JP2001015792A - 光センサ - Google Patents

光センサ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】新規な構成にて回路の誤動作を防止しつつ小型
で低コストな光センサを提供する。 【解決手段】第１のシリコンチップ１５の上に、第２の
シリコンチップ１６が、第１のシリコンチップ１５の上
面と第２のシリコンチップ１６の下面が向かい合うよう
に搭載されている。第２のシリコンチップ１６における
上面表層部にフォトダイオードＤR ，ＤL が形成され、
光を受光して電気信号に変換する。第１のシリコンチッ
プ１５における上面表層部に信号処理回路を構成するト
ランジスタ２７等が形成され、信号処理回路によりフォ
トダイオードＤR ，ＤL の電気信号が処理される。第２
のシリコンチップ１６の下面にトランジスタ２７等を覆
う遮光膜としての金属膜２５が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は光センサに係り、
詳しくは、車載用光センサ、例えば、ヘッドライト等を
自動的に点灯／消灯するオートライトセンサやカーエア
コンでの日射補正を行うための日射センサとして用いる
と好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、車載用の光センサ（オートライト
センサ、日射センサ等）において、センシングエレメン
ト（フォトダイオード）と信号処理回路をワンチップ内
に集積化し、これによりセンサの小型化、高機能化、コ
ストダウンを図りたいという要望がある。
【０００３】この種の光センサＩＣが特開平１０−１７
３１５８号公報にて開示されている。この光センサＩＣ
は、強い光（太陽光）の影響による回路の誤動作を確実
に防止するために、遮光膜端部とトランジスタ端部の距
離を規定したものである。
【０００４】ところが、太陽光を遮光し、トランジスタ
の誤動作を防止するには遮光膜を広い領域にわたり形成
する必要があり、チップサイズの拡大につながる。ま
た、光センサをオートライト用として使用する場合に
は、薄暮時の明るさ（低照度）、つまり、日没直前の微
弱光を検出すべく光に対する十分な感度を必要する。こ
のためには、フォトダイオードの面積を大きくし検出信
号を大きくすることが必要となるが、このことは光セン
サＩＣを考えた場合、チップサイズの拡大につながる。
【０００５】また、従来のワンチップ集積化センサで
は、信号処理回路を構成する素子を作り込んだ基板にフ
ォトダイオードを形成するため、基板コスト・工程コス
トが高くなりやすく、コストアップにつながる。
【０００６】さらに、ワンチップ集積化センサでは中央
部にフォトダイオードを配置するため、回路素子のレイ
アウトに制約が発生し、信号処理回路部の占有面積が大
きくなったりコストアップを招きやすい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明の目
的は、新規な構成にて回路の誤動作を防止しつつ小型で
低コストな光センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、第１の半導体チップの上に第２の半導体チップを第
１の半導体チップの上面と第２の半導体チップの下面が
向かい合うように搭載し、第２の半導体チップにおける
上面表層部に光電変換素子を形成するとともに、第１の
半導体チップにおける上面表層部に信号処理回路を構成
する回路構成用素子を形成し、さらに、第２の半導体チ
ップと第１の半導体チップの間に回路構成用素子を覆う
遮光膜を形成したことを特徴としている。
【０００９】よって、第２の半導体チップの上面表層部
に形成した光電変換素子において、光が受光され電気信
号に変換される。そして、第１の半導体チップの上面表
層部に形成した回路構成用素子にて構成された信号処理
回路において、光電変換素子の電気信号が処理される。
また、第２の半導体チップと第１の半導体チップの間に
形成した遮光膜にて回路構成用素子が覆われ、信号処理
