JP2008098436A - Color sensor and its manufacturing method, as well as electronic instrument - Google Patents

Color sensor and its manufacturing method, as well as electronic instrument Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a color sensor which accurately performs a color analysis by preventing a photocurrent by an infrared light and an ultraviolet light from occurring and simplifies a manufacturing process and suppresses a manufacturing cost as compared with conventional technologies and is tolerant to a mechanical stress and a thermal stress, and a method of manufacturing the color sensor, and an electronic instrument. <P>SOLUTION: The color sensor is equipped with: a plurality of juxtapositional color filters 19, 20, 21 for respectively passing coming lights; and a plurality of photodiodes PD1, PD2, PD3 which respectively receive the lights passing through these color filters 19, 20, 21 and convert the received lights to electrical signals. Further, there is provided an N substrate 13, and the photodiodes PD1, PD2, PD3 have a p-type anode layer 16 formed on the N substrate 13. The N substrate 13 is provided with: a defective layer 12; and a defect-free layer 11 arranged between the color filters 19, 20, 21 and the defective layer 12. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、液晶ディスプレイにおけるバックライトのホワイトバランス調整部、カラー画像形成装置（カラーコピー機、カラープリンターなど）の色調整部、紙幣の判別などを行う画像読み取り装置などの電子機器に使用されるカラーセンサー、およびその製造方法、並びに該カラーセンサーを用いた電子機器に関するものである。   The present invention is used in electronic devices such as a backlight white balance adjustment unit in a liquid crystal display, a color adjustment unit of a color image forming apparatus (color copier, color printer, etc.), an image reading apparatus that performs banknote discrimination, and the like. The present invention relates to a color sensor, a manufacturing method thereof, and an electronic apparatus using the color sensor.

従来から、液晶ディスプレイのバックライトとしては、一般に水銀ランプが使用されている。最近では、ＬＥＤの発光効率が良くなってきたこと、或いは環境問題などから、液晶ディスプレイのバックライトを、ＬＥＤを使用した光源（ＬＥＤ光源）へ切り替えることが検討されている。   Conventionally, mercury lamps are generally used as backlights for liquid crystal displays. Recently, switching of the backlight of a liquid crystal display to a light source (LED light source) using an LED has been studied due to the fact that the luminous efficiency of the LED has improved or because of environmental problems.

特に液晶テレビの場合、さまざまな色合いが出せることから、赤色、緑色、青色の３つのＬＥＤを用いたバックライトの開発が進んでいる。この場合、バックライトの出力光のホワイトバランスをとる為に、バックライトの出力光の色を検知するカラーセンサーが必要となる。さらに、カラー画像形成装置（カラーコピー機、カラープリンターなど）の色調整や、紙幣の判別などにも、カラーセンサーが広く用いられている。   In particular, in the case of a liquid crystal television, since various colors can be produced, development of a backlight using three LEDs of red, green, and blue is progressing. In this case, a color sensor that detects the color of the output light from the backlight is necessary to achieve white balance of the output light from the backlight. Furthermore, color sensors are widely used for color adjustment of color image forming apparatuses (color copiers, color printers, and the like) and banknote discrimination.

第５図に、一般的に使用されているカラーセンサーの構造を示す。   FIG. 5 shows the structure of a commonly used color sensor.

上記のカラーセンサーは、Ｎ型基板１２５の一方から３つのＰ型アノード層１２６が形成されており、Ｎ型基板１２５を共通のカソード層とした、３つのシリコンフォトダイオードＰＤ１０１，ＰＤ１０２，ＰＤ１０３が形成されている。   In the color sensor, three P-type anode layers 126 are formed from one of the N-type substrates 125, and three silicon photodiodes PD101, PD102, and PD103 are formed using the N-type substrate 125 as a common cathode layer. Has been.

また、前記カラーセンサーでは、シリコンフォトダイオ−ドＰＤ１０１，ＰＤ１０２，ＰＤ１０３の受光部上には色フィルター１２７，１２８，１２９が形成されており、これらを透明樹脂１３１で樹脂封止し、その上に可視光透過フィルター１３２を貼り付けた構造となっている。   Further, in the color sensor, color filters 127, 128, and 129 are formed on the light receiving portions of the silicon photodiodes PD101, PD102, and PD103, and these are sealed with a transparent resin 131, on which The visible light transmission filter 132 is attached.

上記カラーセンサーに光が入射された場合、可視光透過フィルター１３２により、可視光のみが色フィルター１２７，１２８，１２９に入射される。   When light is incident on the color sensor, only visible light is incident on the color filters 127, 128, and 129 by the visible light transmission filter 132.

ここで、色フィルター１２７は赤色光と赤外光しか透過しない為、シリコンフォトダイオードＰＤ１０１には赤色光のみが入射される。また、色フィルター１２８は可視光領域では緑色光しか透過しない為、シリコンフォトダイオードＰＤ１０２には緑色光のみが入射される。さらに、色フィルター１２９は青色光と紫外光しか透過しない為、シリコンフォトダーオードＰＤ１０３には青色光のみが入射される。   Here, since the color filter 127 transmits only red light and infrared light, only the red light is incident on the silicon photodiode PD101. Further, since the color filter 128 transmits only green light in the visible light region, only green light is incident on the silicon photodiode PD102. Furthermore, since the color filter 129 transmits only blue light and ultraviolet light, only blue light is incident on the silicon photodiode PD103.

従って、３つのシリコンフォトダイオードＰＤ１０１，ＰＤ１０２，ＰＤ１０３によって光電変換された電流出力を比較することにより、入射光の色分析をすることができる。   Therefore, by comparing the current outputs photoelectrically converted by the three silicon photodiodes PD101, PD102, and PD103, color analysis of incident light can be performed.

また、簡易で高密度のカラーセンサーおよびその製造方法として、特許文献４に、絶縁性基板上に透明酸化物電極を設け、その透明酸化物電極上に第１のｐ型半導体層と第１の真性半導体層と第１のｎ型半導体層と第２の真性半導体層と第２のｎ型半導体層と第３の真性半導体層と第２のｐ型半導体層とを順次設け、第２のｐ型半導体層の上に金属電極を設け、透明酸化物電極と第２のｐ型半導体層の上の金属電極との間のバイアス条件によって可視光の波長を識別するカラーセンサーとその製造方法が開示されている。   In addition, as a simple and high-density color sensor and a method for manufacturing the same, Patent Document 4 discloses that a transparent oxide electrode is provided on an insulating substrate, and the first p-type semiconductor layer and the first oxide are formed on the transparent oxide electrode. An intrinsic semiconductor layer, a first n-type semiconductor layer, a second intrinsic semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer, a third intrinsic semiconductor layer, and a second p-type semiconductor layer are sequentially provided, and a second p Disclosed is a color sensor that provides a metal electrode on a type semiconductor layer and discriminates the wavelength of visible light according to a bias condition between the transparent oxide electrode and the metal electrode on the second p-type semiconductor layer, and a method for manufacturing the same Has been.

また、特許文献５に、光電変換用の受光基板上に光学的整合層を形成し、その上に低屈折率層および高屈折率層を形成し、低屈折率層および高屈折率層の光学的膜厚を、等差級数的または等比級数的に変化させる多層膜を形成することにより、光透過帯域での光透過率をよくしながら赤外遮断を行う受光素子が開示されている。
特開昭５８−５６３４４号公報（昭和５８年４月４日公開） 特開２００２−９０８１号公報（平成１４年１月１１日公開） 特開平２−１４０９３７号公報（平成２年５月３０日公開） 特開２０００−２２３７３４号公報（平成１２年８月１１日公開） 特開平６−７７５０７号公報（平成６年３月１８日公開） Further, in Patent Document 5, an optical matching layer is formed on a light receiving substrate for photoelectric conversion, and a low refractive index layer and a high refractive index layer are formed thereon. There has been disclosed a light-receiving element that cuts off infrared rays while improving light transmittance in a light transmission band by forming a multilayer film that changes the target film thickness in a geometric series or a geometric series.
JP 58-56344 A (published April 4, 1983) JP 2002-9081 A (published on January 11, 2002) Japanese Patent Laid-Open No. 2-140937 (published on May 30, 1990) JP 2000-223734 A (published August 11, 2000) JP-A-6-77507 (published March 18, 1994)

しかしながら、図５に示すような、従来の可視光透過フィルター１３２を透明樹脂１３１上に貼り付けた構造のカラーセンサーの場合、カラーセンサーに入射した光は必ずしも可視光透過フィルター１３２を通して色フィルター１２７，１２８，１２９に入射するわけではなく、透明樹脂１３１の側面１３３などから可視光透過フィルター１３２を通ることなく色フィルター１２７，１２８，１２９に入射する。   However, in the case of a color sensor having a structure in which a conventional visible light transmission filter 132 is pasted on a transparent resin 131 as shown in FIG. 5, light incident on the color sensor does not necessarily pass through the visible light transmission filter 132 and the color filters 127, 127. The light does not enter 128, 129 but enters the color filters 127, 128, 129 from the side surface 133 of the transparent resin 131 without passing through the visible light transmitting filter 132.

この場合、可視光以外の赤外光や紫外光が色フィルター１２７，１２８，１２９に入射することになるが、色フィルター１２７は赤外光も透過する為、シリコンフォトダイオードＰＤ１０１には赤外光も入射することになる。また色フィルター１２９は紫外光も透過する為、シリコンフォトダイオードＰＤ１０３には紫外光も入射することになる。   In this case, infrared light or ultraviolet light other than visible light is incident on the color filters 127, 128, and 129. However, since the color filter 127 also transmits infrared light, the silicon photodiode PD101 has infrared light. Will also be incident. Further, since the color filter 129 also transmits ultraviolet light, ultraviolet light also enters the silicon photodiode PD103.

赤外光および紫外光は、人間の目には見えないが、シリコンフォトダイオードなどの受光素子に入射されると、光電流を受光素子に発生させる。特に、シリコンフォトダイオードは、波長が７００〜９００ｎｍの近赤外光に対する感度が非常に高く、近赤外光の入射によって光電流を発生しやすい。そのため、人間の目に見える色を受光素子の出力に基づいて分析する色分析においては、この人間の目には見えない赤外光および紫外光が受光素子に入射すると、光電流が発生してノイズ成分となり、正確な色分析の妨げとなる。図５に示す従来のカラーセンサーでは、前述したように赤外光および紫外光がシリコンフォトダイオードＰＤ１０１，ＰＤ１０３に入射する構造であるので、赤外光および紫外光による光電流、特に近赤外光による光電流がノイズ成分として発生し、正確な色分析の妨げとなる。   Infrared light and ultraviolet light are invisible to the human eye, but when incident on a light receiving element such as a silicon photodiode, a photocurrent is generated in the light receiving element. In particular, a silicon photodiode has a very high sensitivity to near infrared light having a wavelength of 700 to 900 nm, and a photocurrent is likely to be generated by incidence of near infrared light. Therefore, in color analysis that analyzes the color visible to the human eye based on the output of the light receiving element, when infrared light and ultraviolet light that are invisible to the human eye enter the light receiving element, a photocurrent is generated. It becomes a noise component and hinders accurate color analysis. Since the conventional color sensor shown in FIG. 5 has a structure in which infrared light and ultraviolet light are incident on the silicon photodiodes PD101 and PD103 as described above, the photocurrent by infrared light and ultraviolet light, particularly near infrared light. Is generated as a noise component, which hinders accurate color analysis.

