JP2016111142A

JP2016111142A - 半導体チップ、センサー装置および半導体チップの製造方法

Info

Publication number: JP2016111142A
Application number: JP2014246204A
Authority: JP
Inventors: 山田　和也; Kazuya Yamada; 和也山田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-06-20

Abstract

【課題】生産性が高く、安価に、低背化を実現できる複数の受光素子を備えた半導体チップ、上記半導体チップを備えたセンサー装置および、複数の受光素子を備えた上記半導体チップの製造方法を提供する。【解決手段】第１フォトダイオード（３）の受光面上には、可視光と紫外光とを通す層間絶縁膜（９）が形成されており、第２フォトダイオード（４）の受光面上には、層間絶縁膜（９）の膜厚の少なくとも一部が除去された開口部が形成されており、上記開口部には、可視光は通すが紫外光は吸収する紫外線吸収膜（１３）が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の受光素子を備えた半導体チップと、上記半導体チップを備えたセンサー装置と、上記半導体チップの製造方法に関するものである。

紫外線（紫外光）は、波長が１０〜３８０ｎｍ、即ち可視光線（可視光）より短く軟Ｘ線より長い不可視光線の電磁波である。紫外線の内、波長が２００〜３８０ｎｍの光は、近紫外線と呼ばれ太陽光に含まれる。更に、近紫外線は、波長域からＵＶ−Ａ（３１５〜３８０ｎｍ）、ＵＶ−Ｂ（２８０〜３１５ｎｍ）、ＵＶ−Ｃ（２００〜２８０ｎｍ）に分類される。近紫外線の内、ＵＶ−ＡおよびＵＶ−Ｂはオゾン層を通過し、地表に到達する。ＵＶ−Ｃは、物質による吸収が著しく、通常は大気を通過することができない。地表に到達する紫外線の９９％がＵＶ−Ａである。

人間が、紫外線に長時間さらされると、皮膚、目、免疫系へ急性もしくは慢性の疾患を引き起こす可能性がある。太陽からの紫外線については、近年、オゾン層の破壊等で、地表に到達する紫外線の量が増加する傾向にある。また、紫外線の用途は、殺菌、半導体リソグラフィーなど産業上の分野に拡大しており、人工の光源による紫外線も多く利用されている。そのため、高精度、安価、小型の紫外線センサーに対する需要が高まっている。

太陽光は紫外線の他に可視光や赤外線を含む。また、人工の光源も紫外線とともに可視光や赤外線を放出したり、可視光や赤外線のある環境下で利用したりする。故に、紫外線センサーは、より高精度に紫外線を選択的に検出することが求められる。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）やフォトトランジスタなどの光の受光量に応じて感応する受光素子が利用されており、紫外線センサーにもこのような受光素子が利用されている。このような受光素子の分光感度（光の波長毎の照射強度に対する出力電流値）は、用いる材料の物性に依存するが、例えば、汎用のシリコン基板を用いて作製したフォトダイオードの分光感度は、紫外線領域から赤外光領域に渡る。

太陽光や紫外線とともに可視光線や赤外線を放出する人工の光源を利用したり、主に紫外線を放出する人工の光源を可視光線や赤外線のある環境下で利用する場合には、紫外線センサーは、紫外線の他に可視光線や赤外線が含まれた光を受光することとなるので、紫外線センサーには、紫外線を分離して検出することが求められる。紫外線センサーの検出方式は、大きく分けて以下の２つに大別される。

１つ目の方式は、特許文献１に記載されているように、半導体材料の変更あるいは何らかの材料の添加を行うことで、受光素子の物性そのものを変えて、主に紫外線領域の電磁波を検出する分光感度特性を得る方式である。２つ目の方式は、特許文献２および特許文献３に記載されているように、受光素子の受光面の上部に、所定領域の光を遮断するフィルタを置くことで、受光素子の受光面に入射する光の波長分布を制御する方式である。

具体的に、上記特許文献１は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの酸化化合物半導体を使用し作製した、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とをヘテロ接合させたフォトダイオード構造を有し、かつ、紫外線領域の波長に感度を有し、可視光領域の波長には、感度を有しない受光素子について記載している。

また、上記特許文献２は、紫外線領域と可視光領域との光を受光する第１フォトダイオードと、フィルタを備えることにより可視光領域の光を選択的に受光する第２フォトダイオードと、をシリコン基板に形成した構成について記載している。そして、この構成においては、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードとが検出した光強度の差分により、紫外線領域の光強度を検出する。この構成では、第１フォトダイオードも第２フォトダイオードも、紫外線領域と可視光領域との両方に対して感度を有するが、第２フォトダイオードの受光面上に紫外線領域の光を遮断するフィルタが設けられている。そして、当該フィルタとして、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の上部シリコン層が用いられている。

特許文献３には、紫外線領域の波長を遮断するフィルタとして、SiO₂膜とTiO₂膜とを複数回、スパッタ法もしくは蒸着法で積層する手法について記載されている。

特許第５３９２４１４号広報（２０１４年１月２２日発行）特開２０１０−２３２５０９号広報（２０１０年１０月１４日公開）特開２０１３−１９７２４３号広報（２０１３年９月３０日公開）

しかしながら、上記特許文献１〜３に記載されている構成には、以下のような問題点がある。

先ず、上記特許文献１に記載された構成においては、別途フィルタを設ける必要がないという利点を有するが、一つの受光素子を用いるとともに、この一つの受光素子における半導体材料の変更あるいは何らかの材料の添加を行い受光素子の物性そのものを変えて、主に紫外線領域の電磁波を検出する分光感度特性を得る方式であるため、受光素子そのものの紫外線領域での受光感度が低いという根本的な問題がある。この他にも、半導体のヘテロ接合の形成が困難であること、内部電極あるいは裏面電極が必要であることなど、技術面、製造費および生産性という面でも多くの課題を有する構成である。

図１１は、上記特許文献２に開示されている従来の紫外線センサーの概略構成を示す図である。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）に図示されているように、上記特許文献２に開示されている紫外線センサーは、シリコン（Ｓｉ）からなる支持基板１０１上に埋込み酸化膜である絶縁層１０２を挟んで、シリコン半導体層１０３を形成したＳＯＩ基板上に形成されている。シリコン半導体層１０３には、紫外線領域と可視光領域との光を受光する第１フォトダイオード１０４が形成されており、シリコン（Ｓｉ）からなる支持基板１０１には、第２フォトダイオード１０５が形成されている。そして、第２フォトダイオード１０５上には、絶縁層１０２とシリコン半導体層１０３とが設けられており、シリコン半導体層１０３が紫外線領域の光を遮断するフィルタの役割をしている。

このような構成においては、シリコン（Ｓｉ）からなる支持基板１０１上に、シリコン半導体層１０３をさらに形成する必要が生じるので、製造コストが高価になってしまうという問題がある。さらに、第１フォトダイオード１０４および第２フォトダイオード１０５は、それぞれ異なる層であるシリコン（Ｓｉ）からなる支持基板１０１と、シリコン半導体層１０３とに形成されるので、製造工程の大幅増加を要する。そして、それぞれ異なる層に形成された第１フォトダイオード１０４および第２フォトダイオード１０５上に形成される膜などを考慮すると、紫外線センサーのサイズ、特に高さ面からも大きな問題が生じてしまう。

図１２は、上記特許文献３に開示されている従来のフィルタの構成を説明するための図である。

図１２（ａ）に図示されているように、半導体基板２０１にはフォトダイオード２０４ａ・２０４ｂ・２０４ｃが形成されており、半導体基板２０１上にはパッシベーション層２０２とフィルタ膜２０３とが順に積層されている。

図１２（ｂ）に図示されているSiO₂膜とTiO₂膜とが順に繰り返し積層された多層膜からなるフィルタ膜２０３を形成するためには以下のような問題点がある。SiO₂膜とTiO₂膜とが順に繰り返し積層するため複数のチャンバーもしくは、装置を交互に渡り歩き、生産効率としては悪くなる問題がある。また、紫外線領域の光のみカットし、可視光領域の光を透過させる光学性能を維持するためには、積層回数を増加させ、さらに各層の膜厚を高精度に管理する必要性があるという問題もある。

