JP5010252B2

JP5010252B2 - Manufacturing method of semiconductor lens

Info

Publication number: JP5010252B2
Application number: JP2006319036A
Authority: JP
Inventors: 由明本多; 尚之西川; 智宏上津
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2026-11-27
Also published as: JP2008134343A

Description

本発明は、半導体レンズの製造方法に関するものである。 The present invention relates to manufacturing method of a semiconductor lens.

従来から、導電性基板を用いたマイクロレンズ用金型の製造方法およびそのマイクロレンズ用金型を用いたマイクロレンズの製造方法が提案されている（特許文献１参照）。なお、特許文献１には、マイクロレンズとして合成樹脂レンズが例示されている。 Conventionally, a method for manufacturing a microlens mold using a conductive substrate and a method for manufacturing a microlens using the microlens mold have been proposed (see Patent Document 1). In Patent Document 1, a synthetic resin lens is exemplified as a microlens.

上記特許文献１のマイクロレンズ用金型の製造方法では、例えば、導電性基板たる低抵抗のｐ形シリコン基板の一表面上にシリコン窒化膜を堆積させた後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン窒化膜の所定部位に円形状の開孔部を形成し、その後、シリコン窒化膜をマスク層としてｐ形シリコン基板の上記一表面側の一部を陽極酸化処理にて多孔質化することにより半球状の多孔質シリコン部を形成する。その後、多孔質シリコン部を全体に亘って酸化することにより二酸化シリコン部を形成し、マスク層を除去してから、二酸化シリコン部を除去することによってｐ形シリコン基板の上記一表面に所望の凸レンズ形状に対応する凹部を形成し、続いて、ｐ形シリコン基板の上記一表面側および他表面側それぞれに熱酸化膜を形成している。なお、上述の陽極酸化処理では、陽極酸化用の電解液中でｐ形シリコン基板の上記一表面側に対向配置される陰極と半導体基板の他表面に接する形で配置される陽極板との間に通電することで多孔質シリコン部を形成している。 In the method for manufacturing a microlens mold disclosed in Patent Document 1, for example, a silicon nitride film is deposited on one surface of a low-resistance p-type silicon substrate that is a conductive substrate, and then a photolithography technique and an etching technique are used. Then, a circular opening is formed at a predetermined portion of the silicon nitride film, and then a part of the one surface side of the p-type silicon substrate is made porous by anodizing using the silicon nitride film as a mask layer. Thus, a hemispherical porous silicon portion is formed. Thereafter, the silicon dioxide portion is formed by oxidizing the entire porous silicon portion, the mask layer is removed, and then the silicon dioxide portion is removed to form a desired convex lens on the one surface of the p-type silicon substrate. A recess corresponding to the shape is formed, and subsequently, a thermal oxide film is formed on each of the one surface side and the other surface side of the p-type silicon substrate. In the above-described anodizing treatment, the gap between the cathode disposed opposite to the one surface side of the p-type silicon substrate and the anode plate disposed in contact with the other surface of the semiconductor substrate in the electrolytic solution for anodization. The porous silicon part is formed by energizing the current.

上記特許文献１に開示されたマイクロレンズ用金型の製造方法では、ｐ形シリコン基板として抵抗率が導体の抵抗率に比較的近い低抵抗のものを用いており、陽極酸化処理時にｐ形シリコン基板の多孔質化が等方性エッチングのように等方的に進行するので、上記開孔部の形状を円形状とすることにより、ｐ形シリコン基板の上記一表面に形成される凹部の深さ寸法と凹部の円形状の開口面の半径とが略等しくなり、結果的に、マイクロレンズとして平凸型の球面レンズを製造することができる。なお、上記特許文献１には、マイクロレンズ用金型の製造時に上記開孔部の形状を長方形状とすることにより、結果的に、マイクロレンズとして平凸型のシリンドリカルレンズを製造することができることも開示されている。 In the method of manufacturing a microlens mold disclosed in Patent Document 1, a p-type silicon substrate having a low resistance that is relatively close to the resistivity of a conductor is used, and p-type silicon is used during anodization. Since the porosity of the substrate proceeds isotropically like isotropic etching, the depth of the recess formed on the one surface of the p-type silicon substrate can be reduced by making the shape of the opening portion circular. As a result, a plano-convex spherical lens can be manufactured as a microlens. In Patent Document 1, a plano-convex cylindrical lens can be manufactured as a micro lens as a result of making the shape of the opening portion rectangular when manufacturing a micro lens mold. Is also disclosed.

また、従来から、半絶縁性のＧａＡｓ基板のような高抵抗（例えば、抵抗率が１０^８Ωｃｍ程度）の半導体基板の一表面側にメサ形状に応じてパターン設計したマスク層を設けることなく陽極酸化技術を利用してメサ形状を形成する方法として、半導体基板の他表面側にメサ形状に応じて形状を設計した陽極（電極）を接触させ、その後、陽極と電解液中において半導体基板の上記一表面に対向配置した陰極との間に通電して酸化膜を形成する陽極酸化工程を行い、続いて、酸化膜をエッチング除去する酸化膜除去工程を行う方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。 Conventionally, an anode without providing a mask layer having a pattern designed in accordance with the mesa shape on one surface side of a semiconductor substrate having a high resistance (for example, a resistivity of about 10 ⁸ Ωcm) such as a semi-insulating GaAs substrate. As a method for forming a mesa shape using an oxidation technique, an anode (electrode) whose shape is designed in accordance with the mesa shape is brought into contact with the other surface side of the semiconductor substrate, and then the above-mentioned semiconductor substrate in the anode and the electrolytic solution. A method has been proposed in which an anodic oxidation process is performed in which an oxide film is formed by energizing a cathode disposed opposite to one surface, followed by an oxide film removal process in which the oxide film is removed by etching (for example, a patent) Reference 2).

上記特許文献２に記載されたメサ形状の形成方法では、陽極酸化工程において陽極の形状や酸化膜の厚さなどによって半導体基板に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、メサの側面の勾配が緩く、メサの側面と平坦面とが滑らかに連続したメサ形状を形成することができる。
特開２０００−２６３５５６号公報特開昭５５−１３９６０号公報 In the mesa shape forming method described in Patent Document 2, the in-plane distribution of the current density of the current flowing through the semiconductor substrate is determined by the shape of the anode and the thickness of the oxide film in the anodizing step. A mesa shape in which the slope is gentle and the side surface and the flat surface of the mesa are smoothly continuous can be formed.
JP 2000-263556 A Japanese Patent Laid-Open No. 55-13960

上記特許文献１に開示されたマイクロレンズ用金型や、上記特許文献２に記載された技術を用いれば、シリコンなどの半導体を用いた半導体レンズを形成することができるが、このようにして得られた半導体レンズはレンズ面が露出しているので、レンズ面に傷が付き易い（レンズ面が損傷しやすい）という問題があった。 A semiconductor lens using a semiconductor such as silicon can be formed by using the mold for microlenses disclosed in Patent Document 1 and the technique described in Patent Document 2 above. Since the lens surface of the obtained semiconductor lens is exposed, there is a problem that the lens surface is easily damaged (the lens surface is easily damaged).

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、レンズ面の損傷を防止できる半導体レンズの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, an object thereof is to provide a method for manufacturing a semiconductor lens capable of preventing damage to the lens surface.

上述の課題を解決するために、請求項１の発明では、半導体基板を用いて形成される半導体レンズであり、シリコン基板からなる半導体基板を所望のレンズ面の形状に応じて一表面側から多孔質化し前記一表面側からの厚みの面内分布が連続的に変化する多孔質部を形成した後に多孔質部を酸化することによって形成される二酸化シリコンの多孔質層からなるカバー部と、前記カバー部を除く前記半導体基板の部位からなり前記カバー部との境界面が前記面内分布によって決まる曲面からなるレンズ面を有するシリコンからなるレンズ部とを備えている半導体レンズの製造方法であって、半導体基板の他表面側に所望のレンズ面の形状に応じて半導体基板との接触パターンを設計した陽極を形成する陽極形成工程と、電解液中で半導体基板の前記一表面側に対向配置した陰極と陽極との間に通電して半導体基板の一部を多孔質化することで半導体基板の前記一表面側にカバー部の基礎となる多孔質部を形成する多孔質化工程と、多孔質部を酸化することによってカバー部を形成するとともにレンズ部を形成するカバー部・レンズ部形成工程とを有していることを特徴とする。 In order to solve the above problem, the invention of claim 1, a semiconductor lens formed by using a semiconductor substrate, a semi-conductor substrate of silicon substrate from the one surface in accordance with the shape of the desired lens surface cover-plane distribution of the thickness of the porous and said one surface is made of a multi-porous layer of silicon dioxide that will be formed by oxidizing the porous portion after forming the porous portion which continuously changes When a semiconductor that has a lenses unit boundary surface is made of silicon that have a lens surface made of songs plane determined by the plane distribution of the cover portion consists of portions of the semiconductor substrate excluding the cover portion A method for manufacturing a lens, comprising: an anode forming step of forming an anode having a contact pattern with a semiconductor substrate designed according to a shape of a desired lens surface on the other surface side of the semiconductor substrate; A porous portion serving as a base of a cover portion is formed on the one surface side of the semiconductor substrate by energizing between a cathode and an anode arranged opposite to each other on the one surface side to make a part of the semiconductor substrate porous. a porous step, characterized that you have a cover portion, the lens portion forming step of forming a lens unit to form the cover portion by oxidizing a porous portion.

