CN107068782A - 半导体装置以及半导体装置的制造方法 - Google Patents

半导体装置以及半导体装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够比以往准确地进行UV－A波与UV－B波的分离的半导体装置以及其制造方法。半导体装置包括一对光电变换元件，输出与接受到的光的强度对应的光电流；以及第一滤光膜，被设置在上述一对光电变换元件中的一方的光入射侧，并通过交替地层叠折射率彼此不同的高折射率层以及低折射率层而构成，且使紫外线所包含的UV－A波以及UV－B波中的任意一方以比另一方高的透过率透过。

Description

半导体装置以及半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体装置以及半导体装置的制造方法。
背景技术
今日，伴随着臭氧层的破坏所造成的紫外线的照射量的增加，人们担心太阳光所包含的紫外线给人体、环境带来的影响。
紫外线被分类为长波紫外线(UV－A波：波长约320～400nm)、中波紫外线(UV－B波：波长约280～320nm)、以及短波紫外线(UV－C波：波长约280nm以下)，根据这些波长区域，对人体、环境带来的影响不同。UV－A波成为使皮肤黑化，并到达真皮而成为老化的原因。UV－B波有可能使皮肤发炎，诱发皮肤癌。UV－C波有较强的杀菌作用，但UV－C波被臭氧层吸收，不会到达地上。
保护人体并迅速地报告每天的紫外线的照射量是重要的课题，1995年导入了作为紫外线量的指标的UV指数。UV指数作为对人体造成影响的相对影响度，能够使用由CIE(Commission Internationale de l’Eclairage：国际照明委员会)定义的CIE作用光谱来计算。
专利文献1中，为了使UV指数的导出变得容易，提出一种能够分离UV－A波和UV－B波这2个波长区域的紫外线的量来进行检测的紫外线受光元件。该紫外线受光元件具备形成在绝缘层上的3nm以上且36nm以下的厚度的硅半导体层、形成在该硅半导体层的横型PN接合形式的第一光电二极管以及第二光电二极管、形成在硅半导体层上的层间绝缘膜、使形成在第一光电二极管上的层间绝缘膜上的UV－B波以上的波长区域的光透过的由氮化硅构成的第一过滤层、和使形成在第二光电二极管上的层间绝缘膜上的UV－A波以上的波长区域的光透过的由氮化硅构成的第二过滤层。
专利文献2中记载了一种具备形成在一个光电二极管上的层间绝缘膜上的、使UV－A波以上的波长区域透过的由硅氮化膜构成的过滤膜、和覆盖另一个光电二极管上的层间绝缘膜以及过滤膜的使UV－B波以上的波长区域的光透过的密封层的紫外线传感器。
专利文献3记载了一种在受光元件的受光面侧具有使UV－A波和UV－B波透过的滤光片，该滤光片由低折射率材料和高折射率材料交替地层叠的多层膜构成的紫外线传感器。
专利文献1：日本特开2008－251709号公报
专利文献2：日本特开2009－176835号公报
专利文献3：国际公开第2012/137539号小册子
在专利文献1和2中，由单层的硅氮化膜构成遮挡UV－A波和UV－B波中的UV－B波并使UV－A波透过的滤光片。
此处，图1是表示在紫外线传感器上形成由单层的硅氮化膜构成的滤光片的情况下的该紫外线传感器的分光灵敏度特性的图表，是由本发明人获取的。图1示出将硅氮化膜(SiN)的厚度设为100nm以及200nm的情况以及不设置硅氮化膜的情况。
如图1所示，通过设置由单层的硅氮化膜构成的过滤膜，不仅UV－B波(波长约280～320nm)，连UV－A波(波长约320～400nm)的灵敏度也降低。即，认为根据由单层的硅氮化膜构成的过滤膜不同，准确地进行UV－A波和UV－B波的分离较困难。
发明内容
本发明是鉴于上述的点而完成的，其目的在于提供一种能够比以往准确地进行UV－A波与UV－B波的分离的半导体装置及其制造方法。
本发明所涉及的半导体装置包括：一对光电变换元件，输出与接受到的光的强度对应的光电流；以及第一滤光膜，被设置在上述一对光电变换元件中的一方的光入射侧，并通过交替地层叠折射率彼此不同的高折射率层以及低折射率层而构成，且使紫外线所包含的UV－A波以及UV－B波中的任意一方以比另一方高的透过率透过。
本发明所涉及的半导体装置的制造方法包括：在半导体层形成一对光电变换元件的工序；以及形成第一过滤膜的工序，上述第一过滤膜通过在上述一对光电变换元件中的一方的光入射侧交替地层叠折射率彼此不同的高折射率层以及低折射率层而构成，并使UV－A波以及UV－B波中的任意一方以比另一方高的透过率透过。
根据本发明所涉及的半导体装置以及其制造方法，能够比以往准确地进行UV－A波与UV－B波的分离。
附图说明
图1是表示在紫外线传感器上形成由硅氮化膜构成的滤光片的情况下的紫外线传感器的分光灵敏度特性的图表。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的结构的剖视图。
