(57)【要約】【課題】ＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波との２つの波長領域の紫外線量を分離して検出することが可能な紫外線受光素子を提供する。【解決手段】紫外線受光素子が、絶縁層上に形成された３ｎｍ以上、３６ｎｍ以下の厚さのシリコン半導体層と、シリコン半導体層に形成された横型ＰＮ接合形式の第１のフォトダイオード、および第２のフォトダイオードと、シリコン半導体層上に形成された層間絶縁膜と、第１のフォトダイオード上の層間絶縁膜上に形成されたＵＶ−Ｂ波以上の波長領域の光を透過させる窒化シリコンからなる第１のフィルタ層と、第２のフォトダイオード上の層間絶縁膜上に形成されたＵＶ−Ａ波以上の波長領域の光を透過させる窒化シリコンからなる第２のフィルタ層とを備える。【選択図】        図２
2008251709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層上に形成された３ｎｍ以上、３６ｎｍ以下の厚さのシリコン半導体層と、
該シリコン半導体層に形成された横型ＰＮ接合形式の第１のフォトダイオード、および第２のフォトダイオードと、
前記シリコン半導体層上に形成された層間絶縁膜と、
前記第１のフォトダイオード上の前記層間絶縁膜上に形成されたＵＶ−Ｂ波以上の波長領域の光を透過させる窒化シリコンからなる第１のフィルタ層と、
前記第２のフォトダイオード上の前記層間絶縁膜上に形成されたＵＶ−Ａ波以上の波長領域の光を透過させる窒化シリコンからなる第２のフィルタ層とを備えたことを特徴とする紫外線受光素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１のフィルタ層および前記第２のフィルタ層は、それぞれ３００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲で、同じ厚さを有することを特徴とする紫外線受光素子。
【請求項３】
絶縁層上に形成された３ｎｍ以上、３６ｎｍ以下の厚さのシリコン半導体層と、
該シリコン半導体層に形成された横型ＰＮ接合形式の第１のフォトダイオード、および第２のフォトダイオードと、
前記シリコン半導体層上に形成された層間絶縁膜と、
前記第１のフォトダイオード上の前記層間絶縁膜上に形成されたＵＶ−Ｂ波以上の波長領域の光を透過させる窒化シリコンからなる第１のフィルタ層と、
前記第２のフォトダイオード上に、前記層間絶縁膜を挟んで積層された前記第１のフィルタ層およびＵＶ−Ａ波以上の波長領域の光を透過させる窒化シリコンからなる第２のフィルタ層とを備えたことを特徴とする紫外線受光素子。
【請求項４】
請求項３において、
前記積層された第１のフィルタ層および第２のフィルタ層は、前記第２のフォトダイオード側に前記第２のフィルタ層が形成され、該第２のフィルタ層上に前記第１のフィルタ層が積層されていることを特徴とする紫外線受光素子。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記第１のフィルタ層の水素含有量が、前記第２のフィルタ層の水素含有量より少ないことを特徴とする紫外線受光素子。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記第１のフィルタ層は、温度３５０℃以上、４５０℃以下、および圧力４．０Ｔｏｒｒ以上、６．０Ｔｏｒｒ以下の条件下で、モノシランとアンモニアと窒素とアルゴンとの流量比を、０．３：７：３：１としたＣＶＤ法により形成された窒化シリコン膜であり、
前記第２のフィルタ層は、温度３５０℃以上、４５０℃以下、および圧力４．０Ｔｏｒｒ以上、６．０Ｔｏｒｒ以下の条件下で、モノシランとアンモニアと窒素とアルゴンとの流量比を、１．０：７：３：１としたＣＶＤ法により形成された窒化シリコン膜であることを特徴とする紫外線受光素子。
【請求項７】
絶縁層上に形成された３ｎｍ以上、３６ｎｍ以下の厚さのシリコン半導体層に、横型ＰＮ接合形式の第１および第２のフォトダイオードを形成したＳＯＩ構造の半導体ウェハを準備する工程と、
前記シリコン半導体層上に層間絶縁膜を形成する工程と、
該層間絶縁膜上に、ＵＶ−Ａ波以上の波長領域の光を透過させる第２のフィルタ層を形成するための窒化シリコンからなる第２のパッシベーション膜を形成する工程と、
該第２のパッシベーション膜上に、前記第２のフォトダイオードの形成領域を覆うレジストマスクを形成する工程と、
該レジストマスクをマスクとして、前記第２のパッシベーション膜をエッチングして前記層間絶縁膜を露出させ、前記第２のフィルタ層を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去し、前記層間絶縁膜および前記第２のフィルタ層上に、窒化シリコンからなる第１のパッシベーション膜を形成し、ＵＶ−Ｂ波以上の波長領域の光を透過させる第１のフィルタ層を形成する工程と、を備えることを特徴とする紫外線受光素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１のパッシベーション膜上に、前記第２のフォトダイオードの形成領域を露出させたレジストマスクを形成する工程と、
該レジストマスクをマスクとして、前記第１のパッシベーション膜をエッチングして、前記第２のフィルタ層を露出させる工程と、を備えることを特徴とする紫外線受光素子の製造方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、
前記第１のパッシベーション膜は、温度３５０℃以上、４５０℃以下、および圧力４．０Ｔｏｒｒ以上、６．０Ｔｏｒｒ以下の条件下で、モノシランとアンモニアと窒素とアルゴンとの流量比を、０．３：７：３：１としたＣＶＤ法により形成され、
前記第２のパッシベーション膜は、温度３５０℃以上、４５０℃以下、および圧力４．０Ｔｏｒｒ以上、６．０Ｔｏｒｒ以下の条件下で、モノシランとアンモニアと窒素とアルゴンとの流量比を、１．０：７：３：１としたＣＶＤ法により形成されることを特徴とする紫外線受光素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の紫外線受光素子を備え、
前記第２のフォトダイオードの出力により、ＵＶ−Ａ波の紫外線量を求め、
前記第１のフォトダイオードの出力から前記第２のフォトダイオードの出力を減じて、ＵＶ−Ｂ波の紫外線量を算出することを特徴とする紫外線量測定装置。
【請求項１１】
絶縁層上に形成された３ｎｍ以上、３６ｎｍ以下の厚さのシリコン半導体層と、該シリコン半導体層に形成された横型ＰＮ接合形式のフォトダイオードと、前記シリコン半導体層上に形成された層間絶縁膜と、前記フォトダイオード上の前記層間絶縁膜上に形成されたＵＶ−Ｂ波以上の波長領域の光を透過させる窒化シリコンからなるフィルタ層とを有する紫外線受光素子を備え、
前記フォトダイオードの出力を所定の比率で分割して、ＵＶ−Ａ波の紫外線量およびＵＶ−Ｂ波の紫外線量を算出することを特徴とする紫外線量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を受けて電流を発生させるフォトダイオードを用いた紫外線受光素子およびその製造方法、並びに紫外線量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の紫外線受光素子は、シリコン基板上に埋込み酸化膜を挟んで１５０ｎｍ程度の厚さのシリコン半導体層を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造の半導体ウェハのＮ型不純物を低濃度に拡散させたシリコン半導体層に、Ｎ型不純物を高濃度に拡散させ「Ｅ」字状の櫛型に形成したＮ＋拡散層と、Ｐ型不純物を高濃度に拡散させ「π」字状の櫛型に形成したＰ＋拡散層との櫛歯部を噛合わせて横型に対向配置させたフォトダイオードを形成し、Ｎ＋拡散層およびＰ＋拡散層に電気的に接続する配線に所定の電圧を印加して紫外線の強度を検出している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−１６２０２４号公報（第４頁段落００２５−第５頁段落００３５、第２図、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
