WO2015025637A1 - 光電変換装置およびその製造方法 - Google Patents

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metal
light
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夏秋　和弘
雅代 内田
瀧本　貴博
信義 粟屋
数也 石原
貴司 中野
満 名倉
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Definitions

  • the present invention relates to a photoelectric conversion device such as a color sensor and a manufacturing method thereof.
  • the human eye does not feel much color change even when the color temperature of the room lighting is different, and this characteristic is generally called chromatic adaptation. For example, when entering a yellowish (low color temperature) incandescent room from a bluish (high color temperature) fluorescent room, the white walls of the room initially appear yellowish. However, after a while, the wall that looked yellowish appears white.
  • the ambient lighting changes from moment to moment depending on the viewing location, so the color temperature is automatically adjusted like a color sensor. Sensors that detect the inequality are becoming more important.
  • This color sensor is configured by separately sensing the spectrum of R (red), G (green), and B (blue) in the visible light region from ambient light.
  • the color sensor is referred to as an RGB sensor.
  • RGB sensor a plurality of photoelectric conversion elements are used to sense ambient light, and a device that becomes the photoelectric conversion elements is generally constituted by a photodiode.
  • the photodiode itself cannot identify the color and can only detect the intensity of light (light quantity). Therefore, when an image is converted into an electrical signal, a color filter is placed on each photodiode to identify the color, and each of the three primary colors of light R (red), G (green), and B is applied to each photodiode. A color signal is acquired from the photodiode by detecting the amount of (blue) light.
  • the optical wavelength selective filter having this structure uses an abnormal transmission phenomenon of light due to surface plasmon resonance excited by incident light.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11-72607
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11-72607
  • FIG. 8 a thin metal film 501 having a thickness of about 50 to 200 nm is formed, and holes finer than the transmission wavelength are formed in the metal film 501.
  • FIG. 9 shows a spectral waveform that is transmitted when light enters the filter layer 500.
  • the film and the insulating film have a single structure (uniformity of physical properties such as material and refractive index, uniformity of hole pitch and shape).
  • Au, Ag, Al or the like is used as the metal material.
  • Non-Patent Document 1 (Focus 26 ⁇ 3rd> Development of a color filter using surface plasmon resonance, NIMS, Toyota Central R & D Laboratories) A pitch is required.
  • the pitch between the holes 502, 502, 502... Needs to be about 260 nm, as shown in FIG. The thickness needs to be about 80 to 180 nm.
  • a pitch between the holes 502, 502, 502... Of about 260 nm is necessary for blue light transmission as described above.
  • an N-type impurity layer such as phosphorus is introduced onto the P-type silicon substrate by ion implantation or the like to form the photoelectric conversion element.
  • an electrode is formed of an AlCu material through an insulating film such as SiO 2 , and then SiO 2 is formed again and planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like.
  • an Al material is formed to a thickness of about 150 nm using a sputtering apparatus, and a resist or the like is further coated thereon. This resist is exposed with an exposure apparatus such as a scanner using a mask with a hole array pattern, developed, and then etched with an etching facility to complete patterning.
  • the hole array is densely formed as shown in FIG. 10 to form the holes 502, the conditions must be carefully determined more than normal exposure. For example, when a large number of holes are adjacent to each other at a short distance such as a hole diameter of 100 nm or less and a pitch of 200 nm, a normal mask as shown in FIG. There was a problem that development was not possible. Therefore, a halftone mask or the like as shown in FIG. 14 is used. However, when the distance is closer, the mutual influence is still exerted. For this reason, the conditions are often determined in consideration of this mutual influence.
  • FIG. 11 shows an example of the opening shape when exposure is performed under such non-uniform conditions.
  • the hole diameter of the outer peripheral portion (and its surroundings) that is not surrounded by holes is processed to be small because there are no surrounding holes that are subject to interference.
  • holes are processed by generating plasma in a reactive gas atmosphere by etching equipment and etching the metal film.
  • the etching varies due to the density of the pattern. This phenomenon is called microloading effect.
  • the etching rate is higher in the rough portion than in the dense portion.
  • an increase in the contributed radical consumption and a decrease in the sidewall protective film formed of carbon, oxygen, and nitrogen released from the resist are considered.
  • the etching rate is slower at the outermost peripheral portion that is not surrounded, and in some cases, only the outermost periphery (and the vicinity thereof) may be processed larger as shown in FIG.
  • the resist After the etching, the resist is peeled off, and a SiO 2 film is deposited by a SiO 2 deposition apparatus to constitute a plasmonic filter.
  • the transmission characteristics of the filter become non-uniform, and when spectral sensitivity is obtained using a photoelectric conversion element, as shown in FIG.
  • the transmission characteristics are deteriorated when the non-uniform opening shown by the solid line is performed as compared with the case where the uniform opening shown by the broken line is processed.
  • the half-value width of the transmitted spectral waveform increases, or transmission of a wavelength that should originally be suppressed occurs.
  • the plasmonic filter selectively transmits the wavelength depending on the hole pitch and the hole diameter, there is a problem that if the hole diameter varies, the transmission characteristics are not uniform and desired characteristics cannot be obtained.
  • an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device capable of preventing abnormal transmission of light having a wavelength that is not originally transmitted without variation in the hole diameter and reducing the half-value width of the spectral waveform, and its manufacture. It is to provide a method.
  • the photoelectric conversion device of the present invention is A first photoelectric conversion element provided on a substrate; A first metal film formed on the first photoelectric conversion element via an insulating film and having a plurality of openings arranged periodically or aperiodically to form a plasmonic filter region; , And a second metal film covering a part of the plurality of openings of the first metal film.
  • the manufacturing method of the photoelectric conversion device of the present invention includes: Forming a photoelectric conversion element on the substrate; On the substrate, a plurality of wiring layers are sequentially formed via an insulating layer, and the uppermost wiring layer of the plurality of wiring layers is formed so as to also serve as a second metal film, On the photoelectric conversion element, a first metal film having a plurality of openings arranged periodically or aperiodically to form a plasmonic filter region is formed on the plurality of openings of the first metal film. It is characterized by being formed through an insulating film so as to be partially covered with the second metal film.
  • the second metal film covers a part of the plurality of openings of the first metal film constituting the plasmonic filter region, the influence of interference light from the adjacent opening at the time of exposure, Transmitted light from the opening whose shape is likely to be non-uniform due to the microloading effect during etching can be blocked, and thus desired wavelength selectivity can be ensured.
  • FIG. 10 is a graph showing a spectral waveform transmitted through a filter layer described in Patent Document 1. It is a figure which shows an example of the hole array of a blue light transmissive filter. It is a SEM (scanning electron microscope) photograph after photo at the time of fine exposure. It is a SEM photograph after fine processing (etching). It is a figure explaining the interference of the transmitted light between the holes of a normal mask. It is a figure explaining the interference of the transmitted light between the holes of a halftone mask. It is a figure which shows the filter transmission characteristic by the difference in a processing state. It is a graph which shows the dielectric function of Al. It is a graph which shows the dielectric function of Au. It is a top view of the photoelectric conversion apparatus of 4th Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the photoelectric conversion apparatus of 4th Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention.
  • reference numeral 100 denotes a first conductive type (for example, P-type) semiconductor substrate as an example of a substrate
  • 101 denotes a RGB corresponding to each of RGB, and each detects the amount of light of the three primary colors of RGB, for example, a photodiode.
  • 1, 2, 3, 4 are insulating films made of, for example, SiO 2, 11 is a wiring layer, 20 is a via hole, 200 is a plasmonic filter region, 31 is a plasmonic filter region 200
  • the first metal film, 32 is a second metal film, 41 is a plurality of openings formed in the first metal film 31, and 41a is an opening located on the outermost periphery among the plurality of openings 41.
  • the opening 41a located on the outermost periphery is covered with the second metal film 32.
  • the opening 41 a located on the outermost periphery among the plurality of openings 41 of the first metal film 31 constituting the plasmonic filter region 200 is formed by another second metal film 32. Since it is covered, it is possible to block the transmitted light from the opening 41a at the outermost periphery due to the influence of interference light from the adjacent opening at the time of exposure and the microloading effect at the time of etching, and the shape tends to be non-uniform, A plasmonic filter that secures a desired wavelength selectivity can be formed.
  • the photoelectric conversion device of the first embodiment it is possible to prevent abnormal transmission of light having a wavelength that is not originally transmitted, and to reduce the half width of the spectral waveform.
  • a second conductive type (N-type) impurity is introduced into a predetermined position on a first conductive type (P-type) semiconductor substrate 100 as an example of a substrate by ion implantation or the like, and heat treatment is performed.
  • the photoelectric conversion element 101 such as a photodiode that converts incident light into an electric signal is formed.
  • the semiconductor substrate 100 is covered with an insulating film 1 such as SiO 2, and a wiring layer 11 is formed on the insulating layer 1.
  • the wiring layer 11 is connected to the cathode side and the anode side of the first photoelectric conversion element 101 via the via hole 20 in order to extract a photocurrent.
  • an insulating layer 2 as an interlayer insulating film made of SiO 2 or the like is formed on the insulating film 1 and the wiring layer 11.
  • a second metal film 32 is formed thereon using a metal such as Al or AlCu by sputtering.
  • a portion of the second metal film 32 at a predetermined position is removed by photolithography using an exposure machine and etching using a dry etcher, and the remaining portion of the second metal film 32 and the insulating film 2 are removed.
  • An insulating film 3 as an interlayer insulating film is formed so as to cover the second metal film 32 with SiO 2 or the like.
  • a step is generated in the insulating film 3 between the portion where the second metal film 32 is present and the portion where the second metal film 32 is not present, but processing is performed until the insulating film 3 becomes completely flat by CMP. .
  • a first metal film 31 is applied to the surface of the insulating film 3 that has been completely flattened by CMP, and specific light (for example, R (red), G (green)) is applied to the first metal film 31. , B (blue), etc.), the fine pattern of the wavelength selective filter is transmitted, so that the planarization of the surface is important.
  • a first metal film 31 as a filter material is formed on the planarized insulating film 3 to a thickness of 150 nm by sputtering.
  • the metal of the first metal film 31 of the filter material Al is most desirable from the unity of the material, but AlCu or AlSi which is more generally used for semiconductor manufacturing may be used.
  • the film thickness of the first metal film 31 is desirably about 50 to 200 nm.
  • the first metal film 31 since the same first metal film 31 also forms a light shielding metal portion (not shown), the first metal film 31 needs to have a film thickness that can block light wavelengths of 300 nm to 1200 nm.
  • a photoresist 61 is applied on the first metal film 31, and a pattern of openings 61a, 61a,.
  • the pattern of the openings 61a, 61a,... Is formed on the portion of the first metal film 31 on the light receiving opening on the photoelectric conversion element 101, and the outermost periphery opening 61a-1
  • the metal film 32 is formed so as to be entirely covered.
  • the first metal film 31 is etched using the photoresist 61 as a mask to form a first metal film 31 having a plurality of openings 41, 41,... As shown in FIG. Out of the plurality of openings 41, the outermost opening 41 a is covered with the second metal film 32.
  • the outermost opening 41a As described above, by covering the outermost opening 41a with the second metal film 32 among the plurality of openings 41 of the first metal film 31, the influence of the interference light at the time of exposure and the microloading at the time of etching. Due to the effect, it is possible to block the light transmitted through the outermost peripheral opening 41a, which tends to have a non-uniform opening shape, and to suppress abnormal transmission such as increase of the half-value width of transmitted light and transmission of light of a wavelength that is not originally transmitted. it can.
  • an insulating film 4 functioning as a protective film made of SiO 2 is formed on the first metal film 31 and the insulating film 3.
  • the insulating film made of SiO 2 4 is formed by high density plasma CVD (chemical vapor deposition).
  • the pattern of the plurality of openings 41, 41,... Of the first metal film 31 is periodically arranged in a two-dimensional manner.
  • the opening 41 is formed by a through hole or a recess. These openings 41 are formed in a shape such as a circle, a quadrangle, or a triangle.
  • the electrons vibrate similarly in the adjacent openings 41 and 41 and behave as collective excitation over the entire surface. Therefore, an arrangement in which the hole pitch between the adjacent openings 41 and the openings 41 takes the same distance is optimal. As shown in FIG. 10, if the six openings surround one opening, the hole pitch is constant and high color resolution can be obtained.
  • the light having a wavelength of R (red: wavelength 660 nm), G (green: wavelength 540 nm), and B (blue: wavelength 440 nm) is formed by a plurality of openings 41, 41,... Periodically formed in the first metal film 31.
  • R red: wavelength 660 nm
  • G green: wavelength 540 nm
  • B blue: wavelength 440 nm
  • hole arrays arrays of openings 41
  • Al, AlCu, or AlSi is used as the material of the first metal film 31 and the hole array is coated with the insulating film 4 made of SiO 2 , the conditions for exciting the surface plasmon by normal incidence of light are normalized.
  • the frequency a / ⁇ 0.65.
  • the period a of the hole array transmitting each light is calculated as 420 nm (R: red), 340 nm (G: green), and 260 nm (B: blue). From this equation, it is possible to select light to be transmitted by changing the period of the arrangement of the openings 41. Therefore, by forming a pattern having an array with a different period on one photomask, R, G, and B wavelength selective filters can be formed simultaneously.
  • the opening 41a located in the outermost periphery among the several openings 41 of the 1st metal film 31 is covered with the 2nd metal film 32, depending on the case, it is several rows from the outermost periphery.
  • the opening 41 up to the eyes may be covered with the second metal film 32, and only the opening 41a located at the corner among the openings 41a located at the outermost periphery may be covered with the second metal film 32.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the photoelectric conversion device according to the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those of the photoelectric conversion device of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those of FIG. This will be described below.
  • the photoelectric conversion device includes a second photoelectric conversion element 102 in addition to the first photoelectric conversion element 101, and the first metal film 131 includes the first and second photoelectric conversion elements 101. , 102, plasmonic filter regions 200, 200 having openings 41, and light shielding metal portions 131a, 131a, 131a for forming light shielding metal regions 301, 301, 301 are provided.
