(57)【要約】【課題】電磁シールド用の導電膜を備えるとともに、光検出領域に対向する領域で電磁シールド用の導電膜を除去した光センサにおいて、光検出領域に対向する領域でも電磁ノイズが侵入できないようにする。【解決手段】シリコン基板１２の表層部には、フォトダイオード１３やＩＣ回路１５が形成されている。シリコン基板１２の上面には、絶縁層１６を介して遮光メタル１８が形成されており、ＩＣ回路１５は遮光メタル１８で覆われている。フォトダイオード１３に対向する領域では、遮光メタル１８に受光窓１９が開口され、受光窓１９は導電性光学フィルタ３２で覆われている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出領域を除く素子形成領域を遮光性を有する導電膜によって覆い、前記光検出領域を光透過性を有する導電膜によって覆ったことを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記光透過性を有する導電膜は、光学フィルタ特性を有することを特徴とする、請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記光透過性を有する導電膜は、前記遮光性を有する導電膜に電気的に接触していることを特徴とする、請求項１に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光センサに関し、具体的には、電磁波ノイズを遮断する機能を備えた光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
光センサには、フォトダイオード（ＰＤ）や出力増幅用のＩＣ回路などをシリコン基板に作り込んだものがある。このような光センサでは、可視光から近赤外光までの波長域の光を検出することのできるフォトダイオードを用いており、そのうちの特定波長域の光だけをフォトダイオードで検出できるようにするためにはフォトダイオードの上部に光学フィルタを設けている。
【０００３】
図１はこのような光センサの従来構造を模式的に表した断面図である。また、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）、（ｂ）及び図４（ａ）、（ｂ）は、この光センサの製造工程を説明する断面図である。以下、この光センサ１１の製造工程を順次説明することにより、同時に光センサ１１の構造を説明する。
【０００４】
まず、半導体製造技術を用いて、Ｐ型シリコン基板１２の表面層に、フォトダイオード１３、接地用のコンタクト領域１４（Ｐ＋型拡散層）、ＩＣ回路１５などを作製する。ついで、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１２の上面をＳｉＯ２からなる絶縁層１６で覆う。図２（ｂ）に示すように、コンタクト領域１４の上面に対向する位置で絶縁層１６に通孔を開口し、当該通孔内に金属やポリシリコンなどの導電性材料を充填して導電ポスト１７を形成し、導電ポスト１７を熱処理してコンタクト領域１４にオーミック接触させる。図２（ｃ）に示すように、絶縁層１６の上面に、ＡｌＳｉなどの遮光材料によって遮光メタル１８を形成し、遮光メタル１８によってＩＣ回路１５の上方を遮蔽するとともに、導電ポスト１７を介して遮光メタル１８をコンタクト領域１４に導通させる。
【０００５】
さらに、図３（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ技術により、フォトダイオード１３の上方において遮光メタル１８に受光窓１９を開口する。図３（ｂ）に示すように、遮光メタル１８の上面にＳｉＯ２からなる絶縁層２０を形成する。図４（ａ）に示すように、絶縁層２０の上面全体に光学フィルタ２１を形成し、ついで、図４（ｂ）に示すように、フォトダイオード１３の上方に対向する位置に光学フィルタ２１を残して、他の領域の光学フィルタ２１をエッチング等で除去し、目的とする光センサ１１を作製する。
【０００６】
このような光センサ１１では、コンタクト領域１４をアースラインに接続することで電気的に接地された電磁シールド用の遮光メタル１８によりＩＣ回路１５の上方を覆っているので、図１に示すように、外部からの電磁ノイズαを遮光メタル１８によって遮蔽することができ、電磁ノイズαによるＩＣ回路１５の誤動作を防止することができる。なお、このようにＩＣ回路の上方を遮光メタルによって覆う構成は、特許文献１に開示されている。
【０００７】
遮光メタル１８には、フォトダイオード１３に対向して受光窓１９が開口されているので、外部からの入射光は受光窓１９を通過してフォトダイオード１３に入射し、フォトダイオード１３によって検出される。また、フォトダイオード１３自体は、可視光から近赤外光までの波長域の光に感度をもつが、光学フィルタ２１は、入射光Ｌaのうち特定波長域の光Ｌb（たとえば、赤外光）だけを透過させ、他の波長域の光Ｌcを反射させるので、フォトダイオード１３によって特性波長域Ｌbの光だけを検知することができる。なお、光学フィルタを用いて光検出領域に入射する光の波長を制限する構成は、特許文献２に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−４０７９０号公報
