(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１００）上に少なくとも１つの第１の光電変換素子（１０１）と回路部（２０２）を形成し、上記基板（１００）上に絶縁層（１，２，３）を介して配線層（１１，１２，１３）を形成した回路内蔵光電変換装置において、
上記配線層（１１，１２，１３）よりも上方の絶縁層（７）上に、上記第１の光電変換素子（１０１）に波長選択した光を導くための周期的または非周期的に配置された開口（３２ａ，３２ａ，３２ａ…）を有するプラズモニックフィルタ部（３２）と所定の波長の光を遮るシールドメタル部（３３）とを有する同一の金属層（３１）を設け、
上記プラズモニックフィルタ部（３２）と上記シールドメタル部（３３）とが連続して、上記シールドメタル部（３３）は配線を介して接地されていて、接地電位とされていることを特徴とする回路内蔵光電変換装置。
【請求項３】
基板（１００）上に少なくとも１つの第１の光電変換素子（１０１）と回路部（２０２）を形成し、上記基板（１００）上に絶縁層（１，２，３）を介して配線層（１１，１２，１３）を形成した回路内蔵光電変換装置において、
上記配線層（１１，１２，１３）よりも上方の絶縁層（７）上に、上記第１の光電変換素子（１０１）に波長選択した光を導くための周期的または非周期的に配置された開口（３２ａ，３２ａ，３２ａ…）を有するプラズモニックフィルタ部（３２）と所定の波長の光を遮るシールドメタル部（３３）とを有する同一の金属層（３１）を設け、
上記プラズモニックフィルタ部（３２）と上記シールドメタル部（３３）とが連続していることを特徴とする回路内蔵光電変換装置。
【請求項４】
請求項１または３のいずれか１つに記載の回路内蔵光電変換装置において、
リファレンス用の第２の光電変換素子（２０１）を含み、
上記シールドメタル部（３３）は、上記第２の光電変換素子（２０１）を覆っていることを特徴とする回路内蔵光電変換装置。
【請求項５】
請求項１，３，４のいずれか１つに記載の回路内蔵光電変換装置において、
上記基板（１００）上に、多層配線を形成するように、複数の上記配線層（１１，１２，１３）を設け、
上記金属層（３１）は、上記複数の配線層（１１，１２，１３）のうちの最も上方の配線層（１３）の上に絶縁層（７）を介して設けられていることを特徴とする回路内蔵光電変換装置。
【請求項６】
基板（１００）上に第１光電変換素子（１０１）と回路部（２０２）を形成し、
上記基板（１００）上に、複数の配線層（１１，１２，１３）を、順次、絶縁層（１，２，３）を介して積層し、
上記複数の配線層（１１，１２，１３）のうちの最上層の配線層（１３）の上に、絶縁層（７）を介して、同一の金属層（３１）を形成し、
上記金属層（３１）の一部に、上記第１の光電変換素子（１０１）に波長選択した光を導くための開口（３２ａ）を周期的または非周期的に形成してプラズモニックフィルタ部（３２）を形成して、上記金属層（３１）の他の一部を、所定の波長の光を遮るシールドメタル部（３３）として定義すると共に、上記プラズモニックフィルタ部（３２）と上記シールドメタル部（３３）とを連続して、上記シールドメタル部（３３）を配線を介して接地して、接地電位とする
ことを特徴とする回路内蔵光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
基板（１００）上に第１光電変換素子（１０１）と回路部（２０２）を形成し、
上記基板（１００）上に、複数の配線層（１１，１２，１３）を、順次、絶縁層（１，２，３）を介して積層し、
上記複数の配線層（１１，１２，１３）のうちの最上層の配線層（１３）の上に、絶縁層（７）を介して、同一の金属層（３１）を形成し、
上記金属層（３１）の一部に、上記第１の光電変換素子（１０１）に波長選択した光を導くための開口（３２ａ）を周期的または非周期的に形成してプラズモニックフィルタ部（３２）を形成して、上記金属層（３１）の他の一部を、上記プラズモニックフィルタ部（３２）に連続すると共に所定の波長の光を遮るシールドメタル部（３３）として定義する
ことを特徴とする回路内蔵光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーセンサ等の回路内蔵光電変換装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人の目は部屋の照明の色温度が異なっても、色の変化をあまり感じないようになっており、一般的にこの特性は色順応と呼ばれている。例えば、青っぽい（色温度が高い）蛍光灯照明の部屋から、黄色っぽい（色温度が低い）白熱灯照明の部屋に入ると、部屋の白い壁が最初は黄色っぽく見える。しかし、しばらく経つと黄色っぽく見えていた壁が白く見えるようになる。【０００３】
このように人間の視覚に色順応という特性があるために、部屋の照明の色が異なると、テレビの画像の色が同じでも、その画像は異なった色に見えることになる。近年、液晶テレビの高画質化に伴い、部屋の照明の種類によって画像の色味を変えることにより、部屋の照明の色温度が変化しても、自然な画像に見えるようにする機能に対する要望が高まってきている。そのため、部屋の色温度を検出して、目の色順応に対応するように画像の色味を自動的にコントロールすることができるように、部屋の色温度を検出するカラーセンサの液晶テレビへの搭載が進んでいる。また、スマートフォンやタブレットＰＣ（パソコン）等のように持ち運びが可能な機器に搭載される液晶画面の場合、周囲の照明が視聴場所によって刻々と変化するため、カラーセンサのように自動的に色温度を検出するセンサはより重要となっている。【０００４】
