受光器、便携式电子设备和受光器的制造方法与流程

本发明涉及受光器、便携式电子设备和受光器的制造方法，更详细而言，涉及作为紫外光传感器使用的受光器和使用该受光器的便携式电子设备以及受光器的制造方法。

背景技术：

近年来，冷藏库和冷却装置等中使用的包含碳氟化合物和氯的化学物质被排放到大气中而引起的臭氧层的破坏正在加剧，照射到地面的紫外光量不断增加。紫外光波长短，因此光能高，对肌肤等造成伤害。

紫外光根据波长被分为uva(315～400nm)、uvb(280～315nm)和uvc(100～280nm)。紫外光中波长最短的uvc被各种物质显著吸收，几乎不会到达地面。但是，波长第二短的uvb作用于人类肌肤的表皮层，促进由色素细胞进行的黑色素的生成，因此成为晒黑的原因，程度严重时色素细胞有可能发生癌变。此外，波长最长的uva将因上述uvb而生成的黑色素氧化，使其变成褐色。

像这样，紫外光对人类的健康和环境的影响大，而且，如上所述由于臭氧层的破坏，照射地面的紫外光量不断增加，因此对于在日常生活中利用智能手机或简易测量计等来检测紫外光量的期望逐渐高涨。无论在用何种方式进行检测的情况下，都需要使用对紫外光灵敏度高的光电转换元件。

基于图12说明检测上述紫外光量的现有受光器即光传感器的基本结构。

如图12所示，光传感器100形成有例如彼此结构相同的第一受光元件110和第二受光元件120，仅在第一受光元件110上形成有将紫外区域的波长的光截止的滤光片140。更详细而言，作为第一受光元件110和第二受光元件120，在p型半导体衬底101上依次形成有结深度深的n型扩散层111、121和结深度比上述n型扩散层111、121浅的p型扩散层112、122。此外，在其上，依次形成绝缘膜132和第一层配线层137，同样地依次形成绝缘膜133、第二层配线层138、绝缘膜134、第三层配线层139和绝缘膜135。进一步，在第一受光元件110上形成有将特定的光例如300～400nm等的紫外区域的光截止的滤光片140。

在上述光传感器100的扩散结构的情况下，利用由p型半导体衬底101和n型扩散层111、121构成的pn结所构成的光电二极管，以及在n型扩散层111、121和扩散层112、122之间构成的pn结所构成的光电二极管这2个光电二极管来吸收光。因此，第二受光元件灵敏度如图13的(b)所示，到达由硅衬底构成的p型半导体衬底101的深区域的光所引起的光载流子都能够进行光电转换，因此长波长区域(550～1150nm)的灵敏度高。

另一方面，形成有将特定的光截止的滤光片140(例如截止300～400nm的光的滤光片)的第一受光元件110具有如图13的(a)所示的第一受光元件灵敏度那样的分光灵敏度。

取得图13的(b)所示的第二受光元件120的输出与第一受光元件110的输出的差值，如图13的(c)所示，得到紫外光灵敏度的输出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开特许公报“特开2013-197243号公报(2013年9月30日公开)”

专利文献2：日本公开特许公报“特开平10-84102号公报(1998年3月31日公开)”

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

但是，在上述现有的受光器中存在以下问题。

首先，在图12所示的光传感器100中，使光电二极管的结构为双重扩散结构，通过装载有uv截止滤光片140的第一受光元件110的输出与未装载uv截止滤光片140的第二受光元件120的输出的差值的方式进行计算。

在该情况下，如图13的(a)、(b)、(c)所示，光电二极管的可见光区域和红外光区域的灵敏度高，因其影响，可见光区域和红外光区域的噪声大。

这里，第一受光元件110和第二受光元件120各自的作为可见光区域和红外光区域的400～1150nm的灵敏度仅被计算而在减法中抵消。因此，图13的(a)、(b)所示的400～1150nm的各自的灵敏度能够认为是本来不需要的分光灵敏度。

该可见光区域和红外光区域的噪声变大的原因可以认为是由于以下现象。

在形成有将特定的光截止的干涉膜即uv截止滤光片140的第一受光元件110中，在氧化膜上形成有干涉膜滤光片，因此各波长的反射/透射特性与没有形成干涉膜滤光片的第二受光元件120不同。其结果是，如图13的(a)、(b)所示，在第一受光元件灵敏度和第二受光元件灵敏度中，在500～1000nm区域产生的锯齿状的分光灵敏度对应于该反射，但不为相同的波形。

像这样，当对这2个受光元件灵敏度进行计算时，无论如何都如图12的(c)所示的计算后的受光元件灵敏度那样，在500～1000nm的区域剩余锯齿状的噪声。该噪声与作为主信号的300～400nm的信号重叠，因此不能够进行正确的计算。

特别是，在图12所示的光传感器100的受光部的结构中，利用由p型半导体衬底101和n型扩散层111构成的pn结所构成的光电二极管以及在n型扩散层111与p型扩散层112之间构成的pn结所构成的光电二极管这2个光电二极管来吸收光。因此，如图13的(b)所示的第二受光元件灵敏度所示出的那样，到达硅衬底的深区域的光所引起的光载流子都能够进行光电转换，因此长波长区域(550～1150nm)的灵敏度高。其结果是，500～1000nm的噪声变大。

也就是说，形成有uv截止滤光片的受光元件灵敏度和没有形成uv截止滤光片的受光元件灵敏度，灵敏度振荡存在差异，可见光区域包含无法忽视的误差。因此，存在利用发生振荡的光电二极管的输出的减法来检测紫外光强度而使得成为误差大的灵敏度的问题。

为了解决该问题，已知例如专利文献1中公开的光传感器。

上述专利文献1中公开的光传感器例如使用uv灵敏度高的第一光电二极管、uv灵敏度低的第二光电二极管、将uv截止滤光片装载于上述第一光电二极管而得到的第三光电二极管和将uv截止滤光片装载于上述第二光电二极管而得到的第四光电二极管。而且，包括计算(第一光电二极管输出-第三光电二极管的输出)-(第二光电二极管输出-第四光电二极管的输出)的输出电路。

