(57)【要約】【課題】  メインのフォトダイオードの他に補正用フォトダイオードを有するタイプの半導体光センサ装置において、人間の視感度に近い分光感度特性を実現することを課題とする。【解決手段】  シリコンチップ１１上にフォトダイオード１２と補正用フォトダイオード１３と差動アンプ１４とが形成してあり、補正用フォトダイオード１３上に５００ｎｍ付近の部分の光を吸収する補正用フィルタ２０が形成してある。厚さが１．１２μｍである第１層目のシリコン酸化膜(SiO2)２１と、厚さが０．５μｍである第２層目のポリシリコン膜(Poly-Si)２２と、厚さが１．１２μｍである第３層目のシリコン酸化膜２３とよりなる３層の構成である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップと、
該チップ上に形成してある受光素子と、
該チップ上に形成してあり、前記受光素子と同じ特性を有する補正用受光素子と、
該補正用受光素子を覆っており、可視光成分の一部を吸収する補正用フィルタと、
該チップ上に形成してあり、該受光素子の出力から該補正用受光素子の出力を差し引きく演算回路とを有し、
前記補正用フィルタは、第１の膜とこれを挟む上下の第２の膜とよりなる層構造部分を有する構成であることを特徴とする半導体光センサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体光センサ装置において、
前記第１の膜はポリシリコン膜であり、前記第２の膜はシリコン酸化膜であることを特徴とする半導体光センサ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体光センサ装置において、
前記受光素子と前記補正用受光素子は、同一のサイズであることを特徴とする半導体光センサ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体光センサ装置において、
前記受光素子と前記補正用受光素子は、フォトダイオードであることを特徴とする半導体光センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体光センサ装置に係り、特に可視光にのみ感度を有するようにした半導体光センサ装置に関する。
【０００２】
例えば、デジタルカメラ等には半導体光センサ装置が組み込んであり、最適な明るさの映像を得ることが出来るように、半導体光センサ装置が得た明るさの情報によって各部を制御している。この半導体光センサ装置の分光特性は人間の視感度に近い分光特性となるように構成してある。ここで、半導体光センサ装置に設けてある受光素子は可視光の他に赤外線に対しても感度を有するものであるため、赤外線に対する出力を零に近いものとする工夫が必要とされる。
【背景技術】
【０００３】
図８（Ａ）、（Ｂ）は従来の半導体光センサ装置１を示す。この半導体光センサ装置１は、チップ２上に、同じサイズのフォトダイオード３と補正用フォトダイオード４とが並んで配置され、更に、差動アンプが形成してあり、更に可視光をカットする可視光カットフィルタ５が補正用フォトダイオード４を覆って形成してある構成である。
【０００４】
フォトダイオード３は図９（Ａ）に線IIIで示す感度特性を有し、補正用フィルタ５を備えている補正用フォトダイオード４は図９（Ｂ）に線IVで示す感度特性を有し、差動アンプを経ることによって、半導体光センサ装置１は図９（Ｃ）に線Ｉで示すような分光感度特性を有する。
【０００５】
補正用フィルタ５は、有機染料系の膜又は顔料系の膜よりなる構成である。
【特許文献１】特開平８−３３０６２１号公報
【特許文献２】特開２００４−２１４３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
補正用フィルタ５は有機染料系の膜又は顔料系の膜よりなる構成であるため、分光感度特性を任意に定めることは困難であり、即ち、その分光感度特性にはあまり自由度が無く、よって、上記の半導体光センサ装置１は人間の視感度に近い分光特性とすることが難しかった。
【０００７】
また、補正用フィルタ５は有機染料系の膜又は顔料系の膜よりなる構成であるため、経時変化を起こし易く、補正用フィルタ５が経時変化を起こすと、半導体光センサ装置１の特性も変化してしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決した半導体光センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、チップ（１１）と、
該チップ上に形成してある受光素子（１２）と、