このカラーセンサは、環境光から可視光領域におけるＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の分光を別々センシングすることにより構成される。（以下、カラーセンサをＲＧＢセンサと言う。）【０００５】
このＲＧＢセンサでは、環境光をセンシングするために、複数の光電変換素子が用いられ、この光電変換素子となるデバイスは一般にフォトダイオードにより構成されている。このフォトダイオード自体は色を識別することができず、光の強さ（光量）しか検出することができない。そこで、画像を電気信号に変換する場合、色を識別するために、各フォトダイオード上にカラーフィルタを被せて、各フォトダイオードで光の３原色であるＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の光の光量を検出することで、フォトダイオードから色信号を取得する。【０００６】
従来、ＲＧＢセンサにおいては、環境光をＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の三原色の光に分けるために、材料の吸収による遮光もしくは光の干渉により特定の波長のみを透過または反射させるカラーフィルタを用いている。そして、図６に示すＲＧＢセンサの構造が一般的である。【０００７】
図６において、１００は例えばシリコンからなる半導体基板、１０１はＲＧＢの夫々に対応して設けられ、ＲＧＢの三原色の光量を検出する第１のフォトダイオード、１０２は回路部、１，２，３，４０は例えばＳｉＯ２からなる絶縁層、１１，１２，１３は例えば金属等からなる配線層、４３は配線層１３と同層に設けたシールドメタル部、５１，５２はアクリル樹脂からなる有機平坦化層、５３は環境光をＲ、Ｇ、Ｂの三原色の光に分けるカラーフィルタとしての有機カラーレジスト、２０はビアホールである。【０００８】
しかしながら、上記従来のＲＧＢセンサにおいては、ＲＧＢの三原色の光を振り分ける有機カラーレジストからなるカラーフィルタ５３を形成するために、３種類のフォトマスクが必要であり、この３種類のフォトマスクが必要であることが、製造工程において時間とコストを引き上げる要因となっている。【０００９】
これらの時間とコストを引き下げるために、上述のカラーフィルタ５３に代わる光波長選択性フィルタとして、金属薄膜にナノスケールの微細加工を施した構造がある。この構造の光波長選択性フィルタは、入射された光によって、励起される表面プラズモン共鳴による光の異常透過現象を用いる。【００１０】
この表面プラズモン共鳴を用いた波長選択性フィルタについては、特許文献１（特開平１１−７２６０７号公報）に詳しく説明されている。この異常透過現象を発生させる手段として様々な方法があるが、例えば、図７に示すように、５０〜２００ｎｍ程度の薄い金属膜５０１を形成し、この金属膜５０１に透過波長よりも微細なホールアレイ５０２，５０２，５０２，…をパターニングして、フィルタ層５００を形成する方法がある。このフィルタ層５００に光が入射した時に透過する分光波形が図８に示されている。但し、表面プラズモン効果は、ある金属膜および絶縁膜または空気との界面で生じる表面プラズモンと、入射光により生じるエバネッセント光との共鳴で生じるため、表面プラズモン効果を効率よく発生させるためには、金属膜や絶縁膜は単一構造（材料、屈折率などの物性の均一性、ホールピッチや形状の均一性）とすることが望ましい。例えば、金属材料としてはＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等が使用される。【００１１】
特に、Ａｌは、
（i）プラズマ周波数が高いために短波長まで共鳴現象が生じる
（ii）通常の半導体プロセスで使用される材料であり、プロセスインテグレーションの点でも特殊な装置や材料が不要である
（iii）材料が安価である
（iv）作製プロセスが単純であり、それぞれの波長に対応したフィルタを一括して形成可能である
等の利点があり、採用される場合が多い。【００１２】
但し、表面プラズモン効果を生じさせる金属膜を形成するにあたっては、デザインルールで６５ｎｍ〜０.１３ｕｍレベルの開口の微細加工が必要となる。【００１３】
非特許文献１（フォーカス２６＜第３回＞表面プラズモン共鳴を利用したカラーフィルタの開発  ＮＩＭＳ、豊田中央研究所）によれば、４００ｎｍ程度の波長を有する青色光を透過させるＡｌ膜を形成するためには、図９に示すように、ホール５０２，５０２，５０２…間ピッチを２６０ｎｍ程度にする必要があり、ホール５０２の径は８０〜１８０ｎｍ程度とする必要がある。ＲＧＢの波長の光を透過させる金属膜フィルタを形成するためには、上述のように、青色光透過のために２６０ｎｍ程度のホール５０２，５０２，５０２…間ピッチが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−７２６０７号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】フォーカス２６＜第３回＞表面プラズモン共鳴を利用したカラーフィルタの開発  ＮＩＭＳ、豊田中央研究所
