获取物理信息的方法、装置及装置的制造方法制造方法及图纸

一种用于获取物理信息的方法采用用于探测物理分布的器件，该器件包括：用于探测电磁波的探测部件；以及用于根据该探测的电磁波量来产生对应单位信号的单位信号产生部件。该探测部件包括具有一种其中叠置了在相邻层之间具有不同折射系数且每层具有预定厚度的多个层的结构的叠置构件，该叠置构件被设置在电磁波入射到的入射表面侧之上并且还具有反射该电磁波的预定波长范围组分并透射该剩余项的特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种获取物理信息的方和装置、和包括多个用于探测物理量分布的单位组件的阵列的半导体器件的制造方法。更具体地，本专利技术涉及一种信号获取技术，其适用于使用半导体器件来探测物理量分布的固态成像器件，该半导体器件包括多个对来自外部的电磁波输入、例如光和辐射敏感的单位组件的阵列，从而由单位组件转换为电信号的物理量分布可以作为电信号读出。尤其，本专利技术涉及一种成像器件，其可使除了可见光之外的波长组分(例如，红外光)成像。本专利技术还涉及一种光接收器件和固态成像器件，各自包括在硅树脂、化合物半导体等半导体层中形成的光电转换器以及各种器件的制造方法。
技术介绍
探测物理量分布的半导体器件应用在各种领域中，半导体器件各自包括对例如从外部输入的诸如光和辐射的电磁波的物理量变化敏感的多个单位组件(例如像素)的线或矩阵阵列。例如，在视频装置领域中，使用CCD(电荷耦合器件)、MOS(金属氧化物半导体)、或CMOS(互补金属氧化物半导体)固态成像器件探测作为物理量的一个例子的光(电磁波的一个例子)的变化。在这些器件中，由单位组件(例如固态成像器件中的像素)转换为电信号的物理量分布作为电信号读出。例如，固态成像器件探测从外部输入的电磁波例如光或辐射，使用光电二极管作为器件的成像部分(像素部分)中设置的光电转换器(光接收器件；光敏器件)，从而产生和收集信号电荷。收集的信号电荷(光电子)作为图像信息读出。近年来，已经提出了用于可见光成像和红外光成像的结构(参见，例如日本未审专利申请公开No.2004-103964、10-210486、2002-369049、6-121325、9-166493、9-130678和2002-142228)。例如，预先制备红外亮点，使得可以通过跟踪红外亮点来探测可见光图像中的红外亮点的位置。另外，例如，即使在没有可见光的晚上，可以通过红外辐射成像获得清晰的图像。而且，可以通过采用除可见光之外的红外光来改善灵敏度。日本未审专利申请公开No.2004-103964中公开的结构是单片型，其应用在半导体的深度方向中吸收系数随波长变化。日本未审专利申请公开No.10-210486、2002-369049和6-121325中公开的结构各自为多片型，其应用包括波长分离镜(separation mirror)和棱镜的波长分解光学系统作为输入光学系统，使得通过各个成像器件接收可见光和红外光。日本未审专利申请公开No.9-166493中公开的结构是单片型，其应用旋转波长分解光学系统作为输入光学系统，使得通过同一成像器件接收可见光和红外光。例如，当通过旋转机械装置插入/拔出红外滤除滤光片(cut filter)时，输出未被近红外光和红外光影响的可见彩色图像，然而当拔出红外滤除滤光片时，就会输出具有包括可见光强度和近红外光强度的光强度的图像。日本未审专利申请公开No.9-130678中公开的结构应用具有波长分解功能的光圈光学系统(diaphragm optical system)作为输入光学系统，使得通过同一成像器件来接收可见光和红外光。日本未审专利申请公开No.2002-142228中公开的结构包括对可见光和近红外光敏感的成像器件，其中在像素上规则地排列了具有各自滤光特性的四种类型的彩色滤光片，并由其上排列了四种类型彩色滤光片的各个像素的输出矩阵计算独立确定可见彩色图像和近红外光图像。固态成像器件包括形成在半导体层中的光电转换器。因此，固态成像器件具有由其中形成了光电转换器的半导体层的表面能级(surface level)产生的所谓的暗电流的问题。如图60A的电位图所示，主要由于表面能级处捕获的电子被热释放到导带，并因此被表面耗尽层的电场移动到构成各个光电转换器的光电二极管的n型半导体区，而产生暗电流。例如，在硅构成的半导体层中，能带隙(band gap)是1.1eV，并且表面能级(费米(Fermi)能级)位于由于巴丁限制(Bardeem limit)能带隙被划分为2∶1的位置处。