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JP2011203247A - Optical sensor and electronic apparatus - Google Patents

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JP2011203247A
JP2011203247A JP2011046100A JP2011046100A JP2011203247A JP 2011203247 A JP2011203247 A JP 2011203247A JP 2011046100 A JP2011046100 A JP 2011046100A JP 2011046100 A JP2011046100 A JP 2011046100A JP 2011203247 A JP2011203247 A JP 2011203247A
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Japan
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optical sensor
light
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photodiode
angle limiting
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彰 植松
Norimoto Nakamura
紀元 中村
Akira Komatsu
朗 小松
Kunihiko Yano
邦彦 矢野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical sensor and an electronic apparatus which can be reduced in size.SOLUTION: The optical sensor includes impurity regions 31 and 32 for a photodiode formed on a semiconductor substrate 10 and angle-limiting filters 41 and 42 for limiting the incident angles of incident lights on a light-receiving region of the photodiode. The angle-limiting filters 41 and 42 are formed of a light-shielding material (light-absorbing material or a light-reflecting material) formed by a semiconductor process on the impurity regions 31 and 32 for the photodiode.

Description

本発明は、光学センサー及び電子機器等に関する。   The present invention relates to an optical sensor, an electronic device, and the like.

医療や農業、環境等の分野では、対象物の診断や検査をするために分光センサーが用いられている。例えば、医療の分野では、ヘモグロビンの光吸収を利用して血中酸素飽和度を測定するパルスオキシメーターが用いられる。また、農業の分野では、糖分の光吸収を使用して果実の糖度を測定する糖度計が用いられる。   In fields such as medicine, agriculture, and the environment, a spectroscopic sensor is used for diagnosing and inspecting an object. For example, in the medical field, a pulse oximeter that measures blood oxygen saturation using light absorption of hemoglobin is used. In the field of agriculture, a sugar content meter that measures the sugar content of fruits using light absorption of sugar is used.

特開平6−129908号公報JP-A-6-129908 特開2006−351800号公報JP 2006-351800 A

しかしながら、従来の分光センサーでは、小型化が困難であるという課題がある。例えば、連続スペクトルを取得する分光センサーでは、連続スペクトルを生成するためのプリズム等を設けたり、光路長を確保する必要があるため、装置が大型化してしまう。そのため、多数のセンサーを設置したり、センサーを検査対象物に常時設置しておくこと等が困難となってしまう。   However, the conventional spectral sensor has a problem that it is difficult to reduce the size. For example, in a spectroscopic sensor that acquires a continuous spectrum, it is necessary to provide a prism or the like for generating a continuous spectrum or to secure an optical path length, so that the apparatus becomes large. For this reason, it becomes difficult to install a large number of sensors or to always install the sensors on the inspection object.

ここで、特許文献1には、光ファイバーにより入射光の入射角度を制限することでフィルターの透過波長帯域を制限する手法が開示されている。また、特許文献2には、センサー毎に膜厚の異なる多層膜フィルターを用いて複数波長帯域の光をセンシングする手法が開示されている。   Here, Patent Document 1 discloses a technique for limiting the transmission wavelength band of a filter by limiting the incident angle of incident light using an optical fiber. Patent Document 2 discloses a technique for sensing light in a plurality of wavelength bands using multilayer filters having different film thicknesses for each sensor.

本発明の幾つかの態様によれば、小型化可能な光学センサー及び電子機器等を提供できる。   According to some embodiments of the present invention, it is possible to provide an optical sensor, an electronic device, and the like that can be miniaturized.

本発明の一態様は、半導体基板上に形成された、フォトダイオード用の不純物領域と、前記フォトダイオードの受光領域に対する入射光の入射角度を制限するための角度制限フィルターと、を含み、前記角度制限フィルターは、前記フォトダイオード用の不純物領域の上に半導体プロセスによって形成された遮光物質によって形成される光学センサーに関係する。   One aspect of the present invention includes an impurity region for a photodiode formed on a semiconductor substrate, and an angle limiting filter for limiting an incident angle of incident light with respect to a light receiving region of the photodiode, and the angle The limiting filter is related to an optical sensor formed by a light shielding material formed by a semiconductor process on the impurity region for the photodiode.

本発明の一態様によれば、フォトダイオード用の不純物領域の上に半導体プロセスによって形成された遮光物質によって角度制限フィルターが形成され、その角度制限フィルターによってフォトダイオードの受光領域に対する入射光の入射角度が制限される。これにより、光学センサーの小型化等が可能になる。   According to one aspect of the present invention, an angle limiting filter is formed of a light shielding material formed by a semiconductor process on an impurity region for a photodiode, and the incident angle of incident light with respect to the light receiving region of the photodiode is formed by the angle limiting filter. Is limited. This makes it possible to reduce the size of the optical sensor.

また、本発明の一態様では、前記角度制限フィルターは、前記半導体基板上に形成される他の回路の配線層形成工程により形成されてもよい。   In the aspect of the invention, the angle limiting filter may be formed by a wiring layer forming step of another circuit formed on the semiconductor substrate.

このようにすれば、半導体基板上に形成される他の回路の配線層形成工程により形成することで、角度制限フィルターを半導体プロセスにより形成できる。   If it does in this way, an angle limiting filter can be formed by a semiconductor process by forming by the wiring layer formation process of other circuits formed on a semiconductor substrate.

また、本発明の一態様では、前記角度制限フィルターは、前記半導体基板の上に積層された絶縁膜に空けられたコンタクトホールの導電性プラグにより形成されてもよい。   In the aspect of the invention, the angle limiting filter may be formed by a conductive plug of a contact hole formed in an insulating film stacked on the semiconductor substrate.

このようにすれば、角度制限フィルターを、半導体基板の上に積層された絶縁膜に空けられたコンタクトホールの導電性プラグにより形成できる。   In this way, the angle limiting filter can be formed by the conductive plug of the contact hole opened in the insulating film laminated on the semiconductor substrate.

また、本発明の一態様では、前記角度制限フィルターは、前記半導体プロセスにより形成される導電層または導電性プラグにより形成され、前記フォトダイオード用の不純物領域からの信号を取得する電極であってもよい。   In the aspect of the invention, the angle limiting filter may be an electrode that is formed by a conductive layer or a conductive plug formed by the semiconductor process and acquires a signal from the impurity region for the photodiode. Good.

このようにすれば、角度制限フィルターを、フォトダイオード用の不純物領域からの信号を取得する電極として兼用できる。   In this way, the angle limiting filter can also be used as an electrode for acquiring a signal from the impurity region for the photodiode.

また、本発明の一態様では、前記角度制限フィルターは、前記半導体基板に対する平面視において、前記フォトダイオードの受光領域の外周に沿って形成されてもよい。   In the aspect of the invention, the angle limiting filter may be formed along an outer periphery of a light receiving region of the photodiode in a plan view with respect to the semiconductor substrate.

このようにすれば、半導体基板に対する平面視において、フォトダイオードの受光領域の外周に沿って角度制限フィルターを形成することで、フォトダイオードの受光領域に対する入射光の入射角度を制限できる。   In this way, the incident angle of the incident light with respect to the light receiving region of the photodiode can be limited by forming the angle limiting filter along the outer periphery of the light receiving region of the photodiode in plan view with respect to the semiconductor substrate.

また、本発明の一態様では、前記角度制限フィルターは、前記フォトダイオード用の不純物領域の上に形成された複数の開口を有し、前記複数の開口は、前記フォトダイオードの受光領域の外周に沿って形成され、前記受光領域に対する入射光の入射角度を制限してもよい。   In the aspect of the invention, the angle limiting filter may have a plurality of openings formed on the impurity region for the photodiode, and the plurality of openings may be formed on an outer periphery of the light receiving region of the photodiode. The incident angle of incident light with respect to the light receiving region may be limited.

このようにすれば、角度制限フィルターが、フォトダイオードの受光領域の外周に沿って形成された複数の開口を有することで、フォトダイオードの受光領域に対する入射光の入射角度を制限できる。   In this way, the angle limiting filter has a plurality of openings formed along the outer periphery of the light receiving region of the photodiode, so that the incident angle of the incident light with respect to the light receiving region of the photodiode can be limited.

また、本発明の一態様では、前記入射光のうちの特定波長の光を透過する光バンドパスフィルターを含んでもよい。   In one embodiment of the present invention, an optical bandpass filter that transmits light having a specific wavelength of the incident light may be included.

このようにすれば、入射光のうちの特定波長の光を角度制限フィルター及びフォトダイオードの受光領域に入射させることができる。   If it does in this way, the light of the specific wavelength of incident light can be entered in the light reception area | region of an angle limiting filter and a photodiode.

また、本発明の一態様では、前記光バンドパスフィルターは、前記半導体基板に対して、透過波長に応じた角度で傾斜する多層薄膜により形成されてもよい。   In the aspect of the invention, the optical bandpass filter may be formed of a multilayer thin film that is inclined with respect to the semiconductor substrate at an angle corresponding to a transmission wavelength.

このようにすれば、半導体基板に対して透過波長に応じた角度で傾斜する多層薄膜により光バンドパスフィルターを形成できる。   In this way, an optical bandpass filter can be formed by a multilayer thin film inclined at an angle corresponding to the transmission wavelength with respect to the semiconductor substrate.

また、本発明の一態様では、前記角度制限フィルターの上に設けられた傾斜構造体を含み、前記傾斜構造体は、前記半導体基板に対して、前記光バンドパスフィルターの透過波長に応じた角度で傾斜する傾斜面を有し、前記多層薄膜は、前記傾斜面の上に形成されてもよい。   In one embodiment of the present invention, the tilt structure includes an inclined structure provided on the angle limiting filter, and the tilt structure has an angle corresponding to the transmission wavelength of the optical bandpass filter with respect to the semiconductor substrate. The multilayer thin film may be formed on the inclined surface.

このように半導体基板に対して光バンドパスフィルターの透過波長に応じた角度で傾斜する傾斜面を有する傾斜構造体の上に多層薄膜を形成することで、半導体基板に対して透過波長に応じた角度で傾斜する多層薄膜を形成できる。   In this way, the multilayer thin film is formed on the inclined structure having the inclined surface inclined at an angle corresponding to the transmission wavelength of the optical bandpass filter with respect to the semiconductor substrate, so that the semiconductor substrate corresponds to the transmission wavelength. A multilayer thin film inclined at an angle can be formed.

また、本発明の一態様では、前記傾斜構造体は、前記角度制限フィルターの上に半導体プロセスにより形成されてもよい。   In the aspect of the invention, the inclined structure may be formed on the angle limiting filter by a semiconductor process.

このようにすれば、角度制限フィルターの上に半導体プロセスにより傾斜構造体を形成できる。   In this way, the inclined structure can be formed on the angle limiting filter by a semiconductor process.