請求項１の発明によれば、レンズ部のレンズ面がカバー部によって保護されているから、レンズ面の損傷を防止できる半導体レンズを製造することができる。また、カバー部の屈折率がレンズ部の屈折率と空気の屈折率との間の値となるから、レンズ面での光の反射を低減できる半導体レンズを製造することができる。また、半導体基板における多孔質化した部位を酸化することでカバー部を形成し、このカバー部とレンズ部との境界面をレンズ面としているから、多孔質化した部位を除去することでレンズ部を形成する場合に比べてレンズ面を平坦化できる半導体レンズを製造することができる。また、レンズ部のレンズ面を露出させた後にレンズ部のレンズ面にカバー部の基礎となる材料を堆積するような場合に比べてレンズ部とカバー部との密着性を高めることができる半導体レンズを製造することができる。さらに、請求項１の発明によれば、陽極形成工程にて形成する陽極と半導体基板との接触パターンにより陽極酸化工程において半導体基板に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、多孔質化工程にて形成する多孔質部の厚み方向の面内分布を制御することができて厚みを連続的に変化した多孔質部を形成することが可能であり、当該多孔質部をカバー部・レンズ部形成工程にて酸化することで所望のレンズ形状のレンズ部およびレンズ部のレンズ面を保護するカバー部を有する半導体レンズが形成されるから、任意形状で且つレンズ面が滑らかな半導体レンズを容易に形成することが可能になる。 According to the present invention, since the lens surface of the lens portion is protected by the cover portion, it is possible to manufacture a semiconductor lens that can prevent damage to the lens surface. Further, the refractive index of the cover portion is a value between the refractive index and the refractive index of air in the lens unit, it is possible to manufacture a semiconductor lens that can reduce reflection of light at the lens surface. Moreover, the cover part is formed by oxidizing the porous part in the semiconductor substrate, and the boundary surface between the cover part and the lens part is used as the lens surface. Therefore, the lens part can be removed by removing the porous part. it is possible to manufacture a semiconductor lens that can flatten the lens surface as compared with the case of forming a. The semiconductor that can be to enhance the adhesion between the lens portion and the cover portion in comparison with the case that the material is deposited underlying the cover portion on the lens surface of the lens portion after exposing the lens surface of the lens portion A lens can be manufactured. Furthermore, according to the invention of claim 1, since the in-plane distribution of the current density of the current flowing through the semiconductor substrate in the anodizing step is determined by the contact pattern between the anode and the semiconductor substrate formed in the anode forming step, It is possible to control the in-plane distribution in the thickness direction of the porous part formed in the process, and it is possible to form a porous part whose thickness is continuously changed. Since a semiconductor lens having a lens part having a desired lens shape and a cover part that protects the lens surface of the lens part is formed by oxidation in the part forming step, a semiconductor lens having an arbitrary shape and a smooth lens surface can be easily obtained Can be formed.

本願と別の発明では、半導体基板を用いて形成される半導体レンズであって、半導体基板を所望のレンズ面の形状に応じて一表面側から多孔質化した後に酸化することによって形成されたカバー部と、前記カバー部を除く前記半導体基板の部位からなり前記カバー部との境界面からなるレンズ面を有するレンズ部とを備え、前記カバー部は、多孔度が異なる複数の多孔質層を酸化することによって形成されて酸化された前記多孔質層からなる複数のカバー層を有し、前記複数の多孔質層は、前記レンズ部の前記レンズ面から離れたものほど多孔度が高く設定されていることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, a semiconductor lens is formed using a semiconductor substrate, and the cover is formed by oxidizing the semiconductor substrate after making the semiconductor substrate porous from one surface side according to the shape of the desired lens surface. And a lens portion having a lens surface that is formed of a portion of the semiconductor substrate excluding the cover portion and that is a boundary surface with the cover portion, and the cover portion oxidizes a plurality of porous layers having different porosities. A plurality of cover layers made of the oxidized porous layer formed and oxidized, and the plurality of porous layers are set to have a higher porosity as they move away from the lens surface of the lens portion. It is characterized by being.

本願と別の発明によれば、カバー層の屈折率は多孔質層の多孔度に依存し、多孔度が低くなればなるほどカバー層の屈折率が空気の屈折率よりもレンズ部の屈折率（多孔度が高くなればなるほどカバー層の屈折率がレンズ部の屈折率よりも空気の屈折率）に近づくので、カバー部の屈折率はレンズ部から離れるほど空気に近い屈折率となるから、カバー部による赤外線の反射を抑制できる。 According to the invention different from the present application, the refractive index of the cover layer depends on the porosity of the porous layer, and the lower the porosity, the refractive index of the lens part (the refractive index of the lens part than the refractive index of air) The higher the porosity is, the closer the refractive index of the cover layer is to the refractive index of air than the refractive index of the lens part), so the refractive index of the cover part is closer to air as it is farther from the lens part. Infrared reflection by the part can be suppressed.

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記陽極形成工程では、陽極と半導体基板との接触がオーミック接触となるように陽極を形成することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the anode is formed so that the contact between the anode and the semiconductor substrate is an ohmic contact.

請求項２の発明によれば、陽極と半導体基板との間にショットキ障壁が生じないから、陰極と陽極との間に電流を流す際に、ショットキ障壁によって電流が遮られることや、所望の電流値が得られなくなってしまうことを抑制できる。 According to the invention of claim 2, since no Schottky barrier is generated between the anode and the semiconductor substrate, when a current is passed between the cathode and the anode, the current is blocked by the Schottky barrier, or a desired current It can suppress that a value cannot be obtained.

請求項３の発明では、請求項１または２の発明において、前記カバー部・レンズ部形成工程では、熱酸化法により前記多孔質部を酸化することを特徴とする。 In the invention of claim 3, in the invention of claim 1 or 2, in the cover portion, the lens portion forming step, characterized by oxidizing the porous portion by thermal oxidation.

請求項３の発明によれば、熱酸化法では半導体基板を約１０００度に加熱するので、例えば、半導体基板としてシリコン基板を用いた際に、熱耐性および膜均一性が高いＳｉＯ_２からなるカバー部を形成することができるから、カバー部の透明性を高めることができて、高品質な半導体レンズを製造できる。 According to the invention of claim 3 , since the semiconductor substrate is heated to about 1000 degrees in the thermal oxidation method, for example, when a silicon substrate is used as the semiconductor substrate, the cover made of SiO ₂ having high heat resistance and high film uniformity. Since the portion can be formed, the transparency of the cover portion can be increased, and a high-quality semiconductor lens can be manufactured.

請求項４の発明では、請求項１または２の発明において、前記カバー部・レンズ部形成工程では、オゾンを用いた酸化法により前記多孔質部を酸化することを特徴とする。 In the invention of claim 4, claim 1 or in 2 of the present invention, in the cover portion, the lens portion forming step, characterized by oxidizing the porous portion by the oxidation method using ozone.

請求項４の発明によれば、欠陥の少ない緻密なカバー部を形成することができるから、カバー部の透明性を高めることができて、高品質な半導体レンズを製造できる。また、熱酸化法により多孔質部を酸化する場合に比べて低温で多孔質部の酸化処理を行えるから、レンズ部に生じる熱応力を低減できて、熱応力に起因するレンズ部の品質の劣化を抑制できる。 According to the invention of claim 4, since the dense cover part with few defects can be formed, the transparency of the cover part can be improved and a high-quality semiconductor lens can be manufactured. In addition, since the porous portion can be oxidized at a lower temperature than when the porous portion is oxidized by the thermal oxidation method, the thermal stress generated in the lens portion can be reduced, and the quality of the lens portion is deteriorated due to the thermal stress. Can be suppressed.

請求項５の発明では、請求項１または２の発明において、前記カバー部・レンズ部形成工程では、高圧水蒸気酸化法により前記多孔質部を酸化することを特徴とする。 In the invention of claim 5, claim 1 or in 2 of the present invention, in the cover portion, the lens portion forming step, characterized by oxidizing the porous portion by high pressure steam oxidation method.

