JP4192335B2

JP4192335B2 - 光センサｉｃ及びその検査方法

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Publication number: JP4192335B2
Application number: JP14311599A
Authority: JP
Inventors: 泰成杉戸; 毅深田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: JP2000332228A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光センサＩＣ及びその検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平１０−３０９６０号公報等により、同一基板上に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が知られている。一方、フォトダイオードのみを単独で基板上に形成した場合は、フォトダイオードの特性検査はおのずと素子単独で実施できるため、半導体素子としての基本特性である漏れ電流や耐電圧を検査できたが、上述した光センサＩＣにおいては、電気回路的に信号処理回路にフォトダイオードが組み込まれているため、信号処理回路の制約を受けた検査しかできずフォトダイオード単独での漏れ電流や耐電圧を検査することができず、品質の劣るフォトダイオードを集積した光センサＩＣを選別できないという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、同一基板に集積化された光電変換素子を信号処理回路の特性に制約されることなく単独で特性検査することができる光センサＩＣ及びその検査方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光センサＩＣは、光電変換素子と信号処理回路とを接続すべき配線が基板内で電気的に分離されてなるとともに、それら分離された配線の各々は基板の周縁まで延設されて、同基板の周縁に設けられた各別の金属電極にそれぞれ電気的に接続されてなることを特徴としている。
【０００５】
この構成によれば、信号処理回路と電気的に分離された光電変換素子を、同光電変換素の配線が電気的に接続された基板周縁の金属電極を用いて検査することができる。このように、信号処理回路と同一基板に集積化された光電変換素子を同信号処理回路の特性に制約されることなく単独で特性検査することができる。
【０００７】
また、請求項２に記載の光センサＩＣは、光電変換素子と信号処理回路とを接続すべき配線が基板内でスイッチを介して電気的に断続可能に接続されてなるともに、光電変換素子側の配線は基板の周縁まで延設されて、同基板の周縁に設けられた金属電極に電気的に接続されてなることを特徴としている。
この場合、スイッチを用いて光電変換素子の検査後に光電変換素子と信号処理回路とを電気的に接続でき、実用上好ましいものとなる。
【０００８】
請求項３に記載の光センサＩＣの検査方法においては、光電変換素子と信号処理回路とを接続すべき配線が基板内で電気的に分離されてなるとともに、それら分離された配線の各々は基板の周縁まで延設されて、同基板の周縁に設けられた各別の金属電極にそれぞれ電気的に接続される態様にて光センサＩＣを形成し、金属電極のうちの光電変換素子に電気的に接続された金属電極を用いて光電変換素子を検査するようにしている。これにより、信号処理回路と同一基板に集積化された光電変換素子を同信号処理回路の特性に制約されることなく単独で特性検査することができる。
【０００９】
また、請求項４に記載の光センサＩＣの検査方法においては、光電変換素子と信号処理回路とを接続すべき配線が基板内でスイッチを介して電気的に断続可能に接続されてなるとともに、光電変換素子側の配線は基板の周縁まで延設されて、同基板の周縁に設けられた金属電極に電気的に接続される態様にて光センサＩＣを形成し、スイッチをオフした状態で金属電極を用いて光電変換素子の検査を行い、その後に、スイッチをオン状態にするようにしている。これにより、実用上好ましいものとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１１】