また、本発明の一態様では、前記傾斜構造体は、前記半導体プロセスにより積層された透明膜に段差または粗密パターンが形成され、前記段差または粗密パターンに対して研磨及びエッチングの少なくとも一方が行われることで形成されてもよい。   In the aspect of the invention, the inclined structure may have a step or a dense pattern formed on the transparent film stacked by the semiconductor process, and at least one of polishing and etching is performed on the step or the dense pattern. It may be formed.

このようにすれば、段差または粗密パターンが形成された透明膜に対して研磨及びエッチングの少なくとも一方を行うことで、角度制限フィルターの上に半導体プロセスにより傾斜構造体を形成できる。   In this way, the inclined structure can be formed on the angle limiting filter by a semiconductor process by performing at least one of polishing and etching on the transparent film on which the step or the dense pattern is formed.

また、本発明の一態様では、前記光バンドパスフィルターは、透過波長が異なる複数組の多層薄膜により形成され、前記複数組の多層薄膜は、前記半導体基板に対する傾斜角度が透過波長に応じて異なり、同時の薄膜形成工程で形成されてもよい。   In one embodiment of the present invention, the optical bandpass filter is formed of a plurality of sets of multilayer thin films having different transmission wavelengths, and the plurality of sets of multilayer thin films have an inclination angle with respect to the semiconductor substrate depending on the transmission wavelengths. The thin film may be formed at the same time.

このようにすれば、半導体基板に対する傾斜角度が透過波長に応じて異なる複数組の多層薄膜により光バンドパスフィルターを形成し、複数組の多層薄膜を同時の薄膜形成工程で形成できる。   In this way, the optical bandpass filter can be formed by a plurality of sets of multilayer thin films having different inclination angles with respect to the transmission wavelength in accordance with the transmission wavelength, and the plurality of sets of multilayer thin films can be formed in the same thin film forming process.

また、本発明の一態様では、前記フォトダイオード用の不純物領域は、トレンチ構造の絶縁体により複数の領域に区切られ、前記光バンドパスフィルターは、透過波長が異なる複数のバンドパスフィルターにより形成され、前記複数のバンドパスフィルターの各バンドパスフィルターは、前記トレンチ構造の絶縁体により区切られた1または複数の領域に対応して設けられてもよい。   In one embodiment of the present invention, the impurity region for the photodiode is divided into a plurality of regions by an insulator having a trench structure, and the optical bandpass filter is formed by a plurality of bandpass filters having different transmission wavelengths. Each bandpass filter of the plurality of bandpass filters may be provided corresponding to one or a plurality of regions partitioned by the insulator having the trench structure.

このようにすれば、複数のバンドパスフィルターの各バンドパスフィルターを、トレンチ構造の絶縁体により区切られた1または複数の領域に対応して設けることができる。   In this way, each bandpass filter of the plurality of bandpass filters can be provided corresponding to one or a plurality of regions separated by the insulator having the trench structure.

また、本発明の一態様では、前記フォトダイオードの出力信号を処理する処理回路を含み、前記処理回路は、前記角度制限フィルターを形成する半導体プロセスにより形成されてもよい。   In one embodiment of the present invention, a processing circuit that processes an output signal of the photodiode may be included, and the processing circuit may be formed by a semiconductor process that forms the angle limiting filter.

このようにすれば、フォトダイオードの出力信号を処理する処理回路を、角度制限フィルターを形成する半導体プロセスにより形成できる。   In this way, a processing circuit that processes the output signal of the photodiode can be formed by a semiconductor process that forms an angle limiting filter.

また、本発明の一態様では、前記角度制限フィルターを形成する前記遮光物質は、光吸収物質または光反射物質であってもよい。   In the aspect of the invention, the light blocking material forming the angle limiting filter may be a light absorbing material or a light reflecting material.

このようにすれば、角度制限フィルターを形成する遮光物質を、光吸収物質または光反射物質により形成できる。   In this way, the light shielding material forming the angle limiting filter can be formed of a light absorbing material or a light reflecting material.

また、本発明の一態様では、光学センサーは、入射光を分光するための分光センサーであってもよい。   In one embodiment of the present invention, the optical sensor may be a spectroscopic sensor for splitting incident light.

また、本発明の一態様では、光学センサーは、入射光の照度を測定するための照度センサーであってもよい。   In one embodiment of the present invention, the optical sensor may be an illuminance sensor for measuring the illuminance of incident light.

また、本発明の一態様では、光学センサーは、光源の仰角を測定するための仰角センサーであってもよい。   In one embodiment of the present invention, the optical sensor may be an elevation sensor for measuring the elevation angle of the light source.

また、本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載された光学センサーを含む電子機器に関係する。   Another aspect of the invention relates to an electronic device including the optical sensor described in any of the above.

本実施形態の分光センサーの構成例。The structural example of the spectroscopic sensor of this embodiment. 本実施形態の分光センサーの構成例。The structural example of the spectroscopic sensor of this embodiment. 分光センサーの第1の変形例。The 1st modification of a spectroscopic sensor. 分光センサーの第2の変形例。The 2nd modification of a spectroscopic sensor. 分光センサーの第3の変形例。3rd modification of a spectroscopic sensor. 分光センサーの第4の変形例。The 4th modification of a spectroscopic sensor. 図7(A)、図7(B)は、光バンドパスフィルターの透過波長帯域についての説明図。FIGS. 7A and 7B are explanatory diagrams of the transmission wavelength band of the optical bandpass filter. 分光センサーの製造方法例。An example of a method for manufacturing a spectroscopic sensor. 分光センサーの製造方法例。An example of a method for manufacturing a spectroscopic sensor. 分光センサーの製造方法例。An example of a method for manufacturing a spectroscopic sensor. 分光センサーの製造方法例。An example of a method for manufacturing a spectroscopic sensor. 分光センサーの製造方法例。An example of a method for manufacturing a spectroscopic sensor. 分光センサーの製造方法例。An example of a method for manufacturing a spectroscopic sensor. 第1の変形例の分光センサーの製造方法例。The manufacturing method example of the spectroscopic sensor of a 1st modification. 第1の変形例の分光センサーの製造方法例。The manufacturing method example of the spectroscopic sensor of a 1st modification. 第1の変形例の分光センサーの製造方法例。The manufacturing method example of the spectroscopic sensor of a 1st modification. 電子機器の構成例。Configuration example of an electronic device.

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。なお以下では光学センサーが分光センサーである場合を例にとり説明するが、後述するように本実施形態の光学センサーは分光センサーには限定されない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily. Hereinafter, a case where the optical sensor is a spectroscopic sensor will be described as an example. However, as will be described later, the optical sensor of the present embodiment is not limited to the spectroscopic sensor.

1.構成例
上述のように、医療・健康等の分野では常時装着等が可能な小型の分光センサーが求められており、分光センサーの小型化が必要であるという課題がある。例えば、測定対象の波長が既知である場合には、連続スペクトルを取得せず、その既知の波長のみを測定するセンサーを設ければよい。
1. Configuration Example As described above, there is a demand for a compact spectroscopic sensor that can be always mounted in the medical and health fields, and there is a problem that the spectroscopic sensor needs to be miniaturized. For example, when the wavelength to be measured is known, a sensor that measures only the known wavelength without acquiring a continuous spectrum may be provided.

しかしながら、分光センサーの波長選択性の向上という課題がある。例えば、透過波長帯域を決める角度制限フィルターや多層膜フィルターを部材で構成すると、部材の接着面で光が拡散減衰するため、波長選択性が低下してしまう。   However, there is a problem of improving the wavelength selectivity of the spectroscopic sensor. For example, if an angle limiting filter or a multilayer filter that determines the transmission wavelength band is formed of a member, the light is diffused and attenuated on the bonding surface of the member, so that the wavelength selectivity is lowered.

また、例えば、上述の特許文献1には、光ファイバーにより入射光の入射角度を制限することでフィルターの透過波長帯域を制限する手法が開示されている。しかしながら、この手法では、帯域を狭くするために光ファイバーの開口数を小さくすると、入射光の透過率が低下、波長選択性が低下してしまう。   For example, Patent Document 1 described above discloses a technique for limiting the transmission wavelength band of a filter by limiting the incident angle of incident light using an optical fiber. However, in this method, if the numerical aperture of the optical fiber is reduced in order to narrow the band, the transmittance of incident light is lowered and the wavelength selectivity is lowered.

また、分光センサーの製造プロセスの簡素化という課題がある。例えば、特許文献2には、センサー毎に膜厚の異なる多層膜フィルターを用いる手法が開示されている。しかしながら、この手法では、膜厚毎に別個の多層膜形成工程が必要となるため、多層膜の形成工程が煩雑となってしまう。   There is also a problem of simplifying the manufacturing process of the spectroscopic sensor. For example, Patent Document 2 discloses a technique using a multilayer filter having a different film thickness for each sensor. However, this method requires a separate multilayer film forming process for each film thickness, and thus the multilayer film forming process becomes complicated.

そこで、本実施形態では、半導体プロセスにより角度制限フィルターや多層膜フィルターを形成することで、簡素な製造プロセスにより分光センサーの小型化を実現する。   Therefore, in this embodiment, the angle sensor filter and the multilayer filter are formed by a semiconductor process, thereby realizing a reduction in size of the spectroscopic sensor by a simple manufacturing process.

図1、図2を用いて本実施形態の分光センサー(広義には光学センサー)の構成例について説明する。なお以下では、簡単のために本実施形態の分光センサーの構成を模式的に図示し、図中の寸法や比率は実際のものとは異なる。   A configuration example of the spectroscopic sensor (optical sensor in a broad sense) of the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the following, for the sake of simplicity, the configuration of the spectroscopic sensor of the present embodiment is schematically illustrated, and the dimensions and ratios in the drawing are different from the actual ones.

図1には、分光センサーが形成される半導体基板10に対する平面視図を示す。図1は、半導体基板10の平面に垂直な方向から見た平面視において、回路20や角度制限フィルター41等が形成される表面側から見た平面視図である。後述のように角度制限フィルター41、42の上には多層膜フィルターが形成されるが、図1では、簡単のために図示を省略する。   FIG. 1 shows a plan view of a semiconductor substrate 10 on which a spectroscopic sensor is formed. FIG. 1 is a plan view seen from the surface side on which the circuit 20 and the angle limiting filter 41 are formed in a plan view seen from a direction perpendicular to the plane of the semiconductor substrate 10. As will be described later, a multilayer filter is formed on the angle limiting filters 41 and 42, but the illustration is omitted in FIG. 1 for simplicity.

