, 이하와 같은 구성으로 해도 된다.
(1)
광전 변환부를 갖는 반도체층과,
모재 및 상기 모재에 형성된 개구 배열을 갖고, 상기 개구 배열에 의해 선택된 광을 상기 광전 변환부에 공급하고, 평면으로 보아 상기 광전 변환부에 겹치도록 배치된 광학 소자를 구비하고,
상기 모재는, 상기 반도체층 측으로부터 제1 도체층과, 중간층과, 제2 도체층을 구비한 적층 구조를 갖는
광 검출 장치.
(2)
상기 중간층을 구성하는 재료는, 상기 제1 도체층 및 상기 제2 도체층을 구성하는 재료보다 강성이 높은, (1)에 기재된 광 검출 장치.
(3)
상기 중간층은, 상기 제1 도체층을 구성하는 재료의 산화물, 상기 제1 도체층 및 상기 제2 도체층보다 융점이 높은 고융점 금속, 상기 고융점 금속의 질화물, 상기 고융점 금속의 산화물, 상기 고융점 금속의 탄화물, 상기 고융점 금속을 포함하는 합금, 상기 합금의 질화물, 상기 합금의 산화물 및 상기 합금의 탄화물 중 어느 것으로 구성되어 있는, (1) 또는 (2)에 기재된 광 검출 장치.
(4)
상기 고융점 금속은, 티타늄, 탄탈, 텅스텐, 코발트, 몰리브덴, 또는 하프늄인, (3)에 기재된 광 검출 장치.
(5)
상기 제1 도체층 및 상기 제2 도체층의 각각은, 금속 재료 또는 유기 도전막으로 구성되어 있는, (1) 내지 (4)의 어느 것에 기재된 광 검출 장치.
(6)
상기 중간층의 두께는, 1㎚ 이상 50㎚ 이하인, (1) 내지 (5)의 어느 것에 기재된 광 검출 장치.
(7)
상기 광학 소자는, 표면 플라스몬 공명을 이용한 컬러 필터, 와이어 그리드 편광자 및 GMR 컬러 필터의 어느 것인, (1) 내지 (6)의 어느 것에 기재된 광 검출 장치.
(8)
상기 광학 소자는, 표면 플라스몬 공명을 이용한 컬러 필터이며,
상기 제1 도체층 및 상기 제2 도체층 중 적어도 상기 제1 도체층은, 상기 중간층 측과 반대측의 면으로부터 두께 방향으로 적어도 50㎚까지의 부분이며 또한 상기 중간층을 구성하는 재료가 확산되어 있지 않은 제1 부분과, 상기 중간층에 접하고, 상기 중간층을 구성하는 재료가 확산되어 있는 제2 부분을 갖는 (1) 내지 (6)의 어느 것에 기재된 광 검출 장치.
(9)
광 검출 장치와, 상기 광 검출 장치에 피사체로부터의 상광을 결상시키는 광학계를 구비하고,
상기 광 검출 장치는,
광전 변환부를 갖는 반도체층과,
모재 및 상기 모재에 형성된 개구 배열을 갖고, 상기 개구 배열에 의해 선택된 광을 상기 광전 변환부에 공급하고, 평면으로 보아 상기 광전 변환부에 겹치도록 배치된 광학 소자를 갖고,
상기 모재는, 상기 반도체층 측으로부터 제1 도체층과, 중간층과, 제2 도체층을 구비한 적층 구조를 갖는
전자 기기.
(10)
광전 변환부를 갖는 반도체층과,
도체층을 포함하는 모재 및 상기 모재에 형성된 개구 배열을 갖고, 상기 개구 배열에 의해 선택된 광을 상기 광전 변환부에 공급하고, 평면으로 보아 상기 광전 변환부에 겹치도록 배치된 광학 소자를 구비하고,
상기 모재는, 평면으로 보아, 상기 개구 배열이 마련된 제1 영역과, 상기 개구 배열이 마련되어 있지 않은 제2 영역을 갖고,
상기 모재의 두께는, 상기 제2 영역의 두께쪽이 상기 제1 영역의 두께보다 큰,
광 검출 장치.
(11)
상기 제2 영역의 두께는, 상기 제1 영역의 두께 1.5배 이상 3배 이하인, (10)에 기재된 광 검출 장치.
