(57)【要約】【課題】可視光を検知する光センサチップと赤外線を検知する赤外線センサチップとを備え、より小型化が可能な光半導体装置を提供することにある。【解決手段】一表面側２ａから入射した可視光を検知するシリコン材料からなる光センサチップ２と、該光センサチップ２の厚み方向に配置され該光センサチップ２の一表面２ａ側から入射して他表面２ｂ側に透過した赤外線を検知する赤外線センサチップ１と、該赤外線センサチップ１を実装するガラスエポキシ樹脂基板（基体）３と、光センサチップ２、赤外線センサチップ１およびガラスエポキシ樹脂基板３の一部を封止する封止樹脂部４と、を有する光半導体装置１０である。【選択図】図１
2011014839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一表面側から入射した可視光を検知するシリコン材料からなる光センサチップと、該光センサチップの厚み方向に配置され該光センサチップの前記一表面側から入射して他表面側に透過した赤外線を検知する赤外線センサチップと、該赤外線センサチップを実装する基体と、前記光センサチップ、前記赤外線センサチップおよび前記基体の一部を封止する封止樹脂部と、を有することを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記赤外線センサチップが検知する赤外線を透過する無機材料からなる接合部材により、前記光センサチップが前記赤外線センサチップ上に接合されてなることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記赤外線センサチップが検知する赤外線を透過する有機材料からなる接合部材により、前記光センサチップが前記赤外線センサチップ上に接合されてなることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記光センサチップは、前記赤外線センサチップの受光エリアを覆うように前記赤外線センサチップ上に設けられ、前記光センサチップの出力端子と前記赤外線センサチップの前記受光エリアの外周部に設けられた配線とをバンプを介して電気的に接続してなることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記赤外線センサチップが、前記赤外線センサチップの受光エリア側を前記基体の一方面側に対向して実装してなるとともに、前記光センサチップが、前記基体の他方面側に実装してなることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記光センサチップの受光部の少なくとも一部は、前記封止樹脂部から露出してなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記封止樹脂部は、前記光センサチップおよび前記赤外線センサチップに検知対象外の光が入射することを抑制する波長選択性を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光を検知する光センサチップと、赤外線を検知する赤外線センサチップとを備えた光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、可視光を検知する光センサチップと、赤外線を検知する赤外線センサチップと、を備えた光半導体装置が知られている。光半導体装置に用いられる光センサチップは、人間の目の視感度特性に近づけた分光感度特性を備えることにより、人間の「明るい」、「暗い」という感覚に近い条件で可視光を検知する照度センサとして用いることができる。また、光半導体装置に用いられる赤外線センサチップは、人体から放射などされる赤外線によって人の存在を感知する人感センサなどに用いることができる。
【０００３】
このような光半導体装置は、人間が感じる周囲の明るさを検知できる特性と、人の存在を感知できる特性とを利用して種々の電気・電子機器に用いることができる。たとえば、照明装置に上述の光半導体装置を利用する場合、照明装置は、光半導体装置の光センサチップが照明装置の周囲の明るさを検知し、光センサチップの出力が規定値以下のときに赤外線センサチップの出力により人が感知されると照明装置の光源を自動的に点灯させ、照明装置の周囲の明るさが明るく光センサチップの出力が前記規定値より大きい場合に照明装置の光源を自動的に消灯させることに用いることができる。また、光半導体装置を、照度センサを備えた赤外線リモコンなどの用途に用いることもできる。
【０００４】
また、可視光および赤外線それぞれを検知する機能を有する光半導体装置として、可視光を検知する光センサ部と赤外線を検知する赤外線センサ部とを第１のシリコン基板の一表面側に形成すると共に、前記赤外線センサ部の受光エリアを第２のシリコン基板を用いて形成させたキャップで覆ったものが提案されている（たとえば、特許文献１）。
