JP2013012609A - 光センサ - Google Patents

Abstract

【課題】遮光性の低下が抑制された光センサを提供する。
【解決手段】半導体基板（１０）に受光素子（２０）が複数形成され、半導体基板（１０）における受光素子（２０）の形成面（１０ａ）上に、透光膜（３０）を介して遮光膜（４０）が形成され、該遮光膜（４０）に、受光素子（２０）に対応した透光用の開口部（５０）が形成された光センサであって、遮光膜（４０）の平面形状が、楕円形である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板に受光素子が複数形成され、半導体基板における受光素子の形成面上に、透光膜を介して遮光膜が形成され、該遮光膜に、受光素子に対応した透光用の開口部が形成された光センサに関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、半導体基板にフォトダイオードが複数形成され、その形成面上に透光性を有する透光層が形成され、その透光層に遮光性を有する遮光マスクが形成され、その遮光マスクに光伝播エリアが複数形成された光センサが提案されている。この光センサでは、遮光マスクの光伝播エリアによって、フォトダイオードの受光面に入射する光の範囲が規定されている。

米国特許６８７５９７４号明細書

上記したように、特許文献１に示される光センサでは、半導体基板に透光層が形成され、この透光層に遮光マスクが形成されている。通常、半導体基板の平面形状は、矩形状であり、透光層及び遮光マスクの平面形状は、半導体基板の平面形状に合わせて形成される。そのため、遮光マスクの平面形状も矩形状となり、遮光マスクには４つの角部が形成されることとなる。

透光層と遮光マスクとに線膨張係数差がある場合、その線膨張係数差に基づく熱応力が、遮光マスクに印加される。上記したように、遮光マスクは４つの角部を有するが、このような角部には熱応力が集中し易いため、クラックが生じ易い。遮光マスクにクラックが生じると、遮光性が低下する虞がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、遮光性の低下が抑制された光センサを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体基板（１０）に受光素子（２０）が複数形成され、半導体基板（１０）における受光素子（２０）の形成面（１０ａ）上に、透光膜（３０）を介して遮光膜（４０）が形成され、該遮光膜（４０）に、受光素子（２０）に対応した透光用の開口部（５０）が形成された光センサであって、遮光膜（４０）の平面形状が、楕円形であることを特徴とする。

このように本発明によれば、遮光膜（４０）の平面形状が、楕円形となっている。これによれば、遮光膜の平面形状が矩形の構成とは異なり、角部が形成されないので、遮光膜（４０）の特定の部位への、透光膜（３０）と遮光膜（４０）の線膨張係数差に基づく熱応力の集中が抑制される。これにより、遮光膜（４０）にクラックが生じることが抑制され、遮光性の低下が抑制される。

請求項２に記載のように、開口部（５０）の輪郭線が、楕円形である構成が好適である。これによれば、開口部の輪郭線が矩形の構成とは異なり、遮光膜（４０）に角張った部位が形成されないので、遮光膜（４０）の特定の部位への熱応力の集中が抑制される。これにより、遮光膜（４０）にクラックが生じることが抑制され、遮光性の低下が抑制される。

請求項３に記載のように、形成面（１０ａ）に直交する高さ方向において、同一の高さ位置に複数の遮光膜（４０）が位置しており、１つの遮光膜（４０）につき、１つの開口部（５０）が形成された構成が好ましい。これによれば、１つの遮光膜につき、複数の開口部が形成された構成と比べて、遮光膜（４０）の強度の低下が抑制される。したがって、熱応力によって遮光膜（４０）にクラックが生じることが抑制され、遮光性の低下が抑制される。

請求項４に記載のように、同一の高さ位置にある複数の遮光膜（４０）は、マトリックス状に配置された構成が良い。これによれば、乱雑に複数の遮光膜が配置された構成と比べて、半導体基板（１０）の体格の増大が抑制される。この結果、光センサの体格の増大が抑制される。