請求項５の発明によれば、欠陥の少ない緻密なカバー部を形成することができるから、カバー部の透明性を高めることができて、高品質な半導体レンズを製造できる。また、熱酸化法により多孔質部を酸化する場合に比べて低温で多孔質部の酸化処理を行えるから、レンズ部に生じる熱応力を低減できて、熱応力に起因するレンズ部の品質の劣化を抑制できる。また、オゾンを用いた酸化法により多孔質部を酸化する場合に比べて酸化処理する面積の広域化が容易であるという利点がある。また、安全性の点でも優れている。 According to the invention of claim 5, since the dense cover part with few defects can be formed, the transparency of the cover part can be improved and a high-quality semiconductor lens can be manufactured. In addition, since the porous portion can be oxidized at a lower temperature than when the porous portion is oxidized by the thermal oxidation method, the thermal stress generated in the lens portion can be reduced, and the quality of the lens portion is deteriorated due to the thermal stress. Can be suppressed. In addition, there is an advantage that the area to be oxidized can be easily widened compared to the case where the porous portion is oxidized by an oxidation method using ozone. It is also excellent in terms of safety.

請求項６の発明では、請求項１〜５のうちいずれか１項の発明において、前記多孔質化工程では、陰極と陽極との間に通電する際の電流密度を時間経過に伴って変化させることによって多孔度が異なる複数の多孔質層を有する多孔質部を形成し、前記カバー部・レンズ部形成工程では、多孔質部を酸化することで酸化された多孔質層からなる屈折率が異なる複数のカバー層を有するカバー部を形成することを特徴とする。 In the invention of claim 6, in the invention of any one of claims 1 to 5, in the porous step, the current density at the time of energization between the cathode and the anode is changed over time. By forming a porous part having a plurality of porous layers with different porosities, the refractive index comprising the porous layer oxidized by oxidizing the porous part is different in the cover part / lens part forming step A cover portion having a plurality of cover layers is formed.

請求項６の発明によれば、屈折率の異なる複数のカバー層を有するカバー部を形成できるから、カバー部の各カバー層の屈折率を適宜設定することによって、カバー部にフィルタや、無反射コートなどの光学的な機能を持たせることが可能になる。 According to the invention of claim 6, since the cover portion having a plurality of cover layers having different refractive indexes can be formed, by appropriately setting the refractive index of each cover layer of the cover portion, a filter or non-reflective is provided on the cover portion. An optical function such as a coat can be provided.

請求項７の発明では、請求項１〜５のうちいずれか１項の発明において、前記陽極酸化工程では、陰極と陽極との間に通電する際の電流密度を時間経過に伴って変化させることによって前記カバー部の基礎となる第１の多孔質層と第１の多孔質層よりも多孔度が高く第１の多孔質層よりも半導体基板の前記他表面から離れた第２の多孔質層とを有する多孔質部を形成し、前記カバー部・レンズ部形成工程では、多孔質部の各多孔質層を酸化した後に酸化された第２の多孔質層を除去することで酸化された第１の多孔質層からなるカバー部を露出させることを特徴とする。 In the invention of claim 7, in the invention of any one of claims 1 to 5, in the anodic oxidation step, the current density when energizing between the cathode and the anode is changed with time. The first porous layer serving as the basis of the cover portion and the second porous layer having a higher porosity than the first porous layer and farther from the other surface of the semiconductor substrate than the first porous layer In the cover part / lens part forming step, the oxidized second porous layer is removed by oxidizing each porous layer of the porous part and removing the oxidized second porous layer. The cover part which consists of 1 porous layer is exposed, It is characterized by the above-mentioned.

請求項７の発明によれば、カバー部におけるレンズ部側とは反対側の面をレンズ面に沿った形状にすることができるから、例えば、レンズ部におけるカバー部側とは反対側の面から入射させた光を、カバー部におけるレンズ部側とは反対側の面で反射してしまうことを低減できる。 According to the seventh aspect of the present invention, since the surface of the cover portion opposite to the lens portion side can be shaped along the lens surface, for example, from the surface of the lens portion opposite to the cover portion side. The incident light can be reduced from being reflected on the surface of the cover portion opposite to the lens portion side.

請求項１の発明は、レンズ面の損傷を防止できるという効果を奏し、さらに、レンズ面での光の反射を低減できるという効果を奏し、加えて、レンズ面を平坦化できるという効果を奏し、しかも、レンズ部とカバー部との密着性を高めることができるという効果を奏する半導体レンズを製造することが可能となるという効果を奏する。 The invention of claim 1 has the effect of preventing damage to the lens surface, further has the effect of reducing reflection of light on the lens surface, and additionally has the effect of flattening the lens surface, Moreover, an effect that it becomes possible to manufacture a semiconductor lens that Sosu the effect of increasing the adhesion between the lens portion and the cover portion.

また、請求項１の発明は、任意形状で且つレンズ面が滑らかな半導体レンズを容易に形成することが可能になるという効果を奏する。 The invention of billed claim 1, an effect that it is possible to easily and form a lens surface is smooth semiconductor lens in arbitrary shape.

（実施形態１）
本実施形態の半導体レンズ１は、図１（ｅ）に示すように、半導体基板１０を用いて形成されており、半導体基板１０を所望のレンズ面１４の形状に応じて一表面側（図１（ａ）における上面側）から多孔質化した後に酸化することによって形成されたカバー部１２と、カバー部１２を除く半導体基板１０の部位からなりカバー部１２との境界面からなるレンズ面１４を有するレンズ部１３とを備えている。 (Embodiment 1)
As shown in FIG. 1E, the semiconductor lens 1 of the present embodiment is formed using a semiconductor substrate 10, and the semiconductor substrate 10 is arranged on one surface side according to the shape of a desired lens surface 14 (FIG. 1). The lens surface 14 is formed of a cover portion 12 formed by oxidizing after being made porous from the upper surface side in (a) and a boundary surface between the cover portion 12 and the portion of the semiconductor substrate 10 excluding the cover portion 12. And a lens unit 13.

以下に、本実施形態の半導体レンズ１の製造方法として、シリコン基板からなる半導体基板１０（図１（ａ）参照）を用いて半導体レンズ１を製造する製造方法を例示する。ここで、本実施形態における半導体レンズ１のレンズ部１３は、平凸型の非球面レンズである。なお、本実施形態では、半導体基板１０として導電形がｐ形のものを用いるようにし、半導体基板１０の抵抗率を８０Ωｃｍに設定してあるが、この数値は特に限定するものではない。 Below, the manufacturing method of manufacturing the semiconductor lens 1 using the semiconductor substrate 10 (refer FIG. 1A) which consists of a silicon substrate is illustrated as a manufacturing method of the semiconductor lens 1 of this embodiment. Here, the lens portion 13 of the semiconductor lens 1 in the present embodiment is a plano-convex aspherical lens. In the present embodiment, a semiconductor substrate 10 having a p-type conductivity is used and the resistivity of the semiconductor substrate 10 is set to 80 Ωcm. However, this value is not particularly limited.

以下、上述の半導体レンズ１の製造方法について図１（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the above-described semiconductor lens 1 will be described with reference to FIGS.

まず、図１（ａ）に示す半導体基板（後述のダイシングを行うまではウェハであり、図１（ａ）〜（ｅ）では、２つの半導体レンズ１が形成される部分を図示している）１０の他表面側（図１（ａ）の下面側）に後述の多孔質化工程で利用する陽極２０（図１（ｃ）参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、１μｍ）の導電性膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる導電性層２１を形成する導電性層形成工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。ここで、導電性層形成工程では、例えばスパッタ法によって半導体基板１０の上記他表面上に導電性層２１を成膜した後、Ｎ_２ガスおよびＨ_２ガス雰囲気中で導電性層２１のシンタ（熱処理）を行うことで、導電性層２１と半導体基板１０とのオーミック接触を得ている。なお、導電性層２１の成膜方法はスパッタ法に限らず、例えば蒸着法などを採用してもよい。 First, the semiconductor substrate shown in FIG. 1A (wafer until dicing described later is performed, and FIGS. 1A to 1E show portions where two semiconductor lenses 1 are formed). Conductivity of a predetermined film thickness (for example, 1 μm) serving as the basis of the anode 20 (see FIG. 1C) used in the porous process described later on the other surface side of FIG. 10 (the lower surface side of FIG. 1A). The structure shown in FIG. 1B is obtained by performing a conductive layer forming step of forming a conductive layer 21 made of a film (for example, an Al film, an Al—Si film, etc.). Here, in the conductive layer forming step, the conductive layer 21 is formed on the other surface of the semiconductor substrate 10 by sputtering, for example, and then the conductive layer 21 is sintered in an N ₂ gas and H ₂ gas atmosphere ( By performing heat treatment, ohmic contact between the conductive layer 21 and the semiconductor substrate 10 is obtained. The method for forming the conductive layer 21 is not limited to the sputtering method, and for example, a vapor deposition method may be employed.