図1に示す分光センサーは、半導体基板10、回路20、第1のフォトダイオード31(広義には、第1のフォトセンサー、第1のフォトダイオード用の不純物領域)、第2のフォトダイオード32(広義には、第2のフォトセンサー、第2のフォトダイオード用の不純物領域)、第1の角度制限フィルター41、第2の角度制限フィルター42を含む。   The spectroscopic sensor shown in FIG. 1 includes a semiconductor substrate 10, a circuit 20, a first photodiode 31 (in a broad sense, a first photosensor and an impurity region for the first photodiode), a second photodiode 32 ( In a broad sense, it includes a second photosensor, an impurity region for the second photodiode, a first angle limiting filter 41, and a second angle limiting filter.

半導体基板10は、例えばP型やN型のシリコン基板(シリコンウエハ)により構成される。この半導体基板10の上には、回路20、フォトダイオード31、32、角度制限フィルター41、42が半導体プロセスにより形成される。ここで、半導体基板10の上とは、半導体基板10の平面に垂直な方向のうち、回路20や角度制限フィルター41等が形成される側の方向を表す。   The semiconductor substrate 10 is composed of, for example, a P-type or N-type silicon substrate (silicon wafer). On the semiconductor substrate 10, a circuit 20, photodiodes 31, 32, and angle limiting filters 41, 42 are formed by a semiconductor process. Here, the top of the semiconductor substrate 10 represents the direction on the side where the circuit 20, the angle limiting filter 41, etc. are formed, among the directions perpendicular to the plane of the semiconductor substrate 10.

角度制限フィルター41、42は、例えば平面視において格子状に形成され、フォトダイオード31、32に対する入射光の入射角度を制限する。回路20は、例えばフォトダイオード31、32からの出力信号を処理するアンプ、A/D変換回路等により構成される。   The angle limiting filters 41 and 42 are formed, for example, in a lattice shape in a plan view, and limit the incident angle of incident light with respect to the photodiodes 31 and 32. The circuit 20 includes an amplifier that processes output signals from the photodiodes 31 and 32, an A / D conversion circuit, and the like, for example.

なお、本実施形態の分光センサーは図1の構成に限定されず、その構成要素の一部(回路20)を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。例えば、フォトダイオードや角度制限フィルターは、上述のように2つであってもよく、1または複数個形成されてもよい。また、角度制限フィルター41、42は、上述のように平面視において格子状であってもよく、他の形状であってもよい。   The spectroscopic sensor of the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and various modifications such as omitting some of the components (circuit 20) or adding other components are possible. It is. For example, the number of photodiodes and angle limiting filters may be two as described above, or one or more may be formed. Further, the angle limiting filters 41 and 42 may have a lattice shape in a plan view as described above, or may have another shape.

図2に、分光センサーの断面図を示す。図2は、図1に示すAA断面における断面図である。図2に示す分光センサーは、半導体基板10、フォトダイオード31、32、角度制限フィルター41、42、傾斜構造体50(角度構造体)、第1の光バンドパスフィルター61(第1の多層膜フィルター、第1の誘電体フィルター)、第2の光バンドパスフィルター62(第2の多層膜フィルター、第2の誘電体フィルター)、を含む。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of the spectroscopic sensor. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 2 includes a semiconductor substrate 10, photodiodes 31, 32, angle limiting filters 41, 42, an inclined structure 50 (angle structure), a first optical bandpass filter 61 (first multilayer filter). , First dielectric filter) and second optical bandpass filter 62 (second multilayer filter, second dielectric filter).

図2に示すように、半導体基板10にフォトダイオード31、32が形成される。後述するように、このフォトダイオード31、32は、イオン注入等により不純物領域が形成されることで形成される。例えば、フォトダイオード31、32は、P基板上に形成されたN型不純物領域と、P基板との間のPN接合により実現される。あるいは、ディープNウェル(N型不純物領域)上に形成されたP型不純物領域と、ディープNウェルとの間のPN接合により実現される。   As shown in FIG. 2, photodiodes 31 and 32 are formed on the semiconductor substrate 10. As will be described later, the photodiodes 31 and 32 are formed by forming impurity regions by ion implantation or the like. For example, the photodiodes 31 and 32 are realized by a PN junction between an N-type impurity region formed on the P substrate and the P substrate. Alternatively, it is realized by a PN junction between a P-type impurity region formed on a deep N well (N-type impurity region) and the deep N well.

角度制限フィルター41、42は、フォトダイオード31、32により検出される波長に対して遮光性のある遮光物質(例えば、光吸収物質または光反射物質)により形成される。具体的には、角度制限フィルター41、42は、半導体プロセスの配線形成工程により形成され、例えばアルミ(広義には光反射物質)配線層等の導電層とタングステン(広義には光吸収物質)プラグ等の導電性プラグにより形成される。角度制限フィルター41、42の底辺の長さ(例えば底面の最長対角線や、長径)と高さのアスペクト比は、光バンドパスフィルター61、62の透過波長帯域(例えば図7(B)で後述するBW1、BW2)に応じて設定される。角度制限フィルター41、42の開口部(中空部)は、フォトダイオード31、32により検出される波長に対して透明な物質により形成され、例えば、SiO(シリコン酸化膜)等の絶縁層により形成(充填)される。 The angle limiting filters 41 and 42 are formed of a light shielding material (for example, a light absorbing material or a light reflecting material) that has a light shielding property with respect to the wavelength detected by the photodiodes 31 and 32. Specifically, the angle limiting filters 41 and 42 are formed by a wiring formation process of a semiconductor process. For example, a conductive layer such as an aluminum (light reflecting material in a broad sense) wiring layer and a tungsten (light absorbing material in a broad sense) plug. Formed by a conductive plug. The aspect ratio of the length (for example, the longest diagonal line of the bottom surface or the longest diameter of the bottom surface) and the height of the angle limiting filters 41 and 42 and the height aspect ratio will be described later with reference to the transmission wavelength band of the optical bandpass filters 61 and 62 (for example, FIG. 7B). BW1, BW2). The openings (hollow portions) of the angle limiting filters 41 and 42 are formed of a material transparent to the wavelength detected by the photodiodes 31 and 32, and are formed of an insulating layer such as SiO 2 (silicon oxide film), for example. (Filled).

傾斜構造体50は、角度制限フィルター41、42の上に形成され、光バンドパスフィルター61、62の透過波長に応じて異なる傾斜角の傾斜面を有する。具体的には、フォトダイオード31の上には、半導体基板10の平面に対する傾斜角θ1の傾斜面が複数形成され、フォトダイオード32の上には、θ1とは異なる傾斜角θ2の傾斜面が複数形成される。後述するように、この傾斜構造体50は、例えばSiO等の絶縁膜をエッチングまたはCMP、グレースケールリソグラフィー技術等により加工することで形成される。 The inclined structure 50 is formed on the angle limiting filters 41 and 42 and has inclined surfaces having different inclination angles depending on the transmission wavelengths of the optical bandpass filters 61 and 62. Specifically, a plurality of inclined surfaces with an inclination angle θ1 with respect to the plane of the semiconductor substrate 10 are formed on the photodiode 31, and a plurality of inclined surfaces with an inclination angle θ2 different from θ1 are formed on the photodiode 32. It is formed. As will be described later, the inclined structure 50 is formed by processing an insulating film such as SiO 2 by etching or CMP, a gray scale lithography technique, or the like.

光バンドパスフィルター61、62は、傾斜構造体50の上に積層された多層薄膜60により形成される。光バンドパスフィルター61、62の透過波長帯域は、傾斜構造体50の傾斜角θ1、θ2と、角度制限フィルター41、42の入射光制限角度(アスペクト比)により決まる。光バンドパスフィルター61、62は、傾斜角度に応じて透過波長が異なる構成のため、透過波長毎に別個の工程で積層するのではなく、同一の多層膜形成工程により積層される。   The optical bandpass filters 61 and 62 are formed by the multilayer thin film 60 laminated on the inclined structure 50. The transmission wavelength bands of the optical bandpass filters 61 and 62 are determined by the inclination angles θ1 and θ2 of the inclined structure 50 and the incident light limiting angle (aspect ratio) of the angle limiting filters 41 and 42. Since the optical bandpass filters 61 and 62 have different transmission wavelengths depending on the tilt angle, they are not laminated in separate processes for each transmission wavelength, but are laminated in the same multilayer film forming process.

以上では、本実施形態の光学センサーが分光センサーである場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、本実施形態の光学センサーは照度センサーであってもよく、仰角センサーであってもよい。   Although the case where the optical sensor of the present embodiment is a spectroscopic sensor has been described above, the present embodiment is not limited to this. For example, the optical sensor of the present embodiment may be an illuminance sensor or an elevation angle sensor.

照度センサーは、自然光や照明光の照度(ルクス、またはルーメン/平方メートル)を測定する光学センサーである。本実施形態では、角度制限フィルターにより入射角度が制限されるため、測定対象の入射光の入射方向を制限できる。   The illuminance sensor is an optical sensor that measures the illuminance (lux or lumen / square meter) of natural light or illumination light. In the present embodiment, since the incident angle is limited by the angle limiting filter, the incident direction of the incident light to be measured can be limited.

仰角センサーは、太陽や照明光源の方向と基準面との間の成す角度である仰角を測定する光学センサーである。基準面は、例えば水平面である。本実施形態では、角度制限フィルターにより入射角度が制限されるため、仰角を測定できる。   The elevation sensor is an optical sensor that measures an elevation angle, which is an angle formed between the direction of the sun or illumination light source and a reference plane. The reference plane is a horizontal plane, for example. In this embodiment, since the incident angle is limited by the angle limiting filter, the elevation angle can be measured.

さて上述のように、従来の分光センサーでは、分光センサーの波長選択性の向上や、製造プロセスの簡素化という課題があった。   As described above, the conventional spectroscopic sensor has problems of improving the wavelength selectivity of the spectroscopic sensor and simplifying the manufacturing process.

この点、本実施形態の光学センサーは、半導体基板10上に形成された、フォトダイオード用の不純物領域31、32と、フォトダイオードの受光領域(受光面)に対する入射光の入射角度を制限するための角度制限フィルター41、42と、を含む。そして、角度制限フィルター41、42は、フォトダイオード用の不純物領域31、32の上に半導体プロセスによって形成された遮光物質(光吸収物質または光反射物質)によって形成される。   In this respect, the optical sensor of the present embodiment limits the incident angle of incident light with respect to the impurity regions 31 and 32 for the photodiode formed on the semiconductor substrate 10 and the light receiving region (light receiving surface) of the photodiode. Angle limiting filters 41 and 42. The angle limiting filters 41 and 42 are formed of a light shielding material (light absorbing material or light reflecting material) formed by a semiconductor process on the impurity regions 31 and 32 for the photodiode.

