JP4675948B2 - 照度センサ - Google Patents
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Description
更に、赤外線式ガス検出器において、赤外線光源から放射された被測定ガスの赤外線吸収波長の赤外線を吸収する赤外線センサと、被測定ガスの赤外線吸収波長と重複しない波長の赤外線を吸収する参照用赤外線センサとを並設し、赤外線光源と、赤外線センサおよび参照用赤外線センサとの間に赤外線透過波長選択素子として回折格子を設け、この回折格子で回折させたそれぞれの波長の一次回折光を、赤外線センサおよび参照用赤外線センサに入射させ、被測定ガスの濃度を検出する場合に、参照用赤外線センサの参照信号に基づいて赤外線センサの検出信号を補正しているものもある(例えば、特許文献3参照。)。
図1において、1は照度センサである。
2は半導体基板としてのシリコン基板であり、シリコン(Si)からなる基板にボロン(B)等のP型の導電性不純物(P型不純物という。)を低濃度に拡散させて形成されている。
5は拡散層としてのP+拡散層であり、Nウェル層3の一の面側にP型不純物を比較的浅く注入して、P型不純物を高濃度に拡散させて形成され、Nウェル層3に周囲を囲まれた幅Wを有する矩形の領域に形成される。
上記のNウェル層3、およびその内部に形成されたP+拡散層5とN+拡散層6により本実施例のフォトダイオード8が形成される。
11は第1の絶縁層であり、半導体基板2の一の面上に、CVD法等により酸化シリコン(SiO2)等の透光性を有する絶縁材料で成膜された、フォトダイオード8a、8b上を覆う厚さL1(本実施例では、L1=1000nm)の絶縁膜である。
13はコンタクトプラグであり、第1の絶縁層11を貫通してフォトダイオード8a、8bのそれぞれのP+拡散層5およびN+拡散層6に達する貫通穴として形成されたコンタクトホールに、スパッタ法等によりアルミニウム(Al)やタングステン(W)等の導電性を有する金属材料を埋め込んで形成された導電プラグである。
16はカバー配線であり、第1の絶縁層11上の左右の信号配線15aの間の中央に、それぞれの信号配線15aと所定の間隔Tを介して配置されており、信号配線15a、15bを形成するときに、これらを形成するための金属配線層を同時にエッチングして形成され、フローティング状態にされている。
このような回折格子18は、第2の絶縁層12上に、信号配線15a、15bと同様の金属材料で形成された金属配線層をエッチングして形成される図示しない配線パターンと同時に形成され、フローティング状態にされている。
Psinθ=nλ (n=0、1,2,3....) ・・・・・・・・(1)
で表される。
このように設定すれば、式(1)を変形した
sinθ=nλ/P ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1a)
より、ピッチPを800nm以下に設定してあるので、波長λ=800nmを超える赤外光領域の光が入射したときに、λ/P->1となって、n=0(θ=0)以外の解が存在しなくなり、赤外光領域の光の1次以上の回折光を除去して、図1に太い破線で示した0次回折光のみとすることができ、ピッチPを550nmを超えるように設定してあるので、本実施例の特定波長(λ=550nm)の光の2次以上の回折光を発生させないようにすることができる。
また、フォトダイオード8a、8bの受光面であるP+拡散層5の上面の上面中心Cjは、回折格子18の一のスリット18b(基準スリットKという。)のスリット中心線CLsと、第2の絶縁層12の上面との交点Bsを基準として、特定波長λの1次回折光の回折角θにおける半導体基板2の上面に沿った距離Xの位置に配置する。
すなわち、式(1)から、次数n=1とすると、
Psinθ=λ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
なる関係が得られ、第1の絶縁層11の厚さL1と第2の絶縁層12の厚さL2とから、L=L1+L2とすると、sinθは
このような位置に配置されたフォトダイオード8a、8bのP+拡散層5の上方の第1の絶縁層11の上面には、P+拡散層5の幅Wと同等以上の幅で形成された、P+拡散層5の上方を覆う信号配線15aが配置され、赤外線領域の波長を含む光の0次回折光が、P+拡散層5の上面へ直接入射することを防止する。
また、信号配線15aのスリット中心線CLs側に間隔Tを介して配置されるカバー配線16は、少なくとも基準スリットKのスリット幅Sの下方を覆うように配置され、基準スリットKからの0次回折光が、第1の絶縁層11へ入射することを防止する。
このようにすれば、可視光領域の光が、間隔Tの間を通過するときに回折することを防止することができ、基準スリットKで回折された特定波長の光の1次回折光の直進性を損なうことはなく、カバー配線16の幅を基準スリットKからの0次回折光の遮光に有効な幅とすることができるからである。
上記のように構成された本実施例の照度センサ1においては、フォトダイオード8a、8bのそれぞれのP+拡散層5とN+拡散層6との間に、所定の電圧を印加してP+拡散層5のNウェル層3との界面の近傍に空乏層を形成しておき、回折格子18の上方から光を入射させると、主に回折格子18で回折された特定波長の光の1次回折光が、P+拡散層5の上面から回折角θで入射し、発生したキャリアの電流値を信号配線15a、15bを介して検出すれば、特別な演算回路を設けることなく、特定波長の可視光の強度に応じた照度を検出することが可能になる他、特別な演算回路が不要であるので、照度センサ1の小型化を図ることができる。