  • the opening 41a located at the outermost periphery is covered with the second metal film 132.
  • the opening 41 a located on the outermost periphery among the plurality of openings 41 of the first metal film 131 constituting the plasmonic filter region 200 is formed by another second metal film 132. Since it is covered, it is possible to block the transmitted light from the opening 41a at the outermost periphery due to the influence of interference light from the adjacent opening at the time of exposure and the microloading effect at the time of etching, and the shape tends to be non-uniform, A plasmonic filter that secures a desired wavelength selectivity can be formed.
  • the photoelectric conversion device of the second embodiment it is possible to prevent abnormal transmission of light with a wavelength that is not originally transmitted, and to reduce the half-value width of the spectral waveform.
  • the light shielding metal portion 131a of the first metal film 131 to be formed and the second metal film 132 opposite to the light shielding metal portion 131a cover regions outside the first and second photoelectric conversion elements 101 and 102. . Thereby, stray light can be prevented from entering the first and second photoelectric conversion elements 101 and 102, generation of false signals can be prevented, malfunction can be prevented, and durability can be improved.
  • an N-type impurity is introduced into a predetermined position on a first conductivity type (P-type) semiconductor substrate 100 as an example of a substrate by a predetermined method such as ion implantation, and annealed at 1200 ° C.
  • a predetermined method such as ion implantation, and annealed at 1200 ° C.
  • two or more photoelectric conversion elements for example, a photodiode, a phototransistor, etc.
  • a wiring layer 11 and a second metal film 132 are formed above the two first and second photoelectric conversion elements 101 and 102 on the semiconductor substrate 100 via insulating films 1 and 2.
  • the second metal film 132 also functions as a wiring layer and constitutes a multilayer wiring together with the wiring layer 11.
  • the second metal film 132 covers an opening 41a located on the outermost periphery among a plurality of openings 41 of the first metal film 131 described later, and the first photoelectric conversion element 101 and the second photoelectric conversion element. A region between the light-shielding metal 102 and the light-shielding metal portion 132a is also covered. If there is no light shielding metal portion 132a and only the second metal film 132 covers only the outermost peripheral opening 41a, the semiconductor substrate around the first and second photoelectric conversion elements 101 and 102 is moved to.
  • the region between the first and second photoelectric conversion elements 101 and 102 is also covered with a light shielding metal portion 132a.
  • the light leaking from the photoelectric conversion element such as oblique incidence is prevented from entering the adjacent photoelectric conversion element, and at the same time, the light leaking from the opening 41a having the nonuniform outermost hole diameter and shape is adjacent to the photoelectric conversion element. Can be prevented.
  • the insulating film 3 is formed. After the insulating film 3 is formed, a step is generated between the portion where the second metal film 132 is present and the portion where the second metal film 132 is not present. Processing is performed by CMP until the insulating film 3 becomes completely flat. A first metal film 131 using Al or AlCu material is later formed on the surface of the insulating film 3, and specific light (for example, R (red), G, etc.) is formed on the first metal film 131. (Green), B (Blue), etc.) is transmitted, so that the fine pattern of the wavelength selective filter is photolithography, so that the planarization of the surface is important.
  • specific light for example, R (red), G, etc.
  • a first metal film 131 as a filter material is formed on the planarized insulating film 3 by sputtering to a thickness of 150 nm.
  • the metal of this filter material is most preferably Al rather than the unity of the material, but AlCu or AlSi more commonly used in semiconductor manufacturing may be used, and if a wavelength selective film in the infrared region is desired to be formed, Au Or a metal such as Cu.
  • the film thickness of the first metal film 131 is desirably about 50 to 200 nm. Further, since the light shielding metal portion 131a is also formed by the same first metal film 131, the first metal film 131 needs to have a film thickness capable of blocking a light wavelength of 300 nm to 1200 nm, for example.
  • the first metal film 131 is not formed in a PAD (pad) portion that is an electrode extraction portion (not shown).
  • a photoresist (not shown) is applied on the first metal film 131, and an opening pattern of a wavelength selection filter is formed on the photoresist by photolithography.
  • the opening pattern of the wavelength selection filter is formed on the first metal film 131 on the light receiving opening on the first and second photoelectric conversion elements 101 and 102, and the outermost opening is the second opening. It is formed so as to be entirely covered with the metal film 132.
  • the first metal film 31 is etched using a photoresist as a mask to form a first metal film 131 having a plurality of openings 41, 41,... As shown in FIG. Of the plurality of openings 41, the outermost opening 41 a is covered with the second metal film 132.
  • the influence of interference light during exposure and microloading during etching are achieved. Due to the effect, it is possible to block the light transmitted through the outermost peripheral opening 41a, which tends to have a non-uniform opening shape, and to suppress abnormal transmission such as increase of the half-value width of transmitted light and transmission of light of a wavelength that is not originally transmitted. it can.
  • the light shielding metal portion 131 a of the first metal film 131 and the light shielding metal portion 132 a of the second metal film 132 constituting the light shielding metal region 301 are formed between the first photoelectric conversion element 101 and the second photoelectric conversion element 102.
  • the stray light is prevented from penetrating into the first and second photoelectric conversion elements 101 and 102 by being provided between and between the first and second photoelectric conversion elements 101 and 102.
  • the openings 41 are formed by through holes or recesses, and the pattern of the plurality of openings 41 is two-dimensionally periodic.
  • the periodic openings 41 are periodically arranged in a two-dimensional manner on the first metal film 131.
  • the surface plasmon dispersion relation is incorporated into the aperture 41 thus formed, and the surface plasmon can be excited by light, and the first metal film 131 can function as a wavelength selection filter.
  • electrons vibrate similarly in the adjacent openings 41 and behave as collective excitation over the entire surface. Therefore, an arrangement in which the hole pitches of the adjacent openings 41 and the openings 41 have the same distance is optimal. As described above, if the six openings surround one opening, the hole pitch is constant and high color resolution can be obtained.
  • an insulating film 4 made of SiO 2 that functions as a protective film is formed.
  • the front through-hole or recess of the opening 41 of the first metal film 131 formed in step it must also be formed to fill in SiO 2, made of SiO 2 by a high-density plasma CVD method insulating film 4 is coated on the first metal film 131.
  • the second metal film 132 is an unevenly formed opening 41 a that is a part of the plurality of openings 41 of the first metal film 131 on the first photoelectric conversion element 101.
  • the non-uniformly formed openings 41a that are a part of the plurality of openings 41 of the first metal film 131 on the second photoelectric conversion element 102, and the first light shielding metal portions 131a and 132a Since the region between the photoelectric conversion element 101 and the second photoelectric conversion element 102 is covered, the light and stray light transmitted through the non-uniformly formed openings 41a are the first and second photoelectric conversion elements 101 and 102. Can be prevented.
  • the first metal film 131 is formed above the multilayer wiring
  • the second metal film 132 is one wiring layer 132 of the plurality of wiring layers 11 and 132 of the multilayer wiring. Therefore, it is not necessary to newly form the second metal film 132 exclusively for exclusive use, and an increase in cost can be prevented.
  • the second metal film 132 also serves as the uppermost wiring layer 132 of the plurality of wiring layers 11 and 132 of the multilayer wiring, the first metal film 131 and the second metal film 132 The distance is reduced, and light leaking to the first and second photoelectric conversion elements 101 and 102 can be reliably blocked.
  • the distance between the first metal film 131 and the second metal film 132 for forming the plasmonic filter region is large, a part of the light is transmitted to the first and second photoelectric conversion elements 101 and 102. There is a risk of leakage and worsening the spectral sensitivity.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the photoelectric conversion device according to the third embodiment of the present invention.
  • the same components as those of the photoelectric conversion device of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those of FIG. This will be described below.
  • the photoelectric conversion device is a circuit built-in photoelectric conversion device, and a semiconductor substrate 100 as an example of a substrate is provided with a circuit unit 110 in addition to the first photoelectric conversion element 101. Further, the first metal film 231 of the photoelectric conversion device forms a plasmanic filter region 200 having a plurality of openings 41 on the first photoelectric conversion element 101, and further forms a light shielding metal region 302. It has light shielding metal portions 231a and 231a.
  • the opening 41a located at the outermost periphery is covered with the second metal film 232 that also functions as the uppermost wiring layer. Yes.
  • the opening 41 a located at the outermost periphery among the plurality of openings 41 of the first metal film 231 constituting the plasmonic filter region 200 is formed by the other second metal film 232. Since it is covered, it is possible to block the transmitted light from the opening 41a at the outermost periphery due to the influence of interference light from the adjacent opening at the time of exposure and the microloading effect at the time of etching, and the shape tends to be non-uniform, A plasmonic filter that secures a desired wavelength selectivity can be formed.
  • the photoelectric conversion device of the third embodiment it is possible to prevent abnormal transmission of light with a wavelength that is not originally transmitted, and to reduce the half-value width of the spectral waveform.
  • the light shielding metal portion 231a and the second metal film 232 of the first metal film 231 to be formed are regions outside the first photoelectric conversion element 101 and the circuit portion 110, and the first photoelectric conversion element 101 and the circuit portion. 110 is covered. Thereby, stray light can be prevented from entering the first photoelectric conversion element 101 and the circuit unit 110, generation of a false signal can be prevented, malfunction can be prevented, and durability can be improved.
  • the first metal layer 231 and thus the light shielding metal portion 231a are grounded via a wiring (not shown) and are set to the ground potential.
  • the first metal layer 231 and the light shielding metal portion 231a have a shielding effect against electrical noise as well as light shielding.
  • the electrical noise can escape to the grounded potential, so the first metal layer 231 and the light shielding metal portion
  • the electrical noise does not adversely affect the circuit unit 110 below 231a. That is, the light shielding metal portion 231a functions as a shield that prevents light from entering and protects the circuit portion 110 and the like from electrical noise.
  • the light shielding metal portion 231a covers an area of 1/2 or more of the surface of the substrate 100.
  • the area of the original first metal layer 231 to be etched can be reduced, and the occurrence of deposits or the like can be suppressed when the original first metal layer 231 is etched with a metal etcher or the like. it can.
  • a first photoelectric conversion element 101 and a first photoelectric conversion element 101 are formed at predetermined positions of a semiconductor substrate 100 as an example of a substrate using a photolithography / ion implantation / etching facility.
  • a circuit portion 110 for processing an electrical signal from the circuit is formed.
  • This circuit portion may be a CMOS or a bipolar element.
  • a region for forming a PAD (pad) unit 401 which is a terminal for outputting an electric signal is also secured in addition to the circuit unit 100.
  • wiring layers 11, 12, and 232 constituting a multilayer wiring are disposed via insulating films 1 to 3.
  • This wiring layer 232 is the second metal film 232 and covers the opening 41 a located on the outermost periphery among the plurality of openings 41 of the first metal film 231 constituting the plasmonic filter region 200.
  • the second metal film 232 has a function as a wiring layer for normal multilayer wiring and a function of covering the opening 41 a located at the outermost periphery among the plurality of openings 41 of the first metal film 231. .
  • an insulating film 4 is formed. After the formation of the insulating film 4, a step is generated between a portion where the second metal film 232 is present and a portion where the second metal film 232 is not present, but the second metal film 232 is formed without forming a shield metal portion in the second metal film 232. Since the insulating film 4 is formed on the insulating film 4, only a protruding step is generated in the insulating film 4.
  • this protrusion-like step is subject to polishing pressure locally in the CMP process, so that it can be easily polished and can be easily flattened, and the polishing time can be suppressed. Thereby, the occurrence of dishing is suppressed, and the shape is easy to flatten.
  • the slurry is preferably ceria in order to ensure flatness. Processing is performed by CMP using ceria until it is completely flat.
  • the first metal film 231 is formed on the surface of the insulating film 4 later, and the wavelength selection filter of the first metal film 231 for transmitting specific light (for example, R, G, B, etc.).
  • the planarization of this surface is important. This is because by increasing the numerical aperture (NA) of exposure for miniaturization, even if the depth of focus becomes shallow, the exposure can be accurately performed by flattening.
  • NA numerical aperture
  • a first metal film 231 is formed as a filter material on the surface of the planarized insulating film 4 to a thickness of 150 nm using a sputtering or vapor deposition apparatus.
  • the metal of the filter material Al is most desirable than unity of the material, but AlCu or AlSi which is more generally used for semiconductor manufacturing may be used.
  • the film thickness of the first metal film 231 is desirably about 50 to 200 nm. Further, in order to form the light shielding metal portion 231a on the same first metal film 231, the first metal film 231 needs to have a film thickness that can block light having a light wavelength of 300 nm to 1200 nm.
  • a metal film is not formed on the PAD part 401 which is an electrode extraction part.
  • a SiO 2 film (not shown) and an organic BARC (Bottom Anti Reflective Coating) are formed on the first metal film 231.
  • This SiO 2 film is necessary for removing deposits formed on the filter surface by lift-off during etching performed later.
  • BARC is used to suppress reflection on the surface of a metal such as Al and facilitate fine processing.
  • anti-reflection layers like Ti / TiN are formed on the surface of AlCu in the multilayer wiring of the semiconductor process, but plasmon resonance is generated in Al, so it is used in this filter. Such a film is not formed and surface reflection is suppressed.
  • a resist (not shown) is applied, and an opening pattern of the wavelength selection filter is formed by photolithography.
  • openings of 130 nm are formed at a pitch of 260 nm.
  • openings of 170 nm are formed at a pitch of 340 nm.
  • openings of R (red) for example, openings of 210 nm are formed at a pitch of 420 nm.
  • etching is performed in the order of BARC / SiO 2 / Al using a metal etcher, and the resist / BARC / SiO 2 is removed, thereby forming a pattern of the plurality of openings 41 that are the wavelength selection filters of the first metal film 231.
  • the pattern of the plurality of openings 41 of the wavelength selection filter is formed on the first metal film 231 above the light receiving opening on the first photoelectric conversion element 101.
  • the pattern of the openings 41 is periodically arranged in a two-dimensional manner and is formed by through holes or recesses.
