CN110612609A - 光电传感器 - Google Patents
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Abstract
光电二极管(PD)具有接收光的受光部、以及设置在该受光部的周围并被遮光金属层(M1‑1～M1‑4、M2‑1、M2‑2)遮光的遮光区域，电容(C2)形成在遮光区域中。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电传感器，该光电传感器具备光电二极管与IV电路(电流电压转换电路)电容耦合而得的受光电路。
背景技术
在光电传感器的受光电路中，如图1所示，在IV电路中，使用OP放大器U1及电阻R1等，将由光电二极管PD产生的光电流转换为电压信号。在该构成中，目标受光信号以外的干扰光也进行电压转换。通常，检测信号使用脉冲信号，直流的干扰光由后级的高通滤波器去除。另外，图1所示的受光电路以往被搭载于集成电路中而构成。
在干扰光为太阳光的环境下使用该光电传感器的情况下，有时入射超过10万勒克斯的光量。图1所示的IV电路的电阻R1根据最小受光信号和受光电路的噪声电平来决定最小值，根据干扰光容限来决定最大值。另外，如图1所示，IV电路具有用于针对干扰光对输出电压进行钳位的二极管D1。但是，如果入射10万勒克斯左右的非常大的干扰光，则IV电路变就会变为不稳定的状态，有发生误动作的可能性。
作为其对策，如图2所示，有通过电容C2将光电二极管PD与IV电路进行电容耦合、从而不用IV电路对太阳光等的直流光分量进行电压转换的方法。由此，在由光电二极管PD产生的光电流中，直流光分量流向电阻R2侧，只有交流光分量经由电容C2流向IV电路侧。此外，图2所示的受光电路以往使用分立元件而构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-54647号公报
发明内容
发明要解决的问题
另一方面，在将图2所示的受光电路搭载于集成电路中的情况下，对于将受光电路安装在集成电路中而言，形成电容C2所需的面积较大，因此难以实现。
此外，在专利文献1中，也示出了图1、2的不同。在该专利文献1所公开的发明中，光电二极管PD和IV电路经由电流镜电路连接，但本质上是相同的构成。另外，记载了电容C2的电容值需要是光电二极管PD的寄生电容的10～100倍左右。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种光电传感器，该光电传感器具备光电二极管与IV电路电容耦合而得的受光电路，能够将受光电路搭载于集成电路中。
用于解决问题的技术手段
本发明的光电传感器的特征在于，具备受光电路，该受光电路由光电二极管与电流电压转换电路通过电容进行电容耦合而得，并且搭载于集成电路中，光电二极管具有接收光的受光部、以及设置在该受光部的周围并被遮光金属层遮光的遮光区域，电容形成在遮光区域中。
发明的效果
根据本发明，由于如上述那样构成，因此在具备光电二极管与IV电路进行电容耦合而得的受光电路的光电传感器中，能够将受光电路搭载于集成电路中。
附图说明
图1是示出现有的光电传感器所具有的受光电路的构成例的电路图。
图2是示出现有的光电传感器所具有的受光电路的另一构成例的电路图。
图3是示出图1所示的受光电路的光电二极管周边的截面构造例的图。
图4是示出本发明的实施方式1的受光电路的光电二极管周边的截面构造例的图。
图5是示出本发明的实施方式1的受光电路的光电二极管周边的另一截面构造例的图。
图6是示出本发明的实施方式2的受光电路的光电二极管周边的截面构造例的图。
图7是示出本发明的实施方式1的受光电路的光电二极管周边的另一截面构造例的图。
图8是图7所示的受光电路的等效电路图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
实施方式1
首先，对本发明的实施方式1的光电传感器所具有的受光电路的整体构成进行说明。该受光电路作为等效电路与图2所示的受光电路相同，因此使用图2进行说明。
例如，如图2所示，受光电路具备光电二极管PD、OP放大器U1、电源V1、电阻R1、电容C1、二极管D1、电容C2、电阻R2及恒压源Vcc。此外，OP放大器U1、电源V1、电阻R1、电容C1以及二极管D1构成IV电路。