このようにすれば、光学センサーの各構成要素を半導体プロセスにより構成できるため、光学センサーの小型化等が可能になる。すなわち、フォトダイオード31、32や角度制限フィルター41、42を半導体プロセスにより形成することで、容易に微細加工を行い、小型化することができる。また、光バンドパスフィルターと組み合わせた場合には、角度制限フィルター等を別部材で構成し、その別部材をフォトダイオードと貼り合わせて構成した光学センサーと比べて、透過波長選択性を向上できる。また、角度制限フィルターとして光ファイバーを用いた場合に比べて、制限角度(開口数)の減少による透過光の減少を抑制し、波長選択性を向上できる。   In this way, since each component of the optical sensor can be configured by a semiconductor process, the optical sensor can be downsized. That is, by forming the photodiodes 31 and 32 and the angle limiting filters 41 and 42 by a semiconductor process, it is possible to easily perform microfabrication and reduce the size. In addition, when combined with an optical bandpass filter, the transmission wavelength selectivity can be improved as compared with an optical sensor in which an angle limiting filter or the like is configured as a separate member and the separate member is bonded to a photodiode. Moreover, compared with the case where an optical fiber is used as the angle limiting filter, the decrease in transmitted light due to the decrease in the limiting angle (numerical aperture) can be suppressed, and the wavelength selectivity can be improved.

ここで、半導体プロセスとは、半導体基板にトランジスターや、抵抗素子、キャパシター、絶縁層、配線層等を形成するプロセスである。例えば、半導体プロセスは、不純物導入プロセスや、薄膜形成プロセス、フォトリソグラフィープロセス、エッチングプロセス、平坦化プロセス、熱処理プロセスを含むプロセスである。   Here, the semiconductor process is a process for forming a transistor, a resistance element, a capacitor, an insulating layer, a wiring layer, or the like on a semiconductor substrate. For example, the semiconductor process is a process including an impurity introduction process, a thin film formation process, a photolithography process, an etching process, a planarization process, and a heat treatment process.

また、フォトダイオードの受光領域とは、角度制限フィルター41、42を通過した入射光が入射される、フォトダイオード用の不純物領域31、32上の領域である。例えば図1において、格子状の角度制限フィルター41、42の各開口に対応する領域である。あるいは、図2において、角度制限フィルター41、42を形成する遮光物質(光吸収物質または光反射物質)に囲まれた領域(例えば、領域LRA)である。   The light receiving region of the photodiode is a region on the impurity regions 31 and 32 for the photodiode where the incident light that has passed through the angle limiting filters 41 and 42 is incident. For example, in FIG. 1, it is an area | region corresponding to each opening of the grid | lattice-like angle limiting filters 41 and 42. FIG. Or in FIG. 2, it is the area | region (for example, area | region LRA) enclosed by the light-shielding substance (light absorption substance or light reflection substance) which forms the angle limiting filters 41 and 42. FIG.

また、本実施形態では、角度制限フィルター41、42は、半導体基板10上に形成される他の回路20の配線層形成工程により形成される。具体的には、角度制限フィルター41、42は、回路20の配線層形成と同時に形成され、その配線層形成工程の全部または一部により形成される。例えば、角度制限フィルター41、42は、アルミスパッタリングによるアルミ(光反射物質)配線層形成や、SiOデポジションによる絶縁膜形成、タングステン(光吸収物質)デポジションによるコンタクト形成等により形成される。 In the present embodiment, the angle limiting filters 41 and 42 are formed by a wiring layer forming process of another circuit 20 formed on the semiconductor substrate 10. Specifically, the angle limiting filters 41 and 42 are formed simultaneously with the formation of the wiring layer of the circuit 20, and are formed by all or part of the wiring layer forming process. For example, the angle limiting filters 41 and 42 are formed by forming an aluminum (light reflecting material) wiring layer by aluminum sputtering, forming an insulating film by SiO 2 deposition, or forming a contact by tungsten (light absorbing material) deposition.

このようにすれば、角度制限フィルター41、42を、フォトダイオード用の不純物領域31、32の上に半導体プロセスによって形成できる。これにより、角度制限フィルター形成のための別個のプロセスを設ける必要が無く、通常の半導体プロセスを利用して角度制限フィルターを形成できる。   In this way, the angle limiting filters 41 and 42 can be formed on the photodiode impurity regions 31 and 32 by a semiconductor process. Accordingly, it is not necessary to provide a separate process for forming the angle limiting filter, and the angle limiting filter can be formed using a normal semiconductor process.

なお、角度制限フィルター41、42は、アルミ(光反射物質)配線層、タングステン(光吸収物質)コンタクトに限らず、タングステン等の光吸収物質から成る配線層、アルミ等の光反射物質から成るコンタクトにより形成されてもよい。ただし、光吸収物質から成る程遮光性は高まる。   The angle limiting filters 41 and 42 are not limited to an aluminum (light reflecting material) wiring layer and a tungsten (light absorbing material) contact, but are a wiring layer made of a light absorbing material such as tungsten and a contact made of a light reflecting material such as aluminum. May be formed. However, the light shielding property increases as the light absorbing material is formed.

また、角度制限フィルター41、42は、アルミ(光反射物質)配線層、タングステン(光吸収物質)コンタクトに限らず、光吸収物質である窒化チタン(TiN)等の膜付きのアルミ(光反射物質)配線層、タングステン(光吸収物質)コンタクトにより形成されてもよい。アルミ(光反射物質)配線層が光吸収に変わり、タングステンより窒化チタン(TiN)の方が光吸収性が高いためコンタクトの光吸収性も上がるため、遮光性をより高めることができる。   In addition, the angle limiting filters 41 and 42 are not limited to the aluminum (light reflecting material) wiring layer and the tungsten (light absorbing material) contact, but the aluminum (light reflecting material) with a film such as titanium nitride (TiN) which is a light absorbing material. ) A wiring layer or a tungsten (light absorbing material) contact may be formed. The aluminum (light reflecting material) wiring layer is changed to light absorption, and titanium nitride (TiN) has higher light absorption than tungsten, so that the light absorption of the contact also increases, so that the light shielding property can be further improved.

また、本実施形態では、角度制限フィルター41、42は、半導体基板10の上に積層された絶縁膜に空けられたコンタクトホールの導電性プラグにより形成されてもよい。すなわち、アルミ(光反射物質)配線等の金属配線層を用いず、SiO等の絶縁膜に形成されたタングステンプラグ等の導電性プラグのみにより形成されてもよい。なお、角度制限フィルター41、42は、タングステン(光吸収物質)プラグに限らず、アルミや、ポリシリコン等の他の導電性プラグにより形成されてもよい。 In the present embodiment, the angle limiting filters 41 and 42 may be formed by conductive plugs of contact holes opened in an insulating film stacked on the semiconductor substrate 10. That is, it may be formed only by a conductive plug such as a tungsten plug formed on an insulating film such as SiO 2 without using a metal wiring layer such as an aluminum (light reflecting material) wiring. The angle limiting filters 41 and 42 are not limited to tungsten (light absorbing material) plugs, and may be formed of other conductive plugs such as aluminum and polysilicon.

このようにすれば、角度制限フィルター41、42を導電性プラグにより形成することができる。   In this way, the angle limiting filters 41 and 42 can be formed of conductive plugs.

ここで、上記のコンタクトホールとは、配線層と半導体基板を導通するコンタクトのために空けられるコンタクトホール、または配線層と配線層を導通するビアコンタクトのために空けられるコンタクトホールである。   Here, the contact hole is a contact hole that is opened for a contact that connects the wiring layer and the semiconductor substrate, or a contact hole that is opened for a via contact that connects the wiring layer and the wiring layer.

また、本実施形態では、角度制限フィルター41、42は、半導体プロセスにより形成される導電層(例えば金属層)または導電性プラグ(例えば金属プラグ)により形成され、フォトダイオード31、32用の不純物領域からの信号を取得する電極であってもよい。例えば、フォトダイオード31、32用の不純物領域がP型不純物領域である場合、そのP型不純物領域に導通する角度制限フィルター41、42が、フォトダイオード31、32のアノード電極を兼ねてもよい。   In the present embodiment, the angle limiting filters 41 and 42 are formed of a conductive layer (for example, a metal layer) or a conductive plug (for example, a metal plug) formed by a semiconductor process, and are impurity regions for the photodiodes 31 and 32. The electrode which acquires the signal from may be sufficient. For example, when the impurity regions for the photodiodes 31 and 32 are P-type impurity regions, the angle limiting filters 41 and 42 that conduct to the P-type impurity regions may also serve as the anode electrodes of the photodiodes 31 and 32.

このようにすれば、導電層または導電性プラグにより形成される角度制限フィルター41、42を、フォトダイオード31、32の電極として用いることができる。これにより、角度制限フィルター41、42以外に電極を設ける必要が無くなり、電極による入射光量の低下を避けることができる。   In this way, the angle limiting filters 41 and 42 formed by the conductive layer or the conductive plug can be used as the electrodes of the photodiodes 31 and 32. Thereby, it is not necessary to provide an electrode other than the angle limiting filters 41 and 42, and a decrease in the amount of incident light due to the electrode can be avoided.

また、本実施形態では、角度制限フィルター41、42は、半導体基板10に対する平面視において、フォトダイオード31、32の受光領域の外周に沿って形成される。具体的には、フォトダイオード31、32用の不純物領域がそれぞれ1つの受光領域であり、その不純物領域の外周を囲むそれぞれ1つの角度制限フィルターが形成される。あるいは、フォトダイオード31、32用の不純物領域に複数の受光領域が設定され、その複数の受光領域の外周に沿って複数の開口が形成されてもよい。例えば図1に示すように、平面視において正方形の遮光物質(光吸収物質または光反射物質)が各受光領域を囲み、その正方形が格子状に配列されることで角度制限フィルター41、42が形成される。   In the present embodiment, the angle limiting filters 41 and 42 are formed along the outer periphery of the light receiving region of the photodiodes 31 and 32 in a plan view with respect to the semiconductor substrate 10. Specifically, each of the impurity regions for the photodiodes 31 and 32 is one light receiving region, and one angle limiting filter is formed so as to surround the outer periphery of the impurity region. Alternatively, a plurality of light receiving regions may be set in the impurity regions for the photodiodes 31 and 32, and a plurality of openings may be formed along the outer periphery of the plurality of light receiving regions. For example, as shown in FIG. 1, square light-shielding substances (light-absorbing substances or light-reflecting substances) surround each light receiving region in plan view, and the angle limiting filters 41 and 42 are formed by arranging the squares in a grid pattern. Is done.