(12)
상기 모재는, 제1 도체층과, 상기 제1 도체층 및 상기 반도체층의 사이에 위치하는 보강층을 포함하고,
상기 제1 영역은, 상기 제1 도체층과 상기 보강층 중 상기 제1 도체층만을 포함하고,
상기 제2 영역은, 상기 제1 도체층과 상기 보강층의 양쪽을 포함하는, (10) 또는 (11)에 기재된 광 검출 장치.
(13)
상기 보강층의 두께는, 30㎚ 이상 400㎚ 이하인, (12)에 기재된 광 검출 장치.
(14)
상기 제2 영역은, 상기 보강층의 상기 제1 도체층 측과 반대측의 면에 접하는 중간층을 포함하고, 상기 제1 영역은, 상기 중간층을 포함하지 않는, (12) 또는 (13)에 기재된 광 검출 장치.
(15)
상기 제2 영역은, 상기 제1 도체층과 상기 보강층 사이에 중간층을 포함하고, 상기 제1 영역은, 상기 중간층을 포함하지 않는, (12) 또는 (13)에 기재된 광 검출 장치.
(16)
상기 중간층을 구성하는 재료는, 상기 제1 도체층 및 상기 보강층을 구성하는 재료보다 강성이 높은, (14) 또는 (15)에 기재된 광 검출 장치.
(17)
상기 보강층과 상기 제1 도체층은, 다른 재료로 구성되어 있고, 상기 보강층을 구성하는 재료는, 상기 제1 도체층을 구성하는 재료보다 강성이 높은, (12) 또는 (13)에 기재된 광 검출 장치.
(18)
상기 모재는, 상기 반도체층 측으로부터 보강층과, 제1 도체층과, 중간층과, 제2 도체층을 구비한 적층 구조를 갖고,
상기 제2 영역을 구성하는 상기 모재는, 상기 적층 구조를 구성하는 모든 층을 포함하고,
상기 제1 영역을 구성하는 상기 모재는, 상기 적층 구조 중, 상기 제1 도체층, 상기 중간층 및 상기 제2 도체층만을 포함하는, (10), (11), (13), 또는 (17)에 기재된 광 검출 장치.
(19)
상기 제2 영역은, 인접하는 상기 개구 배열 사이의 프레임 영역과 복수의 상기 개구 배열이 마련된 영역을 둘러싸는 차광 영역 중 적어도 한쪽인, (10) 내지 (18)의 어느 것에 기재된 광 검출 장치.
(20)
광 검출 장치와, 상기 광 검출 장치에 피사체로부터의 상광을 결상시키는 광학계를 구비하고,
상기 광 검출 장치는,
광전 변환부를 갖는 반도체층과,
도체층을 포함하는 모재 및 상기 모재에 형성된 개구 배열을 갖고, 상기 개구 배열에 의해 선택된 광을 상기 광전 변환부에 공급하고, 평면으로 보아 상기 광전 변환부에 겹치도록 배치된 광학 소자를 갖고,
상기 모재는, 평면으로 보아, 상기 개구 배열이 마련된 제1 영역과, 상기 개구 배열이 마련되어 있지 않은 제2 영역을 갖고,
상기 모재의 두께는, 상기 제2 영역의 두께쪽이 상기 제1 영역의 두께보다 큰,
전자 기기.
