CN101728402A - 光传感器 - Google Patents

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Abstract

一种光传感器，具有电磁屏蔽用的导电膜并且在与光检测区域相对的区域将电磁屏蔽用的导电膜除去，其中，在与光检测区域相对的区域也能够不使电磁干扰侵入。本发明的光传感器在硅基板(12)的表层部形成有光电二极管(13)和IC电路(15)。在硅基板(12)的上表面隔着绝缘层(16)而形成有遮光金属(18)，IC电路(15)被遮光金属(18)覆盖。在与光电二极管(13)相对的区域，在遮光金属(18)上开设受光窗(19)，受光窗(19)被导电性滤光片(32)覆盖。

Description

光传感器
技术领域
本发明涉及光传感器，具体而言，涉及具有将电磁波干扰遮断的功能的光传感器。
背景技术
光传感器具有将光电二极光(PD)和输出放大用的IC电路等组装到硅基板上的结构。在这样的光传感器中，使用可检测出可见光到近红外光的波长区域的光的光电二极管，为了可由光电二极管仅检测出其中的特定波长区域的光，在光电二极管的上部设有滤光片。
图1是示意地表示上述光传感器的现有构造的剖面图。图2(a)～(c)、图3(a)、(b)以及图4(a)、(b)是说明该光传感器的制造工序的剖面图。以下，通过依次对该光传感器11的制造工序进行说明，同时对光传感器11的构造进行说明。
首先，使用半导体制造技术在P型硅基板12的表面层制作光电二极管13、接地用的接触区域14(P+型扩散层)、IC电路15等。然后，如图2(a)所示，通过由SiO2构成的绝缘层16覆盖硅基板12的上表面。如图2(b)所示，在与接触区域14的上表面相对的位置、在绝缘层16上开设通孔，并且将金属、聚硅酮等导电性材料填充到该通孔内而形成导电端子17，对导电端子17进行热处理而使其与接触区域14欧姆接触。如图2(c)所示，在绝缘层16的上表面通过AlSi等遮光材料形成遮光金属18，通过遮光金属18将IC电路15的上方遮蔽并且经由导电端子17使遮光金属18与接触区域14导通。
另外，如图3(a)所示，通过光刻技术在光电二极管13的上方、在遮光金属18上开设受光口19。如图3(b)所示，在遮光金属18的上表面形成由SiO2构成的绝缘层20。如图4(a)所示，在绝缘层20的整个上表面形成滤光片21，然后如图4(b)所示，在与光电二极管13上方相对的位置留有滤光片21，通过蚀刻等将其他区域的滤光片21除去，制造目标光传感器11。
在这样的光传感器11中，利用将接触区域14与接地线连接而电气接地的电磁屏蔽用遮光金属18将IC电路15的上方覆盖，因此，如图1所示，能够由遮光金属18将来自外部的电磁干扰α遮蔽，能够防止由电磁干扰α引起的IC电路15的误动作。另外，这样地通过遮光金属覆盖IC电路的上方的构成公开在专利文献1中。
由于在遮光金属18上与光电二极管13相对而开设有受光窗19，故而来自外部的入射光通过受光窗19而射入光电二极管13并被光电二极管13检测出。另外，虽然光电二极管13自身对可见光至近红外光的波长区域的光具有灵敏度，但是，滤光片21仅使入射光La中特定波长区域的光Lb(例如红外光)透过且使其他波长区域的光Lc反射，故而能够通过光电二极管13仅检测到特定波长区域Lb的光。另外，在专利文献2中公开有使用滤光片限制射入到光检测区域的光的波长的结构。
专利文献1：(日本)特开平11-40790号公报
专利文献2：(日本)特开平7-170366号公报
但是，在图1所示那样构造的光传感器11中，在与光电二极管13相对的位置、在遮光金属18上开设有受光窗19，故而电磁干扰β会通过受光窗19而侵入遮光金属18的内侧。因此，在工厂内等电磁干扰多的场所，通过受光窗19后的电磁干扰β引起光电二极管13及接触区域14产生误动作。由此，不适合在工厂内部等电磁干扰多的场所使用，用途被限制。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种光传感器，具有电磁屏蔽用的导电膜并且在与光检测区域相对的区域将电磁屏蔽用的导电膜除去，其中，在与光检测区域相对的区域也能够不使电磁干扰侵入。
为了解决上述问题，本发明的光传感器通过具有遮光性的导电膜将除了光检测区域之外的元件形成区域覆盖，通过具有透光性的导电膜将所述光检测区域覆盖。
根据本发明的光传感器，由于利用具有遮光性的导电膜将除了光检测区域之外的IC电路等元件形成区域覆盖，故而光和电磁干扰不到达IC电路等，能够防止由来自外部的光和电磁干扰引起的IC电路等的误动作。