但是，专利文献1中公开的光传感器的结构中，也具有如下问题：当uv光以外的光透射时，在uv截止滤光片表面与uv截止滤光片下部，反射率发生干涉，因此存在当uv光以外的光透射时，由于灵敏度偏移的影响，不能够高精度地检测出特定的光灵敏度。

本发明是鉴于上述现有的问题而完成的，其目的在于，提供能够实现紫外区域的灵敏度不均的降低以及可见光区域和红外光区域的噪声降低的受光器、便携式电子设备和受光器的制造方法。

解决问题的技术方案

为了解决上述问题，本发明的一个方式的受光器包括：第一受光元件；与上述第一受光元件结构相同的第二受光元件；和形成在上述第一受光元件上的将紫外区域的波长截止的滤光片，通过对来自上述第一受光元件和第二受光元件的输出进行运算，仅输出上述紫外区域的波长的输出，该受光器的特征在于：上述第一受光元件和第二受光元件分别通过在第一导电型的半导体衬底上形成第二导电型的第一扩散层，在上述第一扩散层内形成第一导电型的第二扩散层，在上述第二扩散层内形成第二导电型的第三扩散层而形成，并且，上述半导体衬底、上述第一扩散层和第二扩散层在电气上为相同电位或被短路。

为了解决上述问题，本发明的一个方式的便携式电子设备的特征在于，包括以上所述的受光器。

为了解决上述问题，本发明的一个方式的受光器的制造方法为以上所述的受光器的制造方法，其特征在于，包括：在形成将紫外区域的波长截止的滤光片时，将剥离用抗蚀剂图案化于第二受光元件上的工序；从上侧对上述第一受光元件和图案化后的上述第二受光元件上的剥离用抗蚀剂形成干涉膜的工序；和通过剥离，将存在干涉膜的第一受光元件和不存在干涉膜的第二受光元件以彼此相邻的方式同时形成的工序。

发明效果

根据本发明的一个方式，能够提供可实现紫外区域的灵敏度不均的降低以及可见光区域和红外光区域的噪声降低的受光器、便携式电子设备和受光器的制造方法这样的效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的受光器的受光部的结构的剖视图。

图2是表示上述受光器的结构的框图。

图3是表示上述受光器的受光部的结构的俯视图。

图4是表示上述受光部中的玻璃衬底上的干涉膜的可见光区域、红外光区域的透射率测定结果的曲线图。

图5中的(a)是表示使用了剥离(liftoff)技术的uv截止滤光片的制造方法的图，是表示光电二极管上抗蚀剂图案化工序的剖视图，(b)是表示干涉膜层叠溅射工序的剖视图，(c)是表示抗蚀剂剥离工序的剖视图。

图6是表示上述受光部的uv截止滤光片的分光透射率特性的曲线图。

图7中的(a)是表示上述受光部的第一受光元件灵敏度的曲线图，(b)是表示上述受光部的第二受光元件灵敏度的曲线图，(c)是表示上述受光部的紫外光灵敏度(第二受光元件灵敏度-第一受光元件灵敏度)的曲线图。

图8是表示本发明的实施方式2中的受光器的受光部的结构的剖视图。

图9是表示上述受光部的紫外区域中的反射率的硅氧化膜膜厚依赖性的曲线图。

图10是表示上述受光部的紫外区域中的反射率的硅氮化膜膜厚依赖性的曲线图。

图11是表示上述受光部的硅氮化膜的折射率(n)和消光系数(k)的波长依赖性的曲线图。

图12是表示现有的受光部的结构的剖视图。

图13中的(a)是表示上述现有受光部的第一受光元件灵敏度的曲线图，(b)是表示上述现有受光部的第二受光元件灵敏度的曲线图，(c)是表示上述现有受光部的紫外光灵敏度(第二受光元件灵敏度-第一受光元件灵敏度)的曲线图。

具体实施方式

[实施方式1]

基于图1～图7对本发明的一个实施方式进行说明如下。

基于图1～3对本实施方式的受光器1进行说明。图1是表示本实施方式的受光器1中的受光部10a的结构的剖视图。图2是表示本实施方式的受光器1的结构的框图。图3是表示上述受光器1中的受光部10a的结构的俯视图。

本实施方式的受光器1如图2所示，是包括受光部10a和传感器电路部20的光传感器，其中，该受光部10a通过入射光而流动光电流，该传感器电路部20基于光电流来检测光的强度。受光器1能够装载于作为光电转换设备的智能手机等的便携式电子设备中。以下，对每个构成部件进行说明。

<受光部>

本实施方式中的受光器1所具备的受光部10a如图3所示，由包括在俯视时彼此相邻地配置的第一受光元件pd1和第二受光元件pd2的光电转换元件构成。如图2所示，第一受光元件pd1根据入射的光的强度而流动光电流iin1，第二受光元件pd2根据入射的光的强度而流动光电流iin2。

基于图1所示的受光部10a的剖视图，对上述受光部10a的具体结构进行说明。

受光部10a如图1所示，包括第一受光元件pd1、第二受光元件pd2和设置在第一受光元件pd1的上部的uv截止滤光片11(紫外光截止滤光片)。由此，透过uv截止滤光片11后的光射入到第一受光元件pd1。

第一受光元件pd1和第二受光元件pd2具有相同的剖面结构。具体而言，分别包括：形成在p型衬底p_sub的内部的n型势阱层n_well；形成在n型势阱层n_well上的p型势阱层p_well；和形成在p型势阱层p_well上的n型扩散层n。

p型衬底p_sub、n型势阱层n_well和p型势阱层p_well接地(gnd)。

也就是说，第一受光元件pd1和第二受光元件pd2在作为半导体衬底的p型衬底p_sub的内部分别由至少3重的扩散层构成，成为如下光电转换元件，即，在作为第一导电型的衬底的p型衬底p_sub上形成作为第二导电型的第一扩散层的n型势阱层n_well，在上述第一扩散层内形成作为第一导电型的第二扩散层的p型势阱层p_well，在上述第二扩散层内生成作为第二导电型的第三扩散层的n型扩散层n，半导体衬底、第一扩散层和第二扩散层在电气上为相同电位或被短路。

n型扩散层n与具有比地面高的电位的输出端子out连接。

第一受光元件pd1具有3个pn结。具体而言，包括：由p型衬底p_sub与n型势阱层n_well的pn结构成的光电二极管pd1_ir；由n型势阱层n_well与p型势阱层p_well的pn结构成的光电二极管pd1_vis；和由p型势阱层p_well与n型扩散层n的pn结构成的光电二极管pd1_uv。