  • the surface plasmon dispersion relation is incorporated into the openings 41 periodically arranged in a shape, and the surface plasmons can be excited by light, and the first metal film 231 can function as a wavelength selection filter.
  • the insulating film 5 functioning as a protective film made of SiO 2 is formed as shown in FIG.
  • the opening (through hole or recess) 41 of the first metal film 231 formed in the previous step it must also be formed to fill in SiO 2, made of SiO 2 by a high-density plasma CVD method insulation A film 5 is formed.
  • the second metal film 232 includes the non-uniformly formed openings 41 a that are a part of the plurality of openings 41 of the first metal film 231 on the first photoelectric conversion element 101.
  • the light shielding metal portion 231a of the first metal film 231 covers the region between the first photoelectric conversion element 101 and the circuit portion 110, so that stray light is generated by the first photoelectric conversion element 101 and the circuit portion. 110 can be prevented from entering.
  • the first metal film 231 is formed above the multilayer wiring
  • the second metal film 232 is a wiring of one of the plurality of wiring layers 11, 12, 232 of the multilayer wiring. Since it also serves as the layer 232, it is not necessary to newly form the second metal film 232 separately for exclusive use, and an increase in cost can be prevented.
  • the first metal film 231 can be additionally mounted without changing the process of the circuit built-in photoelectric conversion device including the circuit unit 110, and in addition, the second metal film 232 has a wiring layer of a multilayer wiring. Therefore, there is a merit that process integration is easy.
  • the second metal film 232 also serves as the uppermost wiring layer 232 of the plurality of wiring layers 11, 12, and 232 of the multilayer wiring, and thus the first metal film 231 and the second metal film 232. , And the light leaking to the first photoelectric conversion element 101 and the circuit unit 110 can be reliably blocked.
  • the spectral sensitivity may be deteriorated.
  • (Fourth embodiment) 18 and 19 are a plan view and a cross-sectional view of a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention. 19, about the same component as the component of the photoelectric conversion apparatus of 3rd Embodiment shown in FIG. 7, the same reference number as the component of FIG. 7 is attached
  • omitted about only a different component. This will be described below.
  • a plurality of slits 841 as an example of a plurality of openings are provided in the first metal film 831 as shown in the plan view of FIG.
  • the plurality of slits 841, 841, 841... are arranged in the horizontal direction at regular intervals.
  • the second metal film 832 includes all the regions of the slits 841a, 841a at both ends of the plurality of slits 841, 841, 841... And the plurality of slits 841, 841 other than both ends. , 841... 841b, 841b, 841b, 841b,. That is, the second metal film 832 covers portions located on the outermost periphery of the plurality of slits 841, 841, 841.
  • a plasmonic filter region 1200 positioned above the first photoelectric conversion element 101 is formed by a plurality of slits 841, and a light shielding metal region 1302 is formed by a light shielding metal portion 831 a.
  • the first metal film 831 is grounded by a wiring (not shown), and the metal film 831 portion of the plasmonic filter region 1200 and the light shielding metal portion 831 are set to the ground potential.
  • the portion corresponding to the plasmonic filter region 1200 of the metal film 831 and the light shielding metal portion 831 are electrically connected, but the plasmonic filter region 1200 of the metal film 831 is electrically connected.
  • the corresponding part and the light shielding metal part 831 may be electrically separated. In this case, grounding the portion of the metal film 831 corresponding to the plasmonic filter region 1200 to the ground potential is important for improving the wavelength selection function of the plasmonic filter.
  • the photoelectric conversion device of the fourth embodiment it is possible to prevent abnormal transmission of light with a wavelength that is not originally transmitted, and to reduce the half width of the spectral waveform.
  • the second metal film Reference numeral 832 covers a region outside the first photoelectric conversion element 101. Thereby, stray light can be prevented from entering the first photoelectric conversion element 101, generation of a false signal can be prevented, malfunction can be prevented, and durability can be improved.
  • the first metal film 831 is grounded and has a ground potential, the potential of the portion of the first metal film 831 constituting the plasmonic filter region 1200 is stabilized, and the behavior of electrons is improved. Stable and good wavelength selectivity. If the potential of the portion of the first metal film 831 in the plasmonic filter region 1200 fluctuates, the wavelength selectivity is adversely affected.
  • the light shielding metal portion 831a of the first metal film 831 is grounded and has a ground potential, the light shielding metal portion 831a blocks light and transmits light to the first photoelectric conversion element 101. It functions not only as an optical shield that prevents intrusion but also as an electrical shield that protects the circuit portion 110 and the like from electrical noise.
  • the light shielding metal portion 831 a covers an area of 1 ⁇ 2 or more of the surface of the substrate 100. Accordingly, the area of the original first metal layer 831 to be etched can be reduced, and generation of deposits or the like can be suppressed when the original first metal layer 831 is etched with a metal etcher or the like. it can.
  • a first photoelectric conversion element 101 and a first photoelectric conversion element 101 are formed at predetermined positions of a semiconductor substrate 100 as an example of a substrate using a photolithography / ion implantation / etching facility.
  • a circuit portion 110 for processing an electrical signal from the circuit is formed.
  • the circuit unit 110 may be a CMOS or a bipolar element.
  • a region for forming a PAD (pad) unit 401 which is a terminal for outputting an electric signal is also secured in addition to the circuit unit 100.
  • wiring layers 11, 12, and 832 constituting a multilayer wiring are arranged via insulating films 1 to 3.
  • the wiring layer 832 is the second metal film 832, and is formed at the outermost end in the horizontal direction among the plurality of slits 841 as the plurality of openings of the first metal film 831 constituting the plasmonic filter region 1200.
  • the slit 841a is positioned, and both longitudinal ends 841b, 841b, 841b,... Of the plurality of slits 841, 841, 841,.
  • the second metal film 832 functions as a wiring layer for normal multilayer wiring and the outermost periphery of the plurality of slits 841 of the first metal film 831 (outermost of the plurality of slits 841 in the lateral direction). It has a function of covering the slits 841a and 841a located at the ends and the longitudinal ends 841b and 841b) of the plurality of slits 841 other than the lateral ends.
  • the insulating film 4 is formed. After the formation of the insulating film 4, a step is generated between the portion where the second metal film 832 is present and the portion where the second metal film 832 is not present. However, without forming the shield metal portion in the wiring layers 11, 12, 832, Since the insulating film 4 is formed on the metal film 832, only a protruding step is generated in the insulating film 4. Unlike the planar step, this protrusion-like step is subject to polishing pressure locally in the CMP process, so that it can be easily polished and can be easily flattened, and the polishing time can be suppressed.
  • the slurry is preferably ceria in order to ensure flatness. Processing is performed by CMP using ceria until it is completely flat.
  • the planarization of this surface is important. This is because by increasing the numerical aperture (NA) of exposure for miniaturization, even if the depth of focus becomes shallow, the exposure can be accurately performed by flattening.
  • NA numerical aperture
  • a first metal film 831 is formed as a filter material on the surface of the planarized insulating film 4 to a thickness of 150 nm using a sputtering or vapor deposition apparatus.
  • the metal of the filter material Al is most desirable than unity of the material, but AlCu or AlSi which is more generally used for semiconductor manufacturing may be used.
  • the film thickness of the first metal film 831 is preferably about 50 to 200 nm.
  • the first metal film 831 needs to have a thickness capable of blocking light having a light wavelength of 300 to 1200 nm.
  • a metal film is not formed on the PAD part 401 which is an electrode extraction part.
  • a SiO 2 film (not shown) and an organic BARC (Bottom Anti Reflective Coating) are formed on the first metal film 831.
  • This SiO 2 film is necessary for removing deposits formed on the filter surface by lift-off during etching performed later.
  • BARC is used to suppress reflection on the surface of a metal such as Al and facilitate fine processing.
  • anti-reflection layers like Ti / TiN are formed on the surface of AlCu in the multilayer wiring of the semiconductor process, but plasmon resonance is generated in Al, so it is used in this filter. Such a film is not formed and surface reflection is suppressed.
  • a resist (not shown) is applied, and an opening pattern of the wavelength selection filter is formed with a slit structure by photolithography.
  • B blue
  • G green
  • openings having a pitch of 340 nm and a width of 170 nm are formed with a slit structure.
  • R red
  • openings with a pitch of 420 nm and a width of 210 nm are formed with a slit structure.
  • etching is performed in the order of BARC / SiO 2 / Al using a metal etcher, and the resist / BARC / SiO 2 is removed, so that a plurality of openings having a slit structure which is a wavelength selection filter of the first metal film 831 ( Slit) 841 pattern is formed.
  • the pattern of the plurality of openings 841 of the wavelength selection filter is formed on the first metal film 831 on the light receiving opening on the first photoelectric conversion element 101.
  • the arrangement pattern of the openings (slits) 841 is a slit structure in which the slits 841 are periodically arranged in the horizontal direction, and the slits 841 are formed by elongated through holes or recesses.
  • a slit structure is formed on the first metal film 831 when light enters the first metal film 831 of the photoelectric conversion device with a built-in circuit.
  • the surface plasmon dispersion relationship is incorporated into the openings 841 periodically arranged in the above, so that the surface plasmons can be excited by light, and the first metal film 831 can function as a wavelength selection filter.
  • electrons vibrate similarly in the adjacent slits 841 and behave as collective excitation over the entire surface. Therefore, an arrangement in which the slit pitches of the adjacent slits 841 and 841 have the same distance is optimal. As shown in the plan view of FIG.
  • the outermost peripheral slits with poor processing accuracy (the outermost slits 841a and 841a in the lateral direction of the plurality of slits 841 and the longitudinal ends 841b of the plurality of slits 841). , 841b) is shielded by the second metal film 832 and does not contribute as a plasmonic filter. Therefore, the slit pitch is constant and high color resolution can be obtained.
  • the insulating film 5 functioning as a protective film made of SiO 2 is formed as shown in FIG.
  • the opening (through hole or recess) 841 of the first metal film 831 formed in the previous step it must also be formed to fill in SiO 2, made of SiO 2 by a high-density plasma CVD method insulation A film 5 is formed.
  • the first metal films 32, 132 are disposed between the first metal films 31, 131, 231, 831 constituting the plasmonic filter regions 200, 1200 and the substrate 100.
  • 232, 831 are provided with second metal films 32, 132, 232, 832 covering the openings 41a, 841a located at the outermost periphery and the end portion 841b of the opening 841 among the plurality of openings 41, 841.
  • a second metal film that covers the opening located on the outermost periphery may be provided on the upper side of the first metal film constituting the monic filter region. That is, a first metal film that forms a plasmonic filter region may be provided between the second metal film and the substrate.
  • the photoelectric conversion device of the present invention is A first photoelectric conversion element 101 provided on the substrate 100; A plurality of openings 41, which are formed on the first photoelectric conversion element 101 via insulating films 1, 2, 3 and arranged periodically or aperiodically to form a plasmonic filter region. A first metal film 31, 131, 231, 831 having 841; And a second metal film 32, 132, 232, 832 covering a part of the plurality of openings 41, 841 of the first metal films 31, 131, 231, 831.
  • the second metal films 32, 132, 232, and 832 partially open the openings 41 and 841 of the first metal films 31, 131, 231, and 831 that are expected to be formed unevenly.
  • the first metal films 31, 131, 231, and 831 are covered by the second metal films 32, 132, 232, and 832 so that the light transmitted through the uneven portions of the openings 41 and 841 is blocked by the first metal films 32, 132, 232, and 832 It is possible to prevent it from reaching the photoelectric conversion element 101.
  • a part of the plurality of openings 41 and 841 of the first metal films 31, 131, and 231 is arranged on the outermost periphery among the plurality of openings 41 and 841 of the first metal films 31, 131, and 231. Not only the openings 41a, 841a, and 841b that are positioned, but also the openings 41 and 841 that are located on the inner side of the outermost peripheral openings 41a and 841a, for example, from the outside, may be included.
  • the second metal films 32, 132, 232, and 832 are a part 41 a of an opening located at least on the outermost periphery among the plurality of openings 41 and 841 of the first metal films 31, 131, 231, and 831. 841a and 841b are covered.
  • the openings 41 a, 841 a and 841 b located at the outermost periphery are not surrounded by the openings 41 and 841. Therefore, it is more specific than the openings 41 and 841 in the central region surrounded by the openings 41 and 841, and is likely to be non-uniform due to exposure or etching.
  • the light transmitted through the specific openings 41a, 841a, 841b can be blocked by the second metal films 32, 132, 232, 832, and therefore, the non-uniform openings 41a, 841a, 841b.
  • the disturbed transmitted light does not contribute as a photocurrent, and an increase in the half width can be prevented.
  • the outermost opening 41 a among the plurality of openings 41 of the first metal films 31, 131, and 231 has a unique size, but the corner opening 41 a is particularly unique. Because of the size, it is preferable to cover the opening 41a in the corner portion with the second metal films 32, 132, 232 among the outermost openings 41a.
  • a second photoelectric conversion element 102 provided on the substrate 100 is provided,
  • the first metal film 131 is formed on the first and second photoelectric conversion elements 101, 102 via insulating films 1, 2, 3,
  • the second metal film 132 includes a part of the plurality of openings 41 of the first metal film 131 on the first photoelectric conversion element 101 and the first metal film 131 on the second photoelectric conversion element 102. And a region between the first photoelectric conversion element 101 and the second photoelectric conversion element 102 is covered.
  • the second metal film 132 covers the non-uniformly formed openings 41a among the plurality of openings 41 of the first metal film 131, and the light transmitted through the openings 41a is second. Can be prevented from entering the first and second photoelectric conversion elements 101 and 102, and the second metal film 132 can be connected to the first photoelectric conversion element 101 and the first photoelectric conversion element 101. Since the region between the two photoelectric conversion elements 102 is covered, the second metal film 132 can also function as a light shielding metal that blocks stray light.
  • a circuit unit 110 provided on the substrate 100, A multilayer wiring composed of a plurality of wiring layers 11, 12, 232, and 832 formed on the substrate 100 via insulating films 1, 2, 3, The first metal films 231 and 831 are formed above the multilayer wiring, The second metal films 232 and 832 also serve as one of the wiring layers 11, 12, 232, and 832 of the multilayer wiring.
