电路内置光电转换装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及颜色传感器等电路内置光电转换装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]即使房间的照明的色温不同，人的眼睛也不太感觉到颜色的变化，通常该特性被称为颜色适应。例如，当从发蓝(色温高)的荧光灯照明的房间进入发黄(色温低)的白炽灯照明的房间时，房间的白色墙壁最初看起来发黄。但是，稍过一会，刚才看起来发黄的墙壁会变得看起来发白。
[0003]这样人的视觉具有颜色适应的特性，因此，当房间的照明的颜色不同时，即使电视机的图像的颜色相同，该图像看起来也会是不同的颜色。近年来，伴随着液晶电视机的高画质化，对以下功能的期望高涨起来:根据房间的照明的种类来改变图像的色感，使得即使房间的照明的色温变化，看起来也是自然的图像。因此，对房间的色温进行检测的颜色传感器在液晶电视上的搭载逐步发展，使得能够对房间的色温进行检测，以与眼睛的颜色适应对应的方式自动地控制图像的色感。此外，在如智能手机和平板PC(计算机)等那样可移动的设备上装载的液晶屏幕的情况下，周围的照明随着观看场所的不同而时刻变化，因此，像颜色传感器那样自动地检测色温的传感器变得更加重要。
[0004]该颜色传感器构成为从环境光分别感测(传感检测)可见光区域中的R(红色)、G (绿色)、B (蓝色)的光谱(以下，将颜色传感器称为RGB传感器)。
[0005]在该RGB传感器中，为了感测环境光，使用多个光电转换元件，作为该光电转换元件的器件一般由光电二极管(Photo d1de)构成。该光电二极管本身不能识别颜色，仅能够检测光的强度(光量)。因此，在将图像转换为电信号的情况下，为了识别颜色，在各光电二极管上覆盖彩色滤光片(color filter)，利用各光电二极管检测作为光的3原色的R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的光的光量，由此，从光电二极管取得颜色信号。
[0006]以往，在RGB传感器中，为了将环境光分成R(红色)、G (绿色)、B (蓝色)的三原色的光，使用通过由材料的吸收产生的遮光或光的干涉来仅使特定的波长透射或反射的彩色滤光片。图6所示的RGB传感器的结构是通常的结构。
[0007]在图6中，100例如是由硅形成的半导体基板，101是与RGB各自对应地设置，对RGB的三原色的光量进行检测的第一光电二极管，102是电路部，1、2、3、40例如是由Si02形成的绝缘层，11、12、13例如是由金属等形成的配线层，43是与配线层13设置在同一层的屏蔽金属(shield metal)部，51、52是由丙稀酸树脂形成的有机平坦化层，53是作为将环境光分成R、G、B的三原色的光的彩色滤光片的有机彩色抗蚀剂，20是通孔(via hole)。
[0008]但是，在上述以往的RGB传感器中，为了形成将RGB的三原色的光分开的由有机彩色抗蚀剂形成的彩色滤光片53，需要3种光掩模，这样需要3种光掩模成为在制造工序中使时间和成本增加的主要原因。
[0009]为了减少上述的时间和成本，作为代替上述彩色滤光片53的光波长选择性滤光片，有对金属薄膜实施纳米级的微细加工而得到的结构。该结构的光波长选择性滤光片，利用由入射的光激发的表面等离子体共振(surface plasmon resonance)引起的光的异常透射现象。
[0010]关于该利用表面等离子体共振的光波长选择性滤光片，在专利文献I (日本特开平11-72607号公报)中有详细说明。作为使该异常透射现象产生的手段，有各种方法，例如，有如图7所示，形成50?200nm左右的薄的金属膜501，在该金属膜501图案化形成比透射波长微细的孔阵列502、502、502、......而形成滤光片层500的方法。在光入射该滤光片层500时透射的光谱波形在图8中示出。但是，表面等离子体效应由在某金属膜与绝缘膜或空气的界面产生的表面等离子体、与由入射光产生的消逝光(evanescent light)的共振产生，因此，为了高效率地产生表面等离子体效应，优选金属膜和绝缘膜为单一结构(材料、折射率等物性的均匀性、孔间距和形状的均匀性)。例如，作为金属材料，使用Au、Ag、Al等。
[0011]特别地，Al具有
[0012](i)因为等离子体频率高，所以直到短波长都产生共振现象