图3是表示通过模拟求出本发明的实施方式所涉及的滤光片的透过率的波长特性的结果的图表。
图4A是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造方法的剖视图。
图4B是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造方法的剖视图。
图4C是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造方法的剖视图。
图5A是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造方法的剖视图。
图5B是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造方法的剖视图。
图6A是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造方法的剖视图。
图6B是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造方法的剖视图。
图7是表示本发明的实施方式所涉及的信号处理系统的结构的一个例子的电路框图。
图8是表示本发明的实施方式所涉及的MCU进行的UV指数的计算顺序的流程图。
图9是表示本发明的实施方式所涉及的第一以及第二光电二极管的分光灵敏度特性的实测值的图表。
图10是表示通过模拟求出本发明的实施方式所涉及的过滤膜中，使高折射率层以及低折射率层的层数变化的情况下的透过率的波长特性的结果的图表。
图11是表示本发明的其它实施方式所涉及的半导体装置的结构的剖视图。
图12是表示本发明的其它实施方式所涉及的半导体装置的结构的剖视图。
图13是表示本发明的其它实施方式所涉及的MCU进行的UV指数的计算顺序的流程图。
图14是表示本发明的其它实施方式所涉及的MCU进行的UV指数的计算顺序的流程图。
图15是表示本发明的其它实施方式所涉及的半导体装置的结构的剖视图。
图16A是表示通过模拟求出不具备厚膜层的本发明的第一实施方式所涉及的过滤膜的透过率以及反射率的波长特性的结果的图表。
图16B是表示通过模拟求出具备厚膜层的本发明的第四实施方式所涉及的过滤膜的透过率以及反射率的波长特性的结果的图表。
符号说明
10…基板层；20…第一光电二极管；30…第二光电二极管；40、50…过滤膜；41、51…高折射率层；42、52…低折射率层；100、101、102…半导体装置
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式的一个例子进行说明。此外，在各附图中同一或者等效的构成要素以及部分附加同一参照符号，重复的说明适当省略。
[第一实施方式]
图2是表示构成本发明的实施方式所涉及的紫外线传感器的半导体装置100的结构的剖视图。半导体装置100包括形成在层叠基板层10、绝缘体层11以及半导体层12而成的SOI基板的半导体层12上的第一光电二极管20以及第二光电二极管30。第一光电二极管20以及第二光电二极管30是输出与照射的紫外线的强度对应的光电流的光电变换元件。第一光电二极管20以及第二光电二极管30通过包围这些的外周的由SiO2等绝缘体构成的元件分离部13而相互绝缘。第一光电二极管20以及第二光电二极管30中间夹着元件分离部13地邻接设置。
第一光电二极管20包括由比较高的杂质浓度的n型半导体构成的阴极22、由比较高的杂质浓度的p型半导体构成的阳极23、以及设置在阴极22与阳极23之间的由比较低的杂质浓度的p型半导体构成的低浓度区域21。低浓度区域21是第一光电二极管20中的主要的受光区域，其厚度比阴极22以及阳极23薄，例如为36nm以下。这样，通过将成为受光区域的低浓度区域21的厚度设为36nm以下，第一光电二极管20能够使对比包括UV－A波以及UV－B波的紫外线的波长大的波长的光的灵敏度降低，作为紫外线传感器而能够具备适合的分光灵敏度特性。
第二光电二极管30具有与第一光电二极管20同样的构成。即，第二光电二极管30包括由比较高的杂质浓度的n型半导体构成的阴极32、由比较高的杂质浓度的p型半导体构成的阳极33、以及设置在阴极32与阳极33之间的由比较低的杂质浓度的p型半导体构成的低浓度区域31。低浓度区域31是第二光电二极管30中的主要的受光区域，其厚度比阴极32以及阳极33薄，例如为36nm以下。
第一光电二极管20以及第二光电二极管30被由SiO2等绝缘体构成的绝缘体层14覆盖。可以在绝缘体层14的内部设置多个布线层。在布线层的层数例如为4层的情况下，绝缘体层14的厚度为4μm左右。