導電性層形成工程の後、導電性層２１に円形状の開孔部２２を設けるように導電性層２１をパターニングするパターニング工程を行なうことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。ここで、パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術を利用して半導体基板１０の上記他表面側に上記開孔部２２に対応する部位が開孔されたレジスト層（図示せず）を形成した後、レジスト層をマスクとして導電性層２１の不要部分を例えばドライエッチング技術またはウェットエッチング技術によってエッチング除去して開孔部２２を設けることにより導電性層２１の残りの部分からなる陽極２０を形成し、その後、上記レジスト層を除去する。なお、導電性層２１がＡｌ膜やＡｌ−Ｓｉ膜であれば、導電性層２１の不要部分をウェットエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば燐酸系エッチャントを用いればよく、導電性層２１の不要部分をドライエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば反応性イオンエッチング装置などを用いればよい。また、本実施形態では、上述の導電性層形成工程とパターニング工程とで、所望のレンズ面１４の形状（レンズ部１３のレンズ形状）に応じて半導体基板１０との接触パターンを設計した陽極２０を半導体基板１０の上記他表面側に形成する陽極形成工程を構成している。なお、円形状の開孔部２２の半径は１ｍｍに設定してあるが、この数値は特に限定するものではなく、半導体レンズ１のレンズ部１３のレンズ径の設定値に基づいて適宜設定すればよい。 After the conductive layer forming step, a patterning step for patterning the conductive layer 21 so as to provide a circular opening 22 in the conductive layer 21 is performed, thereby obtaining the structure shown in FIG. Here, in the patterning step, a resist layer (not shown) having a portion corresponding to the opening 22 is formed on the other surface side of the semiconductor substrate 10 by using a photolithography technique, and then a resist is formed. Using the layer as a mask, unnecessary portions of the conductive layer 21 are removed by etching, for example, by dry etching technique or wet etching technique to form the opening 22, thereby forming the anode 20 composed of the remaining part of the conductive layer 21. The resist layer is removed. If the conductive layer 21 is an Al film or an Al—Si film, for example, a phosphoric acid-based etchant may be used when unnecessary portions of the conductive layer 21 are removed by wet etching. For example, a reactive ion etching apparatus or the like may be used when the unnecessary portion is removed by dry etching. In the present embodiment, the anode 20 in which the contact pattern with the semiconductor substrate 10 is designed in accordance with the desired shape of the lens surface 14 (lens shape of the lens portion 13) in the conductive layer forming step and the patterning step described above. Is formed on the other surface side of the semiconductor substrate 10. The radius of the circular aperture 22 is set to 1 mm, but this value is not particularly limited, and can be set as appropriate based on the set value of the lens diameter of the lens portion 13 of the semiconductor lens 1. Good.

パターニング工程の後、陽極酸化用の電解液中で半導体基板１０の上記一表面側に対向配置される白金電極からなる陰極（図示せず）と陽極２０との間に通電して半導体基板１０の一部を多孔質化することで半導体基板１０の上記一表面側に多孔質シリコンからなりカバー部１２の基礎となる多孔質部１１を形成する多孔質化工程（陽極酸化工程）を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。 After the patterning step, the anode 20 is energized by passing a current between a cathode (not shown) made of a platinum electrode disposed opposite to the one surface side of the semiconductor substrate 10 in the electrolytic solution for anodization and the anode 20. By performing a porous step (anodic oxidation step) for forming a porous portion 11 made of porous silicon on the one surface side of the semiconductor substrate 10 and forming the basis of the cover portion 12 by making a portion porous. The structure shown in FIG. 1 (d) is obtained.

この多孔質化工程では、陽極２０と陰極との間に通電する際には、陽極２０と陰極との間に流れる電流の電流密度が所定電流密度となるように陽極２０と陰極との間に電圧を印加し、通電開始から所定時間が経過すると直ちに通電を終了するようにしている。 In this porosification step, when current is passed between the anode 20 and the cathode, the current density of the current flowing between the anode 20 and the cathode is set between the anode 20 and the cathode so as to be a predetermined current density. A voltage is applied, and energization is terminated immediately after a predetermined time has elapsed from the start of energization.

また、多孔質化工程で用いられる電解液としては、半導体基板１０の構成元素であるＳｉの酸化物であるＳｉＯ_２をエッチング除去する溶液として、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを１：１で混合したフッ酸系溶液を用いている。ただし、フッ化水素水溶液の濃度やフッ化水素水溶液とエタノールとの混合比は特に限定するものではない。また、フッ化水素水溶液と混合する液体もエタノールに限らず、メタノール、プロパノール、イソプロパノール（ＩＰＡ）などのアルコールなど、陽極酸化反応で発生した気泡を除去できる液体であれば、特に限定するものではない。 In addition, as an electrolytic solution used in the porosification step, a 55 wt% aqueous solution of hydrogen fluoride and ethanol are used as a solution for etching and removing SiO ₂ that is an oxide of Si that is a constituent element of the semiconductor substrate 10. The hydrofluoric acid solution mixed in 1 is used. However, the concentration of the aqueous hydrogen fluoride solution and the mixing ratio of the aqueous hydrogen fluoride solution and ethanol are not particularly limited. Also, the liquid mixed with the aqueous hydrogen fluoride solution is not limited to ethanol, and is not particularly limited as long as it is a liquid that can remove bubbles generated by an anodizing reaction, such as alcohol such as methanol, propanol, and isopropanol (IPA). .

ところで、ｐ形のシリコン基板からなる半導体基板１０の一部を陽極酸化工程において多孔質化する際には、ホールをｈ^＋、電子をｅ⁻とすると、以下の反応が起こっていると考えられる。
Ｓｉ＋２ＨＦ＋（２−ｎ）ｈ^＋→ＳｉＦ_２＋２Ｈ^＋＋ｎｅ⁻
ＳｉＦ_２＋２ＨＦ→ＳｉＦ_４＋Ｈ_２
ＳｉＦ_４＋２ＨＦ→ＳｉＨ_２Ｆ_６
すなわち、ｐ形のシリコン基板からなる半導体基板１０の陽極酸化では、Ｆイオンの供給量とホールｈ^＋の供給量との兼ね合いで多孔質化あるいは電解研磨が起こることが知られており、Ｆイオンの供給量の方がホールｈ^＋の供給量よりも多い場合には多孔質化が起こり、ホールｈ^＋の供給量がＦイオンの供給量よりも多い場合には電解研磨が起こる。したがって、本実施形態のように半導体基板１０としてｐ形のシリコン基板を用いている場合には、陽極酸化による多孔質化の速度はホールｈ^＋の供給量で決まるから、半導体基板１０中を流れる電流の電流密度で多孔質化の速度が決まり、多孔質部１１の厚みが決まることになる。本実施形態の場合、半導体基板１０の上記一表面側では、陽極２０の開孔部２２の中心線（半導体基板１０の厚み方向に沿った中心線）から離れるほど電流密度が徐々に大きくなるように電流密度の面内分布を有することとなり、半導体基板１０の上記一表面側に形成される多孔質部１１は、陽極２０の開孔部２２の中心線に近くなるほど徐々に薄くなることになる。なお、上述の電流密度の面内分布は、陽極２０と陰極との間に通電しているときに陽極２０と半導体基板１０との接触パターンなどにより決まる半導体基板１０の電界強度の分布に応じて発生し、電界強度が強いほど電流密度が大きくなり、電界強度が弱いほど電流密度が小さくなる。 By the way, when a part of the semiconductor substrate 10 made of a p-type silicon substrate is made porous in the anodic oxidation step, it is considered that the following reaction occurs when the hole is h ⁺ and the electron is e ^−. .
Si + 2HF + (2-n) h ⁺ → SiF ₂ + 2H ⁺ + ne ⁻
SiF ₂ + 2HF → SiF ₄ + H ₂
SiF ₄ + 2HF → SiH ₂ F ₆
That is, in the anodic oxidation of the semiconductor substrate 10 made of a p-type silicon substrate, it is known that porosity or electropolishing occurs due to the balance between the supply amount of F ions and the supply amount of holes h ^+. of the case towards the feed amount is larger than the supply amount of the hole h ⁺ occurs is porous, electropolishing occurs when the supply amount of the hole h ⁺ is larger than the supply amount of F ions. Therefore, when a p-type silicon substrate is used as the semiconductor substrate 10 as in the present embodiment, the rate of porosity by anodic oxidation is determined by the supply amount of holes h ⁺ , and therefore flows in the semiconductor substrate 10. The speed of porous formation is determined by the current density of the current, and the thickness of the porous portion 11 is determined. In the case of this embodiment, on the one surface side of the semiconductor substrate 10, the current density gradually increases as the distance from the center line (center line along the thickness direction of the semiconductor substrate 10) of the opening portion 22 of the anode 20 increases. In other words, the porous portion 11 formed on the one surface side of the semiconductor substrate 10 gradually becomes thinner as it approaches the center line of the opening portion 22 of the anode 20. . The in-plane distribution of the current density described above corresponds to the distribution of the electric field strength of the semiconductor substrate 10 determined by the contact pattern between the anode 20 and the semiconductor substrate 10 when the anode 20 and the cathode are energized. The current density increases as the electric field strength increases, and the current density decreases as the electric field strength decreases.