図１には、本実施形態における光センサＩＣの平面図を示す。また、図１のＡ−Ａ線での縦断面を図２に示す。なお、図１，２はフォトダイオードの検査前の状態を示すものである。
【００１２】
図１，２において、シリコン基板１はＰ⁺型シリコン基板１ａとその上に形成されたＮ^-型エピタキシャル層１ｂからなる。シリコン基板１の中央部にはＰ⁺型領域２により分離された光電変換素子としてのフォトダイオード３が形成されている。このフォトダイオード３において、Ｎ^-型エピタキシャル層１ｂの表層部には受光部となるＰ⁺型領域４が形成され、Ｐ⁺型領域４の周辺部にはＰ⁺型領域５が形成されている。また、Ｎ^-型エピタキシャル層１ｂでのＰ⁺型領域４の周囲には、Ｎ^-型領域６が環状に形成されている。
【００１３】
シリコン基板１におけるフォトダイオード３の周囲には、信号処理回路７が形成され、フォトダイオード３と信号処理回路７が同一基板内に形成されワンチップ化されている。信号処理回路７は多数の半導体デバイスよりなり、これらデバイスにより信号増幅回路が構成されている。図２においてはＰＮＰトランジスタ８とＮＰＮトランジスタ９を示す。
【００１４】
シリコン基板１の上面にはシリコン酸化膜１０が形成されている。フォトダイオード３においてはシリコン酸化膜１０が開口しており、この領域に薄いシリコン酸化膜１１が形成されている。また、アルミ配線１２，１３はフォトダイオード３のＰ⁺型領域５、Ｎ^-型領域６と接続されている。同様に、信号処理回路７の各デバイスにもアルミによる配線が行われている。アルミ配線（１２，１３等）の上には層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜１４が形成されている。シリコン酸化膜１４の上には遮光膜として機能するアルミ薄膜１５が形成されている。さらに、アルミ薄膜１５の上には表面保護膜１６が形成されている。フォトダイオード３においては、シリコン酸化膜１４とアルミ薄膜１５と表面保護膜１６が開口している。尚、フォトダイオード３に光が到達する構造であれば、シリコン酸化膜１４は残してもよい。
【００１５】
フォトダイオード３および信号処理回路７を構成する素子（トランジスタ８，９等）は通常のＩＣ製造に用いられる拡散等により形成したものである。
そして、外部からフォトダイオード３の受光部に向けて光が入射した時には、薄いシリコン酸化膜１１を通過してＰ⁺型領域４に至る。Ｎ^-型エピタキシャル層１ｂとＰ⁺型領域４とのＰＮ接合近傍に光が入ると、電子−正孔対が発生する。これが光電流としてアルミ配線１２，１３を通して取り出される。このようにして取り出された電気信号（光電流）が信号処理回路７において増幅等が行われることになる。
【００１６】
図３には、信号処理回路７の具体的構成例を示す。この場合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を有する光センサとして用いられるものである。詳しくは、信号処理回路７はカレントミラー回路５０および処理回路５１を具備している。カレントミラー回路５０にはフォトダイオード３が接続されており、フォトダイオード３は入射する光の量に応じた信号、つまり、光電流Ｉａを出力する。処理回路５１はカレントミラー回路５０により生成された信号Ｉｂを増幅する電流増幅回路であり、詳しくは、演算増幅器５２、トランジスタ５３、抵抗５４，５５からなり、電流Ｉｂに比例した電流信号ＩOUT を生成出力する。処理回路５１には外部機器である空調用マイコン５６が接続されている。空調用マイコン５６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５６は信号処理回路７の出力信号ＩOUT を入力して、光強度に基づいてエアコンユニット５７を制御して吹出し風量を増やし、温度を下げる。このようにして、乗員が車室内の温度を希望の温度に設定すると、日射の強さによる影響を自動補正し、温度制御を行い空調システムの吹出し風量などを自動調節して車室内温度を常に一定に保つことができる。
【００１７】
このように、本来、光センサＩＣにおいては、電気回路的に信号処理回路７にフォトダイオード３が組み込まれているものであるが、本実施形態においては、フォトダイオード３と信号処理回路７とは電気回路的に分離している。つまり、フォトダイオード３と信号処理回路７とは、図４において一点鎖線で示す配線Ｌ１，Ｌ２によっては結線されておらず、フォトダイオード３と信号処理回路７が電気回路的に分離している。
