JP5659889B2 - 傾斜構造体及び分光センサーの製造方法 - Google Patents
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この態様によれば、半導体プロセスと親和性の高い工程によって、微小な傾斜構造体を容易に製造することができる。
これによれば、傾斜角度が45[deg]より緩やかな傾斜構造体を容易に製造することができる。
これによれば、第2の層の不純物濃度によってエッチングレートを調整することにより、傾斜構造体の傾斜角度を調整することができる。
これによれば、第2の層の不純物濃度によってエッチングレートを調整することにより、複数種類の傾斜角度を有する傾斜構造体を1回のエッチングで形成することができる。
これによれば、第2の層の厚さが薄くても、傾斜構造体を製造することができる。
これによれば、第2の層の厚さによってエッチングレートを調整することにより、複数種類の傾斜角度を有する傾斜構造体を1回のエッチングで形成することができる。
この態様によれば、半導体プロセスと親和性の高い工程によって、微小な傾斜構造体を容易に製造することができる。
この態様によれば、半導体プロセスと親和性の高い工程によって、小型の分光センサーを製造することができる。
図1及び図2は、本発明の第1の実施形態に係る傾斜構造体の製造方法を示す断面図である。図3(A)は、第1の実施形態においてレジスト層を形成した状態を示す平面図であり、図3(B)は、図3(A)のB−B線断面図であり、図3(C)は、図3(A)のC−C線断面図である。なお、図1(F)は、図3(A)のF−F線断面を拡大した図に相当する。
まず、図1(A)に示すように、基板10上に、傾斜構造体となる第1の層11を形成する。第1の層11としては、傾斜構造体に求められる性質に応じて、絶縁性材料或いは導電性材料を用いることができる。絶縁性材料としては、SiOF、PSG(phospho-silicate glass)、BPSG(boro-phospho-silicate glass)、SiO2、SiN、有機膜等が挙げられる。導電性材料としては、Al、Au、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Pt、Ta、Ti、W、Al−Cu合金、Al−Si−Cu合金、Si、WSi2、TiSi2、CoSi2、NiSi2、CrSi2、MoSi2、TaSi2、TaN、TiN等が挙げられる。第1の層11の厚さは、傾斜構造体に求められる傾斜面の高さに応じて設定される。なお、基板10上に第1の層11を直接形成する場合について説明したが、これに限らず、基板10と第1の層11との間に他の層が挟まれていても良い。
また、第1の層11及び第2の層12が基板10上の全面に形成されている場合でも、第1の層11及び第2の層12の側面を何らかの層で覆うことにより、エッチング液が侵入することを防止できる。
次に、図2(G)〜図2(I)に示すように、第2の層12及び第1の層11のウェットエッチングを行う。このとき、まず図2(G)に示すように、第2の層12のレジスト層13によって上面を保護されていない露出部分からエッチングが始まる。第2の層12の露出部分がエッチングされると、第1の層11の一部(第2の層12のエッチングされた部分の下方部分)と、第2の層12の端面とが露出する。その後、露出した第1の層11と、第2の層12の端面とが同時にエッチングされる。
傾斜面が形成されたら、第1の層11の全体がエッチングされる前に、エッチング液から基板10を取り出し、エッチングを終了させる。
最後に、図2(J)に示すように、レジスト層13を除去することにより、本実施形態の傾斜構造体が形成される。
以上の製造工程によれば、半導体プロセスとの親和性が高い成膜、エッチング等の技術を用いて傾斜構造体を製造できる。従って、1つのチップ上に傾斜構造体と半導体回路とを混載することも容易となる。
また、以上の製造工程によれば、傾斜構造体を製造するために、高価で摩耗しやすい金型を作成する必要がなく、傾斜構造体の形状を変更するために金型を作り直す必要もない。また、金型で作成可能な材料(樹脂等)だけでなく、種々の材料を用いて、微細な傾斜構造体を製造することができる。
また、以上の製造工程によれば、グレースケールマスクのような特殊なマスクを用いる必要もない。また、基板上の限られたスペースにも、必要な箇所に必要な傾斜面を形成することができる。