また、図１２（ｃ）に図示されているように、有機膜（アクリル系樹脂）からなるフィルタ膜２０３は、半導体基板２０１の全面に形成されているので、このようなフィルタ膜によっては、同一基板上に設けられた複数の受光素子（フォトダイオード２０４ａ・２０４ｂ・２０４ｃ）に入射する光の波長を異なるようにすることはできないという問題がある。

本発明の目的は、受光素子の受光感度を維持するとともに、生産性が高く、安価に、低背化を実現できる複数の受光素子を備えた半導体チップと、上記半導体チップを備えたセンサー装置および複数の受光素子を備えた半導体チップの製造方法を提供することにある。

本発明の半導体チップは、上記課題を解決するために、第１波長領域の光の受光量および上記第１波長領域とはその波長領域が異なる第２波長領域の光の受光量に応じた電流量が生じる第１受光素子と第２受光素子とを備えた半導体チップであって、上記第１受光素子と上記第２受光素子とは、同一半導体基板の同一層に設けられており、上記第１受光素子の受光面上には、上記第１波長領域の光と上記第２波長領域の光とを通す光透過膜が形成されており、上記第２受光素子の受光面上には、上記光透過膜の膜厚の少なくとも一部が除去された開口部が形成されており、上記開口部には、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜が設けられていることを特徴としている。

上記構成によれば、従来のように、一つの受光素子に対して、その半導体材料の変更あるいは何らかの材料の添加を行うことで、受光素子の物性そのものを変えて、分光感度特性を得る方式ではなく、同一半導体基板の同一層に設けられた第１受光素子と第２受光素子とを用いるとともに、第１受光素子の受光面上には、第１波長領域の光と第２波長領域の光とを通す光透過膜が形成され、第２受光素子の受光面上には、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜が設けられている構成であるため、受光素子の受光感度を維持することができる。

また、上記構成によれば、上記第２受光素子の受光面上には、上記光透過膜の膜厚の少なくとも一部が除去された開口部が形成されており、上記開口部には、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜が設けられている構成であるため、生産性が高く、安価に、低背化を実現できる。

本発明のセンサー装置は、上記課題を解決するために、上記半導体チップと、上記第１受光素子および上記第２受光素子からの各々の出力値の差分から、上記第２波長領域の光の受光量を検出する回路部と、を備えていることを特徴としている。

上記構成によれば、上記センサー装置には、上記半導体チップが備えられているため、受光素子の受光感度を維持するとともに、生産性が高く、安価に、低背化を実現できる。

本発明の半導体チップの製造方法は、上記課題を解決するために、第１波長領域の光の受光量および上記第１波長領域とはその波長領域が異なる第２波長領域の光の受光量に応じた電流量が生じる第１受光素子と第２受光素子とを備えた半導体チップの製造方法であって、上記第１受光素子と上記第２受光素子とを同一半導体基板の同一層に設ける第１工程と、上記第１受光素子および上記第２受光素子の受光面上に、上記第１波長領域の光と上記第２波長領域の光とを通す光透過膜を形成する第２工程と、エッチングまたは、露光および現像により、上記第２受光素子の受光面上に、上記光透過膜の膜厚の少なくとも一部が除去された開口部を形成する第３工程と、上記開口部に、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜を形成する第４工程と、を含むことを特徴としている。

上記方法によれば、従来のように、一つの受光素子に対して、その半導体材料の変更あるいは何らかの材料の添加を行うことで、受光素子の物性そのものを変えて、分光感度特性を得る方式ではなく、同一半導体基板の同一層に第１受光素子と第２受光素子とを設けるとともに、第１受光素子の受光面上には、第１波長領域の光と第２波長領域の光とを通す光透過膜を形成し、第２受光素子の受光面上には、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜を形成する方法であるため、受光素子の受光感度を維持することができる。

また、上記方法によれば、上記第２受光素子の受光面上には、上記光透過膜の膜厚の少なくとも一部が除去された開口部を形成し、上記開口部には、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜を設ける方法であるため、生産性が高く、安価に、低背化を実現できる。

本発明の一態様によれば、受光素子の受光感度を維持するとともに、生産性が高く、安価に、低背化を実現できる複数の受光素子を備えた半導体チップと、上記半導体チップを備えたセンサー装置および複数の受光素子を備えた半導体チップの製造方法を実現できる。

本発明の一実施形態に係る紫外線センサーに備えられた半導体チップの概略構成を示す概念図である。本発明の一実施形態に係る紫外線センサーの上面図である。本発明の一実施形態に係る紫外線センサーに備えらえた第１センサーおよび第２センサーの波長毎の分光感度を示す図である。本発明の一実施形態に係る紫外線センサーの波長毎の分光感度を示す図である。本発明の一実施形態に係る紫外線センサーに備えられた半導体チップの製造工程の一部を説明するための製造工程図である。図５に図示した本発明の一実施形態に係る紫外線センサーに備えられた半導体チップの製造工程の後工程を説明するための製造工程図である。図６に図示した本発明の一実施形態に係る紫外線センサーに備えられた半導体チップの製造工程の後工程を説明するための製造工程図である。本発明の一実施形態に係る紫外線センサーに備えることができる他の半導体チップの製造工程の一部を説明するための製造工程図である。本発明の一実施形態に係る紫外線センサーに備えることができるさらに他の半導体チップの製造工程の一部を説明するための製造工程図である。本発明の一実施形態に係る紫外線センサーに備えることができるさらに他の半導体チップの製造工程の一部を説明するための製造工程図である。特許文献２に開示されている従来の紫外線センサーの概略構成を示す図である。特許文献３に開示されている従来のフィルタの構成を説明するための図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成の寸法、材質、形状、相対配置、加工法などはあくまで一実施形態に過ぎず、これらによってこの発明の範囲が限定解釈されるべきではない。さらに図面は模式的なものであり、寸法の比率、形状は現実のものとは異なる。

本発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明すれば以下のとおりである。

〔実施の形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図７に基づいて説明する。
（半導体チップ）
図１は、本発明の一実施形態に係る紫外線センサーに備えられた半導体チップ１の模式的断面図に光線を加えた概念図である。

図示されているように、半導体チップ１は、シリコン基板２と、反射防止膜５と、配線層８と、パッシベーション膜１２と、紫外線吸収膜１３とを備えている。さらに、シリコン基板２には、第１フォトダイオード３と第２フォトダイオード４とが形成されている。

本実施の形態においては、反射防止膜５として、酸化シリコン膜６と、窒化シリコン膜７とが順に積層された２層積層膜を用いているが、入射光の反射を防止できるとともに、可視光領域および紫外光領域の光を通すことができるのであれば、その材質やその各膜の膜厚や積層膜の積層数などは適宜決めればよい。

なお、配線層８には、層間絶縁膜９と、プラグ１０と、配線１１とが含まれている。

半導体チップ１は、第１フォトダイオード３を備えた第１センサー１４と、第２フォトダイオード４を備えた第２センサー１５とを少なくとも含む。第１センサー１４は、一つのシリコン基板２の同一面の同一層に形成された第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４のうち、第１フォトダイオード３と、反射防止膜５と、配線層８と、パッシベーション膜１２とを備えている。一方、第２センサー１５は、一つのシリコン基板２の同一面の同一層に形成された第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４のうち、第２フォトダイオード４と、反射防止膜５と、配線層８と、パッシベーション膜１２と、紫外線吸収膜１３とを備えている。

図１に図示する領域Ａは、第１センサー１４の第１フォトダイオード３に入る光が通る経路であって、第１フォトダイオード３の受光面を含む受光部とこの受光面の上側の領域とを示しており、第１フォトダイオード３の受光面の上側の領域には、反射防止膜５の一部と配線層８中の層間絶縁膜９とが含まれている。一方、図１に図示する領域Ｂは、第２センサー１５の第２フォトダイオード４に入る光が通る経路であって、第２フォトダイオード４の受光面を含む受光部とこの受光面の上側の領域とを示しており、第２フォトダイオード４の受光面の上側の領域には、反射防止膜５の一部と紫外線吸収膜１３とが含まれている。