[0013](ii)因为是通常的半导体工艺中使用的材料，所以即使在工艺整合时也不需要特殊的装置和材料。
[0014](iii)材料廉价
[0015](iv)制作工艺简单，能够一并形成与各个波长对应的滤光片等优点，被采用的情况较多。
[0016]但是，在形成使表面等离子体效应产生的金属膜时，在设计规则中需要进行65nm?0.13um水平的开口的微细加工。
[0017]根据非专利文献1(7才一力只26 <第3回 > 表面7° 7 X' ? >共鳴奁利用L.亡力7-7 少夕?開発N頂S、豊田中央研究所(焦点26 <第3期>利用表面等离子体共振的彩色滤光片的开发N頂S，丰田中央研究所))，为了形成使具有400nm左右的波长的蓝色光透射的Al膜，如图9所示，需要使孔502、502、502……间的间距为260nm左右，孔502的直径需要为80?180nm左右。为了形成使RGB的波长的光透射的金属膜滤光片，如上所述，需要260nm左右的孔502、502、502……间的间距以使蓝色光透射。
[0018]现有技术文献
[0019]专利文献
[0020]专利文献1:日本特开平11-72607号公报
[0021]非专利文献
[0022]非专利文献I 才一力只26 <第3回>表面7°歹文乇V共鳴奁利用L.力7 —7 少夕?開発N頂S、豊田中央研究所(焦点26 <第3期>利用表面等离子体共振的彩色滤光片的开发N頂S，丰田中央研究所)
【发明内容】
[0023]发明要解决的技术问题
[0024]图10是在本发明的开发过程中试制的电路内置光电转换装置的截面图。该图10的电路内置光电转换装置，是为了便于说明本发明的技术问题而记载的，不是现有技术(公知技术)。
[0025]在图10中，100例如是由硅形成的半导体基板，101是与RGB各自对应地设置，分别对RGB的三原色的光量进行检测的第一光电二极管(虽然未图示，但是在纸面的前后方向配置有与RGB对应的多个第一光电二极管)，102是电路部，1、2、3、4、50例如是由Si02等形成的绝缘层，11、12、13例如是由金属等形成的配线层，42是将环境光分成RGB的三原色的光的由金属膜形成的等离子体滤光部(plasmonic filter port1n)，43是与配线层13同时形成在同一层且覆盖电路部102的屏蔽金属部，20是通孔。
[0026]上述等离子体滤光部42，在蓝色光的透射区域中，需要例如260nm左右的孔42a、42a,42a……间的间距以透射蓝色光。用于实现该要求的由金属层形成的等离子体滤光部42的孔阵列42a、42a、42a……和微细的金属的配线层11、12、13的光刻的曝光条件难以同时满足，因此，作为金属膜滤光片的等离子体滤光部42形成在与配线层11、12、13的金属层上下不同的另一层。此外，考虑到与以往的固体摄像元件和颜色传感器等中使用的有机的彩色抗蚀剂的替换，等离子体滤光部42如图10所示与配线层13和屏蔽金属部43相比形成在上方。
[0027]然而，在使上述等离子体滤光部42与配线层13和屏蔽金属部43相比形成在上方的情况下，如图11所示，当沉积成为图10的平坦的绝缘层4之前的进行CMP(化学机械研磨:Chemical Mechanical Polishing)加工之前的绝缘层40时，在屏蔽金属部43的上方的绝缘层40会形成宽度宽的凸部40a，而在第一光电二极管101的上方的绝缘层40会形成宽度宽的凹部40b，凸部40a与凹部40b的台阶差变大。作为产生该大台阶差的原因的屏蔽金属部43，是用于覆盖第一光电二极管101以外的电路部102等，使得作为伪信号和噪声的产生源的光不进入第一光电二极管101的部件，是在电路内置光电转换装置中，为了取得准确的信号所需要的部件。
[0028]另一方面，当在平坦化工序中对图11所示的具有大台阶差和宽度宽的凸部40a的绝缘层40进行CMP，如图12所示加工成绝缘层4的情况下，在第一光电二极管101的上方会产生凹陷(dishing) 4d(为了使得容易理解，凹陷4d被夸张地表示)。
[0029]这样当第一光电二极管101的上方的绝缘层4在CMP后也存在由凹陷4d产生的弯曲时，有如下问题:即使为了在未被平坦化的作为基底的绝缘层4上的金属膜形成等离子体滤光部42的微细的开口 42a、42a、42a、……的图案而进行光刻，微细的图案也会被歪曲地转印，无法进行等离子体滤光部42所要求的准确的微细加工。
[0030]另外，为了形成等离子体滤光部42，使用纳米压印或