なお、角度制限フィルター41、42は、受光領域の外周に沿って閉じている場合に限らず、外周に沿って非連続的な部分があったり、外周に沿って断続的に配置されたりしてもよい。   In addition, the angle limiting filters 41 and 42 are not limited to being closed along the outer periphery of the light receiving region, but may have discontinuous portions along the outer periphery or may be intermittently disposed along the outer periphery. Also good.

このようにすれば、角度制限フィルター41、42が、フォトダイオード31、32の各受光領域の外周に沿って形成されることで、フォトダイオード31、32の各受光領域に対する入射光の入射角度を制限できる。   In this way, the angle limiting filters 41 and 42 are formed along the outer periphery of each light receiving region of the photodiodes 31 and 32, so that the incident angle of the incident light with respect to each light receiving region of the photodiodes 31 and 32 can be reduced. Can be limited.

また、本実施形態の光学センサーは、入射光のうちの特定波長の光を透過する光バンドパスフィルター61、62を含む。   In addition, the optical sensor of the present embodiment includes optical bandpass filters 61 and 62 that transmit light of a specific wavelength of incident light.

このようにすれば、入射光のうちの特定波長の光を角度制限フィルター41、42やフォトダイオード31、32用の不純物領域に入射できる。図7(A)等で後述のように、光バンドパスフィルター61、62の透過波長は入射角度によって変化するが、角度制限フィルター41、42により透過波長帯域を制限することができる。   In this way, light having a specific wavelength of incident light can be incident on the impurity regions for the angle limiting filters 41 and 42 and the photodiodes 31 and 32. As will be described later with reference to FIG. 7A and the like, the transmission wavelengths of the optical bandpass filters 61 and 62 vary depending on the incident angle, but the transmission wavelength band can be limited by the angle limiting filters 41 and 42.

また、本実施形態では、光バンドパスフィルター61、62は、半導体基板10に対して、透過波長に応じた角度θ1、θ2で傾斜する多層薄膜により形成される。より具体的には、光バンドパスフィルター61、62は、透過波長が異なる複数組の多層薄膜により形成される。そして、その複数組の多層薄膜は、半導体基板10に対する傾斜角度θ1、θ2が透過波長に応じて異なり、同時の薄膜形成工程で形成される。例えば、図2に示すように、傾斜角θ1の複数の多層薄膜が連続して配列されることで1組の多層薄膜が形成される。あるいは、図5で後述するように、異なる傾斜角θ1〜θ3の多層薄膜が隣接して配置され、この傾斜角θ1〜θ3の多層薄膜が繰り返し配置される場合に、同じ傾斜角(例えばθ1)の複数の多層薄膜により1組の多層薄膜が形成されてもよい。   In the present embodiment, the optical bandpass filters 61 and 62 are formed of multilayer thin films that are inclined with respect to the semiconductor substrate 10 at angles θ1 and θ2 according to the transmission wavelength. More specifically, the optical bandpass filters 61 and 62 are formed of a plurality of sets of multilayer thin films having different transmission wavelengths. The plurality of sets of multilayer thin films are formed in the same thin film forming process because the inclination angles θ1 and θ2 with respect to the semiconductor substrate 10 differ according to the transmission wavelength. For example, as shown in FIG. 2, a set of multilayer thin films is formed by continuously arranging a plurality of multilayer thin films having an inclination angle θ1. Alternatively, as will be described later with reference to FIG. 5, when the multilayer thin films having different inclination angles θ1 to θ3 are arranged adjacent to each other and the multilayer thin films having the inclination angles θ1 to θ3 are repeatedly arranged, the same inclination angle (for example, θ1). A plurality of multilayer thin films may form a set of multilayer thin films.

このようにすれば、透過波長に応じた角度θ1、θ2で傾斜する多層薄膜により光バンドパスフィルター61、62を形成できる。これにより、透過波長に応じた膜厚の多層薄膜を透過波長毎に別個の工程で積層する必要がなくなり、多層薄膜の形成工程を簡素化できる。   In this way, the optical bandpass filters 61 and 62 can be formed by the multilayer thin film inclined at the angles θ1 and θ2 corresponding to the transmission wavelength. This eliminates the need for laminating a multilayer thin film having a film thickness corresponding to the transmission wavelength in a separate process for each transmission wavelength, thereby simplifying the multilayer thin film formation process.

ここで、同時の薄膜形成工程とは、第1組の多層薄膜を形成した後に第2組の多層薄膜を形成するといった同一工程を順次繰り返す工程ではなく、複数組の多層薄膜を同じ(同時、1回の)薄膜形成工程で形成することをいう。   Here, the simultaneous thin film forming process is not a process of sequentially repeating the same process of forming the second set of multilayer thin films after forming the first set of multilayer thin films, but the plurality of sets of multilayer thin films are the same (simultaneously, It means forming in a thin film forming step.

また、本実施形態では、角度制限フィルター41、42の上に設けられた傾斜構造体50を含む。そして、傾斜構造体50は、半導体基板10に対して、光バンドパスフィルター61、62の透過波長に応じた角度θ1、θ2で傾斜する傾斜面を有し、多層薄膜がその傾斜面の上に形成される。   Moreover, in this embodiment, the inclination structure 50 provided on the angle limiting filters 41 and 42 is included. The inclined structure 50 has an inclined surface inclined at angles θ1 and θ2 corresponding to the transmission wavelengths of the optical bandpass filters 61 and 62 with respect to the semiconductor substrate 10, and the multilayer thin film is on the inclined surface. It is formed.

このようにすれば、傾斜構造体50の傾斜面に多層薄膜を形成することで、光バンドパスフィルター61、62の透過波長に応じた角度θ1、θ2で傾斜する多層薄膜を形成できる。   In this way, by forming a multilayer thin film on the inclined surface of the inclined structure 50, it is possible to form a multilayer thin film inclined at angles θ1 and θ2 corresponding to the transmission wavelengths of the optical bandpass filters 61 and 62.

具体的には、本実施形態では、傾斜構造体50は、角度制限フィルター41、42の上に半導体プロセスにより形成される。例えば図12等で後述するように、傾斜構造体50は、半導体プロセスにより積層された透明膜(絶縁膜)に段差または粗密パターンが形成され、その段差または粗密パターンに対して研磨(例えばCMP)及びエッチングの少なくとも一方が行われることで形成される。   Specifically, in the present embodiment, the inclined structure 50 is formed on the angle limiting filters 41 and 42 by a semiconductor process. For example, as will be described later with reference to FIG. 12 and the like, in the inclined structure 50, a step or a dense pattern is formed in a transparent film (insulating film) laminated by a semiconductor process, and the step or the dense pattern is polished (for example, CMP). And at least one of etching is performed.

このようにすれば、傾斜構造体を半導体プロセスにより形成できる。これにより、傾斜構造体の形成工程を簡素化できる。また、傾斜構造体を別部材で構成する場合と比べてコストを削減できる。また、別部材の傾斜構造体との接着面での光量減少を避けることができる。   In this way, the inclined structure can be formed by a semiconductor process. Thereby, the formation process of an inclination structure can be simplified. Moreover, cost can be reduced compared with the case where an inclination structure is comprised by another member. Moreover, the light quantity reduction | decrease in an adhesion surface with the inclination structure of another member can be avoided.

ここで、絶縁膜の段差とは、例えば、半導体基板の断面における半導体基板表面からの絶縁膜表面の高低差である。また、絶縁膜の粗密パターンとは、例えば、半導体基板の断面における半導体基板表面からの絶縁膜表面の高低のパターンであり、高い部分と低い部分の比率により絶縁膜の粗密が形成される。   Here, the level difference of the insulating film is, for example, a difference in height of the surface of the insulating film from the surface of the semiconductor substrate in the cross section of the semiconductor substrate. In addition, the insulating film density pattern is, for example, a height pattern on the surface of the insulating film from the surface of the semiconductor substrate in the cross section of the semiconductor substrate, and the density of the insulating film is formed by the ratio of the high part to the low part.

なお、傾斜構造体50は、段差または粗密パターンの研磨またはエッチングによる形成に限らず、グレースケールリソグラフィー技術により形成されてもよい。グレースケールリソグラフィー技術では、濃淡を持ったグレースケールマスクを用いてレジストを露光、露光レジストを使ってエッチングし傾斜構造体を形成する。   Note that the inclined structure 50 is not limited to being formed by polishing or etching a step or a dense pattern, but may be formed by a gray scale lithography technique. In the gray scale lithography technique, a resist is exposed using a gray scale mask having light and shade, and etched using the exposed resist to form an inclined structure.

また、本実施形態は、フォトダイオード31、32の出力信号を処理する処理回路(例えば、図1の回路20に含まれる)を含む。そして、その処理回路は、角度制限フィルター41、42を形成する半導体プロセスにより形成される。   In addition, the present embodiment includes a processing circuit (for example, included in the circuit 20 of FIG. 1) that processes the output signals of the photodiodes 31 and 32. The processing circuit is formed by a semiconductor process for forming the angle limiting filters 41 and 42.

このようにすれば、フォトダイオード31、32と同じチップ上に、フォトダイオード31、32の出力信号を処理する処理回路を集積できる。これにより、光学センサーのより一層の小型化を図ることができる。   In this way, a processing circuit for processing the output signals of the photodiodes 31 and 32 can be integrated on the same chip as the photodiodes 31 and 32. As a result, the optical sensor can be further reduced in size.

2.第1の変形例
上記実施形態では、傾斜構造体50を半導体プロセスにより形成する構成例について説明したが、本実施形態では、種々の変形実施が可能である。
2. First Modified Example In the above-described embodiment, the configuration example in which the inclined structure 50 is formed by a semiconductor process has been described. However, in the present embodiment, various modified implementations are possible.

図3には、傾斜構造体50を別部材で形成して貼り合わせる第1の変形例を示す。図3に示す分光センサーは、半導体基板10、フォトダイオード31、32、角度制限フィルター41、42、傾斜構造体50、光バンドパスフィルター61、62、絶縁層70、接着層80を含む。なお以下では、図2等で上述した構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。   FIG. 3 shows a first modification in which the inclined structure 50 is formed by another member and bonded together. The spectroscopic sensor shown in FIG. 3 includes a semiconductor substrate 10, photodiodes 31 and 32, angle limiting filters 41 and 42, an inclined structure 50, optical bandpass filters 61 and 62, an insulating layer 70, and an adhesive layer 80. In the following, the components described above with reference to FIG.