此外，第二受光元件pd2具有3个pn结，包括：由p型衬底p_sub与n型势阱层n_well的pn结构成的光电二极管pd2_ir；由n型势阱层n_well与p型势阱层p_well的pn结构成的光电二极管pd2_vis；和由p型势阱层p_well与n型扩散层n的pn结构成的光电二极管pd2_uv。

也就是说，第一受光元件pd1和第二受光元件pd2使用结深度相同的紫外灵敏度优异的光电二极管。

在上述p型衬底p_sub的上表面，如后所述那样形成有遮光膜16a、16b、16c，在它们的层间形成有绝缘膜13a、13b、13c、13d，并且在最上方的绝缘膜13d的上表面设置有保护膜12。该保护膜12是保护晶片所具备的半导体电路等不受来自外部的化学的、物理的和光学的影响的膜。

详细而言，通常在半导体器件的表面，通过例如以甲硅烷气体(sih4气体)、氨气(nh3气体)等作为原料气体的等离子体cvd(chemicalvapordeposition：化学气相沉积)法沉积硅氮化膜，作为最终保护膜(钝化膜)。作为该钝化膜使用的硅氮化膜，在半导体器件的多层配线结构中，通常重叠沉积于在形成于最上层的配线上通过cvd法沉积的硅氧化膜上。

硅氮化膜与成为基底绝缘膜的硅氧化膜的密合性优异，并且膜组成致密，因此成为发挥作为防止水分向半导体电路浸入的保护膜12的作用的膜。

这里，在本实施方式中，为在第一受光元件pd1和第二受光元件pd2的上侧没有形成遮光膜16a、16b、16c的状态，并且在形成遮光膜16a、16b、16c时，在第一受光元件pd1和第二受光元件pd2的受光面以外的区域同时形成与遮光膜16a、16b、16c由相同的材质构成的多层配线。由此，利用遮光膜16a、16b、16c和多层配线能够对受光面以外的区域进行遮光，并且使来自外部的光射入n型扩散层n。

另一方面，为了使受光面开口，也优选预先去除保护膜12。由此，光电二极管上的无机材料膜成为单一的硅氧化膜，对抑制光电二极管上的光反射有效。详细而言，硅氧化膜的折射率是1.44～1.46，作为保护膜12的硅氮化膜的折射率是2.03～2.10。因此，当在光电二极管上层叠折射率不同的膜时，有可能产生光反射。此外，由于保护膜12的膜厚不均匀，光反射率不均匀，因此有可能成为光电二极管灵敏度的不均的主要原因。

接着，在本实施方式中，在第一受光元件pd1的上表面形成有将紫外区域的波长截止的uv截止滤光片11。uv截止滤光片11是使紫外光的波长区域(波长400nm以下)的光的透射率低于该紫外光的波长区域外的光的透射率的光学滤光片。uv截止滤光片11优选是遮断紫外光的波长区域的光的滤光片。

<传感器电路部>

在本实施方式的受光器1所具备的受光部10a中，如图2所示，传感器电路部20包括a/d转换器adc1、a/d转换器adc2和减法器21(计算部)。

a/d转换器adc1与第一受光元件pd1连接，将光电流iin1转换为数字信号而输出数字输出值adcount1。数字输出值adcount1与入射第一受光元件pd1的光的强度对应。

a/d转换器adc2与第二受光元件pd2连接，将光电流iin2转换为数字信号而输出数字输出值adcount2。数字输出值adcount2与入射第二受光元件pd2的光的强度对应。

减法器21计算出数字输出值adcount2与数字输出值adcount1的差值(adcount2-adcount1)并将其输出。上述差值是从入射第二受光元件pd2的光的强度中减去入射第一受光元件pd1的光的强度而得到的值。

<受光部的制造方法>

接着，对上述结构的受光器1中的受光部10a的制造方法进行说明。

如图1所示，首先，在浓度比较低(例如1×10¹⁵cm^-3左右)的由硅(si)构成的p型衬底p_sub的上表面整面形成具有5μm左右的厚度的、厚度大的抗蚀剂。接着，使用光刻技术等，将形成第一受光元件pd1和第二受光元件pd2的区域上的抗蚀剂去除。然后，以上述抗蚀剂为掩模，以加速能量3mev、注入量1×10¹³cm^-2的条件，将作为n型杂质的磷离子离子注入到p型衬底p_sub中。此时，从p型衬底p_sub的表面导入磷杂质至约2.5μm的深度。

这里，形成了具有通常使用的具有1μm左右厚度的抗蚀剂的约5倍厚度的抗蚀剂，这是为了防止由于使用磷离子的注入能量非常高的条件，磷离子通过抗蚀剂到达p型衬底p_sub，磷离子被注入到注入区域以外的不注入的区域。

之后，利用氧等离子体去除抗蚀剂。然后，进行洗涤工序后，以1100℃进行半日左右(约12小时)的高温长时间退火处理。由此，形成具有约7μm～约10μm的深度的n型势阱层n_well。

接着，在形成第一光电二极管pd1_vis的区域(n型势阱层n_well)形成p型势阱层p_well。此时同时也在形成第二光电二极管pd2_vis的区域(n型势阱层n_well)形成p型势阱层p_well。

此外，形成用于将光电二极管间、信号处理电路内部以及光电二极管与信号处理电路之间等电绝缘而进行元件分离的选择氧化膜sti，对此省略图示。接着，在形成构成晶体管的栅极绝缘膜之后，形成使用了多晶硅的栅极电极，进一步形成成为晶体管的源极和漏极的扩散层。

在该形成源极和漏极的工序中，形成高浓度的p⁺型层、n⁺型层。然后，在p型衬底p_sub上以峰值浓度为1×10¹⁹cm^-3以下的规定的条件形成n型势阱层n_well，形成具有相同结构的第一受光元件pd1和第二受光元件pd2。