図示されているように、第１フォトダイオード３の受光面を含む受光部とこの受光面の上側の領域とを示す領域Ａには、プラグ１０と配線１１とは形成されず、可視光領域および紫外光領域の光を通す反射防止膜５と層間絶縁膜９とが形成されている。一方、第２フォトダイオード４の受光面を含む受光部とこの受光面の上側の領域とを示す領域Ｂには、プラグ１０と配線１１とは形成されず、可視光領域および紫外光領域の光を通す反射防止膜５と可視光領域の光を選択的に通す紫外線吸収膜１３とが形成されている。

なお、本実施の形態においては、紫外線領域から赤外線領域に渡って良好な分光感度を有する第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４を作製するため、汎用のシリコン基板２を用いたが、良好な分光感度を得たい波長領域に合わせて、適宜、シリコン以外の半導体基板を用いることもできる。

また、本実施の形態においては、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４の受光面側の上部に複数の配線１１を配置・形成し、これらの配線１１の周囲を埋める層間絶縁膜９と、層間絶縁膜９に形成された穿孔（開口部）に設けられた紫外線吸収膜１３とを用いて、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４に入射される光の波長を選択する構成であるため、紫外線吸収膜１３を含む配線層８の他に別途、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４に入射される光の波長を選択する層を設ける必要がないので、半導体チップ１の低背化を実現することができる。

なお、本発明は、複数の配線１１が第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４の受光面側の上部に配置・形成される場合に限定されず、例えば、配線を第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４の受光面の反対側に配置し、配線層と第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４に入射される光の波長を選択する層とを別々に設ける場合にも、適用可能である。そして、このような場合においても、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４に入射される光の波長を選択する層が、第１波長領域の光と上記第２波長領域の光とを通す光透過膜と、上記光透過膜の膜厚の少なくとも一部が除去された穿孔（開口部）に形成された上記第１波長領域の光を通し、上記第２波長領域の光を吸収する膜とで形成されているので、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４に入射される光の波長を選択する層の薄膜化を実現することができることから、半導体チップとしての低背化を実現することができる。
（紫外線センサー）
以下、図２から図４に基づいて紫外線センサー１７について説明する。

図２は、紫外線センサー１７を受光面側から見た模式的上面図である。

図示されているように、紫外線センサー１７は、図１に図示した半導体チップ１と周辺回路部１６とを備えている。なお、図１に図示した半導体チップ１は、図２のＡ―Ｂ線の断面図である。

紫外線センサー１７に備えられた半導体チップ１は４分割されており、４分割された領域中の対角に配置された２つの領域には、可視光領域および紫外光領域の光に感応する（感度を有する）第１センサー１４が形成され、上記４分割された領域中の残りの２つの領域には、紫外線吸収膜１３を備え、可視光領域の光に選択的に感応する第２センサー１５が形成されている。

本実施の形態においては、第１センサー１４と第２センサー１５とを２つずつ対角配置した構成を用いているが、これに限定されることはなく、その数は必要に応じて適宜変えることができる。また、その配置も対角配置に限定されることはなく、例えば、１行目または１列目には、第１センサー１４および第２センサー１５の一方を配置し、２行目または２列目には、第１センサー１４および第２センサー１５の他方を配置してもよい。

第１センサー１４と第２センサー１５とで受光した光の受光量に応じて、光電変換により発生した光電流は、周辺回路部１６へ出力される。本実施の形態においては、紫外線センサー１７を縁どる周辺回路部１６は、図１では図示しなかったが、シリコン基板２に形成している。なお、周辺回路部１６はシリコン基板２に形成しなくてもよく、例えば、半導体チップ１とは別の基板に制作し、外付けで後から接続してもよい。

本実施の形態においては、周辺回路部１６は、第１センサー１４と第２センサー１５からの光電流の差分を電気信号として出力し、紫外線センサー１７の出力値を外部に出力するようになっているが、これに限定されることはなく、周辺回路部１６は、第１センサー１４と第２センサー１５からの光電流をそれぞれ電気信号として外部に出力するのみでもよく、増幅やノイズの除去（フィルタリング）などをしてもよい。

図３は、紫外線センサー１７に備えらえた第１センサー１４および第２センサー１５の波長毎の分光感度を示す図である。

図４は、紫外線センサー１７の波長毎の分光感度を示す図である。

図３において、点線で示されている紫外線吸収膜有（ａ）の分光感度が第２センサー１５の分光感度を示しており、実線で示されている紫外線吸収膜無（ｂ）の分光感度が第１センサー１４の分光感度を示している。図示されているように、可視光線領域および赤外線領域においては、第１センサー１４および第２センサー１５の分光感度（ある波長における光電流値）には殆ど差は見られないが、波長３８０ｎｍ未満の紫外線領域においては、第２センサー１５に設けられた紫外線吸収膜１３の影響により、第２センサー１５の分光感度（ある波長における光電流値）は、第１センサー１４の分光感度（ある波長における光電流値）より著しく低くなる。

図４において、実線は第１センサー１４の分光感度（ある波長における光電流値）と第２センサー１５の分光感度（ある波長における光電流値）との差分を示しており、紫外線センサー１７の波長毎の分光感度を示す。そして、点線は、紫外線センサー１７においての紫外線領域の光の入射有無を判断する閾値を示す。可視光線領域および赤外線領域においては、第１センサー１４および第２センサー１５の分光感度（ある波長における光電流値）には殆ど差がないので、その差分は常に上記閾値を下回るので、紫外線センサー１７は、可視光線領域および赤外線領域の入射光には感応しない。一方、波長３８０ｎｍ未満の紫外線領域においては、第２センサー１５に設けられた紫外線吸収膜１３の影響により、第２センサー１５の分光感度（ある波長における光電流値）は、第１センサー１４の分光感度（ある波長における光電流値）より著しく低くなるので、その差分は上記閾値を上回るので、紫外線センサー１７は、紫外線領域の入射光に感応するようになっている。

紫外線センサー１７に備えられた第１センサー１４および第２センサー１５は、紫外線領域以外の波長領域での分光感度の差がほぼ一定であることが好ましく、その分光感度の差がほぼ一定であれば、その大小関係は問わない。

このような理由から、本実施の形態においては、第１センサー１４に備えられた第１フォトダイオード３と、第２センサー１５に備えられた第２フォトダイオード４とを、同一形成工程でその受光部のサイズが同じになるように形成しており、層間絶縁膜９および紫外線吸収膜１３がない場合には、その分光特性や受光面積当たりの受光感度は同等である。

そして、可視光線領域および赤外線領域の光に対する透過率は、紫外線吸収膜１３より層間絶縁膜９の方が少し高いので、図３に図示されているように、第１センサー１４の分光感度が第２センサー１５の分光感度より少し大きくなっている。このレベルの分光感度の差は、図４に図示する紫外線センサー１７の閾値を下回るレベルであるため、問題にはならない。

もし、第１センサー１４の分光感度と第２センサー１５の分光感度との差分が図４に図示する紫外線センサー１７の閾値を上回る場合には、閾値を適宜変えたり、第１センサー１４と第２センサー１５との受光部の面積を適宜変えたり、周辺回路部１６を用いて第１センサー１４および第２センサー１５の何れか一方からの信号について適宜増幅などを行ってもよい。