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図１０は、本発明の開発過程で試作された回路内蔵光電変換装置の断面図である。この図１０の回路内蔵光電変換装置は、本件発明の課題を説明するための便宜上、記載するもので、従来技術（公知技術）ではない。【００１７】
図１０において、１００は例えばシリコンからなる半導体基板、１０１はＲＧＢの夫々に対応して設けられ、夫々ＲＧＢの三原色の光量を検出する第１のフォトダイオード（図示しないが、ＲＧＢに対応する複数の第１のフォトダイオードが紙面の前後方向に配置している。）、１０２は回路部、１，２，３，４，５０は例えばＳｉＯ２等からなる絶縁層、１１，１２，１３は例えば金属等からなる配線層、４２は環境光をＲＧＢの三原色の光に分ける金属膜からなるプラズモニックフィルタ部、４３は配線層１３と同時に同じ層に形成され、回路部１０２を覆うシールドメタル部、２０はビアホールである。【００１８】
上記プラズモニックフィルタ部４２は、青色光の透過領域において、青色光の透過のために例えば２６０ｎｍ程度のホール４２ａ，４２ａ，４２ａ…間ピッチが必要とする。これを実現するための金属層からなるプラズモニックフィルタ部４２のホールアレイ４２ａ，４２ａ，４２ａ…と、微細な金属の配線層１１，１２，１３とのフォトリソグラフィの露光条件の両立が難しいため、金属膜フィルタであるプラズモニックフィルタ部４２は、配線層１１，１２，１３の金属層とは上下異なる別層で形成している。また、従来の固体撮像素子やカラーセンサなどで用いられる有機のカラーレジストとの置き換えを考慮して、プラズモニックフィルタ部４２は、図１０に示すように、配線層１３およびシールドメタル部４３よりも上方に形成している。【００１９】
しかしながら、上記プラズモニックフィルタ部４２を配線層１３およびシールドメタル部４３よりも上方に形成した場合、図１１に示すように、図１０の平坦な絶縁層４になる前のＣＭＰ（化学機械研磨：Chemical Mechanical Polishing）加工する前の絶縁層４０を堆積すると、シールドメタル部４３の上方の絶縁層４０には幅広の凸部４０ａができる一方、第１のフォトダイオード１０１の上方の絶縁層４０には幅広の凹部４０ｂができて、凸部４０ａと凹部４０ｂとの段差が大きくなる。この大きな段差が生じる原因であるシールドメタル部４３は、第１のフォトダイオード１０１以外の回路部１０２等を覆って、偽信号やノイズの発生源となる光が第１のフォトダイオード１０１に入らないようにするためのもので、回路内蔵光電変換装置においては、正確な信号を得るために必要なものである。【００２０】
一方、図１１に示す大きな段差および幅広の凸部４０ａがある絶縁層４０に、平坦化工程でＣＭＰを行って、図１２に示すように、絶縁層４に加工した場合、第１のフォトダイオード１０１の上方にディッシング４ｄが発生する。（分かり易くするため、ディッシング４ｄは誇張して示されている。）【００２１】
このように、第１のフォトダイオード１０１の上方の絶縁層４に、ＣＭＰ後もディッシング４ｄによるたわみがあると、平坦化されていない下地である絶縁層４上の金属膜に、プラズモニックフィルタ部４２の微細な開口４２ａ，４２ａ，４２ａ，…のパターンを形成するために、フォトリソグラフィを行っても、微細なパターンがゆがんで転写されてしまい、プラズモニックフィルタ部４２に要求される正確な微細加工をすることができないという問題がある。【００２２】
なお、プラズモニックフィルタ部４２を形成するためには、金属膜に、ナノインプリントやステッパ等を用いてフォトリソグラフィを行って、微細加工パターンを転写するが、正確な微細パターンを形成させるためには、図１３に示すように、絶縁膜４のフォト加工前の平坦化が重要である。【００２３】
そこで、本発明の課題は、プラズモニックフィルタ部の下の絶縁層にディッシングが生じ難くて、プラズモニックフィルタ部の微細加工を正確に行うことができる回路内蔵光電変換装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため、本発明の回路内蔵光電変換装置は、
基板上に少なくとも１つの第１の光電変換素子と回路部を形成し、上記基板上に絶縁層を介して配線層を形成した回路内蔵光電変換装置において、
上記配線層よりも上方の絶縁層上に、上記第１の光電変換素子に波長選択した光を導くための周期的または非周期的に配置された開口を有するプラズモニックフィルタ部と所定の波長の光を遮るシールドメタル部とを有する同一の金属層を設けたことを特徴としている。【００２５】
また、本発明の回路内蔵光電変換装置の製造方法は、
基板上に第１光電変換素子と回路部を形成し、
上記基板上に、複数の配線層を、順次、絶縁層を介して積層し、
上記複数の配線層のうちの最上層の配線層の上に、絶縁層を介して、同一の金属層を形成し、
上記金属層の一部に、上記第１の光電変換素子に波長選択した光を導くための開口を周期的または非周期的に形成してプラズモニックフィルタ部を形成して、上記金属層の他の一部を、所定の波長の光を遮るシールドメタル部として定義することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、プラズモニックフィルタ部の下の絶縁層にディッシングが生じ難くて、精度の高いプラズモニックフィルタ部を有する回路内蔵光電変換装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態の回路内蔵光電変換装置の製造工程を説明する断面図である。