另外，n型势阱层n_well和p型势阱层p_well的杂质浓度和深度对最终形成的光电二极管的灵敏度光谱造成很大影响，以得到目标性能(例如灵敏度光谱)的方式进行最优化。

接着，在形成有元件的p型衬底p_sub的上表面由氧化膜形成绝缘膜13a。然后，在绝缘膜13a的规定区域形成接触孔。

接着，在绝缘膜13a的上表面形成金属层之后，利用光刻技术和蚀刻技术等进行图案化，由此分别形成阴极电极14a、14b和阳极电极15a、15b。通过反复进行相同工序，在遮光膜16a、16b、16c和它们的层间形成绝缘膜13b、13c、13d，对光电二极管的受光区域以外进行遮光。

另外，在本实施方式的制造方法中，也包含p型衬底p_sub和n型势阱层n_well等在内，在表面形成分别独立的阴极电极14a、14b和阳极电极15a、15b。此时，通过将遮光膜16a、16b、16c作为多层配线加以利用，使p型衬底p_sub、n型势阱层n_well、p型势阱层p_well短路而为gnd电位。不过，不限于此，也可以构成为能够分别独立地改变电位。

在包含上述计算电路部的信号处理电路等的上方同时形成与遮光膜16a、16b、16c由相同材质构成的多层配线，并且在第一受光元件pd1和第二受光元件pd2的受光面以外的区域也同时形成与遮光膜16a、16b、16c由相同材质构成的多层配线。

然后，在绝缘膜13d的上表面由硅氮化膜形成保护膜12之后，优选为了形成开口而预先将第一受光元件pd1和第二受光元件pd2上的保护膜12去除。由此，光电二极管上的无机材料膜成为单一的氧化膜，对抑制光电二极管上的光反射的不均有效。

最后，在第一受光元件pd1的上表面通过高折射率膜和低折射率膜的层叠形成将紫外区域的波长截止的uv截止滤光片11，并且从第二受光元件pd2的上表面去除将紫外区域的波长截止的uv截止滤光片11。

这里，基于图4和图5的(a)、(b)、(c)说明将紫外区域的波长截止的uv截止滤光片11的制造方法。图4是表示受光部10a的玻璃衬底上的干涉膜的可见光区域和红外光区域的透射率测定结果的曲线图。图5的(a)是表示使用了剥离(liftoff)技术的uv截止滤光片11的制造方法的图，是表示光电二极管上的抗蚀剂图案化工序的剖视图。图5的(b)是表示干涉膜层叠溅射工序的剖视图。图5的(c)是表示抗蚀剂剥离工序的剖视图。另外，在本实施方式中，作为剥离抗蚀剂，使用酚醛树脂类的正型光致抗蚀剂。

首先，在本实施方式的受光器1的制造方法中，在有选择地形成uv截止滤光片11的情况下，使用剥离技术。

首先，关于剥离技术，简单地说明概论。通常，利用蒸镀或溅射制作的膜之后会通过蚀刻进行图案化。但是，如果使用掩模蒸镀、剥离这样的方法，则能够取消蚀刻工艺而直接形成图案。掩模蒸镀通过镂空掩模这样的具有开孔的金属板进行蒸镀，由此在衬底上直接制作图案。在mems的情况下，在最后的工序中想要形成电极时，如果衬底的表面被立体地加工，则难以进行光刻。在这样的情况下，如果能够利用镂空掩模形成电极图案，则非常便利。

另一方面，剥离是通过在由抗蚀剂制作的图案上蒸镀金属，当去除抗蚀剂时，仅在没有抗蚀剂的部分剩下金属的图案这样的方法。不过，当抗蚀剂的侧壁全部由金属膜覆盖时，抗蚀剂剥离液不能浸透，因此抗蚀剂变得不能被去除。为了防止这种情况的发生，进行了在抗蚀剂的上部形成房檐状的突起，或者将抗蚀剂制作成倒锥型等的设计。

此外，使用剥离用抗蚀剂对将紫外区域的波长截止的滤光片进行图案化的情况下，通过溅射法在该抗蚀剂图案上形成干涉膜，通过剥离将具有干涉膜的光电二极管和不具有干涉膜的光电二极管相邻地同时形成。

但是，在此情况下，如图4所示，在玻璃衬底上的干涉膜的可见光区域、红外光区域的透射率测定结果中，存在以下问题，即，容易发生由溅射温度的波动导致的可见光区域、红外光区域中的透射域的透射率不均。

其原因可以认为是，由于高温，因来自抗蚀剂的脱气，膜中所含的脱气成分的含有量变化，折射率发生变化，由此膜的反射发生变化。

因此，在本实施方式中，通过以下的方法，实现利用剥离技术进行的uv截止滤光片11的成膜。

如图5的(a)所示，首先在第一受光元件pd1和与该第一受光元件pd1结构相同的第二受光元件pd2上整面涂敷剥离用的抗蚀剂，使用进行露光、显影的光刻技术进行抗蚀剂图案化。

接着，如图5的(b)所示，整体地溅射干涉膜。由此，在第一受光元件pd1上直接形成作为将紫外区域的波长截止的干涉膜的uv截止滤光片11，在第二受光元件pd2上隔着剥离抗蚀剂形成将紫外区域的波长截止的干涉膜。接着，如图5的(c)所示，通过进行抗蚀剂剥离，在抗蚀剂上形成的第二受光元件pd2上的干涉膜通过剥离而被去除，仅在第一受光元件上剩下成为uv截止滤光片11的干涉膜。

由此，能够使用包含作为一般半导体材料的硅的衬底，能够以低成本提供在紫外区域、特别是300nm～400nm的波长区域中具有误差小的灵敏度的受光部10a。

这里，在上述的uv截止滤光片11的制造中，在本实施方式中，作为干涉膜，使用高折射率材料和氧化膜的层叠膜。作为高折射率材料，例如使用由五氧化铌(nb2o5)或二氧化钛(tio2)构成的金属膜，作为低折射率材料，使用二氧化硅(sio2)等的氧化膜。具体而言，通过溅射法将例如五氧化铌(nb2o5)等的金属膜与氧化膜的层叠膜交替地层叠约20层左右。