光电二极管PD产生与输入光对应的电流。该光电二极管PD的阴极经由电容C2与OP放大器U1的反相输入端子连接，阳极接地。
OP放大器U1放大反相输入端子和非反相输入端子之间的差动电压。另外，电源V1的正极端子与OP放大器U1的非反相输入端子连接，负极端子接地。另外，电阻R1的一端与OP放大器U1的反相输入端子连接，另一端与OP放大器U1的输出端子连接。另外，电容C1的一端与OP放大器U1的反相输入端子连接，另一端与OP放大器U1的输出端子连接。另外，二极管D1的阴极与OP放大器U1的反相输入端子连接，阳极与OP放大器U1的输出端子连接。此外，二极管D1由多个二极管串联连接而构成。
另外，电阻R2的一端与恒压源Vcc连接，另一端与光电二极管PD的阴极连接。
这里，在将图2所示的受光电路搭载于集成电路中的情况下，形成电容C2所需的面积大。因此，以往，为将受光电路搭载于集成电路中所需的面积会变大，难以实现。
另一方面，在图3中示出将图1所示的受光电路搭载于集成电路中的情况。此外，在图3中，示出了受光电路中的光电二极管PD及其周边部的截面构造。另外，在图3中，省略了绝缘层的图示。在以下所示的图中也是同样的。
在该受光电路中，如图3所示，在P型基板(P-SUB)101上形成有作为扩散层的N阱(N-WELL)102-1。通过该P型基板101和N阱102-1之间的pn结构成光电二极管PD。
另外，在P型基板101上的N阱102-1的周边形成有N阱102-2。
另外，在N阱102-1上的外周部，隔着绝缘层形成有作为布线层的遮光金属层M1-1。
另外，在N阱102-2上，隔着绝缘层形成有遮光金属层M1-2。
另外，在P型基板101上的N阱102-1和N阱102-2之间的区域，隔着绝缘层形成有遮光金属层M1-3。
另外，N阱102-1与遮光金属层M1-1通过接触孔103-1连接。
另外，N阱102-2与遮光金属层M1-2通过接触孔103-2连接。
另外，P型基板101上的N阱102-1和N阱102-2之间的区域与遮光金属层M1-3通过接触孔103-3连接。
另外，在遮光金属层M1-1、M1-3上，隔着绝缘层形成有遮光金属层M2-1。
另外，在遮光金属层M1-2上，隔着绝缘层形成有遮光金属层M2-2。
另外，在遮光金属层M1-3和遮光金属层M2-1之间连接有通孔104-1。
此外，遮光金属层M1-1上连接有信号线105-1。该信号线105-1与OP放大器U1的反相输入端子连接。
此外，遮光金属层M1-2上连接有电源线105-2。该电源线105-2与存在于光电二极管PD周边的电源连接。
另外，遮光金属层M2-1上连接有屏蔽线105-3。屏蔽线105-3是用于将光电二极管PD周边的基板层降低到稳定的电压(GND)的线。
另外，遮光金属层M2-2上连接有GND线105-4。GND线105-4是用于将光电二极管PD周边的遮光金属层M2-2降低到稳定的电压(GND)的线。
通过该屏蔽线105-3及GND线105-4去除从外部到光电二极管PD的噪声。
这样，在图3所示的光电二极管PD中，未被遮光区域(遮光金属层M1-1～M1-3、M2-1、M2-2)覆盖的部分成为受光部。另外，将由光电二极管PD产生的光电流传送到IV电路的部分被遮光。另外，遮光区域是来自外部的噪声被去除的稳定的区域。
这里，光电二极管PD的受光部的尺寸为通过微透镜会聚受光信号所需的尺寸，需要一定程度的面积。因此，包含将光电流传送到IV电路的部分的遮光区域也在其周围，占据大的面积。
因此，如图4所示，在实施方式1的受光电路中，在遮光区域使用2层多晶硅层106、107来形成图2所示的电容耦合用的电容C2。
在图4所示的构成中，在遮光金属层M1-1和遮光金属层M1-3之间设置遮光金属层M1-4，在遮光金属层M1-1和遮光金属层M1-4之间，隔着接触孔103-4、103-5，夹有具有间隙的2层多晶硅层106、107。该两层多晶硅层106、107配置在遮光区域中。
此外，在近年来的半导体工艺中，能够利用2层多晶硅层的情况较多，能够实现图4所示的构成。另外，通过使用两层的多晶硅层106、107，能够制作精度良好的电容C2。
