JPH07120313A - 日射センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各部の位置決め精度の向上と量産性向上を図
る。 【構成】 ｎ⁻形のＳｉエピタキシャル成長層１２の下
面にｐｎ接合部１３（ｐ^＋層）とｎ^＋層を形成し、その
下方に酸化絶縁膜１４（ＳｉＯ_２膜）を介して電極１
５，１６を形成する。一方、Ｓｉエピタキシャル成長層
１２の上面の中央には、傘状の突出部１７を一体に形成
する。この突出部１７は、Ｓｉエピタキシャル成長層１
２の上面に形成したｐ形のＳｉ基板１８をフォトエッチ
ングして形成したものである（図１に示すＳｉ基板１８
はフォトエッチング後に残った部分を図示したものであ
る）。この突起部１７の形状を、日射センサの設置場所
の事情を考慮して、適当な形状に設計すれば、日射セン
サの設置場所に適応した日射方向依存性をもつ出力特性
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、日射光をフォトダイオ
ードにより検出するようにした日射センサに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、日射センサは、例えば自動車
の空調制御を日射熱負荷に応じて補正するセンサとして
利用されているが、自動車の構造上、車室内に入射する
日射量は、日射方向（日射方位・日射高度）に応じて変
化するので、日射センサも日射方向に依存させた出力特
性をもたせることが好ましい。この観点から、例えば特
開平１−１３６８１１号公報に記載されているように、
２つのフォトダイオード素子を互いに左右反対方向に傾
斜させて配置し、日射光が左右いずれの方向から入射す
るのかを判定できるようにしたものがある。或は、実開
平４−３８５３２号公報や特開平２−２１６４０２号公
報に記載されているように、受光素子の上方に遮光手
段，ディフューザ，光変調手段を設けたものもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者
（特開平１−１３６８１１号公報）では、２つのフォト
ダイオード素子が必要になる欠点がある。しかも、これ
ら２つのフォトダイオード素子の取付角度・位置の精度
によって出力特性が大きく変わってしまうので、高い取
付精度が要求されるが、日射センサに用いられるフォト
ダイオード素子は、数ｍｍ角以下の小さなものであるた
め、２つのフォトダイオード素子の取付精度を高めるた
めの工程管理が非常に面倒なものとなり、量産性が悪
く、製造コストが高くなる欠点がある。

【０００４】また、後者（実開平４−３８５３２号公報
や特開平２−２１６４０２号公報）においても、遮光手
段等と受光素子との間の位置決め精度により出力特性が
大きく変わってしまうので、やはり、位置決め精度を高
めるための工程管理が面倒なものとなり、遮光手段等の
別部品が必要なことと相俟って、量産性が悪くなってし
まう欠点がある。

【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、上述した位置決め精度の問題を
解消できると共に、部品点数を削減でき、量産性を向上
することができる日射センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の日射センサは、日射光をフォトダイオード
素子で検出するようにしたものにおいて、前記フォトダ
イオード素子の上面に、受光面積を日射方向に応じて変
化させるための突出部を設けた構成としたものである。

【０００７】

【作用】上記構成によれば、フォトダイオード素子の上
面に突出部が設けられているので、フォトダイオード素
子の上面に入射する日射光がこの突出部によって部分的
に遮られることで、フォトダイオード素子の上面に当た
る日射光の照射面積（受光面積）が日射方向に応じて変
化する。この受光面積に応じて、フォトダイオード素子
の出力信号が変化するので、日射センサの出力特性が日
射方向依存性をもつようになる。従って、この日射セン
サの設置場所の事情を考慮して、突起部の形状を設計す
れば、日射センサの設置場所に適応した所望の日射方向
依存性をもつ出力特性が得られる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図４に基
づいて説明する。フォトダイオード素子１１は、ｎ⁻形
のＳｉエピタキシャル成長層１２を用い、その下面にｐ
^＋層を形成することにより、受光部となるｐｎ接合部１
３を形成している。このｐ^＋層の下面には、酸化絶縁膜
１４（ＳｉＯ_２膜）を介して電極１５（Ｖcc）が形成さ
れ、この電極１５がｐ^＋層に電気的に接続されている。
また、Ｓｉエピタキシャル成長層１２の下面には、ｐ^＋
層の側方にｎ^＋層が形成され、このｎ^＋層の下面に、酸
化絶縁膜１４（ＳｉＯ_２膜）を介して電極１６（ＧＮ
Ｄ）が形成され、この電極１６がｎ^＋層に電気的に接続
されている。