【００１８】
また、図１，２に示すように、シリコン酸化膜１４の上にはアルミパッド（金属電極）１７，１８が形成され、パッド１７，１８は図４に示すごとくフォトダイオード３のアノード・カソードから延設されたものである。このパッド１７，１８がフォトダイオード３の検査用パッドとして使用されるとともに検査後のボンディングパッドとして使用される。本例では、アルミパッド１７，１８にて検査用配線部および結線用配線部を構成している。
【００１９】
さらに、図１，２に示すように、シリコン酸化膜１４の上にはアルミパッド（金属電極）１９，２０が形成され、パッド１９，２０は図４に示すごとく信号処理回路７から延設されたものである。このパッド１９，２０がフォトダイオード３の検査後においてフォトダイオード３と結線するためのボンディングパッドとして使用される。本例では、アルミパッド１９，２０にて結線用配線部を構成している。尚、アルミパッド１７，１８，１９，２０はアルミ薄膜１５と同時に形成したものを示したが、アルミ配線１２，１３と同時に形成し、シリコン酸化膜１４を開口したものでもよい。
【００２０】
次に、このように構成した光センサＩＣの作用（検査方法）を説明する。
まず、シリコンウエハを用意し、ＩＣ製造技術を用いてフォトダイオード３と信号処理回路７を形成する。このとき、フォトダイオード３は基板内において信号処理回路７から電気回路的に分離している。
【００２１】
そして、フォトダイオード３に対しフォトダイオード３から延びる検査用配線部（アルミパッド）１７，１８を用いてフォトダイオード３を検査する。詳しくは、漏れ電流や耐電圧といった半導体素子としての基本特性を検査する。この検査により、品質の劣るフォトダイオード３を集積した光センサＩＣが識別される。つまり、フォトダイオード３の検査が信号処理回路７の影響無しに単独で行われ、信号処理回路７の影響で検査できなかった漏れ電流や耐電圧といった半導体素子としての基本特性が検査され、品質の劣るフォトダイオード３を集積した光センサＩＣを識別できる。
【００２２】
このように、フォトダイオード３を信号処理回路７と電気回路的に分離することでフォトダイオード３の検査を信号処理回路７の影響無しに行えるようにし、品質の劣るフォトダイオード３を集積した光センサＩＣを識別して、品質の良い光センサＩＣのみを選び出すことができる。
【００２３】
フォトダイオード３の検査後のアッセンブリ過程において、図５に示すように、ボンディングワイヤー２１，２２により、パッド１７と１９、およびパッド１８と２０を結線する。これにより、図６に示すように、光センサとして、最終的にフォトダイオード３と信号処理回路７が電気回路的に接続される。
【００２４】
その後、光センサＩＣ全体としての検査を、検査治具上でフォトダイオード３と信号処理回路７を電気回路的に導通して行う。その後、製品として出荷される。
【００２５】
このように、本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（イ）光センサＩＣとして、基板内においてフォトダイオード３と信号処理回路７とを電気回路的に分離するとともに、フォトダイオード３からフォトダイオード３を検査するための検査用配線部１７，１８を延設したので、検査用配線部１７，１８を用いて、信号処理回路７と電気回路的に分離されたフォトダイオード３に対し、フォトダイオード３を検査することができる。つまり、光センサＩＣの検査方法（不良選別方法）として、基板内において信号処理回路７から電気回路的に分離したフォトダイオード３に対しフォトダイオード３から延びる検査用配線部１７，１８を用いてフォトダイオード３を検査することができる。このようにして、同一基板に集積化されたフォトダイオード３を信号処理回路７の特性に制約されることなく単独で特性検査することができる。
（ロ）フォトダイオード３および信号処理回路７から、フォトダイオード３の検査後において結線するための結線用配線部（ボンディングパッド）１７〜２０を延設したので、配線部１７〜２０を用いてフォトダイオード３の検査後にフォトダイオード３と信号処理回路７が電気回路的に接続でき、実用上好ましいものとなる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００２６】
図７には、図６に代わる本実施形態における光センサＩＣの平面図を示す。