此时的晶片温度优选为95℃以下。其理由是，如果晶片温度上升则来自抗蚀剂的脱气的产生量变多，uv消减区域的光学特性产生不均。

于是，为了将晶片温度控制到95℃以下，需要适当地设定溅射处理时的rf功率。

通过上述剥离技术，能够将存在uv截止滤光片11的第一受光元件pd1和不存在uv截止滤光片11的第二受光元件pd2相邻地同时形成。

<紫外光强度测定>

接着，基于图6和图7的(a)、(b)、(c)说明受光器1的受光部10a的紫外光强度的检测原理。图6是表示上述受光部10a的uv截止滤光片11的分光透射率特性的曲线图。图7的(a)是表示上述受光部10a的第一受光元件灵敏度的曲线图。图7的(b)是表示上述受光部10a的第二受光元件灵敏度的曲线图。图7的(c)是表示上述受光部10a的紫外灵敏度(第二受光元件灵敏度-第一受光元件灵敏度)的曲线图。

如前所述，受光器1的受光部10a包括彼此结构相同的第一受光元件pd1和第二受光元件pd2，仅在第一受光元件pd1的上侧形成有将紫外区域的波长的光截止的uv截止滤光片11。该uv截止滤光片11如图6所示，截止例如300～400nm等的紫外区域的光。

上述受光部10a的扩散结构的情况下，利用由p型衬底p_sub与n型势阱层n_well构成的pn结所构成的光电二极管pd1_ir、pd2_ir、在n型势阱层n_well与p型势阱层p_well之间构成的pn结所构成的光电二极管pd1_vis、pd2_vis、由p型势阱层p_well与n型扩散层n构成的pn结所构成的光电二极管pd1_uv、pd2_uv这3个光电二极管来吸收光。

因此，第二受光元件pd2的第二受光元件灵敏度成为图7的(b)所示的分光灵敏度特性。另一方面，在第一受光元件pd1的上侧设置有uv截止滤光片11，因此第一受光元件pd1的分光灵敏度特性成为图7的(a)所示的分光灵敏度特性。

而且，在受光器1的传感器电路部20中，减法器21计算数字输出值adcount2与数字输出值adcount1的差值。通过减法器21的计算而得到的上述差值为从入射第二受光元件pd2的光的强度减去入射第一受光元件pd1的光的强度而得到的值。因此，受光部10a整体的分光灵敏度特性能够视为图7的(c)所示的分光灵敏度特性。

由此，受光部10a仅在波长为400nm以下的紫外区域具有灵敏度，因此受光器1能够正确地测定紫外光强度。也就是说，在本实施方式的受光部10a中，p型衬底p_sub、n型势阱层n_well和p型势阱层p_well在电气上为相同电位或被短路。因此，在本实施方式中，如图7的(a)、(b)、(c)所示，第一受光元件灵敏度和第二受光元件灵敏度的可见光区域和红外光区域的灵敏度小，其结果是，可见光区域和红外光区域的噪声小。

因此，通过本实施方式的受光器1，能够实现对于紫外光的光学灵敏度高且可见光区域和红外光区域的噪声少的受光器1和适于进行紫外光检测的便携式电子设备。

此外，根据本实施方式的受光器1的制造方法，使用具有相同层叠结构的第一受光元件pd1和第二受光元件pd2，因此制造工序变得容易，能够降低成本。

另外，在本实施方式的受光器1中，为了测定紫外光强度，使用了由光电二极管pd_ir、光电二极管pd_vis、光电二极管pd_uv这3个pn结构成的光电二极管。但是，在本发明中，不限于此，例如也能够使用更少数量的光电二极管来测定照度。

像这样，本实施方式的受光器1包括第一受光元件pd1、与第一受光元件pd1结构相同的第二受光元件pd2和形成在第一受光元件pd1上的作为将紫外区域的波长截止的滤光片的uv截止滤光片11，通过对来自第一受光元件pd1和第二受光元件pd2的输出进行计算，仅输出紫外区域的波长的输出。而且，第一受光元件pd1和第二受光元件pd2分别通过在作为第一导电型的半导体衬底的p型衬底p_sub上形成作为第二导电型的第一扩散层的n型势阱层n_well，在n型势阱层n_well内形成作为第一导电型的第二扩散层的p型势阱层p_well，在p型势阱层p_well内形成作为第二导电型的第三扩散层的n型扩散层n而形成。此外，p型衬底p_sub、n型势阱层n_well和p型势阱层p_well在电气上为相同电位或被短路。

根据上述的结构，受光器1通过计算形成有将紫外区域的波长截止的uv截止滤光片11的第一受光元件pd1的输出与没有形成将紫外区域的波长截止的uv截止滤光片11的第二受光元件pd2的输出的差值的方式，仅检测出紫外区域的波长。

但是，在这种受光器1中，在形成有将紫外区域的波长截止的uv截止滤光片11的第一受光元件pd1中，在氧化膜上形成有uv截止滤光片11，因此各波长的反射/透射特性与没有形成uv截止滤光片11的第二受光元件pd2不同。其结果是，第一受光元件灵敏度与第二受光元件灵敏度中，可见光区域和红外光区域的分光灵敏度不为相同的波形。其结果是，存在如下问题：当对2个受光元件灵敏度进行减法时，在可见光区域和红外光区域剩下噪声，进而，该噪声与紫外区域的波长重叠，因此不能进行正确的计算。

因此，在本实施方式中，第一受光元件pd1和第二受光元件pd2分别通过在第一导电型的p型衬底p_sub上形成第二导电型的n型势阱层n_well，在n型势阱层n_well内形成第一导电型的p型势阱层p_well，在p型势阱层p_well内形成第二导电型的n型扩散层n而形成。此外，p型衬底p_sub、n型势阱层n_well和p型势阱层p_well在电气上为相同电位或被短路。

也就是说，在本实施方式中，使第一受光元件pd1和第二受光元件pd2的结构为3重扩散结构，并且，使p型衬底p_sub、n型势阱层n_well和p型势阱层p_well在电气上为相同电位或者被短路。由此，能够抑制可见光区域和红外光区域中的第一受光元件灵敏度和第二受光元件灵敏度。