上述の陽極酸化処理工程の終了後、熱酸化法により多孔質シリコンからなる多孔質部１１を酸化することでＳｉＯ_２（二酸化シリコン）からなるカバー部１２を形成するとともにレンズ部１３を形成するカバー部・レンズ部形成工程を行う。このカバー部・レンズ部形成工程により、カバー部１２が形成されるとともに、カバー部１２を除く半導体基板１０の部位からなりカバー部１２との境界面をレンズ面１４として有するレンズ部１３が形成される。この後に、陽極２０を除去する陽極除去工程を行う。ここで、Ａｌ膜やＡｌ−Ｓｉ膜により形成された陽極２０を除去するエッチング液としては、アルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨなどの水溶液）やＨＦ系溶液を用いればよい。陽極除去工程により、図１（ｅ）に示す構成の半導体レンズ１が得られ、このような半導体レンズ１が得られた後には、個々の半導体レンズ１に分離するダイシング工程を行えばよい。 After the above-described anodizing process is completed, the porous portion 11 made of porous silicon is oxidized by a thermal oxidation method to form the cover portion 12 made of SiO ₂ (silicon dioxide) and the lens portion 13. Part / lens part forming step. By this cover part / lens part forming step, the cover part 12 is formed, and the lens part 13 which is formed of a part of the semiconductor substrate 10 excluding the cover part 12 and has a boundary surface with the cover part 12 as the lens surface 14 is formed. The Thereafter, an anode removing process for removing the anode 20 is performed. Here, as an etching solution for removing the anode 20 formed of an Al film or an Al—Si film, an alkaline solution (for example, an aqueous solution of KOH, NaOH, TMAH, etc.) or an HF solution may be used. The semiconductor lens 1 having the configuration shown in FIG. 1E is obtained by the anode removing process. After such a semiconductor lens 1 is obtained, a dicing process for separating the individual semiconductor lenses 1 may be performed.

以上述べた本実施形態の半導体レンズ１によれば、レンズ部１３のレンズ面１４がカバー部１２によって保護されているから、レンズ面１４の損傷を防止できる。また、ＳｉＯ_２からなるカバー部１２の屈折率は、Ｓｉからなるレンズ部１３の屈折率と空気の屈折率との間の値となるから、レンズ面１４での光の反射を低減できる。また、半導体基板１０における多孔質化した部位である多孔質部１１を酸化することでカバー部１２を形成し、このカバー部１２とレンズ部１３との境界面をレンズ面１４としているから、多孔質部１１を除去することによってレンズ部１３を形成する場合に比べてレンズ面１４を平坦化できる。また、レンズ部１３のレンズ面１４を露出させた後にレンズ部１３のレンズ面１４側にカバー部１２の基礎となる材料を堆積することでカバー部１２を形成するような場合に比べてレンズ部１３とカバー部１２との密着性を高めることができる。 According to the semiconductor lens 1 of the present embodiment described above, since the lens surface 14 of the lens portion 13 is protected by the cover portion 12, damage to the lens surface 14 can be prevented. Further, since the refractive index of the cover portion 12 made of SiO ₂ is a value between the refractive index of the lens portion 13 made of Si and the refractive index of air, reflection of light on the lens surface 14 can be reduced. Further, the porous portion 11 which is a porous portion in the semiconductor substrate 10 is oxidized to form the cover portion 12, and the boundary surface between the cover portion 12 and the lens portion 13 is used as the lens surface 14. The lens surface 14 can be flattened by removing the mass portion 11 as compared with the case where the lens portion 13 is formed. In addition, the lens unit 14 is formed in comparison with the case where the cover unit 12 is formed by depositing a material serving as the basis of the cover unit 12 on the lens surface 14 side of the lens unit 13 after exposing the lens surface 14 of the lens unit 13. The adhesion between the cover 13 and the cover 12 can be enhanced.

また、上述した本実施形態の半導体レンズ１の製造方法によれば、陽極形成工程にて形成する陽極２０と半導体基板１０との接触パターンにより陽極酸化工程において半導体基板１０に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、多孔質化工程にて形成する多孔質部１１の厚み方向の面内分布を制御することができて厚みを連続的に変化した多孔質部１１を形成することが可能であり、当該多孔質部１１をカバー部・レンズ部形成工程にて酸化することで所望のレンズ形状のレンズ部１３およびレンズ部１３のレンズ面１４を保護するカバー部１２を有する半導体レンズ１が形成されるから、任意形状で且つレンズ面１４が滑らかな半導体レンズ１を容易に形成することが可能になる。 Moreover, according to the manufacturing method of the semiconductor lens 1 of the present embodiment described above, the current density of the current flowing in the semiconductor substrate 10 in the anodizing process is determined by the contact pattern between the anode 20 formed in the anode forming process and the semiconductor substrate 10. Since the in-plane distribution is determined, the in-plane distribution in the thickness direction of the porous portion 11 formed in the porosification step can be controlled, and the porous portion 11 having a continuously variable thickness can be formed. The semiconductor lens 1 having the lens portion 13 having a desired lens shape and the cover portion 12 that protects the lens surface 14 of the lens portion 13 by oxidizing the porous portion 11 in the cover portion / lens portion forming step. Since it is formed, the semiconductor lens 1 having an arbitrary shape and a smooth lens surface 14 can be easily formed.

さらに、陽極形成工程では、陽極２０と半導体基板１０との接触がオーミック接触となるように陽極２０を形成しているので、陽極２０と半導体基板１０との間にショットキ障壁が生じることを防止できるから、陰極と陽極２０との間に電流を流す際にショットキ障壁によって電流が遮られることや、所望の電流値が得られなくなってしまうことを抑制できる。 Furthermore, in the anode forming step, the anode 20 is formed so that the contact between the anode 20 and the semiconductor substrate 10 is ohmic contact, so that a Schottky barrier can be prevented from being generated between the anode 20 and the semiconductor substrate 10. Therefore, it is possible to prevent the current from being interrupted by the Schottky barrier when the current is passed between the cathode and the anode 20 and that a desired current value cannot be obtained.

加えて、カバー部・レンズ部形成工程では、シリコン基板からなる半導体基板１０を多孔質化することによって形成した多孔質部１１を熱酸化法により酸化しており、熱酸化法では半導体基板を約１０００度に加熱するので、熱耐性および膜均一性が高いＳｉＯ_２からなるカバー部１２を形成することができるから、カバー部１２の透明性を高めることができて、高品質な半導体レンズ１を製造できる。 In addition, in the cover portion / lens portion forming step, the porous portion 11 formed by making the semiconductor substrate 10 made of a silicon substrate porous is oxidized by a thermal oxidation method. Since heating is performed at 1000 degrees, the cover portion 12 made of SiO ₂ having high heat resistance and high film uniformity can be formed. Therefore, the transparency of the cover portion 12 can be increased, and the high-quality semiconductor lens 1 can be obtained. Can be manufactured.

また、上述の半導体レンズ１の製造方法においては、多孔質化工程において半導体基板１０に流れる電流の電流密度の面内分布によってレンズ部１３のレンズ形状(本実施形態では、平凸型の非球面レンズにおける非球面の曲率半径やレンズ径)が決まるので、半導体基板１０の抵抗率や厚み、多孔質化工程にて用いる電解液の電気抵抗値や、半導体基板１０と陰極との間の距離、陰極の平面形状（半導体基板１０に対向配置した状態において半導体基板１０に平行な面内での形状）、陽極２０における円形状の開孔部２２の内径などを適宜設定することにより、レンズ形状を制御することができる。 Further, in the manufacturing method of the semiconductor lens 1 described above, the lens shape of the lens portion 13 (in the present embodiment, a plano-convex aspherical surface) is determined by the in-plane distribution of the current density of the current flowing through the semiconductor substrate 10 in the porous step. The radius of curvature and lens diameter of the aspherical surface of the lens are determined, so that the resistivity and thickness of the semiconductor substrate 10, the electrical resistance value of the electrolyte used in the porous process, the distance between the semiconductor substrate 10 and the cathode, By appropriately setting the planar shape of the cathode (the shape in a plane parallel to the semiconductor substrate 10 in a state of being opposed to the semiconductor substrate 10), the inner diameter of the circular aperture 22 in the anode 20, the lens shape is appropriately set. Can be controlled.