今日、オゾン層の破壊による紫外線の照射量の増加に伴い、太陽光に含まれる紫外線の人体や環境に与える影響が懸念されるようになってきている。
一般に、紫外線は波長４００ｎｍ以下の紫外線領域の視認できない光のことをいうが、この紫外線は、長波紫外線（ＵＶ−Ａ波：波長約３２０〜４００ｎｍ）と、中波紫外線（ＵＶ−Ｂ波：波長約２８０〜３２０ｎｍ）と、短波紫外線（ＵＶ−Ｃ波：波長約２８０ｎｍ以下）とに分類され、これらの波長領域によって人体や環境に与える影響が異なり、ＵＶ−Ａ波は皮膚を黒化させ、真皮に達して老化の原因になり、ＵＶ−Ｂ波は皮膚を炎症させ、皮膚ガンを誘発する虞があり、ＵＶ−Ｃ波は強い殺菌作用があるとされているが、ＵＶ−Ｃ波はオゾン層で吸収され、地上に達することはない。
【０００４】
人体を保護する上で、日々の紫外線の照射量を迅速に報知することは重要な課題であり、１９９５年に紫外線量の指標となるＵＶインデックスが導入され、マスメディアで天気予報等と共にこの値を発表するように勧告がなされている。
このようなＵＶインデックスは、人体に影響を及ぼす相対影響度として、ＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  ｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ：国際照明委員会）により定義されたＣＩＥ作用スペクトルを用いて算出することができ、人体への影響度が強いＵＶ−Ｂ波の受光特性に作用スペクトルを波長毎に乗じ、これらをＵＶ−Ｂ波の波長領域で積分することで、ＵＶインデックスを計算することができる。
【０００５】
このため、ＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の２つの波長領域の紫外線を分離して、その強度を検出するセンサの開発に対する期待が高まっている。
しかしながら、上述した従来の技術においては、波長４００ｎｍ以下の紫外線領域の紫外線の総量は検出できるものの、２つの波長領域を分離して検出することはできないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波との２つの波長領域の紫外線量を分離して検出することが可能な紫外線受光素子を提供することを目的とする。
また、ＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波のそれぞれの紫外線量を測定する紫外線量測定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】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、紫外線受光素子が、絶縁層上に形成された３ｎｍ以上、３６ｎｍ以下の厚さのシリコン半導体層と、該シリコン半導体層に形成された横型ＰＮ接合形式の第１のフォトダイオード、および第２のフォトダイオードと、前記シリコン半導体層上に形成された層間絶縁膜と、前記第１のフォトダイオード上の前記層間絶縁膜上に形成されたＵＶ−Ｂ波以上の波長領域の光を透過させる窒化シリコンからなる第１のフィルタ層と、前記第２のフォトダイオード上の前記層間絶縁膜上に形成されたＵＶ−Ａ波以上の波長領域の光を透過させる窒化シリコンからなる第２のフィルタ層とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、紫外線量測定装置が、前記の紫外線受光素子を備え、前記第２のフォトダイオードの出力により、ＵＶ−Ａ波の紫外線量を求め、前記第１のフォトダイオードの出力から前記第２のフォトダイオードの出力を減じて、ＵＶ−Ｂ波の紫外線量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
これにより、本発明は、透過した可視光はシリコン半導体層の厚さによりカットされ、第１のフォトダイオードからはＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線量のみを、第２のフォトダイオードからはＵＶ−Ａ波の波長領域の紫外線量のみを出力させることができ、ＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波との２つの波長領域の紫外線量を分離して検出することが可能な紫外線受光素子を得ることができるという効果が得られる。
【００１０】
また、前記の紫外線受光素子を備えた紫外線量測定装置により紫外線情報を容易に測定することができると共に、１つのＬＳＩで紫外線量測定装置を形成することができ、紫外線量測定装置の小型化を図ることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、図面を参照して本発明による紫外線受光素子の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は実施例１の紫外線受光素子の上面を示す説明図、図２は実施例１の紫外線受光素子の断面を示す説明図、図３、図４は実施例１の紫外線受光素子の製造方法を示す説明図である。
なお、図２は、図１のＡ−Ａ断面線に沿った断面図である。また図１は、図２に示すシリコン半導体層より上方の層を取り除いた状態で示してある。
【００１３】
図１、図２において、１は紫外線受光素子であり、図示しないシリコン（Ｓｉ）からなるシリコン基板上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁層としての埋込み酸化膜３を挟んで薄い単結晶シリコン（Ｓｉ）からなるシリコン半導体層４を形成したＳＯＩ構造の半導体ウェハのシリコン半導体層４に形成された横型ＰＮ接合形式の第１および第２のフォトダイオード６ａおよび６ｂにより構成される。
【００１４】
また、シリコン半導体層４上には、紫外線受光素子１の第１のフォトダイオード６ａを形成するための第１のダイオード形成領域７ａと、第２のフォトダイオード６ｂを形成するための第２のダイオード形成領域７ｂ（図３、図４参照）とが、互いに隣接した状態で設定されている。
また、第１および第２のダイオード形成領域７ａ、７ｂのそれぞれの周囲を矩形の枠状に囲う領域には素子分離層９を形成するための素子分離領域１０（図３、図４参照）が設定されている。
【００１５】
素子分離層９は、素子分離領域１０のシリコン半導体層４に、酸化シリコン等の絶縁材料で埋込み酸化膜３に達した状態で形成されており、第１および第２のダイオード形成領域７ａ、７ｂの間を電気的に絶縁分離する機能を有している。
なお、本説明においては、図１等に示すように、素子分離層９は区別のために網掛けを付して示す。
【００１６】
本実施例の第１のフォトダイオード６ａは、シリコン半導体層４に設定された第１のダイオード形成領域７ａに形成される。
１２はＰ型高濃度拡散層としてのＰ＋拡散層であり、第１のダイオード形成領域７ａのシリコン半導体層４に、ボロン（Ｂ）等のＰ型不純物を比較的高濃度に拡散させて形成された拡散層であって、図１に示すように、素子分離層９の内側の一の辺９ａに接する峰部１２ａと、峰部１２ａから一の辺９ａに対向する素子分離層９の内側の他の辺９ｂに向けて延在する複数の櫛歯部１２ｂとで形成された櫛型に形成される。
【００１７】
本実施例のＰ＋拡散層１２は、峰部１２ａから２本の櫛歯部１２ｂを延在させて「π」字状に形成されている。
１４はＮ型高濃度拡散層としてのＮ＋拡散層であり、第１のダイオード形成領域７ａのシリコン半導体層４に、Ｐ型高濃度拡散層と逆の型、つまりリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）等のＮ型不純物を比較的高濃度に拡散させて形成された拡散層であって、図１に示すように、素子分離層９の内側の他の辺９ｂに接する峰部１４ａと、峰部１４ａから対向する一の辺９ａに向けて延在する複数の櫛歯部１４ｂとで形成された櫛型に形成される。
【００１８】
本実施例のＮ＋拡散層１４は、峰部１４ａの両端部と中央部から３本の櫛歯部１４ｂを延在させて「Ｅ」字状に形成されている。