【特許文献２】特開平７−１７０３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図１に示したような構造の光センサ１１では、フォトダイオード１３に対向する位置では遮光メタル１８に受光窓１９が開口しているので、電磁ノイズβが受光窓１９を通過して遮光メタル１８の内側に侵入するおそれがある。そのため、工場内など電磁ノイズの多い場所では、受光窓１９を通過した電磁ノイズβが原因となってフォトダイオード１３やコンタクト領域１４に誤動作が発生する問題があった。よって、工場内部など電磁ノイズの多い場所での使用には不向きであるなど、用途が制限されていた。
【００１０】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、電磁シールド用の導電膜を備えるとともに、光検出領域に対向する領域で電磁シールド用の導電膜を除去した光センサにおいて、光検出領域に対向する領域でも電磁ノイズが侵入できないようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような課題を解決するために、本発明にかかる光センサは、光検出領域を除く素子形成領域を遮光性を有する導電膜によって覆い、前記光検出領域を光透過性を有する導電膜によって覆ったことを特徴としている。
【００１２】
本発明の光センサによれば、光検出領域を除くＩＣ回路などの素子形成領域を遮光性を有する導電膜によって覆っているので、ＩＣ回路などには光や電磁ノイズが到達せず、外部からの光や電磁ノイズによるＩＣ回路などの誤動作を防ぐことができる。
【００１３】
また、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの光検出領域を光透過性を有する導電膜によって覆っているので、外部から入射する光は光透過性を有する導電膜を透過して光検出領域で検出されるが、電磁ノイズは光透過性を有する導電膜で遮蔽され、より確実に電磁ノイズを遮蔽することができ、光検出領域やＩＣ回路などの誤動作を防ぐことができる。
よって、本発明の光センサによれば、工場内部のように電磁ノイズの多い場所でも使用することが可能になる。
【００１４】
本発明にかかる光センサのある実施態様は、前記光透過性を有する導電膜が、光学フィルタ特性を有している。かかる実施態様によれば、特定の波長（域）の光だけを光検出領域で選択的に検出することができる。
【００１５】
本発明にかかる光センサの別な実施態様は、前記光透過性を有する導電膜は、前記遮光性を有する導電膜に電気的に接触している。かかる実施態様によれば、光透過性を有する導電膜と遮光性を有する導電膜のうち、いずれか一方を接地すれば他方も接地されるので、光センサの構造を簡略にすることができる。
【００１６】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図５は本発明の実施形態１による光センサ３１（光センサチップ）の構造を模式的に示す断面図である。この光センサ３１では、Ｐ型シリコン基板１２の表面層に、フォトダイオード１３（光検出領域）、接地用のコンタクト領域１４（Ｐ＋拡散層）、ＭＯＳトランジスタ等で構成されたＩＣ回路１５などを作製している。また、シリコン基板１２の上面をＳｉＯ２からなる絶縁層１６で覆い、コンタクト領域１４の上面に対向する位置で絶縁層１６に通孔を開口し、当該通孔内に金属やポリシリコンなどの導電性材料を充填して導電ポスト１７を形成し、導電ポスト１７をコンタクト領域１４にオーミック接触させている。絶縁層１６の上面にはＡｌＳｉなどの遮光材料からなる遮光メタル１８を形成し、遮光メタル１８によってＩＣ回路１５の上方を覆っている。遮光メタル１８には、フォトダイオード１３の上方において受光窓１９を開口してある。さらに、フォトダイオード１３の上方に対向する位置において光学フィルタ２１で受光窓１９を覆い、遮光メタル１８の上面にＳｉＯ２からなる絶縁層２０を形成している。
【００１９】
この実施形態では、光検出領域としてフォトダイオード１３を作製しているが、フォトトランジスタであってもよい。フォトダイオード１３は、可視光から近赤外光までの広い波長域にわたって感度を有しているので、導電性光学フィルタ３２を設けることにより、特定波長の光、すなわち導電性光学フィルタ３２の透過波長（域）の光だけを光センサ３１で検出できるようにしている。特定波長とは、例えばこの光センサ３１と対にして使用されるＬＥＤの発光波長であって、赤外線ＬＥＤであれば、例えば波長λ＝８７０ｎｍである。
【００２０】