また、図５に示す従来のカラーセンサーでは、透明樹脂１３１の上に可視光透過フィルター１３２が形成されている。この可視光透過フィルター１３２は、透明樹脂１３１に貼り付けられた構造となっているため、機械的応力または熱的応力により剥れ易い。   In the conventional color sensor shown in FIG. 5, a visible light transmission filter 132 is formed on the transparent resin 131. Since the visible light transmission filter 132 has a structure attached to the transparent resin 131, it is easily peeled off by mechanical stress or thermal stress.

さらに、図５に示す従来のカラーセンサーは、可視光以外の光を除去するために、色フィルター１２７，１２８，１２９以外にもフィルターが余分に必要であるため、その分だけ製造プロセスが複雑となり、製造コストもアップするという難点を有する。   Furthermore, the conventional color sensor shown in FIG. 5 requires an extra filter in addition to the color filters 127, 128, and 129 in order to remove light other than visible light, so that the manufacturing process becomes complicated accordingly. The manufacturing cost is also increased.

また、特許文献４に記載のカラーセンサーでは、赤外光および紫外光を遮断する構成要素は何ら設けられておらず、受光部である真性半導体層１８ａ〜１８ｃへの赤外光および紫外光の入射を低減できる構成ではない。それゆえ、赤外光および紫外線が、受光部である直接的に入射する。また、受光部である真性半導体層１８ａ〜１８ｃは、特許文献４の図５に示されているように波長が７００〜８００ｎｍの近赤外光によっても光電流を発生し、特許文献４の図５から推測されるように波長が３８０ｎｍ以下の紫外光によっても光電流を発生する。そのため、赤外光および紫外光が真性半導体層１８ａ〜１８ｃに入射することにより、ノイズ成分を真性半導体層１８ａ〜１８ｃに発生させる。その結果、正確な色分析ができないという問題が生じる。   Further, the color sensor described in Patent Document 4 is not provided with any components that block infrared light and ultraviolet light, and the infrared light and ultraviolet light to the intrinsic semiconductor layers 18a to 18c, which are light receiving portions, are not provided. It is not the structure which can reduce incidence. Therefore, infrared light and ultraviolet light are directly incident on the light receiving unit. In addition, as shown in FIG. 5 of Patent Document 4, the intrinsic semiconductor layers 18a to 18c serving as light receiving portions generate photocurrents even with near infrared light having a wavelength of 700 to 800 nm. 5, photocurrent is generated even by ultraviolet light having a wavelength of 380 nm or less. Therefore, when infrared light and ultraviolet light enter the intrinsic semiconductor layers 18a to 18c, noise components are generated in the intrinsic semiconductor layers 18a to 18c. As a result, there arises a problem that accurate color analysis cannot be performed.

また、特許文献５に記載のカラーセンサーは、多層膜により赤外光を低減することはできるが、この多層膜を形成するには、低屈折率層および高屈折率層を多数回積層する必要があるので、製造プロセスが複雑になる。また、製造プロセスが複雑になることで、製造効率が悪くなるため、製造コストがアップする。また、この多層膜は赤外光を低減するものであり、紫外光を低減できる構成ではない。   In addition, the color sensor described in Patent Document 5 can reduce infrared light by a multilayer film, but in order to form this multilayer film, it is necessary to laminate a low refractive index layer and a high refractive index layer many times. This complicates the manufacturing process. Further, since the manufacturing process becomes complicated, the manufacturing efficiency deteriorates, and the manufacturing cost increases. In addition, this multilayer film reduces infrared light and is not configured to reduce ultraviolet light.

なお、半導体基板内部に結晶欠陥を形成する方法が、例えば特許文献１〜３に開示されている。しかしながら、これらの方法によって内部に結晶欠陥が形成された半導体基板は、カラーセンサーには用いられていなかった。   For example, Patent Documents 1 to 3 disclose methods for forming crystal defects in a semiconductor substrate. However, a semiconductor substrate having crystal defects formed therein by these methods has not been used for a color sensor.

本発明は、上記従来の問題点を鑑みてなされたものであって、その目的は、赤外光および紫外光による光電流の発生を防止することにより正確に色分析を行うことができ、従来技術と比較して製造プロセスの簡素化および製造コストの抑制ができ、また、機械的応力および熱的応力に対して強いカラーセンサー、カラーセンサーの製造方法、および電子機器を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is to accurately perform color analysis by preventing generation of photocurrent due to infrared light and ultraviolet light. It is an object of the present invention to provide a color sensor, a method for manufacturing a color sensor, and an electronic apparatus that can simplify the manufacturing process and reduce the manufacturing cost as compared with the technology, and are strong against mechanical stress and thermal stress.

本発明に係るカラーセンサーは、上記課題を解決するために、入射される光をそれぞれ通過させるための並設された複数の色フィルターと、これら色フィルターを透過した光をそれぞれ受光して電気信号に変換する複数の受光素子とを備えるカラーセンサーにおいて、シリコン基板を備え、上記受光素子は、上記シリコン基板上に形成された電極層を有し、上記シリコン基板は、欠陥層、および、上記色フィルターと上記欠陥層との間に配置された無欠陥層を有していることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a color sensor according to the present invention receives a plurality of color filters arranged in parallel for passing incident light and light transmitted through these color filters, respectively, and receives an electrical signal. A color sensor including a plurality of light receiving elements that convert to a silicon substrate, wherein the light receiving element includes an electrode layer formed on the silicon substrate, the silicon substrate including a defect layer and the color It has a defect-free layer disposed between the filter and the defective layer.

上記構成によれば、上記色フィルターを透過した光は、上記シリコン基板における入射面（色フィルターに対向する面）から無欠陥層に入射し、その一部は無欠陥層を透過して欠陥層に入射する。シリコン基板に入射された光は、波長の長い光ほど、より深い（入射面から遠い）所で吸収される。このため、上記シリコン基板に入射される光の中で、相対的に波長が短い光は、欠陥層および無欠陥層の中で入射面により近い無欠陥層で主に吸収され、相対的に波長が長い光は、欠陥層および無欠陥層の中で入射面からより遠い欠陥層で主に吸収される。すなわち、上記無欠陥層では、主に可視光が吸収され、上記欠陥層では、主に近赤外光を含む赤外光が吸収される。したがって、上記無欠陥層内では、主に可視光により光キャリアが発生し、上記欠陥層内では、主に近赤外光を含む赤外光により光キャリアが発生する。   According to the above configuration, the light transmitted through the color filter enters the defect-free layer from the incident surface (the surface facing the color filter) of the silicon substrate, and part of the light passes through the defect-free layer and passes through the defect layer. Is incident on. The light incident on the silicon substrate is absorbed at a deeper position (distant from the incident surface) as the wavelength is longer. For this reason, light having a relatively short wavelength among the light incident on the silicon substrate is mainly absorbed by the defect-free layer closer to the incident surface in the defect layer and the defect-free layer, and has a relatively wavelength. However, the long light is mainly absorbed by the defect layer farther from the incident surface in the defect layer and the defect-free layer. That is, the defect-free layer mainly absorbs visible light, and the defect layer mainly absorbs infrared light including near infrared light. Therefore, in the defect-free layer, optical carriers are generated mainly by visible light, and in the defective layer, optical carriers are generated mainly by infrared light including near infrared light.

上記無欠陥層には結晶欠陥が存在しないため、上記無欠陥層内に発生した光キャリアは、上記結晶欠陥により再結合されて消滅することなく、上記受光素子の電極層に到達する。したがって、上記無欠陥層内で主に可視光により発生した光キャリアは、受光素子によって電気信号に変換される。   Since there is no crystal defect in the defect-free layer, photocarriers generated in the defect-free layer reach the electrode layer of the light receiving element without being recombined by the crystal defect and disappearing. Therefore, optical carriers generated mainly by visible light in the defect-free layer are converted into electrical signals by the light receiving element.

一方、上記欠陥層には結晶欠陥が存在するため、上記欠陥層内に発生した光キャリアは、上記結晶欠陥により再結合され、上記受光素子の電極層に到達することなく、上記欠陥層内部で消滅する。したがって、上記欠陥層で主に近赤外光を含む赤外光により発生した光キャリアは、受光素子によって電気信号に変換されることは無い。   On the other hand, since there are crystal defects in the defect layer, the photocarriers generated in the defect layer are recombined by the crystal defects and do not reach the electrode layer of the light receiving element, and the inside of the defect layer. Disappear. Therefore, optical carriers generated mainly by infrared light including near infrared light in the defect layer are not converted into electric signals by the light receiving element.

さらに、上記シリコン基板の側面から上記シリコン基板内部に進入した近赤外光を含む赤外光（側面赤外光）は、主として上記欠陥層に吸収され、上記欠陥層内に光キャリアを発生させる。そのため、側面赤外光によって発生した光キャリアは、欠陥層内で、結晶欠陥により再結合され、上記受光素子の電極層に到達することなく、上記欠陥層内部で消滅する。したがって、コスト上昇を招く特別な側面光対策を施すことなく、色分析の妨げとなる側面赤外光の進入による光電流の発生を防止することができる。   Further, infrared light (side infrared light) including near-infrared light that has entered the silicon substrate from the side surface of the silicon substrate is mainly absorbed by the defect layer and generates photocarriers in the defect layer. . Therefore, the photocarriers generated by the side infrared light are recombined by crystal defects in the defect layer, and disappear within the defect layer without reaching the electrode layer of the light receiving element. Therefore, it is possible to prevent the generation of photocurrent due to the entrance of side infrared light that hinders color analysis without taking special measures against side light that causes an increase in cost.

また、紫外光は、上記シリコン基板における入射面付近の非常に浅い領域で吸収される。そのため、上記シリコン基板における非常に浅い領域では、紫外光により光キャリアが発生する。しかしながら、上記シリコン基板における非常に浅い領域で発生するキャリアは、上記受光素子で発生する電気信号（光電流）にほとんど寄与しない。したがって、紫外光により発生する光キャリアは、ほとんど光電流に寄与しない。このため、紫外光により発生する光キャリアによる光電流の影響は、無視することができる。   Further, ultraviolet light is absorbed in a very shallow region near the incident surface of the silicon substrate. Therefore, optical carriers are generated by ultraviolet light in a very shallow region of the silicon substrate. However, carriers generated in a very shallow region of the silicon substrate hardly contribute to an electric signal (photocurrent) generated in the light receiving element. Therefore, the photocarrier generated by the ultraviolet light hardly contributes to the photocurrent. For this reason, the influence of the photocurrent by the photocarrier generated by the ultraviolet light can be ignored.