回路の誤動作が防止される。
【００１０】このように、信号処理回路を構成する回路
構成用素子と光電変換素子とが異なるチップに形成され
ているので、遮光膜の占有面積を極力小さくできチップ
サイズの縮小化を図ることができる。特に、微弱光を検
出すべく光電変換素子の面積を大きくし検出信号を大き
くするときにもチップサイズの縮小化を図ることができ
る。
【００１１】また、信号処理回路を構成する回路構成用
素子を作り込んだチップと別のチップに光電変換素子を
作製するため、加工コストを下げることができる。さら
に、従来のワンチップ集積化センサのように中央部に光
電変換素子を配置することによる回路素子のレイアウト
の制約を受けること無く、信号処理回路部の占有面積を
小さくできるとともにコストダウンを図ることができ
る。
【００１２】このようにして、新規な構成にて回路の誤
動作を防止しつつ小型で低コストな光センサとすること
ができる。請求項２に記載の発明は、前記回路構成用素
子を覆う遮光膜を、第２の半導体チップの下面に形成し
ている。よって、従来のワンチップ集積化センサにおい
ては、遮光膜を形成するには２層電極工程が必要とな
り、工程コストが高くなりやすいが、請求項２に記載の
発明によれば、従来のワンチップ集積化センサのように
遮光膜を配置するための２層電極工程を不要にでき、工
程コストを下げることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
の形態を図面に従って説明する。本実施の形態の光セン
サは車両に搭載され、カーエアコン制御のための日射検
出機能およびライトコントロール用の外光検出機能を有
する光センサとして用いられる。本カーエアコンにおけ
るオートエアコンシステムは、乗用車の前席での左右の
乗員に独立に温度制御でき、乗員が車室内の温度を希望
の温度に設定すると、左右独立温度制御を行い空調シス
テムの吹出し温度や風量などを自動調節することにより
日射の当たる側の温度を下げて日射の強さによる影響を
自動補正し、車室内温度を常に一定に保つようになって
いる。また、ライトコントロールシステムは、自動車の
ヘッドライト等を自動的に点灯／消灯させるシステムで
ある。
【００１４】図１には、本例の光センサの縦断面図を示
す。図１において、光センサ１は、コネクタを兼ねるセ
ンサハウジング２と、センサチップ３と、スリット板
（遮光板）４と、光学レンズ５と、ターミナル６とを備
えている。センサハウジング２は、ケース７とホルダ８
から構成され、両部材７，８は共に合成樹脂よりなる。
ケース７は、円筒状をなし、立設した状態で使用され
る。また、ホルダ８は、ケース７内の上部に嵌入されて
いる。ここで、センサハウジング２がケース７とホルダ
８にて構成されていることから、ケース７を共通部材と
し、ホルダ８（光電変換素子実装部とコネクタ部）をセ
ンサ仕様毎に変えて用いることができる。
【００１５】ケース７の外周面にはセンサ取付け爪９が
設けられており、光センサ１が自動車のダッシュパネル
１０の取付け孔１０ａに対し図１中、Ｘ方向に挿入さ
れ、センサ取付け爪９の外方への付勢力により本センサ
１がダッシュパネル１０に取り付けられる。
【００１６】ホルダ８の上面中央部において、台座１１
の上にセンサチップ３が配置されている。また、ホルダ
８にはセンサ信号を外部に出力するための外部出力端子
としてのターミナル６がインサート成形され、ホルダ８
の中にターミナル６を埋設した構造となっている。ター
ミナル６の一端がホルダ８の上面に露出し、ターミナル
６の他端がホルダ８の下面から突出している。このター
ミナル６の上端部がセンサチップ３と電気的に接続され
ている。
【００１７】センサチップ３の上方において、ホルダ８
の上面にはスリット板４がセンサチップ３を覆うように
支持されている。スリット板４は遮光材料よりなり、そ
の中央部には上下に貫通するスリット（透孔）１２が形
成されている。スリット板４のスリット１２の位置はセ
ンサチップ３の真上に設定されている。
【００１８】光学レンズ５は着色ガラスや樹脂（半透明