１５は低濃度拡散層としてのＰ−拡散層であり、互いに離間して櫛歯部１２ｂ、１４ｂを噛合わせて対向配置されたＰ＋拡散層１２とＮ＋拡散層１４とにそれぞれ接するシリコン半導体層４に、Ｐ型不純物を比較的低濃度に拡散させて形成された拡散層であって、ここに形成される空乏層に吸収された紫外線により電子−正孔対が発生する部位である。
【００１９】
上記の構成により、本実施例の紫外線受光素子１の横型ＰＮ接合形式の第１のフォトダイオード６ａは、図１に示すように、そのＰ＋拡散層１２とＮ＋拡散層１４とを、それぞれの櫛歯部１２ｂ、１４ｂを噛合わせてＰ−拡散層１５を挟んで対向配置し、それぞれのＰ−拡散層１５との境界１６を除く周縁の部位を、素子分離層９に接するようにして形成されている。
【００２０】
本実施例の横型ＰＮ接合形式の第２のフォトダイオード６ｂは、シリコン半導体層４に設定された第２のダイオード形成領域７ｂに、第１のフォトダイオード６ａと同様に形成されている。
１８は層間絶縁膜であり、シリコン半導体層４上に形成された酸化シリコンからなる４０００ｎｍ程度の厚さの絶縁膜であって、その第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂのそれぞれのＰ＋拡散層１２上とＮ＋拡散層１４上の部位はエッチングにより除去されてＰ＋拡散層１２とＮ＋拡散層１４とに至るコンタクトホール１９がそれぞれ形成されている、
２０はコンタクトプラグであり、コンタクトホール１９の内部に、アルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の導電材料を埋め込んで形成された導電性を有するプラグであって、Ｐ＋拡散層１２およびＮ＋拡散層１４と、配線２１とを電気的に接続する機能を有している。
【００２１】
配線２１は、層間絶縁膜１８上に、コンタクトプラグ２０と同様の導電材料で形成された配線層をエッチングして形成され、コンタクトプラグ２０の間や、コンタクトプラグ２０と図示しないパッドとの間等を電気的に接続する回路配線であって、図１に２点鎖線で示すように、受光する太陽光を妨げないために、Ｐ−拡散層１５上を通過しないように配置されている。
【００２２】
２３ａは第１のパッシベーション膜であり、層間絶縁膜１８上に形成された窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）からなるシリコン窒化膜であって、第１のフォトダイオード６ａや配線２１等を外部の湿度等から保護する機能を有すると共に、第１のフォトダイオード６ａと層間絶縁膜１８を挟んで対向する、第１のダイオード形成領域７ａと同等の大きさ領域が本実施例のＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線および可視光、つまりＵＶ−Ｂ波以上の波長領域の光を透過させる第１のフィルタ層２４ａとして機能する。
【００２３】
２３ｂは第２のパッシベーション膜であり、層間絶縁膜１８上に形成された窒化シリコンからなるシリコン窒化膜であって、第２のフォトダイオード６ｂや配線２１等を外部の湿度等から保護する機能を有すると共に、第２のフォトダイオード６ｂと層間絶縁膜１８を挟んで対向する第２のダイオード形成領域７ｂと同等の大きさ領域が本実施例のＵＶ−Ａ波の波長領域の紫外線および可視光、つまりＵＶ−Ａ波以上の波長領域の光を透過させる第２のフィルタ層２４ｂとして機能する。
【００２４】
図３、図４において、２７はレジストマスクであり、フォトリソグラフィによりシリコン半導体層４上に塗布されたポジ型またはネガ型のレジストを露光および現像処理して形成されたマスク部材であって、本実施例のエッチングやイオン注入におけるマスクとして機能する。
上記の第１および第２のフィルタ層２４ａ、２４ｂの光吸収特性の相違は、それぞれのシリコン窒化膜が含有する水素（Ｈ）の量の相違により生じ、水素含有量の少ない第１のフィルタ層２４ａは、温度３５０℃以上、４５０℃以下、および圧力４．０Ｔｏｒｒ以上、６．０Ｔｏｒｒ以下の条件下で、モノシラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）と窒素（Ｎ２）とアルゴン（Ａｒ）との流量比を、０．３：７：３：１としたＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成され、第１のフィルタ層２４ａに較べて水素含有量の多い第２のフィルタ層２４ｂは、温度、圧力を前記と同様にした条件下で、モノシランとアンモニアと窒素とアルゴンとの流量比を、１．０：７：３：１としたＣＶＤ法により形成され、図５に示すように、水素含有量の少ない第１のフィルタ層２４ａ（膜厚８５０ｎｍ）は、ＵＶ−Ｂ波の下限の波長である波長約２８０ｎｍ以下の波長領域の透過率が６０％以下に低下しており、水素含有量の多い第２のフィルタ層２４ｂ（膜厚８５０ｎｍ）は、ＵＶ−Ａ波の下限の波長である約３２０ｎｍ以下の波長領域がカットされている。
【００２５】
これは、シリコン窒化膜に含有される水素と窒素の結合エネルギ（Ｎ−Ｈ結合のエネルギ）がＵＶ−Ｂ波の波長領域（約３００ｎｍ）のエネルギに相当するため、第２のフィルタ層２４ｂ（第２のパッシベーション膜１９ｂ）を形成する水素含有量の多いシリコン窒化膜のＮ−Ｈ結合が、ＵＶ−Ｂ波のエネルギにより切断されるときに、そのエネルギが吸収され、ＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線が消失するからである。
【００２６】
このため、水素含有量の少ない第１のフィルタ層２４ａではＵＶ−Ｂ波が透過し、水素含有量の多い第２のフィルタ層２４ｂではＵＶ−Ｂ波が不透過となる。
また、図６に示すように、第１および第２のフィルタ層２４ａ、２４ｂの波長３００ｎｍのＵＶ−Ｂ波の透過率は、それぞれの膜厚によって変化し、第１のフィルタ層２４ａは膜厚１０００ｎｍ以下の膜厚において透過率６０％以上を確保することができ、第２のフィルタ層２４ｂは膜厚３００ｎｍ以上の膜厚において、透過率を１０％以下とすることができる。
【００２７】
このため、半導体ウェハに形成された複数の第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂや、図示しないＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等上の層間絶縁膜１８上に形成される、第１および第２のフィルタ層２４ａ、２４ｂを形成するための第１および第２のパッシベーション膜２３ａ、２３ｂは、それらの形成後にパッドに至る端子穴を形成するときのエッチング条件を同じにするために同じ膜厚で形成することが望ましく、同じ膜厚で第１のフィルタ層２４ａのＵＶ−Ｂ波の透過量を確保しつつ、第２のフィルタ層２４ｂのＵＶ−Ｂ波の不透過特性を確保するためには、それぞれの膜厚を３００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲で同じ膜厚に設定することが望ましい。
【００２８】
膜厚を１０００ｎｍより厚く設定すると、第２のフィルタ層２４ｂのＵＶ−Ｂ波の不透過特性を確保することは可能であるが、第１のフィルタ層２４ａのＵＶ−Ｂ波の透過量が６０％未満に低下し、膜厚を３００ｎｍより薄く設定すると、第１のフィルタ層２４ａのＵＶ−Ｂ波の透過量を確保することは可能であるが、第２のフィルタ層２４ｂのＵＶ−Ｂ波の透過率が１０％を超えて不透過特性を確保することが困難になるからである。
【００２９】
本実施例では第１および第２のフィルタ層２４ａ、２４ｂの膜厚は、それぞれ８５０ｎｍに設定されている。
なお、層間絶縁膜１８の膜厚には特に制限はなく、絶縁性を確保することが可能な膜厚であればよい。層間絶縁膜１８の消光係数は０であり、光吸収特性に影響を与えないからである。
【００３０】
本実施例の第１および第２のフィルタ層２４ａ、２４ｂは、可視光を透過させるので、第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂから、紫外線の波長領域のみの出力を得るためには、その出力から可視光の成分を除去することが必要になる。
このため、発明者は、紫外線を選択的に検出できる、つまり可視光の波長領域に反応しないシリコン半導体層４の厚さを計算により求めた。
【００３１】
すなわち、シリコン中における光吸収率Ｉ／Ｉｏは、次式に示すベールの法則により表される。