【０００９】一方、Ｓｉエピタキシャル成長層１２の上
面の中央には、傘状の突出部１７が一体に形成されてい
る。この突出部１７は、後述するようにｐ形のＳｉ基板
１８をフォトエッチングして形成したものである（図１
に示すＳｉ基板１８はフォトエッチング後に残った部分
を図示したものである）。この際、突出部１７を残し
て、他のＳｉ基板１８を選択的にエッチングするため
に、突出部１７全体は例えばイオン注入によりｎ^＋層と
なっている。

【００１０】以上のように構成されたフォトダイオード
素子１１の大きさは、図２に示すように、例えば、一辺
４００〜５００μｍの正方形であり、突出部１７の高さ
は３００〜４００μｍ、突出部１７の上端傘状部の外径
は２００μｍ、突出部１７の根元部の外径は１００μｍ
である。

【００１１】以上のように構成されたフォトダイオード
素子１１の製造方法を図３に基づいて説明する。まず、
厚さ３００〜４００μｍ程度のｐ形のＳｉウェーハの表
面（Ｓｉ基板１８の下面）に厚さ１０μｍ程度のｎ⁻形
のエピタキシャル成長層１２（図１に示すＳｉ基板１８
はフォトエッチング後に残った部分を図示したものであ
る）をＣＶＤ法等により形成した後、後工程で突出部１
７となる部分に例えばイオン注入してｎ^＋層を形成す
る。

【００１２】この後、Ｓｉウェーハの裏面（Ｓｉエピタ
キシャル成長層１２の下面）に、熱酸化によって熱酸化
膜（ＳｉＯ_２膜）を形成し、この熱酸化膜にフォトエッ
チングにより、ｎ^＋チャンネルストッパ層形成用の孔を
開けて、この孔から不純物を拡散して、ｎ^＋チャンネル
ストッパ層を形成する。次いで、ｐ^＋層形成のためのフ
ォトエッチングを行い、イオン注入によりｐ^＋層を形成
する。この後、熱酸化により酸化絶縁膜１４を形成した
上で、リン処理してその表面に極薄のＰＳＧ膜を形成
し、この酸化絶縁膜１４にフォトエッチングにより電極
形成用の孔を開けて、アルミニウム等で電極１５，１６
を形成してアルミニウム配線し、電極シンタによって電
気的接続を確実なものにする。

【００１３】この後、Ｓｉウェーハの表面（Ｓｉ基板１
８）をフォトエッチングする工程に移行する前に、フォ
トエッチングしない裏面側の部分をワックス等で保護
（マスク）した後、このＳｉウェーハの表面をフォトエ
ッチングして、ｐ形のＳｉ基板１８を、ｎ^＋層の部分を
除いて取り除き、突出部１７を形成する。このようにし
て、１枚のＳｉウェーハに多数のフォトダイオード素子
１１を形成した後、このＳｉウェーハをダイシングカッ
トして、個々のフォトダイオード素子１１に分割する。

【００１４】このようにして製造されたフォトダイオー
ド素子１１は、リードフレーム（図示せず）にダイマウ
ントされ、ワイヤボンディング工程、透明エポキシ樹脂
モールド工程、カット・ホーミング工程（リードフレー
ムを切断してリードを曲げ成形する工程）を経て、日射
センサ（図示せず）内に組み付けられる。