材）よりなり、お碗型をなしている。光学レンズ５がホ
ルダ８の外周面に嵌入され、センサチップ３の上方にお
いてセンサハウジング２に支持されている。さらに、光
学レンズ５の内周面（下面）の中央部には凹部１３が形
成され、この凹部１３により光学レンズ５がレンズ機能
を持つことになる。
【００１９】本例においては、光学レンズ５とスリット
板４により、光の入射角に応じてセンサチップ３への光
量を変更する光量変更部材が構成されている。図２に
は、台座１１の上のセンサチップ３を示す。また、図３
には図２のＡ−Ａ線での縦断面図を示す。
【００２０】図２において、第１の半導体チップとして
の第１のシリコンチップ（シリコン基板）１５の上に第
２の半導体チップとしての第２のシリコンチップ（シリ
コン基板）１６が、第１のシリコンチップ１５の上面と
第２のシリコンチップ１６の下面が向かい合うように搭
載されている。第２のシリコンチップ１６はＮ型シリコ
ン基板よりなり、その上面表層部にはＰ+ 型領域１７，
１８が形成され、このＰＮ接合部には光照射時に光電流
が発生する。当該Ｐ+ 型領域１７，１８にてフォトダイ
オード（光電変換素子）ＤR ，ＤL が構成されている。
【００２１】Ｐ+ 型領域１７，１８（フォトダイオード
ＤR ，ＤL ）は半円状をなし、車両の前後方向に延びる
軸（方位角＝０°の基準となる軸）Ｌcentに対し左右に
配置され、２Ｄ（２素子）タイプの光センサとなってい
る。これにより左右方位を検出する日射センサとして機
能することになる。
【００２２】図３に示すように、シリコンチップ（Ｎ型
基板）１６の上面表層部において、Ｐ+ 型領域１７の端
部にはＰ+ 型領域１９が形成されるとともに、その外周
側に離間してＮ+ 型領域２０が形成されている。シリコ
ンチップ１６の表面部は薄いシリコン酸化膜２１と厚い
シリコン酸化膜２２が形成されるとともに、Ｐ+ 型領域
１９に接するアルミ配線２３が配置され、さらに、アル
ミ配線２３はボンディングパッド２４に接続されてい
る。ボンディングパッド２４は図２に示すようにシリコ
ンチップ１６の外周部に位置している。このフォトダイ
オードＤR の構成に対応するようにフォトダイオードＤ
L においても同様の構成となっており、図２に示すごと
くボンディングパッド３９を有する。また、ボンディン
グパッド６２はアルミ配線（図示せず）を介してＮ+ 型
領域２０に接続されている。
【００２３】さらに、図３において、第２のシリコンチ
ップ１６の裏面（下面）には金属膜２５が全面に形成さ
れ、金属膜２５には、例えば、ＡｌやＡｕ／Ｎｉ／Ｔｉ
等の電極材料が用いられる。この金属膜２５は、後記す
る回路構成用素子を覆う遮光膜として機能する。
【００２４】このように、Ｎ型シリコン基板１６におけ
る上面表層部にＰ+ 型領域１７，１８が形成され、光を
受光して電気信号に変換するフォトダイオードＤR ，Ｄ
L が構成され、パッド２４（３９）によりフォトダイオ
ードＤR ，ＤL の受光に伴う電気信号（光電流）を外部
に引き出すことができるようになっている。
【００２５】また、図３に示すように、第１のシリコン
チップ１５はＰ型シリコン基板よりなり、その上面表層
部にはＮ- 型エピタキシャル層２６が形成されている。
このＮ- 型エピタキシャル層２６にはＰＮ接合にて分離
された多数の島が区画形成され、各島には信号処理回路
を構成する回路構成用素子が形成されている。信号処理
回路は、フォトダイオードＤR ，ＤL の電気信号を処理
するための回路であり、図３においては、回路構成用素
子としてトランジスタ２７およびＩＩＬ素子２８が示さ
れている。
【００２６】図３のＩＩＬ素子２８において、Ｐ型とＮ
型の不純物拡散領域が形成され、アルミによる配線がな
されている。同様に、トランジスタ２７においても、Ｐ
型とＮ型の不純物拡散領域が形成され、アルミによる配
線がなされている。さらに、薄膜抵抗部においてはシリ
コン酸化膜３０の上にレーザトリム調整用薄膜抵抗素子
２９が形成されている。詳しくは、レーザトリム調整用
薄膜抵抗素子２９は、Ｃｒ−Ｓｉ膜等をスパッタ法によ