請求項５に記載のように、遮光膜（４０）は、透光膜（３０）に多層に形成され、各層の遮光膜（４０）に開口部（５０）が形成された構成が良い。これによれば、隣接する２つの受光素子（２０）の間に、多層の遮光膜（４０）が位置するので、ある開口部（５０）から入射した光が、その開口部（５０）と対応する受光素子（２０）以外の受光素子（２０）に入射することが抑制される。これにより、各受光素子（２０）の出力信号に、外乱ノイズが含まれることが抑制される。

請求項６に記載のように、各層の遮光膜（４０）を連結する連結部（４１）が、多層の遮光膜（４０）の間に配置されており、連結部（４１）は遮光性を有する構成が良い。これによれば、ある開口部（５０）から入射した光が、その開口部（５０）と対応する受光素子（２０）以外の受光素子（２０）に入射することが抑制される。これにより、各受光素子（２０）の出力信号に、外乱ノイズが含まれることが抑制される。

請求項７に記載のように、遮光膜（４０）は、金属材料から成り、半導体基板（１０）には、外部素子と通信するための通信部（６０）が形成されており、該通信部（６０）は、発振回路（６１）を有しており、該発振回路（６１）の直上には、透光膜（３０）と遮光膜（４０）の内、透光膜（３０）のみが位置した構成が良い。発振回路（６１）の出力信号の周波数は、自身が有する静電容量に依存する。そのため、静電容量が、金属材料から成る遮光膜（４０）によって変動すると、出力信号の周波数が乱れる虞がある。これに対して、請求項７に記載の発明では、発振回路（６１）の直上に、遮光膜（４０）が位置していない。これによれば、遮光膜（４０）によって、出力信号の周波数が乱れることが抑制される。

第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す平面図である。 第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す断面図である。 光センサの変形例を示す平面図である。

以下、本発明に係る光センサを車両に搭載した場合の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す平面図である。図２は、第１実施形態に係る光センサの概略構成を示す断面図である。なお、図１では、光センサ１００の特徴点を明瞭とするために、遮光膜４０にハッチングを入れている。以下においては、受光素子２０の形成面１０ａに沿い、車両の前後を貫く方向を前後方向、形成面１０ａに沿い、車両の左右を貫く方向を左右方向と示す。そして、形成面１０ａに直交する方向を高さ方向と示す。

光センサ１００は、車両のフロントパネルに搭載され、主として、太陽の位置を検出するのに使用される。光センサ１００は、図１及び図２に示すように、要部として、半導体基板１０と、受光素子２０と、透光膜３０と、遮光膜４０と、開口部５０と、通信部６０と、を有する。半導体基板１０の形成面１０ａ側に受光素子２０が形成され、受光素子２０の形成面１０ａ上に透光膜３０が形成され、透光膜３０に遮光膜４０が形成されている。そして、遮光膜４０には、透光用の開口部５０が形成され、この開口部５０を介して、光が受光素子２０に入射するようになっている。受光素子２０の出力信号は、通信部６０を介して、外部素子（図示略）に送信される。

半導体基板１０は、矩形状を成し、上記した受光素子２０や、通信部６０を構成する電子素子（図示略）が形成されている。これら電子素子は、半導体基板１０に形成された配線パターン（図示略）を介して電気的に接続されている。

受光素子２０は、光を電気信号に変換するものである。本実施形態に係る受光素子２０は、ＰＮ接合を有するフォトダイオードであり、半導体基板１０の形成面１０ａ側に形成されている。受光素子２０は、左右方向を行、前後方向を列としてマトリックス状に配置されている。

透光膜３０は、光透過性と絶縁性を有する材料から成る。このような性質を有する材料としては、例えばアクリル樹脂がある。

遮光膜４０は、遮光性と導電性を有する材料から成る。このような性質を有する材料としては、例えばアルミニウムがある。図１に示すように、複数の遮光膜４０は、左右方向を行、前後方向を列としてマトリックス状に配置されている。そして、各遮光膜４０の平面形状が楕円形を成している。本実施形態では、遮光膜４０の平面形状が円形を成している。