在绝缘体层14的表面设置有覆盖第一光电二极管20的上方的过滤膜40。即，过滤膜40被设置在第一光电二极管20的光入射侧。在本实施方式中，过滤膜40具有以比UV－B波高的透过率使UV－A波透过的波长选择性。换言之，过滤膜40具有以比UV－A波高的反射率使UV－A波以及UV－B波中的UV－B波反射的波长选择性。
过滤膜40具有交替地层叠折射率相对高的高折射率层41、和折射率相对低的低折射率层42的层叠结构。在本实施方式中，如图2所示，使高折射率层41与绝缘体层14邻接，并且将高折射率层41的层数设为5层、将低折射率层42的层数设为4层，但并不限于该结构。即，也可以使低折射率层42与绝缘体层14邻接，也可以适当地变更高折射率层41以及低折射率层42的层数。
优选高折射率层41与低折射率层42的折射率差为0.4以上，高折射率层41的折射率为2以下。作为低折射率层42的材料，能够优选使用折射率1.4左右的硅氧化膜(SiO2)。作为高折射率层41的材料，能够优选使用折射率1.8左右的硅氮化膜(Si3N4)。
若将高折射率层41的折射率设为n1、将低折射率层42的折射率设为n2、将过滤膜40的透过率相对低的UV－B波的中心波长设为λcb(约300nm)，则优选分别将高折射率层41的层厚d1以及低折射率层42的层厚d2的标准值规定为满足下述的(1)式以及(2)式。
n1·d1＝λcb/4 …(1)
n2·d2＝λcb/4 …(2)
即，以高折射率层41以及低折射率层42各自中的光路长成为UV－B波的中心波长λcb的四分之一的方式构成过滤膜40。通过将高折射率层41的层厚d1以及低折射率层42的层厚d2规定为满足(1)式以及(2)式，入射至过滤膜40并在高折射率层41与低折射率层42的界面被反射的UV－B波一方面相位一致而互相增强，另一方面向透过方向前进的UV－B波衰减。即，根据具有上述的结构的过滤膜40，能够具备以比UV－B波高的透过率使UV－A波透过的波长选择性。换言之，能够具备将对UV－B波的透过率抑制为规定值以下的波长选择性。
此外，在将UV－B波的中心波长λcb设为300nm、将高折射率层41的折射率n1设为1.8、将低折射率层42的折射率n2设为1.4的情况下，高折射率层41的层厚d1的标准值根据上述(1)式计算为41.6nm，低折射率层42的层厚d2的标准值根据上述(2)式计算为53.6nm。
在将过滤膜40的透过率相对低的UV－B波的波长λb的范围设为λb1≤λb≤λb2时(λb1约为280nm，λb2约为320nm)，优选分别将高折射率层41的层厚d1的范围以及低折射率层42的层厚d2的范围规定为满足下述的(3)式以及(4)式。
λb1/(4·n1)≤d1≤λb2/(4·n1) …(3)
λb1/(4·n2)≤d2≤λb2/(4·n2) …(4)
通过如上述那样规定高折射率层41的层厚d1的范围以及低折射率层42的层厚d2的范围，从而在过滤膜40中有效地发挥将对UV－B波的透过率抑制为规定值以下的过滤功能。
此处，图3是表示针对使低折射率层42的层厚50μm固定、将高折射率层41的层厚设为40μm、45μm、50μm的情况的各种情况，通过模拟求出过滤膜40的透过率的波长特性的结果的图表。此外，将高折射率层41的折射率设为1.8、将低折射率层42的折射率设为1.4。
如图3所示，确认出在将高折射率层41的层厚设为40μm、45μm、50μm的各个情况下，在过滤膜40中，不会损害UV－A波的波长区域(320nm～400nm)中的透过率，而能够减少UV－B波的波长区域(280nm～320nm)中的透过率。另外，确认出通过增大高折射率层41的层厚，利用过滤膜40将透过率抑制为规定值以下的波长移位到长波长侧。
在本实施方式所涉及的半导体装置100中，在第二光电二极管30的光入射侧不设置过滤膜。即，第二光电二极管30接受UV－A波以及UV－B波这双方。
以下，对本实施方式所涉及的半导体装置100的制造方法进行说明。图4A～图4C、图5A、图5B、图6A、图6B是表示半导体装置100的制造方法的一个例子的剖视图。
首先，准备层叠基板层10、绝缘体层11以及半导体层12而成的SOI基板1(图4A)。在本实施方式中，半导体层12由p型的硅构成。接着，以半导体层12成为第一以及第二光电二极管20、30的低浓度区域21、31中的杂质浓度的方式实施离子注入处理。
接下来，在半导体层12形成包围第一光电二极管20以及第二光电二极管30的形成区域的元件分离部13(图4B)。元件分离部13可以使用例如公知的STI(Shallow TrenchIsolation：浅沟道隔离)工序来形成。STI工序包括在半导体层12形成到达绝缘体层11的槽的工序、在该槽中埋入SiO2等绝缘体的工序以及通过CMP(Chemical MechanicalPolishing:化学机械抛光)除去堆积在半导体层12的表面的不需要的绝缘体的工序。此外，也可以利用公知的LOCOS法(Local Oxidation of Silicon：硅局部氧化隔离)形成元件分离部13。