基板内において、フォトダイオード３と信号処理回路７を結ぶ配線３０にスイッチ３１が設けられている。つまり、基板内においてスイッチ３１を介してフォトダイオード３と信号処理回路７とを電気回路的に接続している。このスイッチ３１は、スイッチング用半導体素子、つまり、基板１において不純物拡散等により形成したトランジスタにて構成している。
【００２７】
そして、フォトダイオード３を検査する時のみスイッチ３１をオフ（開路）状態にし、フォトダイオード３と信号処理回路７を電気回路的に分離する。こうすることでフォトダイオード３の検査を信号処理回路７の影響無しに単独で行なえるようになり、信号処理回路７の影響で検査できなかった漏れ電流や耐電圧といった半導体素子としての基本特性が検査可能となり、品質の劣るフォトダイオード３を集積した光センサＩＣを識別できる。
【００２８】
その後、光センサＩＣ全体としての検査の際には、スイッチ３１をオン（閉路）状態にする。つまり、フォトダイオード３の検査後においてスイッチ３１をオン状態にすることによりフォトダイオード３と信号処理回路７が電気回路的に接続される。
【００２９】
このように、本実施の形態は下記の特徴を有する。
（イ）基板内においてフォトダイオード３と信号処理回路７とを電気回路的に接続するためのスイッチ３１をオフした状態で、フォトダイオード３の検査を行い、その後に、スイッチ３１をオン状態にするようにしたので、光センサＩＣ全体の検査をフォトダイオード３と信号処理回路７が電気回路的に接続された状態で行うことができ、実用上好ましい。
【００３０】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における光センサＩＣの平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】信号処理回路の具体的構成例を示す図。
【図４】光センサＩＣの平面図。
【図５】光センサＩＣの平面図。
【図６】光センサＩＣの平面図。
【図７】第２の実施の形態における光センサＩＣの平面図。
【符号の説明】
３…フォトダイオード、７…信号処理回路、１７…アルミパッド、１８…アルミパッド、１９…アルミパッド、２０…アルミパッド、２１…ボンディグワイヤー、２２…ボンディグワイヤー、３１…スイッチ。

Claims

光を受光して電気信号に変換する光電変換素子と、当該電気信号を処理する信号処理回路を同一基板内に形成した光センサＩＣにおいて、
前記光電変換素子と前記信号処理回路とを接続すべき配線が基板内で電気的に分離されてなるとともに、それら分離された配線の各々は基板の周縁まで延設されて、同基板の周縁に設けられた各別の金属電極にそれぞれ電気的に接続されてなることを特徴とする光センサＩＣ。
光を受信して電気信号に変換する光電変換素子と、当該電気信号を処理する信号処理回路を同一基板内に形成した光センサＩＣにおいて、
前記光電変換素子と前記信号処理回路とを接続すべき配線が基板内でスイッチを介して電気的に断続可能に接続されてなるとともに、前記光電変換素子側の配線は基板の周縁まで延設されて、同基板の周縁に設けられた金属電極に電気的に接続されてなることを特徴とする光センサＩＣ。
光を受信して電気信号に変換する光電変換素子と、当該電気信号を処理する信号処理回路を同一基板内に形成した光センサＩＣの検査方法であって、
前記光電変換素子と前記信号処理回路とを接続すべき配線が基板内で電気的に分離されてなるとともに、それら分離された配線の各々は基板の周縁まで延設されて、同基板の周縁に設けられた各別の金属電極にそれぞれ電気的に接続される態様にて前記光センサＩＣを形成し、前記金属電極のうちの前記光電変換素子に電気的に接続された金属電極を用いて同光電変換素子を検査するようにしたことを特徴とする光センサＩＣの検査方法。
光を受光して電気信号に変換する光電変換素子と、当該電気信号を処理する信号処理回路を同一基板内に形成した光センサＩＣの検査方法であって、
前記光電変換素子と前記信号処理回路とを接続すべき配線が基板内でスイッチを介して電気的に断続可能に接続されてなるとともに、前記光電変換素子側の配線は基板の周縁まで延設されて、同基板の周縁に設けられた金属電極に電気的に接続される態様にて前記光センサＩＣを形成し、前記スイッチをオフした状態で前記金属電極を用いて前記光電変換素子の検査を行い、その後に、前記スイッチをオン状態にするようにしたことを特徴とする光センサＩＣの検査方法。