（半導体チップの製造工程）
以下、図５から図７に基づいて、紫外線センサー１７に備えられた半導体チップ１の製造工程について説明する。

図５は、シリコン基板２に受光素子としてフォトダイオード３・４や配線層８を形成する各工程を説明するための図である。

第１工程においては、図５（ａ）に図示されているように、P型のシリコン基板２に受光素子としてのフォトダイオード（第１フォトダイオード３、第２フォトダイオード４）を作製した。本実施の形態においては、受光素子としてフォトダイオードを用いた場合について説明しているが、これに限定されることはなく、受光素子としては、例えば、フォトトランジスタやフォトコンダクタなどの受光素子を用いてもよい。上記第１工程においては、先ず、P型のシリコン基板２にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとし、イオン種３１P^＋を、エネルギー数MeVおよびドーズ量１〜１０¹²ion/cm²の条件で、上記レジストパターンが形成されてないシリコン基板２の全面にイオン注入を行い、Ｎウェル領域１８を形成した。そして、STI（Shallow Trench Isolation）法で素子分離を行い、フィールド領域１９を形成した。その後、Ｐ^＋領域２０とＮ^＋領域２１を形成した。Ｐ^＋領域２０は、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４のアノードとなり、Ｎ^＋領域２１は、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４のカソードとなる。

なお、周辺回路部１６などをシリコン基板２上に形成する必要がある場合には、製造するデバイスに応じて、シリコン基板２上に、その他の素子を形成してもよい。

そして、第２工程においては、図５（ｂ）に図示されているように、例えば、プラズマCVD法を用いて、シリコン基板２における第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４の受光面が形成される面側（フィールド領域１９、Ｐ^＋領域２０およびＮ^＋領域２１が形成された面側）の全面に反射防止膜５を形成した。本実施の形態においては、反射防止膜５としては、例えば、二酸化珪素SiO₂から成る酸化シリコン膜６と、例えば、四窒化三珪素Si₃N₄やSiN_ｘから成る窒化シリコン膜７とが順に積層された２層積層膜を用いているが、入射光の反射を防止できるとともに、可視光領域および紫外光領域の光を通すことができるのであれば、その材質やその各膜の膜厚や積層膜の積層数などは適宜決めればよい。なお、反射防止膜５は、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４の光学性能の向上を図るためのものであるため、入射光の反射が問題にならない場合などには、反射防止膜５を設けなくてもよい。

次に、第３工程においては、図５（ｃ）に図示されているように、反射防止膜５上に配線層８を形成した。

先ず、例えば、プラズマCVD法を用いて酸化シリコンを成膜し、CMP（Chemical Mechanical Polishing）法で上記酸化シリコン膜を平坦化し、第１層間絶縁膜９ａを形成した。そして、第１層間絶縁膜９ａ上に所定パターンのレジストパターンをフォトリソグラフィ工程で形成し、このレジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、このレジストパターンが形成されてない領域に、第１層のプラグ１０ａを形成するためのコンタクトホール（接続開口）を形成した。その後、Ti/TiN/W層を全面に積層し、第１層間絶縁膜９ａのコンタクトホールにのみ上記Ti/TiN/W層が残るまでCMP法で上記Ti/TiN/W層を平坦化し第１層のプラグ１０ａを形成した。それから、第１層間絶縁膜９ａおよび第１層のプラグ１０ａ上にTi/TiN/AlCu層を全面に積層し、上記Ti/TiN/AlCu層上に所定パターンのレジストパターンをフォトリソグラフィ工程で形成し、このレジストパターンをマスクとして上記Ti/TiN/AlCu層をエッチング（ウェットエッチングおよび/またはドライエッチング）することにより、第１層の配線１１ａを形成した。

その後、同様の工程を繰り返すことにより、第２層間絶縁膜９ｂと、第２層のプラグ１０ｂと、第２層の配線１１ｂと、第３層間絶縁膜９ｃと、第３層のプラグ１０ｃと、第３層の配線１１ｃと、第４層間絶縁膜９ｄと、を形成し、配線層８を形成した。

本実施の形態においては、配線１１は、第１層の配線１１ａと、第２層の配線１１ｂと、第３層の配線１１ｃと、で構成され、層間絶縁膜９は、第１層間絶縁膜９ａと、第２層間絶縁膜９ｂと、第３層間絶縁膜９ｃと、第４層間絶縁膜９ｄと、で構成されているが、これに限定されることはなく、配線や層間絶縁膜の層数は必要に応じて、適宜決めることができる。

なお、本実施の形態においては、可視光線領域および赤外線領域の光に対する透過率が良好な酸化シリコン膜であるSiO₂膜を、層間絶縁膜９（第１層間絶縁膜９ａ、第２層間絶縁膜９ｂ、第３層間絶縁膜９ｃ、第４層間絶縁膜９ｄ）として用いたが、可視光線領域および赤外線領域の光に対する透過率が良好であれば特にその材質は限定されない。

また、本実施の形態においては、プラグ１０および配線１１の材料として、Ti/TiN/W層およびTi/TiN/AlCu層を用いたが、これに限定されることはなく、所定の電気伝導性を有する材料であれば適宜用いることができる。なお、本実施の形態においては、上述したようにプラグ１０と配線１１とを別々の工程で形成するシングルダマシンプロセスを用いているが、これに限定されず、プラグ１０と配線１１とを同時に形成するデュアルダマシンプロセスを用いてもよい。

配線層８には、プラグ１０と配線１１とが含まれており、プラグ１０と配線１１とは、チタンTi、アルミニウムAl、銅Cuなどの金属およびその窒化物やその合金から構成されるため、紫外線領域から赤外線領域の光を通さない。一方、配線層８中に含まれるプラグ１０と配線１１の周囲を埋めるように形成された層間絶縁膜９は、絶縁材であるとともに、上述のようにSiO₂膜で形成されているため、紫外線領域から赤外線領域の光を通す。

以上から、プラグ１０と配線１１とは、図中の領域Ａおよび領域Ｂを避けて配置されている。回路の微細化に伴い、配線層８は多層化し、プラグ１０と配線１１とは高密度化している。この結果、設計の段階で配慮した領域Ａおよび領域Ｂを除く配線層８は、紫外線領域から赤外線領域の光を通さない。よって、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４の受光面の面積は、領域Ａおよび領域Ｂの図中奥行方向の断面の面積である。そして、紫外線吸収膜１３を領域Ｂに設ける場合には、領域Ｂに隣接する領域はプラグ１０と配線１１とによって紫外線領域から赤外線領域の光を通さないので、紫外線吸収膜１３は領域Ｂにのみ形成すれば十分である。また、領域Ａおよび領域Ｂの配線層８には、プラグ１０と配線１１とは配置されていないので、断線を恐れずに領域Ａおよび領域Ｂの配線層８は除去できる。

次に、第４工程においては、図５（ｄ）に図示されているように、配線層８の上面全体に保護膜として、パッシベーション膜１２を形成するとともに、パッド部２２を形成した。

先ず、配線層８の上面全体に窒化シリコン膜（例えば、SiNxやSi₃N₄）をプラズマCVD法で形成し、パッシベーション膜１２を形成した。その後、所定パターンのレジストパターンをフォトリソグラフィ工程で形成し、このレジストパターンをマスクとして、パッシベーション膜１２の一部除去を行った。領域Ａ、領域Ｂおよびパッド部２２上には、上記レジストパターンが形成されないため、領域Ａ、領域Ｂおよびパッド部２２上のパッシベーション膜１２が除去される。

なお、本実施の形態においては、領域Ａ、領域Ｂおよびパッド部２２上のパッシベーション膜１２は以下に示す理由から除去している。第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４への入射光の経路上（領域Ａおよび領域Ｂ）にパッシベーション膜１２が残存すると、反射および吸収により入射光が減衰するので、領域Ａ上および領域Ｂ上からパッシベーション膜１２を完全に除去した。なお、領域Ａ上および領域Ｂ上のパッシベーション膜１２の除去は、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４の光学性能の向上を図るものであるため、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４の光学性能に問題にならない場合などには、パッシベーション膜１２は残存させてもよい。一方、パッド部２２上のパッシベーション膜１２は、下層である配線との接続をとるため除去される必要がある。

なお、本実施の形態においては、パッシベーション膜１２として、窒化シリコン膜を用いているが、これに限定されることはなく、外部からの水分や埃などを遮断できるのであれば、例えば、酸化シリコン膜などで形成してもよい。