接下来，通过局部地蚀刻半导体层12而在与第一以及第二光电二极管20、30的低浓度区域21、31对应的区域分别形成凹部12A。由此，将与半导体层12的低浓度区域21、31对应的区域中的厚度薄化至36nm左右(图4C)。通过使与低浓度区域21、31对应的区域的厚度为36nm以下，从而能够在第一以及第二光电二极管20、30中，使对比包括UV－A波以及UV－B波的紫外线的波长大的波长的光的灵敏度降低，作为紫外线传感器而能够获得适合的分光灵敏度特性。
接下来，利用公知的离子注入法，将磷或者砷等V族元素注入半导体层12来形成第一以及第二光电二极管20、30的阴极22、32。之后，利用公知的离子注入法，将硼等III族元素注入半导体层12，来形成第一以及第二光电二极管20、30的阳极23、33。在第一光电二极管20中，低浓度区域21被配置在凹部12A的形成位，阴极22和阳极23被配置在夹着低浓度区域21的位置上。在第二光电二极管30中低浓度区域31被配置在凹部12A的形成位，阴极32和阳极33被配置在夹着低浓度区域31的位置上(图5A)。
接下来，使用CVD法在形成有第一以及第二光电二极管20、30的半导体层12的表面形成由SiO2等绝缘体构成的绝缘体层14(图5B)。也可以在绝缘体层14的内部设置多个布线层。布线层的层数例如为4层的情况下，绝缘体层14的厚度为4μm左右。
接下来，在绝缘体层14的表面交替地层叠高折射率层41和低折射率层42来形成过滤膜40(图6A)。
高折射率层41能够例如由利用使用了SiH4(硅烷)以及NH3(氨气)作为材料气体的等离子体CVD法所形成的硅氮化膜(Si3N4)构成。通过控制SiH4的流量，能够控制高折射率层41的折射率。在本实施方式中，通过将SiH4的流量设为1.69×10－2Pa·m3/sec、将NH3的流量设为1.27×10－1Pa·m3/sec，使由硅氮化膜构成的高折射率层41的折射率为1.8左右。
低折射率层42能够由利用使用了TEOS(Tetraethyl orthosilicate：硅酸四乙酯)以及O2(氧)作为材料气体的等离子体CVD法形成的硅氧化膜(SiO2)构成。由硅氧化膜构成的低折射率层42的折射率为1.4左右。
高折射率层41的层厚d1以及低折射率层42的层厚d2分别以满足上述的(3)式以及(4)式的方式形成高折射率层41以及低折射率层42。由此，形成具备将对UV－B波的透过率抑制为规定值以下的波长选择性的过滤膜40。
接下来，通过蚀刻，以除去覆盖过滤膜40的第二光电二极管30上的部分的方式进行过滤膜40的图案化(图6B)。此外，也可以利用剥离法进行过滤膜40的图案化。
图7是表示基于从第一以及第二光电二极管20、30输出的光电流来导出UV指数的、本发明的实施方式所涉及的信号处理系统的结构的一个例子的电路框图。信号处理系统构成为包括运算放大器(运算放大器)201、203、电阻元件202、204、多路分配器205、模拟数字变换器206、接口电路207以及微型控制单元208(以下，称为MCU208)。此外，这些构成信号处理系统的各电路可以与第一以及第二光电二极管20、30一起收容在单一的半导体晶片内。
从第一光电二极管20输出的光电流通过构成为包括运算放大器201以及电阻元件202的电流电压变换放大器211被变换为电压。即，从电流电压变换放大器211输出与从第一光电二极管20输出的光电流的大小成比例的大小的电压。
同样地，从第二光电二极管30输出的光电流通过构成为包括运算放大器203以及电阻元件204的电流电压变换放大器212被变换为电压。即，从电流电压变换放大器212输出与第二光电二极管30输出的光电流的大小成比例的大小的电压。
多路分配器205将从电流电压变换放大器211、212输出的电压依次供给给模拟数字变换器206。
模拟数字变换器206将从多路分配器205供给的电压变换为数字信号。即，模拟数字变换器206生成与从第一光电二极管20输出的光电流对应的数字值D1以及与从第二光电二极管30输出的光电流对应的数字值D2。数字值D1表示通过过滤膜40除去了UV－B波成分的紫外线的强度。换言之，数字值D1表示主要包含UV－A波的紫外线的强度。另一方面，数字值D2表示包含UV－A波以及UV－B波这双方的紫外线的强度。模拟数字变换器206将数字值D1以及D2经由接口电路207供给给MCU208。
MCU208基于经由接口电路207供给的数字值D1以及D2按照以下所示的顺序计算UV指数IUV。图8是表示MCU208进行的UV指数IUV的计算顺序的流程图。
在步骤S1中，MCU208通过从数字值D2减去数字值D1来导出数字值D3(D3＝D2－D1)。数字值D3表示主要包含UV－B波的紫外线的强度。
在步骤S2中，MCU208计算下述的(5)式所示的UV指数的UV－A波成分IUVA。