更に、本実施例では、P+拡散層5およびN+拡散層6に接続するコンタクトプラグ13を、スリット中心線CLsの反対側に配置してあるので、P+拡散層5の上面への1次回折光の入射を妨げることはなく、フォトダイオード8a、8bから出力される電流を増加させることができる。
なお、本実施例では、フォトダイオード8は、基準スリットKのスリット中心線CLsの両側に対称に配置するとして説明したが、本実施例の照度センサ1は、特別な演算回路を設ける必要がないので、いずれか一方のフォトダイオード8を設ければ、上記と同様の作用を得ることができると共に、照度センサ1の更なる小型化を図ることが可能になる。
なお、上記実施例1と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の第2の絶縁層12の上面には、スリット中心線CLsを中心として対称に配置されたフォトダイオード8a、8bのそれぞれのP+拡散層5のスリット中心線CLs側の端面間の領域の上方に開口部21aを有し、フォトダイオード8a、8bの形成領域を覆う遮光カバー21が形成されており、その遮光カバー21の開口部21に、上記実施例1と同様に構成された回折格子18が設けられている。
このようにすれば、上記実施例1と同様の効果に加えて、遮光カバーにより照度センサの外部から内部に入射する光を遮光することができ、赤外線領域の光の影響を更に抑制することができる。
このようにすれば、上記と同様の効果に加えて、フォトダイオードの形成領域以外の周辺回路等からの光の入射を防止することができる。
上記各実施例においては、高濃度拡散層は、P型不純物を拡散させて形成するとして説明したが、半導体基板および各拡散層に拡散させる導電性不純物をそれぞれ逆型にして、高濃度拡散層にN型の不純物を高濃度に拡散させて形成しても、上記と同様の効果を得ることができる。
2 半導体基板
3 Nウェル層
5 P+拡散層
6 N+拡散層
8、8a、8b フォトダイオード
11 第1の絶縁層
12 第2の絶縁層
13 コンタクトプラグ
15a、15b 信号配線
16 カバー配線
18 回折格子
18a 桟
18b スリット
21 遮光カバー
21a 開口部
25 柱状プラグ
Claims (6)
- 導電性不純物を拡散させた半導体基板に、前記半導体基板の一の面に、前記半導体基板の導電性不純物とは逆型の導電性不純物を拡散させて形成されたウェル層と、前記ウェル層の前記一の面側に、前記半導体基板の導電性不純物と同型の導電性不純物を拡散させて形成された拡散層とを有するフォトダイオードと、
前記半導体基板の一の面上に、透光性を有する絶縁材料で形成された厚さL1の第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上に、前記第1の絶縁層と同じ絶縁材料で形成された厚さL2の第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層の上面に、所定のピッチPで形成された回折格子と、を備え、
可視光領域の検出すべき一の波長である特定の波長をλとしたときに、前記半導体基板の上面に沿った距離Xを、
前記拡散層の上面の上面中心を、前記回折格子の一のスリットである基準スリットのスリット中心線から、前記距離Xの位置に配置し、
前記第1の絶縁層の上面に、前記拡散層の幅の上方を覆う信号配線を設けると共に、前記基準スリットで回折された波長λの1次回折光を透過させる間隔を介して、前記基準スリットの下方を覆うカバー配線を設け、
前記信号配線とカバー配線との間の間隔を、可視光領域の下限波長以上の間隔で、かつ前記カバー配線が前記基準スリットのスリット幅を超える幅となる間隔以下に設定したことを特徴とする照度センサ。 - 請求項1において、
前記フォトダイオードおよび前記第1の絶縁層の上面の前記信号配線を、前記スリット中心線を中心として対称に配置すると共に、
前記第2の絶縁層の上面に、それぞれのフォトダイオードの前記拡散層の前記スリット中心線側の端面間の領域の上方に開口部を有する遮光カバーを設け、
前記遮光カバーの開口部に、前記回折格子を設けたことを特徴とする照度センサ。 - 請求項2において、
前記それぞれの信号配線と、前記遮光カバーとを接続する複数の柱状プラグを設け、
前記柱状プラグを、互いの隙間を覆うように千鳥状に配置したことを特徴とする照度センサ。 - 請求項1において、
前記第2の絶縁層の上面に、開口部を有する遮光カバーを設け、
前記開口部を、前記フォトダイオードを前記スリット中心線を中心として対称に配置したときに、それぞれのフォトダイオードの前記拡散層の前記スリット中心線側の端面間となる領域の上方に配置し、
前記遮光カバーの開口部に、前記回折格子を設けたことを特徴とする照度センサ。 - 請求項4において、
前記第1の絶縁層の上面の、前記信号配線を前記スリット中心線を中心として対称に配置したときに前記信号配線となる領域にダミー配線を設けると共に、
前記信号配線およびダミー配線と、前記遮光カバーとを接続する複数の柱状プラグを設け、
前記柱状プラグを、互いの隙間を覆うように千鳥状に配置したことを特徴とする照度センサ。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか一項において、
前記拡散層と、前記信号配線とを電気的に接続するコンタクトプラグを設け、
前記コンタクトプラグを、前記スリット中心線の反対側に配置したことを特徴とする照度センサ。
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