(57)【要約】      （修正有）【課題】ボイドの発生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と、半導体基板に形成された光電変換素子２０と、半導体基板における光電変換素子の形成面１０ａに積層された積層膜３０と、を有し、積層膜は、光を透過する透光膜４０、および、光を遮る遮光膜５０を有し、遮光膜５０が透光膜４０を介して複数積層されており、単層の遮光膜ではなく、複数層の遮光膜５１〜５３によって、光電変換素子に入射する光の入射角度を規定する角度規定部６０が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１０）と、
前記半導体基板に形成された光電変換素子（２０）と、
前記半導体基板における前記光電変換素子の形成面（１０ａ）に積層された積層膜（３０）と、を有し、
前記積層膜は、光を透過する透光膜（４０）、および、光を遮る遮光膜（５０）を有し、
前記遮光膜が前記透光膜を介して複数積層されており、
単層の前記遮光膜ではなく、複数層の前記遮光膜（５１〜５３）によって、前記光電変換素子に入射する光の入射角度を規定する角度規定部（６０）が形成されていることを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記積層膜における前記光電変換素子に入射する光の経路（ＩＲ）を介して、前記光電変換素子に入射する光の入射角度の規定に関わる複数層の前記遮光膜が互い違いに積層されることで、前記角度規定部が形成されてい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】
前記半導体基板と前記遮光膜、および、複数層の前記遮光膜間の少なくとも一方を連結して支持することで、前記半導体基板の形成面と前記遮光膜の間に設けられた前記透光膜、および、複数層の前記遮光膜の間に設けられた前記透光膜の少なくとも一方に歪みが生じることを抑制する連結部（７０）を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサ。
【請求項４】
前記遮光膜および前記連結部それぞれは導電性を有し、
前記半導体基板と前記遮光膜、および、複数層の前記遮光膜間の少なくとも一方が前記連結部によって電気的に接続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。
【請求項５】
前記透光膜は酸化シリコンであり、
前記遮光膜および前記連結部それぞれはアルミニウムであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光センサ。
【請求項６】
車両に搭載されることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の光センサ。
【請求項７】
前記角度規定部は、前記車両の進行方向上方の光が前記光電変換素子に入射するように前記入射角度を規定することを特徴とする請求項６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、半導体基板と、半導体基板に形成された光電変換素子と、半導体基板における光電変換素子の形成面に積層された積層膜と、を備える光センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、半導体基板に受光素子が形成され、その受光素子の形成面上に透光膜と遮光膜が形成され、遮光膜に透光用の開口部が形成された光センサが従来技術として知られている。単層の遮光膜に上記した開口部が形成され、この開口部によって受光素子に入射する光の仰角が規定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６４７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように特許文献１に示される光センサでは、単層の遮光膜に開口部を形成することで受光素子に入射する光の仰角を規定している。したがって受光素子に入射する光の仰角の精度を高めるためには開口部の開口径を狭めればよい。しかしながらこのように開口径を狭めると下記に示す不具合の生じることが発明者により見出された。
【０００５】
すなわち、上記したように開口径を狭めると、遮光膜の開口部によって囲まれた領域にＣＶＤ法などによって形成される透光膜にボイドが発生し、このボイドによって受光素子に適した入射角度の光が入射されなくなる、という不具合が生じることが発明者により見出された。