【００１５】この日射センサは、図示はしないが、例え
ば自動車のダッシュボード上のフロントガラス近傍にフ
ォトダイオード素子１１を上向きにするように取り付け
られる。このフォトダイオード素子１１の出力を検出す
るために、図４に示すように、フォトダイオード素子１
１の出力電圧Ｖs （分圧回路２０の２つの抵抗Ｒa,Ｒb
で分圧された電圧）が空調制御用のマイクロコンピュー
タ２１に入力される。このマイクロコンピュータ２１
は、フォトダイオード素子１１の出力電圧Ｖs に基づい
て日射熱負荷を判定し、この日射熱負荷に応じて空調制
御を補正する日射補正制御を実行する。上記フォトダイ
オード素子１１は分圧回路２０の抵抗Ｒaと並列に接続
され、受光量が増加するに従って、ｐｎ接合部１３で発
生する光電流が増加して、出力電圧Ｖs が上昇するよう
になっている。

【００１６】ところで、日射センサを自動車の空調制御
に用いる場合、日射高度が高くなるほど、車室内が自動
車の屋根で日陰になる割合が増えるので、ガラス窓から
車室内に差し込む日射量は、日射高度が９０°の場合よ
りも例えば６０°の場合が多くなる。この関係から、日
射高度が例えば６０°以下の範囲（車室内の日陰の割合
が比較的少ない範囲）では、日射高度が高くなるに従っ
て、車室内の日射熱負荷がほぼ正弦曲線状に増加する
が、日陰の割合が多くなる例えば６０°付近から増加率
が頭打ちになる傾向がある。

【００１７】このような事情に対処するために、従来
は、実開平４−３８５３２号公報や特開平２−２１６４
０２号公報に記載されているように、受光素子の上方に
遮光手段，ディフューザ，光変調手段を設けていたが、
遮光手段等と受光素子との間の位置決め精度を確保する
ための工程管理が面倒なものとなり、遮光手段等の別部
品が必要なことと相俟って、量産性が悪くなってしまう
欠点があった。

【００１８】これに対し、前述した第１実施例によれ
ば、フォトダイオード素子１１の上面に突出部１７が一
体に形成されているので、フォトダイオード素子１１の
上面に入射する日射光がこの突出部１７によって部分的
に遮られることで、ｐｎ接合部１３に到達する日射光の
照射面積（受光面積）が日射方向に応じて変化する。こ
の受光面積に応じて、フォトダイオード素子１１の出力
電圧Ｖs が変化するので、日射センサの出力特性が日射
方向依存性をもつようになり、日射高度が高い領域で、
フォトダイオード素子１１の出力電圧Ｖs が頭打ちにな
る出力特性が得られる。このため、日射高度が例えば６
０°以上では、日射高度が高くなっても、車室内の日射
熱負荷があまり増えないという自動車特有の事情を正確
に反映した理想的な出力特性が得られるようになり、実
際の車室内の日射熱負荷に適応した快適な空調制御が可
能となる。

【００１９】しかも、フォトダイオード素子１１の製造
時に、半導体製造プロセスを用いてフォトダイオード素
子１１の上面に正確に位置決めされた突出部１７を簡単
に形成することができ、例えば±１μｍ程度の優れた位
置決め精度を容易に確保することができて、出力特性を
向上できると共に、量産性も向上でき、部品点数削減の
効果と相俟って、低コスト化の要求も満たすことができ
る。