因此，能够提供可实现紫外区域的灵敏度不均的降低以及可见光区域和红外光区域的噪声降低的受光器1。

此外，本实施方式的受光器1中，将紫外区域的波长截止的uv截止滤光片11由二氧化硅(sio2)和五氧化铌(nb2o5)、或二氧化硅(sio2)和二氧化钛(tio2)、或二氧化硅(sio2)和氧化铝(al2o3)依次反复层叠而形成的干涉膜构成。

由此，uv截止滤光片11由多层膜构成，因此能够利用膜厚、层数来改变uv截止滤光片11的特性。此外，五氧化铌(nb2o5)、氧化钛(tio2)和氧化铝(al2o3)具有高折射率性，反射率高，因此光的遮蔽性优异。另外，从高折射率性的方面出发，最优选氧化钛(tio2)，第二优选五氧化铌(nb2o5)，第三优选氧化铝(al2o3)。

另一方面，二氧化硅(sio2)的折射率性低，但绝缘性高。其结果是，该五氧化铌(nb2o5)或氧化钛(tio2)或氧化铝(al2o3)与二氧化硅(sio2)的层叠适于通过溅射进行的层叠。

此外，本实施方式的受光器1中，作为干涉膜的uv截止滤光片11通过溅射法将作为氧化膜的二氧化硅(sio2)与作为金属膜的五氧化铌(nb2o5)或二氧化钛(tio2)或氧化铝(al2o3)依次反复层叠而形成。由此，能够高精度真空蒸镀薄膜。

此外，本实施方式的受光器1优选溅射法的溅射处理温度为95℃以下。

也就是说，在本实施方式中，使用剥离用抗蚀剂对将紫外区域的波长截止的uv截止滤光片11进行抗蚀剂图案化，在该抗蚀剂图案上通过溅射法形成干涉膜，通过剥离将具有干涉膜的光电二极管和不具有干涉膜的光电二极管相邻地同时形成。

在此情况下，存在以下问题，即，当衬底温度升高时，来自抗蚀剂的脱气产生得多，由于溅射温度的波动，在可见光区域和红外光区域的透射域中容易产生透射率不均。

因此，在本实施方式中，使溅射法的溅射处理温度为95℃以下。由此，能够抑制溅射温度的波动，抑制在可见光区域和红外光区域中的透射域发生透射率不均，进而能够提供对于紫外光的光学灵敏度高，并且可见光区域和红外光区域的噪声少的受光器1。

此外，本实施方式的便携式电子设备具有本实施方式的受光器1。由此，能够提供具有可实现紫外区域的灵敏度不均的降低以及可见光区域和红外光区域的噪声降低的受光器的例如智能手机等的便携式电子设备。

此外，本实施方式的受光器1的制造方法包括：在形成将紫外区域的波长截止的uv截止滤光片11时，将剥离用抗蚀剂图案化于第二受光元件pd2上的工序；从上侧对第一受光元件pd1和图案化后的第二受光元件pd2上的剥离用抗蚀剂形成干涉膜的工序；和通过剥离，将存在干涉膜的第一受光元件pd1和不存在干涉膜的第二受光元件pd2以彼此相邻的方式同时形成的工序。

根据上述的制造方法，使用剥离用抗蚀剂对将紫外区域的波长截止的uv截止滤光片11进行抗蚀剂图案化，在第一受光元件pd1上和抗蚀剂图案上形成干涉膜，通过剥离，将具有干涉膜的第一受光元件pd1和不具有干涉膜的第二受光元件pd2相邻地同时形成。

由此，能够使用包含作为一般半导体材料的硅的p型衬底p_sub，能够以低成本提供在紫外区域、特别是300nm～400nm的波长区域中具有误差小的灵敏度的受光器1的制造方法。

[实施方式2]

基于图2、图3和图8～图11对本发明的另一个实施方式进行说明如下。另外，本实施方式中说明的结构以外的结构与上述实施方式1相同。此外，为了方便说明，对与上述实施方式1的附图中示出的部件具有相同功能的部件标注相同的标记，省略其说明。

本实施方式的受光器1如图2和图3所示，与上述实施方式1中说明的受光部10a同样地具有受光部10b。另外，在图2和图3中，受光部10b的功能与受光部10a的功能相同，因此省略其说明。

而且，本实施方式的受光器1中的受光部10b在上述实施方式1的受光器1中的受光部10a的结构之外，还如图8所示，在p型衬底p_sub与绝缘膜13a之间层叠有硅氧化膜31和硅氮化膜32，在这一点不同。

基于图8～图11对本实施方式的受光器1中的受光部10b的结构进行说明。图8是表示本实施方式的受光器1中的受光部10b的结构的剖视图。图9是表示上述受光部的紫外区域中的反射率的硅氧化膜膜厚依赖性的曲线图。图10是表示上述受光部的紫外区域中的反射率的硅氮化膜膜厚依赖性的曲线图。图11是表示上述受光部中的硅氮化膜的折射率(n)和消光系数(k)的波长依赖性的曲线图。

本实施方式的受光器1中的受光部10b如图8所示，分别具有在由形成在p型衬底p_sub上的p型势阱层p_well、n型势阱层n_well和n型扩散层n构成的3层的扩散层上依次形成的硅氧化膜31和硅氮化膜32。而且，在该层叠膜上形成由硅氧化膜构成的绝缘膜13a。

上述硅氧化膜31和硅氮化膜32作为用于抑制入射光的反射的防反射膜起作用。

第一受光元件pd1和第二受光元件pd2分别具有贯通绝缘膜13a、硅氮化膜32和硅氧化膜31而到达作为第三扩散层的n型扩散层n的表面的阴极电极14a、14b。

此外，第一受光元件pd1和第二受光元件pd2分别具有贯通绝缘膜13a、硅氮化膜32和硅氧化膜31而到达p型衬底p_sub的表面、n型势阱层n_well的表面、p型势阱层p_well的表面的阳极电极15a、15b。