図６は、図５に図示した半導体チップ１の製造工程の後工程である配線層８に、紫外線吸収膜１３を埋設する開口（穿孔）を形成する工程を説明するための図である。

第５工程においては、図６（ａ）に図示されているように、配線層８およびパッシベーション膜１２上の全面に、開口部２３ａを有する穿孔のレジストパターン（所定パターンのレジストパターン）２３をフォトリソグラフィ工程で形成した。開口部２３ａは、領域Ｂと平面視において重なるように形成されている。

なお、本実施の形態においては、レジスト膜をスピン塗布により形成し、所定のガラスマスクで露光、現像をして、開口部２３ａを有する穿孔のレジストパターン２３を形成したが、これに限定されることはない。

第６工程においては、図６（ｂ）に図示されているように、開口部２３ａを有する穿孔のレジストパターン２３をマスクとし、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９をドライエッチングし、穿孔のドライエッチング部分２４ａを形成した。なお、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９は、ドライエッチングによりほとんど除去される。

第７工程においては、図６（ｃ）に図示されているように、開口部２３ａを有する穿孔のレジストパターン２３をマスクとし、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９において、上記ドライエッチング後に残った膜をウェットエッチングし、穿孔のウェットエッチング部分２４ｂを形成した。上記ウェットエッチング工程においては、反射防止膜５の窒化シリコン膜７上でウェットエッチングを止めることにより、上記ドライエッチング後に残った膜を完全に除去した。

上述したように、第６〜７工程で、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９を完全に除去するのは、層間絶縁膜９と反射防止膜５との境界面、層間絶縁膜９と後述する第９〜１１工程で形成する紫外線吸収膜１３との境界面での屈折率差による反射を抑えるためである。層間絶縁膜９を完全に除去することで、層間絶縁膜９と反射防止膜５との境界面および層間絶縁膜９と紫外線吸収膜１３との境界面の２つの境界面が、反射防止膜５と紫外線吸収膜１３との１つの境界面になり、境界面の数を減らすことで、境界反射を減らす効果が得られる。

本実施の形態においては、上述したように、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９をドライウェッチング工程とウェットエッチング工程との２段階工程で除去しているが、これは、反射防止膜５を反射防止膜として機能させるために、窒化シリコン膜７の膜減り量を1ｎｍ以下に抑える必要があるからである。一般的に、ドライエッチング工程においては、SiO₂膜（層間絶縁膜９）/Si₃N₄やSiN_ｘ膜（窒化シリコン膜７）のエッチングレート比は１０程度であるため、ドライエッチング工程のみで配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９全体を除去しようと試みた場合には、反射防止膜５を反射防止膜として機能させるために削り過ぎないことと、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９を完全に除去するために十分に除去することとを、両立するのは困難である。そこで、本実施の形態においては、ドライエッチング工程とウェットエッチング工程とを併用し、２段階工程でエッチングすることで、反射防止膜５を反射防止膜として機能させるために削り過ぎないことと、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９を完全に除去するために十分に除去することとを、両立させている。

なお、２段階工程でエッチングすることは、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９を完全に除去するためと反射防止膜５を反射防止膜として機能させるためであるため、必須ではない。例えば、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９の一部を残す構成、反射防止膜５を設けない構成、層間絶縁膜９と反射防止膜５との境界面および層間絶縁膜９と紫外線吸収膜１３との境界面での反射が問題にならない構成では、１段階工程のエッチングで十分である。

本実施の形態においては、配線層８の膜厚、すなわち、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９の膜厚は約４．０μｍであり、ドライエッチング工程で約３．９μｍを除去し、弗酸によるウェットエッチング工程で残りの約０．１μｍを溶かして窒化シリコン膜７を露出させる。一般に、弗酸は窒化シリコン膜７をエッチングしないので、窒化シリコン膜７上でエッチングが止まり、反射防止膜５が損なわれることなく、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９を完全に除去することができる。

一般に、配線層８ではプラグ１０と配線１１が錯綜しているために、プラグ１０と配線１１を損なわずに、配線層８を除去することは難しいが、本実施の形態においては、第２フォトダイオード４への光の入射を妨げないように、プラグ１０と配線１１とは領域Ｂを避けて配置されているので、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９を除去してもプラグ１０と配線１１を損なう恐れがない。

最後に、図示してないが、第８工程においては、穿孔のレジストパターン２３を除去し、次のフィルタ形成工程（紫外線吸収膜１３の形成工程）に移る。

なお、本実施の形態においては、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９を完全に除去する場合について説明したが、これに限定されることはなく、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９は、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９を除去して形成した穿孔（開口部）に紫外線吸収膜を形成できるように、その膜厚の少なくとも一部が除去されればよい。

図７は、図６に図示した半導体チップ１の製造工程の後工程である配線層８に形成された開口（穿孔）にフィルタ（紫外線吸収膜１３）を形成する工程を説明するための図である。

第９工程においては、図７（ａ）に図示されているように、配線層８中の領域Ｂの層間絶縁膜９を除去して形成した穿孔（開口部）２４に紫外線を遮断する液体状の紫外線吸収剤を含有するメタクリル樹脂２５を詰めて、紫外線吸収膜１３を形成した。なお、本実施の形態においては、穿孔２４が数μｍの深さであり、一般的なスピン塗布方式ではストリエーションと呼ばれる塗布むらや穿孔２４に空隙が残る欠陥が発生する恐れがあるため、液体状の紫外線吸収剤を含有するメタクリル樹脂２５を、インクジェット方式を用いて、穿孔（開口部）２４中に詰めて行った。唯、上述した塗布むらや空隙が残る欠陥の問題が解消されれば、一般的なスピン塗布方式を採用することもできる。上述した塗布むらや空隙が残る欠陥の問題を解消するためには、例えば、メタクリル樹脂２５の粘度、スピン塗布の溶媒材料およびスピン塗布シーケンスの最適化などが考えられる。

なお、本実施の形態においては、メタクリル樹脂２５に混ぜる紫外線吸収剤として、メトキシケイヒ酸オクチルを用いているが、これに限定されることはない、またメタクリル樹脂２５は熱硬化性樹脂である。

第１０工程においては、図７（ｂ）に図示されているように、第１の型２６を用いインプリント方式で、メタクリル樹脂２５に圧力をかけながら加熱して圧縮成型を行った。なお、第１の型２６は、表面加工精度が高く熱伝導率が高い材料であることが要求されるが、成型する大きさや材料などに応じて適宜選択すればよく、本実施の形態においては、第１の型２６は、母材としてシリコンを用いており、ニッケル電解めっきを行っているものを用いた。

そして、第１１工程においては、図７（ｃ）に図示されているように、複数の開口部を有する第１の型２６を用いて、ステップ・アンド・リピート方式で、シリコン基板２の第２フォトダイオード４の受光面上に、膜厚が５μｍの紫外線吸収膜１３を形成し、紫外線吸収膜１３が配線層８中に埋め込まれた半導体チップ１を完成させた。

また、本実施の形態においては、紫外線吸収膜１３は穿孔２４に形成され、第２センサー１５に部分的に形成される。センサーの全面に光学フィルタを形成する従来技術に比べて、第２センサー１５に部分的に紫外線吸収膜１３を形成するので、紫外線吸収膜１３の材料である紫外線吸収剤を含有するメタクリル樹脂２５が節約でき、製造費用の低減を図れる。

なお、本実施の形態においては、図３に図示されているように、紫外線吸収剤を配合したメタクリル樹脂２５で形成した紫外線吸収膜１３を備えた第２センサー１５の３８０ｎｍ未満の波長領域における分光感度が０．０２Ａ/Ｗ以下となるように、紫外線吸収膜１３の膜厚を約５μｍで形成したが、これに限定されることはなく、紫外線吸収膜１３の膜厚は、紫外線吸収膜１３を備えた第２センサー１５の紫外線領域における分光感度をどのように設定するかによって、適宜変えることができる。また、紫外線吸収膜１３の膜厚は、メタクリル樹脂に混合する紫外線吸収剤の量や種類によっても変わり得るので、メタクリル樹脂に混合する紫外線吸収剤の量や種類を考慮して、最適化することが好ましい。