如上所述，根据该实施方式1，光电二极管PD具有接收光的受光部、以及设置在该受光部的周围并被遮光金属层M1-1～M1-4、M2-1、M2-2遮光的遮光区域，电容C2形成在遮光区域中，因此，在具备光电二极管PD与IV电路电容耦合而得的受光电路的光电传感器中，能够将受光电路搭载于集成电路中。
此外，多晶硅层为高电阻，通常，多晶硅层不与N阱直接连接。因此，在图4中，在遮光金属层M1-1和遮光金属层M1-4之间夹有两层多晶硅层106、107。然而，不限于此，例如也可以如图5所示那样不设置遮光金属层M1-4，而在接触孔103-1上夹有具有间隙的两层多晶硅层106、107。
实施方式2
在实施方式1中，示出了电容C2由2层的多晶硅层106、107构成的情况。与此相对，在实施方式2中，示出电容C2由MIM(金属绝缘体金属)108构成的情况。
图6是示出本发明的实施方式2的受光电路的光电二极管周边的截面构造例的图。在该图6所示的实施方式2的截面构造例中，相对于图4所示的截面构造例，除了多晶硅层106、107、遮光金属层M1-4及接触孔103-4、103-5之外，追加了MIM108、遮光金属层M3-1、M3-2、M4-1、通孔104-2、109-1、109-2、110-1。其他构成相同，标注相同的符号并省略其说明。
MIM108隔着绝缘层形成在遮光金属层M1-1上。该MIM108配置在遮光区域中。
遮光金属层M3-1隔着绝缘层形成在MIM108上的一部分上。
遮光金属层M3-2隔着绝缘层形成在遮光金属层M2-1、M2-2以及MIM108上的一部分上。
遮光金属层M4-1隔着绝缘层形成在遮光金属层M3-1、M3-2上。
通孔104-2连接遮光金属层M1-1与MIM108。
通孔109-1连接MIM108与遮光金属层M3-1。
通孔109-2连接遮光金属层M2-1与遮光金属层M3-2。
通孔110-1连接遮光金属层M3-2与遮光金属层M4-1。
另外，信号线105-1与遮光金属层M3-1连接。
另外，屏蔽线105-3与遮光金属层M4-1连接。
这样，通过由MIM108构成电容C2，与由两层的多晶硅层106、107构成电容C2的情况相比，能够确保更大的电容。
此外，在上述说明中，示出了使用P型基板101构成受光电路的情况。但是，不限于此，例如也可以如图7所示那样使用N型基板111来构成受光电路，能够得到同样的效果。另外，在图7所示的受光电路中，相对于图4所示的受光电路，将P型基板101变更为N型基板111，将N阱102-1、102-2变更为P阱112-1、112-2，使电源线105-2和屏蔽线105-3的配置部位相反。另外，图8是图7所示的受光电路的等效电路图。另外，在图7中，示出了电容C2由2层的多晶硅层106、107构成的情况，但对于电容C2由MIM108构成的情况也同样。
另外，本申请发明在其发明的范围内，可以进行各实施方式的自由组合、或者各实施方式的任意构成要素的变形、或者各实施方式中任意构成要素的省略。
产业上的可利用性
根据本发明的光电传感器，在具备光电二极管与IV电路电容耦合而得的受光电路的光电传感器中，能够将受光电路搭载于集成电路中，因此，例如适合在具备光电二极管与IV电路(电流电压转换电路)电容耦合而得的受光电路的光电传感器中使用。
符号说明
101P 型基板
102-1、102-2 N阱
103-1～103-5 接触孔
104-1、104-2 通孔
105-1 信号线
105-2 电源线
105-3 屏蔽线
105-4 GND线
106、107 多晶硅层
108 MIM
109-1、109-2 通孔
110-1 通孔
111 N型基板
112-1、112-2 P阱。
Claims (3)
1.一种光电传感器，其特征在于，
具备受光电路，所述受光电路由光电二极管与电流电压转换电路通过电容进行电容耦合而得，并且搭载于集成电路中，
所述光电二极管具有接收光的受光部、以及设置在该受光部的周围并被遮光金属层遮光的遮光区域，
所述电容形成在所述遮光区域中。
2.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，
所述电容由2层多晶硅层构成。
3.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，
所述电容由金属绝缘体金属构成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191224 |