  • the second metal films 232 and 832 also serve as one wiring layer 232 and 832 of the plurality of wiring layers 11, 12, 232, and 832 of the multilayer wiring.
  • the metal films 232 and 832 do not need to be newly formed exclusively for exclusive use, and an increase in cost can be prevented.
  • the first metal film 231 can be additionally mounted without changing the process of the circuit built-in photoelectric conversion device itself including the circuit unit 110, and in addition, the second metal films 232 and 832 can be formed as multi-layer wirings. Since the layers 232 and 832 can also be used, there is an advantage that process integration is easy.
  • the second metal films 132, 232, and 832 also serve as the uppermost wiring layers 132, 232, and 832 among the plurality of wiring layers 11, 12, 132, and 232 of the multilayer wiring.
  • the second metal films 132, 232, and 832 are the uppermost wiring layers 132, 232, and 832 among the plurality of wiring layers 11, 12, 132, 232, and 832 of the multilayer wiring. Therefore, the distance between the first metal films 131, 231, 831 and the second metal films 132, 232, 832 is reduced, and the first and second photoelectric conversion elements 101, 102 and the circuit unit 110 are reduced. It is possible to reliably block light leaking into the water.
  • the distance between the first metal films 131, 231 and 831 and the second metal films 132, 232 and 832 for constituting the plasmonic filter region is large, a part of the light is transmitted to the first and second light beams. This may leak into the photoelectric conversion elements 101 and 102 and the circuit unit 110 to deteriorate the spectral sensitivity or cause malfunction.
  • the first and second metal films 31, 131, 231, 831, 32, 132, 232, and 832 are made of Al or AlCu.
  • the dielectric function of Al is shown in FIG.
  • the physical property of the plasmon resonance is such that the real part of the dielectric function is small and the imaginary part is large.
  • Al or AlCu metal that satisfies the above conditions in the wavelength range of 300 to 700 nm, such as Al, is desirable.
  • the thickness of the second metal films 32, 132, 232, and 832 is at least a thickness that prevents transmission of light.
  • the wavelength of light that prevents light from passing through the second metal films 32, 132, 232, and 832 is not less than 300 nm and not more than 1200 nm.
  • the first metal films 31, 131, 231, and 831 transmit the three primary colors of light.
  • the plurality of openings 841 of the first metal film 831 are slits 841.
  • At least a portion constituting the plasmonic filter region 1200 is grounded.
  • At least a portion of the first metal film 831 that constitutes the plasmonic filter region 1200 is grounded and has a ground potential, so that the plasmonic filter region 1200 is configured.
  • the potential of the portion of the first metal film 831 to be stabilized is stabilized, the behavior of electrons is stabilized, and the wavelength selectivity is improved.
  • the manufacturing method of the photoelectric conversion device of the present invention is as follows: Photoelectric conversion elements 101 and 102 are formed on a substrate 100; A plurality of wiring layers 11, 12, 132, 232, and 832 are sequentially formed on the substrate 100 via the insulating films 1, 2, and 3, and the plurality of wiring layers 11, 12, 132, 232, and 232 are formed. 832, the uppermost wiring layers 132, 232, and 832 are formed so as to also serve as the second metal films 132, 232, and 832, On the photoelectric conversion element 101, first metal films 131, 231, and 831 having a plurality of openings 41 and 841 arranged periodically or aperiodically to form a plasmonic filter region are formed on the photoelectric conversion element 101. A plurality of openings 41, 841 of one metal film 131, 231, 831 are formed through insulating films 1, 2, 3, 4 so as to be covered with the second metal films 132, 232, 832. It is characterized by doing.
  • a photoelectric conversion device that can prevent abnormal transmission of light with a wavelength that does not originally pass through and can reduce the half-value width of the spectral waveform.
  • Insulating film 11 12, 132, 232, 832 Wiring layer 31, 131, 231, 831 First metal film 32, 132, 232, 832 Second metal film 100
  • Semiconductor substrate 101 1st photoelectric conversion element 102 2nd photoelectric conversion element 110 Circuit part 131a, 132a, 831a Light shielding metal part 200,1200 Plasmonic filter area

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Abstract

　本来、透過しない波長の光の異常透過を防ぐことができて、分光波形の半値幅を小さくすることができる光電変換装置およびその製造方法を提供する。基板（１００）に第１の光電変換素子（１０１）を形成し、この第１の光電変換素子（１０１）の上に、周期的または非周期的に配置された複数の開口（４１）を有する第１の金属膜（３１）を、絶縁膜（１，２，３）を介して形成する。上記第１の金属膜（３１）の複数の開口（４１）の一部を覆う第２の金属膜（３２）を設ける。

Description

光電変換装置およびその製造方法
　本発明は、カラーセンサ等の光電変換装置およびその製造方法に関する。
　人の目は部屋の照明の色温度が異なっても、色の変化をあまり感じないようになっており、一般的にこの特性は色順応と呼ばれている。例えば、青っぽい（色温度が高い）蛍光灯照明の部屋から、黄色っぽい（色温度が低い）白熱灯照明の部屋に入ると、部屋の白い壁が最初は黄色っぽく見える。しかし、しばらく経つと黄色っぽく見えていた壁が白く見えるようになる。
　このように人間の視覚に色順応という特性があるために、部屋の照明の色が異なると、テレビの画像の色が同じでも、その画像は異なった色に見えることになる。近年、液晶テレビの高画質化に伴い、部屋の照明の種類によって画像の色味を変えることにより、部屋の照明の色温度が変化しても、自然な画像に見えるようにする機能に対する要望が高まってきている。そのため、部屋の色温度を検出して、目の色順応に対応するように画像の色味を自動的にコントロールすることができるように、部屋の色温度を検出するカラーセンサの液晶テレビへの搭載が進んでいる。また、スマートフォンやタブレットＰＣ（パソコン）等のように持ち運びが可能な機器に搭載される液晶画面の場合、周囲の照明が視聴場所によって刻々と変化するため、カラーセンサのように自動的に色温度を検出するセンサはより重要となっている。
　このカラーセンサは、環境光から可視光領域におけるＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の分光を別々センシングすることにより構成される。（以下、カラーセンサをＲＧＢセンサと言う。）
　このＲＧＢセンサでは、環境光をセンシングするために、複数の光電変換素子が用いられ、この光電変換素子となるデバイスは一般にフォトダイオードにより構成されている。このフォトダイオード自体は色を識別することができず、光の強さ（光量）しか検出することができない。そこで、画像を電気信号に変換する場合、色を識別するために、各フォトダイオード上にカラーフィルタを被せて、各フォトダイオードで光の３原色であるＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の光の光量を検出することで、フォトダイオードから色信号を取得する。
　従来、ＲＧＢセンサにおいては、環境光をＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の三原色の光に分けるために、材料の吸収による遮光もしくは光の干渉により特定の波長のみを透過または反射させるカラーフィルタを用いる方法が一般的である。
　一方、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等、被写体を２次元固体撮像素子から成る光電変換素子にて撮影して画像化する２次元固体撮像装置も増加してきている。そして、現在主流の固体撮像素子であるＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device）撮像素子やＣＭＯＳ(相補形金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ：Complementary Metal Oxide Semiconductor)撮像素子の画素上にもオンチップフィルタとしてＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の材料の吸収による遮光もしくは光の干渉により特定の波長のみを透過または反射させるカラーフィルタが搭載され、これらカラーフィルタでは赤外光が除去できないためパッケージに赤外カットフィルタが搭載されている。
　しかしながら、上記従来のＲＧＢセンサにおいては、ＲＧＢの三原色の光を振り分けるカラーフィルタを形成するために、３種類のフォトマスクが必要であり、この３種類のフォトマスクが必要であることが、製造工程において時間とコストを引き上げる要因となっている。
　これらの時間とコストを引き下げるために、上述のカラーフィルタに代わる光波長選択性フィルタとして、金属薄膜にナノスケールの微細加工を施した構造がある。この構造の光波長選択性フィルタは、入射された光によって、励起される表面プラズモン共鳴による光の異常透過現象を用いる。