該チップ上に形成してあり、前記受光素子と同じ特性を有する補正用受光素子（１３）と、
該補正用受光素子を覆っており、可視光成分の一部を吸収する補正用フィルタ（２０）と、
該チップ上に形成してあり、該受光素子の出力から該補正用受光素子の出力を差し引きく演算回路（１４）とを有し、
前記補正用フィルタは、ポリシリコン膜（２２）とこれを挟む上下のシリコン酸化膜（２１，２２）とよりなる層構造部分（３０）を有する構成であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、補正用フィルタがポリシリコン膜とこれを挟む上下のシリコン酸化膜とよりなる層構造部分を有する構成であるため、補正用フィルタの特性を自由度をもって所望の特性とすることが出来、よって、半導体光センサ装置の分光感度特性を人間の視感度に近いものとすることが出来る。更には、補正用フィルタには経時変化が起き難くなり、よって、耐久性の向上を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１（Ａ）、（Ｂ）及び図３は本発明の実施例１になる半導体光センサ装置１０を示す。この半導体光センサ装置１０は、シリコンチップ１１上の左半分の部分にフォトダイオード１２と差動アンプ１４が形成してあり、チップ１１上の右半分の部分に、補正用フォトダイオード１３が形成してあり、且つ、チップ１１上の左側の縁に沿って、グランド端子１６と出力端子１７と電源端子１５とが並んで形成してあり、且つ、補正用フォトダイオード１２を覆って補正用フィルタ２０が形成してある構成である。フォトダイオード１２と補正用フォトダイオード１３とは、同時に形成され、同一のサイズであり、特性がそろっている。補正用フィルタ２０は可視光成分の一部を吸収するように機能する。図２は上記構成になる半導体光センサ装置１０の回路図を示す。なお、半導体光センサ装置１０は、一枚のウェハに半導体光センサ装置１０をマトリクス状に並んだ配置で多数個作り込み、最後に、スクライブして切り出すことによって製造される。
【００１３】
図３に拡大して示すように、フォトダイオード１２からはアルミ配線１２ａが、補正用フォトダイオード１３からはアルミ配線１３ａが引き出されている。
【００１４】
同じく、図３に示すように、補正用フィルタ２０は、厚さが１．１２μｍである第１層目のシリコン酸化膜(SiO2)２１と、厚さが０．５μｍである第２層目のポリシリコン膜(Poly-Si)２２と、厚さが１．１２μｍである第３層目のシリコン酸化膜２３とよりなる３層の構成である。第１層目のシリコン酸化膜(SiO2)２１は、フォトダイオード１２にまで到っており、フォトダイオード１２の表面を覆っている。即ち、補正用フィルタ２０は、ポリシリコン膜とこれを挟む上下のシリコン酸化膜とよりなる層構造部分３０を有する構造である。
ポリシリコンの屈折率は、３．４２であり、相当に大きい。シリコン酸化膜の屈折率は、１．４８である。
【００１５】
次に、補正用フィルタ２０の透過特性について、図４を参照して説明する。図４（Ａ）乃至（Ｃ）は、縦軸が透過度、横軸が波長（λ）である。
【００１６】
ポリシリコン膜２２はそれ自体で、図４（Ａ）に線XXIIで示すように、波長が７００ｎｍより短い光を吸収する特性を有する。
【００１７】
図４（Ｂ）は、屈折率が３．４２で、厚さが０．５μｍである層を中心とし、この層の下側と上側とに、屈折率が１．４８で、厚さが１．１２μｍの層を配置した層構造３０Ａ、即ち、上記層構造部分３０において、各層の吸収特性は考慮しない場合の、透過特性を示す。即ち、各層を屈折率と厚さだけで特定した場合の三層構造の透過特性を示す。
【００１８】
この層構造の透過特性は、図４（Ｂ）に線XXXAで示すように、波長が５００ｎｍ付近の光を吸収する特性を有する。この透過特性は、コンピュータを使用してシュミレーションを行なった結果である。
【００１９】
補正用フィルタ２０は、図４（Ａ）の特性と図４（Ｂ）の特性とを加えた、図４（Ｃ）に線XXXで示す特性を有する。この特性は、図４（Ａ）中の線XXIIのうち、５００ｎｍ付近の部分の光を吸収してこの部分が凹んでいる透過特性を有する。５００ｎｍ付近の部分の透過度を抑えた理由は人間の視感度が波長が５００ｎｍ付近の光に対しては高いため、即ち、人間の視感度に合わせるためである。
【００２０】
次に、上記構成の半導体光センサ装置１０の分光感度特性について図５を参照して説明する。図５（Ａ）乃至（Ｃ）は、縦軸が相対感度、横軸が波長（λ）である。
【００２１】
ポリシリコン膜２２で覆われているフォトダイオード１２は、図５（Ａ）に線XIIで示す分光感度特性を有する。
【００２２】