【０００６】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、ボイドの発生が抑制された光センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために本発明は、半導体基板（１０）と、半導体基板に形成された光電変換素子（２０）と、半導体基板における光電変換素子の形成面（１０ａ）に積層された積層膜（３０）と、を有し、積層膜は、光を透過する透光膜（４０）、および、光を遮る遮光膜（５０）を有し、遮光膜が透光膜を介して複数積層されており、単層の遮光膜ではなく、複数層の遮光膜（５１〜５３）によって、光電変換素子に入射する光の入射角度を規定する角度規定部（６０）が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
このように本発明によれば、単層の遮光膜ではなく、複数層の遮光膜（５１〜５３）によって角度規定部（６０）が形成されている。これによれば単層の遮光膜に開口部を形成することで光電変換素子に入射する光の角度を規定する構成とは異なり、透光膜（５０，５１〜５３）にボイドが発生することが抑制される。なお、上記したボイドの発生については後述する実施形態にて詳説する。
【０００９】
なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけているが、この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】光の入射経路と角度規定部に関わる遮光膜を説明するための断面図である。
【図３】ボイドの形成を説明するための断面図である。
【図４】ボイドの形成を説明するための断面図である。
【図５】ボイドの形成を説明するための断面図である。
【図６】ボイドの形成を説明するための断面図である。
【図７】実際に光センサに形成されたボイドを示す断面図である。
【図８】光センサの変形例を示す断面図である。
【図９】光センサの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図７に基づいて本実施形態に係る光センサを説明する。なお図２では光電変換素子２０に入射する光の入射経路を明示するために、それを白抜きで表している。そして以下においては互いに直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と示す。本実施形態ではｘ方向とｙ方向とによって規定される平面が水平方向に沿い、ｚ方向が鉛直方向に沿っている。
【００１２】
図１に示すように光センサ１００は、半導体基板１０と、光電変換素子２０と、積層膜３０と、を有する。半導体基板１０に光電変換素子２０が形成され、半導体基板１０における光電変換素子２０の形成面１０ａ上に積層膜３０が積層されている。積層膜３０は透光膜４０と遮光膜５０を有する。遮光膜５０が透光膜４０を介して複数積層され、単層の遮光膜５０ではなく、複数層の遮光膜５０によって、光電変換素子２０に入射する光の入射角度を規定する角度規定部６０が形成（構成）されている。なお、本実施形態に係る光センサ１００は車両に搭載される。光センサ１００は車両の進行方向上方から車両に入射する光を検出する機能を果たす。
【００１３】
半導体基板１０は、上記した光電変換素子２０や、光電変換素子２０の出力信号を処理する回路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。後述するように遮光膜５０は導電性を有する材料から成り、遮光膜５０の一部が上記した電子素子を電気的に接続する機能も果たす。
【００１４】
光電変換素子２０は光を電気信号に変換するものである。本実施形態に係る光電変換素子２０はＰＮ接合を有するフォトダイオードである。図１に示すように、光電変換素子２０には角度規定部６０によって入射角度の規定された光（図１に示す破線矢印）が入射される。
【００１５】
上記した処理回路は光電変換素子２０の出力信号に基づいて、車両が橋桁やトンネルなどに突入するか否かを判定し、その判定結果に基づいたライト情報を車両に出力する。これにより橋桁やトンネルに車両が突入する前にライトの自動点灯などが実施される。また処理回路は光電変換素子２０の出力信号に基づいて、車両が橋桁やトンネルなどから脱出するか否かを判定し、その判定結果に基づいたライト情報を車両に出力する。これにより橋桁やトンネルから車両が脱出した直後にライトの自動消灯などが実施される。
【００１６】
積層膜３０は上記したように透光膜４０と遮光膜５０それぞれを複数有する。透光膜４０は光透過性と絶縁性を有する酸化シリコンＳｉＯ２から成り、遮光膜５０は遮光性と導電性を有するアルミニウムから成る。本実施形態に係る積層膜３０は、透光膜４０として４つの第１透光膜４１〜第４透光膜４４を有し、遮光膜５０として３つの第１遮光膜５１〜第３遮光膜５３を有する。図１に示すように、第１透光膜４１が形成面１０ａ上に形成され、その上に第１遮光膜５１が形成されている。そして第１遮光膜５１の上に第２透光膜４２が形成され、その上に第２遮光膜５２が形成されている。同様にして第２遮光膜５２の上に第３透光膜４３が形成され、その上に第３遮光膜５３が形成されている。最後に第３遮光膜５３の上に第４透光膜４４が形成されている。以上示したように、ｋを１以上の自然数とすると、第ｋ番目の透光膜と第ｋ＋１番目の透光膜との間に第ｋ番目の遮光膜が積層されている。