IUVA＝c1×6.68×10－4×D1 …(5)
在步骤S3中，MCU208计算下述的(6)式所示的UV指数的UV－B波成分IUVB。
IUVB＝c2×3.08×10－3×D3 …(6)
此外，在(5)式以及(6)式中，c1以及c2是根据运算放大器201、203的性能以及第一以及第二光电二极管20、30的面积所规定的常量。
在步骤S4中，MCU208计算下述的(7)式所示的UV指数IUV。IUV＝IUVA+IUVB…(7)
图9是表示被过滤膜40覆盖的第一光电二极管20以及未被过滤膜覆盖的第二光电二极管30的分光灵敏度特性的实测值的图表。此外，由厚度50nm的硅氮化膜(Si3N4)构成高折射率层41，由厚度50nm的硅氧化膜(SiO2)构成低折射率层42。另外，将高折射率层41的层数设为5层，将低折射率层42的层数设为4层。
如图9所示，在光入射侧设置有过滤膜40的第一光电二极管20中，对UV－A波的灵敏度与未设置过滤膜的第二光电二极管30相同。另一方面，在第一光电二极管20中，对UV－B波的灵敏度与第二光电二极管30相比显著地降低。即，通过设置过滤膜40，能够以比UV－B波高的透过率使UV－A波透过。通过这样由层叠膜构成过滤膜40，能够在UV－A波和UV－B波中的一个波长区域中使波形为等同的形状，而在另一个波长区域中较大地不同，并利用简单的减法处理求出所希望的UV指数。结果为，即使是例如能够以低消耗电力驱动的小型的微处理器也能够进行迅速的处理，也能够进行手表等可佩戴设备的动作。
从以上的说明可知，在本实施方式所涉及的半导体装置100中，过滤膜40通过交替地层叠以满足上述的(3)式以及(4)式的层厚所形成的高折射率层以及低折射率层而构成。由此，过滤膜40能够具备以比UV－B波高的透过率使UV－A波透过的波长选择性。比较图1和图8可知，根据本实施方式所涉及的过滤膜40，与由单层的硅氮化膜构成的以往的过滤膜相比较，能够大幅度地改善波长选择性。即，根据本发明的实施方式所涉及的半导体装置100及其制造方法，能够比以往准确地进行UV－A波与UV－B波的分离。
另外，通过将高折射率层41与低折射率层42的折射率差设为0.4以上，能够充分地发挥过滤膜40使UV－B波反射的功能。另外，通过将高折射率层41的折射率设为2以下，能够确保UV－A波的透过率。
此处，图10是表示通过模拟求出使构成过滤膜40的高折射率层41以及低折射率层42的层数变化的情况下的、过滤膜40中的透过率的波长特性的结果的图表。如图10所示，越使构成过滤膜40的高折射率层41以及低折射率层42的层数增加，UV－B波的波长区域中的透过率越降低。即，在本实施方式所涉及的半导体装置100中，通过使高折射率层41以及低折射率层42的层数变化，能够使对UV－B波的灵敏度增减。
本实施方式所涉及的半导体装置100由于第一以及第二光电二极管20、30中仅第一光电二极管20被过滤膜40覆盖，所以伴随着高折射率层41以及低折射率层42的层数的增加，半导体层12产生的形变(应力)变大，有可能对第一以及第二光电二极管20、30的特性造成影响。根据本实施方式所涉及的半导体装置100，由于通过从基于第二光电二极管30的光电流的数字值D2减去基于第一光电二极管20的光电流的数字值D1来导出主要包括UV－B波的紫外线的强度，所以即使高折射率层41以及低折射率层42的层数比较少(例如5层～10层)的情况下，也能够有效地进行UV－A波与UV－B波的分离，并能够避免上述的半导体层12产生的形变(应力)的问题。
此外，在本实施方式中，例示出将以比UV－B波高的透过率使UV－A波透过的过滤膜40设置在第一光电二极管20的光入射侧的情况，但并不限于该方式。即，也可以将以比UV－A波高的透过率使UV－B波透过的过滤膜设置在第一光电二极管20的光入射侧。该情况下，依照上述的(3)式以及(4)式来设定构成过滤膜的高折射率层以及低折射率层的层厚。另外，在(3)式以及(4)式中，分别将λb1以及λb2设为UV－A波的波长的下限值(320nm)以及上限值(400nm)。另外，在使用以比UV－A波高的透过率使UV－B波透过的过滤膜的情况下，计算UV指数时，在上述的(5)式以及(6)式之间更换数字值D1和D3。
另外，在本实施方式中，例示出使用硅氮化膜作为高折射率层41的情况，但也可以使用HfO2(氧化铪)作为高折射率层41。
[第二实施方式]
图11是表示本发明的第二实施方式所涉及的半导体装置101的结构的剖视图。对于第二实施方式所涉及的半导体装置101，过滤膜40的侧面被遮挡紫外线的遮光膜60覆盖这一点与上述的第一实施方式所涉及的半导体装置100不同。作为遮光膜60的材料，能够优选使用例如TiN(氮化钛)，但也可以使用遮挡紫外线的其它材料。