Ｉ／Ｉｏ＝ｅｘｐ（−αＺ）    ・・・・・・・・・・・・・（１）
ここに、αは光吸収係数、Ｚは光の進入深さ、Ｉは深さＺにおける光強度、Ｉｏは入射光強度を示す。
【００３２】
光吸収係数αの波長依存性を考慮し、式（１）を用いてシリコン半導体層４の厚さ（Ｚ）毎に光吸収率Ｉ／Ｉｏを求め、シリコン半導体層４の厚さに対する光吸収率Ｉ／Ｉｏが１０％となる波長を求めると、図７に示すように、波長４００ｎｍ以下の紫外線領域で選択的に感度を有するようにするためには、シリコン半導体層４ａの厚さを５０ｎｍ以下の厚さにすればよいことが判る。
【００３３】
上記の計算結果に基づいて、厚さを５０ｎｍ以下の範囲で様々に厚さを変化させたシリコン半導体層４に、第１のフォトダイオード６ａと同様の構成を有するフォトダイオードを単独で形成し、これらの光の波長に対する分光感度を実験により計測した。
図８はシリコン半導体層４の厚さを４０．０４ｎｍとしたときのフォトダイオードの分光感度を示すグラフである。
【００３４】
図８に示すように、厚さを約４０ｎｍとしたフォトダイオードにおいては、紫外線の波長領域（波長４００ｎｍ以下の波長領域）より長い可視光の波長領域（紫色）にサブピーク（図８に示す丸印）が存在することが判る。
これは、上記の計算においては、光がシリコン半導体層４をそのまま通過すると仮定して計算したが、実際のフォトダイオードにおいては、シリコン半導体層４と埋込み酸化膜３との界面で光が反射し、光の通過する経路の長さが長くなって紫外線の波長領域より長い波長の可視光と反応し、これがサブピークとなって現出するためと考えられる。
【００３５】
このような、サブピークは、更に薄いシリコン半導体層４においても現出し、その現出する波長（サブピーク波長という。）を実験により求めた結果を図９に示す。
図９に示すように、サブピーク波長はシリコン半導体層４の厚さが薄くなるに従って短くなり、シリコン半導体層４の厚さをＴｓｉ（単位：ｎｍ）とし、サブピーク波長をＬｓ（単位：ｎｍ）としたときに、
Ｌｓ＝２．４５７Ｔｓｉ＋３１２．５    ・・・・・・・・・（２）
で表される実験式で近似され、シリコン半導体層４と埋込み酸化膜３との界面での反射の影響を避けて、波長４００ｎｍより長い波長の可視光と反応させないためには、シリコン半導体層４の厚さを３６ｎｍ以下の厚さにすればよいことが判る。
【００３６】
このため、第１および第２のフィルタ層２４ａ、２４ｂを透過した可視光に反応せずに紫外線領域のみを選択的に検出するためのシリコン半導体層４の厚さは、３６ｎｍ以下に設定することが望ましく、その下限は３ｎｍに設定することが望ましい。
シリコン半導体層４の厚さを３ｎｍ以上とするのは、これより薄くすると半導体ウェハにシリコン半導体層４を形成する場合における厚さのバラツキを吸収することが困難になるからである。
【００３７】
本実施例のシリコン半導体層４は、３５ｎｍの厚さに形成されている。
以下に、図３、図４にＰで示す工程に従って、本実施例の紫外線受光素子の製造方法について説明する。
本実施例の半導体ウェハのシリコン半導体層４は、ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
ｂｙ  Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  Ｏｘｙｇｅｎ）法により埋込み酸化膜３上に薄いシリコン層を残して形成されたＳＯＩ構造の半導体ウェハ、または埋込み酸化膜３上に薄いシリコン層を貼り付けて形成されたＳＯＩ構造の半導体ウェハの薄いシリコン層に熱酸化法により犠牲酸化膜を形成し、これをウェットエッチングにより除去して、埋込み酸化膜３上に３５ｎｍの厚さのシリコン半導体層４が形成された半導体ウェハを準備し、そのシリコン半導体層４の素子分離領域１０に、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）法により、埋込み酸化膜３に達する酸化シリコンからなる素子分離層９を形成する。
【００３８】
そして、シリコン半導体層４の第１および第２のダイオード形成領域７ａ、７ｂに、Ｐ型不純物イオンを注入し、シリコン半導体層４にＰ型不純物を比較的低濃度に拡散させた第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂのＰ−拡散層１５を形成し、フォトリソグラフィにより第１および第２のダイオード形成領域７ａ、７ｂのそれぞれのＮ＋拡散層１４の形成領域（図１に示す「Ｅ」字状の部位）を露出させたレジストマスク２７（不図示）を形成し、露出しているＮ＋拡散層１４の形成領域のシリコン半導体層４にＮ型不純物イオンを注入し、Ｎ型不純物を高濃度に拡散させたＮ＋拡散層１４を形成する。
【００３９】
次いで、前記のレジストマスク２７を除去し、フォトリソグラフィにより第１および第２のダイオード形成領域７ａ、７ｂのそれぞれのＰ＋拡散層１２の形成領域（図１に示す「π」字状の部位）を露出させたレジストマスク２７（不図示）を形成し、露出しているＰ＋拡散層１２の形成領域のシリコン半導体層４にＰ型不純物イオンを注入し、Ｐ型不純物を高濃度に拡散させたＰ＋拡散層１２を形成し、前記のレジストマスク２７を除去し、各拡散層を活性化させるための熱処理を施して、シリコン半導体層４に複数の横型ＰＮ接合形式の第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂが形成されたＳＯＩ構造の半導体ウェハを形成する。
【００４０】
Ｐ１（図３）、上記のようにして準備された半導体ウェハの素子分離層９上等のシリコン半導体層４上の全面に、ＣＶＤ法により酸化シリコンを比較的厚く堆積し、その上面を平坦化処理して層間絶縁膜１８を形成する。
Ｐ２（図３）、フォトリソグラフィにより層間絶縁膜１８上に、第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂのそれぞれのＰ＋拡散層１２およびＮ＋拡散層１４上のコンタクトホール１９の形成領域の層間絶縁膜１８を露出させた開口部を有するレジストマスク２７を形成し、これをマスクとして酸化シリコンを選択的にエッチングする異方性エッチングにより層間絶縁膜１８を貫通してＰ＋拡散層１２およびＮ＋拡散層１４に達するコンタクトホール１９を形成する。
【００４１】
Ｐ３（図３）、工程Ｐ２で形成したレジストマスク２７を除去し、スパッタ法等によりコンタクトホール１９内に導電材料を埋め込んでコンタクトプラグ２０を形成すると共に、層間絶縁膜１８上にコンタクトプラグ２０と同じ導電材料で配線２１を形成するための配線層を形成し、フォトリソグラフィにより配線層上に、配線２１の形成領域を覆うレジストマスク２７（不図示）を形成し、これをマスクとして配線層をエッチングしてコンタクトプラグ２０間等を電気的に接続する配線２１を形成し、前記のレジストマスク２７を除去する。
【００４２】
Ｐ４（図３）、ＣＶＤ法により層間絶縁膜１８および配線２１上に、比較的水素含有量の多い窒化シリコンからなる膜厚８５０ｎｍ程度の第２のパッシベーション膜２３ｂを上記した条件で形成する。
Ｐ５（図４）、フォトリソグラフィにより第２のパッシベーション膜２３ｂ上に、第２のダイオード形成領域７ｂを覆うレジストマスク２７を形成し、これをマスクとして異方性エッチングにより、第２のパッシベーション膜２３ｂをエッチングして、第２のダイオード形成領域７ｂを除く領域の層間絶縁膜１８および配線２１を露出させる。
【００４３】
これにより、第２のフォトダイオード６ｂと層間絶縁膜１８を挟んで対向する第２のダイオード形成領域７ｂと同等の大きさの第２のフィルタ層２４ｂが形成される。
Ｐ６（図４）、工程Ｐ５で形成したレジストマスク２７を除去し、ＣＶＤ法により層間絶縁膜１８および配線２１、第２のフィルタ層２４ｂ上に、比較的水素含有量の少ない窒化シリコンからなる膜厚８５０ｎｍ程度の第１のパッシベーション膜２３ａを上記した条件で形成する。
【００４４】
Ｐ７（図４）、フォトリソグラフィにより第１のパッシベーション膜２３ａ上に、第２のダイオード形成領域７ｂを露出させたレジストマスク２７を形成し、これをマスクとして異方性エッチングにより、第１のパッシベーション膜２３ａをエッチングして、第２のフィルタ層２４ｂを露出させる。