【００２０】上述した第１実施例では、フォトダイオー
ド素子１１の下面にｐｎ接合部１３（受光部）を形成し
たが、図５に示す本発明の第２実施例のように、フォト
ダイオード素子２５の上面にｐｎ接合部２６（受光部）
を形成するようにしても良い。この第２実施例のフォト
ダイオード素子２５は、ｎ⁻形のＳｉエピタキシャル成
長層２７の下面にｎ^＋層が形成され、このｎ^＋層の下面
に、酸化絶縁膜２８（ＳｉＯ_２膜）を介して電極２９
（Ｖcc）が形成され、この電極２９がｎ^＋層に電気的に
接続されている。また、Ｓｉエピタキシャル成長層２７
の側面部には、ｐ^＋層が形成され、このｐ^＋層の下面に
酸化絶縁膜２８（ＳｉＯ_２膜）を介して電極３０（ＧＮ
Ｄ）が形成され、この電極３０がｐ^＋層に電気的に接続
されている。このｐ^＋層は、フォトダイオード素子２５
の上面に形成されたｐ形のＳｉ基板１８（フォトエッチ
ング後の残余部分）と電極３０（ＧＮＤ）とを電気的に
導通させる役割を果たしている。これ以外の構成は、前
述した第１実施例と同じである。

【００２１】以上説明した第１及び第２実施例は、いず
れも、ｐ形のＳｉ基板１８の上面にｎ⁻形のＳｉ基板１
２，２７を形成して、突出部１７をフォトエッチングに
よって形成するようにしたが、例えば、ｎ⁻形のＳｉ基
板の上面にｐ形のＳｉ基板を貼り合わせて、このｐ形の
Ｓｉ基板をフォトエッチングして突出部を形成するよう
にしても良い。或は、１枚のｐ形のＳｉ基板の下面側
に、不純物の拡散等によりｎ⁻層を形成し、このｎ⁻層
をフォトエッチングして突出部を形成するようにしても
良い。また、第１実施例のようにＳｉエピタキシャル成
長層１２の下面にｐｎ接合部１３を形成する構成のもの
では、Ｓｉエピタキシャル成長層１２の上面にポリＳｉ
層を堆積させ、このポリＳｉ層をフォトエッチングして
突出部を形成するようにしても良い。或は、Ｓｉエピタ
キシャル成長層とは別の部材で形成された突起物を“遮
光突部”としてフォトダイオード素子の上面に共晶合金
法等により接合するようにしても良い。

【００２２】また、上記各実施例では、突出部１７を傘
状に形成したが、この日射センサを設置する場所の事情
に応じて、この突出部１７の形状や各部の寸法を適宜変
更することで、日射センサの設置場所に適応した所望の
日射方向依存性をもつ出力特性が得られる。

【００２３】その他、本発明の日射センサは、自動車用
空調装置に使用するものに限定されず、種々の場所で、
日射方向、日射強度を検出する日射センサとして広く利
用できる等、種々変更して実施できることは言うまでも
ない。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、フォトダイオード素子の上面に突出部を設け
たので、この突出部によって日射センサの出力特性に所
望の日射方向依存性をもたせることができると共に、半
導体製造プロセスを用いて、フォトダイオード素子の上
面に正確に位置決めされた突出部を簡単に設けることが
できて、量産性を向上でき、部品点数削減の効果と相俟
って、低コスト化の要求も満たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すフォトダイオード素
子の縦断面図

【図２】フォトダイオード素子（ダイシングカット前の
状態）の斜視図

【図３】フォトダイオード素子の製造手順を示す工程図

【図４】光検出回路を示す電気回路図

【図５】本発明の第２実施例を示すフォトダイオード素
子の縦断面図

【符号の説明】

１１…フォトダイオード素子、１２…Ｓｉエピタキシャ
ル成長層、１３…ｐｎ接合部（受光部）、１７…突出
部、２５…フォトダイオード素子、２６…ｐｎ接合部
（受光部）、２７…Ｓｉエピタキシャル成長層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 日射光をフォトダイオード素子で検出す
   るようにした日射センサにおいて、 前記フォトダイオード素子の上面に、受光面積を日射方
   向に応じて変化させるための突出部を設けたことを特徴
   とする日射センサ。