另外，由于利用具有透光性的导电膜将光电二极管和光敏晶体管等光检测区域覆盖，故而从外部射入的光透过具有透光性的导电膜而被光检测区域检测出，但是，电磁干扰被具有透光性的导电膜遮蔽，并且能够更可靠地将电磁干扰屏蔽，可防止光检测区域和IC电路等的误动作。
由此，根据本发明的光传感器，在如工厂内部这样地电磁干扰多的场所也能够使用。
本发明的光传感器的一方面，所述具有透光性的导电膜具有滤光特性。根据该方面，能够在光检测区域有选择地检测出特定波长(区域)的光。
本发明的光传感器的另一方面，所述具有透光性的导电膜与所述具有遮光性的导电膜电接触。根据该方面，若将具有透光性的导电膜和具有遮光性的导电膜中的任一方接地，则另一方也接地，能够使光传感器的结构简单。
另外，本发明解决上述课题的实施方式具有将以上说明的构成要素适当组合的特点，本发明能够基于上述构成要素的组合而进行多种变化。
附图说明
图1是表示现有例的光传感器的构造的示意剖面图；
图2(a)～(c)是表示现有例的光传感器的制造工序的剖面图；
图3(a)、(b)是表示图2(c)之后的制造工序的剖面图；
图4(a)、(b)是表示图3(b)之后的制造工序的剖面图；
图5是表示本发明第一实施方式的光传感器的构造的示意剖面图；
图6(a)、(b)是表示第一实施方式的光传感器的制造工序的剖面图；
图7(a)、(b)是表示图6(b)之后的制造工序的剖面图；
图8是表示导电性滤光片的一例的示意剖面图；
图9是表示本发明第二实施方式的光传感器的构造的示意剖面图。
附图标记说明
11    光传感器
12    半导体基板
13    光电二极管
14    接触区域
15    IC电路部
16    绝缘层
17    导电端子
18    遮光金属
19    受光窗
20    绝缘层
31    光传感器
32    导电性滤光片
33    Ti膜
34    SiO2膜
35    TiO2膜
36    光传感器
37    透明导电膜
38    滤光片
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。
(第一实施方式)
图5是示意地表示本发明第一实施方式的光传感器31(光传感器芯片)的构造的剖面图。在该光传感器31中，在P型硅基板12的表面层制作有光电二极管13(光检测区域)、接地用的接触区域14(P+扩散层)、由MOS晶体管等构成的IC电路15等。另外，利用由SiO2构成的绝缘层16覆盖硅基板12的上表面，在与接触区域14的上表面相对的位置、在绝缘层16开设有通孔，在该通孔内填充金属和聚硅酮等导电性材料而形成导电端子17，使导电端子17与接触区域14欧姆接触。在绝缘层16的上表面形成由AlSi等遮光材料构成的遮光金属18，通过遮光金属18覆盖IC电路15的上方。在遮光金属18上，在光电二极管13的上方开设有受光窗19。另外，在与光电二极管13的上方相对的位置由滤光片21覆盖受光窗19，在遮光金属18的上表面形成有由SiO2构成的绝缘层20。
在该实施方式中，作为光检测区域制作有光电二极管13，但也可以是光敏晶体管。光电二极管13在可见光至近红外光的较宽的波长区域具有灵敏度，因此，通过设置导电性滤光片32，能够由光传感器31仅检测出特定波长的光、即导电性滤光片32的透过波长(区域)的光。所谓特定波长是指，例如与该光传感器31成对使用的LED发光波长，若是红外线LED，则波长例如为λ＝870nm。
在将光传感器31安装到电路基板等时，接触区域14与接地线连接，因此，遮光金属18也经由导电端子17和接触区域14而接地。另外，遮光金属18不透明、不透光。由此，覆盖IC电路15的遮光金属18作为电磁屏蔽膜和遮光膜而起作用，如图5所示，可通过遮光金属18将来自外部的电磁干扰α和入射光遮蔽，能够防止由电磁干扰α和射入光引起的IC电路15的误动作。
另外，导电性滤光片32具有使特定波长(例如红外线波长)的光透过的带通滤波器的功能和作为导电膜的功能。导电性滤光片32与遮光金属18接触而电气导通地形成，保持与遮光金属18同电位(即，接地电位)。
由于光电二极管13被这样的导电性滤光片32覆盖，故而光传感器31能够仅检测出特定波长即导电性滤光片32的透过波长区域的光。即，仅使入射光La中特定波长区域的光Lb(例如红外光)透过导电性滤光片32，其他波长区域的光Lc被导电性滤光片32反射，故而通过光电二极管13仅检测特定波长区域Lb的光。
并且，从外部向受光窗19袭来的电磁干扰β被导电性滤光片32遮蔽。由此，通过遮光金属18和导电性滤光片32能够全面地遮蔽电磁干扰α、β，能够更可靠地防止光电二极管13和IC电路15等的误动作。由此，光传感器13在工厂内部这样地电磁干扰多的场所也能够进行使用。