その後に、前記のレジストマスク２７を除去し、フォトリソグラフィにより図示しないパッド上の端子穴の形成領域に開口を有するレジストマスクを形成し、１回の異方性エッチングにより端子穴を形成して、第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂ上に層間絶縁膜１８を挟んでそれぞれ対向する第１および第２のフィルタ層２４ａ、２４ｂを備えた図１、図２に示す紫外線受光素子１を形成する。
【００４５】
このようにして形成された第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂは、膜厚を３ｎｍ以上、３６ｎｍ以下（本実施例では、３５ｎｍ）としたシリコン半導体層４に形成されているので、可視光に反応することはない。
また、第１のフォトダイオード６ａ上には、ＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線および可視光を透過させる第１のフィルタ層２４ａが形成されているので、透過した可視光はシリコン半導体層４の厚さによりカットされ、ＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線量のみを検出することができ、第２のフォトダイオード６ｂ上には、ＵＶ−Ａ波の波長領域の紫外線および可視光を透過させる第２のフィルタ層２４ｂが形成されているので、透過した可視光はシリコン半導体層４の厚さによりカットされ、ＵＶ−Ａ波の波長領域の紫外線量のみを検出することができる。
【００４６】
これにより、第１のフォトダイオード６ａが検出したＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線量から、第２のフォトダイオード６ｂが検出したＵＶ−Ａ波の波長領域の紫外線量に所定の倍率を乗じて減算すれば、ＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線量を求めることができ、ＵＶ−Ａ波と、ＵＶ−Ｂ波のそれぞれの波長領域の紫外線量を分離して検出することが可能な紫外線受光素子１を得ることができる。
【００４７】
また、第１のフィルタ層２４ａおよび第２のフィルタ層２４ｂは、それぞれ３００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲で、同じ厚さ（本実施例では、８５０ｎｍ）に形成されているので、パッド上の端子穴の形成工程等において、同じエッチング条件により第１および第２のパッシベーション膜２３ａ、２３ｂを同時にエッチングして複数の端子穴等を同持に形成することが可能になり、紫外線受光素子１の製造工程の簡素化を図ることができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施例では、埋込み酸化膜上に形成された３ｎｍ以上、３６ｎｍ以下の厚さのシリコン半導体層に形成された横型ＰＮ接合形式の第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオード上に、それぞれ層間絶縁膜を挟んで、ＵＶ−Ｂ波以上の波長領域の光を透過させる窒化シリコンからなる第１のフィルタ層、およびＵＶ−Ａ波以上の波長領域の光を透過させる窒化シリコンからなる第２のフィルタ層とを形成したことによって、透過した可視光はシリコン半導体層の厚さによりカットされ、第１のフォトダイオードからはＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線量のみを、第２のフォトダイオードからはＵＶ−Ａ波の波長領域の紫外線量のみを出力させることができ、ＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波との２つの波長領域の紫外線量を分離して検出することが可能な紫外線受光素子を得ることができる。
【００４９】
また、第１のフィルタ層および第２のフィルタ層を、それぞれ３００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲で、同じ厚さに形成するようにしたことによって、同じエッチング条件により第１および第２のパッシベーション膜を同時にエッチングしてパッド上の複数の端子穴等を同時に形成することが可能になり、紫外線受光素子の製造工程の簡素化を図ることができる。
【実施例２】
【００５０】
図１０は実施例２の紫外線受光素子の断面を示す説明図、図１１、図１２は実施例２の紫外線受光素子の製造方法を示す説明図である。
なお、図１０は実施例１の図２と同様の断面で示した断面図であり、その上面は実施例１の図１と同様である。また上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５１】
本実施例の第１のフォトダイオード６ａ上には、層間絶縁膜１８を挟んで対向する第１のフィルタ層２４ａが形成されている。
また、第２のフォトダイオード６ｂ上には、層間絶縁膜１８を挟んで対向する第２のフィルタ層２４ｂおよび第１のフィルタ層２４ａからなる積層構造のフィルタ層が形成されている。
【００５２】
本実施例の第１のフィルタ層２４ａの膜厚は４５０ｎｍ、第２のフィルタ層２４ｂの膜厚は４００ｎｍに形成されている。
また、シリコン半導体層４の厚さは、上記実施例１と同様に、３ｎｍ以上、３６ｎｍ以下の厚さに形成され、本実施例では３５ｎｍの厚さに形成されている。
以下に、図１１、図１２にＰＡで示す工程に従って、本実施例の紫外線受光素子の製造方法について説明する。
【００５３】
本実施例のシリコン半導体層４に複数の横型ＰＮ接合形式の第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂが形成されたＳＯＩ構造の半導体ウェハの形成工程、および工程ＰＡ１〜工程ＰＡ３（図１１）の作動は、上記実施例１の工程Ｐ１〜工程Ｐ３（図３）の作動と同様であるので、その説明を省略する。
ＰＡ４（図１１）、上記実施例１の工程Ｐ４と同様にして、層間絶縁膜１８および配線２１上に、膜厚４００ｎｍ程度の第２のパッシベーション膜２３ｂを形成する。
【００５４】
ＰＡ５（図１２）、実施例１の工程Ｐ５と同様にして、異方性エッチングにより、第２のフォトダイオード６ｂと層間絶縁膜１８を挟んで対向する第２のダイオード形成領域７ｂと同等の大きさの第２のフィルタ層２４ｂを形成する。
ＰＡ６（図１２）、実施例１の工程Ｐ６と同様にして、層間絶縁膜１８および配線２１、第２のフィルタ層２４ｂ上に、膜厚４５０ｎｍ程度の第１のパッシベーション膜２３ａを形成する。
【００５５】
これにより、第１のフォトダイオード６ａ上に層間絶縁膜１８を挟んで対向する第１のフィルタ層２４ａか形成されると共に、第２のフォトダイオード６ｂ上の第２のフィルタ層２４ｂ上に第１のフィルタ層２４ａが積層される。
その後に、フォトリソグラフィにより図示しないパッド上の端子穴の形成領域に開口を有するレジストマスクを形成し、複数回の異方性エッチングにより端子穴を形成して、第１のフォトダイオード６ａ上に層間絶縁膜１８を挟んで対向する第１のフィルタ層２４ａが形成され、第２のフォトダイオード６ｂ上に第２のフィルタ層２４ｂと第１のフィルタ層２４ａとが積層された図１０に示す紫外線受光素子１を形成する。
【００５６】
このようにして形成された第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂは、膜厚を３ｎｍ以上、３６ｎｍ以下（本実施例では、３５ｎｍ）としたシリコン半導体層４に形成されているので、可視光に反応することはない。
また、第１のフォトダイオード６ａ上には、ＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線および可視光を透過させる第１のフィルタ層２４ａが実施例１に較べて薄く（本実施例では、４５０ｎｍ）形成されているので、透過した可視光はシリコン半導体層４の厚さによりカットされ、ＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線量、特にＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線量をより多く検出することができる（図６参照）。