図4及び図5は、本発明の第2の実施形態に係る傾斜構造体の製造方法を示す断面図である。第2の実施形態は、傾斜構造体を形成するために第1の層11と第2の層12とをエッチングするときに、第2の層12の上面を保護するレジスト層を有しない点で、第1の実施形態と異なる。
第1の実施形態と同様に、まず、図4(A)に示すように、基板10上に、傾斜構造体となる第1の層11を形成する。
次に、図4(D)に示すように、レジスト層14をマスクとして、第2の層12の異方性エッチング(ドライエッチング)を行うことにより、第2の層12を所定形状にパターニングする。これにより、第1の層11の上面の一部と、第2の層12の端面とが露出する。
次に、図5(E)に示すように、レジスト層14を除去する。これにより、第2の層12の上面全体が露出する。
次に、図5(G)〜図5(I)に示すように、第2の層12及び第1の層11のウェットエッチングを行う。このとき、まず図5(G)に示すように、第1の層11の上面の露出した一部と、第2の層12の端面と、第2の層12の上面全体とが同時にエッチングされる。
他の点については、第1の実施形態と同様である。
以上の工程により、本実施形態の傾斜構造体が形成される。
図6及び図7は、本発明の第3の実施形態に係る傾斜構造体の製造方法を示す断面図である。第3の実施形態は、第2の層12の厚さによって傾斜構造体の傾斜角度を調整する点で、第1の実施形態と異なる。
第1の実施形態と同様に、まず、図6(A)に示すように、基板10上に、傾斜構造体となる第1の層11を形成する。
次に、第1の実施形態と同様に、図7(G)〜図7(I)に示すように、第2の層12及び第1の層11のウェットエッチングを行う。このとき、第2の層12のエッチングレートは、第2の層12の厚い領域においては高く、第2の層12の薄い領域においては低い。これは、第2の層12がある程度の厚さ以下になると、第1の層11とレジスト層13との間の第2の層12の端面にエッチング液が入りにくくなることによるものと考えられる。
最後に、図7(J)に示すように、レジスト層13を除去することにより、本実施形態の傾斜構造体が形成される。
他の点については、第1の実施形態と同様である。
図8及び図9は、本発明の第4の実施形態に係る傾斜構造体の製造方法を示す断面図である。第4の実施形態は、第2の層12に不純物のイオンを注入することによって傾斜構造体の傾斜角度を調整する点で、第1の実施形態と異なる。
第1の実施形態と同様に、まず、図8(A)に示すように、基板10上に、傾斜構造体となる第1の層11を形成する。
次に、第1の実施形態と同様に、図9(G)〜図9(I)に示すように、第2の層12及び第1の層11のウェットエッチングを行う。このとき、第2の層12のエッチングレートは、不純物濃度の高い領域においては高く、不純物濃度の低い領域においては低い。これは、第2の層12への不純物の注入によって、結晶構造が壊れ、エッチングされ易くなることによるものと考えられる。
最後に、図9(J)に示すように、レジスト層13を除去することにより、本実施形態の傾斜構造体が形成される。
他の点については、第1の実施形態と同様である。
図10は、上述の実施形態に係る傾斜構造体を用いた分光センサーの概略構成を示す断面図である。図10に示す分光センサーは、受光素子を有する光学素子部50と、角度制限フィルター部60と、分光フィルター部70とを含んでいる。
角度制限フィルター部60は、基板10の上方に形成されている。角度制限フィルター部60においては、遮光体61によって光路壁が形成され、この光路壁に囲まれた酸化シリコン等の透光体62によって光路が形成されている。遮光体61は、フォトダイオード51によって受光しようとする波長の光を実質的に透過しない材料によって構成される。遮光体61は、基板10上に、例えば格子状の所定パターンで複数層にわたって連続的に形成されることにより、基板10の面に垂直な方向に光路を形成する。
分光フィルター部70は、角度制限フィルター部60上に形成された傾斜構造体71と、傾斜構造体71上に形成された多層膜72とを有している。多層膜72は、酸化シリコン等の低屈折率の薄膜と、酸化チタン等の高屈折率の薄膜とを、基板10に対して僅かに傾斜させて多数積層したものである。
低屈折率の薄膜及び高屈折率の薄膜は、それぞれ例えばサブミクロンオーダーの所定膜厚とし、これを例えば計60層程度にわたって積層することにより、多層膜72全体で例えば6μm程度の厚さとする。