　この表面プラズモン共鳴を用いた波長選択性フィルタについては、特許文献１（特開平１１－７２６０７号公報）に詳しく説明されている。この異常透過現象を発生させる手段として様々な方法があるが、例えば、図８に示すように、５０～２００ｎｍ程度の薄い金属膜５０１を形成し、この金属膜５０１に透過波長よりも微細なホールアレイ５０２，５０２，５０２，…をパターニングして、フィルタ層５００を形成する方法がある。このフィルタ層５００に光が入射した時に透過する分光波形が図９に示されている。但し、表面プラズモン効果は、ある金属膜および絶縁膜または空気との界面で生じる表面プラズモンと、入射光により生じるエバネッセント光との共鳴で生じるため、表面プラズモン効果を効率よく発生させるためには、金属膜や絶縁膜は単一構造（材料、屈折率などの物性の均一性、ホールピッチや形状の均一性）とすることが望ましい。例えば、金属材料としてはＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等が使用される。
　特に、Ａｌは、
　（i）プラズマ周波数が高いために短波長まで共鳴現象が生じる
　（ii）通常の半導体プロセスで使用される材料であり、プロセスインテグレーションの点でも特殊な装置や材料が不要である
　（iii）材料が安価である
　（iv）作製プロセスが単純であり、それぞれの波長に対応したフィルタを一括して形成可能である
等の利点があり、採用される場合が多い。
　但し、表面プラズモン効果を生じさせる金属膜を形成するにあたっては、デザインルールで６５ｎｍ～０.１３ｕｍレベルの開口の微細加工が必要となる。
　非特許文献１（フォーカス２６＜第３回＞表面プラズモン共鳴を利用したカラーフィルタの開発　ＮＩＭＳ、豊田中央研究所）によれば、波長３００ｎｍの紫外光を透過させるためには、２００ｎｍ程度のホール間ピッチが必要となる。４００ｎｍ程度の波長を有する青色光を透過させるＡｌ膜を形成するためには、図１０に示すように、ホール５０２，５０２，５０２…間ピッチを２６０ｎｍ程度にする必要があり、ホール５０２の径は８０～１８０ｎｍ程度とする必要がある。ＲＧＢの波長の光を透過させる金属膜フィルタを形成するためには、上述のように、青色光透過のために２６０ｎｍ程度のホール５０２，５０２，５０２…間ピッチが必要である。
特開平１１－７２６０７号公報
フォーカス２６＜第３回＞表面プラズモン共鳴を利用したカラーフィルタの開発　ＮＩＭＳ、豊田中央研究所
　ところで、光電変換素子上にこのホールアレイを形成するためには、Ｐ型シリコン基板上に、リンなどのＮ型不純物層をイオン注入等で導入して、光電変換素子を形成する。この上に、ＳｉＯ２等の絶縁膜を介してＡｌＣｕ材料で電極を形成した後、再度ＳｉＯ２を形成してＣＭＰ（化学機械研磨：Chemical Mechanical Polishing）等で平坦化する。この上に、Ａｌ材料を、スパッタ装置を用いて１５０ｎｍ程度形成し、さらに、この上にレジスト等を塗布する。このレジストを、ホールアレイのパターンを施したマスクを用いて、スキャナー等の露光装置で露光して、現像した後、エッチング設備でエッチングしてパターニングを完了する。
　ここで、ホールアレイは、図１０のように、密集してホール５０２を形成するため、通常の露光以上に注意深く条件出しが行われなくてはならない。例えば、ホール径が１００ｎｍ以下でピッチが２００ｎｍといった近距離で多数のホールが隣接して存在する場合、図１３のような通常のマスクでは各ホールを透過した光が干渉し、思った通りのレジストへの現像ができないといった問題があった。そこで、図１４のようなハーフトーンマスクなどが用いられるが、さらに近い距離になるとやはり相互に影響する。このため、この相互影響も考慮して条件出しを行うことが多かった。
　このとき、ホールの周囲を完全に囲むように別のホールが存在する場合、周囲からの干渉を受けるが、最外周等の周囲が囲まれないホールでは、前述の影響を一部しか受けないため、ホール径が違ってしまうといった問題があった（この記載は従来技術の記載ではなく、本件発明者が発見した問題である。）。例えば、このような不均一な条件で露光を行った場合の開口形状を示す一例を図１１に示す。露光時、周囲をホールで囲まれない外周部（およびその周辺）のホール径は干渉を受ける周囲のホールが無い分、小さく加工されることとなる。
　このレジストの露光／現像の後、エッチング設備により反応ガス雰囲気下でプラズマを発生させ、金属膜にエッチングを行うことでホールを加工する。この際、パターンの粗密によってエッチングにバラツキを生じる。この現象をマイクロローディング効果という。密な部分に比べて、粗な部分ではエッチングレートが速い傾向がある。この原因として、寄与するラジカル消費量の増加や、レジストから放出される炭素、酸素、窒素により形成される側壁保護膜の減少が考えられている。周囲をホールで囲まれたパターンに比べて、囲まれていない最外周部ではエッチングレートが遅く、場合によっては、図１２のように最外周（およびその近傍）のみ大きく加工される場合がある。
　エッチング後、レジスト剥離を行い、ＳｉＯ２デポ装置でＳｉＯ２膜を堆積し、プラズモニックフィルタを構成する。
　このような製造方法により、ホール径が不均一な状態でホールアレイが形成された場合、フィルタの透過特性は不均一になり、光電変換素子を用いて分光感度を取得すると、図１５に示すように、破線で示す均一な開口の加工が行われた場合に比べて、実線に示す不均一な開口が行われた場合、透過特性が悪化する。例えば、透過する分光波形の半値幅が大きくなったり、本来透過が抑えられるはずの波長の透過が起こったりする。このように、プラズモニックフィルタは、ホールピッチおよびホール径により波長を選択的に透過するため、ホール径がばらつくと、透過特性も不均一となり所望の特性を得られないといった問題があった。
　そこで、本発明の課題は、ホール径にばらつきがなくて、本来、透過しない波長の光の異常透過を防ぐことができて、分光波形の半値幅を小さくすることができる光電変換装置およびその製造方法を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本発明の光電変換装置は、
　基板に設けられた第１の光電変換素子と、
　上記第１の光電変換素子の上に絶縁膜を介して形成されると共に、プラズモニックフィルタ領域を構成するための周期的または非周期的に配置された複数の開口を有する第１の金属膜と、
　上記第１の金属膜の複数の開口の一部を覆う第２の金属膜と
を備える
ことを特徴としている。
　また、本発明の光電変換装置の製造方法は、
　基板上に光電変換素子を形成し、
　上記基板上に、複数の配線層を、順次、絶縁層を介して形成すると共に、上記複数の配線層のうちの最上層の配線層を、第２の金属膜を兼ねるように形成し、
　上記光電変換素子の上に、プラズモニックフィルタ領域を構成するための周期的または非周期的に配置された複数の開口を有する第１の金属膜を、この第１の金属膜の複数の開口の一部が上記第２の金属膜で覆われるように、絶縁膜を介して形成する
ことを特徴としている。
　本発明によれば、プラズモニックフィルタ領域を構成する第１の金属膜の複数の開口の一部を第２の金属膜で覆っているので、露光時の隣接開口部からの干渉光の影響やエッチング時のマイクロローディング効果により形状が不均一になりやすい開口からの透過光を遮断することができ、したがって、所望の波長選択性を確保することができる。
本発明の第１実施形態の光電変換装置の断面図である。 本発明の第１実施形態の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第１実施形態の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第１実施形態の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第１実施形態の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第２実施形態の光電変換装置の断面図である。 本発明の第３実施形態の光電変換装置の断面図である。 特許文献１に記載のホールアレイをパターニングしたフィルタ層の斜視図である。 特許文献１に記載のフィルタ層を透過した分光波形を示すグラフである。 青色光透過フィルタのホールアレイの一例を示す図である。 微細露光時のフォト後ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。 微細加工（エッチング）後のＳＥＭ写真である。 通常マスクのホール間の透過光の干渉を説明する図である。 ハーフトーンマスクのホール間の透過光の干渉を説明する図である。 加工状態の違いによるフィルタ透過特性を示す図である。 Ａｌの誘電関数を示すグラフである。 Ａｕの誘電関数を示すグラフである。 本発明の第４実施形態の光電変換装置の平面図である。 本発明の第４実施形態の光電変換装置の断面図である。
　以下、本発明を図示の実施形態により詳細に説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態の光電変換装置の断面図である。図１において、１００は基板の一例としての第１導電型（例えば、Ｐ型）の半導体基板、１０１はＲＧＢの夫々に対応して設けられ、夫々ＲＧＢの三原色の光量を検出する例えばフォトダイオードなどからなる光電変換素子、１，２，３，４は例えばＳｉＯ２等からなる絶縁膜、１１は配線層、２０はビアホール、２００はプラズモニックフィルタ領域、３１はプラズモニックフィルタ領域２００を構成するための第１の金属膜、３２は第２の金属膜、４１は第１の金属膜３１に形成された複数の開口、４１ａは上記複数の開口４１のうちで最外周に位置する開口である。
　上記プラズモニックフィルタ領域２００を構成する第１の金属膜３１の複数の開口４１のうちで最外周に位置する開口４１ａは、第２の金属膜３２で覆っている。
　上記構成の光電変換装置によれば、プラズモニックフィルタ領域２００を構成する第１の金属膜３１の複数の開口４１のうちで最外周に位置する開口４１ａは、別の第２の金属膜３２で覆われているので、露光時の隣接開口部からの干渉光の影響やエッチング時のマイクロローディング効果により形状が不均一になりやすい最外周の開口４１ａからの透過光を遮断することができて、所望の波長選択性を確保したプラズモニックフィルタを形成することができる。
　したがって、この第１実施形態の光電変換装置によれば、本来透過しない波長の光の異常透過を防ぐことができて、分光波形の半値幅を小さくすることができる。
　次に、上記第１実施形態の光電変換装置の製造方法について、図２から図５を用いて説明する。
　図２に示すように、基板の一例としての第１導電型（Ｐ型）の半導体基板１００上の所定の位置に、第２導電型（Ｎ型）の不純物をイオン注入などで導入して熱処理を行うことによって、入射した光を電気信号に変換するフォトダイオードなどの光電変換素子１０１を形成する。この半導体基板１００上をＳｉＯ２などの絶縁膜１で覆い、この絶縁層１上に配線層１１を形成する。この配線層１１は、光電流を取り出すために、第１の光電変換素子１０１のカソード側、アノード側にビアホール２０を介して接続する。
　次に、図３に示すように、上記絶縁膜１および配線層１１上に、ＳｉＯ２等からなる層間絶縁膜としての絶縁層２を形成する。その上にスパッタなどを用いて、ＡｌやＡｌＣｕ等の金属で第２の金属膜３２を形成する。露光機を用いたフォトリソグラフィとドライエッチャーを用いたエッチングにより、第２の金属膜３２の所定の位置の部分を除去し、その第２の金属膜３２の残っている部分および絶縁膜２上に、ＳｉＯ２等で第２の金属膜３２を覆うように層間絶縁膜としての絶縁膜３を形成する。この絶縁膜３の形成後は、第２の金属膜３２のある部分とない部分で、上記絶縁膜３に段差が発生するが、ＣＭＰにより、絶縁膜３が完全に平坦になるまで加工を行う。このＣＭＰにより完全に平坦にされた絶縁膜３の表面に、第１の金属膜３１を塗布し、この第１の金属膜３１に、特定の光（例えば、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）等）を透過させるための波長選択フィルタの微細パターンのフォトリソグラフィを行うので、この表面の平坦化は重要である。
　次に、図４に示すように、平坦化された絶縁膜３上に、フィルタ材料としての第１の金属膜３１をスパッタにて１５０ｎｍの厚さに形成する。このフィルタ材料の第１の金属膜３１の金属は、Ａｌが材料の単一性より最も望ましいが、より一般的に半導体製造に使用されているＡｌＣｕやＡｌＳｉでもよい。また、第１の金属膜３１の膜厚は５０～２００ｎｍ程度が望ましい。また、この同一の第１の金属膜３１で、図示しない遮光メタル部も形成するため、第１の金属膜３１には３００ｎｍ～１２００ｎｍの光波長をブロックできる膜厚が必要となる。
　この第１の金属膜３１の塗布後、図４に示すように、第１の金属膜３１の上にフォトレジスト６１を塗布し、このフォトレジスト６１にフォトリソグラフィで開口６１ａ，６１ａ，…のパターンを形成する。この開口６１ａ，６１ａ，…のパターンは、光電変換素子１０１上の受光用開口部の上の第１の金属膜３１の部分の上に形成すると共に、最外周の開口６１ａ－１は第２の金属膜３２ですべて覆われるように形成する。そして、上記第１の金属膜３１を、フォトレジスト６１をマスクとして、エッチングして、図５に示すように、複数の開口４１，４１，…を有する第１に金属膜３１を形成する。上記複数の開口４１のうちで、最外周の開口４１ａは第２の金属膜３２で覆われている。
　このように、上記第１に金属膜３１の複数の開口４１のうちで、最外周の開口４１ａを第２の金属膜３２で覆うことによって、露光時の干渉光の影響やエッチング時のマイクロローディング効果により、開口形状が不均一となりやすい最外周の開口４１ａを透過した光を遮断することができ、透過光の半値幅の増大や本来透過しない波長の光の透過等異常な透過を抑えることができる。
　その後、上記第１の金属膜３１および絶縁膜３上に、図５に示すように、ＳｉＯ２からなる保護膜として機能する絶縁膜４を形成する。この際、前工程にて形成された第１の金属膜３１の複数の開口（貫通穴または凹部）４１を、絶縁膜４、つまり、ＳｉＯ２で埋める必要があるため、ＳｉＯ２からなる絶縁膜４を高密度プラズマＣＶＤ（化学的気相成長）法で形成する。
　上記第１の金属膜３１の複数の開口４１，４１，…のパターンは二次元状に周期的に配置されている。この開口４１は、貫通穴または凹部で形成される。これらの開口４１の形状は円形、四角形、三角形などの形状で作成される。この周期的な複数の開口４１を、第１の光電変換素子１０１上の第１の金属膜３１に形成することによって、第１の金属膜３１に光が入射した際に、第１の金属膜３１上に二次元状に周期的に配列された開口４１に表面プラズモン分散関係が組み込まれて、光によって表面プラズモンが励起できるようになり、この第１の金属膜３１を波長選択フィルタとして機能させることができる。このとき、隣接する開口４１，４１でも同様に電子が振動し、表面全体で集団励起として振舞うので、隣接する開口４１と開口４１とのホールピッチは同じ距離をとるような配列が最適であり、図１０のように６つの開口が１つの開口を囲むような千鳥状の配列ならばホールピッチが一定となり高い色分解能を得ることができる。