【００５７】
更に、第２のフォトダイオード６ｂ上には、ＵＶ−Ａ波の波長領域の紫外線および可視光を透過させる第２のフィルタ層２４ｂが実施例１に較べて薄く（本実施例では、４００ｎｍ）形成され、その上に実施例１に較べて薄く形成された第１のフィルタ層２４ａが積層された積層構造のフィルタ層が形成されているので、透過した可視光はシリコン半導体層４の厚さによりカットされ、図１３に示すように、同じ厚さ（８５０ｎｍ）の第２のフィルタ層２４ａに較べて、第２のフォトダイオード６ｂにおけるＵＶ−Ａ波の波長領域（波長約３２０〜４００ｎｍ）の紫外線量をより多く検出することができる。
【００５８】
これは、第１のフィルタ層２４ａはＵＶ−Ａ波を吸収することなくほぼ１００％透過させ（図５参照）、第２のフィルタ層２４ｂを薄くすることによってＵＶ−Ａ波の透過量が増すためである。
これにより、実施例１と同様に、ＵＶ−Ａ波と、ＵＶ−Ｂ波のそれぞれの波長領域の紫外線量を分離して検出することが可能な紫外線受光素子１を得ることができると共に、第２のフォトダイオード６ｂが検出するＵＶ−Ａ波の波長領域の紫外線量を積層する各フィルタ層の膜厚の組合せにより制御することが可能になる。
【００５９】
なお、上記で示した積層構造のフィルタ層は、その積層順を逆にしても、上記と同様の第２のフォトダイオード６ｂにおけるＵＶ−Ａ波の紫外線の検出量を増加させることができる。
この場合に、本実施例のように、第２のフィルタ層２４ｂ上に、第１のフィルタ層２４ａを積層すれば、半導体ウェハの他の領域を覆うパッシベーション膜を僅かながらＵＶ−Ｃ波の波長領域（波長約２８０ｎｍ以下）の紫外線を透過させる（図５参照）第１のパッシベーション膜２３ａとすることができ、半導体ウェハの他の領域に形成されたメモリ素子等の記憶内容の消去を、人為的に生成したＵＶ−Ｃ波を用いて容易に行うことが可能になる。このようにしても、太陽光からのＵＶ−Ｃ波はオゾン層で吸収されて地上に達することはないので、実装されたメモリ素子の記憶内容が自然に消失することはない。
【００６０】
以上説明したように、本実施例では、上記実施例１と同様の効果に加えて、第２のフォトダイオード上に第１のフィルタ層と第２のフィルタ層とを積層した積層構造のフィルタ層を形成するようにしたことによって、第２のフォトダイオードが検出するＵＶ−Ａ波の波長領域の紫外線量を積層する各フィルタ層の膜厚の組合せにより制御することが可能になる。
【００６１】
また、積層構造のフィルタ層を、第２のフォトダイオード側に第２のフィルタ層を形成し、第２のフィルタ層上に第１のフィルタ層を積層するようにしたことによって、半導体ウェハの他の領域を覆うパッシベーション膜をＵＶ−Ｃ波の波長領域の紫外線を透過させることが可能な第１のパッシベーション膜とすることができ、半導体ウェハの他の領域に形成されたメモリ素子等の記憶内容の消去を、ＵＶ−Ｃ波を用いて容易に行うことができる。
【実施例３】
【００６２】
図１４は実施例３の紫外線量測定装置を示すブロック図、図１５は実施例３の紫外線情報測定処理を示すフローチャートである。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の紫外線量測定装置３１は、図１４に示すように、第１のフィルタ層２４ａおよびシリコン半導体層４の厚さによりＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線量を電流値として選択的に出力する第１のフォトダイオード６ａ、第２のフィルタ層２４ｂおよびシリコン半導体層４の厚さによりＵＶ−Ａ波の波長領域の紫外線量を電流値として選択的に出力する第２のフォトダイオード６ｂ、第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂからの光電流をそれぞれ電圧に変換し増幅して受光電圧として出力する電流電圧変換増幅器３３、１０ビット以上の分解能（本実施例では、１２ビット）を有し、サンプリング時に第１のフォトダイオード６ａおよび第２のフォトダイオード６ｂからの受光電圧を切替える電子スイッチ等の切替手段を内蔵した比較的精度の高いＡＤコンバータ３４、内蔵メモリを有し、インターフェース回路３５等を介して紫外線量測定装置３１の各部を制御して紫外線情報測定処理等を実行するＣＰＵ３６、ＣＰＵ３６が実行するプログラムやデータ等が格納されるＲＯＭ３７、およびＣＰＵ３６からの表示データを表示ドライバ３８を介して表示するＬＣＤ等の表示画面を有する表示部３９等により構成されており、これら紫外線量測定装置３１の各部は、同じ半導体ウェハのシリコン半導体層４に一体に形成され、一つのＬＳＩとして製造されている。
【００６３】
また、本実施例の紫外線量測定装置３１には、上記実施例１または実施例２で説明した紫外線受光素子１が用いられ、その第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂは、図１６に示すように、それぞれの受光面積を調整してＵＶ−Ａ波の波長領域における光電流の発生量が同じになるように予め設定されている。
本実施例のＲＯＭ３７には、ＡＤコンバータ３４の切替手段を切替えて第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂのそれぞれの受光電圧Ｖ１、Ｖ２のデジタル出力Ｍ１、Ｍ２を取得し、取得した第２のフォトダイオード６ｂのデジタル出力Ｍ２からＵＶ−Ａ波の紫外線量を求め、これを第１のフォトダイオード６ａのデジタル出力Ｍ１から減じてＵＶ−Ｂ波の紫外線量を算出し、ＵＶ−Ｂ波の紫外線量にインデックス定数を乗じてＵＶインデックスを算出し、これらＵＶ−Ａ波とＵＶ−Ｂ波のそれぞれの紫外線量、およびＵＶインデックスからなる紫外線情報を表示する機能等を有する紫外線情報測定処理プログラムが予め格納されており、ＣＰＵ２６が実行する紫外線情報測定処理プログラムのステップにより、本実施例の紫外線量測定装置３１のハードウェアとしての各機能手段が形成される。
【００６４】
また、ＲＯＭ３７には、ＵＶインデックスを算出するために、第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂのそれぞれの紫外線に対する感度および受光面積によって決定されたインデックス定数が予め設定されて格納されている。
以下に、図１５に示すフローチャートを用い、Ｓで示すステップに従って本実施例の紫外線情報測定処理について説明する。
【００６５】
Ｓ１、紫外線量測定装置３１の利用者は、紫外線情報を測定するときに、太陽光の下で図示しない測定ボタンを押下する。
紫外線情報測定処理プログラムにより、測定ボタンの押下を待って待機していたＣＰＵ３６は、測定ボタンの押下を検知したときに紫外線量測定装置３１の各部へインターフェース回路３５を介して動作指令を送出し紫外線情報の測定を開始する。
【００６６】
Ｓ２、紫外線情報の測定を開始したＣＰＵ３６は、ＡＤコンバータ３４へ切替指令を送出し、これを受取ったＡＤコンバータ３４は、その切替手段を第１のフォトダイオード６ａの方向に切替える。
Ｓ３、切替手段を第１のフォトダイオード６ａの方向に切替えたＣＰＵ３６は、ＡＤコンバータ３４へデジタル出力取得指令を送出し、これを受取ったＡＤコンバータ３４は、電流電圧変換増幅器３３により第１のフォトダイオード６ａからの光電流を電圧に変換した受光電圧Ｖ１（図１５参照）をサンプリングしてＡＤコンバータ３４内に保持し、保持された受光電圧Ｖ１を参照電圧Ｖｒｅｆ（本実施例では、電源電圧）と比較しながら生成したデジタル出力Ｍ１をインターフェース回路３５を介してＣＰＵ３６へ送出する。
【００６７】
これにより、ＣＰＵ３６は、ＡＤコンバータ３４から出力された受光電圧Ｖ１のデジタル出力Ｍ１を取得する。
Ｓ４、デジタル出力Ｍ１を取得したＣＰＵ３６は、受光電圧Ｖ１をデジタル変換したデジタル出力Ｍ１を内蔵メモリに一時保存する。
Ｓ５、ＣＰＵ３６は、内臓メモリに保存した受光電圧が１回目のサンプリングによるデジタル出力である場合は、２回目のサンプリングが必要と判定してステップＳ６へ移行する。２回目の場合は、サンプリングの終了を判定してステップＳ７へ移行する。
【００６８】