该受光部10b构成为在紫外区域、特别是200nm～400nm的波长区域(以下也简称为紫外区域)具有高的光学灵敏度。为了在紫外区域具有高的光学灵敏度，首先需要抑制紫外区域中的反射。反射率主要由折射率n和膜厚决定。因此，例如如果设定成在硅氧化膜31的折射率n为约1.45的情况下，其膜厚为15nm左右，在硅氮化膜32的折射率n为约2的情况下，其膜厚为40nm左右，则能够将反射率降低到约10％，与在硅氧化膜上没有形成硅氮化膜的情况下的反射率30％相比，能够使光学灵敏度提高约20％。

此外，由图9可知，在使硅氮化膜32的膜厚为40nm，作为钝化膜的由硅氧化膜构成的绝缘膜13a、13b、13c、13d的膜厚为4000nm的情况下，对于320nm～380nm的波长区域的光和300nm～400nm的波长区域的光，如果将硅氧化膜31的膜厚设定在3～25nm的范围内，则能够得到与没有形成硅氮化膜32的情况同等或其以下的反射率。

另一方面，就硅氮化膜32而言，在使硅氧化膜31的膜厚为8nm、使作为钝化膜的由硅氧化膜构成的(32～35)的膜厚为4000nm的情况下，由图10可知，对于320nm～380nm的波长区域的光和300nm～400nm的波长区域的光，通过将硅氮化膜32的膜厚设定在10～60nm的范围内，能够获得与没有形成硅氮化膜32的情况同等或其以下的反射率。

硅氧化膜31的膜厚范围为3～15nm，优选为3～10nm。此外，相对于硅氧化膜31的膜厚范围的硅氮化膜32的膜厚范围为25～45nm，优选为30～40nm。另外，上述反射率根据硅氧化膜31、作为钝化膜的绝缘膜13a、13b、13c、13d和硅氮化膜32的折射率而改变，因此在与上述的折射率n的值不同的情况下，适当改变膜厚。

此外，如上所述，为了使第一受光元件pd1和与该第一受光元件pd1结构相同的第二受光元件pd2在紫外区域中具有高的光学灵敏度，需要减小紫外区域中的硅氮化膜32的消光系数k。

以往，作为防反射膜使用的硅氮化膜的紫外区域中的消光系数k大，因此发生由防反射膜进行的紫外光吸收，虽然能够抑制反射，但入射光电二极管的光量减少，对于紫外区域的光不能具有充分的灵敏度。

因此，在本实施方式中，通过使硅氮化膜32的成膜条件最佳化，如图11所示，使硅氮化膜32在200nm～400nm的波长区域也具有0.01以下、优选0.003以下的消光系数k。

详细而言，通过使硅氮化膜32的成膜时的rf功率为400～500w、sih4(硅烷)/nh3的流量比率为0.1～0.25、腔室压力为2～3torr、腔室温度为400℃，能够实现上述硅氮化膜32的消光系数k的降低。

此外，对于硅氧化膜31，也通过使形成硅氧化膜31和作为钝化膜的绝缘膜13a、13b、13c、13d时的rf功率为2000w、sih4(硅烷)/o2的流量比率为0.5～0.7、腔室温度为400℃，能够使硅氧化膜31的消光系数k形成为0.01以下，使光电转换元件中的紫外光的吸收降低到1％以下。

由此，抑制由防反射膜各膜引起的紫外光反射，并且通过使各膜的消光系数k为0.01以下，也能够抑制防反射膜的紫外光吸收。其结果是，能够得到对于紫外区域灵敏度高的受光部10b。

如上所述，在本实施方式中，对作为半导体衬底使用p型衬底p_sub，作为防反射膜，使用硅类的一般使用的硅氧化膜31和硅氮化膜32的情况进行了详细叙述。但是，不限于此，即使使用钛氧化膜(tio2)、氧化铝(al2o3)(也称为“矾土”)等的其他膜，通过在适当选择折射率n和膜厚来得到同样的反射抑制效果的同时，通过使该膜的消光系数k为0.01以下来抑制由防反射膜引起的光吸收，同样能够得到高灵敏度的受光部10b。

此外，在本实施方式中，作为p型衬底p_sub使用硅衬底，但也可以使用soi(silicononinsulator：绝缘体上硅结构)衬底等其他的硅类衬底。此外，即使是硅类以外的衬底，如果是合适的衬底也可以使用。

[实施方式3]

对本发明的又一个实施方式进行说明如下。此外，本实施方式中说明之外的结构，与上述实施方式1和实施方式2相同。此外，为了便于说明，对与上述实施方式1和实施方式2的附图中示出的部件具有相同的功能的部件标注相同标记，省略其说明。

上述实施方式1的受光部10a和实施方式2的受光部10b由3重的扩散层构成。具体而言，在p型衬底p_sub上形成有作为第一扩散层的第二导电型的n型扩散层的n型势阱层n_well，在第一扩散层内形成有作为第二扩散层的第一导电型的p型衬底p_sub，在第二扩散层内形成有作为第二导电型的第三扩散层的n型扩散层n。

但是，不限于该结构。例如，由3重的扩散层构成这一点不变，但能够使3重的扩散层的导电型相反。

具体而言，也可以在n型的半导体衬底上形成有作为第一扩散层形成第一导电型的p型扩散层，在第一扩散层内形成作为第二扩散层形成的第二导电型的n型扩散层，在第二扩散层内生成作为第三扩散层的第一导电型的p型扩散层p。

[总结]

本发明的方式1的受光器1，其包括：第一受光元件pd1；与上述第一受光元件pd1结构相同的第二受光元件pd2；和形成在上述第一受光元件pd1上的将紫外区域的波长截止的滤光片(uv截止滤光片11)，通过对来自上述第一受光元件pd1和第二受光元件pd2的输出进行计算，仅输出上述紫外区域的波长的输出，该受光器1的特征在于：上述第一受光元件pd1和第二受光元件pd2分别通过在第一导电型的半导体衬底(p型衬底p_sub)上形成第二导电型的第一扩散层(n型势阱层n_well)，在上述第一扩散层(n型势阱层n_well)内形成第一导电型的第二扩散层(p型势阱层p_well)，在上述第二扩散层(p型势阱层p_well)内形成第二导电型的第三扩散层(n型扩散层n)而形成，并且上述半导体衬底(p型衬底p_sub)、上述第一扩散层(n型势阱层n_well)和第二扩散层(p型势阱层p_well)在电气上为相同电位或被短路。