この第1の変形例では、角度制限フィルター41、42までを上述の構成例と同様に半導体プロセスにより形成する。角度制限フィルター41、42の上には、絶縁層70(またはパッシベーション層)を積層する。この絶縁層70は、必ずしも絶縁膜である必要はなく、センシングする波長を透過する透明膜であればよい。傾斜構造体50は、低融点ガラス等の別部材により構成され、傾斜面と多層薄膜が形成される。傾斜構造体50と絶縁層70は、センシングする波長を透過する透明な接着剤により貼り付けされる。   In the first modification, the angle limiting filters 41 and 42 are formed by a semiconductor process in the same manner as the above-described configuration example. An insulating layer 70 (or a passivation layer) is stacked on the angle limiting filters 41 and 42. The insulating layer 70 is not necessarily an insulating film, and may be a transparent film that transmits a wavelength to be sensed. The inclined structure 50 is configured by another member such as a low-melting glass, and an inclined surface and a multilayer thin film are formed. The inclined structure 50 and the insulating layer 70 are pasted with a transparent adhesive that transmits the sensing wavelength.

3.第2の変形例
図4には、傾斜構造体50を用いず、半導体基板10に平行な多層薄膜を形成する第2の変形例を示す。図4に示す分光センサーは、半導体基板10、フォトダイオード31、32、角度制限フィルター41、42、光バンドパスフィルター61、62、絶縁層70を含む。
3. Second Modified Example FIG. 4 shows a second modified example in which a multilayer thin film parallel to the semiconductor substrate 10 is formed without using the inclined structure 50. The spectroscopic sensor shown in FIG. 4 includes a semiconductor substrate 10, photodiodes 31 and 32, angle limiting filters 41 and 42, optical bandpass filters 61 and 62, and an insulating layer 70.

この第2の変形例では、角度制限フィルター41、42までを上述の構成例と同様に半導体プロセスにより形成し、角度制限フィルター41、42の上に絶縁層70を積層する。そして、絶縁層70の上に光バンドパスフィルター61、62の多層薄膜を形成する。この多層薄膜は、光バンドパスフィルター61、62の透過波長に応じて膜厚が異なり、別々の形成工程により積層される。すなわち、光バンドパスフィルター61、62の一方を形成する際には、他方をフォトレジスト等で覆って多層膜を積層することで、異なる膜厚の多層薄膜を形成する。   In the second modification, the angle limiting filters 41 and 42 are formed by a semiconductor process in the same manner as the above-described configuration example, and the insulating layer 70 is laminated on the angle limiting filters 41 and 42. Then, a multilayer thin film of optical bandpass filters 61 and 62 is formed on the insulating layer 70. The multilayer thin film has a different film thickness depending on the transmission wavelength of the optical bandpass filters 61 and 62, and is laminated by separate forming steps. That is, when one of the optical bandpass filters 61 and 62 is formed, the other is covered with a photoresist or the like, and a multilayer film is laminated to form multilayer thin films having different thicknesses.

4.第3の変形例
図5には、フォトダイオード用の不純物領域をトレンチにより区切る第3の変形例を示す。図5に示す分光センサーは、半導体基板10、フォトダイオード31、32、角度制限フィルター41、42、傾斜構造体50、光バンドパスフィルター61〜63、絶縁層70を含む。なお、フォトダイオード32はフォトダイオード31と同様のため図示及び説明を省略する。
4). Third Modification FIG. 5 shows a third modification in which the impurity region for the photodiode is divided by a trench. The spectroscopic sensor shown in FIG. 5 includes a semiconductor substrate 10, photodiodes 31 and 32, angle limiting filters 41 and 42, an inclined structure 50, optical bandpass filters 61 to 63, and an insulating layer 70. Since the photodiode 32 is the same as the photodiode 31, illustration and description thereof are omitted.

この第3の変形例では、フォトダイオード31の不純物領域がトレンチ90により区切られ、フォトダイオード31−1〜31−3が形成される。トレンチ90は、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)等の絶縁体トレンチ構造により形成される。傾斜構造体50には傾斜角度θ1〜θ3の傾斜面が形成され、各傾斜面はそれぞれフォトダイオード31−1〜31−3に対応する。そして、各フォトダイオード31−1〜31−3の上に、傾斜角度の異なる光バンドパスフィルター61〜63がそれぞれ形成される。   In the third modification, the impurity region of the photodiode 31 is divided by the trench 90, and the photodiodes 31-1 to 31-3 are formed. The trench 90 is formed by an insulator trench structure such as STI (Shallow Trench Isolation). The inclined structure 50 is formed with inclined surfaces having inclination angles θ1 to θ3, and the inclined surfaces correspond to the photodiodes 31-1 to 31-3, respectively. Then, optical bandpass filters 61 to 63 having different inclination angles are formed on the photodiodes 31-1 to 31-3, respectively.

なお図5では、1つの光バンドパスフィルターが、トレンチ構造で区切られた1つのフォトダイオード(1つの領域)の上に設けられるが、本実施形態では、1つの光バンドパスフィルターが、トレンチ構造で区切られた複数のフォトダイオード(複数の領域)の上に設けられてもよい。   In FIG. 5, one optical bandpass filter is provided on one photodiode (one region) partitioned by a trench structure. However, in this embodiment, one optical bandpass filter has a trench structure. It may be provided on a plurality of photodiodes (a plurality of regions) separated by.

5.第4の変形例
図6には、マイクロレンズアレイ(MLA:Micro-Lens Array)により入射光量を増加させる第4の変形例を示す。図6に示す分光センサーは、半導体基板10、フォトダイオード31、32、角度制限フィルター41、42、傾斜構造体50、光バンドパスフィルター61、62、絶縁層70、マイクロレンズアレイ95を含む。なお、フォトダイオード32はフォトダイオード31と同様のため図示及び説明を省略する。
5. Fourth Modification FIG. 6 shows a fourth modification in which the amount of incident light is increased by a micro lens array (MLA). The spectroscopic sensor shown in FIG. 6 includes a semiconductor substrate 10, photodiodes 31 and 32, angle limiting filters 41 and 42, an inclined structure 50, optical bandpass filters 61 and 62, an insulating layer 70, and a microlens array 95. Since the photodiode 32 is the same as the photodiode 31, illustration and description thereof are omitted.

この第4の変形例では、角度制限フィルター41の各開口にマイクロレンズを形成し、これらの複数のマイクロレンズによりマイクロレンズアレイ95が構成される。このマイクロレンズアレイ95は、例えば角度制限フィルター41形成後にフォトリソグラフィーによりパターンを形成し、SiO膜をエッチングし、SiOよりも高屈折率の物質をデポジションすることで形成される。 In the fourth modification, a microlens is formed in each opening of the angle limiting filter 41, and a microlens array 95 is configured by the plurality of microlenses. The microlens array 95 is formed, for example, by forming a pattern by photolithography after forming the angle limiting filter 41, etching the SiO 2 film, and depositing a material having a higher refractive index than SiO 2 .

6.光バンドパスフィルターの透過波長帯域
上述のように、光バンドパスフィルターの透過波長帯域は、多層薄膜の傾斜角度と角度制限フィルターの制限角度により設定される。この点について、図7(A)、図7(B)を用いて具体的に説明する。なお、説明を簡単にするために、以下では多層薄膜61、62の膜厚が同じ場合を例に説明するが、本実施形態では、多層薄膜61、62の膜厚が傾斜角θ1、θ2に応じて異なってもよい。例えば、薄膜のデポジションにおいて、半導体基板に対して垂直な方向に薄膜を成長させた場合、多層薄膜61、62の膜厚がcosθ1、cosθ2に比例してもよい。
6). As described above, the transmission wavelength band of the optical bandpass filter is set by the tilt angle of the multilayer thin film and the limiting angle of the angle limiting filter. This point will be specifically described with reference to FIGS. 7A and 7B. In order to simplify the description, a case where the film thicknesses of the multilayer thin films 61 and 62 are the same will be described below as an example. However, in this embodiment, the film thicknesses of the multilayer thin films 61 and 62 are set to the inclination angles θ1 and θ2. It may be different depending on the situation. For example, when the thin film is grown in the direction perpendicular to the semiconductor substrate in the thin film deposition, the film thicknesses of the multilayer thin films 61 and 62 may be proportional to cos θ1 and cos θ2.

図7(A)に示すように、多層薄膜61、62は、厚さd1〜d3(d2<d1、d3<d1)の薄膜により形成される。厚さd1の薄膜の上下に、厚さd2、d3の薄膜が交互に複数層積層される。厚さd2の薄膜は、厚さd1、d3の薄膜とは異なる屈折率の物質により形成される。なお、図7(A)では、簡単のために、厚さd2、d3の薄膜の層数を省略したが、実際には、厚さd1の薄膜の上下に数十層〜数百層の薄膜が積層される。また、図7(A)では、簡単のために厚さd1の薄膜を1層としたが、実際には複数層形成される場合が多い。   As shown in FIG. 7A, the multilayer thin films 61 and 62 are formed of thin films having thicknesses d1 to d3 (d2 <d1, d3 <d1). A plurality of thin films having thicknesses d2 and d3 are alternately stacked above and below the thin film having thickness d1. The thin film having the thickness d2 is formed of a material having a refractive index different from those of the thin films having the thicknesses d1 and d3. Note that in FIG. 7A, the number of thin films having thicknesses d2 and d3 is omitted for simplicity, but in reality, several tens to several hundreds of thin films are formed above and below the thin film having thickness d1. Are stacked. In FIG. 7A, for the sake of simplicity, the thin film having a thickness d1 is made one layer, but in reality, a plurality of layers are often formed.

多層薄膜61は、フォトダイオード31の受光面に対して傾斜角θ1を有するため、受光面に対して垂直な光線は、多層薄膜61に対してθ1の角度で入射する。そして、角度制限フィルター41の制限角度をΔθとすると、多層薄膜61に対してθ1−Δθ〜θ1+Δθで入射する光線がフォトダイオード31の受光面に到達する。同様に、フォトダイオード32の受光面には、多層薄膜62に対してθ2−Δθ〜θ2+Δθで入射する光線が到達する。   Since the multilayer thin film 61 has an inclination angle θ1 with respect to the light receiving surface of the photodiode 31, light rays perpendicular to the light receiving surface enter the multilayer thin film 61 at an angle θ1. Then, if the limiting angle of the angle limiting filter 41 is Δθ, light rays incident on the multilayer thin film 61 at θ1−Δθ to θ1 + Δθ reach the light receiving surface of the photodiode 31. Similarly, light incident on the multilayer thin film 62 at θ2−Δθ to θ2 + Δθ reaches the light receiving surface of the photodiode 32.