　この第１の金属膜３１に周期的に形成した複数の開口４１，４１，…によって、Ｒ（レッド：波長６６０ｎｍ）、Ｇ（グリーン：波長５４０ｎｍ）、Ｂ（ブルー：波長４４０ｎｍ）の波長の光を透過させるためには、それぞれ異なる周期のホールアレイ（開口４１のアレイ）を形成しなければならない。第１の金属膜３１の材料にＡｌまたはＡｌＣｕ、ＡｌＳｉを使用し、ＳｉＯ２からなる絶縁膜４でホールアレイを被膜する場合には、光の垂直入射により表面プラズモンを励起する条件は、規格化周波数ａ／λ＝０．６５となる。この式より、それぞれの光を透過させるホールアレイの周期ａは４２０ｎｍ（Ｒ：レッド）、３４０ｎｍ（Ｇ：グリーン）、２６０ｎｍ（Ｂ：ブルー）と算出される。この式より、開口４１の配列の周期を変えることによって、透過させる光を選択できるので、１枚のフォトマスク上に異なった周期の配列のパターンを形成することで、１回のフォトリソグラフィで、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長選択フィルタを同時に形成することが可能である。
　上記第１実施形態では、第１の金属膜３１の複数の開口４１のうちで最外周に位置する開口４１ａを、第２の金属膜３２で覆っているが、場合によっては、最外周から数列目までの開口４１を第２の金属膜３２で覆ってもよく、また、最外周に位置する開口４１ａのうちでコーナに位置する開口４１ａのみを第２の金属膜３２で覆ってもよい。
　（第２実施形態）
　図６は、本発明の第２実施形態の光電変換装置の断面図である。図６において、図１に示す第１実施形態の光電変換装置の構成要素と同一構成要素については、図１の構成要素と同一参照番号を付して詳しい説明は省略し、異なる構成要素のみについて以下に説明する。
　この第２実施形態の光電変換装置は、第１の光電変換素子１０１に加えて、第２の光電変換素子１０２を備え、第１の金属膜１３１は、第１および第２の光電変換素子１０１，１０２の上に、開口４１を有するプラズモニックフィルタ領域２００，２００を形成し、さらに、遮光メタル領域３０１，３０１，３０１を形成する遮光メタル部１３１ａ，１３１ａ，１３１ａを有する。
　上記プラズモニックフィルタ領域２００を構成する第１の金属膜１３１の複数の開口４１のうちで最外周に位置する開口４１ａは、第２の金属膜１３２で覆っている。
　上記構成の光電変換装置によれば、プラズモニックフィルタ領域２００を構成する第１の金属膜１３１の複数の開口４１のうちで最外周に位置する開口４１ａは、別の第２の金属膜１３２で覆われているので、露光時の隣接開口部からの干渉光の影響やエッチング時のマイクロローディング効果により形状が不均一になりやすい最外周の開口４１ａからの透過光を遮断することができて、所望の波長選択性を確保したプラズモニックフィルタを形成することができる。
　したがって、この第２実施形態の光電変換装置によれば、本来透過しない波長の光の異常透過を防ぐことができて、分光波形の半値幅を小さくすることができる
　また、上記遮光メタル領域３０１を形成する第１の金属膜１３１の遮光メタル部１３１ａおよびこの遮光メタル部１３１ａに対向する第２の金属膜１３２は、第１および第２の光電変換素子１０１，１０２の外側の領域を覆っている。これにより、迷光が第１および第２の光電変換素子１０１，１０２に侵入するのを防止して、偽信号の発生を防止でき、誤作動の防止、耐久性の向上をすることができる。
　次に、第２実施形態の光電変換装置の製造方法について、図６を用いて説明する。
　図６に示すように、基板の一例としての第１導電型（Ｐ型）の半導体基板１００上の所定の位置にイオン注入等の所定の方法によりＮ型の不純物を導入し、アニールなど１２００℃、６００分程度の熱処理を行うことによって、第１および第２の光電変換素子１０１，１０２などの２つ以上の光電変換素子（例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等）を並んで配置する。上記半導体基板１００上の２つの第１および第２の光電変換素子１０１，１０２の上方には絶縁膜１，２を介して配線層１１と第２の金属膜１３２とを形成する。この第２の金属膜１３２は、配線層としても機能して、配線層１１と共に多層配線を構成する。この第２の金属膜１３２は、後述する第１の金属膜１３１の複数の開口４１のうちで最外周に位置する開口４１ａを覆うと共に、第１の光電変換素子１０１と第２の光電変換素子１０２との間の領域も遮光メタル部１３２ａで覆っている。もし仮に、遮光メタル部１３２ａが無くて、第２の金属膜１３２が最外周の開口４１ａのみを覆っただけであるとすると、第１および第２の光電変換素子１０１，１０２周辺の半導体基板へ不均一な開口４１ａから漏れた光が入り込み、対応する上方の開口４１ａが覆われた第１および第２の光電変換素子１０１，１０２だけでなく、隣接した第１および第２の光電変換素子１０１，１０２にまで光が漏れるケースがある。このような隣接した第１および第２の光電変換素子１０１，１０２への漏れ光を防止するため、第１および第２の光電変換素子１０１，１０２の間の領域も遮光メタル部１３２ａで覆うことで、斜め入射等、光電変換素子から漏れた光が隣接した光電変換素子に入射するのを防ぐと同時に、最外周のホール径や形状が不均一な開口４１ａから漏れた光が隣接光電変換素子に入射するのを防ぐことができる。
　次に、上記第２の金属膜１３２の更に上方に特定の波長のみを透過するフィルタとしての第１の金属膜１３１を形成するために、絶縁膜３の形成を行う。上記絶縁膜３の形成後は、第２の金属膜１３２がある部分とない部分とで段差が発生するが、ＣＭＰにより、絶縁膜３が完全に平坦になるまで加工を行う。この絶縁膜３の表面には、後でＡｌやＡｌＣｕ材料を用いた第１の金属膜１３１を形成するが、この第１の金属膜１３１に、特定の光（例えば、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）等）を透過させるための波長選択フィルタの微細パターンのフォトリソグラフィを行うので、この表面の平坦化は重要である。
　次に、平坦化された絶縁膜３上にフィルタ材料としての第１の金属膜１３１をスパッタにて１５０ｎｍ形成する。このフィルタ材料の金属はＡｌが材料の単一性より最も望ましいが、より一般的に半導体製造に使用されているＡｌＣｕやＡｌＳｉでもよいし、赤外領域の波長選択膜を形成したい場合は、ＡｕやＣｕといった金属でもよい。また、第１の金属膜１３１の膜厚は５０～２００ｎｍ程度が望ましい。また、この同一の第１の金属膜１３１で遮光メタル部１３１ａも形成するため、第１の金属膜１３１には例えば、３００ｎｍ～１２００ｎｍの光波長をブロックできる膜厚が必要となる。図示しない電極取り出し部であるＰＡＤ（パッド）部には、第１の金属膜１３１は形成しない。
　この第１の金属膜１３１の塗布後、第１の金属膜１３１の上に図示しないフォトレジストを塗布し、このフォトレジストにフォトリソグラフィで波長選択フィルタの開口パターンを形成する。この波長選択フィルタの開口パターンは、第１および第２の光電変換素子１０１，１０２上の受光用開口部の上の第１の金属膜１３１上に形成すると共に、最外周の開口は第２の金属膜１３２で全て覆われるように形成する。そして、上記第１の金属膜３１を、フォトレジストをマスクとして、エッチングして、図６に示すように、複数の開口４１，４１，…を有する第１に金属膜１３１を形成する。上記複数の開口４１のうちで、最外周の開口４１ａは第２の金属膜１３２で覆っている。
　このように、上記第１の金属膜１３１の複数の開口４１のうちで、最外周の開口４１ａを第２の金属膜１３２で覆うことによって、露光時の干渉光の影響やエッチング時のマイクロローディング効果により、開口形状が不均一となりやすい最外周の開口４１ａを透過した光を遮断することができ、透過光の半値幅の増大や本来透過しない波長の光の透過等異常な透過を抑えることができる。
　また、遮光メタル領域３０１を構成する第１の金属膜１３１の遮光メタル部１３１ａおよび第２の金属膜１３２の遮光メタル部１３２ａは、第１光電変換素子１０１と第２の光電変換素子１０２との間、および、第１，第２の光電変換素子１０１，１０２の外側に対応する箇所に設けて、迷光が第１，第２の光電変換素子１０１，１０２に侵入するのを防止している。
　上記開口４１は、貫通穴または凹部で形成され、複数の開口４１のパターンは二次元状に周期的なものである。この周期的な開口４１を第１の金属膜１３１に形成することで、この第１の金属膜１３１に光が入射した際に、第１の金属膜１３１上に二次元状に周期的に配列された開口４１に表面プラズモン分散関係が組み込まれ、光によって表面プラズモンが励起できるようになり、この第１の金属膜１３１を波長選択フィルタとして機能させることがきる。このとき、隣接する開口４１でも同様に電子が振動し、表面全体で集団励起として振舞うので、隣接する開口４１と開口４１のホールピッチは同じ距離をとるような配列が最適であり、図１０のように６つの開口が１つの開口を囲むような千鳥状の配列ならばホールピッチが一定となり高い色分解能を得ることができる。
　上記第１の金属膜１３１の加工後、保護膜として機能するＳｉＯ２からなる絶縁膜４を形成する。この際、前工程にて形成された第１の金属膜１３１の開口４１の貫通穴または凹部もＳｉＯ２で埋まるように形成する必要があるため、高密度プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ２からなる絶縁膜４を第１の金属膜１３１上に被膜する。
　上記第２実施形態では、上記第２の金属膜１３２が、第１の光電変換素子１０１上の第１の金属膜１３１の複数の開口４１の一部である不均一に形成される開口４１ａと、第２の光電変換素子１０２上の第１の金属膜１３１の複数の開口４１の一部である不均一に形成される開口４１ａとを覆うと共に、遮光メタル部１３１ａ，１３２ａによって、第１の光電変換素子１０１と第２の光電変換素子１０２との間の領域を覆っているので、不均一に形成される開口４１ａを透過した光や迷光が第１および第２の光電変換素子１０１，１０２に入射するのを阻止できる。
　さらに、上記第１の金属膜１３１は上記多層配線よりも上方に形成され、かつ、上記第２の金属膜１３２は、上記多層配線の複数の配線層１１，１３２のうちの１つの配線層１３２を兼ねるので、第２の金属膜１３２を専用に単独に新たに形成する必要が無く、コスト増を防ぐことができる。
　また、上記第２の金属膜１３２は、上記多層配線の複数の配線層１１，１３２のうちの最上層の配線層１３２を兼ねるので、第１の金属膜１３１と第２の金属膜１３２との距離が小さくなって、第１や第２の光電変換素子１０１，１０２への漏れ光を確実に遮断することができる。
　もし仮に、プラズモニックフィルタ領域を構成するための第１の金属膜１３１と第２の金属膜１３２との距離が大きいと、一部の光が第１や第２の光電変換素子１０１，１０２に漏れて、分光感度を悪化させる恐れがあるのである。
　（第３実施形態）
　図７は、本発明の第３実施形態の光電変換装置の断面図である。図７において、図１に示す第１実施形態の光電変換装置の構成要素と同一構成要素については、図１の構成要素と同一参照番号を付して詳しい説明は省略し、異なる構成要素のみについて以下に説明する。
　この第３実施形態の光電変換装置は、回路内蔵光電変換装置であり、基板の一例としての半導体基板１００に、第１の光電変換素子１０１に加えて、回路部１１０を設けている。また、この光電変換装置の第１の金属膜２３１は、第１光電変換素子１０１の上に、複数の開口４１を有するプラズムニックフィルタ領域２００を形成し、さらに、遮光メタル領域３０２を形成する遮光メタル部２３１ａ，２３１ａを有する。
　上記プラズモニックフィルタ領域２００を構成する第１の金属膜２３１の複数の開口４１のうちで最外周に位置する開口４１ａは、最上層の配線層としても機能する第２の金属膜２３２で覆っている。
　上記構成の光電変換装置によれば、プラズモニックフィルタ領域２００を構成する第１の金属膜２３１の複数の開口４１のうちで最外周に位置する開口４１ａは、別の第２の金属膜２３２で覆われているので、露光時の隣接開口部からの干渉光の影響やエッチング時のマイクロローディング効果により形状が不均一になりやすい最外周の開口４１ａからの透過光を遮断することができて、所望の波長選択性を確保したプラズモニックフィルタを形成することができる。
　したがって、この第３実施形態の光電変換装置によれば、本来透過しない波長の光の異常透過を防ぐことができて、分光波形の半値幅を小さくすることができる
　また、上記遮光メタル領域３０２を形成する第１の金属膜２３１の遮光メタル部２３１ａおよび第２の金属膜２３２は、第１の光電変換素子１０１および回路部１１０の外側の領域、および、第１の光電変換素子１０１と回路部１１０との間の領域を覆っている。これにより、迷光が第１の光電変換素子１０１および回路部１１０に侵入するのを防止して、偽信号の発生を防止して、誤作動の防止、耐久性の向上をすることができる。
　また、上記第１の金属層２３１、ひいては、遮光メタル部２３１ａは、図示しない配線を介して、接地されていて、接地電位とされている。これにより、第１の金属層２３１，遮光メタル部２３１ａは、光の遮断だけでなく、電気的なノイズに対してもシールド効果を有する。例えば、電気的ノイズが第１の金属層２３１、あるいは、遮光メタル部２３１ａに飛来した場合、この電気的ノイズは接地された電位に逃げることができるため、第１の金属層２３１、遮光メタル部２３１ａよりも下の回路部１１０に電気的ノイズが悪影響することがない。つまり、遮光メタル部２３１ａは、光の侵入を防ぐことと電気的ノイズから回路部１１０等を守るシールドとして機能する。
　また、上記遮光メタル部２３１ａは、基板１００の表面の１／２以上の面積を覆っている。これにより、元の第１の金属層２３１のエッチングされる面積を減らすことができて、メタルエッチャー等で元の第１の金属層２３１をエッチングする際にデポ物等の発生を抑制することができる。
　次に、第３実施形態の光電変換装置の製造方法について、図７を用いて説明する。
　図７に示すように、基板の一例としての半導体基板１００の所定の位置に、フォトリソグラフィ／イオン注入／エッチング設備を用いて、第１の光電変換素子１０１と、その第１の光電変換素子１０１からの電気信号を処理する回路部１１０を形成する。この回路部は、ＣＭＯＳでもよいし、バイポーラ素子でもよい。この際、回路部１００以外に電気信号を出力するための端子であるＰＡＤ（パッド）部４０１を形成する領域も同時に確保する。この半導体基板１００上の第１の光電変換素子１０１周辺や回路部１１０の上方には、絶縁膜１～３を介して多層配線を構成する配線層１１，１２，２３２が配置される。この配線層２３２は、第２の金属膜２３２であって、プラズモニックフィルタ領域２００を構成する第１の金属膜２３１の複数の開口４１のうちで最外周に位置する開口４１ａを覆う。この第２の金属膜２３２は、通常の多層配線のための配線層としての機能と、第１の金属膜２３１の複数の開口４１のうちで最外周に位置する開口４１ａを覆う機能とを有する。
　次に、上記第２の金属膜２３２の更に上方に、特定の波長のみを透過するフィルタとして機能する第１の金属膜２３１を形成するために、絶縁膜４を形成する。この絶縁膜４の形成後は、第２の金属膜２３２のある部分とない部分とで段差が発生するが、第２の金属膜２３２にシールドメタル部を形成しないで、第２の金属膜２３２上に絶縁膜４を形成しているため、絶縁膜４には突起状の段差のみが生じる。この突起状の段差は、平面状の段差とは異なり、ＣＭＰ工程で局所的に研磨圧力が付加されるため、研磨されやすく、容易に平坦化できると共に、研磨時間を抑制することができる。これによりディッシングの発生が抑制されて、平坦化しやすい形状となっている。この際、スラリーは、より平坦性を確保するためセリアが望ましい。セリアによるＣＭＰにより完全に平坦になるまで加工を行う。この絶縁膜４の表面には、後ほど，第１の金属膜２３１を形成して、特定の光（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ等）を透過させるための第１の金属膜２３１の波長選択フィルタの微細パターンのフォトリソグラフィを行うため、この表面の平坦化は重要である。これは、微細化のために露光の開口数（ＮＡ）を高めることで、焦点深度が浅くなっても，平坦化することにより正確に露光できるようするためである。