【０００５】
このような第２のシリコン基板を用いて形成させたキャップは、赤外線センサ部だけを覆うことにより、可視光を阻止し赤外線を選択的に透過させることで赤外線センサ部のセンサ感度の向上に寄与することもできると考えられる。
【０００６】
ところで、近年、各種電気・電子機器は、応用分野の広がりにともない、より小型化が求められる傾向にあり、光半導体装置もより小型化することが望まれている。
【０００７】
たとえば、光センサチップと赤外線センサチップとをそれぞれ備えた光半導体装置ではないが、赤外線センサチップを、赤外線センサチップの出力を信号処理する信号処理回路が形成された半導体チップ上に搭載して平面サイズの小型化をはかった光半導体装置も提案されている（たとえば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１７６７２号公報
【特許文献２】ＷＯ２００６／９５８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、光センサチップを赤外線センサチップ上に搭載した光半導体装置については知られておらず、上述の光半導体装置では、可視光を検知する光センサ部と赤外線を検知する赤外線センサ部とが第１のシリコン基板の同一平面側に形成されていることから、光半導体装置の平面サイズを小型化するにも制約があり、さらなる改良が求められている。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、可視光を検知する光センサチップと、赤外線を検知する赤外線センサチップとを備え、より小型化が可能な光半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、一表面側から入射した可視光を検知するシリコン材料からなる光センサチップと、該光センサチップの厚み方向に配置され該光センサチップの前記一表面側から入射して他表面側に透過した赤外線を検知する赤外線センサチップと、該赤外線センサチップを実装する基体と、前記光センサチップ、前記赤外線センサチップおよび前記基体の一部を封止する封止樹脂部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、シリコン材料が赤外線を透過する特性に着目して、シリコン材料からなる光センサチップに外部から入射した光のうち可視光を光センサチップで検知させ、該光センサチップを透過した赤外線を赤外線センサチップに入射させて赤外線を検知させる。これにより、光半導体装置は、前記赤外線センサチップと前記光センサチップとを基体の同一平面側に配置させた光半導体装置と比較して、平面サイズをより小型化することが可能となる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記赤外線センサチップが検知する赤外線を透過する無機材料からなる接合部材により、前記光センサチップが前記赤外線センサチップ上に接合されてなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記接合部材として無機材料を用いて前記光センサチップと前記赤外線センサチップとを接合させることにより、より信頼性の高い光半導体装置とすることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１に記載の発明において、前記赤外線センサチップが検知する赤外線を透過する有機材料からなる接合部材により、前記光センサチップが前記赤外線センサチップ上に接合されてなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記接合部材として有機材料を用いて前記光センサチップと前記赤外線センサチップとを接合させることにより、無機材料を用いて前記光センサチップと前記赤外線センサチップとを接合させるものと比較して、より簡便に接合させることができる。特に、前記接合部材として、ポリイミド樹脂を用いて前記光センサチップと前記赤外線センサチップとを接合させた場合、リフローなどによって前記光半導体装置を配線基板などに実装させる場合においても、耐熱性に優れた光半導体装置とすることができる。