1: 광 검출 장치
2: 반도체 칩
2A: 화소 영역
2B: 주변 영역
3: 화소
4: 수직 구동 회로
5: 칼럼 신호 처리 회로
6: 수평 구동 회로
7: 출력 회로
8: 제어 회로
10: 화소 구동선
11: 수직 신호선
12: 수평 신호선
13: 으로직 회로
14: 본딩 패드
15: 읽어내기 회로
20: 반도체층
20a: 광전 변환 영역
20b: 소자 분리부
20a: 광전 변환 영역(소자 형성 영역)
20b, 20b1: 소자 분리부
20c: 홈
21: 광전 변환부
30: 배선층
31: 배선
41: 지지 기판
42, 42a, 42b: 고정 전하막
43, 45, 46: 절연층
44: 차광 메탈
47: 패시베이션막
48: 온 칩 렌즈
50, 50A, 50B, 50E, 50F, 50G, 50H, 50J: 플라스몬 필터
50a: 개구 영역(제1 영역)
50b: 프레임 영역
50c: 차광 영역
50d: 영역
50e: 제2 영역
50C, 50I: 와이어 그리드 편광자
50D: GMR 컬러 필터
51, 51C, 51D, 51E, 51F, 51G, 51H, 51I, 51J: 모재
51S1: 상면
51S2: 하면
52: 개구 배열
53: 개구부
54: 띠상 도체
55: 제1 도체층
55a: 제1 부분
55b: 제2 부분
56: 중간층
57: 제2 도체층
57a: 제1 부분
57b: 제2 부분
58: 보강층
59D: 도파로
60: 기판
100: 전자 기기
101: 광 검출 장치
102: 광학계(광학 렌즈)
103: 셔터 장치
104: 구동 회로
105: 신호 처리 회로
106: 입사광

Claims (20)

  1. 광전 변환부를 갖는 반도체층과,
    모재 및 상기 모재에 형성된 개구 배열을 갖고, 상기 개구 배열에 의해 선택된 광을 상기 광전 변환부에 공급하고, 평면으로 보아 상기 광전 변환부에 겹치도록 배치된 광학 소자를 구비하고,
    상기 모재는, 상기 반도체층 측으로부터 제1 도체층과, 중간층과, 제2 도체층을 구비한 적층 구조를 갖는
    광 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중간층을 구성하는 재료는, 상기 제1 도체층 및 상기 제2 도체층을 구성하는 재료보다 강성이 높은, 광 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중간층은, 상기 제1 도체층을 구성하는 재료의 산화물, 상기 제1 도체층 및 상기 제2 도체층보다 융점이 높은 고융점 금속, 상기 고융점 금속의 질화물, 상기 고융점 금속의 산화물, 상기 고융점 금속의 탄화물, 상기 고융점 금속을 포함하는 합금, 상기 합금의 질화물, 상기 합금의 산화물 및 상기 합금의 탄화물 중 어느 것으로 구성되어 있는, 광 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고융점 금속은, 티타늄, 탄탈, 텅스텐, 코발트, 몰리브덴, 또는 하프늄인, 광 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 도체층 및 상기 제2 도체층의 각각은, 금속 재료 또는 유기 도전막으로 구성되어 있는, 광 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 중간층의 두께는, 1㎚ 이상 50㎚ 이하인, 광 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광학 소자는, 표면 플라스몬 공명을 이용한 컬러 필터, 와이어 그리드 편광자 및 GMR 컬러 필터의 어느 것인, 광 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광학 소자는, 표면 플라스몬 공명을 이용한 컬러 필터이며,
    상기 제1 도체층 및 상기 제2 도체층 중 적어도 상기 제1 도체층은, 상기 중간층 측과 반대측의 면으로부터 두께 방향으로 적어도 50㎚까지의 부분이며 또한 상기 중간층을 구성하는 재료가 확산되어 있지 않은 제1 부분과, 상기 중간층에 접하고, 상기 중간층을 구성하는 재료가 확산되어 있는 제2 부분을 갖는 광 검출 장치.
  9. 광 검출 장치와, 상기 광 검출 장치에 피사체로부터의 상광을 결상시키는 광학계를 구비하고,
    상기 광 검출 장치는,
    광전 변환부를 갖는 반도체층과,
    모재 및 상기 모재에 형성된 개구 배열을 갖고, 상기 개구 배열에 의해 선택된 광을 상기 광전 변환부에 공급하고, 평면으로 보아 상기 광전 변환부에 겹치도록 배치된 광학 소자를 갖고,
    상기 모재는, 상기 반도체층 측으로부터 제1 도체층과, 중간층과, 제2 도체층을 구비한 적층 구조를 갖는
    전자 기기.