これらにより、上記構成では、色分析の妨げとなるノイズ成分である赤外光および紫外光による光電流の発生を防止することができ、その結果、ノイズ成分の少ない正確な色分析を行うことができる。   Accordingly, in the above configuration, generation of photocurrent due to infrared light and ultraviolet light, which are noise components that hinder color analysis, can be prevented, and as a result, accurate color analysis with less noise components can be performed. it can.

なお、本明細書中における「欠陥層」とは、一般的に使用されている程度の欠陥密度の結晶欠陥を有する欠陥層のことをいう。この欠陥層の（結晶欠陥の）欠陥密度は、１×１０９ｃｍ−３以上であることが好ましい。 In the present specification, the “defect layer” refers to a defect layer having crystal defects having a defect density of a level generally used. The defect density (of crystal defects) of this defect layer is preferably 1 × 10 9 cm −3 or more.

また、本明細書中における「無欠陥層」とは、一般的に使用されている程度より低い欠陥密度の結晶欠陥を有する欠陥層のことをいう。この無欠陥層の（結晶欠陥の）欠陥密度は１×１０８ｃｍ−３以下であることが好ましい。 Further, the “defect-free layer” in this specification refers to a defect layer having crystal defects with a defect density lower than that generally used. The defect density (of crystal defects) of the defect-free layer is preferably 1 × 10 8 cm −3 or less.

さらに、本発明のカラーセンサーは、赤外光が入射することによるノイズ成分の低減を欠陥層によって行うことができるので、可視光透過フィルターを必要としない。それゆえ、この可視光透過フィルターを張り合わせる製造工程を必要としない。このため、本発明のカラーセンサーは、従来技術によるカラーセンサーと比較して、製造プロセスの簡素化および製造コストを抑制することができる。また、本発明のカラーセンサーは、機械的応力および熱的応力によって剥れ易く（信頼性が低く）、コストの上昇を招く可視光透過フィルターを必要としないので、機械的応力および熱的応力に対して強く（信頼性が高く）、また、安価である。また、可視光透過フィルターを必要としないので、小型化および薄型化を図ることができる。   Furthermore, since the color sensor of the present invention can reduce the noise component due to the incidence of infrared light by the defect layer, a visible light transmission filter is not required. Therefore, a manufacturing process for bonding the visible light transmitting filter is not required. For this reason, the color sensor of the present invention can simplify the manufacturing process and suppress the manufacturing cost as compared with the color sensor according to the prior art. In addition, the color sensor of the present invention is easy to peel off due to mechanical stress and thermal stress (low reliability) and does not require a visible light transmission filter that causes an increase in cost. It is strong (high reliability) and inexpensive. In addition, since a visible light transmission filter is not required, the size and thickness can be reduced.

また、本発明のカラーセンサーは、上記無欠陥層の厚みが３μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。   In the color sensor of the present invention, the defect-free layer preferably has a thickness of 3 μm or more and 8 μm or less.

これにより、より確実に、可視光を上記無欠陥層で吸収させ、近赤外光を含む赤外光を、上記無欠陥層を透過させて上記欠陥層に吸収させることができる。このため、可視光をより効率よく光電変換することができ、また、近赤外光を含む赤外光による光電流の発生をより確実に防止できる。   Thereby, visible light can be more reliably absorbed by the defect-free layer, and infrared light including near infrared light can be transmitted through the defect-free layer and absorbed by the defect layer. For this reason, visible light can be more efficiently photoelectrically converted, and generation of photocurrent due to infrared light including near infrared light can be more reliably prevented.

また、本発明のカラーセンサーは、上記欠陥層の欠陥密度が１×１０９ｃｍ-３以上であることが好ましい。 In the color sensor of the present invention, the defect density of the defect layer is preferably 1 × 10 9 cm −3 or more.

これにより、上記欠陥層に入射した赤外光により発生した光キャリアを、より確実に、上記欠陥層内の結晶欠陥によって再結合させることにより消滅させることができる。したがって、近赤外光を含む赤外光による光電流の発生をより確実に防止できる。   Thereby, the optical carrier generated by the infrared light incident on the defect layer can be more reliably eliminated by recombination by the crystal defect in the defect layer. Therefore, generation of a photocurrent due to infrared light including near infrared light can be prevented more reliably.

また、本発明のカラーセンサーは、上記欠陥層は、シリコン基板に対して、徐々に昇温する熱処理（ランピングによる熱処理）を施すことによって形成されたものであることが好ましい。   In the color sensor of the present invention, the defect layer is preferably formed by subjecting a silicon substrate to a heat treatment (heat treatment by ramping) that gradually raises the temperature.

上記構成によれば、上記欠陥層、および、上記色フィルターと上記欠陥層との間に配置された上記無欠陥層を有する上記シリコン基板を作成することができる。   According to the said structure, the said silicon substrate which has the said defect layer and the said defect-free layer arrange | positioned between the said color filter and the said defect layer can be created.

さらに、上記欠陥層と、上記無欠陥層との欠陥密度の差を十分に大きくすることができる。上記欠陥層に入射した赤外光により発生した光キャリアを、より確実に、上記欠陥層内の結晶欠陥によって再結合させることにより消滅させることができる。したがって、近赤外光を含む赤外光による光電流の発生をより確実に防止できる。   Furthermore, the difference in defect density between the defect layer and the defect-free layer can be sufficiently increased. Photocarriers generated by infrared light incident on the defect layer can be more reliably eliminated by recombination by crystal defects in the defect layer. Therefore, generation of a photocurrent due to infrared light including near infrared light can be prevented more reliably.

また、本発明のカラーセンサーは、上記熱処理前の上記シリコン基板の酸素濃度が１５×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましい。 In the color sensor of the present invention, the oxygen concentration of the silicon substrate before the heat treatment is preferably 15 × 10 17 cm −3 or more.

上記構成によれば、上記シリコン基板は、上記酸素濃度を含む上記シリコン基板に対して徐々に昇温する熱処理を施すことによって形成されたものであるので、上記欠陥層、および、上記色フィルターと上記欠陥層との間に配置された上記無欠陥層を有する上記シリコン基板を作成することができる。   According to the above configuration, since the silicon substrate is formed by subjecting the silicon substrate including the oxygen concentration to a heat treatment that gradually raises the temperature, the defect layer, and the color filter The silicon substrate having the defect-free layer disposed between the defect layer and the defect layer can be formed.

さらに、上記欠陥層の欠陥密度を１×１０９ｃｍ−３以上とすることができる。これにより、上記欠陥層に入射した赤外光により発生した光キャリアを、より確実に、上記欠陥層内の結晶欠陥によって再結合させることにより消滅させることができる。したがって、近赤外光を含む赤外光による光電流の発生をより確実に防止できる。 Furthermore, the defect density of the defect layer can be set to 1 × 10 9 cm −3 or more. Thereby, the optical carrier generated by the infrared light incident on the defect layer can be more reliably eliminated by recombination by the crystal defect in the defect layer. Therefore, generation of a photocurrent due to infrared light including near infrared light can be prevented more reliably.

また、本発明のカラーセンサーは、上記シリコン基板の比抵抗が３０Ωｃｍ以上１２０Ωｃｍ以下であることが好ましい。   In the color sensor of the present invention, the specific resistance of the silicon substrate is preferably 30 Ωcm or more and 120 Ωcm or less.

これにより、可視光をより効率よく光電変換することができる。   Thereby, visible light can be more efficiently photoelectrically converted.

また、本発明のカラーセンサーでは、上記電極層は、その周囲部分が上記欠陥層に向かって突出した形状を有していることが好ましい。   In the color sensor of the present invention, it is preferable that the electrode layer has a shape in which a peripheral portion protrudes toward the defect layer.

上記構成によれば、受光素子における電極層の中央領域の近傍で発生した光キャリアが、その受光素子に隣接する受光素子の電極層に向かって移動したとしても、電極層の周囲部分の近傍に進むことになる。これにより、上記光キャリアは、電極層の周囲部分の近傍に形成された電界によって電極層の周囲部分に捕らえられ、隣接する受光素子の電極層には到達しない。その結果、受光素子間のクロストークを低減することができる。   According to the above configuration, even if the optical carrier generated in the vicinity of the central region of the electrode layer in the light receiving element moves toward the electrode layer of the light receiving element adjacent to the light receiving element, it is in the vicinity of the peripheral portion of the electrode layer. Will go on. Thereby, the optical carrier is captured by the peripheral portion of the electrode layer by the electric field formed in the vicinity of the peripheral portion of the electrode layer, and does not reach the electrode layer of the adjacent light receiving element. As a result, crosstalk between the light receiving elements can be reduced.

さらに、本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、上記カラーセンサーを備えていることを特徴としている。   Furthermore, in order to solve the above-described problems, an electronic apparatus according to the present invention includes the color sensor.

上記カラーセンサーは、前述したように、機械的応力および熱的応力に対して強く（信頼性が高く）、安価であり、小型化および薄型化を図ることができる。したがって、上記構成によれば、機械的応力および熱的応力に対して強く（信頼性が高く）、安価であり、小型化および薄型化が図られた電子機器を提供することができる。   As described above, the color sensor is strong against mechanical stress and thermal stress (high reliability), inexpensive, and can be reduced in size and thickness. Therefore, according to the above configuration, it is possible to provide an electronic device that is strong (high in reliability) against mechanical stress and thermal stress, is inexpensive, and is reduced in size and thickness.

また、上記カラーセンサーは、前述したように、ノイズ成分の少ない正確な色分析を行うことができるので、上記構成の電子機器は、ノイズ成分の少ない正確な色分析や、色分析に基づく正確な動作などを行うことができる。   In addition, as described above, the color sensor can perform accurate color analysis with less noise components. Therefore, the electronic apparatus having the above configuration can perform accurate color analysis with less noise components and accurate analysis based on color analysis. Operation can be performed.

また、本発明のカラーセンサーの製造方法は、上記課題を解決するために、入射される光のうち、異なる色を持つ光をそれぞれ通過させるための、並設された複数の色フィルターと、これら色フィルターを透過した複数の色の光をそれぞれ受光して受光信号に変換する複数の受光素子とを備え、上記受光素子が電極層を有するカラーセンサーの製造方法において、シリコン基板に対し、欠陥層と無欠陥層とをシリコン基板中に形成する処理を行う工程と、上記シリコン基板上に上記受光素子の電極層を形成する工程と、上記色フィルターと上記欠陥層との間に上記無欠陥層が位置するように上記色フィルターを形成する工程とを含むことを特徴としている。   In addition, in order to solve the above-described problem, the color sensor manufacturing method of the present invention includes a plurality of color filters arranged in parallel for passing light having different colors out of incident light, and these A plurality of light receiving elements that respectively receive light of a plurality of colors that have passed through the color filter and convert them into light reception signals, wherein the light receiving element has an electrode layer. And a step of forming a defect-free layer in the silicon substrate, a step of forming an electrode layer of the light receiving element on the silicon substrate, and the defect-free layer between the color filter and the defect layer. And the step of forming the color filter so as to be positioned.

