JP4432837B2 - 半導体光センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体光センサ装置に係り、特に可視光にのみ感度を有するようにした半導体光センサ装置に関する。

例えば、デジタルカメラ等には半導体光センサ装置が組み込んであり、最適な明るさの映像を得ることが出来るように、半導体光センサ装置が得た明るさの情報によって各部を制御している。この半導体光センサ装置の特性は人間の視感度に近い特性となるように構成してある。ここで、半導体光センサ装置に設けてある受光素子は可視光の他に赤外線に対しても感度を有するものであるため、赤外線に対する出力を零に近いものとする工夫が必要とされる。

図４（Ａ）、（Ｂ）は従来の半導体光センサ装置１を示す。この半導体光センサ装置１は、チップ２上に、同じサイズのフォトダイオード３と補正用フォトダイオード４とが並んで配置され、更に、差動アンプが形成してあり、更に可視光をカットする可視光カットフィルタ５が補正用フォトダイオード４を覆って形成してある構成である。

フォトダイオード３は図５（Ａ）に線IIIで示す感度特性を有し、可視光カットフィルタ５を備えている補正用フォトダイオード４は図５（Ｂ）に線IVで示す感度特性を有し、差動アンプを経ることによって、半導体光センサ装置１は図５（Ｃ）に線Ｉで示す分光感度特性を有する。
特開平８−３３０６２１号公報 特開２００４−２１４３４１号公報

この半導体光センサ装置１は、補正用フォトダイオード４のサイズがフォトダイオード３のサイズと同じ大きさであるため、チップ２のサイズＡ×Ｂを縮小することが困難である。このため、一枚のウェハから切り出すことができるチップ２の数が制限され、一つの半導体光センサの製造コストを安くすることが困難であった。

そこで、本発明は、上記課題を解決した半導体光センサ装置を提供することを目的とする。

本発明は、チップ（１１）と、
該チップ上に形成してある受光素子（１２）と、
該受光素子を覆う赤外線カットフィルタ（２０）と、
該チップ上に形成してあり、該受光素子のサイズよりも小さいサイズの補正用受光素子（１３）と、
該チップ上に形成してあり、該受光素子の出力から該補正用受光素子の出力を差し引きく演算回路（１４）とよりなる構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、受光素子を覆うフィルタを赤外線カットフィルタとしたことによって補正用受光素子のサイズを受光素子のサイズよりも小さいサイズとすることが可能となり、これによって、半導体光センサ装置のサイズを従来よりも小さくすることが出来る。これによって、一枚のウェハから切り出すことができる半導体光センサ装置の数が多くなり、これによって、個々の半導体光センサ装置の製造コストを安くすることが可能である。

次に本発明の実施の形態について説明する。

図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例１になる半導体光センサ装置１０を示す。この半導体光センサ装置１０は、シリコンチップ１１上の右半分の部分に目的とするレベルの出力を得るためのフォトダイオード１２が形成してあり、チップ１１上の左半分の部分に、補正用フォトダイオード１３と差動アンプ１４とが形成してあり、且つ、チップ１１上の左側の縁に沿って、グランド端子１６と出力端子１７と電源端子１５とが並んで形成してあり、且つ、フォトダイオード１２を覆って赤外線をカットする赤外線カットフィルタ２０が形成してある構成である。図２は上記構成になる半導体光センサ装置１０の回路図を示す。なお、半導体光センサ装置１０は、一枚のウェハに半導体光センサ装置１０をマトリクス状に並んだ配置で多数個作り込み、最後に、スクライブして切り出すことによって製造される。

フォトダイオード１２は得ようとする出力のレベルに対応したサイズ（面積Ｓ１）を有する。

補正用フォトダイオード１３のサイズ（面積Ｓ２）は、フォトダイオード１２の面積Ｓ１の０．１倍であり、フォトダイオード１２に比べて相当に小さい。

赤外線カットフィルタ２０は、シリコン酸化膜とチタン酸化膜を交互に積層した誘電体多層膜よりなる構造であり、図３（Ａ）から分かるように、約６００ｎｍ付近の波長から急峻な減衰をする特性を有する。

ここで、補正用フォトダイオード１３のサイズは、赤外線カットフィルタ２０の特性に対応して決定されるものである。具体的には、補正用フォトダイオード１３のサイズは、赤外線カットフィルタ２０でもってカットしきれずに赤外線カットフィルタ２０を透過してしまった赤外線の作用でフォトダイオード１２から出力される成分を丁度相殺するだけのレベルを出力させるように定めてある。赤外線カットフィルタ２０でもってカットされないで透過してしまう赤外線の強さは僅かであり、よって、補正用フォトダイオード１３のサイズはフォトダイオード１２に比べて相当に小さくなっている。このことによって、チップ１１のサイズが小さくなり、半導体光センサ装置１０はＣ×Ｄの小型となっている。