【００１７】
また図１に示すように遮光膜５１〜５３それぞれには開口部５１ａ〜５３ａが形成されている。第１遮光膜５１の第１開口部５１ａは第２透光膜４２によって埋められ、その第１開口部５１ａを埋めた第２透光膜４２と第１透光膜４１とが接触している。同様にして第２遮光膜５２の第２開口部５２ａは第３透光膜４３によって埋められ、その第２開口部５２ａを埋めた第３透光膜４３と第２透光膜４２とが接触している。最後に第３遮光膜５３の第３開口部５３ａは第４透光膜４４によって埋められ、その第３開口部５３ａを埋めた第４透光膜４４と第３透光膜４３とが接触している。このように、透光膜４２〜４４の一部は開口部５１ａ〜５３ａそれぞれによって囲まれた領域内を満たしている。
【００１８】
角度規定部６０は車両の進行方向上方の光が光電変換素子２０に入射するように入射角度を規定するものであり、上記した３つの遮光膜５１〜５３の一部から成る。より詳しく言えば、角度規定部６０は遮光膜５１〜５３において光電変換素子２０に入射する光の入射角度の規定に関わる部位から成る。それは具体的に示すと図２に示す破線で示された部位である。上記したように遮光膜５１〜５３それぞれには開口部５１ａ〜５１ａが形成されている。その開口部５１ａ〜５１ａを形作る縁部の一部を有する部位が、上記した角度規定部６０を形成する。具体的に表現すれば、図２において一点鎖線にて示すように、積層膜３０における光電変換素子２０に入射する光の入射経路ＩＲを介して互い違いに積層された遮光膜５１〜５３の一部によって角度規定部６０が形成されている。
【００１９】
なお、光センサ１００を中心（原点）として、光センサ１００からｘ方向に沿って離れる一方向を第１ｘ方向、その逆の他方向を第２ｘ方向とすると、図２においては遮光膜５１，５３における第１ｘ方向側に位置する部位、および、第２遮光膜５２における第２ｘ方向側に位置する部位によって角度規定部６０が形成されている。また具体的には図示しないが、この関係についてはｙ方向においても同様である。すなわち、光センサ１００を中心（原点）として、光センサ１００からｙ方向に沿って離れる一方向を第１ｙ方向、その逆の他方向を第２ｙ方向とすると、遮光膜５１，５３における第１ｙ方向側に位置する部位、および、第２遮光膜５２における第２ｙ方向側に位置する部位によって角度規定部６０が形成されている。このように、複数層の遮光膜それぞれにおけるｘ方向の一方向側の部位、および、ｙ方向の一方向側の部位によって角度規定部６０が形成（構成）されている。
【００２０】
本実施形態に係る光センサ１００は、半導体基板１０、光電変換素子２０、積層膜３０、および、積層膜３０によって形成（構成）される角度規定部６０の他に、連結部７０を有する。連結部７０は主として透光膜４０の膜厚の変動を抑制するものである。本実施形態に係る連結部７０は第１連結部７１と第２連結部７２を有する。第１連結部７１は半導体基板１０と第１遮光膜５１を連結して支持することで、形成面１０ａと第１遮光膜５１の間に設けられた第１透光膜４１に歪みが生じることを抑制する。第２連結部７２は複数層の遮光膜５１〜５３間を連結して支持することで、複数層の遮光膜５１〜５３の間に設けられた透光膜４１〜４３に歪みが生じることを抑制する。上記した連結部７１，７２それぞれは導電性を有するアルミニウムから成る。第１連結部７１によって半導体基板１０に形成された電子素子と第１遮光膜５１とが電気的に接続され、第２連結部７２によって複数の遮光膜５１〜５３が電気的に接続される。
【００２１】
次に、単層の遮光膜に形成された開口部の開口径を狭くした場合に透光膜にボイドが発生する理由を図３〜図６に基づいて説明する。図３〜図６に示す構成要素は光センサ１００のものではない。しかしながら光センサ１００との対応関係を明示するために、光センサ１００で用いた符号と同一の符号を用いている。
【００２２】