【図２】上記第１実施形態の回路内蔵光電変換装置の製造工程を説明する断面図である。
【図３】上記第１実施形態の回路内蔵光電変換装置の製造工程を説明する断面図である。
【図４】上記第１実施形態の回路内蔵光電変換装置の断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の回路内蔵光電変換装置の断面図である。
【図６】従来のカラーフィルタを使用した回路内蔵光電変換装置の断面図である。
【図７】特許文献１に記載のホールアレイをパターニングしたフィルタ層を示す斜視図である。
【図８】特許文献１に記載のフィルタ層を透過した分光波形を示す波形図である。
【図９】青色光透過フィルタのホールアレイの一例を示す図である。
【図１０】本発明の開発過程で試作された回路内蔵光電変換装置の断面図である。
【図１１】上記回路内蔵光電変換装置の製造過程で絶縁層を形成した状態を説明する断面図である。
【図１２】上記回路内蔵光電変換装置の絶縁層をＣＭＰで研磨した状態を示す断面図である。
【図１３】上記絶縁膜を理想的に平坦化した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を図示の実施形態により詳細に説明する。
【００２９】
なお、図１０の構成要素と同一または類似の構成要素については、図１０の構成要素と同一参照番号を付して、それらの構成および作用の詳しい説明は省略し、異なる構成要素のみについて、以下に説明する。
【００３０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の回路内蔵光電変換装置の製造方法について、図１から図４を用いて説明する。
【００３１】
図１に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１００上の所定の位置に、入射光を電気信号に変換する第１の光電変換素子の一例としての第１のフォトダイオード１０１と、その電気信号を処理する回路部２０２を形成する。この際、回路部２０２以外に電気信号を出力するための端子であるＰＡＤ（パッド）を形成するための領域も同時に確保する。上記回路部２０２は、静電保護素子２０２ａを含んでいる。
【００３２】
上記半導体基板１００の上方、かつ、第１のフォトダイオード１０１の周辺や回路部２０２の上方には、例えばＳｉＯ２等からなる絶縁層１，２，３を介して例えば金属等からなる配線層１１，１２，１３を積層して、多層配線を形成している。ここでは、図１０の例のような配線層１３と同層のシールドメタル部４３の形成は行わない。配線層１３には、シールドメタル部として機能する大面積の平面部がなくて、配線としてのみ使用する。
【００３３】
次に、図１に示すように、上記絶縁層３および配線層１３の更に上方に、例えばＳｉＯ２等からなる絶縁層７０を例えばＣＶＤ（化学気相成長）法で堆積する。このとき、配線層１３の上方には、この配線層１３に対応して幅狭の突起状の凸部７０ａ，７０ａ，７０ａが生じる。図１では、図１０のような配線層１３と同層の幅広のシールドメタル部４３が存在しないから、図１０とは違って、絶縁層７０には幅狭の突起状の凸部７０ａのみが生じる。この幅狭の突起状の凸部７０ａは、図１０の幅広の平面状の凸部４０ａと異なり、ＣＭＰ工程で局所的に比較的大きな研磨圧力が付加されるから、研磨され易くて、容易に平坦化でき、しかも、ＣＭＰの研磨時間を抑制することができる。このように、絶縁層７０は、ディッシングの発生が抑制されて、平坦化されやすい形状となっている。
【００３４】
上記絶縁層７０をＣＭＰにより完全に平坦になるまで加工を行って、図２に示すように、ディッシングの殆どない平坦な絶縁層７を形成する。この絶縁層７の表面の平坦化は、後に、微細開口を有する金属のプラズモニックフィルタ部を微細パターンのフォトリソグラフィ等で形成する上で、極めて重要である。
【００３５】
次に、図３に示すように、平坦化された絶縁層７上に、フィルタ材料としての金属層３０をスパッタリングにて例えば１５０ｎｍの厚さに形成する。このフィルタ材料の金属は、Ａｌが材料の単一性より最も望ましいが、より一般的に半導体製造に使用されているＡｌＣｕやＡｌＳｉであってもよい。また、上記金属層３０の厚さは、１５０ｎｍに限らず、５０〜２００ｎｍ程度であってもよい。
【００３６】
また、上記同一の金属層３０に、後に、遮光するシールドメタル部３３（図４を参照）を定義するため、金属層３０には、所定の波長の例としての３００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長の光をブロックできる層厚が必要となる。これは、シリコンを良く透過する光の波長が、３００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下であるからである。このように、上記シールドメタル部３３が、シリコンを良く透過する３００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長の光をブロックできる層厚を有すると、絶縁層１，２，３，７、第１のフォトダイオード１０１、回路部２０２および基板１００等をシリコンで形成した場合でも、ノイズや偽信号の原因となる光が、第１のフォトダイオード１０１や回路部２０２に侵入するのを防止することができる。
