JP2005337827A - 照度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】照度センサにおいて、簡単な構成により、従来よりも小型化を図る。
【解決手段】照度センサ１は、半導体基板２の表面に可視光及び長波長側の可視光領域外光（赤外光）に感度を有する光検出領域３と、光検出領域３の光入射面側に形成された可視光領域外光を遮光するための光学フィルタ４と、光入射面に光が入射することにより光検出領域に発生する光検出信号を出力する信号処理回路５と、信号処理回路５からの信号を外部に出力するためのボンディングパッド６と、を備えている。光学フィルタ４は、光検出領域３の１方向（Ｘ方向）に沿ってチップいっぱいまで膜厚減少なく形成されている。スクライブライン７の上部まで設けられた光学フィルタ４は、この部分から光検出領域３に向かって斜めに入射する光のうち赤外領域の光を遮断し、光検出領域３の有効エリアの割合を増やし、小型の照度センサを形成できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板上に形成した照度センサに関する。

従来から、半導体基板上に複数のフォトダイオードを形成した後、個片（チップ）に分割して照度センサ（照度センサチップ）を製造することが行われている。照度センサは、通常、人の視感度特性と同等の光波長感度特性が要求されるため、フォトダイオードを照度センサとして用いる場合、フォトダイオードが本来有している赤外領域の感度を低下させるための調整が行われる。この赤外領域の感度低下は、例えば、互いに異なる波長感度特性を持った２個のフォトダイオードを用いて光信号の減算により赤外領域の感度を低下させることが行われている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

例えば、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す従来の照度センサ９は、シリコン基板２０上に２分割した光検出領域１２，１３を形成し、一方の光検出領域１３には可視光領域の光を遮断して赤外光のみを透過させる光学フィルタ１４を光入射面に設け、２つの光検出領域１２，１３からの出力を、図１１（ｃ）に示す演算増幅回路１５により演算して照度センサとしての出力を得るものである。
特開２００２−２１７４４８号公報 特開２００３−２２４２９２号公報

しかしながら、上述した特許文献１，２や図１１に示すような照度センサにおいては、光検出領域が２つあるため、大型化するという問題がある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、従来のものよりも小型の照度センサを提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、可視光及び長波長側の可視光領域外光に感度を有する光検出領域と、前記光検出領域の光入射面側に形成された前記可視光領域外光を遮光するための光学フィルタと、前記光入射面に光が入射することにより光検出領域に発生する光検出信号を出力する信号処理回路と、前記信号処理回路からの信号を外部に出力するためのボンディングパッドと、を備えたセンサ領域が複数形成された基板を前記センサ領域毎にチップ状に分割して形成した照度センサにおいて、前記光学フィルタが前記光検出領域の１方向に沿ってチップいっぱいまで形成されているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の照度センサにおいて、前記信号処理回路が前記光検出領域と前記ボンディングパッドとの間に配置されているものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の照度センサにおいて、前記光学フィルタが前記光検出領域の３方向においてチップいっぱいまで拡げられているものである。

請求項１の発明によれば、可視光領域外光を遮光する光学フィルタを、光検出領域に形成するとともに光検出領域の１方向に沿ってチップいっぱいまで形成するので、光検出領域の周辺部から光検出領域に入射する可視光領域外光（赤外線）の遮光がより確実に行われるためチップサイズを従来よりも小さくすることができる。

請求項２の発明によれば、ボンディングパッドが光検出領域から離れた位置に配置されるので、光検出領域を覆う光学フィルタがボンディングパッドから離れて形成され、従って、ボンディングパッドの表面清浄度を損なうことなく光学フィルタを広く形成でき、可視光領域外光の遮光がより確実に行われる。

請求項３の発明によれば、可視光領域外光（赤外線）の遮光がさらに確実に行われ、従って、チップサイズをさらに小さくすることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る照度センサについて、図面を参照して説明する。図１は、照度センサの外観を示し、図２は照度センサの製造工程途中を示し、図３はこの照度センサの等価回路を示す。照度センサ１は、図１に示すように、半導体基板２の表面に可視光及び長波長側の可視光領域外光（赤外光）に感度を有する光検出領域３と、光検出領域３の光入射面側に形成された可視光領域外光を遮光するための光学フィルタ４と、光入射面に光が入射することにより光検出領域に発生する光検出信号を出力する信号処理回路５と、信号処理回路５からの信号を外部に出力するためのボンディングパッド６と、を備えている。