図7(B)に示すように、多層薄膜61の透過波長帯域BW1は、λ1−Δλ〜λ1+Δλである。このとき、入射角度θ1の光線に対する透過波長λ1=2×n×d1×cosθ1である。ここで、nは厚さd1の薄膜の屈折率である。また、λ1−Δλ=2×n×d1×cos(θ1+Δθ)、λ1+Δλ=2×n×d1×cos(θ1−Δθ)である。入射角度θ1の光線に対する透過波長の半値幅HW(例えばHW<BW1)は、多層膜の積層数により決まる。フォトダイオード31の受光量は、受光面に垂直となる入射角θ1で最大であり、制限角度でゼロとなるため、入射光全体での受光量は点線でしめす曲線により表されることとなる。多層薄膜62の透過波長帯域BW2も同様に、λ2−Δλ〜λ2+Δλである。例えばθ2<θ1の場合、λ2=2×n×d1×cosθ2<λ1=2×n×d1×cosθ1である。   As shown in FIG. 7B, the transmission wavelength band BW1 of the multilayer thin film 61 is λ1−Δλ to λ1 + Δλ. At this time, the transmission wavelength λ1 = 2 × n × d1 × cos θ1 with respect to the light beam having the incident angle θ1. Here, n is the refractive index of the thin film having the thickness d1. Further, λ1−Δλ = 2 × n × d1 × cos (θ1 + Δθ) and λ1 + Δλ = 2 × n × d1 × cos (θ1−Δθ). The full width at half maximum HW (for example, HW <BW1) of the transmission wavelength with respect to the light beam having the incident angle θ1 is determined by the number of stacked multilayer films. The amount of light received by the photodiode 31 is maximum at an incident angle θ1 perpendicular to the light receiving surface, and is zero at the limit angle. Therefore, the amount of light received by the entire incident light is represented by a curve indicated by a dotted line. Similarly, the transmission wavelength band BW2 of the multilayer thin film 62 is λ2−Δλ to λ2 + Δλ. For example, if θ2 <θ1, λ2 = 2 × n × d1 × cos θ2 <λ1 = 2 × n × d1 × cos θ1.

上記実施形態によれば、角度制限フィルター41、42は、入射光の入射角度をθ1−Δθ〜θ1+Δθ、θ2−Δθ〜θ2+Δθに制限して、透過波長の変化範囲をλ1−Δλ〜λ1+Δλ、λ2−Δλ〜λ2+Δλに制限する。光バンドパスフィルターは、角度制限フィルター41、42により制限された透過波長の変化範囲λ1−Δλ〜λ1+Δλ、λ2−Δλ〜λ2+Δλにより、透過する特定波長の帯域BW1、BW2が設定される。   According to the above embodiment, the angle limiting filters 41 and 42 limit the incident angle of incident light to θ1−Δθ to θ1 + Δθ and θ2−Δθ to θ2 + Δθ, and change the transmission wavelength change range from λ1−Δλ to λ1 + Δλ, λ2. It is limited to -Δλ to λ2 + Δλ. In the optical band-pass filter, bands BW1 and BW2 of specific wavelengths to be transmitted are set by the transmission wavelength change ranges λ1−Δλ to λ1 + Δλ and λ2−Δλ to λ2 + Δλ limited by the angle limiting filters 41 and 42.

このようにすれば、角度制限フィルター41、42により光バンドパスフィルターの透過波長帯域BW1、BW2を制限し、測定対象の波長帯域の光だけをセンシングすることができる。例えば、角度制限フィルター41、42の制限角度はΔθ≦30°に設定される。望ましくは、角度制限フィルター41、42の制限角度はΔθ≦20°である。   In this way, the transmission wavelength bands BW1 and BW2 of the optical bandpass filter are limited by the angle limiting filters 41 and 42, and only the light in the wavelength band to be measured can be sensed. For example, the limiting angle of the angle limiting filters 41 and 42 is set to Δθ ≦ 30 °. Desirably, the limiting angle of the angle limiting filters 41 and 42 is Δθ ≦ 20 °.

7.製造方法
図8〜図13を用いて、傾斜構造体を半導体プロセスにより形成する場合の本実施形態の分光センサーの製造方法の例について説明する。
7). Manufacturing Method An example of a manufacturing method of the spectroscopic sensor of the present embodiment when the inclined structure is formed by a semiconductor process will be described with reference to FIGS.

まず図8のS1に示すように、フォトリソグラフィー、イオン注入、フォトレジスト剥離の工程により、P型基板上にN型拡散層(フォトダイオードの不純物領域)を形成する。S2に示すように、フォトリソグラフィー、イオン注入、フォトレジスト剥離、熱処理の工程により、P型基板上にP型拡散層を形成する。このN型拡散層がフォトダイオードのカソードとなり、P型拡散層(P型基板)がアノードとなる。   First, as shown in S1 of FIG. 8, an N-type diffusion layer (an impurity region of a photodiode) is formed on a P-type substrate by photolithography, ion implantation, and photoresist stripping processes. As shown in S2, a P-type diffusion layer is formed on the P-type substrate by photolithography, ion implantation, photoresist stripping, and heat treatment. This N type diffusion layer becomes the cathode of the photodiode, and the P type diffusion layer (P type substrate) becomes the anode.

次に図9のS3に示すように、SiOのデポジション、CMPによる平坦化の工程により、絶縁膜を形成する。S4に示すように、フォトリソグラフィー、SiOの異方性ドライエッチング、フォトレジスト剥離の工程により、コンタクトホールを形成する。S5に示すように、TiNのスパッタリング、W(タングステン)のデポジション、Wのエッチバックの工程により、コンタクトホールの埋め込みを行う。S6に示すように、AL(アルミ)のスパッタリング、TiNのスパッタリング、フォトリソグラフィー、ALとTiNの異方性ドライエッチング、フォトレジスト剥離の工程により、第1AL配線を形成する。 Next, as shown in S3 of FIG. 9, an insulating film is formed by SiO 2 deposition and planarization by CMP. As shown in S4, photolithography, anisotropic dry etching of SiO 2, by a process of photoresist stripping, contact holes are formed. As shown in S5, the contact hole is filled by TiN sputtering, W (tungsten) deposition, and W etchback. As shown in S6, the first AL wiring is formed by the steps of AL (aluminum) sputtering, TiN sputtering, photolithography, AL and TiN anisotropic dry etching, and photoresist stripping.

次に図10のS7に示すように、上記S3〜S6と同様の工程によりビアコンタクトと第2AL配線を形成する。S7の工程を必要回数繰り返す。図10には、第3AL配線まで形成した場合を図示する。S8に示すように、SiOのデポジション(点線により図示)、CMPによる平坦化の工程により、絶縁膜を形成する。以上の配線形成工程により、角度制限フィルターを構成するAL配線とタングステンプラグが積層される。 Next, as shown in S <b> 7 of FIG. 10, via contacts and second AL wiring are formed by the same processes as S <b> 3 to S <b> 6. Repeat step S7 as many times as necessary. FIG. 10 illustrates a case where the third AL wiring is formed. As shown in S8, an insulating film is formed by SiO 2 deposition (shown by dotted lines) and planarization by CMP. Through the above wiring formation process, the AL wiring and the tungsten plug constituting the angle limiting filter are laminated.

次に図11のS9に示すように、SiOのデポジション、フォトリソグラフィー、SiOの異方性ドライエッチング、フォトレジスト剥離の工程により、絶縁膜の段差(S9’)または粗密パターン(S9”)を形成する。 Next, as shown in S9 in FIG. 11, deposition of SiO 2, photolithography, anisotropic dry etching of SiO 2, by a process of photoresist stripping, the step of the insulating layer (S9 ') or density pattern (S9 " ).

次に図12のS10に示すように、CMPによる研磨の工程により、傾斜構造体の傾斜面を形成する。このとき、傾斜構造体の傾斜面は、絶縁膜の段差や粗密パターンの形状に応じた傾斜角度に加工される。   Next, as shown in S10 of FIG. 12, the inclined surface of the inclined structure is formed by a polishing process using CMP. At this time, the inclined surface of the inclined structure is processed at an inclination angle corresponding to the step of the insulating film and the shape of the dense pattern.

次に図13のS11に示すように、TiO(チタン酸化膜)のスパッタリングとSiOのスパッタリングを交互に行い、傾斜面に多層薄膜を形成する。TiO膜は高屈折率の薄膜であり、SiO膜は低屈折率の薄膜である。 Next, as shown in S11 of FIG. 13, sputtering of TiO 2 (titanium oxide film) and sputtering of SiO 2 are performed alternately to form a multilayer thin film on the inclined surface. The TiO 2 film is a high refractive index thin film, and the SiO 2 film is a low refractive index thin film.

8.第1の変形例の製造方法
図14〜図16を用いて、傾斜構造体を別部材で形成する第1の変形例の製造方法の例について説明する。
8). Manufacturing Method of First Modification Example An example of a manufacturing method of the first modification example in which the inclined structure body is formed from another member will be described with reference to FIGS. 14 to 16.

まず図14のS101に示すように、加熱して溶融した低融点ガラスを金型に注入し、S102に示すように、傾斜面のついた金型で低融点ガラスをプレス成形することで傾斜構造体を形成する。   First, as shown in S101 of FIG. 14, a low melting glass heated and melted is poured into a mold, and as shown in S102, the low melting glass is press-molded with a mold having an inclined surface to form an inclined structure. Form the body.

次に図15のS103に示すように、TiOのスパッタリングとSiOのスパッタリングを交互に行い、低融点ガラスの傾斜構造体に多層薄膜を形成する。 Next, as shown in S103 of FIG. 15, sputtering of TiO 2 and sputtering of SiO 2 are performed alternately to form a multilayer thin film on the inclined structure of the low melting point glass.

次に図16のS104に示すように、多層薄膜が形成された傾斜構造体を、角度制限フィルターの絶縁層に接着剤(分光対象波長に対して透明な接着剤)で接着する。なお、フォトダイオードや角度制限フィルターは、図8〜図10で上述したS1〜S8の工程により形成される。   Next, as shown in S104 of FIG. 16, the inclined structure on which the multilayer thin film is formed is adhered to the insulating layer of the angle limiting filter with an adhesive (an adhesive that is transparent with respect to the spectral target wavelength). The photodiode and the angle limiting filter are formed by the steps S1 to S8 described above with reference to FIGS.

9.電子機器
図17に、本実施形態の分光センサーを含む電子機器の構成例を示す。例えば、電子機器として、脈拍計、パルスオキシメーター、血糖値測定器、果実糖度計などが想定される。
9. Electronic Device FIG. 17 shows a configuration example of an electronic device including the spectroscopic sensor of this embodiment. For example, a pulse meter, a pulse oximeter, a blood glucose level measuring device, a fruit sugar meter, and the like are assumed as electronic devices.