これにより、赤外光および紫外光による光電流の発生を防止することでき、正確に色分析を行うことができるカラーセンサーを製造することができる。   Thereby, generation | occurrence | production of the photocurrent by infrared light and ultraviolet light can be prevented, and the color sensor which can perform a color analysis correctly can be manufactured.

さらに、本発明のカラーセンサーの製造方法によれば、赤外光が入射することによるノイズ成分の低減を行うための可視光透過フィルターを必要としないため、機械的応力および熱的応力に対して強いカラーセンサーを製造することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing a color sensor of the present invention, a visible light transmission filter for reducing noise components due to incidence of infrared light is not required, so that mechanical stress and thermal stress can be prevented. A strong color sensor can be manufactured.

また、本発明のカラーセンサーの製造方法によれば、赤外光が入射することによるノイズ成分の低減を行うための可視光透過フィルターを必要としないため、この可視光透過フィルターを張り合わせる製造工程を必要としない。このため、本発明のカラーセンサーの製造方法は、従来技術によるカラーセンサーの製造方法と比較して、製造プロセスの簡素化および製造コストの抑制を行うことができる。   In addition, according to the method for manufacturing a color sensor of the present invention, a visible light transmission filter for reducing noise components due to incidence of infrared light is not required. Do not need. For this reason, the manufacturing method of the color sensor of the present invention can simplify the manufacturing process and suppress the manufacturing cost as compared with the manufacturing method of the color sensor according to the prior art.

本発明は、以上のように、赤外光および紫外光による光電流の発生を防止することにより正確に色分析を行うことができ、従来技術と比較して製造プロセスの簡素化および製造コストの抑制ができ、また、機械的応力および熱的応力に対して強いカラーセンサー、カラーセンサーの製造方法、および電子機器を提供できるという効果を奏する。   As described above, the present invention can accurately perform color analysis by preventing generation of photocurrent due to infrared light and ultraviolet light, and can simplify the manufacturing process and reduce the manufacturing cost compared to the prior art. In addition, it is possible to provide a color sensor that is resistant to mechanical stress and thermal stress, a method for manufacturing the color sensor, and an electronic device.

本発明の一実施の形態を図１〜図４に基づき説明する。図１は、本実施の形態のカラーセンサーの平面図である。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of the color sensor of the present embodiment.

図１に示すように、本実施の形態にかかるカラーセンサーには、後述するフォトダイオード（受光素子）ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３（図１には示していない）のそれぞれの受光面１，２，３が形成されており、これら受光面１，２，３の周囲には、遮光メタル７が形成されている。   As shown in FIG. 1, the color sensor according to the present embodiment includes light receiving surfaces 1, 2, 3 of photodiodes (light receiving elements) PD1, PD2, PD3 (not shown in FIG. 1) described later. A light shielding metal 7 is formed around the light receiving surfaces 1, 2, and 3.

そして、受光面１，２，３の外側には、メタル電極５およびパッド開口部６が形成されている。さらに、受光面１，２，３のそれぞれに隣接する位置には、メタル電極５のアノードコンタクト開口部４が形成されている。メタル電極５のアノードコンタクト開口部４は、後述するフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３のＰ型アノード層（電極層）１６（図１には示していない）と電気的に接続されている。そして、カラーセンサーの周縁部には、スクライブライン１０が形成されている。   A metal electrode 5 and a pad opening 6 are formed outside the light receiving surfaces 1, 2, and 3. Further, an anode contact opening 4 of the metal electrode 5 is formed at a position adjacent to each of the light receiving surfaces 1, 2, 3. The anode contact opening 4 of the metal electrode 5 is electrically connected to a P-type anode layer (electrode layer) 16 (not shown in FIG. 1) of photodiodes PD1, PD2, and PD3 described later. A scribe line 10 is formed on the peripheral edge of the color sensor.

図２は、図１におけるＡ−Ａ’矢視断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ in FIG. 1.

本実施の形態にかかるカラーセンサーは、図２に示すように、Ｎ基板（シリコン基板）１３および３つのＰ型アノード層１６を備えている。また、本実施の形態にかかるカラーセンサーには、入射される光をそれぞれ通過させるための並設された複数の色フィルター１９，２０，２１と、これら色フィルター１９，２０，２１を透過した光をそれぞれ受光して電気信号（光信号）に変換する３つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３が形成されている。フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３は、３つのＰ型アノード層１６をそれぞれアノードとして、カソード電極２５を共通のカソードとして備えている。   The color sensor according to the present embodiment includes an N substrate (silicon substrate) 13 and three P-type anode layers 16 as shown in FIG. In addition, the color sensor according to the present embodiment includes a plurality of color filters 19, 20, 21 arranged in parallel to transmit incident light, and light transmitted through these color filters 19, 20, 21. The three photodiodes PD1, PD2, and PD3 that receive the light and convert it into electrical signals (optical signals) are formed. The photodiodes PD1, PD2, and PD3 include three P-type anode layers 16 as anodes and a cathode electrode 25 as a common cathode.

Ｎ基板１３は、ｎ型シリコンからなる第１導電型のシリコン基板である。Ｎ基板１３は、欠陥層１２（Bulk Micro Defect層）、および無欠陥層１１（Denuded Zone層）で構成されている。欠陥層１２は、シリコン結晶の内部に、格子間酸素の析出等による結晶欠陥を有する。無欠陥層１１は、色フィルター１９，２０，２１を透過した光が入射する入射面（色フィルター１９，２０，２１に対向する面）を有している。無欠陥層１１は、上記入射面と欠陥層１２との間、すなわち色フィルター１９，２０，２１と欠陥層１２との間に配置されている。   The N substrate 13 is a first conductivity type silicon substrate made of n-type silicon. The N substrate 13 includes a defect layer 12 (Bulk Micro Defect layer) and a defect-free layer 11 (Denuded Zone layer). The defect layer 12 has crystal defects due to precipitation of interstitial oxygen or the like inside the silicon crystal. The defect-free layer 11 has an incident surface (a surface facing the color filters 19, 20, 21) on which light transmitted through the color filters 19, 20, 21 is incident. The defect-free layer 11 is disposed between the incident surface and the defect layer 12, that is, between the color filters 19, 20, and 21 and the defect layer 12.

Ｐ型アノード層１６は、Ｎ基板１３内で生成したキャリアを受け取って光電流を発生させるためのものであり、無欠陥層１１上の一部領域（受光面１，２，３を形成すべき領域）に形成されている。Ｐ型アノード層１６と無欠陥層１１とを合わせたものが平板状となるように、Ｐ型アノード層１６は、欠陥層１１に食い込む形態で形成されている。このＰ型アノード層１６における無欠陥層１１側と反対側の面が、受光面１，２，３として機能する。Ｐ型アノード層１６は、ｐ型シリコンからなる第２導電型の半導体基板であり、枠状周辺部１４と中央領域１５とから構成されている。   The P-type anode layer 16 is for receiving a carrier generated in the N substrate 13 and generating a photocurrent, and a partial region on the defect-free layer 11 (light receiving surfaces 1, 2, and 3 should be formed). Region). The P-type anode layer 16 is formed so as to bite into the defect layer 11 so that the combination of the P-type anode layer 16 and the defect-free layer 11 has a flat plate shape. The surface of the P-type anode layer 16 opposite to the defect-free layer 11 side functions as the light receiving surfaces 1, 2, and 3. The P-type anode layer 16 is a second conductivity type semiconductor substrate made of p-type silicon, and includes a frame-shaped peripheral portion 14 and a central region 15.

無欠陥層１１におけるＰ型アノード層１６で覆われていない領域、およびＰ型アノード層１６の全面に、シリコン酸化膜１７が被膜されている。シリコン酸化膜１７上における、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３のそれぞれの受光面１，２，３の周囲には、遮光メタル７が形成されている。   A silicon oxide film 17 is coated on a region of the defect-free layer 11 that is not covered with the P-type anode layer 16 and on the entire surface of the P-type anode layer 16. On the silicon oxide film 17, a light shielding metal 7 is formed around the light receiving surfaces 1, 2, 3 of the photodiodes PD1, PD2, PD3.

さらに、シリコン酸化膜１７における遮光メタル７で覆われていない領域、および遮光メタル７の全面に、ＣＶＤ（化学気相成長）膜などで形成された、保護膜として機能するシリコン酸化膜１８が形成されている。このシリコン酸化膜１８は、メタル電極５と遮光メタル７との間にも形成されており、メタル電極５と遮光メタル７とを絶縁する絶縁膜としても機能する。   Further, a silicon oxide film 18 formed of a CVD (chemical vapor deposition) film or the like is formed on a region of the silicon oxide film 17 that is not covered with the light shielding metal 7 and on the entire surface of the light shielding metal 7. Has been. The silicon oxide film 18 is also formed between the metal electrode 5 and the light shielding metal 7 and functions as an insulating film that insulates the metal electrode 5 and the light shielding metal 7.

遮光メタル７は、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３のそれぞれの受光面１，２，３の周囲からフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に入射する光を遮光する。これにより、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の周囲からフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に入射する光によるノイズの影響を低減することができる。また、遮光メタル７の材質は、金属からなる。このため、配線、表面電位シールドといった、電気的機能を有することもできる。   The light shielding metal 7 shields light incident on the photodiodes PD1, PD2, PD3 from the periphery of the respective light receiving surfaces 1, 2, 3 of the photodiodes PD1, PD2, PD3. Thereby, it is possible to reduce the influence of noise caused by light incident on the photodiodes PD1, PD2, PD3 from the periphery of the photodiodes PD1, PD2, PD3. The light shielding metal 7 is made of metal. For this reason, it can also have electrical functions, such as wiring and a surface potential shield.

また、色フィルター１９，２０，２１は、シリコン酸化膜１８の上に形成されている。フォトダイオードＰＤ１の受光面１上には赤外光および赤色光を透過する赤色の色フィルター１９が形成されており、フォトダイオードＰＤ２の受光面２上には緑色光を透過する緑色の色フィルター２０が形成されており、さらにフォトダイオードＰＤ３上には青色光および紫外光を透過する青色の色フィルター２１が形成されている。したがって、赤色光および赤外光がフォトダイオードＰＤ１に入射し、緑色光がフォトダイオードＰＤ２に入射し、青色光および紫外光がフォトダイオードＰＤ３に入射する。   The color filters 19, 20, and 21 are formed on the silicon oxide film 18. A red color filter 19 that transmits infrared light and red light is formed on the light receiving surface 1 of the photodiode PD1, and a green color filter 20 that transmits green light is formed on the light receiving surface 2 of the photodiode PD2. Further, a blue color filter 21 that transmits blue light and ultraviolet light is formed on the photodiode PD3. Therefore, red light and infrared light are incident on the photodiode PD1, green light is incident on the photodiode PD2, and blue light and ultraviolet light are incident on the photodiode PD3.