Ｓ６、２回目のサンプリングが必要と判定したＣＰＵ３６は、ＡＤコンバータ３４へ切替指令を送出し、これを受取ったＡＤコンバータ３４は、その切替手段を第２のフォトダイオード６ｂの方向に切替える。
そして、ＣＰＵ３６は、ステップＳ３、Ｓ４により、第２のフォトダイオード６ｂからの受光電圧Ｖ２をサンプリングしてデジタル変換されたＡＤコンバータ３４からのデジタル出力Ｍ２を取得し、取得した受光電圧Ｖ２のデジタル出力Ｍ２を内蔵メモリに一時保存する。
【００６９】
Ｓ７、第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂによる紫外線量のサンプリングの終了を判定したＣＰＵ３６は、内蔵メモリに一時保存した受光電圧Ｖ１、Ｖ２のそれぞれのデジタル出力Ｍ１、Ｍ２を読出し、ＵＶ−Ａ波の波長領域の紫外線量を出力する第２のフォトダイオード６ｂからのデジタル出力Ｍ２によりＵＶ−Ａ波の紫外線量を求め、ＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線量を出力する第１のフォトダイオード６ａからのデジタル出力Ｍ１からデジタル出力Ｍ２を減じてＵＶ−Ｂ波の紫外線量を算出する。
【００７０】
Ｓ８、ＵＶ−Ｂ波の紫外線量を算出したＣＰＵ３６は、ＲＯＭ３７に格納されているインデックス定数を読出し、これを算出したＵＶ−Ｂ波の紫外線量に乗じてＵＶインデックスを算出する。
Ｓ９、そして、ＣＰＵ３６は、算出したＵＶインデックス、ＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の紫外線量を基に、紫外線情報の表示データを生成し、これを表示ドライバ３８へ送出して表示部３９の表示画面に、測定した紫外線情報を表示する。
【００７１】
その後に、ＣＰＵ３６は、紫外線量測定装置３１の各部へ停止指令を送出して紫外線情報測定処理を終了させ、ステップＳ１へ戻って測定ボタンの押下を待って待機する。
このように、本実施例の紫外線情報測定処理においては、ＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線量を選択的に出力する第１のフォトダイオード６ａと、ＵＶ−Ａ波の波長領域の紫外線量を選択的に出力する第２のフォトダイオード６ｂとをＵＶ−Ａ波の波長領域における光電流の発生量が同じになるように設定し、第１のフォトダイオード６ａからの紫外線量から、第２のフォトダイオード６ｂからの紫外線量を減じてＵＶ−Ｂ波の紫外線量を算出し、これにインデックス定数を乗じてＵＶインデックスを算出するので、紫外線情報を容易に測定することができる。
【００７２】
また、本実施例の紫外線量測定装置３１は、シリコン半導体層４に形成された第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂを用いて製造されるので、そのシリコン半導体層４にＡＤコンバータ３４やＣＰＵ３６等を一体に形成することが可能になり、アルミニウム、ガリウム（Ｇａ）、窒素（Ｎ）からなる複合化合物により形成された紫外線受光素子のように別の基板により製造された紫外線受光素子と、ＡＤコンバータ３４やＣＰＵ３６等が形成されたＬＳＩと組み合わせる場合に較べて、１チップで紫外線量測定装置３１を形成することができ、紫外線量測定装置３１の製造コストの削減を図ることができると共に、紫外線量測定装置３１の小型化を図ることができる。
【００７３】
なお、本実施例では、第１および第２のフォトダイオード６ａ、６ｂのそれぞれのＵＶ−Ａ波の波長領域における光電流の発生量が同じになるように設定しておくとして説明したが、第２のフォトダイオード６ｂのＵＶ−Ａ波の波長領域における光電流の発生量が、第１のフォトダイオード６ａのＵＶ−Ａ波の波長領域における光電流の発生量と同じになるように所定の倍率を設定しておき、第２のフォトダイオード６ｂの出力に所定の倍率を乗じて、第１および第２のフォトダイオードのそれぞれのＵＶ−Ａ波の波長領域における光電流の発生量を同じにしてもよい。
【００７４】
以上説明したように、本実施例では、上記実施例１または実施例２の紫外線受光素子を用い、その第２のフォトダイオードの出力によりＵＶ−Ａ波の紫外線量を求め、第１のフォトダイオードの出力から第２のフォトダイオードの出力を減じて、ＵＶ−Ｂ波の紫外線量を求めるようにしたことによって、紫外線情報を容易に測定することができる他、１つのＬＳＩで紫外線量測定装置を形成することができ、紫外線量測定装置の製造コストの削減を図ることができると共に、紫外線量測定装置の小型化を図ることができる。
【００７５】
なお、上記実施例１ないし実施例３においては、紫外線受光素子の第１および第２のフォトダイオードは互いに隣接させて形成するとして説明したが、これらは隣接している必要はなく、ＬＳＩの内に配置されていれば足りる。
【実施例４】
【００７６】
図１７は実施例４の紫外線量測定装置を示すブロック図、図１８は実施例４の紫外線情報測定処理を示すフローチャートである。
なお、上記実施例１および実施例３と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の紫外線量測定装置４１は、図１７に示すように、第１のフィルタ層２４ａおよびシリコン半導体層４の厚さによりＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線量を電流値として出力する、上記実施例１または実施例２で説明した紫外線受光素子１の第１のフォトダイオード６ａのみが用いられ、上記実施例３と同様の電流電圧変換増幅器３３、切替手段が省略された実施例３と同様のＡＤコンバータ３４、実施例３と同様のンターフェース回路３５、ＣＰＵ３６、ＲＯＭ３７、表示ドライバ３８、表示部３９等により構成されており、これら紫外線量測定装置４１の各部は、同じ半導体ウェハのシリコン半導体層４に一体に形成され、一つのＬＳＩとして製造されている。
【００７７】
本実施例のＲＯＭ３７には、ＡＤコンバータ３４により取得した第１のフォトダイオード６ａの受光電圧Ｖ１のデジタル出力Ｍ１に、Ａ波比率を乗じてＵＶ−Ａ波の紫外線量を、Ｂ波比率を乗じてＵＶ−Ｂ波の紫外線量を算出し、ＵＶ−Ｂ波の紫外線量にインデックス定数を乗じてＵＶインデックスを算出し、これらの紫外線情報を表示する機能等を有する紫外線情報測定処理プログラムが予め格納されており、ＣＰＵ２６が実行する紫外線情報測定処理プログラムのステップにより、本実施例の紫外線量測定装置４１のハードウェアとしての各機能手段が形成される。
【００７８】
また、ＲＯＭ３７には、上記実施例３と同様のインデックス定数に加えて、第１のフォトダイオード６ａの受光電圧Ｖ１のデジタル出力Ｍ１から、ＵＶ−Ａ波の紫外線量を算出するためのＡ波比率、およびＵＶ−Ｂ波の紫外線量を算出するためのＶ波比率が予め設定されて格納されている。
このような、Ａ波比率およびＢ波比率は、図１６に示す第１のフォトダイオード６ａの分光感度は、天候等による太陽光の照射状況によってその絶対値は変化するが、ＵＶ−Ａ波の分光感度をその波長領域に渡って積分したＡ波積分値と、ＵＶ−Ｂ波の分光感度をその波長領域に渡って積分したＢ波積分値との比率は変化しないという特性を利用して設定されたものであり、
Ａ波比率＝Ａ波積分値／（Ａ波積分値＋Ｂ波積分値）  ・・・・・・（３）
Ｂ波比率＝Ｂ波積分値／（Ａ波積分値＋Ｂ波積分値）  ・・・・・・（４）
として算出された値である。
【００７９】
以下に、図１８に示すフローチャートを用い、ＳＡで示すステップに従って本実施例の紫外線情報測定処理について説明する。
ＳＡ１、紫外線量測定装置４１の利用者は、紫外線情報を測定するときに、太陽光の下で図示しない測定ボタンを押下する。
紫外線情報測定処理プログラムにより、測定ボタンの押下を待って待機していたＣＰＵ３６は、測定ボタンの押下を検知したときに紫外線量測定装置４１の各部へインターフェース回路３５を介して動作指令を送出し紫外線情報の測定を開始する。
【００８０】
ＳＡ２、紫外線情報の測定を開始したＣＰＵ３６は、ＡＤコンバータ３４へデジタル出力取得指令を送出し、上記実施例３のステップＳ３と同様にしてＡＤコンバータ３４から出力された受光電圧Ｖ１のデジタル出力Ｍ１を取得する。
ＳＡ３、デジタル出力Ｍ１を取得したＣＰＵ３６は、受光電圧Ｖ１をデジタル変換したデジタル出力Ｍ１を内蔵メモリに一時保存する。
【００８１】