なお、本実施の形態においては、紫外線吸収膜１３を液体状の紫外線吸収剤を含有するメタクリル樹脂（紫外線吸収剤含メタクリル樹脂）２５を用いて形成したが、次の３つの性能を満たすのであれば、紫外線吸収膜１３を形成する素材は特に限定されない。

第１に、紫外線吸収膜を備えたセンサーにおいては、波長３８０ｎｍ未満の紫外線領域の分光感度が低く、波長３８０ｎｍ以上の可視光線領域の分光感度が高いことが要求される。そして、第２に、センサー使用環境での紫外線に対する耐候性（機械的強度、光学特性の変化、耐薬品性等）が要求される。それから、第３に、数μｍの深さの穿孔（開口部）２４に形成する必要があるため、埋め込み性、加工の容易さが要求される。このような３つの性能を満足する材料としては、例えば、太陽電池・各種ディスプレイの保護膜として使用されるメタクリル樹脂に紫外線吸収材を添加した材料や後述するＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などが挙げられるが、これに限定されることはない。

本実施の形態において用いているメタクリル樹脂は、メタクリル樹脂単独では、波長３００ｎｍ以上の紫外線領域の光の一部と可視光線領域の光とを透過させるので、紫外線吸収膜１３に要求される波長３８０ｎｍ未満の紫外線領域の光を遮断できない。そこで、本実施の形態のように、メタクリル樹脂に紫外線吸収剤を配合することにより、波長３８０ｎｍ未満の紫外光の透過率を１％以下に抑えつつ、波長３８０ｎｍ以上の可視光の透過率を９０％以上に保つことが可能となる。また、有機樹脂系の場合、耐候性が懸念されるが、メタクリル樹脂の場合には３年間屋外に放置しても光の透過率の減少は２％程度とかなり少ない。さらに、メタクリル樹脂は、希薄酸、アルカリ、無機塩類、脂肪族炭化水素および油脂などには侵されず、耐薬品性も十分に有する。また、メタクリル樹脂は、熱硬化樹脂であり、圧力をかけながら加熱し圧縮成型を行い、容易に所望の形状に形成できる。以上のように、本実施の形態において、用いている紫外線吸収剤を配合したメタクリル樹脂は、紫外線吸収膜１３を形成する素材として十分な性能を備えている。

〔実施の形態２〕
次に、図８に基づいて、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態においては、半導体チップ３１の製造工程において、凸凹形状の第２の型２７を用いて、光が入射する表面側が凸凹面の紫外線吸収膜２９を形成している点において実施の形態１とは異なり、その他については実施の形態１において説明したとおりである。説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

図８は、半導体チップ３１の製造工程の一部を説明するための図である。

図８（ａ）に図示した工程は、実施の形態１で説明した図７（ａ）に図示した工程と同じであるため、ここではその説明を省略する。

図８（ｂ）に図示した工程においては、凸凹形状の第２の型２７を用いインプリント方式で、紫外線吸収剤含メタクリル樹脂２５に圧力をかけながら加熱して圧縮成型を行った。

そして、図８（ｃ）に図示した工程においては、複数の凸凹形状部を有する第２の型２７を用いて、ステップ・アンド・リピート方式で、シリコン基板２の第２フォトダイオード４の受光面上に、膜厚が約５μｍの凸凹面の紫外線吸収膜２９を形成し、紫外線吸収膜２９が配線層８中に埋め込まれた半導体チップ３１を完成させた。光が入射される表面の形状が凸凹形状である紫外線吸収膜２９を形成することにより、この凸凹形状によって入射光の反射を抑え、第２フォトダイオード４を備えた第２センサー３３の感度を向上させることができる。

なお、第２の型２７は、母材としてシリコンを用い、ニッケル電解メッキで形成し、単結晶ダイヤモンドをプローブとする切削加工機で凸凹形状を形成した。

第２の型２７の凸凹形状は、本実施の形態においては、錐体をマトリックス状に並べたものを採用したが、柱体でもよい。さらに、三角形状、四角形状、円弧状などの断面の溝を縞状、格子状、籠目状などに切ってもよい。第２の型２７の凸凹形状は、上記形状に限らず、反射を防止することができるのであれば、その高さやピッチなどは特に限定されない。

〔実施の形態３〕
次に、図９に基づいて、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態においては、半導体チップ３２の製造工程において、半球面形状の第３の型２８を用いて、光が入射する表面側が半球面の紫外線吸収膜３０を形成している点において実施の形態１および２とは異なり、その他については実施の形態１および２において説明したとおりである。説明の便宜上、実施の形態１および２の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

図９は、半導体チップ３２の製造工程の一部を説明するための図である。

図９（ａ）に図示した工程は、実施の形態１で説明した図７（ａ）に図示した工程と同じであるため、ここではその説明を省略する。

図９（ｂ）に図示した工程においては、半球面形状の第３の型２８を用いインプリント方式で、紫外線吸収剤含メタクリル樹脂２５に圧力をかけながら加熱して圧縮成型を行った。

そして、図９（ｃ）に図示した工程においては、複数の半球面形状部を有する第３の型２８を用いて、ステップ・アンド・リピート方式で、シリコン基板２の第２フォトダイオード４の受光面上に、膜厚が約５μｍの光が入射する表面側が半球面の紫外線吸収膜３０を形成し、紫外線吸収膜３０が配線層８中に埋め込まれた半導体チップ３２を完成させた。光が入射される表面の形状が半球面である紫外線吸収膜３０を形成することにより、この半球面の形状はレンズとして働き、入射光の集光率を高め、第２フォトダイオード４を備えた第２センサー３４の感度を向上させることができる。

なお、第３の型２８は、母材としてシリコンを用い、ニッケル電解メッキで形成し、単結晶ダイヤモンドをプローブとする切削加工機で半球面の形状に形成した。

第３の型２８の半球面の形状は、レンズとして集光するためのものであるから、非球面であってもよく、１つの半球面ではなく、複数の半球面を並べたものであってもよい。

〔実施の形態４〕
次に、図１０に基づいて、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態においては、半導体チップ３９の製造工程において、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）を用いて紫外線吸収膜３８を形成している点において実施の形態１とは異なり、その他については実施の形態１において説明したとおりである。説明の便宜上、実施の形態１の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１０は、半導体チップ３９の製造工程の一部を説明するための図である。

図１０（ａ）に図示した工程は、実施の形態１で説明した図７（ａ）に図示した工程とほぼ同一であるが、紫外線吸収膜を形成するために用いている材料がＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）からなるＰＥＮペレット３５である点が異なる。図示されているように、穿孔（開口部）２４には、ＰＥＮからなる数μｍ程度のＰＥＮペレット３５を充填した。そして、ＰＥＮは熱可塑性樹脂であるので、シリコン基板２をホットプレート３６の上に置き、ホットプレート３６の温度を上げ、シリコン基板２を温めることにより、ＰＥＮペレット３５を軟化状態にした。なお、本実施の形態においては、ホットプレート３６の温度を２００℃〜２５０℃に設定したが、ＰＥＮペレット３５を軟化状態にできる温度であれば特に限定されない。

図１０（ｂ）に図示した工程においては、シリコン基板２をクーリングプレート３７の上に置き、シリコン基板２の温度を下げながら第１の型２６を用いインプリント方式で、ＰＥＮペレット３５に圧力をかけて圧縮成型を行った。なお、本実施の形態においては、クーリングプレート３７の温度を２５℃に設定したが、これに限定されることはない。また、クーリングプレート３７を用いずに、室温を用いてシリコン基板２をクーリングしてもよい。

そして、図１０（ｃ）に図示した工程においては、複数の開口部を有する第１の型２６を用いて、ステップ・アンド・リピート方式で、シリコン基板２の第２フォトダイオード４の受光面上に、膜厚が７μｍの紫外線吸収膜３８を形成し、紫外線吸収膜３８が配線層８中に埋め込まれた半導体チップ３９を完成させた。