遮光膜60能够例如如以下那样操作来形成。此外，在以下的说明中，例示使用TiN作为遮光膜60的材料的情况。在过滤膜40的图案化完成后，利用溅射法等使绝缘体层14的上面、过滤膜40的上面以及侧面堆积TiN。之后，通过干式蚀刻除去覆盖TiN的绝缘体层14的上面的部分以及覆盖过滤膜40的上面的部分。在该蚀刻中，覆盖TiN的过滤膜40的侧面的部分未被除去而留下。由此，形成覆盖过滤膜40的侧面的遮光膜60。
通过这样利用遮挡紫外线的遮光膜60覆盖过滤膜40的侧面，从而入射到过滤膜40的内部的紫外线因折射以及反射而放射到过滤膜40的外部，能够防止入射到邻接的第二光电二极管30。另外，通过在过滤膜40的侧面设置遮光膜60，能够防止来自过滤膜40的侧面的紫外线的入射，也可以有效地发挥过滤膜40的过滤功能。
另外，根据本发明的第二实施方式所涉及的半导体装置101，与第一实施方式所涉及的半导体装置100同样地，能够比以往准确地进行UV－A波与UV－B波的分离。
[第三实施方式]
图12是表示本发明的第三实施方式所涉及的半导体装置102的结构的剖视图。对于第三实施方式所涉及的半导体装置102，在第二光电二极管30的光入射侧设置以比UV－A波高的透过率使UV－B波透过的过滤膜50这一点与上述的第一实施方式所涉及的半导体装置100不同。此外，在第一光电二极管20的光入射侧设置以比UV－B波高的透过率使UV－A波透过的过滤膜40这一点与上述的第一实施方式的半导体装置100相同。
过滤膜50具有与过滤膜40同样的结构。即，过滤膜50具有交替地地层叠折射率相对高的高折射率层51、和折射率相对低的低折射率层52而成的层叠结构。在本实施方式中，使高折射率层51与绝缘体层14邻接，并且将高折射率层51的层数设为5层、将低折射率层52的层数设为4层，但并不限于该结构。即，可以使低折射率层52与绝缘体层14邻接，也可以适当地变更高折射率层51以及低折射率层52的层数。
优选高折射率层51与低折射率层52的折射率差为0.4以上，高折射率层51的折射率为2以下。作为低折射率层52的材料，能够优选使用折射率1.4左右的硅氧化膜(SiO2)。作为高折射率层51的材料，能够优选使用折射率1.8左右的硅氮化膜(Si3N4)。
若将高折射率层51的折射率设为n3、将低折射率层52的折射率设为n4、将过滤膜50的透过率相对低的UV－A波的中心波长设为λca(约360nm)，则优选将高折射率层51的层厚d3以及低折射率层52的层厚d4的标准值分别规定为满足下述的(8)式以及(9)式。
n3·d3＝λca/4 …(8)
n4·d4＝λca/4 …(9)
即，以高折射率层51以及低折射率层52各自中的光路长为UV－A波的中心波长λca的四分之一的方式构成过滤膜50。通过将高折射率层51的层厚d3以及低折射率层52的层厚d4规定为满足(8)式以及(9)式，从而向过滤膜50入射并在高折射率层51与低折射率层52的界面被反射的UV－A波一方面相位一致而相互增强，另一方面向透过方向前进的UV－A波衰减。即，根据具有上述的结构的过滤膜50，能够具备以比UV－A波高的透过率使UV－B波透过的波长选择性。换言之，能够具备将对UV－A波的透过率抑制为规定值以下的波长选择性。
此外，在将λca设为360nm、将n3设为1.8、将n4设为1.4的情况下，高折射率层51的层厚d3的标准值根据上述(8)式计算为50nm，低折射率层52的层厚d4的标准值根据上述(9)式计算为64.3nm。
在将过滤膜50的透过率相对低的UV－A波的波长λa的范围设为λa1≤λa≤λa2时(λa1约为320nm，λa2约为400nm)，优选将高折射率层51的层厚d3的范围以及低折射率层52的层厚d4的范围分别规定为满足下述的(10)式以及(11)式。
λa1/(4·n3)≤d3≤λa2/(4·n3) …(10)
λa1/(4·n4)≤d4≤λa2/(4·n4) …(11)
通过如上述那样规定高折射率层51的层厚d3的范围以及低折射率层52的层厚d4的范围，从而在过滤膜50中有效地发挥将对UV－A波的透过率抑制为规定值以下的过滤功能。
这样，通过使过滤膜50中的高折射率层51以及低折射率层52的层厚与过滤膜40中的高折射率层41以及低折射率层42的层厚不同，过滤膜50能够具备与过滤膜40不同的波长选择性。
构成过滤膜50的高折射率层51以及低折射率层52与过滤膜40同样地能够使用等离子体CVD法来进行成膜。高折射率层51以及低折射率层52的成膜能够在过滤膜40的图案化后进行。过滤膜50的图案化作为一个例子而能够使用公知的剥离法。
图13是表示通过模拟求出将高折射率层51的层厚设为50nm、将低折射率层52的层厚设为60nm的情况下的、过滤膜50的透过率的波长特性的结果的图表。此外，将高折射率层51的折射率设为1.8、将低折射率层52的折射率设为1.4。
如图13所示，确认出在过滤膜50中不损害UV－B波的波长区域(280nm～320nm)中的透过率而能够减少UV－A波的波长区域(320nm～400nm)中的透过率。
