(57)【要約】【課題】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い、従来技術と比較して製造プロセスを簡素化および製造コストを抑制し、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。【解決手段】カラーセンサーは、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に変換する複数のフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３とを備えるカラーセンサーであって、Ｎ基板１３を備え、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３は、Ｎ基板１３上に形成されたＰ型アノード層１６を有し、Ｎ基板１３は、欠陥層１２、および、色フィルター１９，２０，２１と欠陥層１２との間に配置された無欠陥層１１を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【特許文献１】特開昭５８−５６３４４号公報（昭和５８年４月４日公開）
【特許文献２】特開２００２−９０８１号公報（平成１４年１月１１日公開）
【特許文献３】特開平２−１４０９３７号公報（平成２年５月３０日公開）
【特許文献４】特開２０００−２２３７３４号公報（平成１２年８月１１日公開）
【特許文献５】特開平６−７７５０７号公報（平成６年３月１８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【発明の効果】
【００５２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
図２は、図１におけるＡ−Ａ’矢視断面図である。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】従来のカラーセンサーの要部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
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）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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