り成膜し、所定の形状にフォトエッチングしたものであ
る。また、レーザトリム調整用薄膜抵抗素子２９の両端
部にはアルミ配線が接続されている。レーザトリム調整
用薄膜抵抗素子２９はその一部がレーザトリミングされ
ている。この薄膜抵抗素子２９のレーザトリミングは、
ワイヤーボンディグを行った後に行われる。尚、図面の
都合上、薄膜抵抗素子２９はＮ型シリコン基板１６の下
に隠れているが、実際にはパッド部と同様にＮ型シリコ
ン基板１６に覆われない位置に形成されている。
【００２７】ここで、信号処理回路を構成するトランジ
スタ２７やＩＩＬ素子２８等の回路構成用素子はシリコ
ン基板１５に通常のＩＣ製造に用いられる拡散等により
形成されたものであり、素子としてはトランジスタ２
７、ＩＩＬ素子２８の他にも、抵抗、コンデンサ等の素
子を含む。
【００２８】また、第１のシリコンチップ１５の外周部
において、シリコン酸化膜３０の上にボンディングパッ
ド３１が配置されている。第１のシリコンチップ１５上
に配置したアルミ配線の上には、ＴＥＯＳ酸化膜３２、
ＳＯＧ膜３３、ＴＥＯＳ酸化膜３４が形成され、その上
には表面保護膜３５が形成されている。
【００２９】このように構成された第１のシリコンチッ
プ１５の上に第２のシリコンチップ１６が接着層３６を
介して接合されている。この状態においては、信号処理
回路を構成する回路構成用素子（２７，２８）の上方に
は遮光膜としての金属膜２５が位置している。金属膜２
５は回路構成用素子（２７，２８）の誤作動、つまり、
信号処理回路の誤作動を防止する機能を有する。
【００３０】ここで、信号処理回路形成チップ１５とフ
ォトダイオード形成チップ１６のサイズに関し、信号処
理回路形成チップ１５の上にフォトダイオード形成チッ
プ１６を接着しやすいように、信号処理回路形成チップ
１５の方が大きくなっている（図２参照）。また、回路
素子の誤作動を防ぐための遮光膜端部からの距離が分か
っており、センサチップサイズはこれにより決定されて
いる。これよりはみ出る箇所にはトランジスタ２７は置
かずに薄膜抵抗素子２９等の受動素子を配置している
（図３参照）。
【００３１】また、シリコンチップ１６のパッド２４と
シリコンチップ１５のパッド３１とはボンディングワイ
ヤー３７にて結線されている。同様に、図２に示すよう
に、フォトダイオードＤL に対応するチップ１６のパッ
ド３９とチップ１５のパッド４０とがボンディングワイ
ヤー３８にて結線されている。また、シリコンチップ１
６のパッド６２とシリコンチップ１５のパッド６４とは
ボンディングワイヤー６３にて結線されている。
【００３２】そして、外部からフォトダイオードＤR ，
ＤL に向けて光が入射した時には、その光は図３の薄い
シリコン酸化膜２１を通過してＰ+ 型領域１７，１８に
至る。Ｎ型基板とＰ+ 型領域とのＰＮ接合近傍に光が入
ると、電子−正孔対が発生する。発生した少数キャリ
ア、即ち、Ｐ+ 型領域およびＮ型基板で発生した電子お
よび正孔が両領域で互いに逆向きに移動する。このと
き、Ｎ型基板からＰ+ 型領域へ向かう電流が流れる。こ
の光電流は入射光量に比例している。この光電流はパッ
ド２４（３９）およびボンディングワイヤー３７（３
８）を通して信号処理回路に送られ、信号処理回路にお
いて所定の信号処理が行われる。
【００３３】尚、図３のレーザトリム調整用薄膜抵抗素
子２９の下方にはＮ+ 型領域４１が形成されている。図
４は、同センサの電気的構成を示す図である。つまり、
前記フォトダイオードＤR ，ＤL から出力される信号を
処理する信号処理回路の一例を示すものである。
【００３４】信号処理回路４２はカレントミラー回路４
３，４４および処理回路４５，４６を具備している。カ
レントミラー回路４３にはフォトダイオードＤL が接続
されており、フォトダイオードＤL は入射する光の量に
応じた信号、つまり、光電流ｉＬを出力する。同様に、
カレントミラー回路４４にはフォトダイオードＤR が接
続されており、フォトダイオードＤR は入射する光の量
に応じた信号、つまり、光電流ｉＲを出力する。