さらに、シリコン酸化膜１８における、遮光メタル７上、スクライブライン１０上、およびパッド開口部６を除く領域には、色フィルター１９，２０，２１が重ねて被膜されている。重ねて被膜された色フィルター１９，２０，２１は、遮光膜として機能する。   Further, color filters 19, 20, and 21 are overlaid on the silicon oxide film 18 on the light shielding metal 7, the scribe line 10, and the region except the pad opening 6. The color filters 19, 20, and 21 that are overlaid function as a light shielding film.

また、欠陥層１２における無欠陥層１１側と反対側の面上には、フォトダイオードＰＤ１,ＰＤ２,ＰＤ３の共通のカソードとなるカソード電極２５が形成されている。   A cathode electrode 25 serving as a common cathode for the photodiodes PD1, PD2, and PD3 is formed on the surface of the defect layer 12 opposite to the defect-free layer 11 side.

次に、本実施の形態にかかるカラーセンサーに光が入射したときの信号電流の発生について図３を用いて説明する。   Next, generation of a signal current when light is incident on the color sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図３は、本実施の形態にかかるカラーセンサーに光が入射することにより、光キャリアが生成されているＮ基板１３の模式図である。   FIG. 3 is a schematic diagram of the N substrate 13 on which optical carriers are generated when light enters the color sensor according to the present embodiment.

色フィルター１９，２０，２１を透過した入射光２４（色フィルター１９を透過した赤外光および赤色光、色フィルター２０を透過した緑色光、および色フィルター２１を透過した青色光および紫外光）がＮ基板１３に入射することにより、Ｎ基板１３内部では光キャリア２２および光キャリア２３が発生する。この光キャリア２２および光キャリア２３がＰ型アノード層１６に到達すると、信号電流が発生する。この発生した信号電流が、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の出力となる。   Incident light 24 transmitted through the color filters 19, 20, 21 (infrared light and red light transmitted through the color filter 19, green light transmitted through the color filter 20, and blue light and ultraviolet light transmitted through the color filter 21). By entering the N substrate 13, an optical carrier 22 and an optical carrier 23 are generated inside the N substrate 13. When the optical carrier 22 and the optical carrier 23 reach the P-type anode layer 16, a signal current is generated. This generated signal current becomes the output of the photodiodes PD1, PD2, PD3.

シリコンは、その光吸収端が波長１１００ｎｍ付近にあるので、入射光２４のうち、約１１００ｎｍより短い波長の光、すなわち、約１１００ｎｍより短い波長の近赤外光、可視光、および紫外光を吸収する。また、シリコンの光吸収ピークは、３７６ｎｍ（紫外線）であり、シリコンの吸収係数（単位長さあたりの光の吸収率）は、光吸収端から光吸収ピークに向かって単調に増加する傾向がある。すなわち、シリコンの吸収係数は、波長が短いほど大きくなる。   Since silicon has an absorption edge near 1100 nm, silicon absorbs light having a wavelength shorter than about 1100 nm, that is, near-infrared light, visible light, and ultraviolet light having a wavelength shorter than about 1100 nm. To do. Moreover, the light absorption peak of silicon is 376 nm (ultraviolet light), and the absorption coefficient of silicon (light absorption rate per unit length) tends to monotonously increase from the light absorption edge toward the light absorption peak. . That is, the absorption coefficient of silicon increases as the wavelength decreases.

シリコン基板に入射した光のうちで、シリコン基板における入射表面からの距離がｘの位置まで到達する光の量Ｉは、下記の計算式により表される。   Of the light incident on the silicon substrate, the amount I of the light reaching the position of the distance x from the incident surface on the silicon substrate is expressed by the following calculation formula.

Ｉ＝Ｉ0×［１−ｅｘｐ（−αｘ）］
（Ｉ0はシリコン基板の入射表面での入射光量を表し、αはシリコンの吸収係数を表す）
したがって、入射光２４のうちでシリコン基板の同じ深さ（入射表面からの距離）まで到達する光の割合は、波長が長い光ほど大きくなる。また、入射光２４のうちでそこまで到達する光の割合が同一となるシリコン基板の深さは、波長が長い光ほど深くなる。すなわち、波長の長い光ほど、シリコン基板のより深い所で吸収される。 I = I0 × [1-exp (−αx)]
(I0 represents the amount of incident light on the incident surface of the silicon substrate, and α represents the absorption coefficient of silicon)
Therefore, the proportion of light that reaches the same depth (distance from the incident surface) of the silicon substrate in the incident light 24 increases as the wavelength increases. Further, the depth of the silicon substrate where the ratio of the light reaching the same in the incident light 24 is the same becomes deeper as the wavelength is longer. That is, light having a longer wavelength is absorbed deeper in the silicon substrate.

それゆえ、入射光２４がＮ基板１３に入射することにより、入射表面側の層である無欠陥層１１では、可視光と色フィルター２１を透過した紫外光とが主として吸収され、光キャリア２２が生成される。可視光の吸収により無欠陥層１１で生成された光キャリア２２は、Ｐ型アノード層１６に到達し、信号電流を発生させる。一方、紫外光は、非常に浅い表面領域で吸収され、非常に浅い表面領域に生成された光キャリアは、ほとんど光電流（信号電流）の発生に寄与しない。それゆえ、紫外光により発生する信号電流の影響は、無視できる。したがって、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、およびＰＤ３はそれぞれ、赤色光、緑色光、および青色光のそれぞれに応じた信号電流を出力することができる。   Therefore, when the incident light 24 is incident on the N substrate 13, the defect-free layer 11 that is a layer on the incident surface side mainly absorbs visible light and ultraviolet light transmitted through the color filter 21, and the optical carrier 22 is absorbed. Generated. Photocarriers 22 generated in the defect-free layer 11 by absorption of visible light reach the P-type anode layer 16 and generate a signal current. On the other hand, ultraviolet light is absorbed in a very shallow surface region, and photocarriers generated in the very shallow surface region hardly contribute to the generation of photocurrent (signal current). Therefore, the influence of the signal current generated by the ultraviolet light can be ignored. Therefore, the photodiodes PD1, PD2, and PD3 can output signal currents corresponding to red light, green light, and blue light, respectively.

また、入射表面から遠い側の層である欠陥層１２では、色フィルター１９および無欠陥層１１を透過した赤外光が主として吸収され、光キャリア２３が生成される。しかし、欠陥層１２には結晶欠陥が存在するため、欠陥層１２で生成された光キャリア２３は、この結晶欠陥により再結合される。このため、主として赤外光の吸収により欠陥層１２で生成された光キャリア２３は、欠陥層１２内で消滅し、Ｐ型アノード層１６には到達しない。したがって、赤外光の入射により発生した光キャリア２３がＰ型アノード層１６に到達して、色分析におけるノイズ成分となる信号電流をフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３に発生させることを、回避できる。したがって、赤外光により生成される光キャリアは、実質的に光電変換されない。   Further, in the defect layer 12 which is a layer far from the incident surface, infrared light transmitted through the color filter 19 and the defect-free layer 11 is mainly absorbed, and an optical carrier 23 is generated. However, since the defect layer 12 has crystal defects, the photocarriers 23 generated in the defect layer 12 are recombined by the crystal defects. For this reason, the optical carriers 23 generated in the defect layer 12 mainly due to absorption of infrared light disappear in the defect layer 12 and do not reach the P-type anode layer 16. Therefore, it can be avoided that the optical carrier 23 generated by the incidence of the infrared light reaches the P-type anode layer 16 to generate a signal current that becomes a noise component in the color analysis in the photodiodes PD1, PD2, and PD3. Therefore, the optical carrier generated by infrared light is not substantially photoelectrically converted.

さらに、Ｎ基板１３の側面からＮ基板１３内部に進入した近赤外光を含む赤外光（側面赤外光）は、主として欠陥層１２に吸収され、欠陥層１２内に光キャリアを発生させる。そのため、側面赤外光によって発生した光キャリアは、欠陥層１２内で、結晶欠陥により再結合され、Ｐ型アノード層１６に到達することなく、欠陥層１２内部で消滅する。したがって、コスト上昇を招く特別な側面光対策を施すことなく、色分析の妨げとなる側面赤外光の進入による光電流の発生を防止することができる。   Further, infrared light (side infrared light) including near infrared light that has entered the N substrate 13 from the side surface of the N substrate 13 is mainly absorbed by the defect layer 12 and generates optical carriers in the defect layer 12. . Therefore, the photocarriers generated by the side infrared light are recombined by crystal defects in the defect layer 12 and disappear within the defect layer 12 without reaching the P-type anode layer 16. Therefore, it is possible to prevent the generation of photocurrent due to the entrance of side infrared light that hinders color analysis without taking special measures against side light that causes an increase in cost.

以上のように、本実施の形態のカラーセンサーでは、赤色光および赤外光がフォトダイオードＰＤ１に入射し、緑色光がフォトダイオードＰＤ２に入射し、青色光および紫外光がフォトダイオードＰＤ３に入射する。また、本実施の形態のカラーセンサーでは、赤外光および紫外光は、実質的に光電変換されない。それゆえ、本発明のカラーセンサーに光が入射すると、赤色光のみがフォトダイオードＰＤ１により光電変換され、緑色光のみがフォトダイオードＰＤ２により光電変換され、青色光のみがフォトダイオードＰＤ３により光電変換されて、それぞれ光電流として出力される。その結果、ノイズ成分の少ない正確な入射光の色分析を行うことができる。   As described above, in the color sensor of the present embodiment, red light and infrared light are incident on the photodiode PD1, green light is incident on the photodiode PD2, and blue light and ultraviolet light are incident on the photodiode PD3. . In the color sensor of this embodiment, infrared light and ultraviolet light are not substantially photoelectrically converted. Therefore, when light enters the color sensor of the present invention, only red light is photoelectrically converted by the photodiode PD1, only green light is photoelectrically converted by the photodiode PD2, and only blue light is photoelectrically converted by the photodiode PD3. Are output as photocurrents. As a result, accurate color analysis of incident light with less noise components can be performed.

一般的に使用されるフォトダイオードは、７００〜９００ｎｍの近赤外光に対する感度が非常に高い。よって、一般的なフォトダイオードを用いた場合、７００〜９００ｎｍの近赤外光の入射により発生した光キャリア２３がＰ型アノード層１６に到達すると、カラーセンサーの色分析におけるノイズ成分が発生し易い。しかしながら、本実施形態の構成では、前述したように、７００〜９００ｎｍの近赤外光の入射により発生した光キャリア２３がＰ型アノード層１６に到達することを回避できるので、ノイズ成分の発生を回避できる。   Commonly used photodiodes have very high sensitivity to near infrared light of 700 to 900 nm. Therefore, when a general photodiode is used, noise components in the color analysis of the color sensor are likely to occur when the optical carrier 23 generated by the incidence of 700 to 900 nm near infrared light reaches the P-type anode layer 16. . However, in the configuration of this embodiment, as described above, it is possible to avoid the optical carrier 23 generated by the incidence of near-infrared light of 700 to 900 nm from reaching the P-type anode layer 16. Can be avoided.