接着，通过图6(a)、(b)以及图7(a)、(b)对该光传感器31的制造工序进行说明。如图6(a)所示，到在制作有光电二极管13、接触区域14、IC电路15等的硅基板12的上表面形成绝缘层16、导电端子17、遮光金属18且在遮光金属18开设受光窗19为止的工序在现有例中已说明，故而对上述工序省略说明。
如图6(a)所示，与光电二极管13对应而开设受光窗19，然后如图6(b)所示，在遮光金属18的整个上表面形成导电性滤光片32。接着，如图7(a)所示，在与光电二极管13的上方相对的位置留有导电性滤光片32，通过蚀刻等将其他区域的导电性滤光片32除去。另外，如图7(b)所示，在遮光金属18以及导电性滤光片32的上表面形成由SiO2构成的绝缘层20，制造目标光传感器31。
导电性滤光片32在滤光片的两面或一面形成有透明导电膜(金属薄膜)。图8表示这样的导电性滤光片32的结构的一例。在该导电性滤光片32中，通过将SiO2膜34(绝缘体)和TiO2膜35(绝缘体)层积两层以上，构成多层膜滤光片，在其两面作为透明导电膜而形成有Ti膜33(金属)。导电性滤光片32的外面由Ti膜33构成，故而在将导电性滤光片32形成在遮光金属18之上时，Ti膜33和遮光金属18接触而使导电性滤光片32接地。
多层膜滤光片将折射率不同的多种材料层积而构成。作为该多层膜材料，除了上述SiO2和TiO2之外，还能够使用MgO、CrO2、Al2O3、CeO2、HfO2、Nb2O5、SnO2、Ta2O5、Y2O3、ZrO2等金属氧化物、以及SiN、TiN等氮化物。另外，上下透明导电膜材料，除了上述Ti之外，也可以采用Al、Ag、Cu、Mo、Cr等金属。
这些多层膜材料和透明导电膜材料在光传感器31的生产工艺中形成，故而需要相对于生产工艺所使用的温度等具有耐热性。例如，由于在遮光金属形成时的工艺温度下，通常施加400℃左右的热量，故而不适合有机类薄膜。作为这些成膜方法，能够由蒸镀、溅射、MBE、离子镀等进行。另外，在将上述材料仅残留在受光窗19上方而构图的工序中，在必要区域上利用抗蚀剂生产图案之后，通过干式蚀刻、离子蚀刻等将从抗蚀剂露出的部分除去，制作规定形状的导电性滤光片32。
多层膜过滤器根据希望的光学特性来决定其使用材料数量。在图8所示的例子中，通过SiO2/TiO2这两种层的反复层积而构成多层过滤片，但是，若是由折射率不同的薄膜层构成的多层构造，则也可以是两种以上的层，例如，如a层/b层/c层这样地三种层的反复层积。另外，多层过滤片的层数也可以根据导电性滤光片32的透过波长区域的宽窄等特性而适当决定。
(第二实施方式)
图9是示意地表示本发明第二实施方式的光传感器36的剖面图。在该实施方式中，由透明导电膜37覆盖遮光金属18的受光窗19，与受光窗19相对而在绝缘层20之上形成有滤光片38。透明导电膜37具有较宽的透光波长区域，理想的是透明导电膜，能够使用例如ITO(氧化铟锡)、ZnO类透明导电膜、In2O3-ZnO透明导电膜、添加有Ga的ZnO膜等。另外，滤光片38能够使用由两层以上的薄膜构成的多层膜等，例如是在红外区域等具有透光波长区域的带通滤光片。
本实施方式的光传感器36将光检测区域的电磁屏蔽功能和滤光功能分别分配给透明导电膜37和滤光片38，因此，透明导电膜37和滤光片38的制约变小，两者的材料选择自由度提高。
另外，由于在绝缘膜20的外面设有滤光片38，故而能够在光传感器36上增设滤光片38。因此，组件制造商等在将光传感器36组装到设备上之前的阶段，能够将适于用途的滤光片38粘贴到光传感器36的上表面而进行使用，提高光传感器36的应用性。
另外，虽未作图示，也可以从第二实施方式的光传感器36中除去滤光片38。即，不具有滤光片38，仅仅是由透明导电膜37覆盖受光窗19。
(第三实施方式)
虽未作图示，作为第一实施方式的导电性滤光片32和第二实施方式的滤光片38的光学特性，也可以使三种波长区域的光透过。例如，构成为红色光(λ＝650nm左右)、绿色光(λ＝550nm左右)、蓝色光(λ＝450nm左右)的话，则也可以应用于CCD等彩色摄像元件。

Claims (3)

1.一种光传感器，通过具有遮光性的导电膜将除了光检测区域之外的元件形成区域覆盖，通过具有透光性的导电膜将所述光检测区域覆盖。
2.如权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述具有透光性的导电膜具有滤光特性。
3.如权利要求1所述的光传感器，其特征在于，所述具有透光性的导电膜与所述具有遮光性的导电膜电接触。
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