【００３７】
図３に示すように、電極取り出し部であるＰＡＤ（パッド）領域４５は、金属層３０で覆われていなくて露出している。
【００３８】
次に、図３に示すように、上記金属層３０の上にフォトレジスト６１を塗布し、このフォトレジスト６１にフォトリソグラフィで開口パターン６１ａ，６１ａ，６１ａ…を形成する。この開口パターン６１ａ，６１ａ，６１ａ…は、図４に示す波長選択フィルタとして機能するプラズモニックフィルタ部３２に対応するもので、第１のフォトダイオード１０１の受光用の開口の上方に位置する。そして、上記金属層３０を、フォトレジスト６１をマスクとして、エッチングして、図４に示すプラズモニックフィルタ部３２とシールドメタル部３３とを有する金属層３１を形成し、その後、フォトレジスト６１を除去する。
【００３９】
上記プラズモニックフィルタ部３２とシールドメタル部３３とが同一金属層３１に含まれて、この金属層３１の下に、シールドメタル部３３と同等の大面積のシールドメタル部がないから、金属層３１の下の絶縁層７には、前述の如く、ＣＭＰ後にディッシングが起こり難く、したがって、プラズモニックフィルタ部３２のナノレベルで微細加工する必要がある開口３２ａを、例えば、フォトリソグラフィ等で均一な形状に精度高くかつ迅速に加工できる。
【００４０】
図４に示すように、上記金属層３１のプラズモニックフィルタ部３２とシールドメタル部３３とは連続して、エッチング時のデポ物の発生量を少なくしている。尤も、図示しないが、プラズモニックフィルタ部とシールドメタル部とは連続していなくて、分離していてもよい。
【００４１】
上記シールドメタル部３３は、回路部２０２、第１のフォトダイオード１０１と回路部２０２との間の領域、および、第１のフォトダイオード１０１の外側の領域を覆っている。これにより、迷光が第１のフォトダイオード１０１や回路部２０２に侵入するのを防止して、偽信号の発生を防止して、誤作動の防止、耐久性の向上をしている。
【００４２】
また、上記金属層３１、ひいては、シールドメタル部３３は、図示しない配線を介して、接地されていて、接地電位とされている。これにより、金属層３１，シールドメタル部３３は、光の遮断だけでなく、電気的なノイズに対してもシールド効果を有する。例えば、電気的ノイズが金属層３１、あるいは、シールドメタル部３３に飛来した場合、この電気的ノイズは接地された電位に逃げることができるため、金属層３１、シールドメタル部３３よりも下の回路部２０２、静電保護素子２０２ａに電気的ノイズが悪影響することがない。つまり、シールドメタル部３３は、光の侵入を防ぐことと電気的ノイズから回路部２０２等を守るシールドとして機能する。
【００４３】
また、上記シールドメタル部３３は、基板１００の表面の１／２以上の面積を覆っている。これにより、元の金属層３０のエッチングされる面積を減らすことができて、メタルエッチャー等で元の金属層３０をエッチングする際にデポ物等の発生を抑制することができる。
【００４４】
一方、上記プラズモニックフィルタ部３２の開口３２ａの開口パターンは、二次元状に周期的なものである。この第１実施形態では、開口３２ａは貫通穴であるが、貫通穴に代えて凹部で形成されてもよい。これらの開口３２ａの形状は、円形に限らず、四角形、三角形などの形状であってもよい。
【００４５】
上記金属層３１のプラズモニックフィルタ部３２に、二次元状に周期的に配列された開口３２ａ，３２ａ，３２ａ…を形成することによって、この二次元状に周期的に配列された開口３２ａ，３２ａ，３２ａ…に表面プラズモン分散関係が組み込まれて、光によって表面プラズモンが励起できて、この金属層３１のプラズモニックフィルタ部３２を波長選択フィルタとして機能させることがきる（非特許文献１を参照）。このとき、隣接する開口３２ａでも同様に電子が振動し、表面全体で集団励起として振る舞うので、隣接する開口３２ａと開口３２ａとのホールピッチは同じ距離をとるような配列が最適であり、図９のように６つの開口が１つの開口を囲むような千鳥上の配列ならばホールピッチが一定となり高い色分解能を得ることができる（非特許文献１を参照）。
【００４６】
この金属層３１のプラズモニックフィルタ部３２上に周期的に形成する開口３２ａは、Ｒ（波長６６０ｎｍ）、Ｇ（波長５４０ｎｍ）、Ｂ（波長４４０ｎｍ）の光の透過させるために、図示しないが、Ｒ、Ｇ、Ｂ用にそれぞれ異なる周期のホールアレイを形成している。このＲ、Ｇ、Ｂ用の各ホールアレイは、図４において、例えば、紙面の前後に配置している。
【００４７】
上記金属層３１の材料にＡｌまたはＡｌＣｕ、ＡｌＳｉを使用し、この金属層３１のホールアレイ３２ａ，３２ａ，３２ａ…を、例えばＳｉＯ２からなる絶縁層５で被膜する場合には、光の垂直入射により表面プラズモンを励起する条件は、規格化周波数ａ／λ＝０．６５（式１）となる（非特許文献１を参照）。ここで、ａはホールアレイ３２ａ，３２ａ，３２ａ…の周期である。この式１より、ＲＧＢのそれぞれの光を透過させるホールアレイの周期ａは、Ｒ用では４２０ｎｍ、Ｇ用では３４０ｎｍ、Ｂ用では２６０ｎｍと算出される。この式１より、ホールアレイ３２ａ，３２ａ，３２ａ…の周期、つまり、開口３２ａの配列の周期を変えることによって、透過させる光を選択できるので、１枚のフォトマスク上に異なった周期配列のパターンを形成することで、１回のフォトリソグラフィでＲ、Ｇ、Ｂの光の波長選択フィルタを同時に形成することが可能である。