補正用フィルタ２０で覆われている補正用フォトダイオード１３は、図５（Ｂ）に線XIIIで示す分光感度特性を有する。補正用フィルタ２０の透過特性が図４（Ｃ）に線XXXで示す特性であるため、図５（Ｂ）に線XIIIで示す分光感度特性は、波長が９００ｎｍより短くなるにつれて相対感度が徐々に低下し、５００ｎｍ付近で凹んでいるものとなる。
【００２３】
ここで、フォトダイオード１２と補正用フォトダイオード１３とは特性がそろっており、ポリシリコン膜２２及び補正用フィルタ２０は波長が９００ｎｍより長い赤外線領域では相対透過度が１．０であり、赤外線は吸収されずに透過し、線XIIのうち符号XIIａで示す線の部分と線XIIIのうち符号XIIIａで示す線の部分とは同じである。
【００２４】
図２に示すように、差動アンプ１４は、フォトダイオード１２の出力から補正用フォトダイオード１３の出力を減算したものを出力端子１７に出力する。
【００２５】
よって、半導体光センサ装置１０の波長に対する相対感度は、図５（Ａ）に示す特性から図５（Ｂ）に示す特性を減算したものとなり、図５（Ｃ）に示すようになり、線Ｘで示す特性を有する。
【００２６】
ここで、第１には、線XIIのうち符号XIIａで示す線の部分と線XIIIのうち符号XIIIａで示す線の部分とは同じであるため、線Ｘのうち、波長が約９００ｎｍより長い領域の相対感度は線Ｘａで示すように、略零となる。第２には、円４０で示すように、線Ｘのうち、波長が５００ｎｍ付近が凹んでおり、５００ｎｍ付近の相対感度が抑えられている。
【００２７】
この結果、上記の半導体光センサ装置１０は人間の視感度に近い分光感度特性を有する。
【００２８】
また、補正用フィルタ２０はシリコン酸化膜とポリシリコン膜とよりなる構造であるため、耐久性を有し且つ経時変化を起こし難く、よって、半導体光センサ装置１０は従来の半導体光センサ装置に比較して高い信頼性を有する。
【００２９】
また、シリコン酸化膜及びポリシリコン膜は、ウェハにフォトダイオード１２、１３を集積させて作り込む設備を利用して形成することが可能であり、ウェハにフォトダイオード１２、１３を集積させて作り込む設備からウェハを別の設備に移し変えることは不要であり、シリコン酸化膜及びポリシリコン膜は効率良く形成することが出来る。
【００３０】
次に変形例について説明する。
【００３１】
図６は第１の変形例になる半導体光センサ装置１０Ａを示す。半導体光センサ装置１０Ａは５層の構造の補正用フィルタ２０Ａを有する。補正用フィルタ２０Ａは、第３層目のシリコン酸化膜２３上に、厚さが０．５μｍである第４層目のポリシリコン膜２４と、厚さが１．１２μｍである第５層目のシリコン酸化膜２５とを有する構造であり、層構造部分３０を二つ有する構造である。
【００３２】
図７は第２の変形例になる半導体光センサ装置１０Ｂを示す。半導体光センサ装置１０Ｂは７層の構造の補正用フィルタ２０Ｂを有する。補正用フィルタ２０Ｂは、第５層目のシリコン酸化膜２５上に、厚さが０．５μｍである第６層目のポリシリコン膜２６と、厚さが１．１２μｍである第７層目のシリコン酸化膜２７とを有する構造であり、層構造部分３０を三つ有する構造である。
【００３３】
補正用フィルタ２０Ａ、２０Ｂは、前記の補正用フィルタ２０に比較してより所望の特性に近い特性を有するため、半導体光センサ装置１０Ａ，１０Ｂは人間の視感度により近い分光感度特性と有する。
【００３４】
なお、フォトダイオード１２、１３に代えて、フォトトランジスタでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１になる半導体光センサ装置を示す図である。
【図２】半導体光センサ装置の回路図である。
【図３】図１の半導体光センサ装置の構造をわかり易く示す図である。
【図４】補正用フィルタの特性を説明する図である。
【図５】図１の半導体光センサ装置の特性を説明する図である。
【図６】第１の変形例になる半導体光センサ装置を示す図である。
【図７】第２の変形例になる半導体光センサ装置を示す図である。
【図８】従来の半導体光センサ装置を示す図である。
【図９】従来の半導体光センサ装置の特性を説明する図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  半導体光センサ装置
１１  シリコンチップ
１２  フォトダイオード
１３  補正用フォトダイオード
１４  差動アンプ
２０  補正用フィルタ
２１、２３  シリコン酸化膜
２２  ポリシリコン膜
３０  層構造部分
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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