ここで、半導体基板１０の抵抗率としては、例えば、数Ωｃｍ〜数１００Ωｃｍ程度の範囲内で設定すればよく、抵抗率が小さいほど曲率半径の大きな緩やかな曲面からなるレンズ面１４を有するレンズ部１３を形成することができ、抵抗率が大きいほど曲率半径の小さな短焦点のレンズ部１３を形成できる。また、半導体基板１０の厚みが薄いほど曲率半径の小さな短焦点のレンズ部１３を形成することができ、厚みが厚いほど曲率半径の大きな緩やかな曲面からなるレンズ面１４を有するレンズ部１３を形成することができる。 Here, the resistivity of the semiconductor substrate 10 may be set, for example, within a range of about several Ωcm to several hundred Ωcm, and the lens unit having the lens surface 14 having a gently curved surface with a larger curvature radius as the resistivity is smaller. 13 can be formed, and as the resistivity increases, the short-focus lens portion 13 having a smaller radius of curvature can be formed. Further, as the semiconductor substrate 10 is thinner, the short focal lens portion 13 having a smaller radius of curvature can be formed, and as the thickness is increased, the lens portion 13 having the lens surface 14 having a gently curved surface having a larger radius of curvature is formed. can do.

また、電解溶液の電気抵抗値は、例えば、フッ化水素水溶液の濃度や、フッ化水素水溶液とエタノールとの混合比などを変えることにより調整することができるので、陽極２０の形状の他に、陽極２０の形状以外の条件（例えば、電解溶液の電気抵抗値）を適宜設定することによって、レンズ部１３のレンズ形状をより制御しやすくなる。 Moreover, since the electrical resistance value of the electrolytic solution can be adjusted by changing the concentration of the aqueous hydrogen fluoride solution, the mixing ratio of the aqueous hydrogen fluoride solution and ethanol, etc., in addition to the shape of the anode 20, By appropriately setting conditions other than the shape of the anode 20 (for example, the electric resistance value of the electrolytic solution), the lens shape of the lens unit 13 can be more easily controlled.

また、陰極の平面形状としては、例えば、半導体基板１０に対向配置した状態において、陽極２０の開孔部２２と中心線が一致する円形状の開孔部（図示せず）を有する平面形状としている。ここで、陰極の開孔部の内径は、陽極２０の開孔部２２の内径と必ずしも同じ値に設定する必要はなく、半導体基板１０の厚みや電解液の電気抵抗値や陰極と半導体基板１０との間の距離などを考慮して適宜設定すればよい。なお、陰極の平面形状は上述の例に限定されるものではない。 The planar shape of the cathode is, for example, a planar shape having a circular aperture (not shown) whose center line coincides with the aperture 22 of the anode 20 in a state of being opposed to the semiconductor substrate 10. Yes. Here, the inner diameter of the opening portion of the cathode is not necessarily set to the same value as the inner diameter of the opening portion 22 of the anode 20. The thickness of the semiconductor substrate 10, the electric resistance value of the electrolytic solution, the cathode and the semiconductor substrate 10 are not necessarily set. What is necessary is just to set suitably considering the distance between. The planar shape of the cathode is not limited to the above example.

また、その他に、レンズ部１３のレンズ形状を制御するパラメータとして、陽極酸化工程における陽極酸化の処理時間（上記所定時間）があり、処理時間が長く多孔質部１１の厚みが厚くなるほど、多孔質部１１において厚い部分の厚さと薄い部分の厚さとの差が大きくなって曲率半径の小さな曲面からなるレンズ面１４を形成でき、処理時間が短く多孔質部１１の厚みが薄くなるほど、多孔質部１１において厚い部分の厚さと薄い部分の厚さとの差が小さくなって曲率半径の大きな曲面からなるレンズ面１４を形成できる。 In addition, as a parameter for controlling the lens shape of the lens portion 13, there is an anodizing treatment time (the predetermined time) in the anodizing step, and the longer the treatment time, the thicker the porous portion 11 becomes, the more porous In the portion 11, the difference between the thickness of the thick portion and the thickness of the thin portion is increased so that the lens surface 14 having a curved surface with a small radius of curvature can be formed. As the processing time is shorter and the thickness of the porous portion 11 is reduced, the porous portion 11, the difference between the thickness of the thick portion and the thickness of the thin portion is reduced, and the lens surface 14 having a curved surface with a large curvature radius can be formed.

ところで、上述のカバー部・レンズ部形成工程では、熱酸化法により多孔質部１１を酸化するようにしているが、オゾンを用いた酸化法により多孔質部１１を酸化するようにしてもよい。ここで、オゾンを用いて多孔質部１１を酸化するにあたっては、１０〜１００％程度の濃度の高濃度オゾンの雰囲気下で半導体基板１０を３００℃〜６００℃程度に加熱すればよい。このようにすれば、欠陥の少ない緻密なカバー部１２を形成することができるから、カバー部１２の透明性を高めることができて、高品質な半導体レンズ１を製造できる。加えて、熱酸化法により多孔質部を酸化する場合に比べて低温で多孔質部１１の酸化処理を行えるから、レンズ部１３に生じる熱応力を低減できて、熱応力に起因するレンズ部１３の品質の劣化を抑制できる。 By the way, in the cover part / lens part forming step described above, the porous part 11 is oxidized by a thermal oxidation method, but the porous part 11 may be oxidized by an oxidation method using ozone. Here, when the porous portion 11 is oxidized using ozone, the semiconductor substrate 10 may be heated to about 300 ° C. to 600 ° C. in an atmosphere of high-concentration ozone having a concentration of about 10 to 100%. In this way, since the dense cover part 12 with few defects can be formed, the transparency of the cover part 12 can be increased, and the high-quality semiconductor lens 1 can be manufactured. In addition, since the porous portion 11 can be oxidized at a lower temperature than when the porous portion is oxidized by the thermal oxidation method, the thermal stress generated in the lens portion 13 can be reduced and the lens portion 13 caused by the thermal stress can be reduced. Quality deterioration can be suppressed.

また、高圧水蒸気酸化法により多孔質部１１を酸化するようにしてもよい。ここで、高圧水蒸気を用いて多孔質部１１を酸化するにあたっては、１〜１０ＭＰａ程度の高圧水蒸気の雰囲気下で半導体基板１０を３００℃程度に加熱すればよい。このようにすれば、欠陥の少ない緻密なカバー部１２を形成することができるから、カバー部１２の透明性を高めることができて、高品質な半導体レンズ１を製造できる。また、熱酸化法により多孔質部を酸化する場合に比べて低温で多孔質部１１の酸化処理を行えるから、レンズ部１３に生じる熱応力を低減できて、熱応力に起因するレンズ部１３の品質の劣化を抑制できる。また、オゾンを用いた酸化法により多孔質部１１を酸化する場合に比べて酸化処理する面積の広域化が容易であるという利点がある。また、安全性の点でも優れている。 Alternatively, the porous portion 11 may be oxidized by a high pressure steam oxidation method. Here, when oxidizing the porous part 11 using high-pressure steam, the semiconductor substrate 10 may be heated to about 300 ° C. in an atmosphere of high-pressure steam of about 1 to 10 MPa. In this way, since the dense cover part 12 with few defects can be formed, the transparency of the cover part 12 can be increased, and the high-quality semiconductor lens 1 can be manufactured. Further, since the porous portion 11 can be oxidized at a lower temperature than when the porous portion is oxidized by the thermal oxidation method, the thermal stress generated in the lens portion 13 can be reduced, and the lens portion 13 caused by the thermal stress can be reduced. Quality degradation can be suppressed. In addition, there is an advantage that the area to be oxidized can be easily widened compared with the case where the porous portion 11 is oxidized by an oxidation method using ozone. It is also excellent in terms of safety.

なお、陽極除去工程は必ずしも行う必要はなく、例えば、半導体レンズ１を赤外線用のレンズに用いる場合、陽極２０を残しておくことで、陽極２０をレンズ部１３以外の部位を赤外線が通過することを阻止する赤外線阻止部として利用することができる。 Note that the anode removal step is not necessarily performed. For example, when the semiconductor lens 1 is used for an infrared lens, the anode 20 is left so that infrared rays pass through the anode 20 through a portion other than the lens portion 13. It can be used as an infrared ray blocking unit for blocking

また、上述の製造方法では、陽極形成工程において円形状の開孔部２２が設けられた陽極２０を形成しているが、開孔部２２の形状を円形状ではなく長方形状の形状とすれば、半導体レンズ１として、平凸型のシリンドリカルレンズを形成することも可能である。 Further, in the above-described manufacturing method, the anode 20 provided with the circular opening 22 is formed in the anode forming step. However, if the shape of the opening 22 is a rectangular shape instead of a circle, As the semiconductor lens 1, a plano-convex cylindrical lens can be formed.