コンタクト領域１４は、光センサ３１を回路基板などに実装したときアースラインに接続されるようになっており、したがって遮光メタル１８も導電ポスト１７やコンタクト領域１４を介して接地される。また、遮光メタル１８は、不透明であって光を透過させない。よって、ＩＣ回路１５を覆っている遮光メタル１８は電磁シールド膜や遮光膜として働き、図５に示すように、外部からの電磁ノイズαや入射光を遮光メタル１８によって遮蔽することができ、電磁ノイズαや入射光によるＩＣ回路１５の誤動作を防止することができる。
【００２１】
また、導電性光学フィルタ３２は、特定波長（例えば、赤外線波長）の光を透過させるバンドパスフィルタとしての機能と導電膜としての機能とを兼ね備えている。導電性光学フィルタ３２は、遮光メタル１８と接触して電気的に導通するように形成されており、遮光メタル１８と同電位（つまり、接地電位）に保たれている。
【００２２】
フォトダイオード１３はこのような導電性光学フィルタ３２によって覆われているので、光センサ３１は、特定波長すなわち導電性光学フィルタ３２の透過波長域の光のみを検出することができる。すなわち、入射光Ｌaのうち特定波長域の光Ｌb（たとえば、赤外光）だけが導電性光学フィルタ３２を透過し、他の波長域の光Ｌcは導電性光学フィルタ３２で反射するので、フォトダイオード１３によって特性波長域Ｌbの光だけが検知される。
【００２３】
しかも、外部から受光窓１９へ飛来した電磁ノイズβは、導電性光学フィルタ３２によって遮蔽される。よって、遮光メタル１８と導電性光学フィルタ３２により全面で電磁ノイズα、βを遮蔽することができ、より確実にフォトダイオード１３やＩＣ回路１５などの誤動作を防ぐことができる。よって、光センサ３１によれば、工場内部のように電磁ノイズの多い場所でも使用することが可能になる。
【００２４】
つぎに、この光センサ３１の製造工程を図６（ａ）、（ｂ）及び図７（ａ）、（ｂ）により説明する。図６（ａ）に示すように、フォトダイオード１３、コンタクト領域１４、ＩＣ回路１５などを作製されたシリコン基板１２の上面に絶縁層１６、導電ポスト１７、遮光メタル１８を形成し、遮光メタル１８に受光窓１９を開口するまでの工程は、従来例において説明したとおりであるので、ここまでの工程の説明は省略する。
【００２５】
図６（ａ）のようにフォトダイオード１３に対応させて受光窓１９を開口したら、図６（ｂ）に示すように、遮光メタル１８の上面全体に導電性光学フィルタ３２を形成する。ついで、図７（ａ）に示すように、フォトダイオード１３の上方に対向する位置に導電性光学フィルタ３２を残して、他の領域の導電性光学フィルタ３２をエッチング等で除去する。さらに、図７（ｂ）に示すように、遮光メタル１８及び導電性光学フィルタ３２の上面にＳｉＯ２からなる絶縁層２０を形成し、目的とする光センサ３１を作製する。
【００２６】
導電性光学フィルタ３２は、光学フィルタの両面または片面に透明導電膜（金属薄膜）を形成した構造となっている。このような導電性光学フィルタ３２の構成の一例を図８に示す。この導電性光学フィルタ３２では、ＳｉＯ２膜３４（絶縁体）とＴｉＯ２膜３５（絶縁体）を２層以上積層することによって多層膜フィルタを構成してあり、その両面に透明導電膜としてＴｉ膜３３（金属）を形成している。導電性光学フィルタ３２の外面がＴｉ膜３３によって構成されているので、導電性光学フィルタ３２を遮光メタル１８の上に形成したとき、Ｔｉ膜３３と遮光メタル１８が接触して導電性光学フィルタ３２が接地される。
【００２７】
多層膜フィルタは、屈折率の異なる複数の材料を積層して構成される。この多層膜材料としては、上記のＳｉＯ２やＴｉＯ２以外にも、ＭｇＯ、ＣｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｎＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２などの金属酸化物、ＳｉＮ、ＴｉＮなどの窒化物を用いることができる。また、上下の透明導電膜の材料には、上記のＴｉのほか、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒなどの金属を採用することもできる。
【００２８】
これらの多層膜材料や透明導電膜材料は、光センサ３１の生産プロセス中において形成されるので、生産プロセスに使用される温度などに対して耐性が必要である。たとえば、遮光メタル形成時のプロセス温度では、一般的に４００℃程度の熱が加わるので、有機系薄膜は不適合である。これらの成膜方法としては、蒸着、スパッタリング、ＭＢＥ、イオンプレーティングなどで行うことができる。また、これらを受光窓１９の上方にのみ残すようにパターニングする工程では、必要領域の上にレジストでパターンを生成した後、ドライエッチング、イオンミリングなどでレジストから露出した部分を除去し、所定形状の導電性光学フィルタ３２を作製する。
【００２９】