光学フィルタ４は、光検出領域３に入射する赤外領域の光を遮断するためのものであり、赤外光成分を吸収するとともに可視光成分を透過させる多層膜干渉フィルタや色素フィルタ等により形成される。例えば、酸化シリコンや酸化チタンを真空蒸着法やスパッタリング法による薄膜を積層して光学フィルタ４が形成される。薄膜作成に当たり、必要部分のみに成膜するため、成膜領域に対応する開口を有したマスクが用いられる。

照度センサ１は、図２に示すように、上述の光検出領域３や信号処理回路５等を備えたセンサ領域Ｓを半導体基板２０上に一括して複数形成した後、半導体基板２０をセンサ領域Ｓ毎にチップ状に分断（ダイシング）して形成される。基板２０上には、センサ領域Ｓ毎にダイサによって切断するため、切断線を示すスクライブラインが格子状に形成されている。

図１に示す照度センサ１の外周部には、上述のスクライブライン７の残部が示されている。そして、光学フィルタ４が、光検出領域３の１方向（Ｘ方向）に沿ってチップいっぱいまで形成されている。すなわち、照度センサ１のＸ方向端面における光学フィルタ４は、スクライブライン７の上部まで、中央部と同じ厚みを有している。この、スクライブライン７の上部に設けられた光学フィルタ４は、この部分から光検出領域３に向かって斜めに入射する光に対し、赤外領域の光を遮断するので、この領域にいっぱいまで光学フィルタを設けていない場合に比べて、チップ面積に対する光検出領域３の有効エリアの割合を増やすことができ、従って、小型の照度センサを形成することができる。

照度センサ１を等価回路により示すと、図２に示すように、光検出領域３は、逆バイアスして用いられるフォトダイオードにより、また、信号処理回路５は、２つのトランジスタＴｒをミラー接続した増幅器により表される。フォトダイオードＰＤには、光学フィルタ４により可視光成分のみとされた光Ｌが入射する。このように、照度センサ１は、図１に示した構造同様に、等価回路的にも、単純な構成となっている。

上述の照度センサ１の平面及び断面形状等について、図４、図５を参照して説明する。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、前述の図２におけるセンサ領域Ｓを６個分含む半導体基板２０の一部を示している。光学フィルタ４は、一方方向（図４（ａ）における上下方向）に隣接するセンサ領域Ｓにまたがって、連続状態で形成されている。このように形成されたセンサ領域Ｓを切り出すと、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す平面及び断面構造となり、図１に示す照度センサ１が得られる。

次に、上述の照度センサ１のさらなる改善案を、図６，図７，及び図８を参照して説明する。まず、改善すべき点について説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、従来の照度センサ９９を示し、上述の照度センサ１と異なる形状と配置により形成した光検出領域３、信号処理回路５、及びボンディングパッド６を備えており、以下に示す不具合発生要因を有している。すなわち、ボンディングパッド６が照度センサ９９の光入射面全域に散在しているため、上述のような連続した光学フィルタを設けることができない。さらには、光検出領域３とボンディングパッド６が接近しているため、図６（ｄ）に示すように、ボンディングパッド６の上面Ｐに光学フィルタ４がかぶってしまうことがあり、これは、ボンディング不良の原因となる。また、光検出領域３とボンディングパッド６との距離が十分に確保できないため、光学フィルタ４の周辺部において発生する膜減り部分Ｑが、光検出領域３と接近してしまい、赤外領域光の除去が不十分になってしまうという問題がある。

また、図７の上段に示すように（この図は、前述の図５（ｂ）と同じ）、光検出領域３とボンディンパッド６が接近していると、前述の光学フィルタを形成するためのマスクの位置ずれなどの原因により、光学フィルタ４がボンディングパッド６の表面の清浄度を損なう問題が発生する。