Ｎ基板１３の比抵抗、無欠陥層１１の厚み、および欠陥層１２の欠陥密度は、可視光を効率よく光電変換し、フォトダイオードの赤外光感度を低減することを考慮して設計されている。   The specific resistance of the N substrate 13, the thickness of the defect-free layer 11, and the defect density of the defect layer 12 are designed in consideration of efficient photoelectric conversion of visible light and reducing the infrared sensitivity of the photodiode. Yes.

より詳細には、無欠陥層１１の厚みは、可視光が効率よく無欠陥層１１に吸収されるように、約３μｍ以上であることが好ましい。また、無欠陥層１１の厚みは、赤外光が効率よく欠陥層１２に吸収され、無欠陥層１１には吸収されないように、約８μｍ以下であることが好ましい。これらの厚みの数値範囲は、ＣＺ法により作成されたシリコン基板についての検討結果から導き出されたものであるが、ＣＺ法以外の方法により作成されたシリコン基板についても有効である。   More specifically, the thickness of the defect-free layer 11 is preferably about 3 μm or more so that visible light is efficiently absorbed by the defect-free layer 11. The thickness of the defect-free layer 11 is preferably about 8 μm or less so that infrared light is efficiently absorbed by the defect layer 12 and not absorbed by the defect-free layer 11. These numerical ranges of thicknesses are derived from the results of studies on silicon substrates created by the CZ method, but are also effective for silicon substrates created by methods other than the CZ method.

欠陥層１２の欠陥密度は、欠陥層１２で生成された光キャリア２３を確実に再結合させて消滅させることにより赤外光感度を低減させることができるように、１×１０９ｃｍ−３以上であることが好ましい。この欠陥密度の数値範囲は、ＣＺ法により作成されたシリコン基板についての検討結果から導き出されたものであるが、ＣＺ法以外の方法により作成されたシリコン基板以外についても有効である。 The defect density of the defect layer 12 is 1 × 10 9 cm −3 or more so that the infrared light sensitivity can be reduced by reliably recombining and annihilating the photocarriers 23 generated in the defect layer 12. It is preferable that The numerical range of the defect density is derived from the examination result of the silicon substrate created by the CZ method, but it is also effective for other than the silicon substrate created by a method other than the CZ method.

Ｎ基板１３の比抵抗は、可視光を効率よく光電変換できるように、３０Ωｃｍ以上、１２０Ωｃｍ以下であることが好ましい。この比抵抗の数値範囲は、ＣＺ法により作成されたシリコン基板についての検討結果から導き出されたものであるが、ＣＺ法以外の方法により作成されたシリコン基板についても有効である。   The specific resistance of the N substrate 13 is preferably 30 Ωcm or more and 120 Ωcm or less so that visible light can be efficiently photoelectrically converted. The numerical range of the specific resistance is derived from the examination result of the silicon substrate prepared by the CZ method, but is effective also for the silicon substrate prepared by a method other than the CZ method.

また、中央領域１５の拡散深さは、可視光を光電変換するために適切な接合深さに設定され、枠状周辺部１４の拡散深さは、３つのフォトダイオードＰＤ１,ＰＤ２,ＰＤ３間のクロストーク（回り込み電流）による影響を低減することを考慮して設定される。   The diffusion depth of the central region 15 is set to an appropriate junction depth for photoelectric conversion of visible light, and the diffusion depth of the frame-shaped peripheral portion 14 is set between the three photodiodes PD1, PD2, and PD3. It is set in consideration of reducing the influence of crosstalk (sneak current).

すなわち、Ｐ型アノード層１６の周辺に形成される空乏層（不図示）の外側の電界が無い領域では、無欠陥層１１で発生した光キャリア２２が、四方八方に動き回る。このため、フォトダイオード（例えばＰＤ１）に入射した入射光により発生した光キャリア２２が、隣接するフォトダイオード（例えばＰＤ２）のＰ型アノード層３０に回り込む現象が起こる可能性がある。このように本来は光が入射していないフォトダイオードに対して、他のフォトダイオードに入射した入射光による光電流が流れる現象は、一般的にクロストークと呼ばれている。クロストークは、色分析を行う際のノイズ成分となる。   That is, in a region where there is no electric field outside a depletion layer (not shown) formed around the P-type anode layer 16, the optical carrier 22 generated in the defect-free layer 11 moves around in all directions. For this reason, there is a possibility that the optical carrier 22 generated by the incident light incident on the photodiode (for example, PD1) wraps around the P-type anode layer 30 of the adjacent photodiode (for example, PD2). A phenomenon in which a photocurrent caused by incident light incident on another photodiode flows with respect to a photodiode that originally does not receive light is generally called crosstalk. Crosstalk becomes a noise component when color analysis is performed.

このクロストークを低減するため、本実施の形態では、中央領域１５より枠状周辺部１４の方が、Ｎ基板１３の上端平面に対して深い位置まで形成されている。すなわち、Ｐ型アノード層３０は、その周囲部分（枠状周辺部１４）が欠陥層１２に向かって突出した形状を有している。本実施の形態にかかるカラーセンサーでは、具体的には、例えば、中央領域１５の拡散深さは、０．５μｍ程度、枠状周辺部１４の拡散深さは、１μｍ程度としている。   In order to reduce this crosstalk, in the present embodiment, the frame-shaped peripheral portion 14 is formed deeper than the upper end plane of the N substrate 13 than the central region 15. That is, the P-type anode layer 30 has a shape in which the peripheral portion (frame-shaped peripheral portion 14) protrudes toward the defect layer 12. In the color sensor according to the present embodiment, specifically, for example, the diffusion depth of the central region 15 is about 0.5 μm, and the diffusion depth of the frame-shaped peripheral portion 14 is about 1 μm.

上記構成によれば、フォトダイオード（例えばＰＤ１）における中央領域１５周辺の空乏層外で発生した光キャリア２２が、隣接するフォトダイオード（例えばＰＤ２）のＰ型アノード層３０に向かって移動したとしても、枠状周辺部１４周辺の空乏層に進入することになる。これにより、上記の空乏層外で発生した光キャリア２２は、枠状周辺部１４周辺の空乏層内に形成された電界によって枠状周辺部１４に捕らえられ、隣接するフォトダイオード（例えばＰＤ２）のＰ型アノード層３０には到達しない。その結果、クロストークを低減することが出来る。   According to the above configuration, even if the photocarrier 22 generated outside the depletion layer around the central region 15 in the photodiode (for example, PD1) moves toward the P-type anode layer 30 of the adjacent photodiode (for example, PD2). In this case, it enters the depletion layer around the frame-shaped peripheral portion 14. Thereby, the optical carrier 22 generated outside the depletion layer is captured by the frame-shaped peripheral portion 14 by the electric field formed in the depletion layer around the frame-shaped peripheral portion 14, and the adjacent photodiode (for example, PD2) It does not reach the P-type anode layer 30. As a result, crosstalk can be reduced.

なお、より確実にクロストークを低減するためには、枠状周辺部１４の拡散深さは、中央領域１５の拡散深さよりも０．８μｍ以上深いことが好ましい。   In order to reduce crosstalk more reliably, the diffusion depth of the frame-shaped peripheral portion 14 is preferably 0.8 μm or more deeper than the diffusion depth of the central region 15.

次に、本実施の形態にかかるカラーセンサーの製造方法の一例について、図２および図４を用いて説明する。ここでは、一例として、Ｎ基板１３として、ＣＺ法（チョクラルスキー）により作成された単結晶シリコンからなるｎ型シリコン基板（ウェーハ）を使用したカラーセンサーの製造方法について説明を行う。図４は、ｎ型シリコン基板内部に欠陥層１２を形成するための基板ウェーハ熱処理条件の一例を示した図である。   Next, an example of a method for manufacturing the color sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, as an example, a method of manufacturing a color sensor using an n-type silicon substrate (wafer) made of single crystal silicon produced by the CZ method (Czochralski) as the N substrate 13 will be described. FIG. 4 is a diagram showing an example of substrate wafer heat treatment conditions for forming the defect layer 12 inside the n-type silicon substrate.

まず、ＣＺ法により作成されたｎ型シリコン基板の片面を熱酸化することにより、シリコン基板の片面上にシリコン酸化膜１７を成長させる。   First, the silicon oxide film 17 is grown on one surface of the silicon substrate by thermally oxidizing one surface of the n-type silicon substrate prepared by the CZ method.

次に、上記ｎ型シリコン基板に対し、欠陥層１２と無欠陥層１１とをｎ型シリコン基板中に形成する処理を行う。すなわち、上記ｎ型シリコン基板に対して、徐々に昇温する熱処理を施すことにより、ｎ型シリコン基板の上部（シリコン酸化膜１７側の部分）に無欠陥層１１を形成し、ｎ型シリコン基板の内部（シリコン酸化膜１７から遠い部分）に、酸素析出による欠陥層１２を形成する。例えば、図４に示すような熱処理条件により、Ｎ基板１３を、窒素、水素等のガス雰囲気において、低温からのランピング（徐々の昇温）により熱処理する。すなわち、例えば、窒素（Ｎ２）雰囲気下でｎ型シリコン基板を５００℃で５時間かけて熱処理し、続いて窒素雰囲気下でＮ基板１３を０．５℃／分の温度上昇率（徐温レート）で５００℃から１０００℃まで徐々に昇温しながら１６時間４０分かけて熱処理し、続いて窒素雰囲気下でＮ基板１３を１０００℃で５時間かけて熱処理する。 Next, a process of forming the defect layer 12 and the defect-free layer 11 in the n-type silicon substrate is performed on the n-type silicon substrate. That is, the n-type silicon substrate is subjected to a heat treatment that gradually raises the temperature to form the defect-free layer 11 on the upper portion of the n-type silicon substrate (the portion on the silicon oxide film 17 side). The defect layer 12 due to oxygen precipitation is formed inside (a portion far from the silicon oxide film 17). For example, the N substrate 13 is heat-treated by ramping from a low temperature (gradual temperature rise) in a gas atmosphere such as nitrogen or hydrogen under the heat treatment conditions as shown in FIG. That is, for example, an n-type silicon substrate is heat-treated at 500 ° C. for 5 hours in a nitrogen (N 2 ) atmosphere, and then the N substrate 13 is heated at a rate of 0.5 ° C./min (gradual temperature) in a nitrogen atmosphere. The heat treatment is performed for 16 hours and 40 minutes while gradually raising the temperature from 500 ° C. to 1000 ° C., and the N substrate 13 is then heat treated at 1000 ° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere.