図３に示すように、第１透光膜４１の上に第１開口部５１ａを有する第１遮光膜５１を形成した後、ＣＶＤ法などによって第１遮光膜５１上に第２透光膜４２を形成する。第２透光膜４２は第１透光膜４１上、および、第１開口部５１ａによって囲まれた領域（以下、囲み領域と示す）において第１透光膜４１から露出された第１透光膜４１上に形成される。第２透光膜４２は成長するにしたがって徐々にその膜厚が厚くなる。しかしながら図４に示すように囲み領域よりも上方に位置する第２透光膜４２の形成がなんらかの理由で囲み領域に位置する第２透光膜４２よりも早まると、その早めに成長した第２透光膜４２が庇となり、囲み領域内における第２透光膜４２の成長（形成）が遅れる。これが進むと、図５に示すように囲み領域内の第２透光膜４２の成長が未だ終わっていないにも関わらず、囲み領域よりも上方に位置する第２透光膜４２が囲み領域を閉塞しようと成長する。そして遂に図６に示すように囲み領域よりも上方に位置する第２透光膜４２によって囲み領域が閉塞され、第２透光膜４２にボイドが形成される。図７は、実際に発明者が実験によって得たボイドを撮影した写真を線画に書き直した図である。以上示したように、単層の遮光膜５０に形成された開口部の開口径を狭くした場合、透光膜４０にボイドが発生する虞がある。なお、図７では便宜上図１と対応する符号を付しているが、この符号は図７に記載の積層膜３０の各層の位置関係を示しているわけではない。
【００２３】
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。上記したように本実施形態では単層の遮光膜ではなく、複数層の遮光膜５１〜５３によって角度規定部６０が形成されている。これによれば図３〜図７に示すように単層の遮光膜に開口部を形成することで光電変換素子に入射する光の角度を規定する構成とは異なり、透光膜４０にボイドが発生することが抑制される。
【００２４】
上記したように、遮光膜５１〜５３それぞれに形成された開口部５１ａ〜５３ａの開口径を狭まると、開口部５１ａ〜５３ａによって囲まれた領域を満たす透光膜４２〜４４にボイドが発生する。したがってボイドが発生しないように開口部５１ａ〜５３ａの開口径を調整するが、それによって遮光膜５１〜５３の面積が小さくなる。すると遮光膜５１〜５３によって透光膜４１〜４４を支持する力が低くなり、それによって透光膜４０が歪む虞がある。これに対して光センサ１００は主として透光膜４０の膜厚の変動を抑制する連結部７０を有する。そして連結部７０は、半導体基板１０と第１遮光膜５１を連結して支持する第１連結部７１と、複数層の遮光膜５１〜５３間を連結して支持する第２連結部７２と、を有する。これによって形成面１０ａと第１遮光膜５１の間に設けられた第１透光膜４１に歪みが生じることが抑制され、複数層の遮光膜５１〜５３の間に設けられた透光膜４１〜４３に歪みが生じることが抑制される。
【００２５】
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。
【００２６】
本実施形態では光センサ１００が車両に搭載される例を示した。しかしながら光センサ１００の用途としては上記例に限定されない。例えば建物の屋外に設置されてもよい。この場合に日射量の検出に用いてもよい。
【００２７】
本実施形態では光センサ１００が車両の進行方向上方から車両に入射する光を検出する機能を果たす例を示した。しかしながら光センサ１００が検出する光としては上記例に限定されない。例えば図８および図９に示すように、鉛直上方の光を検出してもよい。
【００２８】
本実施形態では光電変換素子２０および角度規定部６０の数について特に言及していなかった。しかしながら光電変換素子２０および角度規定部６０それぞれの数としては単数でも複数でも良い。光電変換素子２０の数と角度規定部６０の数は同数である。
【００２９】
本実施形態では積層膜３０が、透光膜４０として４つの第１透光膜４１〜第４透光膜４４を有し、遮光膜５０として３つの第１遮光膜５１〜第３遮光膜５３を有する例を示した。しかしながら積層膜３０は透光膜４０を３つ以上有していればよく、上記例に限定されない。同様にして、積層膜３０は遮光膜５０を２つ以上有していればよく、上記例に限定されない。例えば図８に示すように、積層膜３０が、透光膜４０として５つの第１透光膜４１〜第５透光膜４５を有し、遮光膜５０として４つの第１遮光膜５１〜第４遮光膜５４を有していてもよい。更に例示すれば、図９に示すように、積層膜３０が、透光膜４０として３つの第１透光膜４１〜第３透光膜４３を有し、遮光膜５０として２つの第１遮光膜５１、第２遮光膜５２を有していてもよい。
【００３０】
本実施形態に係る光センサ１００は、連結部７０を有する例を示した。しかしながら光センサ１００は連結部７０を有していなくともよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０・・・半導体基板
１０ａ・・・形成面
２０・・・光電変換素子
３０・・・積層膜
４０・・・透光膜
５０〜５３・・・遮光膜
６０・・・角度規定部
１００・・・光センサ
【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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