図17に示す電子機器は、分光センサー装置900、マイクロコンピューター970(CPU)、記憶装置980、表示装置990を含む。分光センサー装置900は、LED950(光源)、LEDドライバー960、分光センサー910を含む。分光センサー910は、例えば1チップのICに集積され、フォトダイオード920、検出回路930、A/D変換回路940を含む。   The electronic apparatus illustrated in FIG. 17 includes a spectroscopic sensor device 900, a microcomputer 970 (CPU), a storage device 980, and a display device 990. The spectroscopic sensor device 900 includes an LED 950 (light source), an LED driver 960, and a spectroscopic sensor 910. The spectroscopic sensor 910 is integrated in, for example, a one-chip IC, and includes a photodiode 920, a detection circuit 930, and an A / D conversion circuit 940.

LED950は、例えば白色光を観察対象に照射する。分光センサー装置900は、観察対象からの反射光や透過光を分光し、各波長の信号を取得する。マイクロコンピューター970は、LEDドライバー960の制御や、分光センサー910からの信号の取得を行う。マイクロコンピューター970は、取得した信号に基づく表示を表示装置990(例えば液晶表示装置)に表示したり、取得した信号に基づくデータを記憶装置980(例えばメモリーや、磁気ディスク)に記憶する。   The LED 950 irradiates the observation target with, for example, white light. The spectroscopic sensor device 900 separates reflected light and transmitted light from the observation target and acquires signals of each wavelength. The microcomputer 970 controls the LED driver 960 and acquires a signal from the spectroscopic sensor 910. The microcomputer 970 displays a display based on the acquired signal on a display device 990 (for example, a liquid crystal display device), and stores data based on the acquired signal in a storage device 980 (for example, a memory or a magnetic disk).

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語(フォトセンサー、薄膜フィルター、半導体基板等)と共に記載された用語(フォトダイオード、光バンドパスフィルター、シリコン基板等)は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、分光センサー、分光センサー装置、電子機器等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、種々の変形実施が可能である。   Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, in the specification or drawings, terms (photodiodes, optical bandpass filters, silicon substrates, etc.) described at least once together with different terms (photosensors, thin film filters, semiconductor substrates, etc.) having a broader meaning or the same meaning are used in the specification. The different terms can be used anywhere in the book or drawing. Further, the configuration and operation of the spectroscopic sensor, spectroscopic sensor device, electronic device, and the like are not limited to those described in this embodiment, and various modifications can be made.

10 半導体基板、20 回路、31,32 フォトダイオード、
41,42 角度制限フィルター、50 傾斜構造体、60 多層薄膜、
61,62 光バンドパスフィルター、70 絶縁層、80 接着層、
90 トレンチ、95 マイクロレンズアレイ、
900 分光センサー装置、910 分光センサー、920 フォトダイオード、
930 検出回路、940 A/D変換回路、950 LED、
960 LEDドライバー、970 マイクロコンピューター、980 記憶装置、
990 表示装置、
BW1,BW2 透過波長帯域、LRA 受光領域、θ1,θ2 傾斜角度、
λ1,λ2 透過波長
10 semiconductor substrate, 20 circuit, 31, 32 photodiode,
41, 42 Angle limiting filter, 50 inclined structure, 60 multilayer thin film,
61, 62 Optical band pass filter, 70 insulating layer, 80 adhesive layer,
90 trench, 95 micro lens array,
900 spectroscopic sensor device, 910 spectroscopic sensor, 920 photodiode,
930 detection circuit, 940 A / D conversion circuit, 950 LED,
960 LED driver, 970 microcomputer, 980 storage device,
990 display device,
BW1, BW2 transmission wavelength band, LRA light receiving region, θ1, θ2 tilt angle,
λ1, λ2 transmission wavelength

Claims (19)

半導体基板上に形成された、フォトダイオード用の不純物領域と、
前記フォトダイオードの受光領域に対する入射光の入射角度を制限するための角度制限フィルターと、
を含み、
前記角度制限フィルターは、
前記フォトダイオード用の不純物領域の上に半導体プロセスによって形成された遮光物質によって形成されることを特徴とする光学センサー。
An impurity region for a photodiode formed on a semiconductor substrate;
An angle limiting filter for limiting an incident angle of incident light with respect to a light receiving region of the photodiode;
Including
The angle limiting filter is
An optical sensor formed of a light shielding material formed by a semiconductor process on an impurity region for the photodiode.
請求項1において、
前記角度制限フィルターは、
前記半導体基板上に形成される他の回路の配線層形成工程により形成されることを特徴とする光学センサー。
In claim 1,
The angle limiting filter is
An optical sensor formed by a wiring layer forming step of another circuit formed on the semiconductor substrate.
請求項1または2において、
前記角度制限フィルターは、
前記半導体基板の上に積層された絶縁膜に空けられたコンタクトホールの導電性プラグにより形成されることを特徴とする光学センサー。
In claim 1 or 2,
The angle limiting filter is
An optical sensor comprising a conductive plug of a contact hole formed in an insulating film stacked on the semiconductor substrate.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記角度制限フィルターは、
前記半導体プロセスにより形成される導電層または導電性プラグにより形成され、前記フォトダイオード用の不純物領域からの信号を取得する電極であることを特徴とする光学センサー。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The angle limiting filter is
An optical sensor formed by a conductive layer or a conductive plug formed by the semiconductor process and being an electrode for acquiring a signal from the impurity region for the photodiode.
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記角度制限フィルターは、
前記半導体基板に対する平面視において、前記フォトダイオードの受光領域の外周に沿って形成されることを特徴とする光学センサー。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The angle limiting filter is
An optical sensor, wherein the optical sensor is formed along an outer periphery of a light receiving region of the photodiode in a plan view with respect to the semiconductor substrate.
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記角度制限フィルターは、
前記フォトダイオード用の不純物領域の上に形成された複数の開口を有し、
前記複数の開口は、
前記フォトダイオードの受光領域の外周に沿って形成され、前記受光領域に対する入射光の入射角度を制限することを特徴とする光学センサー。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The angle limiting filter is
A plurality of openings formed on the impurity region for the photodiode;
The plurality of openings are
An optical sensor formed along an outer periphery of a light receiving region of the photodiode, and limiting an incident angle of incident light with respect to the light receiving region.
請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記入射光のうちの特定波長の光を透過する光バンドパスフィルターを含むことを特徴とする光学センサー。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
An optical sensor comprising an optical bandpass filter that transmits light of a specific wavelength of the incident light.
請求項7において、
前記光バンドパスフィルターは、
前記半導体基板に対して、透過波長に応じた角度で傾斜する多層薄膜により形成されることを特徴とする光学センサー。
In claim 7,
The optical bandpass filter is
An optical sensor formed of a multilayer thin film that is inclined with respect to the semiconductor substrate at an angle corresponding to a transmission wavelength.
請求項8において、
前記光バンドパスフィルターは、
透過波長が異なる複数組の多層薄膜により形成され、
前記複数組の多層薄膜は、
前記半導体基板に対する傾斜角度が透過波長に応じて異なり、同時の薄膜形成工程で形成されることを特徴とする光学センサー。
In claim 8,
The optical bandpass filter is
Formed by multiple sets of multilayer thin films with different transmission wavelengths,
The plurality of sets of multilayer thin films are:
An optical sensor characterized in that an inclination angle with respect to the semiconductor substrate differs according to a transmission wavelength and is formed by a simultaneous thin film forming process.
請求項8において、
前記フォトダイオード用の不純物領域は、
トレンチ構造の絶縁体により複数の領域に区切られ、
前記光バンドパスフィルターは、
透過波長が異なる複数のバンドパスフィルターにより形成され、
前記複数のバンドパスフィルターの各バンドパスフィルターは、
前記トレンチ構造の絶縁体により区切られた1または複数の領域に対応して設けられることを特徴とする光学センサー。
In claim 8,
The impurity region for the photodiode is
Divided into multiple regions by a trench structure insulator,
The optical bandpass filter is
Formed by multiple bandpass filters with different transmission wavelengths,
Each bandpass filter of the plurality of bandpass filters is
An optical sensor, wherein the optical sensor is provided corresponding to one or a plurality of regions separated by an insulator having the trench structure.
請求項8において、
前記角度制限フィルターの上に設けられた傾斜構造体を含み、
前記傾斜構造体は、
前記半導体基板に対して、前記光バンドパスフィルターの透過波長に応じた角度で傾斜する傾斜面を有し、
前記多層薄膜は、
前記傾斜面の上に形成されることを特徴とする光学センサー。
In claim 8,
Including an inclined structure provided on the angle limiting filter;
The inclined structure is
With respect to the semiconductor substrate, having an inclined surface that is inclined at an angle according to the transmission wavelength of the optical bandpass filter,
The multilayer thin film is
An optical sensor formed on the inclined surface.
請求項11において、
前記傾斜構造体は、
前記角度制限フィルターの上に半導体プロセスにより形成されることを特徴とする光学センサー。
In claim 11,
The inclined structure is
An optical sensor formed by a semiconductor process on the angle limiting filter.
請求項12において、
前記傾斜構造体は、
前記半導体プロセスにより積層された透明膜に段差または粗密パターンが形成され、前記段差または粗密パターンに対して研磨及びエッチングの少なくとも一方が行われることで形成されることを特徴とする光学センサー。
In claim 12,
The inclined structure is
An optical sensor characterized in that a step or a dense pattern is formed on the transparent film laminated by the semiconductor process, and at least one of polishing and etching is performed on the step or the dense pattern.
請求項1乃至13のいずれかにおいて、
前記フォトダイオードの出力信号を処理する処理回路を含み、
前記処理回路は、
前記角度制限フィルターを形成する半導体プロセスにより形成されることを特徴とする光学センサー。
In any one of Claims 1 thru | or 13.
A processing circuit for processing an output signal of the photodiode;
The processing circuit includes:
An optical sensor formed by a semiconductor process for forming the angle limiting filter.
請求項1乃至14のいずれかにおいて、
前記角度制限フィルターを形成する前記遮光物質は、
光吸収物質または光反射物質であることを特徴とする光学センサー。
In any one of Claims 1 thru | or 14.
The light blocking material forming the angle limiting filter is:
An optical sensor which is a light absorbing material or a light reflecting material.
請求項1乃至15のいずれかにおいて、
入射光を分光するための分光センサーであることを特徴とする光学センサー。
In any one of Claims 1 thru | or 15,
An optical sensor characterized by being a spectroscopic sensor for splitting incident light.
請求項1乃至15のいずれかにおいて、
入射光の照度を測定するための照度センサーであることを特徴とする光学センサー。
In any one of Claims 1 thru | or 15,
An optical sensor which is an illuminance sensor for measuring the illuminance of incident light.
請求項1乃至15のいずれかにおいて、
光源の仰角を測定するための仰角センサーであることを特徴とする光学センサー。
In any one of Claims 1 thru | or 15,
An optical sensor which is an elevation sensor for measuring an elevation angle of a light source.
請求項1乃至18のいずれかに記載された光学センサーを含むことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the optical sensor according to claim 1.
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