ランピングによる熱処理により、ｎ型シリコン基板の上部に欠陥密度の低い無欠陥層１１を形成し、ｎ型シリコン基板の内部に欠陥密度の高い欠陥層１２を形成することができる。Ｎ基板１３がこの２層構造を有することにより、Ｎ基板１３内部に深く侵入した赤外光により生成されたキャリアを欠陥層１２で再結合させ消滅させることができる。そのため、この赤外光により生成されたキャリアによるノイズの発生を防止できる。   By the heat treatment by ramping, the defect-free layer 11 having a low defect density can be formed on the n-type silicon substrate, and the defect layer 12 having a high defect density can be formed inside the n-type silicon substrate. Since the N substrate 13 has this two-layer structure, carriers generated by infrared light that has penetrated deeply into the N substrate 13 can be recombined and eliminated by the defect layer 12. Therefore, it is possible to prevent the generation of noise due to the carriers generated by the infrared light.

欠陥層１２と無欠陥層１１との欠陥密度の差を十分に大きくすることができるように、ランピングの温度上昇率は０．５℃／分以下であることが好ましく、熱処理の初期温度は６００℃以下であることが好ましく、熱処理の最終温度は１０００℃以上であることが好ましい。   The ramping temperature rise rate is preferably 0.5 ° C./min or less so that the difference in defect density between the defect layer 12 and the defect-free layer 11 can be made sufficiently large, and the initial temperature of the heat treatment is 600 The final temperature of the heat treatment is preferably 1000 ° C. or higher.

これにより、上記ランピングによる熱処理を行ったときに、欠陥層１２が効率良く形成され、また、欠陥密度の高い（１×１０９ｃｍ−３以上である）欠陥層１２が形成されるように、熱処理前のｎ型シリコン基板の酸素濃度は、１５×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましい。 Thereby, when the heat treatment by the ramping is performed, the defect layer 12 is efficiently formed, and the defect layer 12 having a high defect density (1 × 10 9 cm −3 or more) is formed. The oxygen concentration of the n-type silicon substrate before the heat treatment is preferably 15 × 10 17 cm −3 or more.

また、上述したように、ランピングによる熱処理を行ったｎ型シリコン基板は、上部に無欠陥層１１を有し、内部に欠陥層１２を有する。このため、ｎ型シリコン基板がランピングによる熱処理を受けたものであるかは、ｎ型シリコン基板にへき開（特定方向への割れやすさ）があるかを確認することにより、また、Ｄａｓｈエッチャント（ＨＦ、ＨＮＯ３、およびＣＨ３ＣＯＯＨの混合水溶液）などの薬液によるエッチング処理をｎ型シリコン基板に対して施し、エッチング処理によって生じたｎ型シリコン基板の断面の結晶欠陥を観察して、ｎ型シリコン基板の上部に無欠陥層１１が存在しｎ型シリコン基板の内部に欠陥層１２が存在するかを確認することにより、確認することができる。 In addition, as described above, the n-type silicon substrate that has been heat-treated by ramping has the defect-free layer 11 on the top and the defect layer 12 on the inside. For this reason, whether the n-type silicon substrate has been heat-treated by ramping is determined by checking whether the n-type silicon substrate is cleaved (ease of cracking in a specific direction). , HNO 3 , and CH 3 COOH mixed solution) is applied to the n-type silicon substrate, and crystal defects in the cross section of the n-type silicon substrate generated by the etching process are observed. This can be confirmed by checking whether the defect-free layer 11 is present on the substrate and the defect layer 12 is present inside the n-type silicon substrate.

次いで、所要の箇所（Ｐ型アノード層１６を形成すべき領域以外の領域）のシリコン酸化膜１７をフォトリソグラフィ技術などを用いて取り除き、ボロンなどのｐ型不純物をイオン注入法など周知の拡散技術によりＮ基板１３の表層部における所要の領域（枠状周辺部１４を形成すべき領域）に拡散させ、Ｐ型アノード層１６の枠状周辺部１４を形成する。   Next, the silicon oxide film 17 in a required portion (a region other than the region where the P-type anode layer 16 is to be formed) is removed using a photolithography technique or the like, and a p-type impurity such as boron is removed by a known diffusion technique such as an ion implantation method. As a result, the frame-shaped peripheral portion 14 of the P-type anode layer 16 is formed by diffusing to a required region (region where the frame-shaped peripheral portion 14 is to be formed) in the surface layer portion of the N substrate 13.

さらに、ボロン等のｐ型不純物をイオン注入法により打ち込むことで、Ｎ基板１３の表層部における所要の領域（中央領域１５を形成すべき領域）にｐ型不純物を拡散させる。このとき、中央領域１５を形成すべき領域に拡散されるｐ型不純物は、上記枠上状周辺部１４を形成すべき領域に拡散されるｐ型不純物よりも浅く拡散させる。これにより、枠上周辺部１４よりも浅く形成された中央領域１５が形成される。   Further, by implanting p-type impurities such as boron by ion implantation, the p-type impurities are diffused into a required region (region where the central region 15 is to be formed) in the surface layer portion of the N substrate 13. At this time, the p-type impurity diffused in the region where the central region 15 is to be formed is diffused shallower than the p-type impurity diffused in the region where the frame-like peripheral portion 14 is to be formed. As a result, the central region 15 formed shallower than the frame periphery 14 is formed.

次に、無欠陥層１１におけるＰ型アノード層１６で覆われていない領域、およびＰ型アノード層１６の全面に、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜１７を成長させ、熱処理を行う。これにより、無欠陥層１１におけるＰ型アノード層１６で覆われていない領域、およびＰ型アノード層１６の全面に、シリコン酸化膜１７が再度形成される。   Next, a silicon oxide film 17 is grown on the region of the defect-free layer 11 that is not covered with the P-type anode layer 16 and the entire surface of the P-type anode layer 16 by CVD, and heat treatment is performed. As a result, the silicon oxide film 17 is formed again on the area of the defect-free layer 11 that is not covered with the P-type anode layer 16 and on the entire surface of the P-type anode layer 16.

次に、メタル電極５のアノードコンタクト開口部４およびスクライブライン１０を形成すべき領域のシリコン酸化膜１７をフォトリソグラフィ技術などにより取り除く。さらに、蒸着などによりアルミニウムなどの電極材料（導電材料）を、シリコン酸化膜１７およびシリコン酸化膜１７が取り除かれた領域（メタル電極５のアノードコンタクト開口部４およびスクライブライン１０を形成すべき領域）の全面に形成する。次いで、既存のパターニング技術を用いて電極材料のパターニング（部分的除去）を行うことで、メタル電極５および遮光メタル７をＮ基板１３上に形成すると共に、スクライブライン１０を形成する。   Next, the silicon oxide film 17 in the region where the anode contact opening 4 of the metal electrode 5 and the scribe line 10 are to be formed is removed by a photolithography technique or the like. Further, an electrode material (conductive material) such as aluminum by vapor deposition or the like is used to remove the silicon oxide film 17 and the silicon oxide film 17 (region where the anode contact opening 4 and the scribe line 10 of the metal electrode 5 are to be formed). On the entire surface. Next, patterning (partial removal) of the electrode material is performed using an existing patterning technique, whereby the metal electrode 5 and the light shielding metal 7 are formed on the N substrate 13 and the scribe line 10 is formed.

シリコン酸化膜１７の全面にＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜１８を成長させた後、Ｎ基板１３の裏面（シリコン酸化膜１７側と反対側の面）に金（Ａｕ）等の電極材料を蒸着し、カソード電極２５を形成する。   After the silicon oxide film 18 is grown on the entire surface of the silicon oxide film 17 using the CVD method, an electrode material such as gold (Au) is deposited on the back surface of the N substrate 13 (the surface opposite to the silicon oxide film 17 side). Then, the cathode electrode 25 is formed.

この後、赤色顔料を含む感光性樹脂をシリコン酸化膜１８の全面に塗布し、フォトリソグラフィ技術（感光性樹脂をパターン露光した後、露光された部分あるいは露光されなかった部分の感光性樹脂を現像液によって除去する）により感光性樹脂のパターニングを行った後、熱処理を行い、色フィルター１９を形成する。同様にして、緑色顔料を含む感光性樹脂、および青色顔料を含む感光性樹脂をそれぞれ用いて、色フィルター２０、色フィルター２１を形成する。   Thereafter, a photosensitive resin containing a red pigment is applied to the entire surface of the silicon oxide film 18, and a photolithographic technique (after exposing the photosensitive resin to pattern exposure, the exposed or unexposed photosensitive resin is developed. After removing the photosensitive resin by patterning, a heat treatment is performed to form the color filter 19. Similarly, the color filter 20 and the color filter 21 are formed using a photosensitive resin containing a green pigment and a photosensitive resin containing a blue pigment, respectively.

上記のように、色フィルター１９，２０，２１のそれぞれのパターン形成を行う時に使用される現像液は、アルミニウム等の電極材料を腐食させる可能性がある。このため、色フィルター１９，２０，２１の形成時には、メタル電極５、遮光メタル７、およびスクライブライン１０は、シリコン酸化膜１８により、上記現像液から保護ざれている。すなわち、シリコン酸化膜１８は、メタル電極５、遮光メタル７、およびスクライブライン１０を現像液から保護する保護膜としての機能を有している。シリコン酸化膜１８におけるメタル電極５のパッド開口部６の領域は、この保護膜としての機能のみを有するものであり、カラーセンサーには不要なものである。従って、色フィルター１９，２０，２１のそれぞれのパターン形成を行った後、上記電極材料であるメタル電極５のパッド開口部６のシリコン酸化膜１８を取り除く。   As described above, the developer used when forming the patterns of the color filters 19, 20, and 21 may corrode electrode materials such as aluminum. For this reason, when forming the color filters 19, 20, 21, the metal electrode 5, the light shielding metal 7, and the scribe line 10 are protected from the developer by the silicon oxide film 18. That is, the silicon oxide film 18 functions as a protective film that protects the metal electrode 5, the light shielding metal 7, and the scribe line 10 from the developer. The region of the pad opening 6 of the metal electrode 5 in the silicon oxide film 18 has only a function as the protective film and is unnecessary for the color sensor. Therefore, after each color filter 19, 20, 21 is formed, the silicon oxide film 18 in the pad opening 6 of the metal electrode 5, which is the electrode material, is removed.

以上の工程により、本実施の形態のカラーセンサーは製造される。   The color sensor of the present embodiment is manufactured through the above steps.