【００４８】
図４に示すように、上記金属層３１にホールアレイ３２ａ，３２ａ，３２ａ…を形成して、プラズモニックフィルタ部３２を形成した後、この金属層３１および絶縁層７上に、ＳｉＯ２からなる保護膜として機能する絶縁層５を形成する。この際、前工程にて形成された金属層３１のプラズモニックフィルタ部３２の開口（貫通穴または凹部）３２ａを、絶縁層５、つまり、ＳｉＯ２で埋める必要があるため、ＳｉＯ２からなる絶縁層５を高密度プラズマＣＶＤ法で形成する。
【００４９】
最後に、金属層３１から露出しているＰＡＤ領域４５を被覆しているＳｉＯ２からなる絶縁層５を除去して、ＰＡＤ領域４５を露出させる。そして、このＰＡＤ領域４５に、図示しないが、金属層３１の厚さよりも厚い金属膜からなるＰＡＤ部を形成する。
【００５０】
このように、金属層３１からＰＡＤ部が露出しているのは、プラズモン共鳴を利用するプラズモニックフィルタ部３２のための金属層３１は、ＰＡＤ部となる金属膜の膜厚よりも薄く形成されるから、もし、仮に、金属層３０の一部を、ＰＡＤ部の金属膜とすると、テストやワイヤーボンド時に不具合が発生する可能性があるからである。この第１実施形態では、ＰＡＤ領域４５に形成される図示しないＰＡＤ部が金属層３０から露出しているから、ＰＡＤ部の図示しない金属膜の厚さを適宜設定して、不具合の発生を防止できる。
【００５１】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態の回路内蔵光電変換装置の断面図である。図５において、図４に示す第１実施形態の回路内蔵光電変換装置の構成要素と同一構成要素については、図４の構成要素と同一参照番号を付して、作用、効果について詳しい説明は省略し、異なる構成要素のみについて以下に説明する。
【００５２】
図５に示すように、シリコンからなる基板１００上に、第１の光電変換素子としての第１のフォトダイオード１０１の他に、この第１のフォトダイオード１０１と全く同じ構成、特性のリファレンス用の第２の光電変換素子としての第２のフォトダイオード２０１を形成している。この基板１００には、図示しないが、図１と同様に、回路部を設けている。
【００５３】
金属層３１はプラズモニックフィルタ部３２とのシールドメタル部３３を有する。上記シールドメタル部３３は、上記回路部と、第２のフォトダイオード２０１と、第１のフォトダイオード１０１と第２のフォトダイオード２０１との間の領域とを覆っている。
【００５４】
この第２実施形態の回路内蔵光電変換装置では、シールドメタル部３３に覆われたリファレンス用の第２のフォトダイオード２０１を有するから、第１のフォトダイオード１０１の出力と、シールドメタル部３３で覆われて光が入らないリファレンス用の第２のフォトダイオード２０１の出力との差分を、例えば、図示しない差動回路で求めて、暗出力についての補正を行うことができる。
【００５５】
また、この第２の実施形態では、上記シールドメタル部３３が、上記回路部と、第２のフォトダイオード２０１と、第１のフォトダイオード１０１と第２のフォトダイオード２０１との間の領域とを覆っているから、迷光等が第１および第２のフォトダイオード１０１，２０１に侵入するのを防止して、偽信号の発生を防止できる。
【００５６】
また、上記金属層３１のシールドメタル部３３は、回路部の他に、第２のフォトダイオード２０１を覆っているから、第２のフォトダイオード２０１をシールドする部分（シールドメタル部）と回路部をシールドする部分とを同時に安価に形成することができて、回路部および第２のフォトダイオード２０１を安価にシールドすることができる。
【００５７】
上記第１および第２実施形態では、光電変換素子として、フォトダイオードを用いたが、フォトトランジスタや個体撮像素子を用いてもよい。
【００５８】
本発明および実施形態を纏めると、次のようになる。
【００５９】
本発明の回路内蔵光電変換装置は、
基板１００上に少なくとも１つの第１の光電変換素子１０１と回路部２０２を形成し、上記基板１００上に絶縁層１，２，３を介して配線層１１，１２，１３を形成した回路内蔵光電変換装置において、
上記配線層１１，１２，１３よりも上方の絶縁層７上に、上記第１の光電変換素子１０１に波長選択した光を導くための周期的または非周期的に配置された開口３２ａ，３２ａ，３２ａ…を有するプラズモニックフィルタ部３２と所定の波長の光を遮るシールドメタル部３３とを有する同一の金属層３１を設けたことを特徴としている。
【００６０】
ここで、上記所定の波長の光とは、偽信号やノイズの発生源となる波長を有する光である。
【００６１】
上記構成の回路内蔵光電変換装置によれば、上記プラズモニックフィルタ部３２とシールドメタル部３３とが同一金属層３１に含まれて、この金属層３１の下の絶縁層７よりも下には、上記シールドメタル部３３と同等の大面積のシールドメタル部がないから、金属層３１の下の加工前の絶縁層７０には、幅広の凸部が生じ難くて、段差が小さくなって、この絶縁層７０に平坦化のためにＣＭＰ（化学機械研磨）をしても、加工後の絶縁層７におけるプラズモニックフィルタ部３２の下にはディッシングが起こり難い。