また、前記接合部材として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂あるいはシリコーン樹脂を用いて、前記光センサチップと前記赤外線センサチップとを接合させた場合、前記光センサチップと前記赤外線センサチップとを前記赤外線センサチップが検知する赤外線の吸収を抑制しつつ接着させることができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光センサチップが、前記赤外線センサチップの受光エリアを覆うように前記赤外線センサチップ上に設けられ、前記光センサチップの出力端子と前記赤外線センサチップの前記受光エリアの外周部に設けられた配線とをバンプを介して電気的に接続してなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記光センサチップの出力端子と、前記赤外線センサチップの受光エリアの外周部に設けられた配線と、をバンプを介して電気的に接続してなることにより、前記赤外線センサチップのセンサ感度に悪影響をおよぼすことなく前記光センサチップを前記赤外線センサチップに実装させると共に電気的に接続させることができる。すなわち、ワイヤボンディングにより、前記赤外線センサチップの配線と前記光センサチップの出力端子とを金属線によって電気的に接続させる光半導体装置と比較して、前記金属線が前記赤外線センサチップの受光エリアを遮光することにより生ずるセンサ感度の低下がない。また、前記金属線の接合のために光半導体装置の厚みを確保する必要もなく、前記光半導体装置をより薄型化させることが可能となる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１に記載の発明において、前記赤外線センサチップが、前記赤外線センサチップの前記受光エリア側を前記基体の一方面側に対向して実装してなるとともに、前記光センサチップが、前記基体の他方面側に実装してなることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記光半導体装置の前記赤外線センサチップと前記光センサチップとの実装の自由度を向上させることができる。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記光センサチップの受光部の少なくとも一部が、前記封止樹脂部から露出してなることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、外部からの熱や紫外線などの影響により、前記封止樹脂部に黄変などの劣化が生じても、前記光センサチップの受光部が前記封止樹脂部から露出してなることにより、前記封止樹脂部の劣化にともなう前記光センサチップのセンサ感度や前記赤外線センサチップのセンサ感度の低下を抑制することができる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記封止樹脂部は、前記光センサチップおよび前記赤外線センサチップに検知対象外の光が入射することを抑制する波長選択性を有することを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、前記封止樹脂部に前記光半導体装置の検知に不要な検知対象外の光が入射することを抑制する波長選択性を有することにより、検知対象外の不要な光の入射にともなう前記光センサチップ、前記赤外線センサチップのＳ／Ｎ比の低下や劣化を抑制しセンサ感度の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１の発明では、一表面側から入射した可視光を検知するシリコン材料からなる光センサチップと、該光センサチップの厚み方向に配置され該光センサチップの前記一表面側から入射して他表面側に透過した赤外線を検知する赤外線センサチップと、を備えることにより、より小型化が可能な光半導体装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態１の光半導体装置を示し、（ａ）は模式的平面図であり（ｂ）は（ａ）の模式的側面図である。
【図２】同上で示した赤外線センサチップの構成の一部を示し、(ａ)はその概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【図３】同上で示した光センサチップの構成の一部を示す概略断面図である。
【図４】同上の他の光半導体装置を示す模式的断面図である。
【図５】実施形態２の光半導体装置を示す模式的断面図である。
【図６】実施形態３の光半導体装置を示す模式的断面図である。
【図７】実施形態４の光半導体装置を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（実施形態１）
本実施形態の光半導体装置について、図１を用いて説明する。
【００２８】