ところで、本実施形態の半導体レンズ１は、半導体基板１０の上記一表面側に形成されたカバー部１２と上記他表面側に形成されたレンズ部１３とを備えているが、カバー部１２におけるレンズ部１３側とは反対側の面側（図１（ｅ）における上面側）を半導体基板１０の他表面側、レンズ部１３におけるカバー部１２側とは反対の面側（図１（ｅ）における下面側）を半導体基板１０の一表面側として用いて、上述の半導体基板の製造工程を行うことによって、レンズ部１３におけるカバー部１２側とは反対の面側にもカバー部１２を形成することができ、これにより両面にレンズ面１４を有するレンズ部１３と、レンズ部１３の両レンズ面１４それぞれを保護する２つのカバー部１２とを備える半導体レンズ１を得ることができる。 By the way, the semiconductor lens 1 of the present embodiment includes the cover portion 12 formed on the one surface side of the semiconductor substrate 10 and the lens portion 13 formed on the other surface side. The surface side opposite to the portion 13 side (upper surface side in FIG. 1 (e)) is the other surface side of the semiconductor substrate 10, and the surface side opposite to the cover portion 12 side in the lens portion 13 (in FIG. 1 (e)). By using the lower surface side) as one surface side of the semiconductor substrate 10 and performing the above-described semiconductor substrate manufacturing process, the cover portion 12 is also formed on the side of the lens portion 13 opposite to the cover portion 12 side. Accordingly, the semiconductor lens 1 including the lens portion 13 having the lens surfaces 14 on both surfaces and the two cover portions 12 that protect the lens surfaces 14 of the lens portion 13 can be obtained.

（実施形態２）
本実施形態の半導体レンズ１は、図２（ｃ）に示すように、カバー部１２におけるレンズ部１３側とは反対側の面（図２（ｃ）における上面）がレンズ部１３のレンズ面１４に沿った形状となっている点で実施形態１と異なっている。 (Embodiment 2)
In the semiconductor lens 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 2C, the surface of the cover portion 12 opposite to the lens portion 13 side (upper surface in FIG. 2C) is the lens surface 14 of the lens portion 13. The second embodiment is different from the first embodiment in that it has a shape along the line.

以下に、本実施形態の半導体レンズ１の製造方法について図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。ただし、本実施形態の半導体レンズ１の製造方法は、多孔質化工程とカバー部・レンズ部形成工程のみが実施形態１と異なっているため、陽極形成工程および陽極除去工程およびダイシング工程については説明を省略する。 Below, the manufacturing method of the semiconductor lens 1 of this embodiment is demonstrated with reference to Fig.2 (a)-(c). However, since the manufacturing method of the semiconductor lens 1 of the present embodiment is different from the first embodiment only in the porous step and the cover / lens portion forming step, the anode forming step, the anode removing step, and the dicing step will be described. Is omitted.

本実施形態における多孔質化工程は、実施形態１における多孔質化工程と同様の工程であるが、陽極２０と陰極との間に通電する際には、陽極２０と陰極との間に流れる電流の電流密度が所定電流密度となるように陽極２０と陰極との間に電圧を印加し、時間経過に伴って電流密度を段階的に減少させている点で異なっている。 The porosification step in the present embodiment is the same step as the porosification step in the first embodiment. However, when energization is performed between the anode 20 and the cathode, the current flowing between the anode 20 and the cathode. The difference is that a voltage is applied between the anode 20 and the cathode so that the current density becomes a predetermined current density, and the current density is decreased stepwise with time.

すなわち、本実施形態における多孔質化工程では、時間経過に伴って電流密度を段階的に減少させることで半導体基板１０の多孔質化の速度および多孔度を低下させ、これにより、図２（ａ）に示すように、第１の多孔質層１１ａと第１の多孔質層１１ａより多孔度が高く第１の多孔質層１１ａよりも半導体基板１０の上記他表面から離れた第２の多孔質層１１ｂとを有する多孔質部１１を形成するようにしている。 That is, in the porosification step in the present embodiment, the current density is decreased stepwise with the passage of time, thereby reducing the porosification rate and the porosity of the semiconductor substrate 10. ), The second porous layer 11a is higher in porosity than the first porous layer 11a and the first porous layer 11a, and is farther from the other surface of the semiconductor substrate 10 than the first porous layer 11a. The porous portion 11 having the layer 11b is formed.

そして、この後に行う本実施形態におけるカバー部・レンズ部形成工程では、上述した熱酸化法、またはオゾンを用いた酸化法、または高圧水蒸気酸化法により多孔質部１１の各多孔質層１１ａ，１１ｂそれぞれを酸化し、これにより図２（ｂ）に示すように、酸化された第１の多孔質層１１ａからなる第１のカバー層１２ａと、酸化された第２の多孔質層１１ｂからなる第２のカバー層１２ｂとを有するカバー部１２を形成する。このように２つのカバー層１２ａ，１２ｂを有するカバー部１２を形成した後には、エッチング技術を利用して第２のカバー層１２ｂを除去することで、図２（ｃ）に示すように、第１のカバー層１２ａを露出させる。つまり、本実施形態では、第１の多孔質層１１ａをカバー部１２の基礎として用いており、酸化された第１の多孔質層１１ａからなる第１のカバー層１２ａのみがカバー部１２として用いられる。なお、第２のカバー層１２ｂを除去するエッチング液としては、濃度を薄くしたＨＦ系溶液を用いている。例えば、第１の多孔質層１１ａの多孔度が３０％、第２の多孔質層１１ｂの多孔度が７０％である場合には、体積比がＨＦ：Ｈ_２Ｏ＝１：１００であるようなＨＦ水溶液を用いればよい。 Then, in the cover / lens formation process in the present embodiment performed thereafter, the porous layers 11a and 11b of the porous portion 11 are formed by the thermal oxidation method, the oxidation method using ozone, or the high-pressure steam oxidation method. As shown in FIG. 2 (b), the first cover layer 12a made of the oxidized first porous layer 11a and the second cover layer made of the oxidized second porous layer 11b are thereby oxidized. The cover part 12 having two cover layers 12b is formed. After the cover portion 12 having the two cover layers 12a and 12b is formed as described above, the second cover layer 12b is removed by using an etching technique, as shown in FIG. One cover layer 12a is exposed. That is, in the present embodiment, the first porous layer 11a is used as the basis of the cover part 12, and only the first cover layer 12a made of the oxidized first porous layer 11a is used as the cover part 12. It is done. Note that an HF-based solution having a reduced concentration is used as an etching solution for removing the second cover layer 12b. For example, when the porosity of the first porous layer 11a is 30% and the porosity of the second porous layer 11b is 70%, the volume ratio seems to be HF: H ₂ O = 1: 100. A suitable HF aqueous solution may be used.

以上述べた本実施形態の半導体レンズ１およびその製造方法によれば、カバー部１２におけるレンズ部１３側とは反対側の面（図２（ｂ）における上面）をレンズ部１３のレンズ面１４に沿った形状にすることができるから（すなわち、カバー部１２における上記反対側の面とレンズ面１４とが略平行な面となるから）、例えば、レンズ部１３におけるカバー部１２側とは反対側の面（図２（ｂ）のける下面）から入射させた光を、カバー部１２に上記反対側の面で反射してしまうことを低減でき、その結果、カバー部１２による光の損失を抑制して取り出し効率を向上できる。 According to the semiconductor lens 1 and the manufacturing method thereof of the present embodiment described above, the surface of the cover portion 12 opposite to the lens portion 13 side (the upper surface in FIG. 2B) is the lens surface 14 of the lens portion 13. For example, the lens portion 13 is opposite to the cover portion 12 side, for example, because the opposite surface of the cover portion 12 and the lens surface 14 are substantially parallel to each other. It is possible to reduce the incident light from the surface (the lower surface in FIG. 2B) from being reflected by the surface on the opposite side to the cover part 12, and as a result, the light loss by the cover part 12 is suppressed. Thus, the extraction efficiency can be improved.