【００６２】
したがって、上記金属層３１の下の絶縁層７を精度高く平坦化できて、上記プラズモニックフィルタ部３２のナノレベルで微細加工する必要がある開口３２ａを精度高く加工でき、かつ、ＣＭＰの加工時間を短縮できる。また、このプラズモニックフィルタ部３２のナノレベルの開口３２ａを、例えば、フォトリソグラフィ等で均一な形状に簡単に形成することができる。
【００６３】
なお、上記プラズモニックフィルタ部３２とシールドメタル部３３とは、デポ物の発生量が少なくできるから、連続しているのが望ましい。尤も、上記プラズモニックフィルタ部とシールドメタル部とは分離していてもよい。
【００６４】
１実施形態では、
上記シールドメタル部３３は、少なくとも、上記回路部２０２を覆っている。
【００６５】
上記実施形態によれば、上記シールドメタル部３３が回路部２０２を覆って、所定の波長の光を遮っているから、回路部２０２や第１の光電変換素子１０１の光に起因する誤動作を防止でき、耐久性を向上できる。
【００６６】
１実施形態では、
上記シールドメタル部３３は接地電位とされている。
【００６７】
上記実施形態によれば、上記回路部２０２を覆うシールドメタル部３３が接地電位となっているから、上記シールドメタル部３３は、光の遮断だけでなく、電気的なノイズに対してもシールド効果を得ることができる。例えば、電気的ノイズが金属層３１、あるいは、シールドメタル部３３に飛来した場合、この電気的ノイズは接地された電位に逃げることができるため、シールドメタル部３３よりも下の回路部２０２には悪影響をすることがない。つまり、上記シールドメタル部３３は、光の侵入を防ぐことと電気的ノイズを防ぐことができ、光および電気のシールドとして機能する。
【００６８】
１実施形態では、
上記シールドメタル部３３は、上記第１の光電変換素子１０１と上記回路部２０２との間の領域を覆っている。
【００６９】
上記実施形態によれば、上記シールドメタル部３３が、上記第１の光電変換素子１０１と上記回路部２０２との間の領域を覆っているから、迷光が第１の光電変換素子１０１に侵入するのを防止して、偽信号の発生を防止できる。
【００７０】
１実施形態では、
上記シールドメタル部３３は、上記基板１００の表面の１／２以上の面積を覆っている。
【００７１】
上記実施形態によれば、上記シールドメタル部３３が、上記基板１００の表面の１／２以上の面積を覆うから、金属層３１の元の金属層３０のエッチングされる面積を減らすことができて、メタルエッチャー等で元の金属層３０をエッチングする際にデポ物等の発生を抑制することができる。
【００７２】
元の金属層３０のエッチングされる面積が広すぎると、エッチングによるデポ物の発生が多くなるが、この実施形態では、上記シールドメタル部３１が、上記基板１００の表面の１／２以上の面積を覆うから、デポ物の発生量を少なくすることができる。
【００７３】
１実施形態では、
リファレンス用の第２の光電変換素子２０１を含み、
上記シールドメタル部３３は、上記第２の光電変換素子２０１を覆っている。
【００７４】
上記実施形態によれば、上記第１の光電変換素子１０１の出力と、上記シールドメタル部３３で覆われて光が入らないリファレンス用の第２の光電変換素子２０１の出力との差分を、例えば、差動回路を用いて求めて、暗出力の補正をすることができる。
【００７５】
また、この実施形態によれば、上記同一の金属層３１のシールドメタル部３３は、回路部２０２の他に、第２の光電変換素子２０１を覆っているから、第２の光電変換素子２０１をシールドする部分（シールドメタル部）と回路部２０２をシールドする部分とを同時に安価に形成することができて、回路部２０２および第２の光電変換素子２０１を安価にシールドすることができる。
【００７６】
１実施形態では、
上記シールドメタル部３３は、上記第１の光電変換素子１０１と上記第２の光電変換素子２０１との間の領域を覆っている。
【００７７】
上記実施形態によれば、上記シールドメタル部３３が、上記第１の光電変換素子１０１と第２の光電変換素子２０１との間の領域を覆っているから、迷光が第１および第２の光電変換素子１０１，２０１に侵入するのを防止して、偽信号の発生を防止できる。
【００７８】
１実施形態では、
上記回路部２０２は、静電保護素子２０２ａを含む。
【００７９】
上記実施形態によれば、上記シールドメタル部３３は、回路部２０２の静電保護素子２０２ａを覆っているから、静電保護素子２０２ａは電気的ノイズから保護される。したがって、静電保護素子２０２ａの誤作動を防ぐことができる。
【００８０】
１実施形態では、
ＰＡＤ部を含み、このＰＡＤ部は、上記金属層３１から露出している。
【００８１】
プラズモン共鳴を利用する上記プラズモニックフィルタ部３２を有する金属層３１は、ＰＡＤ部に求められる金属膜の膜厚よりも薄く形成される。このため、もし、仮に、上記金属層３１に、ＰＡＤ部を形成すると、テストやワイヤーボンド時に不具合が発生する可能性がある。
【００８２】
この実施形態では、上記ＰＡＤ部が金属層３１に設けられていなくて、金属層３１から露出しているから、ＰＡＤ部の厚さを適宜設定して、不具合の発生を防止できる。
【００８３】
１実施形態では、