光半導体装置１０は、一表面２ａ側から入射した可視光を検知するシリコン材料からなる光センサチップ２と、該光センサチップ２の厚み方向に配置され該光センサチップ２の一表面２ａ側から入射して他表面２ｂ側に透過した赤外線を検知する赤外線センサチップ１と、該赤外線センサチップ１をダイボンド樹脂（たとえば、エポキシ樹脂）からなるダイボンド部７によって実装する基体たるガラスエポキシ樹脂基板３と、光センサチップ２、赤外線センサチップ１およびガラスエポキシ樹脂基板３の一部を封止する封止樹脂部４と、を有している。
【００２９】
光センサチップ２の受光部８で検知された可視光は光電変換される。光電変換された電流は、光センサチップ２の各電極３８から金属線（たとえば、金線やアルミニウム線）６を介してそれぞれ赤外線センサチップ１の表面に設けられた電極３７ａ、赤外線センサチップ１の電極３７ａから金属線６を介してガラスエポキシ樹脂基板３の一方面側に設けられた導体パターン４１を介して外部に取り出すことができる。同様に、光センサチップ２を透過した赤外線は、赤外線センサチップ１の受光エリア９で検知され、赤外線センサチップ１の電極３７ｂから金属線６およびガラスエポキシ樹脂基板３の一方面側に設けられた導体パターン４１を介して外部に取り出すことができる。
【００３０】
また、光センサチップ２は、赤外線センサチップ１が検知する赤外線を透過する有機材料からなる接合部材（たとえば、エポキシ樹脂）により赤外線センサチップ１上で接合されている。なお、図１において、封止樹脂部４の内部は、線幅を細く描いている。
【００３１】
以下、本実施形態の光半導体装置１０に用いられる具体的構成について詳述する。
【００３２】
赤外線を検知する赤外線センサチップ１の構成の一部を図２を用いて最初に説明する。本実施形態の赤外線センサチップ１は、図２（ａ）の模式的平面図の構成としており、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図を図２（ｂ）に示してある。図２（ｂ）には、シリコン基板３９の一表面側に形成されたシリコン酸化膜１１と、シリコン酸化膜１１上に形成されたシリコン窒化膜１２と、シリコン窒化膜１２上に形成されたセンシングエレメント３０と、シリコン窒化膜１２の表面側でセンシングエレメント３０を覆うように形成された層間絶縁膜１７と、層間絶縁膜１７上に形成されたパッシベーション膜１９との積層構造をパターニングすることで赤外線検出薄膜４０を形成してある。
【００３３】
ここにおいて、赤外線検出薄膜４０の一部は、シリコン基板３９の他表面側から形成された空洞３６によってシリコン基板３９と空間的に分離されており、空洞３６と連通するスリット３４が赤外線検出薄膜４０の厚み方向に貫設されている。赤外線検出薄膜４０のうち、空洞３６によってシリコン基板３９と空間的に分離された部分が、赤外線を吸収する赤外線吸収部３１を構成している。
【００３４】
赤外線センサチップ１は、層間絶縁膜１７を、たとえば、ＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）膜により構成するとともに、パッシベーション膜１９をＰＳＧ（Phospho Silicate Glass)膜と当該ＰＳＧ膜上のＮＳＧ（Non-doped Silicate Glass)膜との積層膜により構成することができ、層間絶縁膜１７とパッシベーション膜１９との前記積層膜が赤外線吸収膜３２を兼ねている。
【００３５】
ここで、赤外線吸収膜３２の屈折率をｎ、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜３２の厚さｔをλ／４ｎに設定すると、シリコン材料からなる光センサチップ２を透過した赤外線のうち検出対象の波長の赤外線の吸収効率を高め赤外線センサチップ１のセンサ感度を高めることができる。なお、パッシベーション膜１９は、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜の積層膜に限らず、たとえば、シリコン窒化膜で形成することもできる。
【００３６】
センシングエレメント３０は、図２（ａ）に示すように赤外線吸収部３１とシリコン基板３９とに跨って形成されたｐ型ポリシリコン層１５、ｎ型ポリシリコン層１３、および赤外線吸収部３１の赤外線入射面側でｐ形ポリシリコン層１５の一端部とｎ形ポリシリコン層１３の一端部とを電気的に接合した金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部３３で構成されるサーモパイルを備えている。
【００３７】