図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す照度センサ１は、上述の光検出領域３、ボンディングパッド６、及び光学フィルタ４の関係を改善する照度センサ１である。この照度センサ１において、信号処理回路５が、光検出領域３とボンディングパッド６との間に配置されている。すなわち、ボンディングパッド６が光検出領域３から離れた位置に配置されるので、光検出領域３を覆う光学フィルタ４がボンディングパッド６から離れて形成され、従って、ボンディングパッド６の表面清浄度を損なうことなく光学フィルタ４を広く形成でき、赤外領域光の遮光がより確実に行われる。

次に、図９を参照して上述の図８（ｂ）における問題点を説明し、その問題を解消する照度センサ１を、図１０（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図９に示すように、スクライブライン７の近傍において、すなわちスクライブライン７にかぶさることなく光学フィルタ４が形成されると、光学フィルタ４の端部において、通常膜減り部分Ｒが生じてしまう。このような膜減り部分Ｒが、光検出領域３に近接していると、前述同様に、赤外領域光の除去が不十分になってしまうという問題がある。

図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す照度センサ１は、光学フィルタ４が光検出領域３の３方向においてチップいっぱいまで拡げられているものである。このような照度センサ１は、例えば、前述の図４（ａ）に示したように、隣接するセンサ領域Ｓにまたがって連続状態で形成した光学フィルタ４を、さらに、光学フィルタ４に隣接して平行に走るスクライブライン７の上にまで拡張して形成して得られる。このように形成されたセンサ領域Ｓを切り出すと、図１０（ｂ）（ｃ）に示すように、３方において切断面を有した光学フィルタ、従って、この３方において膜減りのない光学フィルタ４を有する照度センサが得られる。このような照度センサ１によれば、可視光領域外光（赤外線）の遮光がさらに確実に行われ、従って、チップサイズをさらに小さくすることができる。なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、チップ外周に、スクライブライン７を残すことなく基板を切断して照度センサ１を形成してもよい。

本発明の一実施形態に係る照度センサの斜視図。 同上照度センサ製造途中の基板の平面図。 同上照度センサの等価回路図。 （ａ）は同上照度センサ製造途中の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は同Ｂ−Ｂ断面図。 （ａ）は同上照度センサの平面図、（ｂ）は同（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は同Ｄ−Ｄ断面図。 （ａ）は従来の照度センサにおける不具合を説明する平面図、（ｂ）は同（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図、（ｃ）は同Ｆ−Ｆ断面図、（ｄ）は（ｃ）におけるＧ部詳細断面図。 不具合発生状況を説明するための照度センサの断面図。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る照度センサの他の例を示す平面図、（ｂ）は同（ａ）におけるＨ−Ｈ断面図、（ｃ）は同Ｊ−Ｊ断面図。 不具合発生状況を説明するための照度センサの断面図。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る照度センサのさらに他の例を示す平面図、（ｂ）は同（ａ）におけるＫ−Ｋ断面図、（ｃ）は同Ｌ−Ｌ断面図。 （ａ）は従来の照度センサの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＭ−Ｍ断面図、（ｃ）は同照度センサの等価回路図。

符号の説明

１ 照度センサ
３ 光検出領域
４ 光学フィルタ
５ 信号処理回路
６ ボンディングパッド
２０ 基板
Ｓ センサ領域

Claims (3)

1. 可視光及び長波長側の可視光領域外光に感度を有する光検出領域と、前記光検出領域の光入射面側に形成された前記可視光領域外光を遮光するための光学フィルタと、前記光入射面に光が入射することにより光検出領域に発生する光検出信号を出力する信号処理回路と、前記信号処理回路からの信号を外部に出力するためのボンディングパッドと、を備えたセンサ領域が複数形成された基板を前記センサ領域毎にチップ状に分割して形成した照度センサにおいて、
   前記光学フィルタが前記光検出領域の１方向に沿ってチップいっぱいまで形成されていることを特徴とする照度センサ。
2. 前記信号処理回路が前記光検出領域と前記ボンディングパッドとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照度センサ。
3. 前記光学フィルタが前記光検出領域の３方向においてチップいっぱいまで拡げられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照度センサ。
   

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