図２に示すように、遮光膜４０は、透光膜３０に３層形成され、それぞれの遮光膜４０に透光用の開口部５０が形成されている。そして、開口部５０の輪郭線は、遮光膜４０と同様にして、円形を成している。各遮光膜４０、及び、遮光膜４０と半導体基板１０に形成された配線パターンとは、遮光性と導電性を有する連結部４１を介して、電気的に接続されている。遮光膜４０と連結部４１は、各電子素子を電気的に接続する配線としての機能も果たしている。なお、図１に示すように、複数の遮光膜４０との間には、隙間が形成されるので、この隙間を介して、意図しない光が受光素子２０に入射する虞がある。これを防ぐために、本実施形態では、１つの遮光膜４０の縁を囲むように、連結部４１が形成されている。

開口部５０は、受光素子２０に入射する光を規定するものである。図１に示すように、１つの遮光膜４０に、１つの開口部５０が形成されている。そして、開口部５０も、受光素子２０及び遮光膜４０と同様にして、左右方向を行、前後方向を列としてマトリックス状に配置されている。開口部５０によって、受光素子２０に入射する光の仰角が規定され、開口部５０と受光素子２０との配置位置によって、受光素子２０に入射する光の左右角が規定されている。

通信部６０は、外部素子と通信するものである。通信部６０は、ＲＣ発振回路６１を有しており、ＲＣ発振回路６１のパルス信号に基づいて、外部と通信を行っている。図２に示すように、ＲＣ発振回路６１の直上には、遮光膜４０が形成されていない。

次に、本実施形態に係る光センサ１００の作用効果を説明する。上記したように、遮光膜４０の平面形状が、円形となっている。これによれば、遮光膜の平面形状が矩形の構成とは異なり、角部が形成されないので、遮光膜４０の特定の部位への、透光膜３０と遮光膜４０の線膨張係数差に基づく熱応力の集中が抑制される。これにより、遮光膜４０にクラックが生じることが抑制され、遮光性の低下が抑制される。

開口部５０の輪郭線が、円形である。これによれば、開口部の輪郭線が矩形の構成とは異なり、遮光膜４０に角張った部位が形成されないので、遮光膜４０の特定の部位への熱応力の集中が抑制される。これにより、遮光膜４０にクラックが生じることが抑制され、遮光性の低下が抑制される。

１つの遮光膜４０につき、１つの開口部５０が形成されている。これによれば、１つの遮光膜につき、複数の開口部が形成された構成と比べて、遮光膜４０の強度の低下が抑制される。したがって、熱応力によって遮光膜４０にクラックが生じることが抑制され、遮光性の低下が抑制される。

複数の遮光膜４０は、マトリックス状に配置されている。これによれば、乱雑に複数の遮光膜が配置された構成と比べて、半導体基板１０の体格の増大が抑制される。この結果、光センサ１００の体格の増大が抑制される。

３層の遮光膜４０が、透光膜３０に形成され、各層の遮光膜４０に開口部５０が形成されている。これによれば、隣接する２つの受光素子２０の間に、多層の遮光膜４０が位置するので、ある開口部５０から入射した光が、その開口部５０と対応する受光素子２０以外の受光素子２０に入射することが抑制される。これにより、各受光素子２０の出力信号に、外乱ノイズが含まれることが抑制される。

図２に示すように、遮光性を有する連結部４１が、複数の遮光膜４０の間に配置されている。これによれば、ある開口部５０から入射した光が、その開口部５０と対応する受光素子２０以外の受光素子２０に入射することが抑制される。これにより、各受光素子２０の出力信号に、外乱ノイズが含まれることが抑制される。