多層膜フィルタは、所望する光学特性によってその使用材料数を決められる。図８に示す例では、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２の２種の層の繰り返しで多層フィルタを構成しているが、屈折率が異なる薄膜層による多層構造であれば２種以上の層であってもよく、たとえばａ層／ｂ層／ｃ層というように３種の層の繰り返しであってもよい。また、多層フィルタの層数も、導電性光学フィルタ３２の透過波長域の広狭などの特性に応じて適宜決定することができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
図９は本発明の実施形態２による光センサ３６を模式的に示す断面図である。この実施形態においては、遮光メタル１８の受光窓１９を透明導電膜３７で覆ってあり、受光窓１９に対向させて絶縁層２０の上に光学フィルタ３８を形成している。透明導電膜３７は、広い光透過波長域を有する、好ましくは透明な導電膜であって、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ系透明導電膜、Ｉｎ２Ｏ３-ＺｎＯ透明導電膜、Ｇａ添加ＺｎＯ膜などを用いることができる。また、光学フィルタ３８は、２層以上の薄膜からなる多層膜などを用いることができ、例えば赤外領域などに透過波長域を有するバンドパスフィルタである。
【００３１】
この実施形態の光センサ３６では、光検出領域における電磁シールドの機能と光フィルタの機能とをそれぞれ透明導電膜３７と光学フィルタ３８とに分離しているので、透明導電膜３７と光学フィルタ３８の制約が小さくなり、両者の材料選択の自由度が高くなる。
【００３２】
また、光学フィルタ３８を絶縁層２０の外面に設けているので、光センサ３６に光学フィルタ３８を後付けすることが可能となる。そのため、アセンブリメーカーなどにおいては、光センサ３６を機器に組み込む前の段階において、用途に適した光学フィルタ３８を光センサ３６の上面に貼り付けて使用することが可能となり、光センサ３６の汎用性が向上する。
【００３３】
なお、図示しないが、実施形態２の光センサ３６から光学フィルタ３８を除いた実施形態も可能である。すなわち、光学フィルタ３８を有さず、受光窓１９を透明導電膜３７で覆っただけのものであってもよい。
【００３４】
（第３の実施形態）
図示しないが、実施形態１の導電性光学フィルタ３２や実施形態２の光学フィルタ３８の光学特性としては、３波長域の光を透過させるものであってもよい。たとえば、赤色光（λ＝６５０ｎｍ近傍）、緑色光（λ＝５５０ｎｍ近傍）、青色光（λ＝４５０ｎｍ近傍）、とすれば、ＣＣＤなどのカラー撮像素子にも応用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、従来例の光センサの構造を示す概略断面図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、従来例の光センサの製造工程を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、図２（ｃ）に続く製造工程を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、図３（ｂ）に続く製造工程を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態１による光センサの構造を示す概略断面図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、実施形態１の光センサの製造工程を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は、図６（ｂ）に続く製造工程を示す断面図である。
【図８】図８は、導電性光学フィルタの一例を示す概略断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態２による光センサの構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１      光センサ
１２      半導体基板
１３      フォトダイオード
１４      コンタクト領域
１５      ＩＣ回路部
１６      絶縁層
１７      導電ポスト
１８      遮光メタル
１９      受光窓
２０      絶縁層
３１      光センサ
３２      導電性光学フィルタ
３３      Ｔｉ膜
３４      ＳｉＯ２膜
３５      ＴｉＯ２膜
３６      光センサ
３７      透明導電膜
３８      光学フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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