ところで、図２（ｃ）に示す半導体レンズ１では、多孔度の異なる２つの多孔質層１１ａ，１１ｂを形成することで、酸化された多孔質層１１ａ，１１ｂからなるカバー層１２ａ，１２ｂを有するカバー部１２の表面側（第２のカバー層１２ｂ）を除去するようにしているが、多孔度の異なる複数の多孔質層を形成した後にこれらそれぞれを酸化することで、屈折率の異なる複数のカバー層を有するカバー部１２を形成して、複数のカバー層の屈折率を適宜設定することによってカバー部１２に光学的な機能を持たせるようにしてもよい。 By the way, the semiconductor lens 1 shown in FIG. 2C has cover layers 12a and 12b made of oxidized porous layers 11a and 11b by forming two porous layers 11a and 11b having different porosities. Although the surface side (second cover layer 12b) of the cover portion 12 is removed, a plurality of porous layers having different porosities are formed and then oxidized to form a plurality of different refractive indexes. The cover portion 12 having the cover layer may be formed, and the cover portion 12 may have an optical function by appropriately setting the refractive indexes of the plurality of cover layers.

以下に、屈折率が異なる複数のカバー層を有するカバー部１２を備えた半導体レンズ１の製造方法について説明する。なお、このような半導体レンズ１の製造方法は、多孔質化工程とカバー部・レンズ部形成工程のみが実施形態１と異なっているため、陽極形成工程および陽極除去工程およびダイシング工程については説明を省略する。 Below, the manufacturing method of the semiconductor lens 1 provided with the cover part 12 which has several cover layers from which a refractive index differs is demonstrated. In addition, since the manufacturing method of such a semiconductor lens 1 is different from the first embodiment only in the porous step and the cover / lens portion forming step, the anode forming step, the anode removing step, and the dicing step will be described. Omitted.

多孔質化工程では、時間経過に伴って電流密度を段階的に変化させることで半導体基板１０の多孔質化の速度および多孔度を増減させ（電流密度を増加させれば、多孔質化の速度および多孔度を増加でき、電流密度を低下させれば、多孔質化の速度および多孔度を低下できる）、これにより、複数の多孔度が異なる多孔質層（図示せず）を有する多孔質部１１を形成する。そして、この後に行うカバー部・レンズ部形成工程において、熱酸化法などにより多孔質部１１の各多孔質層それぞれを酸化し、これにより酸化された多孔質層からなる屈折率が異なる複数のカバー層を有するカバー部１２を形成する。ここで、各カバー層の屈折率は、それぞれの基礎となる多孔質層の多孔度に依存し、多孔度が低くなればなるほどカバー層の屈折率が空気の屈折率よりもレンズ部１３の屈折率（多孔度が高くなればなるほどカバー層の屈折率がレンズ部１３の屈折率よりも空気の屈折率）に近づくので、多孔質層の形成時に多孔度を調整しておくことにより所望の屈折率を有するカバー層を形成することができる。 In the porosification step, the current density is changed stepwise with time, thereby increasing or decreasing the porosity and porosity of the semiconductor substrate 10 (if the current density is increased, the porosity is increased). And the porosity can be increased, and if the current density is decreased, the rate of porosity and the porosity can be decreased), thereby a porous part having a plurality of porous layers (not shown) having different porosity 11 is formed. Then, in the cover / lens portion forming process to be performed later, each porous layer of the porous portion 11 is oxidized by a thermal oxidation method or the like, and thereby a plurality of covers having different refractive indexes made of the oxidized porous layer A cover portion 12 having a layer is formed. Here, the refractive index of each cover layer depends on the porosity of the underlying porous layer, and the lower the porosity, the higher the refractive index of the cover layer than the refractive index of air. Since the refractive index of the cover layer becomes closer to the refractive index of air (the refractive index of air than the refractive index of the lens portion 13 as the porosity increases), the desired refraction can be achieved by adjusting the porosity when forming the porous layer. A cover layer having a rate can be formed.

以上述べた半導体レンズ１の製造方法によれば、屈折率の異なる複数のカバー層を有するカバー部１２を形成できるから、カバー部１２の各カバー層の屈折率を適宜設定することによって、カバー部１２に光学的な機能を持たせることができる。例えば、屈折率が異なるカバー層を交互に有するカバー部１２を形成することによって、カバー部１２に周波数選択フィルタとしての機能を持たせることができる。 According to the manufacturing method of the semiconductor lens 1 described above, since the cover portion 12 having a plurality of cover layers having different refractive indexes can be formed, the cover portion can be formed by appropriately setting the refractive index of each cover layer of the cover portion 12. 12 can have an optical function. For example, by forming the cover portions 12 having alternately the cover layers having different refractive indexes, the cover portion 12 can have a function as a frequency selection filter.

また、複数の多孔質層の多孔度を、レンズ部１３のレンズ面１４から離れたものほど高く設定するようにすれば、カバー部１２においてはレンズ部１３から離れたカバー層ほど屈折率が空気に近い屈折率となるから、例えば、カバー部１２による赤外線の反射を抑制でき、カバー部１２に無反射コート（ＡＲコート）としての機能を持たせることができる。 Further, if the porosity of the plurality of porous layers is set higher as the distance from the lens surface 14 of the lens portion 13 increases, the refractive index of the cover layer 12 in the cover layer 12 increases as the cover layer is further away from the lens portion 13. Therefore, for example, reflection of infrared rays by the cover portion 12 can be suppressed, and the cover portion 12 can have a function as a non-reflective coating (AR coating).

実施形態１の半導体レンズの製造方法の説明図である。6 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the semiconductor lens of Embodiment 1. FIG. 実施形態２の半導体レンズの製造方法の説明図である。6 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a semiconductor lens of Embodiment 2. FIG.

Explanation of symbols

１半導体レンズ
１０半導体基板
１１多孔質部
１１ａ第１の多孔質層
１１ｂ第２の多孔質層
１２カバー部
１２ａ第１のカバー層
１２ｂ第２のカバー層
１３レンズ部
１４レンズ面
２０陽極
２１導電性層
２２開孔部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor lens 10 Semiconductor substrate 11 Porous part 11a 1st porous layer 11b 2nd porous layer 12 Cover part 12a 1st cover layer 12b 2nd cover layer 13 Lens part 14 Lens surface 20 Anode 21 Conductivity Layer 22 opening

Claims

A semiconductor lens formed by using a semiconductor substrate, the plane distribution of the semi-conductor substrate of silicon substrate made porous from the one surface in accordance with the shape of the desired lens surface thickness from said one surface a cover portion made of a multi-porous layer of silicon dioxide that will be formed by the porous portion continuously changing after forming oxidizing the porous portion, the cover made from the site of the semiconductor substrate excluding the cover portion interface between parts is a method of manufacturing a semiconductor lens that has a lenses unit consisting of silicon that have a lens surface made of songs plane determined by the plane distribution, the desired other surface side of the semiconductor substrate An anode forming step of forming an anode with a contact pattern designed with the semiconductor substrate according to the shape of the lens surface, and energization between the cathode and the anode disposed opposite to the one surface side of the semiconductor substrate in the electrolyte Forming a porous portion as a base of the cover portion on the one surface side of the semiconductor substrate by making a portion of the semiconductor substrate porous, and oxidizing the porous portion to cover the cover portion the method of manufacturing a semiconductor lens, characterized in that you are a cover portion, the lens portion forming step of forming a lens portion so as to form.

Wherein the anode formation step, the manufacturing method according to claim 1 semiconductor lens according to contact between the anode and the semiconductor substrate and forming an anode such that the ohmic contact.

Wherein the cover portion, the lens portion forming step, the manufacturing method of the semi-conductor lens according to claim 1 or 2, wherein the thermal oxidation method you characterized by oxidizing the porous portion.

In the cover unit lens portion forming step, the manufacturing method according to claim 1 or 2 Symbol mounting semiconductor lens characterized that you oxidizing the porous portion by the oxidation method using ozone.

Wherein the cover portion, the lens portion forming step, the manufacturing method according to claim 1 or 2 Symbol mounting semiconductor lens is characterized by oxidizing the porous portion by high pressure steam oxidation method.

In the porosification step, a porous part having a plurality of porous layers having different porosities is formed by changing a current density when energizing between the cathode and the anode with time, and the cover the part-lens forming step, preceding claims refractive index composed of a porous layer oxidized by oxidizing a porous portion is characterized that you form a cover portion having a plurality of different cover layers method of any one Kouki mounting semiconductor lens of.

In the anodic oxidation step, by changing the current density when energizing between the cathode and the anode with the passage of time, the first porous layer and the first porous layer that are the basis of the cover part A porous portion having a high porosity and a second porous layer that is further away from the other surface of the semiconductor substrate than the first porous layer, and in the cover portion / lens portion forming step, the porous portion claim, characterized in that exposing the first cover part composed of a porous layer oxidized by removing the second porous layer of the porous layer parts were oxidized after oxidation 1-5 method of any one Kouki mounting semiconductor lens of.