因此，防止电子被表面能级捕获的势垒为0.7eV。因此，为了降低由表面能级产生的暗电流，应用在光电二极管的表面上形成p+层的方法(参见，例如日本未审专利申请公开No.2002-252342，图5)。该方法一定程度上抑制了暗电流。即，如图60B的势能图所示，由于p+层的存在，防止电子被表面能级捕获的势垒变为1.0eV。换句话说，与其中没有p+层的情形相比势垒增大了约0.3eV，并由此可以降低热释放的电子的数目，以减小暗电流。当在硅衬底表面上设置p+层时，与其中没有p+层的情形相比，室温(T＝300K)下由费米-迪拉克(Fermi-Dirac)分布函数估算的暗电流的量降低了四位。费米-迪拉克分布函数由下面的等式10表示等式10f(E,T)=11+eE-EFkT]]>其中E是能量，EF是费米能量，T是绝对温度，k是麦克斯韦常数，e是自然对数，以及E-EF对应于势垒的量值。
技术实现思路
图53A和53B是日本未审专利申请公开No.2004-103964中公开的传感器的结构示例图，其中图53A是半导体层的光吸收光谱特性的附图，图53B是器件的组合结构的示意图。在该结构中，Si(硅)半导体的光吸收系数依照蓝、绿、红和红外光的次序降低，如图53A所示。即，对于入射光L1中含有的蓝光、绿光、红光和红外光，通过应用在半导体深度方向中波长的位置相关性(dependency)，在深度方向上从Si半导体的表面依照图53B中示出的顺序分别设置用于探测可见光(蓝、绿、红)和红外光的层。然而，在日本未审专利申请公开No.2004-103964中公开的结构中，其利用吸收系数随波长的变化，当红光和绿光经过用于探测蓝光的层时一定程度上被该层吸收，由此虽然理论上没有降低探测到的光量，却作为蓝光被探测到。因此，即使初始信号没有蓝光，而绿光和红光信号相遇形成蓝光信号，从而产生假信号并因此不能达到足够的颜色再现性。为了解决这一问题，优选通过信号计算处理进行三原色整体的修正，并因此单独设置计算电路。因此，电路布局在规模上变得复杂和增大，且成本也增大了。而且，例如，当三原色之一饱和时，不能确定饱和光的的初始值而导致计算错误。结果是，信号处理致使产生的颜色不同于初始颜色。如图53A所示，大多数半导体具有对红外光的吸收敏感性。因此，例如在应用Si半导体的固态成像器件(图形传感器)中，作为减色滤光片的例子，优选在传感器的前面插入玻璃制成的红外滤除滤光片。因此，为了通过仅接受红外光或可见光和红外光作为信号成像，优选除去红外滤除滤光片或降低红外光的滤除比例。然而，在这种情形中，红外光与可见光混合并入射到光电转换器上，从而产生颜色色调(tone)不同于初始色调的可见光图像。因此同时单独产生正确的可见光图像和正确的红外光图像自身(或红外光和可见光的混合)可能很困难。除上述的问题之外，在常规固态成像器件中，应用红外滤除滤光片一定程度上也削弱了可见光，从而减低了灵敏度。引用红外滤除滤光片还增大了成本。在日本未审专利申请公开No.10-210486、2002-369049和6-121325公开的结构中，由于包括用于波长分离的反射镜和棱镜的波长分解光学系统而增大了输入光学系统的规模。在日本未审专利申本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于采用一种器件基于单位信号获取物理信息的方法，该器件用于探测用于预定目的的物理分布，该器件包括：作为单元组件，一个用于探测电磁波的探测部件和一个用于根据由该探测部件探测的电磁波量来产生相应的单位信号并输出该单位信号的单位信号产生部件，并且按照预定顺序在相同衬底之上设置该单元组件；其中该探测部件包括具有一个其中叠置有多层的结构的叠置构件，该多层在相邻层之间具有不同折射系数且每层具有预定厚度，在电磁波入射到的入射表面侧上设置该叠置构件，该叠置构件具有反射该电磁波的预 定波长范围组分的特性，并且透射该剩余项；以及由该探测部件探测透射通过该叠置构件的该透射波长范围组分，并且基于从该单位信号产生部件获得的该透射波长范围组分的单位信号来获取用于预定目的的物理信息。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：户田淳，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]