【００３５】処理回路４５はカレントミラー回路４３に
より生成された信号ｉ１を増幅する電流増幅回路であ
り、詳しくは、演算増幅器４７、トランジスタ４８、抵
抗４９，５０からなり、電流ｉ１に比例した電流信号Ｉ
OUT Ｌを生成出力する。同様に、処理回路４６はカレン
トミラー回路４４により生成された信号ｉ２を増幅する
電流増幅回路であり、詳しくは、演算増幅器５１、トラ
ンジスタ５２、抵抗５３，５４からなり、電流ｉ２に比
例した電流信号ＩOUT Ｒを生成出力する。
【００３６】信号ＩOUT Ｌ，ＩOUT Ｒにより、日射が当
たっている側（運転席あるいは助手席）とその光の強さ
が分かる。具体的には、図５に示すように、方位が出力
比（＝ＩOUT Ｒ／（ＩOUT Ｌ＋ＩOUT Ｒ）またはＩOUT
Ｌ／（ＩOUT Ｌ＋ＩOUT Ｒ）にて検出できるとともに、
総受光量が（ＩOUT Ｌ＋ＩOUT Ｒ）にて検出できる。こ
のようにして、日射センサとして機能する時は、太陽光
の入射方向（左右角）およびその光量に応じた出力ＩOU
T Ｌ，ＩOUT Ｒを得ることができ、また、ライトコント
ロール用として機能する時は、薄暮時やトンネル内で、
太陽の直接光ではなく周囲全体からの入射光に対しての
出力（ＩOUT Ｌ＋ＩOUT Ｒ）を得ることができ、かつ、
その際は全フォトダイオードＤR ，ＤL を使うことで、
微弱な入射光に対し効率がよい。
【００３７】図４の処理回路４５，４６には外部機器で
ある空調用マイコン５５およびライト制御回路５６が接
続されている。空調用マイコン５５によりエアコンユニ
ット５７の制御が行われる。詳しくは、エアコンユニッ
ト５７はブロワ、クーラ、ヒータ等を含むものであり、
車両のインパネ内に搭載されている。空調用マイコン５
５は処理回路４５，４６の出力信号ＩOUT Ｌ，ＩOUT Ｒ
を入力して、左右の光強度からエアコンユニット５７を
制御して日射の当たる側（運転席あるいは助手席）の吹
出し風量を増やし、温度を下げる。また、ライト制御回
路５６によりヘッドライト５８の点灯／消灯制御が行わ
れる。
【００３８】次に、このように構成した光センサ１の作
用を説明する。図１の光学レンズ５の表面側に照射され
た光は光学レンズ５を通過し、スリット板４に照射され
る。さらに、スリット板４のスリット１２を通過した光
はセンサチップ３のフォトダイオードＤR ，ＤL に照射
される。この光照射によりフォトダイオードＤR ，ＤL
から信号が出力される。つまり、センサ表面（光学レン
ズ５）に照射された光は、レンズ材の屈折率と形状によ
り光路変更され、センサチップ３に向かって出射され、
スリット板４のスリット１２を通してセンサチップ３に
至る。
【００３９】このとき、真上から来た光（仰角９０°の
光）は、光学レンズ５からスリット板４のスリット１２
を通してセンサチップ３に導かれ、図２の軸Ｌcent上に
光が当たる。また、真上ではなく左右方向から来た光、
つまり、低仰角で、かつ右あるいは左からの光に対して
は軸Ｌcentに対し左右のいずれかの領域に光が多く当た
り、かつ、その当たる領域は入射方向とは反対側にな
る。このように、光学レンズ５およびスリット板４によ
り光量変調された光は、センサチップ３の表面に照射さ
れるが、照射された光の角度（方位角）によって受光面
側の照射範囲が変化する。
【００４０】このようにして、光センサ１に入射した光
はスリット板４のスリット１２を通してフォトダイオー
ドＤR ，ＤL 側に送られ、基準となる軸（方位角＝０
°）Ｌcentの左右に配置されたフォトダイオードＤR ，
ＤL に受光され、光量に応じた信号に変換される。さら
に、図４の信号処理回路４２にてフォトダイオードＤ
L，ＤR での光電流に応じた電流ＩOUT Ｌ，ＩOUT Ｒが
生成される。この電流ＩOUT Ｌ，ＩOUT Ｒにより、空調
用マイコン５５は方位（左右）と日射量を検出して、カ
ーエアコンの左右独立空調、つまり、検出光量によって
左右の席の空調を行う。また、電流ＩOUT Ｌ，ＩOUT Ｒ
の総和（ＩOUT Ｌ＋ＩOUT Ｒ）によりライト制御回路５
６はヘッドライト５８を自動的に点灯／消灯する。詳し