ＲＣ発振回路６１のパルス信号の周波数は、自身が有する静電容量に依存する。そのため、静電容量が、金属材料から成る遮光膜４０によって変動すると、パルス信号の周波数が乱れる虞がある。これに対して、本実施形態では、ＲＣ発振回路６１の直上に、遮光膜４０が位置していない。これによれば、遮光膜４０によって、出力信号の周波数が乱れることが抑制される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、光センサ１００が車両に搭載された例を示した。しかしながら、光センサ１００の適用としては、上記例に限定されない。

本実施形態では、遮光膜４０の平面形状、及び、開口部５０の輪郭線が円形である例を示した。しかしながら、遮光膜４０の平面形状、及び、開口部５０の輪郭線としては、上記例に限定されず、図３に示すように、楕円形であれば良い。更に言えば、角張った部位がなければ、いかような形状でも採用することができる。例えば、角部がＲ状となった矩形を採用することもできる。図３は、光センサの変形例を示す平面図である。

本実施形態では、複数の遮光膜４０が、マトリックス状に配置された例を示した。しかしながら、遮光膜４０の配置としては、上記例に限定されない。例えば、ある点から放射状に複数の遮光膜４０が配置された構成を採用することもできる。

本実施形態では、ある高さ位置に複数の遮光膜４０が形成された例を示した。しかしながら、ある高さ位置に１つの遮光膜４０が形成された構成を採用することもできる。

本実施形態では、１つの遮光膜４０に１つの開口部５０が形成された例を示した。しかしながら、１つの遮光膜４０に複数の開口部５０が形成された構成を採用することもできる。

本実施形態では、遮光膜４０が３層である例を示した。しかしながら、遮光膜４０の層数は上記例に限定されず、例えば、１層、２層、４層以上でも良い。

本実施形態では、遮光膜４０が、遮光性と導電性を有する材料から成る例を示した。しかしながら、遮光膜４０によって、半導体基板１０に形成された各電子素子を電気的に接続しなくとも良い場合、遮光膜４０を、光を吸収する性質を有する材料によって形成しても良い。

本実施形態では、通信部６０が、ＲＣ発振回路６１を有する例を示した。しかしながら、通信部６０が、ＬＣ発振回路を有する構成を採用することもできる。

１０・・・半導体基板
２０・・・受光素子
３０・・・透光膜
４０・・・遮光膜
５０・・・開口部
６０・・・通信部
１００・・・光センサ

Claims (7)

1. 半導体基板（１０）に受光素子（２０）が複数形成され、前記半導体基板（１０）における前記受光素子（２０）の形成面（１０ａ）上に、透光膜（３０）を介して遮光膜（４０）が形成され、該遮光膜（４０）に、前記受光素子（２０）に対応した透光用の開口部（５０）が形成された光センサであって、
   前記遮光膜（４０）の平面形状が、楕円形であることを特徴とする光センサ。
2. 前記開口部（５０）の輪郭線が、楕円形であることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
3. 前記形成面（１０ａ）に直交する高さ方向において、同一の高さ位置に複数の前記遮光膜（４０）が位置しており、
   １つの前記遮光膜（４０）につき、１つの前記開口部（５０）が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光センサ。
4. 同一の高さ位置にある複数の遮光膜（４０）は、マトリックス状に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光センサ。
5. 前記遮光膜（４０）は、前記透光膜（３０）に多層に形成され、各層の前記遮光膜（４０）に前記開口部（５０）が形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の光センサ。
6. 各層の前記遮光膜（４０）を連結する連結部（４１）が、多層の前記遮光膜（４０）の間に配置されており、
   前記連結部（４１）は遮光性を有することを特徴とする請求項５に記載の光センサ。
7. 前記遮光膜（４０）は、金属材料から成り、
   前記半導体基板（１０）には、外部素子と通信するための通信部（６０）が形成されており、
   該通信部（６０）は、発振回路（６１）を有し、
   該発振回路（６１）の直上には、前記透光膜（３０）と前記遮光膜（４０）の内、前記透光膜（３０）のみが位置していることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の光センサ。

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