ＳＡ４、ＣＰＵ３６は、内蔵メモリに一時保存した受光電圧Ｖ１のデジタル出力Ｍ１を読出すと共に、ＲＯＭ３７に格納されているＡ波比率、Ｂ波比率を読出し、デジタル出力Ｍ１にＡ波比率を乗じてＵＶ−Ａ波の紫外線量を、デジタル出力Ｍ１にＢ波比率を乗じてＵＶ−Ｂ波の紫外線量を算出する。
これにより、第１のフォトダイオード６ａの出力を、所定の比率で分割したＵＶ−Ａ波の紫外線量およびＵＶ−Ｂ波の紫外線量が算出される。
【００８２】
ＳＡ５、ＵＶ−Ｂ波の紫外線量を算出したＣＰＵ３６は、実施例３のステップＳ８と同様にして、ＵＶインデックスを算出する。
ＳＡ６、そして、ＣＰＵ３６は、実施例３のステップＳ９と同様にして、表示部３９の表示画面に、測定した紫外線情報を表示する。
その後に、ＣＰＵ３６は、紫外線量測定装置４１の各部へ停止指令を送出して紫外線情報測定処理を終了させ、ステップＳＡ１へ戻って測定ボタンの押下を待って待機する。
【００８３】
このように、本実施例の紫外線情報測定処理においては、ＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の波長領域の紫外線量を選択的に出力する第１のフォトダイオード６ａからの出力に、予め設定されたＡ波比率およびＢ波比率をそれぞれ乗じて、ＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の紫外線量をそれぞれ算出し、算出されたＵＶ−Ｂ波の紫外線量にインデックス定数を乗じてＵＶインデックスを算出するので、紫外線情報を更に容易に測定することができると共に、１回のサンプリングによる演算により全ての紫外線情報を算出することができ、紫外線量測定装置４１の測定時間の短縮を図ることができる。
【００８４】
また、本実施例の紫外線量測定装置４１は、シリコン半導体層４に形成された第１のフォトダイオード６ａを用いて製造されるので、上記実施例３と同様に、１チップで紫外線量測定装置４１を形成することができ、紫外線量測定装置４１の製造コストの削減を図ることができると共に、紫外線量測定装置４１の更なる小型化を図ることができる。
以上説明したように、本実施例では、上記実施例１または実施例２の紫外線受光素子の第１のフォトダイオードを用い、そのＵＶ−Ａ波およびＵＶ−Ｂ波の出力を、Ａ波比率およびＢ波比率からなる所定の比率により分割して、ＵＶ−Ａ波の紫外線量およびＵＶ−Ｂ波の紫外線量を算出するようにしたことによって、紫外線情報を更に容易に測定することができる他、１つのＬＳＩで紫外線量測定装置を形成することができ、紫外線量測定装置の製造コストの削減を図ることができると共に、紫外線量測定装置の更なる小型化を図ることができる。
【００８５】
また、前記に加えて、１回のサンプリングにより全ての紫外線情報を算出することができ、紫外線量測定装置の測定時間の短縮を図ることができる。
なお、上記実施例３および本実施例においては、ＡＤコンバータ３４の参照電圧Ｖｒｅｆは、電源電圧であるとして説明したが、デジタル変換用にＬＳＩの内部で生成された電圧であってもよい。
【００８６】
また、上記実施例３および本実施例においては、デジタル出力Ｍ１等はＣＰＵ３６に内蔵された内部メモリに保存するとして説明したが、ＣＰＵ３６の外部に設けられた外部メモリに保存するようにしてもよい。
上記各実施例においては、低濃度拡散層は、Ｐ型不純物を拡散させて形成するとして説明したが、Ｎ型の不純物を比較的低濃度に拡散させて形成しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
また、上記各実施例においては、Ｐ＋拡散層は「π」字状、Ｎ＋拡散層は「Ｅ」字状であるとして説明したが、それぞれの形状を逆にしてもよく、櫛歯部の数を更に多くしてもよい。
更に、上記各実施例においては、Ｐ＋拡散層およびＮ＋拡散層には、櫛歯部を複数設け、これらを噛合わせて配置するとして説明したが、櫛歯部を設けずに、峰部のみを低濃度拡散層を挟んで対向配置するようにしてもよい。
【００８８】
更に、上記各実施例においては、半導体ウェハは、シリコン基板に絶縁層としての埋込み酸化膜を挟んで形成されたシリコン半導体層を有するＳＯＩ構造の半導体ウェハであるとして説明したが、ＳＯＩ構造の半導体ウェハは前記に限らず、絶縁層としてのサファイア基板上にシリコン半導体層を形成したＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板や、絶縁層としてのクオーツ基板上にシリコン半導体層を形成したＳＯＱ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｑｕａｒｔｚ）基板等のＳＯＩ構造の半導体ウェハであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施例１の紫外線受光素子の上面を示す説明図
【図２】実施例１の紫外線受光素子の断面を示す説明図
【図３】実施例１の紫外線受光素子の製造方法を示す説明図
【図４】実施例１の紫外線受光素子の製造方法を示す説明図
【図５】実施例１の第１および第２のフィルタ層の光の透過率特性を示すグラフ
【図６】実施例１の第１および第２のフィルタ層の膜厚によるＵＶ−Ｂ波の透過率を示すグラフ
【図７】シリコン（１００）のシリコン半導体層の厚さによる光吸収率が１０％となる波長を示すグラフ
【図８】シリコン半導体層の厚さを４０．０４ｎｍとしたときのフォトダイオードの分光感度を示すグラフ
【図９】シリコン半導体層の厚さによるサブピーク波長を示すグラフ
【図１０】実施例２の紫外線受光素子の断面を示す説明図
【図１１】実施例２の紫外線受光素子の製造方法を示す説明図
【図１２】実施例２の紫外線受光素子の製造方法を示す説明図
【図１３】実施例２の積層構造のフィルタ層の光の透過率特性を示すグラフ
【図１４】実施例３の紫外線量測定装置を示すブロック図
【図１５】実施例３の紫外線情報測定処理を示すフローチャート
【図１６】実施例３の紫外線受光素子の第１および第２のフォトダイオードの分光感度を示すグラフ
【図１７】実施例４の紫外線量測定装置を示すブロック図
【図１８】実施例４の紫外線情報測定処理を示すフローチャート
【符号の説明】
【００９０】
１    紫外線受光素子
３    埋込み酸化膜
４    シリコン半導体層
６ａ  第１のフォトダイオード
６ｂ  第２のフォトダイオード
７ａ  第１のダイオード形成領域
７ｂ  第２のダイオード形成領域
９    素子分離層
９ａ、９ｃ  一の辺
９ｂ、９ｄ  他の辺
１０  素子分離領域
１２  Ｐ＋拡散層
１２ａ、１４ａ  峰部
１２ｂ、１４ｂ  櫛歯部
１４  Ｎ＋拡散層
１５  Ｐ−拡散層
１６  境界
１８  層間絶縁膜
１９  コンタクトホール
２０  コンタクトプラグ
２１  配線
２３ａ  第１のパッシベーション膜
２３ｂ  第２のパッシベーション膜
２４ａ  第１のフィルタ層
２４ｂ  第２のフィルタ層
２７  レジストマスク
３１、４１  紫外線量測定装置
３３  電流電圧変換増幅器
３４  ＡＤコンバータ
３５  インターフェース回路
３６  ＣＰＵ
３７  ＲＯＭ
３８  表示ドライバ
３９  表示部
【図１】
2008251709.tif 000003
【図２】
2008251709.tif 000004
【図３】
2008251709.tif 000005
【図４】
2008251709.tif 000006
【図５】
2008251709.tif 000007
【図６】
2008251709.tif 000008
【図７】
2008251709.tif 000009
【図８】
2008251709.tif 000010
【図９】
2008251709.tif 000011
【図１０】
2008251709.tif 000012
【図１１】
2008251709.tif 000013
【図１２】
2008251709.tif 000014
【図１３】
2008251709.tif 000015
【図１４】
2008251709.tif 000016
【図１５】
2008251709.tif 000017
【図１６】
2008251709.tif 000018
【図１７】
2008251709.tif 000019
【図１８】
2008251709.tif 000020