くは、薄暮やトンネル内において点灯し、昼間にトンネ
ルを抜けると消灯する。
【００４１】また、図３のシリコンチップ１５における
信号処理回路を構成するトランジスタ２７やＩＩＬ素子
２８等の回路構成用素子が遮光膜としての金属膜（裏面
電極）２５にて覆われている。よって、トランジスタ２
７に直接、太陽光が照射されると誤動作するが第２のシ
リコンチップ１６の裏面電極形成用金属膜２５が遮光膜
として作用するため誤動作を防止することができる。
【００４２】この遮光に関し、より詳しくは、光センサ
は太陽光を検知するものであり、太陽光の分光スペクト
ルは近赤外まで及ぶため、フォトダイオードが形成され
たシリコンチップ１６を透過して回路素子表面まで光が
一部到達する。つまり、シリコン材料の光吸収係数から
シリコン基板（厚さ４００μｍ）１６があれば大部分の
太陽光は遮光できるが、完全ではない。それ故、裏面電
極２５を遮光膜として用いて完全に遮光することができ
る。
【００４３】次に、センサチップ３の製造方法を、図６
〜図１６および図３を用いて説明する。なお、工程説明
は図２のＡ−Ａ断面で行う。まず、図６に示すように、
Ｐ型シリコン基板１５を用意し、その表層部にＮ型エピ
タキシャル層２６を形成する。そして、通常のＩＣ製造
に用いられる拡散等により、信号処理回路を構成するト
ランジスタ２７やＩＩＬ素子２８等を形成する。また、
シリコン基板１５の表面にシリコン酸化膜３０を形成す
る。
【００４４】そして、図７に示すように、薄膜抵抗部に
おいて、基板１５の表面に配置したシリコン酸化膜３０
の上に、レーザトリム調整用薄膜抵抗素子２９を形成す
る。さらに、図８に示すように、トランジスタ２７、Ｉ
ＩＬ素子２８、薄膜抵抗素子２９等に対するアルミ配線
を形成する。そのまま、アルミ配線材を用いてパッド３
１を形成する。
【００４５】引き続き、図９に示すように、ＴＥＯＳ酸
化膜３２、ＳＯＧ膜３３、ＴＥＯＳ酸化膜３４を形成す
る。さらに、図１０に示すように、その上に表面保護膜
３５を形成する。ただし、ボンディングパッド３１は露
出させる。
【００４６】一方、図１１に示すように、Ｎ型のシリコ
ン基板１６を用意し、その表層部に、通常のＩＣ製造に
用いられる拡散等により、フォトダイオードＤR ，ＤL
となるＰ+ 型領域１７（１８），１９およびＮ+ 型領域
２０を形成する。また、シリコン基板１６の表面にシリ
コン酸化膜２１，２２を形成する。さらに、図１２に示
すように、アルミ配線２３およびパッド２４を形成す
る。
【００４７】その後、図１３に示すように、シリコン基
板１６の裏面全体に、金属膜２５を形成する。このシリ
コン基板１６の裏面全体に設けた金属膜（電極）２５は
遮光膜となる。さらに、図１４に示すように、シリコン
基板１６の裏面での金属膜２５に接着シート３６を貼り
付ける。
【００４８】一方、図１５に示すように、前述した信号
処理回路を形成したシリコンチップ１５を、台座１１の
上にダイマウントする。さらに、このシリコンチップ１
５に対し、図１６に示すように、その上に、フォトダイ
オードＤR ，ＤL を形成したシリコンチップ１６をダイ
マウントする。
【００４９】このとき、柔らかい接着シート３６を用い
てシリコンチップ１６をマウントすることにより、シリ
コンチップ１５の上面に凹凸があっても接合することが
できる。なお、シリコンチップ１５の接合面（上面）を
平坦化した後にマウントしてもよい。
【００５０】最後に、図３に示すように、チップ１６の
パッド２４とチップ１５のパッド３１を、金線等のボン
ディングワイヤー３７にて結線する。このように、本実
施の形態は下記の特徴を有する。 （イ）図２に示したように、第１のシリコンチップ１５
の上に第２のシリコンチップ１６を第１のシリコンチッ
プ１５の上面と第２のシリコンチップ１６の下面が向か
い合うように搭載し、第２のシリコンチップ１６におけ
る上面表層部にフォトダイオードＤR ，ＤL を形成する
とともに、図３に示すように、第１のシリコンチップ１
５における上面表層部に信号処理回路を構成するトラン