　次に、平坦化された絶縁膜４の表面上にフィルタ材料として第１の金属膜２３１をスパッタや蒸着装置を用いて１５０ｎｍの厚さに形成する。このフィルタ材料の金属はＡｌが材料の単一性より最も望ましいが、より一般的に半導体製造に使用されているＡｌＣｕやＡｌＳｉでもよい。また、第１の金属膜２３１の膜厚は５０～２００ｎｍ程度が望ましい。また、この同一の第１の金属膜２３１に遮光メタル部２３１ａを形成するため、第１の金属膜２３１には３００ｎｍ～１２００ｎｍの光波長の光をブロックできる膜厚が必要となる。電極取り出し部であるＰＡＤ部４０１上には、金属膜は形成しない。
　この第１の金属膜２３１の塗布後、この第１の金属膜２３１上に図示しないＳｉＯ２膜と有機系のＢＡＲＣ（Bottom Anti Reflective Coating）を形成する。このＳｉＯ２膜は、後ほど行うエッチング時にフィルタ表面に形成されるデポ物をリフトオフにより除去するために必要である。また、ＢＡＲＣはＡｌなどの金属表面での反射を抑え、微細加工を行いやすくするために用いられる。本来であれば、半導体プロセスの多層配線ではＴｉ／ＴｉＮのような非反射（Anti-Reflection）層がＡｌＣｕの表面に形成されているが、プラズモン共鳴をＡｌで発生させるため、今回のフィルタでは使用することができず、このような膜を形成して表面反射を抑える。この後、図示しないレジストを塗布し、フォトリソグラフィで波長選択フィルタの開口パターンを形成する。Ｂ（ブルー）の用途としては、例えば、２６０ｎｍピッチで１３０ｎｍの開口を形成する。Ｇ（グリーン）の用途としては、例えば、３４０ｎｍピッチで１７０ｎｍの開口を形成する。Ｒ（レッド）の用途としては、例えば、４２０ｎｍピッチで２１０ｎｍの開口を形成する。この後、メタルエッチャーによりＢＡＲＣ／ＳｉＯ２／Ａｌの順でエッチングを行い、レジスト／ＢＡＲＣ／ＳｉＯ２を除去することで、第１の金属膜２３１の波長選択フィルタである複数の開口４１のパターンを形成する。波長選択フィルタの複数の開口４１のパターンは、第１の光電変換素子１０１上の受光用開口部の上の第１の金属膜２３１上に形成する。開口４１のパターンは二次元状に周期的に配置されており、貫通穴または凹部で形成される。この周期的な開口４１を第１の金属膜２３１に形成することで、この回路内蔵光電変換装置の第１の金属膜２３１に光が入射した際に、第１の金属膜２３１上に二次元状に周期的に配列された開口４１に表面プラズモン分散関係が組み込まれ、光によって表面プラズモンが励起できるようになり、この第１の金属膜２３１を波長選択フィルタとして機能させることがきる。このとき、隣接する開口４１でも同様に電子が振動し、表面全体で集団励起として振舞うので、隣接する開口４１と開口４１のホールピッチは同じ距離をとるような配列が最適であり、図８，１０のように６つの開口が１つの開口を囲むような千鳥状の配列ならば、ホールピッチが一定となり高い色分解能を得ることができる。
　上記第１の金属膜２３１の加工後は、図７に示すように、ＳｉＯ２からなる保護膜として機能する絶縁膜５を形成する。この際、前工程にて形成された第１の金属膜２３１の開口（貫通穴または凹部）４１もＳｉＯ２で埋まるように形成する必要があるため、高密度プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ２からなる絶縁膜５を形成する。
　最後に、電極取り出しのためのＰＡＤ部４０１上のＳｉＯ２膜４０６を除去しＰＡＤ部４０１を露出させる。
　上記第３実施形態では、上記第２の金属膜２３２が、第１の光電変換素子１０１上の第１の金属膜２３１の複数の開口４１の一部である不均一に形成される開口４１ａを覆うと共に、第１の金属膜２３１の遮光メタル部２３１ａによって、第１の光電変換素子１０１と回路部１１０との間の領域を覆っているので、迷光が第１の光電変換素子１０１および回路部１１０に入射するのを阻止できる。
　さらに、上記第１の金属膜２３１は上記多層配線よりも上方に形成され、かつ、上記第２の金属膜２３２は、上記多層配線の複数の配線層１１，１２，２３２のうちの１つの配線層２３２を兼ねるので、第２の金属膜２３２を専用に単独に新たに形成する必要が無く、コスト増を防ぐことができる。
　さらに、上記回路部１１０を含む回路内蔵光電変換装置自体のプロセスを変えることなく、第１の金属膜２３１を追加して搭載できることに加えて、第２の金属膜２３２に、多層配線の配線層２３２を兼ねさせることができるから、プロセスインテグレーションし易いというメリットがある。
　また、上記第２の金属膜２３２は、上記多層配線の複数の配線層１１，１２，２３２のうちの最上層の配線層２３２を兼ねるので、第１の金属膜２３１と第２の金属膜２３２との距離が小さくなって、第１の光電変換素子１０１や回路部１１０への漏れ光を確実に遮断することができる。
　もし仮に、プラズモニックフィルタ領域を構成するための第１の金属膜２３１と第２の金属膜２３２との距離が大きいと、一部の光が第１の光電変換素子１０１や回路部１１０に漏れて、分光感度を悪化させる恐れがあるのである。
　（第４実施形態）
　図１８と１９は、本発明の第４実施形態の光電変換装置の平面図と断面図である。図１９において、図７に示す第３実施形態の光電変換装置の構成要素と同一構成要素については、図７の構成要素と同一参照番号を付して詳しい説明は省略し、異なる構成要素のみについて以下に説明する。
　この第４実施形態の光電変換装置は、図１８の平面図に示すように、第１の金属膜８３１に、複数の開口の一例としての複数のスリット８４１を設けている。この複数のスリット８４１，８４１，８４１…は、一定間隔で、横方向に並んでいる。第２の金属膜８３２は、図１８および１９に示すように、複数のスリット８４１，８４１，８４１…のうちの両端のスリット８４１ａ，８４１ａの全ての領域と、両端以外の複数のスリット８４１，８４１，８４１…の各々の長手方向の両端部８４１ｂ，８４１ｂ，８４１ｂ…を覆っている。すなわち、上記第２の金属膜８３２は、複数のスリット８４１，８４１，８４１…の最外周に位置する部分を覆っている。
　上記第１の金属膜８３１は、複数のスリット８４１によって、第１の光電変換素子１０１の上方に位置するプラズモニックフィルタ領域１２００を形成し、遮光メタル部８３１ａによって、遮光メタル領域１３０２を形成する。
　また、上記第１の金属膜８３１は、図示しない配線によって、接地していて、プラズモニックフィルタ領域１２００の金属膜８３１の部分と遮光メタル部８３１とを接地電位にしている。
　この第４実施形態では、上記金属膜８３１のプラズモニックフィルタ領域１２００に対応する部分と、遮光メタル部８３１とは、電気的に接続しているが、上記金属膜８３１のプラズモニックフィルタ領域１２００に対応する部分と、遮光メタル部８３１とが電気的に分離していてもよい。この場合、上記金属膜８３１のプラズモニックフィルタ領域１２００に対応する部分を接地して、接地電位にするのが、プラズモニックフィルタの波長選択機能を良好にする上で、重要である。
　上記構成の光電変換装置によれば、プラズモニックフィルタ領域１２００を構成する第１の金属膜８３１の複数の開口としての複数のスリット８４１，８４１，８４１…のうちの両端のスリット８４１ａ，８４１ａの全ての領域と、両端以外の複数のスリット８４１，８４１，８４１…の各々の長手方向の両端部８４１ｂ，８４１ｂ，８４１ｂ…とが、第２の金属膜８３２によって、覆われているので、露光時の隣接開口部からの干渉光の影響やエッチング時のマイクロローディング効果により形状が不均一になりやすい両端のスリット８４１ａ，８４１ａやスリット８４１，８４１，８４１…の各々の長手方向の両端部８４１ｂ，８４１ｂ，８４１ｂ…からの透過光を第２の金属膜８３２で遮断することができて、スリット構造でも、所望の波長選択性を確保したプラズモニックフィルタを形成することができる。
　したがって、この第４実施形態の光電変換装置によれば、本来透過しない波長の光の異常透過を防ぐことができて、分光波形の半値幅を小さくすることができる
　また、上記第２の金属膜８３２は、第１の光電変換素子１０１の外側の領域を覆っている。これにより、迷光が第１の光電変換素子１０１に侵入するのを防止して、偽信号の発生を防止でき、誤作動の防止、耐久性の向上をすることができる。
　また、上記第１の金属膜８３１は、接地されて、接地電位となっているので、プラズモニックフィルタ領域１２００を構成する第１の金属膜８３１の部分の電位が安定して、電子の挙動が安定して、波長選択性が良好になる。もし、仮に、プラズモニックフィルタ領域１２００の第１の金属膜８３１の部分の電位が変動すると、波長選択性に悪影響がでるのである。
　また、上記第１の金属膜８３１の遮光メタル部８３１ａが接地されていて、接地電位となっているので、遮光メタル部８３１ａは、光を遮断して第１の光電変換素子１０１への光の侵入を防ぐ光シールドとしての機能だけでなく、電気的ノイズから回路部１１０等を守る電気シールドとしても機能する。
　また、上記遮光メタル部８３１ａは、基板１００の表面の１／２以上の面積を覆っている。これにより、元の第１の金属層８３１のエッチングされる面積を減らすことができて、メタルエッチャー等で元の第１の金属層８３１をエッチングする際にデポ物等の発生を抑制することができる。
　次に、第４実施形態の光電変換装置の製造方法について、図１８および１９を参照しながら説明する。
　図１９に示すように、基板の一例としての半導体基板１００の所定の位置に、フォトリソグラフィ／イオン注入／エッチング設備を用いて、第１の光電変換素子１０１と、その第１の光電変換素子１０１からの電気信号を処理する回路部１１０を形成する。この回路部１１０は、ＣＭＯＳでもよいし、バイポーラ素子でもよい。この際、回路部１００以外に電気信号を出力するための端子であるＰＡＤ（パッド）部４０１を形成する領域も同時に確保する。
　この半導体基板１００上の第１の光電変換素子１０１周辺や回路部１１０の上方には、絶縁膜１～３を介して多層配線を構成する配線層１１，１２，８３２が配置される。この配線層８３２は、第２の金属膜８３２であって、プラズモニックフィルタ領域１２００を構成する第１の金属膜８３１の複数の開口としての複数のスリット８４１のうちで横方向の最外端に位置するスリット８４１ａと、図１８に示す横方向の両端以外の複数のスリット８４１，８４１，８４１…の各々の長手方向の両端部８４１ｂ，８４１ｂ，８４１ｂ…とを覆う。この第２の金属膜８３２は、通常の多層配線のための配線層としての機能と、第１の金属膜８３１の複数のスリット８４１の最外周（複数のスリット８４１のうちで横方向の最外端に位置するスリット８４１ａ，８４１ａと、横方向の両端以外の複数のスリット８４１の長手方向の両端部８４１ｂ，８４１ｂ）とを覆う機能とを有する。
　次に、上記第２の金属膜８３２の更に上方に、特定の波長のみを透過するフィルタとして機能する第１の金属膜８３１を形成するために、絶縁膜４を形成する。この絶縁膜４の形成後は、第２の金属膜８３２のある部分とない部分とで段差が発生するが、配線層１１，１２，８３２にシールドメタル部を形成しないで、配線層（第２の金属膜）８３２上に絶縁膜４を形成しているため、絶縁膜４には突起状の段差のみが生じる。この突起状の段差は、平面状の段差とは異なり、ＣＭＰ工程で局所的に研磨圧力が付加されるため、研磨されやすく、容易に平坦化できると共に、研磨時間を抑制することができる。これによりディッシングの発生が抑制されて、平坦化しやすい形状となっている。この際、スラリーは、より平坦性を確保するためセリアが望ましい。セリアによるＣＭＰにより完全に平坦になるまで加工を行う。この絶縁膜４の表面には、後ほど，第１の金属膜８３１を形成して、特定の光（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ等）を透過させるための第１の金属膜８３１の波長選択フィルタの微細パターンのフォトリソグラフィを行うため、この表面の平坦化は重要である。これは、微細化のために露光の開口数（ＮＡ）を高めることで、焦点深度が浅くなっても、平坦化することにより正確に露光できるようするためである。
　次に、上記平坦化された絶縁膜４の表面上にフィルタ材料として第１の金属膜８３１をスパッタや蒸着装置を用いて１５０ｎｍの厚さに形成する。このフィルタ材料の金属はＡｌが材料の単一性より最も望ましいが、より一般的に半導体製造に使用されているＡｌＣｕやＡｌＳｉでもよい。また、第１の金属膜８３１の膜厚は５０～２００ｎｍ程度が望ましい。また、この同一の第１の金属膜８３１に遮光メタル部８３１ａを形成するため、第１の金属膜８３１には３００～１２００ｎｍの光波長の光をブロックできる膜厚が必要となる。電極取り出し部であるＰＡＤ部４０１上には、金属膜は形成しない。
　この第１の金属膜８３１の塗布後、この第１の金属膜８３１上に図示しないＳｉＯ２膜と有機系のＢＡＲＣ（Bottom Anti Reflective Coating）を形成する。このＳｉＯ２膜は、後ほど行うエッチング時にフィルタ表面に形成されるデポ物をリフトオフにより除去するために必要である。また、ＢＡＲＣはＡｌなどの金属表面での反射を抑え、微細加工を行いやすくするために用いられる。本来であれば、半導体プロセスの多層配線ではＴｉ／ＴｉＮのような非反射（Anti-Reflection）層がＡｌＣｕの表面に形成されているが、プラズモン共鳴をＡｌで発生させるため、今回のフィルタでは使用することができず、このような膜を形成して表面反射を抑える。この後、図示しないレジストを塗布し、フォトリソグラフィで波長選択フィルタの開口パターンをスリット構造で形成する。Ｂ（ブルー）の用途としては、例えば、２６０ｎｍピッチで幅１３０ｎｍの開口をスリット構造で形成する。Ｇ（グリーン）の用途としては、例えば、３４０ｎｍピッチで幅１７０ｎｍの開口をスリット構造で形成する。Ｒ（レッド）の用途としては、例えば、４２０ｎｍピッチで幅２１０ｎｍの開口をスリット構造で形成する。この後、メタルエッチャーによりＢＡＲＣ／ＳｉＯ２／Ａｌの順でエッチングを行い、レジスト／ＢＡＲＣ／ＳｉＯ２を除去することで、第１の金属膜８３１の波長選択フィルタであるスリット構造の複数の開口（スリット）８４１のパターンを形成する。波長選択フィルタの複数の開口８４１のパターンは、第１の光電変換素子１０１上の受光用開口部の上の第１の金属膜８３１上に形成する。開口（スリット）８４１の配列パターンは、スリット８４１を横方向に周期的に並べたスリット構造であり、このスリット８４１は細長い貫通穴または凹部で形成される。この周期的なスリット８４１を第１の金属膜８３１に形成することで、この回路内蔵光電変換装置の第１の金属膜８３１に光が入射した際に、第１の金属膜８３１上にスリット構造で周期的に配列された開口８４１に表面プラズモン分散関係が組み込まれ、光によって表面プラズモンが励起できるようになり、この第１の金属膜８３１を波長選択フィルタとして機能させることがきる。このとき、隣接するスリット８４１でも同様に電子が振動し、表面全体で集団励起として振舞うので、隣接するスリット８４１とスリット８４１とのスリットピッチは同じ距離をとるような配列が最適である。図１８の平面図に示すように、加工精度の良くない最外周のスリット（複数のスリット８４１のうちの横方向の最外端のスリット８４１ａ，８４１ａおよび複数のスリット８４１の長手方向の両端部８４１ｂ，８４１ｂ）が第２の金属膜８３２により遮光されるため、プラズモニックフィルタとして寄与しないから、スリットピッチが一定となって、高い色分解能を得ることができる。