すなわち、分光フィルター部70に入射した入射光は、低屈折率の薄膜と高屈折率の薄膜との境界面において、一部は反射光となり、一部は透過光となる。そして、反射光の一部は、他の低屈折率の薄膜と高屈折率の薄膜との境界面において再度反射して、上述の透過光と合波する。このとき、反射光の光路長と一致する波長の光は、反射光と透過光の位相が一致して互いに強め合い、反射光の光路長と一致しない波長の光は、反射光と透過光の位相が一致せずに互いに弱め合う(干渉する)。
光学素子部50に含まれるフォトダイオード51は、分光フィルター部70及び角度制限フィルター部60を通過した光を受光して光起電力を発生させる。フォトダイオード51は、半導体によって構成された基板10に、イオン注入等を行うことによって形成された不純物領域を含んでいる。
ここで、分光センサーの製造方法について簡単に説明する。分光センサーは、まず基板10にフォトダイオード51を形成し、次に、フォトダイオード51上に角度制限フィルター部60を形成し、次に、角度制限フィルター部60の上に分光フィルター部70を形成することによって製造される。
また、傾斜構造体を用いた素子として、分光センサーについて述べたが、傾斜構造体を他の素子として用いても良い。例えば、光ファイバーの中継デバイスにおいて所定波長の光信号を中継するため、プリズムやミラー等の光学素子として用いても良い。
Claims (7)
- 基板の上方に第1の層を形成する工程(a)と、
前記第1の層の上方に第2の層を形成する工程(b)と、
前記第2の層に、前記基板の面と交差する方向の端面を形成する工程(c)と、
前記第2の層の上面を露出させる工程(g)と、
前記露出した前記第2の層の上面と前記第2の層の端面をウェットエッチングすると同時に、前記第2の層の端面のウェットエッチングによって露出した前記第1の層を順次ウェットエッチングする工程(d)と、
を含み、
前記工程(d)では、前記基板の面方向における前記第2の層のエッチングレートは、前記第1の層のエッチングレートより大きい傾斜構造体の製造方法。 - 請求項1において、
前記工程(b)と前記工程(c)との間、又は前記工程(c)と前記工程(d)との間に、前記第2の層に不純物のイオンを導入する工程(e)をさらに含む傾斜構造体の製造方法。 - 請求項2において、
前記工程(e)は、前記第2の層に、互いに不純物濃度が異なる第1の領域及び第2の領域を形成し、
前記工程(d)は、前記第2の層の前記第1の領域内の端面と前記第2の領域内の端面とを同時にエッチングする傾斜構造体の製造方法。 - 請求項1乃至請求項3において、
前記工程(b)と前記工程(c)との間に、前記第2の層の上方にレジスト層を形成する工程(f)をさらに含んでおり、
前記工程(c)は、前記レジスト層をマスクとして前記第2の層の一部をエッチングすることによって前記端面を形成し、
前記工程(g)は、前記レジスト層を除去することで前記第2の層の上面を露出させる工程である傾斜構造体の製造方法。 - 請求項4において、
前記工程(b)で形成される前記第2の層は、互いに厚さが異なる第3の領域及び第4の領域を有し、
前記工程(f)は、前記第2の層の前記第3の領域の上方及び前記第4の領域の上方に、前記レジスト層を形成し、
前記工程(d)は、前記第2の層の前記第3の領域内の端面と前記第4の領域内の端面とを同時にエッチングする傾斜構造体の製造方法。 - 基板の第1の面に第1の層を形成する工程(a)と、
前記第1の層の上方に第2の層を形成する工程(b)と、
前記第2の層に、前記基板の第1の面と交差する方向の端面を形成する工程(c)と、
前記第2の層の上面を露出させる工程(g)と、
前記露出した前記第2の層の上面、前記第2の層の端面及び前記第1の層をウェットエッチングする工程(d)と、
を含み、
前記工程(d)では、前記基板の面方向における前記第2の層のエッチングレートは、前記第1の層のエッチングレートより大きく、
前記工程(d)後の前記第1の層の前記基板の第1の面と交差する方向の端面が、
前記基板の第1の面に対して、傾斜している傾斜構造体の製造方法。 - 基板に受光素子を形成する工程と、
前記受光素子の上方に、前記受光素子に向けて通過する光の入射方向を制限する角度制限フィルターを形成する工程と、
前記角度制限フィルターの上方に、請求項1〜請求項6の何れか一項記載の方法によって傾斜構造体を形成する工程と、
前記傾斜構造体の上方に多層膜を形成することにより、前記角度制限フィルターを通過できる光の波長を制限する分光フィルターを形成する工程と、
を含む分光センサーの製造方法。
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