ジスタ２７等を形成し、さらに、第２のシリコンチップ
１６の下面にトランジスタ２７等を覆う遮光膜２５を形
成した。
【００５１】よって、信号処理回路を構成するトランジ
スタ２７等とフォトダイオードＤR，ＤL とが異なるチ
ップ１５，１６に形成されているので、遮光膜２５の占
有面積を極力小さくできチップサイズの縮小化を図るこ
とができる。つまり、フォトダイオードと信号処理回路
を集積化した光センサＩＣ（ワンチップＩＣ）では、チ
ップ面積はその和となるため、平面として４ｍｍ□以上
が必要となるが、本例のように２つのチップ１５，１６
を重ねて配置した２階建構造とすると、フォトダイオー
ド形成チップ１６が２．５ｍｍ□程度であり、信号処理
回路形成チップ１５が３ｍｍ□程度で済むことになる。
特に、微弱光を検出すべくフォトダイオードＤR ，ＤL
の面積を大きくし検出信号を大きくするときにもチップ
サイズの縮小化を図ることができる。
【００５２】また、信号処理回路を構成する回路構成用
素子を作り込んだチップ１５と別のチップ１６にフォト
ダイオードＤR ，ＤL を作製するため、加工コストを下
げることができる。さらに、図３のごとく第１のシリコ
ンチップ１５においては１層のアルミ配線（電極）のみ
を配置しただけであり、従来のワンチップ集積化センサ
のように遮光膜を配置するための２層電極工程を不要に
でき、工程コストを下げることができる。さらには、従
来のワンチップ集積化センサのように中央部にフォトダ
イオードを配置することによる回路素子のレイアウトの
制約を受けること無く、信号処理回路部の占有面積を小
さくできるとともにコストダウンを図ることができる。
【００５３】このようにして、回路の誤動作を防止しつ
つ小型で低コストな光センサとすることができる。ま
た、従来のワンチップ化した光センサＩＣではシリコン
基板の表面層（具体的には、図３のＮ- 型エピタキシャ
ル層２６）のみをフォトダイオードとして用いるのに対
して、本実施形態ではシリコン基板１６の縦方向全面を
使うことができるので光電流を大きくすることができ
る。さらに、チップ１６の裏面に金属膜２５を設けるこ
とにより金属膜２５からの反射光による光電流も使うこ
とができ、出力が増加する。
【００５４】なお、これまでの説明においては光電変換
素子としてフォトダイオードを用いたが、他にも例えば
フォトトランジスタを用いてもよい。また、これまでの
説明では２つの光電変換素子で構成した２Ｄタイプの光
センサに適用したが、図１７に示すように、１Ｄタイプ
の光センサであってもよい。図１７の場合には、光学レ
ンズ６０の下面にはフレネルレンズ６１を形成してい
る。つまり、プリズムの集合体レンズ（フレネルレン
ズ）６１を用いて光学レンズ６０にレンズ機能を持たせ
ている。
【００５５】また、チップ１５とチップ１６の電気接続
は、ワイヤボンディングを用いたが、他にも、基板をス
ルーする電極構造ならば半田や共晶金属による電気接続
でもよい。つまり、例えば、フリップチップ方式にて上
側チップのバンプを半田付けにて接合するようにしても
よい。
【００５６】また、遮光膜は金属膜に限ること無く、要
は、太陽光を遮光できる材料・膜厚であればよい。さら
に、図３においては、積層するチップの上側チップ１６
の裏面（下面）に遮光膜２５を形成したが、以下のよう
に実施してもよい。
【００５７】遮光を遮光膜２５により行うのではなく、
遮光膜２５が無い状態でも他の部材を用いて遮光するよ
うにしてもよい。具体的には、図３に代わる図１８に示
すように、接着層３６に遮光機能を持たせる。つまり、
接着層３６は接着剤でも熱圧着フィルム（ラミネート）
でもよく、ポリイミド等の材料よりなる。この接着層３
６に対しカーボンや金属の微粉末を混合する。その結
果、図３の上側チップ１６の下面ではなく両チップ１
５，１６間において遮光機能を有する接着層３６にて遮
光することができる。即ち、遮光膜を、両チップ１５，
１６を接着するための接着部材にて構成することもでき
る。
【００５８】あるいは、図３に代わる図１９に示すよう
に、第１のシリコンチップ１５の表面において表面保護