本実施形態のカラーセンサーは、以上のように、Ｎ基板１３内部の深い部分（光入射面から遠い部分）に欠陥層１２を形成し、Ｎ基板１３内部の深い部分（欠陥層１２）で近赤外光を含む赤外光によるキャリアの発生が起こるようになっている。そのため、近赤外光を含む赤外光によりＮ基板１３内部の深い部分（欠陥層１２）で発生したキャリアを欠陥層１２内で再結合させて、消滅させることにより、近赤外光を含む赤外光により発生したキャリアがＰ型アノード層１６が到達しない。それゆえ、特別な側面光対策を施すことなく、色分析の妨げとなる近赤外光を含む赤外光の進入による光電流の発生を防止することができる。その結果、ノイズ成分の少ない正確な入射光の色分析を行うことができる。   As described above, in the color sensor of the present embodiment, the defect layer 12 is formed in a deep portion inside the N substrate 13 (a portion far from the light incident surface), and the deep portion inside the N substrate 13 (the defect layer 12) is near. Carriers are generated by infrared light including infrared light. Therefore, near-infrared light is included by recombining and annihilating carriers generated in a deep portion (defect layer 12) inside the N substrate 13 by infrared light including near-infrared light. Carriers generated by infrared light do not reach the P-type anode layer 16. Therefore, it is possible to prevent the generation of photocurrent due to the entrance of infrared light including near infrared light that hinders color analysis without taking special measures against side light. As a result, accurate color analysis of incident light with less noise components can be performed.

また、本実施形態のカラーセンサーの構成によれば、色分析の妨げとなる近赤外光を含む赤外光の進入による光電流の発生を欠陥層１２によって防止できるので、機械的応力および熱的応力によって剥れ易く、信頼性が低く、また、コストの上昇を招く可視光透過フィルター３２を必要としない。そのため、低コストで、信頼性の高いカラーセンサー、及び電子機器を提供することができる。   In addition, according to the configuration of the color sensor of the present embodiment, generation of photocurrent due to the entrance of infrared light including near infrared light that hinders color analysis can be prevented by the defect layer 12, so that mechanical stress and heat The visible light transmission filter 32 is not required because it is easy to peel off due to mechanical stress, has low reliability, and causes an increase in cost. Therefore, a highly reliable color sensor and electronic device can be provided at low cost.

本実施形態のカラーセンサーの構成によれば、これらにより、赤外光によるノイズが少なく、機械的応力および熱的応力に対しても充分な耐量があり、信頼性にも優れた、安価なセンサーを提供することができる。   According to the configuration of the color sensor of the present embodiment, an inexpensive sensor with less noise due to infrared light, sufficient resistance against mechanical stress and thermal stress, and excellent reliability. Can be provided.

さらに、本実施の形態におけるカラーセンサーは、液晶ディスプレイにおけるバックライトのホワイトバランス調整部、カラー画像形成装置（カラーコピー機、カラープリンターなど）の色調整部、紙幣の判別などを行う画像読み取り装置などの電子機器に利用できる。   Further, the color sensor according to the present embodiment includes a backlight white balance adjustment unit in a liquid crystal display, a color adjustment unit in a color image forming apparatus (color copier, color printer, etc.), an image reading apparatus that performs banknote discrimination, and the like. It can be used for electronic equipment.

本実施の形態におけるカラーセンサーは、小型化及び薄型化が容易であるため、小型化及び薄型化された電子機器を提供することができる。   Since the color sensor in this embodiment can be easily reduced in size and thickness, an electronic device that is reduced in size and thickness can be provided.

さらに、本発明は、以上説明した各構成要素およびその形成条件に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能である。   Furthermore, the present invention is not limited to the constituent elements described above and the formation conditions thereof, and various modifications are possible within the scope indicated in the claims.

また、以上説明した特定の各構成要素の組み合わせにより、特性を損なうことなく、複数の色識別素子（フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３）を１チップに作りこむことができ、小型で安価なカラーセンサーを提供することができる。しかし、カラーセンサーの用途の違い、例えば、価格を優先したい用途や、赤外感度を低減あるいは制御を優先したい用途などの違いにより、上記各構成要素を随時変更しても良い。   In addition, a combination of the specific components described above allows a plurality of color identification elements (photodiodes PD1, PD2, PD3) to be formed on one chip without impairing characteristics, and is a small and inexpensive color sensor. Can be provided. However, the above-described components may be changed as needed depending on the difference in the use of the color sensor, for example, the use for which priority is given to price or the purpose for which priority is given to reduction or control of infrared sensitivity.

例えば、上述した実施の形態では、Ｎ基板１３は、欠陥層１２および無欠陥層１１の２層構造であったが、Ｎ基板１３は、欠陥層１２が２つの無欠陥層１１で挟持された３層構造であってもよい。   For example, in the above-described embodiment, the N substrate 13 has a two-layer structure of the defect layer 12 and the defect-free layer 11, but the defect substrate 12 is sandwiched between the two defect-free layers 11 in the N substrate 13. A three-layer structure may be used.

また、上述した実施の形態では、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３は、Ｐ型アノード層１６およびＮ基板１３で構成されていたが、Ｐ型アノード層１６をｎ型領域に変更し、Ｎ基板１３をｐ型シリコン基板に変更してもよい。   Further, in the above-described embodiment, the photodiodes PD1, PD2, and PD3 are configured by the P-type anode layer 16 and the N substrate 13, but the P-type anode layer 16 is changed to the n-type region, and the N substrate 13 May be changed to a p-type silicon substrate.

本発明によれば、赤外光によるノイズ成分が少ない正確な入射光の色分析を行うことが可能なカラーセンサーおよび電子機器を提供できる。したがって、本発明は、赤外光によるノイズ成分が少ない正確な入射光の色分析を行うことが要求されるカラーセンサーおよび電子機器、例えば、液晶ディスプレイにおけるバックライトのホワイトバランス調整部、カラー画像形成装置（カラーコピー機、カラープリンターなど）の色調整部、紙幣の判別などを行う画像読み取り装置などの製造に利用することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the color sensor and electronic device which can perform the accurate color analysis of incident light with few noise components by infrared light can be provided. Therefore, the present invention provides a color sensor and an electronic device that are required to perform accurate color analysis of incident light with less noise components due to infrared light, for example, a backlight white balance adjustment unit in a liquid crystal display, and color image formation. The present invention can be used for manufacturing a color adjusting unit of an apparatus (color copier, color printer, etc.), an image reading apparatus that performs banknote discrimination and the like.

本発明の実施の一形態に係るカラーセンサーの要部構成を示す平面図である。It is a top view which shows the principal part structure of the color sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の実施の一形態に係るカラーセンサーを示すものであり、図１におけるＡ−Ａ’矢視断面図である。1 shows a color sensor according to an embodiment of the present invention and is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 1. 本発明の実施の一形態に係るカラーセンサーを示すものであり、図２のＮ基板および入射光によりＮ基板内部に生成された光キャリアを示す模式図である。FIG. 3 shows a color sensor according to an embodiment of the present invention, and is a schematic diagram showing an N substrate in FIG. 2 and an optical carrier generated inside the N substrate by incident light. 本発明の実施の一形態に係るカラーセンサーの製造条件を示すものであり、Ｎ基板内部に欠陥層を形成するための基板ウェーハ熱処理条件を示すグラフおよび表である。FIG. 7 is a graph and table showing conditions for manufacturing a color sensor according to an embodiment of the present invention, and showing substrate wafer heat treatment conditions for forming a defect layer inside an N substrate. 従来のカラーセンサーの要部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part structure of the conventional color sensor.

符号の説明Explanation of symbols

１１ 無欠陥層
１２ 欠陥層
１３ Ｎ基板（シリコン基板）
１４ 枠状周辺部
１５ 中央領域
１６ Ｐ型アノード層（電極層）
１９ 色フィルター
２０ 色フィルター
２１ 色フィルター
ＰＤ１ フォトダイオード（受光素子）
ＰＤ２ フォトダイオード（受光素子）
ＰＤ３ フォトダイオード（受光素子） 11 Defect-free layer 12 Defect layer 13 N substrate (silicon substrate)
14 Frame-shaped peripheral portion 15 Central region 16 P-type anode layer (electrode layer)
19-color filter 20-color filter 21-color filter PD1 Photodiode (light-receiving element)
PD2 photodiode (light receiving element)
PD3 photodiode (light receiving element)

Claims (8)

入射される光をそれぞれ通過させるための並設された複数の色フィルターと、これら色フィルターを透過した光をそれぞれ受光して電気信号に変換する複数の受光素子とを備えるカラーセンサーにおいて、
シリコン基板を備え、
上記受光素子は、上記シリコン基板上に形成された電極層を有し、
上記シリコン基板は、欠陥層、および、上記色フィルターと上記欠陥層との間に配置された無欠陥層を有していることを特徴とするカラーセンサー。 In a color sensor comprising a plurality of color filters arranged in parallel for passing incident light and a plurality of light receiving elements that respectively receive the light transmitted through these color filters and convert them into electrical signals,
With a silicon substrate,
The light receiving element has an electrode layer formed on the silicon substrate,
The color sensor according to claim 1, wherein the silicon substrate includes a defect layer and a defect-free layer disposed between the color filter and the defect layer. 上記無欠陥層の厚みが、３μｍ以上８μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のカラーセンサー。   The color sensor according to claim 1, wherein the defect-free layer has a thickness of 3 μm to 8 μm. 上記欠陥層の欠陥密度が、１×１０９ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１に記載のカラーセンサー。 The color sensor according to claim 1, wherein a defect density of the defect layer is 1 × 10 9 cm −3 or more. 上記欠陥層は、シリコン基板に対して、徐々に昇温する熱処理を施すことによって形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のカラーセンサー。   2. The color sensor according to claim 1, wherein the defective layer is formed by subjecting a silicon substrate to a heat treatment that gradually raises the temperature. 上記熱処理前のシリコン基板の酸素濃度が１５×１０１７ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項４に記載のカラーセンサー。 The color sensor according to claim 4, wherein an oxygen concentration of the silicon substrate before the heat treatment is 15 × 10 17 cm −3 or more. 上記シリコン基板の比抵抗が３０Ωｃｍ以上１２０Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のカラーセンサー。   The color sensor according to claim 1, wherein the silicon substrate has a specific resistance of 30 Ωcm to 120 Ωcm. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のカラーセンサーを備えることを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the color sensor according to claim 1. 入射される光のうち、異なる色を持つ光をそれぞれ通過させるための、並設された複数の色フィルターと、これら色フィルターを透過した複数の色の光をそれぞれ受光して受光信号に変換する複数の受光素子とを備え、上記受光素子が電極層を有するカラーセンサーの製造方法において、
シリコン基板に対し、欠陥層と無欠陥層とをシリコン基板中に形成する処理を行う工程と、
上記シリコン基板上に上記受光素子の電極層を形成する工程と、
上記色フィルターと上記欠陥層との間に上記無欠陥層が位置するように上記色フィルターを形成する工程とを含むことを特徴とするカラーセンサーの製造方法。 A plurality of color filters arranged in parallel for passing light of different colors among incident light, and light of a plurality of colors transmitted through these color filters are respectively received and converted into light reception signals. In a method for manufacturing a color sensor comprising a plurality of light receiving elements, wherein the light receiving element has an electrode layer,
A process of forming a defect layer and a defect-free layer in the silicon substrate with respect to the silicon substrate;
Forming an electrode layer of the light receiving element on the silicon substrate;
Forming the color filter so that the defect-free layer is located between the color filter and the defect layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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