なお、本実施の形態においても、ＰＥＮからなる紫外線吸収膜３８を備えた第２センサー４０の３８０ｎｍ未満の波長領域における分光感度が０．０２Ａ/Ｗ以下となるように、紫外線吸収膜３８の膜厚を約７ｍで形成したが、これに限定されることはなく、紫外線吸収膜３８の膜厚は、紫外線吸収膜３８を備えた第２センサー４０の紫外線領域における分光感度をどのように設定するかによって、適宜変えることができる。

なお、本実施の形態において用いているＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）は、ＰＥＮ単独で、波長３８０ｎｍ未満の紫外線の透過率を１％以下に抑えつつ、波長３８０ｎｍ以上の可視光線の透過率を９０％以上に保つことが可能である。また、一般的に、保護膜として使用されていることから分かるように機械的強度や光学特性が優れている。強酸や強アルカリには弱いがその他の薬品には耐性があり、一般生活環境下では十分な耐薬品性がある。また、ＰＥＮは熱可塑性樹脂であり、ガラス転移温度もしくは融点まで加熱して軟化し、冷却して固化し、容易に所望の形状に形成できる。以上のように、ＰＥＮは、紫外線吸収膜を形成する素材として十分な性能を備えている。

なお、上述した実施の形態２および３においては、熱硬化性樹脂である紫外線吸収剤含メタクリル樹脂２５を用いて紫外線吸収膜を形成する場合について説明したが、上述した実施の形態２および３の場合においても、本実施の形態のように、熱可塑性樹脂であるＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）を用いて紫外線吸収膜を形成することもできるのは勿論である。

また、上述した実施の形態１〜４においては、紫外線吸収剤含メタクリル樹脂２５およびＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）の何れかを用いて紫外線吸収膜を形成する場合について説明したが、これに限定されることはなく、紫外線吸収膜の形成工程を２つに分け、例えば、紫外線吸収剤含メタクリル樹脂２５からなる紫外線吸収膜を下層に形成し、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）からなる紫外線吸収膜を上層に形成するなどしてもよい。

なお、上述した各実施の形態においては、第１フォトダイオード３と第２フォトダイオード４との上、すなわち、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４の受光面側に複数の配線１１が形成され、これらの配線１１の周囲を層間絶縁膜９が埋めている場合を一例として挙げているが、本発明はこれに限定されることはなく、第１フォトダイオード３および第２フォトダイオード４の受光面側に配線１１が形成されず、層間絶縁膜９の代わりに光透過膜が形成されていてもよいのは勿論である。また、上述した各実施の形態においては、紫外線センサーを例に挙げて説明しているが、本発明は、紫外線センサー以外にも好適に用いることができるのは勿論である。

〔まとめ〕
本発明の態様１における半導体チップは、第１波長領域の光の受光量および上記第１波長領域とはその波長領域が異なる第２波長領域の光の受光量に応じた電流量が生じる第１受光素子と第２受光素子とを備えた半導体チップであって、上記第１受光素子と上記第２受光素子とは、同一半導体基板の同一層に設けられており、上記第１受光素子の受光面上には、上記第１波長領域の光と上記第２波長領域の光とを通す光透過膜が形成されており、上記第２受光素子の受光面上には、上記光透過膜の膜厚の少なくとも一部が除去された開口部が形成されており、上記開口部には、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜が設けられていることを特徴としている。

上記構成によれば、従来のように、一つの受光素子に対して、その半導体材料の変更あるいは何らかを材料の添加を行うことで、受光素子の物性そのものを変えて、分光感度特性を得る方式ではなく、同一半導体基板の同一層に設けられた第１受光素子と第２受光素子とを用いるとともに、第１受光素子の受光面上には、第１波長領域の光と第２波長領域の光とを通す光透過膜が形成され、第２受光素子の受光面上には、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜が設けられている構成であるため、受光素子の受光感度を維持することができる。

本発明の態様２における半導体チップにおいては、上記第１波長領域の光は可視光であり、上記第２波長領域の光は紫外光であってもよい。

上記構成によれば、生産性が高く、安価に、低背化された紫外線センサーを作製することができる。

本発明の態様３における半導体チップは、複数の配線を備えており、上記光透過膜は絶縁膜であり、上記複数の配線は、上記絶縁膜中に、上記第１受光素子の受光面と上記第２受光素子の受光面とは平面視において重ならないように、形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、絶縁膜中に形成された開口部に、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜を設けることができるので、より生産性が高く、安価に、低背化を実現できる。

本発明の態様４における半導体チップにおいては、上記同一半導体基板はシリコン基板であり、上記第１受光素子と上記第２受光素子とは、上記シリコン基板のシリコン層を用いて形成されたフォトダイオードまたはフォトトランジスタであることが好ましい。

上記構成によれば、汎用のシリコン基板のシリコン層を用いて形成されたフォトダイオードまたはフォトトランジスタを用いることで、生産性が高く、安価に、低背化を実現できる。

本発明の態様５における半導体チップにおいては、上記第２波長領域の光を吸収する膜は、波長３８０ｎｍ未満の紫外光の透過率が１％以下であるとともに、波長３８０ｎｍ以上の可視光の透過率は９０％以上であることが好ましい。

上記構成によれば、入射する光の波長領域毎の選択性が高い膜を備えた半導体チップを実現できる。

本発明の態様６における半導体チップにおいては、上記第２波長領域の光を吸収する膜は、熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。

上記構成によれば、上記開口部に上記第２波長領域の光を吸収する膜を比較的容易に形成することができる。

本発明の態様７における半導体チップにおいては、上記第２波長領域の光を吸収する膜は、ポリエチレンナフタレートを含むことが好ましい。

上記構成によれば、生産性が高く、耐久性を有するとともに、入射する光の波長領域毎の選択性が高い膜を備えた半導体チップを実現できる。

本発明の態様８における半導体チップにおいては、上記第２波長領域の光を吸収する膜は、メタクリル樹脂と紫外光吸収材とを含むことが好ましい。

本発明の態様９における半導体チップにおいては、上記第２波長領域の光を吸収する膜における上記第１波長領域の光および上記第２波長領域の光の入射側の表面は、凹凸形状に形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、上記凸凹形状は、光の反射を抑え、上記第２波長領域の光を吸収する膜を通じて第２受光素子に入る第２波長領域の光を増やすことのできる半導体チップを実現できる。

本発明の態様１０における半導体チップにおいては、上記第２波長領域の光を吸収する膜における上記第１波長領域の光および上記第２波長領域の光の入射側の表面は、半球面形状に形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、上記半球面形状は、レンズとして働き、光を集め、上記第２波長領域の光を吸収する膜を通じて第２受光素子に入る第２波長領域の光を増やすことのできる半導体チップを実現できる。

本発明の態様１１におけるセンサー装置は、上記半導体チップと、上記第１受光素子および上記第２受光素子からの各々の出力値の差分から、上記第２波長領域の光の受光量を検出する回路部と、を備えていることを特徴としている。

本発明の態様１２における半導体チップの製造方法は、第１波長領域の光の受光量および上記第１波長領域とはその波長領域が異なる第２波長領域の光の受光量に応じた電流量が生じる第１受光素子と第２受光素子とを備えた半導体チップの製造方法であって、上記第１受光素子と上記第２受光素子とを同一半導体基板の同一層に設ける第１工程と、上記第１受光素子および上記第２受光素子の受光面上に、上記第１波長領域の光と上記第２波長領域の光とを通す光透過膜を形成する第２工程と、エッチングにより、上記第２受光素子の受光面上に、上記光透過膜の膜厚の少なくとも一部が除去された開口部を形成する第３工程と、上記開口部に、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜を形成する第４工程と、を含むことを特徴としている。

上記方法によれば、従来のように、一つの受光素子に対して、その半導体材料の変更あるいは何らかを材料の添加を行うことで、受光素子の物性そのものを変えて、分光感度特性を得る方式ではなく、同一半導体基板の同一層に第１受光素子と第２受光素子とを設けるとともに、第１受光素子の受光面上には、第１波長領域の光と第２波長領域の光とを通す光透過膜を形成し、第２受光素子の受光面上には、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜を形成する方法であるため、受光素子の受光感度を維持することができる。