在本实施方式所涉及的半导体装置102中，在图7所示的信号处理系统中如以下那样处理从第一以及第二光电二极管20、30输出的光电流。模拟数字变换器206生成与从第一光电二极管20输出的光电流对应的数字值D1以及与从第二光电二极管30输出的光电流对应的数字值D2。数字值D1表示通过过滤膜40除去了UV－B波成分的紫外线的强度。换言之，数字值D1表示主要包含UV－A的紫外线的强度。另一方面，数字值D2表示通过过滤膜50除去了UV－A波成分的紫外线的强度。换言之，数字值D2表示主要包括UV－B波的紫外线的强度。模拟数字变换器206将数字值D1以及D2经由接口电路207供给给MCU208。
MCU208基于经由接口电路207供给的数字值D1以及D2按照以下所示的顺序计算UV指数IUV。图14是表示本实施方式所涉及的MCU208进行的UV指数IUV的计算顺序的流程图。
在步骤S11中，MCU208计算下述的(12)式所示的UV指数的UV－A波成分IUVA。
IUVA＝c1×6.68×10－4×D1 …(12)
在步骤S12中，MCU208计算下述的(13)式所示的UV指数的UV－B波成分IUVB。
IUVB＝c2×3.08×10－3×D2 …(13)
此外，在(12)式以及(13)式中，c1以及c2是根据运算放大器201、203的性能以及第一以及第二光电二极管20、30的面积所规定的常量。
在步骤S13中，MCU208计算下述的(14)式所示的UV指数IUV。
IUV＝IUVA+IUVB …(14)
如以上那样，根据本发明的第三实施方式所涉及的半导体装置102，与第一实施方式所涉及的半导体装置100同样地能够比以往准确地进行UV－A波与UV－B波的分离。
另外，根据本发明的第三实施方式所涉及的半导体装置102，由于从第一光电二极管20输出基于UV－A波的光电流，从第二光电二极管30输出基于UV－B波的光电流，所以与第一实施方式所涉及的半导体装置100相比较，能够减少MCU208中的运算处理的负担。具体而言，在MCU208中，能够省略图8的步骤S1的处理。
另外，根据本发明的第三实施方式所涉及的半导体装置102，由于在第一光电二极管20以及第二光电二极管30这双方的光入射侧设置过滤膜，所以与仅在一方的光电二极管设置过滤膜的情况相比较，能够减小半导体层12产生的形变(应力)。
此外，与第二实施方式所涉及的半导体装置101同样地，在半导体装置102中，可以在过滤膜40以及过滤膜50的侧面设置遮挡紫外线的遮光膜。
[第四实施方式]
图15是表示本发明的第四实施方式所涉及的半导体装置103的结构的剖视图。对于第四实施方式所涉及的半导体装置103，设置在第一光电二极管20的光入射侧的过滤膜40A的结构与上述的本发明的第一实施方式所涉及的半导体装置100具备的过滤膜40的结构不同。即，过滤膜40A还包括比高折射率层41以及低折射率层42的层厚厚的厚膜层43这一点与上述的第一实施方式所涉及的半导体装置100具备的过滤膜40不同。
优选厚膜层43具有高折射率层41以及低折射率层42的层厚的2倍～2.5倍左右的厚度。例如在将高折射率层41的层厚设为45nm左右、将低折射率层的层厚设为40nm左右的情况下，能够使厚膜层43的层厚例如为100nm左右。
优选厚膜层43具有与低折射率层42相同的折射率。即，厚膜层43可以由与低折射率层42相同的硅氧化膜(SiO2)构成。另外，优选厚膜层43配置在过滤膜40A的最上部(即，光入射侧的端部)。
具有上述的结构的过滤膜40A与第一实施方式所涉及的过滤膜40同样地具有以比UV－B波高的透过率使UV－A波透过的波长选择性。通过过滤膜40A具备厚膜层43，与不具备厚膜层43的第一实施方式所涉及的过滤膜40相比较，能够提高对UV－A波的透过性能。
图16A是表示通过模拟求出不具备厚膜层的本发明的第一实施方式所涉及的过滤膜40的透过率以及反射率的波长特性的结果的图表。另一方面，图16B是表示通过模拟求出具备厚膜层43的本发明的第四实施方式所涉及的过滤膜40A的透过率以及反射率的波长特性的结果的图表。此外，在图16A以及图16B的任一情况下，都将高折射率层41的层厚设为45nm、将低折射率层的层厚设为40nm、将高折射率层41的折射率设为1.8、将低折射率层42的折射率设为1.4。另外，将厚膜层43的层厚设为100nm、将厚膜层43的折射率与低折射率层42相同地设为1.4。另外，将厚膜层43配置在过滤膜40A的最上部(光入射侧的端部)。
如图16A所示，根据不具备厚膜层的过滤膜40，在UV－A波的波长区域即波长400nm附近，透过率降低，该波长区域中的反射率成为0.3以上。另一方面，如图16B所示，根据具备厚膜层43的过滤膜43，在UV－A波的波长区域即波长400nm附近，透过率比降低，该波长区域中的反射率被抑制为0.1以下。