なお、半導体光センサ装置１０のサイズが小型となっている理由は、補正用フォトダイオード１３上に設けてあるフィルタが赤外線カットフィルタ２０であるからである。即ち、フィルタが赤外線カットフィルタ２０であることによって、補正用フォトダイオード１３のサイズをフォトダイオード１２に比べて相当に小さくすることが出来るからである。

図２は半導体光センサ装置１０に作り込んである回路を示す。差動アンプ１４は、フォトダイオード１２の出力から補正用フォトダイオード１３の出力を減算したものを出力端子１７に出力する。

ここで、赤外線カットフィルタ２０を含めたフォトダイオード１２は、図３（Ａ）に線XIIで示す特性を有する。図３（Ａ）は縦軸が相対感度、横軸が波長（λ）である。図３（Ｂ）、（Ｃ）も同様である。図３（Ａ）の線XIIのうち符号XIIａで示す線の部分は、波長が約７００ｎｍより長い領域の相対感度であり、この部分は赤外線カットフィルタ２０がカットしきれずに透過してしまった赤外線に起因するものである。この線XIIａで示す相対感度は相当に低い。

補正用フォトダイオード１３は、図３（Ｂ）に線XIIIで示す特性を有する。線XIIのうち、波長が約７００ｎｍより長い領域の相対感度を示す線XIIIａは、前記の線XIIａと略一致する。

差動アンプ１４において、フォトダイオード１２の出力から補正用フォトダイオード１３の出力が減算されることによって、半導体光センサ装置１０の波長に対する相対感度は、図３（Ａ）に示す特性から図３（Ｂ）に示す特性を減算したものとなり、図３（Ｃ）に示すようになり、線Ｘで示す特性を有する。線Ｘのうち、波長が約７００ｎｍより長い領域の相対感度は線Ｘａで示すように、略零となる。

よって、半導体光センサ装置１０は、従来に比べて小さいサイズでもって、人間の視感度に近い分光感度特性を実現している。半導体光センサ装置１０のサイズが小さいことによって、一つのウェハからより切り出すことができる半導体光センサの数が多くなり、これによって、個々の半導体光センサの製造コストは従来に比較して安価である。

なお、赤外線カットフィルタ２０として、約５６０ｎｍ付近から７００ｎｍにかけてなだらかに減衰する特性のものを用いることも出来、このようにすることによって、半導体光センサ装置１０は、より人間の視感度に近い特性を実現出来る。

なお、赤外線カットフィルタ２０は、シリコン酸化膜とニオブ酸化膜を交互に積層した誘電体多層膜でもよい。

なお、フォトダイオード１２、１３に代えて、フォトトランジスタでもよい。

本発明の実施例１になる半導体光センサ装置を示す図である。 半導体光センサ装置の回路図である。 図１の半導体光センサ装置の特性を説明する図である。 従来の半導体光センサ装置を示す図である。 従来の半導体光センサ装置の特性を説明する図である。

符号の説明

１０ 半導体光センサ装置
１１ シリコンチップ
１２ フォトダイオード
１３ 補正用フォトダイオード
１４ 差動アンプ
２０ 赤外線カットフィルタ

Claims (5)

1. チップと、
   該チップ上に形成してある受光素子と、
   該受光素子を覆う赤外線カットフィルタと、
   該チップ上に形成してあり、該受光素子のサイズよりも小さいサイズの補正用受光素子と、
   該チップ上に形成してあり、該受光素子の出力から該補正用受光素子の出力を差し引く演算回路とよりなる構成としたことを特徴とする半導体光センサ装置。
2. 請求項１に記載の半導体光センサ装置において、
   前記補正用受光素子のサイズは、前記受光素子の１０分の１以下の大きさであることを特徴とする半導体光センサ装置。
3. 請求項１に記載の半導体光センサ装置において、
   前記受光素子及び前記補正用受光素子は、フォトダイオードであることを特徴とする半導体光センサ装置。
4. 請求項１に記載の半導体光センサ装置において、
   前記赤外線カットフィルタは、シリコン酸化膜とチタン酸化膜を交互に積層した誘電体多層膜よりなることを特徴とする半導体光センサ装置。
5. 請求項１に記載の半導体光センサ装置において、
   前記赤外線カットフィルタは、シリコン酸化膜とニオブ酸化膜を交互に積層した誘電体多層膜よりなることを特徴とする半導体光センサ装置。

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