  10. 광전 변환부를 갖는 반도체층과,
    도체층을 포함하는 모재 및 상기 모재에 형성된 개구 배열을 갖고, 상기 개구 배열에 의해 선택된 광을 상기 광전 변환부에 공급하고, 평면으로 보아 상기 광전 변환부에 겹치도록 배치된 광학 소자를 구비하고,
    상기 모재는, 평면으로 보아, 상기 개구 배열이 마련된 제1 영역과, 상기 개구 배열이 마련되어 있지 않은 제2 영역을 갖고,
    상기 모재의 두께는, 상기 제2 영역의 두께쪽이 상기 제1 영역의 두께보다 큰,
    광 검출 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 영역의 두께는, 상기 제1 영역의 두께 1.5배 이상 3배 이하인, 광 검출 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 모재는, 제1 도체층과, 상기 제1 도체층 및 상기 반도체층의 사이에 위치하는 보강층을 포함하고,
    상기 제1 영역은, 상기 제1 도체층과 상기 보강층 중 상기 제1 도체층만을 포함하고,
    상기 제2 영역은, 상기 제1 도체층과 상기 보강층의 양쪽을 포함하는, 광 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 보강층의 두께는, 30㎚ 이상 400㎚ 이하인, 광 검출 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제2 영역은, 상기 보강층의 상기 제1 도체층 측과 반대측의 면에 접하는 중간층을 포함하고, 상기 제1 영역은, 상기 중간층을 포함하지 않는, 광 검출 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제2 영역은, 상기 제1 도체층과 상기 보강층 사이에 중간층을 포함하고, 상기 제1 영역은, 상기 중간층을 포함하지 않는, 광 검출 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 중간층을 구성하는 재료는, 상기 제1 도체층 및 상기 보강층을 구성하는 재료보다 강성이 높은, 광 검출 장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 보강층과 상기 제1 도체층은, 다른 재료로 구성되어 있고, 상기 보강층을 구성하는 재료는, 상기 제1 도체층을 구성하는 재료보다 강성이 높은, 광 검출 장치.
  18. 제10항에 있어서, 상기 모재는, 상기 반도체층 측으로부터 보강층과, 제1 도체층과, 중간층과, 제2 도체층을 구비한 적층 구조를 갖고,
    상기 제2 영역을 구성하는 상기 모재는, 상기 적층 구조를 구성하는 모든 층을 포함하고,
    상기 제1 영역을 구성하는 상기 모재는, 상기 적층 구조 중, 상기 제1 도체층, 상기 중간층 및 상기 제2 도체층만을 포함하는, 광 검출 장치.
  19. 제10항에 있어서, 상기 제2 영역은, 인접하는 상기 개구 배열 사이의 프레임 영역과 복수의 상기 개구 배열이 마련된 영역을 둘러싸는 차광 영역 중 적어도 한쪽인, 광 검출 장치.
  20. 광 검출 장치와, 상기 광 검출 장치에 피사체로부터의 상광을 결상시키는 광학계를 구비하고,
    상기 광 검출 장치는,
    광전 변환부를 갖는 반도체층과,
    도체층을 포함하는 모재 및 상기 모재에 형성된 개구 배열을 갖고, 상기 개구 배열에 의해 선택된 광을 상기 광전 변환부에 공급하고, 평면으로 보아 상기 광전 변환부에 겹치도록 배치된 광학 소자를 갖고,
    상기 모재는, 평면으로 보아, 상기 개구 배열이 마련된 제1 영역과, 상기 개구 배열이 마련되어 있지 않은 제2 영역을 갖고,
    상기 모재의 두께는, 상기 제2 영역의 두께쪽이 상기 제1 영역의 두께보다 큰,
    전자 기기.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017076683A (ja) 2015-10-14 2017-04-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子及びその製造方法、並びに、撮像装置及びその製造方法
JP2018098641A (ja) 2016-12-13 2018-06-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 画像処理装置、画像処理方法、プログラム、および電子機器
JP2018195908A (ja) 2017-05-15 2018-12-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、撮像素子の製造方法、電子機器、及び、撮像モジュール

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5682312B2 (ja) * 2011-01-05 2015-03-11 ソニー株式会社 固体撮像装置の製造方法
CN103502798A (zh) * 2011-04-05 2014-01-08 集成等离子光子学公司 集成等离子激元感测装置和设备
JP2019040965A (ja) * 2017-08-24 2019-03-14 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
JP2019179783A (ja) * 2018-03-30 2019-10-17 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子
US10490585B1 (en) * 2018-05-14 2019-11-26 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging pixels with plasmonic color filter elements

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017076683A (ja) 2015-10-14 2017-04-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子及びその製造方法、並びに、撮像装置及びその製造方法
JP2018098641A (ja) 2016-12-13 2018-06-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 画像処理装置、画像処理方法、プログラム、および電子機器
JP2018195908A (ja) 2017-05-15 2018-12-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、撮像素子の製造方法、電子機器、及び、撮像モジュール

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