在这种受光器中，在形成有将紫外区域的波长截止的滤光片的第一受光元件中，在氧化膜上形成有滤光片，因此各波长的反射/透射特性与没有形成滤光片的第二受光元件不同。其结果是，在第一受光元件灵敏度和第二受光元件灵敏度中，可见光区域和红外光区域的分光灵敏度不为相同的波形。其结果是，具有以下这样的问题，即，当对2个受光元件灵敏度进行减法时，在可见光区域和红外光区域剩余噪声，进而该噪声与紫外区域的波长重叠，因而不能进行正确的计算。

因此，在本发明中，第一受光元件和第二受光元件分别通过在第一导电型的半导体衬底上形成第二导电型的第一扩散层，在第一扩散层内形成第一导电型的第二扩散层，在上述第二扩散层内形成第二导电型的第三扩散层而构成，并且半导体衬底、第一扩散层和第二扩散层在电气上为相同电位或被短路。

也就是说，在本发明中，使第一受光元件和第二受光元件的结构为3重扩散结构，并且使半导体衬底、第一扩散层和第二扩散层在电气上为相同电位或短路。由此，能够抑制可见光区域和红外光区域的第一受光元件灵敏度和第二受光元件灵敏度。

因此，能够提供可实现紫外区域的灵敏度不均的降低以及可见光区域和红外光区域的噪声降低的受光器。

本发明的方式2的受光器1在方式1的受光器的基础上，优选上述将紫外区域的波长截止的滤光片(uv截止滤光片11)由干涉膜构成，该干涉膜通过将二氧化硅(sio2)和五氧化铌(nb2o5)、或二氧化硅(sio2)和二氧化钛(tio2)、或二氧化硅(sio2)和氧化铝(al2o3)依次反复层叠而形成。

由此，滤光片由多层膜构成，能够通过膜厚或层数来改变滤光片的特性。此外，五氧化铌(nb2o5)、氧化钛(tio2)和氧化铝(al2o3)具有高折射率性，反射率高，因此优于进行光的遮蔽。

另一方面，二氧化硅(sio2)虽然折射率性低，但绝缘性高。其结果是，该五氧化铌(nb2o5)或氧化钛(tio2)或氧化铝(al2o3)与二氧化硅(sio2)的层叠适于通过溅射进行的层叠。

本发明的方式3的受光器1在方式2的受光器的基础上，优选上述干涉膜(uv截止滤光片11)通过使用溅射法将作为氧化膜的二氧化硅(sio2)与作为金属膜的五氧化铌(nb2o5)或二氧化钛(tio2)或氧化铝(al2o3)依次反复层叠而形成，上述溅射法的溅射处理温度为95℃以下。

由此，能够高精度地真空蒸镀薄膜。

此外，在本发明中，使用剥离用抗蚀剂将紫外区域的波长截止的滤光片进行抗蚀剂图案化，在该抗蚀剂图案上通过溅射法形成干涉膜，通过剥离将具有干涉膜的光电二极管和不具有干涉膜的光电二极管相邻地同时形成。

在此情况下，具有如下问题：当衬底温度升高时，来自抗蚀剂的排脱气产生得多，由于溅射温度的波动，在可见光区域和红外光区域中的透射域容易产生透射率不均。

因此，在本发明中，使溅射法的溅射处理温度为95℃以下。由此，能够抑制溅射温度的波动，抑制在可见光区域和红外光区域中的透射域产生透射率不均，进而能够提供对于紫外光的光学灵敏度高，并且可见光区域和红外光区域的噪声少的受光器。

本发明的方式4的便携式电子设备的特征在于，包括方式1～3中任一方式所述的受光器。

根据上述发明，能够提供具有可实现紫外区域的灵敏度不均的降低以及可见光区域和红外光区域的噪声降低的受光器的例如智能手机等的便携式电子设备。

本发明的方式5的受光器1的制造方法是方式1～3中任一方式所述的受光器的制造方法，该制造方法的特征在于，包括：在形成将紫外区域的波长截止的滤光片(uv截止滤光片11)时，将剥离用抗蚀剂图案化于第二受光元件pd2上的工序；从上侧对上述第一受光元件pd1和上述图案化后的第二受光元件pd2上的剥离用抗蚀剂形成干涉膜的工序；和通过剥离，将存在干涉膜的第一受光元件pd1和不存在干涉膜的第二受光元件pd2以彼此相邻的方式同时形成的工序。

根据上述发明，使用剥离用抗蚀剂对于将紫外区域的波长截止的滤光片进行抗蚀剂图案化，在第一受光元件上和抗蚀剂图案上形成干涉膜，通过剥离将具有干涉膜的第一受光元件和不具有干涉膜的第二受光元件相邻地同时形成。

由此，能够使用包含作为一般的半导体材料的硅的衬底，能够以低成本提供在紫外区域、特别是300nm～400nm的波长区域中具有误差小的灵敏度的受光器的制造方法。

另外，本发明不限于上述的各实施方式，在权利要求所示的范围内能够进行各种变更，将不同实施方式中分别公开的技术手段适当组合而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

产业上的可利用性

本发明能够适用于作为紫外光传感器使用的受光器和使用该受光器的智能手机等的便携式电子设备以及受光器的制造方法。

附图标记说明

1受光器

10a受光部

10b受光部

11uv截止滤光片

12保护膜

13a～13d绝缘膜

14a、14b阴极电极

15a、15b阳极电极

16a～16c遮光膜(多层配线)

20传感器电路部

21减法器

31硅氧化膜

32硅氮化膜

nn型扩散层

n_welln型势阱层

out输出端子

p_subp型衬底

pd1第一受光元件

pd1_ir光电二极管

pd1_uv光电二极管

pd1_vis光电二极管

pd2第二受光元件

pd2_ir光电二极管

pd2_uv光电二极管

pd2_vis光电二极管。