ここで、センシングエレメント３０を構成する前記サーモパイルは、シリコン基板３９の一表面側で互いに隣り合う熱電対のｐ型ポリシリコン層１５の他端部とｎ型ポリシリコン層１３の他端部とが金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる配線１８で接合されることにより、４個直列接続している。前記サーモパイルは、ｎ型ポリシリコン層１３の一端部とｐ型ポリシリコン層１５の一端部と接続部３３とで赤外線吸収部３１側の温接点を構成し、ｐ型ポリシリコン層１５の他端部とｎ型ポリシリコン層１３の他端部と配線１８とでシリコン基板３９側の冷接点を構成している。
【００３８】
なお、金属材料で形成された接続部３３は、ｎ型ポリシリコン層１３およびｐ型ポリシリコン層１５に対して、層間絶縁膜１７に形成したコンタクトホール３５を通してそれぞれ、電気的に接続させてある。
【００３９】
赤外線吸収部３１となる矩形領域の四隅には、赤外線センサチップ１の厚み方向に貫通するスリット３４をシリコン基板３９の一表面側からエッチングにより形成してある。スリット３４は、各熱電対を熱的に分離させ赤外線センサチップ１のセンサ感度を向上させることができる。また、シリコン基板３９の他表面側に形成された空洞３６は、赤外線検出薄膜４０をシリコン基板３９側から熱的に分離を生じさせて赤外線センサチップ１の感度を向上させることができる。
【００４０】
さらに、本実施形態では赤外線吸収部３１の赤外線入射面側に、ｎ型ポリシリコン層１３およびｐ型ポリシリコン層１５のパターニング時に電気的に接続されていないｎ型補償ポリシリコン層１４およびｐ型補償ポリシリコン層１６を残している。このようなｎ型補償ポリシリコン層１４やｐ型補償ポリシリコン層１６は、赤外線検出薄膜４０における応力バランスの均一性を高めることができる。また、ｎ型補償ポリシリコン層１４やｐ型補償ポリシリコン層１６は、赤外線検出薄膜４０の薄膜化を図りながらも反りを防止し、赤外線センサチップ１のセンサ感度を向上させることができる。
【００４１】
このような赤外線センサチップ１の構成を、赤外線センサチップ１のセンサ感度を向上させる目的で、本実施形態の如く２個設けて形成させても良いし、１つ形成させるだけでなく、用途に応じてｍ×ｎ個のマトリックス状に複数個形成配置し赤外線画像を検出するように構成しても良い。
【００４２】
このような赤外線センサチップ１は、後述する平面視矩形状の基材たるガラスエポキシ樹脂基板３の略中央部上にダイボンド樹脂（たとえば、エポキシ樹脂）からなるダイボンド部７によってダイボンド実装している。
【００４３】
なお、赤外線センサチップ１としては、赤外線のもつ熱効果による温度上昇によって生ずる電気的特性の変化を検知する熱型赤外線センサだけでなく、量子型赤外線センサを用いてもよい。量子型赤外線センサとして、光起電力効果によるフォトダイオード、フォトトランジスタやフォトＩＣにより赤外線センサチップを構成してもよい。熱型赤外線センサは、冷却が不要で比較的安価に形成することができることから本実施形態では、熱型赤外線センサを例示している。本実施形態では、熱型赤外線センサとして熱起電力効果によるサーモパイルの例を示しているが、ボロメータ、焦電効果や熱電対効果を用いた赤外線センサ構造としてもよい。特に、赤外線センサチップ１を人感センサとして利用する場合は、長波長域の赤外線（たとえば、波長５から１４μｍ）のセンサ感度がよく、比較的構造が簡単にできることから、誘電率の大きな結晶体（たとえば、タンタル酸リチウムやチタンさんジルコン酸鉛）などの温度変化によって電荷を生じる焦電効果を利用した焦電センサを好適に用いることもできる。ここで、焦電センサとなる赤外線センサチップの構造は、図示しないが、たとえば、平板状のタンタル酸リチウム結晶体の表面に、タンタル酸リチウム結晶体を介して一対の電極を設け、この積層物をセラミック基板上に配置させた構成とすればよい。このような焦電センサは、本実施形態における上述した赤外線センサチップ１に置き換えて用いることができる。
【００４４】
次に、本実施形態における光センサチップ２の一部を図３の模式的断面図を用いて説明する。
【００４５】
本実施形態の光センサチップ２は、シリコン材料からなりｐ型シリコン基板２１上にｎ型エピタキシャル層２２が形成された単結晶シリコン基板を用いて形成させている。より具体的には、光センサチップ２は、ｐ型シリコン基板２１とｎ型エピタキシャル層２２のｎ型半導体層２５との界面にｎ型不純物を高濃度にドープしたｎ＋型電流拡散層２４と、ｎ型エピタキシャル層２２にｐ型不純物をドープしたｐ型拡散層２６と、を備えている。ｎ型エピタキシャル層２２上には、ＳｉＯ２膜からなる絶縁膜２７を形成しており、絶縁膜２７を貫通するコンタクトホール２７ａ，２７ａを介して、ｐ型拡散層２６とｎ型半導体層２５には、それぞれ電極（たとえば、Ａｌ-Ｓｉにより形成された電極など）２８，２８が電気的に接続されている。光センサチップ２は、ｐ型拡散層２６とｎ型半導体層２５との接合界面付近に可視光が入射すると光起電力効果により光電流が発生する。発生した光電流を、ｐ型拡散層２６と、ｎ型半導体層２５、ｎ＋型電流拡散層２４およびｎ＋型コンタクト用領域２４ａを介して電極２８，２８から取り出すことができる。なお、電極２８，２８上には、ＳｉＯ２膜からなる保護膜２９を形成している。また、光センサチップ２のｐ型拡散層２６とｎ型半導体層２５の接合界面となる受光部を複数個形成させる場合は、分離層（図示せず）によってそれぞれ分離して形成することができる。これにより、光センサチップ２は、１つの受光部だけで構成するだけでなく、受光部をｍ’×ｎ’個のマトリックス状に複数個配置して、画像データを検出することができるように構成しても良い。