　上記第１の金属膜８３１の加工後は、図１９に示すように、ＳｉＯ２からなる保護膜として機能する絶縁膜５を形成する。この際、前工程にて形成された第１の金属膜８３１の開口（貫通穴または凹部）８４１もＳｉＯ２で埋まるように形成する必要があるため、高密度プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ２からなる絶縁膜５を形成する。
　最後に、電極取り出しのためのＰＡＤ部４０１上のＳｉＯ２膜４０６を除去しＰＡＤ部４０１を露出させる。
　上記第１～第４実施形態では、プラズモニックフィルタ領域２００，１２００を構成する第１の金属膜３１，１３１，２３１，８３１と、基板１００との間に、この第１の金属膜３２，１３２，２３２，８３１の複数の開口４１，８４１のうちで最外周に位置する開口４１ａ，８４１ａ，開口８４１の端部８４１ｂを覆う第２の金属膜３２，１３２，２３２，８３２を設けたが、プラズモニックフィルタ領域を構成する第１の金属膜の上側に、最外周に位置する開口を覆う第２の金属膜を設けてもよい。つまり、第２の金属膜と基板との間に、プラズモニックフィルタ領域を構成する第１の金属膜を設けてもよい。
　本発明および実施形態を纏めると、次のようになる。
　本発明の光電変換装置は、
　基板１００に設けられた第１の光電変換素子１０１と、
　上記第１の光電変換素子１０１の上に絶縁膜１，２，３を介して形成されると共に、プラズモニックフィルタ領域を構成するための周期的または非周期的に配置された複数の開口４１，８４１を有する第１の金属膜３１，１３１，２３１，８３１と、
　上記第１の金属膜３１，１３１，２３１，８３１の複数の開口４１，８４１の一部を覆う第２の金属膜３２，１３２，２３２，８３２と
を備える
ことを特徴としている。
　上記構成によれば、不均一に形成されると予想される第１の金属膜３１，１３１，２３１，８３１の開口４１，８４１の一部を第２の金属膜３２，１３２，２３２，８３２で覆って、第１の金属膜３１，１３１，２３１，８３１の開口４１，８４１の不均一な一部を透過する光を第２の金属膜３２，１３２，２３２，８３２によって遮断して、第１の光電変換素子１０１へ届かないようにすることができる。したがって、本来透過しない波長の光の異常な透過を防ぐことができて、開口４１，８４１の不均一な一部によって乱された透過光が光電流として寄与せず、半値幅の増大を防止することができる。
　なお、上記第１の金属膜３１，１３１，２３１の複数の開口４１，８４１の一部には、上記第１の金属膜３１，１３１，２３１の複数の開口４１，８４１のうちで最外周に位置する開口４１ａ，８４１ａ，８４１ｂに限らず、最外周の開口４１ａ，８４１ａよりも内側に有る例えば外側から２番目の開口４１，８４１なども含めても良い。
　１実施形態では、
　上記第２の金属膜３２，１３２，２３２，８３２は、上記第１の金属膜３１，１３１，２３１，８３１の複数の開口４１，８４１のうちで少なくとも最外周に位置する開口の一部４１ａ，８４１ａ，８４１ｂを覆う。
　上記第１の金属膜３１，１３１，２３１，８３１の複数の開口４１，８４１のうちで最外周に位置する開口の一部４１ａ，８４１ａ，８４１ｂは、周囲を開口４１，８４１で囲まれていないから、周囲を開口４１，８４１に囲まれた中央の領域の開口４１，８４１と比較して特異的であって、露光やエッチングにより不均一になり易い。
　したがって、この実施形態のように、上記第１の金属膜３１，１３１，２３１，８３１の複数の開口４１，８４１のうちで少なくとも最外周に位置する開口の一部４１ａ，８４１ａ，８４１ｂを覆うことによって、この特異な開口の一部４１ａ，８４１ａ，８４１ｂを透過した光を、第２の金属膜３２，１３２，２３２，８３２によって遮断できるから、不均一な開口の一部４１ａ，８４１ａ，８４１ｂによって乱された透過光が光電流として寄与せず、半値幅の増大を防止することができる。
　図１１、１２に示すように、第１の金属膜３１，１３１，２３１の複数の開口４１のうちで最外周の開口４１ａが特異な大きさになるが、特にコーナ部の開口４１ａが特異なサイズになるから、最外周の開口４１ａのうちで、特にコーナ部の開口４１ａを第２の金属膜３２，１３２，２３２で覆うのが好ましい。
　１実施形態では、
　さらに、上記基板１００に設けられた第２の光電変換素子１０２を備え、
　上記第１の金属膜１３１は、上記第１および第２の光電変換素子１０１，１０２の上に絶縁膜１，２，３を介して形成され、
　上記第２の金属膜１３２は、上記第１の光電変換素子１０１上の第１の金属膜１３１の複数の開口４１の一部と上記第２の光電変換素子１０２上の第１の金属膜１３１の複数の開口４１の一部とを覆うと共に、上記第１の光電変換素子１０１と上記第２の光電変換素子１０２との間の領域を覆っている。
　上記実施形態によれば、第１の金属膜１３１の複数の開口４１のうちで不均一に形成される開口４１ａを第２の金属膜１３２で覆って、その開口４１ａを透過した光を第２の金属膜１３２で遮断して、第１および第２の光電変換素子１０１，１０２に入射するのを阻止でき、かつ、上記第２の金属膜１３２が上記第１の光電変換素子１０１と上記第２の光電変換素子１０２との間の領域を覆っているので、この第２の金属膜１３２が迷光を遮る遮光メタルとしても機能することができる。
　１実施形態では、
　さらに、上記基板１００に設けられた回路部１１０と、
　上記基板１００上に絶縁膜１，２，３を介して形成された複数の配線層１１，１２，２３２，８３２からなる多層配線と
を備え、
　上記第１の金属膜２３１，８３１は上記多層配線よりも上方に形成され、
　上記第２の金属膜２３２，８３２は、上記多層配線の複数の配線層１１，１２，２３２，８３２のうちの１つの配線層２３２，８３２を兼ねる。
　上記実施形態によれば、上記第２の金属膜２３２，８３２は、上記多層配線の複数の配線層１１，１２，２３２，８３２のうちの１つの配線層２３２，８３２を兼ねるから、第２の金属膜２３２，８３２を専用に単独に新たに形成する必要が無く、コスト増を防ぐことができる。さらに、上記回路部１１０を含む回路内蔵光電変換装置自体のプロセスを変えることなく、第１の金属膜２３１を追加して搭載できることに加えて、第２の金属膜２３２，８３２を多層配線の配線層２３２，８３２を兼ねさせることができるから、プロセスインテグレーションし易いというメリットがある。
　１実施形態では、
　上記第２の金属膜１３２，２３２，８３２は、上記多層配線の複数の配線層１１，１２，１３２，２３２のうちの最上層の配線層１３２，２３２，８３２を兼ねる。
　上記実施形態によれば、上記第２の金属膜１３２，２３２，８３２は、上記多層配線の複数の配線層１１，１２，１３２，２３２，８３２のうちの最上層の配線層１３２，２３２，８３２を兼ねるから、上記第１の金属膜１３１，２３１，８３１と第２の金属膜１３２，２３２，８３２との距離が小さくなって、第１や第２の光電変換素子１０１，１０２や回路部１１０への漏れ光を確実に遮断することができる。
　もし仮に、プラズモニックフィルタ領域を構成するための第１の金属膜１３１，２３１，８３１と第２の金属膜１３２，２３２，８３２との距離が大きいと、一部の光が第１や第２の光電変換素子１０１，１０２や回路部１１０に漏れて、分光感度を悪化させたり、誤動作させる恐れがあるのである。
　１実施形態では、
　上記第１および第２の金属膜３１，１３１，２３１，８３１，３２，１３２，２３２，８３２はＡｌまたはＡｌＣｕで構成される。
　Ａｌの誘電関数を図１６に示す。一般的にプラズモン共鳴を起こしやすい物性は、誘電関数の実部が小さく、虚部が大きい方が望ましい。今回のアプリケーションのように光の三原色を意識したものに対しては、Ａｌのように波長３００－７００ｎｍの領域で上記条件を満たしているＡｌまたはＡｌＣｕの金属が望ましい。逆に、長波長の透過フィルタを、プラズモン共鳴現象を用いて形成する場合は、図１７のＡｕのように波長７００ｎｍ以上で上記条件を満たす材料とすることが望ましい。
　１実施形態では、
　上記第２の金属膜３２，１３２，２３２，８３２の厚さは少なくとも光の透過を防止する厚みである。
　１実施形態では、
　上記第２の金属膜３２，１３２，２３２，８３２で光の透過を防止する光の波長は３００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。
　１実施形態では、
　上記第１の金属膜３１，１３１，２３１，８３１は光の三原色を透過する。
　１実施形態では、
　上記第１の金属膜８３１の上記複数の開口８４１はスリット８４１である。
　上記実施形態によれば、スリット構造で、プラズモン共鳴現象を用いて、波長選択性を有するフィルタを得ることができる。
　１実施形態では、
　上記第１の金属膜８３１のうちで、少なくとも、上記プラズモニックフィルタ領域１２００を構成する部分は、接地されている。
　上記実施形態によれば、上記第１の金属膜８３１のうちで、少なくとも、上記プラズモニックフィルタ領域１２００を構成する部分が接地されて、接地電位となっているので、プラズモニックフィルタ領域１２００を構成する第１の金属膜８３１の部分の電位が安定して、電子の挙動が安定して、波長選択性が良好になる。
　本発明の光電変換装置の製造方法は、
　基板１００上に光電変換素子１０１，１０２を形成し、
　上記基板１００上に、複数の配線層１１，１２，１３２，２３２，８３２を、順次、絶縁膜１，２，３を介して形成すると共に、上記複数の配線層１１，１２，１３２，２３２，８３２のうちの最上層の配線層１３２，２３２，８３２を、第２の金属膜１３２，２３２，８３２を兼ねるように形成し、
　上記光電変換素子１０１の上に、プラズモニックフィルタ領域を構成するための周期的または非周期的に配置された複数の開口４１，８４１を有する第１の金属膜１３１，２３１，８３１を、この第１の金属膜１３１，２３１，８３１の複数の開口４１，８４１の一部が上記第２の金属膜１３２，２３２，８３２で覆われるように、絶縁膜１，２，３，４を介して形成する
ことを特徴としている。
　本発明によれば、本来、透過しない波長の光の異常透過を防ぐことができて、分光波形の半値幅を小さくすることができる光電変換装置を製造することができる。
　第１～第４実施形態および変形例で述べた構成要素は、適宜、組み合わせてもよく、また、適宜、選択、置換、あるいは、削除してもよいのは、勿論である。
　１，２，３，４，５　絶縁膜
　１１，１２，１３２，２３２，８３２　配線層
　３１，１３１，２３１，８３１　第１の金属膜
　３２，１３２，２３２，８３２　第２の金属膜
　１００　半導体基板
　１０１　第１の光電変換素子
　１０２　第２の光電変換素子
　１１０　回路部
　１３１ａ，１３２ａ，８３１ａ　遮光メタル部
　２００，１２００　プラズモニックフィルタ領域
　３０１，３０２，１３０２　遮光メタル領域

Claims (7)

  1. 　基板（１００）に設けられた第１の光電変換素子（１０１）と、
    　上記第１の光電変換素子（１０１）の上に絶縁膜（１，２，３）を介して形成されると共に、プラズモニックフィルタ領域を構成するための周期的または非周期的に配置された複数の開口（４１，８４１）を有する第１の金属膜（３１，１３１，２３１，８３１）と、
    　上記第１の金属膜（３１，１３１，２３１，８３１）の複数の開口（４１，８４１）の一部を覆う第２の金属膜（３２，１３２，２３２，８３２）と
    を備える
    ことを特徴とする光電変換装置。
  2. 　請求項１に記載の光電変換装置において、
    　上記第２の金属膜（３２，１３２，２３２，８３２）は、上記第１の金属膜（３１，１３１，２３１，８３１）の複数の開口（４１，８４１）のうちで少なくとも最外周に位置する開口の一部（４１ａ，８４１ａ，８４１ｂ）を覆う
    ことを特徴とする光電変換装置。
  3. 　請求項１または２に記載の光電変換装置において、
    　さらに、上記基板（１００）に設けられた第２の光電変換素子（１０２）を備え、
    　上記第１の金属膜（１３１）は、上記第１および第２の光電変換素子（１０１，１０２）の上に絶縁膜（１，２，３）を介して形成され、
    　上記第２の金属膜（１３２）は、上記第１の光電変換素子（１０１）上の第１の金属膜（１３１）の複数の開口（４１）の一部と上記第２の光電変換素子（１０２）上の第１の金属膜（１３１）の複数の開口（４１）の一部とを覆うと共に、上記第１の光電変換素子（１０１）と上記第２の光電変換素子（１０２）との間の領域を覆っている
    ことを特徴とする光電変換装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか１つに記載の光電変換装置において、
    　さらに、上記基板（１００）に設けられた回路部（１１０）と、
    　上記基板（１００）上に絶縁膜（１，２，３）を介して形成された複数の配線層（１１，１２，２３２，８３２）からなる多層配線と
    を備え、
    　上記第１の金属膜（２３１，８３１）は上記多層配線よりも上方に形成され、
    　上記第２の金属膜（２３２，８３２）は、上記多層配線の複数の配線層（１１，１２，２３２，８３２）のうちの１つの配線層（２３２，８３２）を兼ねる
    ことを特徴とする光電変換装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか１つに記載の光電変換装置において、
    　上記第１の金属膜（８３１）の上記複数の開口（８４１）はスリット（８４１）である
    ことを特徴とする光電変換装置。
  6. 　請求項１から５のいずれか１つに記載の光電変換装置において、
    　上記第１の金属膜（８３１）のうちで、少なくとも、上記プラズモニックフィルタ領域（１２００）を構成する部分は、接地されている
    ことを特徴とする光電変換装置。
  7. 　基板（１００）上に光電変換素子（１０１，１０２）を形成し、
    　上記基板（１００）上に、複数の配線層（１１，１２，１３２，２３２，８３２）を、順次、絶縁膜（１，２，３）を介して形成すると共に、上記複数の配線層（１１，１２，１３２，２３２，８３２）のうちの最上層の配線層（１３２，２３２，８３２）を、第２の金属膜（１３２，２３２，８３２）を兼ねるように形成し、
    　上記光電変換素子（１０１）の上に、プラズモニックフィルタ領域を構成するための周期的または非周期的に配置された複数の開口（４１，８４１）を有する第１の金属膜（１３１，２３１，８３１）を、この第１の金属膜（１３１，２３１，８３１）の複数の開口（４１，８４１）の一部が上記第２の金属膜（１３２，２３２，８３２）で覆われるように、絶縁膜（１，２，３，４）を介して形成する
    ことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
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