膜３５ａ，３５ｂの間にアルミ膜よりなる遮光膜７０を
形成する。この場合、製造の際において表面保護膜３５
ａの上に遮光用アルミ膜７０を成膜し、パターニングに
より所定の領域を露出させる。具体的には、薄膜抵抗部
でのレーザトリム調整用薄膜抵抗素子２９に対しワイヤ
ーボンディグ後にレーザトリミングできるようにしてお
く。このようにして、図３の上側チップ１６の下面では
なく下側チップ１５側においてアルミ製遮光膜７０にて
遮光することができる。即ち、遮光膜を、第１の半導体
チップ１５における表面部に形成することもできる。
【００５９】図１８，１９を用いて説明したように、遮
光膜は第２の半導体チップ１６と第１の半導体チップ１
５の間に配置されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態における光センサの縦断面図。
【図２】 センサチップの説明図。
【図３】 図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】 センサの回路構成図。
【図５】 方位角に対する出力比を示す図。
【図６】 製造工程を説明するための断面図。
【図７】 製造工程を説明するための断面図。
【図８】 製造工程を説明するための断面図。
【図９】 製造工程を説明するための断面図。
【図１０】 製造工程を説明するための断面図。
【図１１】 製造工程を説明するための断面図。
【図１２】 製造工程を説明するための断面図。
【図１３】 製造工程を説明するための断面図。
【図１４】 製造工程を説明するための断面図。
【図１５】 製造工程を説明するための断面図。
【図１６】 製造工程を説明するための断面図。
【図１７】 別例の光センサの縦断面図。
【図１８】 別例の光センサの縦断面図。
【図１９】 別例の光センサの縦断面図。
【符号の説明】
１…光センサ、３…センサチップ、１５…第１のシリコ
ンチップ、１６…第１のシリコンチップ、２５…金属
膜、２７…トランジスタ、２８…ＩＩＬ素子、３６…接
着層、４２…信号処理回路、７０…遮光用アルミ膜、Ｄ
R ，ＤL …フォトダイオード。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光電変換素子により光を受光して電気信
    号に変換するとともに、信号処理回路により光電変換素
    子の電気信号を処理する光センサであって、 第１の半導体チップの上に第２の半導体チップを第１の
    半導体チップの上面と第２の半導体チップの下面が向か
    い合うように搭載し、 第２の半導体チップにおける上面表層部に前記光電変換
    素子を形成するとともに、第１の半導体チップにおける
    上面表層部に前記信号処理回路を構成する回路構成用素
    子を形成し、 さらに、第２の半導体チップと第１の半導体チップの間
    に前記回路構成用素子を覆う遮光膜を形成したことを特
    徴とする光センサ。
  2. 【請求項２】 前記遮光膜を、第２の半導体チップの下
    面に形成したことを特徴とする請求項１に記載の光セン
    サ。
  3. 【請求項３】 前記遮光膜を、両チップを接着するため
    の接着部材にて構成したことを特徴とする請求項１に記
    載の光センサ。
  4. 【請求項４】 前記遮光膜を、第１の半導体チップにお
    ける表面部に形成したことを特徴とする請求項１に記載
    の光センサ。
  5. 【請求項５】 前記遮光膜を、金属膜にて構成したこと
    を特徴とする請求項１に記載の光センサ。
  6. 【請求項６】 前記光電変換素子はフォトダイオードで
    ある請求項１に記載の光センサ。
  7. 【請求項７】 車両用エアコン制御を行うとともに車両
    用ライトの点灯／消灯制御を行うためのセンサであるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
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