本発明の態様１３における半導体チップの製造方法においては、複数の配線を備えており、上記光透過膜は絶縁膜であり、上記第２工程においては、上記絶縁膜を上記複数の配線の周囲を埋めるように形成するとともに、上記複数の配線は、上記第１受光素子の受光面と上記第２受光素子の受光面とは平面視において重ならないように形成することが好ましい。

上記方法によれば、絶縁膜中に形成された開口部に、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜を設けることができるので、より生産性が高く、安価に、低背化を実現できる。

本発明の態様１４における半導体チップの製造方法においては、上記第１工程と上記第２工程との間には、上記第１受光素子および上記第２受光素子の受光面上に、上記第１波長領域の光と上記第２波長領域の光とを通す反射防止膜を形成する工程が含まれていることが好ましい。

上記方法によれば、上記反射防止膜により、第１受光素子および第２受光素子に入射する光の反射を抑え、第１受光素子および第２受光素子に実際に入射する光の量を増すことができる。

本発明の態様１５における半導体チップの製造方法は、上記第３工程においては、ドライエッチエッチング工程とウェットエッチング工程とにより、上記開口部が形成されることが好ましい。

上記方法によれば、光透過膜以外の膜を損なうことなく、光透過膜を完全に除去することができる。

本発明の態様１６における半導体チップの製造方法は、上記第４工程においては、上記開口部に、液体の熱硬化樹脂または、液体の熱可塑性樹脂を入れ、硬化させることにより、上記第２波長領域の光を吸収する膜を形成することが好ましい。

上記方法によれば、上記開口部に上記第２波長領域の光を吸収する膜を比較的容易に形成することができる。

本発明の態様１７における半導体チップの製造方法は、上記第４工程においては、上記開口部に、固体の熱可塑性樹脂を入れ、加熱および冷却することにより、上記第２波長領域の光を吸収する膜を形成することが好ましい。

本発明の態様１８における半導体チップの製造方法においては、上記第４工程には、上記液体の熱硬化樹脂または、上記液体の熱可塑性樹脂を硬化させながら、型を用いて、上記第２波長領域の光を吸収する膜における上記第１波長領域の光および上記第２波長領域の光の入射側の表面に、凹凸形状または半球面形状を形成する工程が含まれていることが好ましい。

上記方法によれば、上記第２波長領域の光を吸収する膜における上記第１波長領域の光および上記第２波長領域の光の入射側の表面に、上記凸凹形状を形成できるので、光の反射を抑え、上記第２波長領域の光を吸収する膜を通じて第２受光素子に入る第２波長領域の光を増やすことができる。

また、上記方法によれば、上記第２波長領域の光を吸収する膜における上記第１波長領域の光および上記第２波長領域の光の入射側の表面に、上記半球面形状を形成でき、上記半球面形状は、レンズとして働き、光を集め、上記第２波長領域の光を吸収する膜を通じて第２受光素子に入る第２波長領域の光を増やすことができる。

本発明の態様１９における半導体チップの製造方法においては、上記第４工程には、上記固体の熱可塑性樹脂を冷却しながら、型を用いて、上記第２波長領域の光を吸収する膜における上記第１波長領域の光および上記第２波長領域の光の入射側の表面に、凹凸形状または半球面形状を形成する工程が含まれていることが好ましい。

尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、例えば、紫外線センサーなどの各種センサー装置に好適に用いることができる。

１半導体チップ（半導体チップ）
２シリコン基板（半導体基板）
３第１フォトダイオード（第１受光素子）
４第２フォトダイオード（第２受光素子）
５反射防止膜（反射防止膜）
６酸化シリコン膜
７窒化シリコン膜
８配線層
９層間絶縁膜（光透過膜）
９ａ第１層間絶縁膜（光透過膜）
９ｂ第２層間絶縁膜（光透過膜）
９ｃ第３層間絶縁膜（光透過膜）
９ｄ第４層間絶縁膜（光透過膜）
１０プラグ（配線）
１０ａ第１層のプラグ（配線）
１０ｂ第２層のプラグ（配線）
１０ｃ第３層のプラグ（配線）
１１配線（配線）
１１ａ第１層の配線（配線）
１１ｂ第２層の配線（配線）
１１ｃ第３層の配線（配線）
１２パッシベーション膜
１３紫外線吸収膜（第２波長領域の光を吸収する膜）
１４第１センサー
１５第２センサー
１６周辺回路部（回路部）
１７紫外線センサー（センサー装置）
１８Ｎウェル領域
１９フィールド領域
２０Ｐ^＋領域
２１Ｎ^＋領域
２２パッド部
２３穿孔のレジストパターン
２４穿孔（光透過膜の開口部）
２５紫外線吸収剤含メタクリル樹脂（熱硬化樹脂）
２６第１の型
２７第２の型
２８第３の型
２９紫外線吸収膜（第２波長領域の光を吸収する膜）
３０紫外線吸収膜（第２波長領域の光を吸収する膜）
３１半導体チップ
３２半導体チップ
３３第２センサー
３４第２センサー
３５ＰＥＮからなるペレット（熱可塑性樹脂）
３６ホットプレート
３７クーリングプレート
３８紫外線吸収膜（第２波長領域の光を吸収する膜）
３９半導体チップ
４０第２センサー
領域Ａ第１フォトダイオードに入る光が通る経路
領域Ｂ第２フォトダイオードに入る光が通る経路

Claims

第１波長領域の光の受光量および上記第１波長領域とはその波長領域が異なる第２波長領域の光の受光量に応じた電流量が生じる第１受光素子と第２受光素子とを備えた半導体チップであって、
上記第１受光素子と上記第２受光素子とは、同一半導体基板の同一層に設けられており、
上記第１受光素子の受光面上には、上記第１波長領域の光と上記第２波長領域の光とを通す光透過膜が形成されており、
上記第２受光素子の受光面上には、上記光透過膜の膜厚の少なくとも一部が除去された開口部が形成されており、
上記開口部には、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜が設けられていることを特徴とする半導体チップ。
上記第１波長領域の光は可視光であり、上記第２波長領域の光は紫外光であることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップ。
上記第２波長領域の光を吸収する膜は、波長３８０ｎｍ未満の紫外光の透過率が１％以下であるとともに、波長３８０ｎｍ以上の可視光の透過率は９０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体チップ。
上記第２波長領域の光を吸収する膜は、熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の半導体チップ。
請求項１から４の何れか１項に記載の半導体チップと、
上記第１受光素子および上記第２受光素子からの各々の出力値の差分から、上記第２波長領域の光の受光量を検出する回路部と、を備えていることを特徴とするセンサー装置。
第１波長領域の光の受光量および上記第１波長領域とはその波長領域が異なる第２波長領域の光の受光量に応じた電流量が生じる第１受光素子と第２受光素子とを備えた半導体チップの製造方法であって、
上記第１受光素子と上記第２受光素子とを同一半導体基板の同一層に設ける第１工程と、
上記第１受光素子および上記第２受光素子の受光面上に、上記第１波長領域の光と上記第２波長領域の光とを通す光透過膜を形成する第２工程と、
エッチングにより、上記第２受光素子の受光面上に、上記光透過膜の膜厚の少なくとも一部が除去された開口部を形成する第３工程と、
上記開口部に、上記第１波長領域の光を通すが上記第２波長領域の光を吸収する膜を形成する第４工程と、を含むことを特徴とする半導体チップの製造方法。
上記第４工程においては、上記開口部に、液体の熱硬化樹脂または、液体の熱可塑性樹脂を入れ、硬化させることにより、上記第２波長領域の光を吸収する膜を形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体チップの製造方法。
上記第４工程においては、上記開口部に、固体の熱可塑性樹脂を入れ、加熱および冷却することにより、上記第２波長領域の光を吸収する膜を形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体チップの製造方法。