【００４６】
ところで、単結晶シリコンを用いた上述の光センサチップ２は、通常、赤外線に対するセンサ感度が可視光に対するセンサ感度より高く、可視光の短波長域（たとえば、４００ｎｍ）から近赤外線域（たとえば、９８０ｎｍ）にかけて徐々にセンサ感度が増加する傾向にある。また、光センサチップ２は、可視光に近い近赤外線域（たとえば、９８０ｎｍ）をピークとして近赤外線域のより長波長域（たとえば、１１００ｎｍより長波長域）で、センサ感度が著しく低下する傾向にある。そのため、光センサチップ２は、可視光を吸収して光電変換する光センサチップ２の機能と赤外線を透過させる機能とを合わせ持たせることができる。すなわち、シリコン材料が吸収しずらい上述の近赤外線の長波長域は、シリコン材料からなる光センサチップ２を透過する。そのため、本実施形態の光半導体装置１０では、シリコン材料からなる光センサチップ２を透過した長波長域の赤外線を赤外線センサチップ１で検知している。
【００４７】
なお、光センサチップ２のシリコン材料は、赤外線センサチップ１が検知する赤外線を透過できればよく、シリコンに各種不純物が含んでもよいし、ゲルマニウムなどとの合金で形成させてもよい。
【００４８】
ここで、シリコン材料を用い、可視光を検知する光センサチップ２を照度センサに利用する場合、照度センサは、通常、人間の視感度特性に合わせて検出することが多い。シリコン材料としてアモルファスシリコンにより光センサチップ２を形成させた場合は、人間の視感度の特性に近い。しかしながら、シリコン材料として単結晶シリコンにより形成させた光センサチップ２は、人間の視感度とは異なり、可視光より長波長域にも感度が高い分光感度特性をもつ。そのため、単結晶シリコンからなる光センサチップ２の受光部８には、可視光の長波長域から赤外線の短波長域を選択的に吸収、あるいは反射する波長選択性の光学フィルタを形成することが好ましい。あるいは、光センサチップ２の受光部８にのみ赤外線を吸収する赤外線吸収層となる光学フィルタを設けると共に、平面視において赤外線センサチップ１の受光エリア９を前記赤外線吸収層の周囲に配置させることが好ましい。
【００４９】
前記光学フィルタは、光センサチップ２の受光部８上に樹脂を塗布して形成させてもよいし、前記光学フィルタを誘電体などの材料によって形成させる場合は、スパッタリング法や蒸着法により直接的に成膜して形成させてもよい。前記光学フィルタは、該光学フィルタの材料、積層構造、膜厚などを変更することにより調整することができる。
【００５０】
たとえば、前記光学フィルタとして、誘電体の積層膜を用いて形成させる場合、主として特定の波長を透過する主透過帯と、主透過帯より短波長側および長波長側に一定の波長間隔をあけて光を透過させる副透過帯とを、備えることができる。この場合、光学フィルタを、可視光を主として透過し、長波長の可視光を一部含む短波長の近赤外線域（たとえば、６５０ｎｍから８５０ｎｍ）をカットするように構成すると、主透過帯の２次透過として近赤外線域の長波長側に副透過帯（８５０ｎｍ以上）を設けることができる。このような前記光学フィルタは、主透過帯および副透過帯をそれぞれ光センサチップ２が検知する可視光の不要な短波長の近赤外線域のカットと、赤外線センサチップ１が検知する長波長の近赤外線域の透過とに合わせて構成し、光センサチップ２上に形成すれば良い。前記光学フィルタは、ＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜の誘電体の積層膜、あるいはＳｉＯ２膜とＴａ２Ｏ５膜の誘電体の積層膜により形成することができる。
【００５１】
これにより、本実施形態の可視光を検知する光センサチップ２を赤外線を検知する赤外線センサチップ１と光センサチップ２の厚み方向に配置させた光半導体装置１０は、可視光および赤外線を同時に発生する同じ位置から照射される光源を検出する場合、それぞれの波長の光を弁別して光センサチップ２は、光センサチップ２の分光感度特性を人間の視感度特性に近づけつつ可視光を検知し、赤外線センサチップ１は、光センサチップ２を透過した赤外光を検知することができる。