上記基板１００上に、多層配線を形成するように、複数の上記配線層１１，１２，１３を設け、
上記金属層３１は、上記複数の配線層１１，１２，１３のうちの最も上方の配線層１３の上に絶縁層７を介して設けられている。
【００８４】
上記実施形態によれば、上記金属層３１は、上記複数の配線層１１，１２，１３のうちの最も上方の配線層１３の上に絶縁層７を介して設けられているから、従来の固体撮像素子やカラーセンサなどで用いられる有機のカラーレジストと同層で、上記プラズモニックフィルタ部３２とシールドメタル部３３を有する金属層３１を形成でき、したがって、従来の有機のカラーレジストと上記金属層３１との置き換えを容易に行うことができる。
【００８５】
１実施形態では、
上記金属層３１はＡｌまたはＡｌＣｕで形成されている。
【００８６】
Ａｌはプラズマ周波数が高いため、短波長までプラズモン共鳴現象を発生させることができ、ＲＧＢカラーセンサにおいて、Ｂ（ブルー）の波長である４４０ｎｍの波長の光を透過させるプラズモニックフィルタ部を形成するのに適した材料である。
【００８７】
上記実施形態によれば、上記金属層３１はＡｌまたはＡｌＣｕで形成されているから、Ｂの波長の光を透過させるプラズモニックフィルタ部を確実に形成することができる。
【００８８】
１実施形態では、
上記金属層３１の厚さは少なくとも所定の波長の光の透過を防止する厚みを有する。
【００８９】
ここで、上記所定の波長の光とは、偽信号やノイズの発生源となる波長を有する光である。
【００９０】
上記実施形態によれば、上記金属層３１の厚さは少なくとも所定の波長の光の透過を防止する厚みを有するから、偽信号やノイズの発生を確実に防止できる。
【００９１】
１実施形態では、
上記金属層３１は、波長が３００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の光の透過を防止する厚さを有する。
【００９２】
シリコンを良く透過する光の波長は、３００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。
【００９３】
上記実施形態によれば、上記金属層３１は、波長が３００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の光の透過を防止する厚さを有するから、上記金属層３１で波長が３００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下のシリコンを透過する光を遮ることができる。
【００９４】
したがって、上記絶縁層１，２，３，７，５、第１の光電変換素子１０１、回路部２０２や基板１００等をシリコンで形成した場合でも、ノイズや偽信号の原因となる光が、第１の光電変換素子１０１や回路部２０２に侵入するのを防止することができる。
【００９５】
１実施形態では、
上記金属層３１の上記プラズモニックフィルタ部３２は、光の三原色の各々を選択して透過する。
【００９６】
上記実施形態によれば、上記プラズモニックフィルタ部３２は、光の三原色の各々を選択して透過するから、光の三原色の各々を確実に検出することができる。
【００９７】
本発明の回路内蔵光電変換装置の製造方法は、
基板１００上に第１光電変換素子１０１と回路部２０２を形成し、
上記基板１００上に、複数の配線層１１，１２，１３を、順次、絶縁層１，２，３を介して積層し、
上記複数の配線層１１，１２，１３のうちの最上層の配線層１３の上に、絶縁層７を介して、同一の金属層３１を形成し、
上記金属層３１の一部に、上記第１の光電変換素子１０１に波長選択した光を導くための開口３２ａを周期的または非周期的に形成してプラズモニックフィルタ部３２を形成して、上記金属層３１の他の一部を、所定の波長の光を遮るシールドメタル部３３として定義する
ことを特徴としている。
【００９８】
本発明の回路内蔵光電変換装置の製造方法によれば、精度高くかつ迅速にプラズモニックフィルタ部３２を形成できるという利点を有する上述の回路内蔵光電変換装置を確実かつ安価に製造することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１，２，３，４，５，７，４０，７０  絶縁層
１１，１２，１３  配線層
３０，３１  金属層
３２，４２  プラズモニックフィルタ部
３２ａ，５０１  開口
３３，４３  シールドメタル部
４５  パッド領域
１００  基板
１０１  第１のフォトダイオード
２０１  第２のフォトダイオード
１０２，２０２  回路部
２０２ａ  静電保護素子
【図１】
0005987108.tif 000002
【図２】
0005987108.tif 000003
【図３】
0005987108.tif 000004
【図４】
0005987108.tif 000005
【図５】
0005987108.tif 000006
【図６】
0005987108.tif 000007
【図７】
0005987108.tif 000008
【図８】
0005987108.tif 000009
【図９】
0005987108.tif 000010
【図１０】
0005987108.tif 000011
【図１１】
0005987108.tif 000012
【図１２】
0005987108.tif 000013
【図１３】
0005987108.tif 000014