这样，根据具有厚膜层43的过滤膜40A，与不具备厚膜层43的过滤膜40相比较，能够提高对UV－A波的透过性能。此处，由于UV指数的UV－B波成分IUVB如上述那样根据第一光电二极管20的输出与第二光电二极管30的输出的差值来计算，所以优选在第一光电二极管20与第二光电二极管30之间对UV－A波的灵敏度没有差。根据具有厚膜层43的过滤膜40A，能够在第一光电二极管20与第二光电二极管30之间进一步减小对UV－A波的灵敏度的差，并可以计算更准确的UV指数。

Claims (14)

1.一种半导体装置，其特征在于，包括：
一对光电变换元件，输出与接受到的光的强度对应的光电流；以及
第一滤光膜，被设置在上述一对光电变换元件中的一方的光入射侧，通过交替地层叠折射率相互不同的高折射率层和低折射率层而构成，并使紫外线所包含的UV－A波和UV－B波中的任意一方以比另一方高的透过率透过。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
在将上述高折射率层的折射率设为n1，将上述高折射率层的层厚设为d1、将上述低折射率层的折射率设为n2，将上述低折射率层的层厚设为d2、将上述UV－A波以及上述UV－B波中的上述第一过滤膜的透过率较低的一方的波长λ的范围设为λ1≤λ≤λ2时，满足
λ1/(4·n1)≤d1≤λ2/(4·n1)
λ2/(4·n2)≤d2≤λ2/(4·n2)。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
上述低折射率层与上述高折射率层的折射率的差为0.4以上，上述高折射率层的折射率为2以下。
4.根据权利要求1～权利要求3中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，
上述第一过滤膜具有与上述高折射率层以及上述低折射率层中的任意一方相同的折射率，还包括比上述高折射率层以及上述低折射率层的层厚厚的厚膜层。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，
上述厚膜层被配置在上述第一过滤膜的最上部。
6.根据权利要求4或者权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，
上述厚膜层具有与上述低折射率层相同的折射率。
7.根据权利要求1～权利要求6中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，
上述低折射率层包括硅氧化膜，上述高折射率层包括硅氮化膜。
8.根据权利要求1～权利要求7中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，
上述一对光电变换元件各自的受光区域的厚度为36nm以下。
9.根据权利要求1～权利要求8中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，
上述第一过滤膜的侧面被遮挡紫外线的遮光膜覆盖。
10.根据权利要求1～权利要求9中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，
上述一对光电变换元件中的另一方接受上述UV－A波以及上述UV－B波这双方。
11.根据权利要求1～权利要求9中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，
还包括第二过滤膜，该第二过滤膜被设置在上述一对光电变换元件中的另一方的光入射侧，通过交替地层叠折射率相互不同的高折射率层和低折射率层而构成，并使上述UV－B波以比上述UV－A波高的透过率透过，
上述第一过滤膜使上述UV－A波以比上述UV－B波高的透过率透过。
12.根据权利要求1～权利要求11中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，
还包括计算部，该计算部基于从上述一对光电变换元件中的一方输出的光电流和从上述一对光电变换元件中的另一方输出的光电流，来计算表示接受到的紫外线的强度的指标值。
13.根据权利要求12所述的半导体装置，其特征在于，
上述计算部计算将与上述UV－A波的强度对应的第一值、和与上述UV－B波的强度对应的第二值合计所得的值作为上述指标值。
14.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：
在半导体层形成一对光电变换元件的工序；以及
形成第一过滤膜的工序，上述第一过滤膜通过交替地层叠在上述一对光电变换元件中的一方的光入射侧折射率相互不同的高折射率层和低折射率层而构成，并使UV－A波以及UV－B波中的任意一方以比另一方高的透过率透过。
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