【００５２】
なお、シリコン材料により形成させた光センサチップ２を照度センサとして利用する場合、光センサチップ２は、発生する光電流がＣｄＳ材料を用いて形成させた照度センサと比較して非常に小さい。そのため、光センサチップ２の受光部８に隣接し光センサチップ２のｐ型シリコン基板２１やｎ型エピタキシャル層２２を利用して光電流を増幅する電流増幅回路（図示せず）を集積して形成させてもよい。
【００５３】
光センサチップ２のｐ型シリコン基板２１やｎ型エピタキシャル層２２上に前記電流増幅回路としてトランジスタを形成させる場合は、不要な光が前記トランジスタの機能に悪影響を及ぼさないように光センサチップ２の前記電流増幅回路上に保護膜２９を介してアルミニウム膜（図示しない）を形成して遮光することが好ましい。しかしながら、本実施形態における光センサチップ２では、光センサチップ２のｐ型シリコン基板２１やｎ型エピタキシャル層２２などで吸収されなかった赤外線を透過させて赤外線センサチップ１に入射させる必要がある。光センサチップ２における前記電流増幅回路の前記アルミニウム膜が赤外線を遮光すると赤外線センサチップ１のセンサ感度が検知できないか、著しく低下する恐れがある。そのため、光センサチップ２に前記電流増幅回路を形成させる場合、赤外線センサチップ１の受光エリア９を避けて前記電流増幅回路を形成させる必要がある。
【００５４】
また、光センサチップ２に前記電流増幅回路を形成させる代わりに、光センサチップ２で光電変換した電流を増幅させる電流増幅回路を赤外線センサチップ１に形成させてもよい。さらに、赤外線センサチップ１は、赤外線センサチップ１で検知した赤外線を電流に変換して外部に取り出すために電流増幅回路を備えてもよい。さらに、このような電流増幅回路は光センサチップ２と同様にして形成することができる。
【００５５】
なお、光センサチップ２のセンサ感度を向上させるために、ｐｎ接合させたｐ型拡散層２６およびｎ型半導体層２５の不純物濃度を高くさせる、あるいは光センサチップ２から効率よく光電流を取り出すため、光センサチップ２内の抵抗値を低減させる目的でｎ＋型電流拡散層２４の不純物濃度を高くする場合もある。この場合、シリコン材料からなる光センサチップ２は、透過させる赤外線の吸収が見られる場合がある。そのため、光半導体装置１０は、光センサチップ２および赤外線センサチップ１それぞれのセンサ感度を向上させるため、光センサチップ２の厚さや不純物濃度を適宜選択することが好ましい。
【００５６】
また、光センサチップ２の電極３８による遮蔽や上述した不純物濃度による赤外線の吸収などを考慮する場合、平面視において、光センサチップ２の受光部８の外側へ入射した光のうち光センサチップ２を透過した赤外線を受光しやすいように赤外線センサチップ１の受光エリア９を光センサチップ２の受光部８の周囲に配置させ、赤外線センサチップ１の受光エリア９と光センサチップ２の受光部８とをずらして配置させてもよい。
【００５７】
本実施形態における光センサチップ２は、可視光を検知するだけでなく赤外線を透過させ赤外線センサチップ１に効率よく入射させる必要がある。そのため、赤外線センサチップ１のセンサ感度を向上させるためには、光センサチップ２は、光半導体装置１０の外部からの光が入射する光センサチップ２の入射界面である一表面２ａ側でだけでなく、光センサチップ２内を透過した赤外線の出射界面となる他表面２ｂ側も平滑面とすることがより好ましい。光センサチップ２の一表面２ａおよび他表面２ｂを平滑にするためには、光センサチップ２を形成する基礎なるシリコンウェハを適宜両面研磨すればよい。
【００５８】
また、光センサチップ２での赤外線の吸収をできるだけ抑制すると共に、赤外線センサチップ１における熱伝導を抑制して赤外線センサチップ１のセンサ感度を向上させることを目的として、光センサチップ２の平面視において、光センサチップ２の厚さを赤外線センサチップ１の受光エリア９において薄くし受光エリア９の外周部の厚さを厚く形成してもよい。いいかえれば、光センサチップ２は、光センサチップ２の他表面２ｂ側に環状の突出部（図示せず）を設け該突出部で赤外線センサチップ１と接合部材５によって接合させることもできる。これにより、光センサチップ２における赤外線センサチップ１の受光エリア９に相当する部位における赤外線の吸収を抑制できる。また、赤外線センサチップ１の受光エリア９に接合部材５が接触することもなく赤外線センサチップ１のセンサ感度の低下を抑制することが可能となる。
【００５９】
一表面２ａ側を受光部８とする光センサチップ２の他表面２ｂ側を赤外線センサチップ１の一表面側に接合部材５を用いて実装する場合、赤外線センサチップ１が検知する赤外線を透過する接合部材５の材料としては、エポキシ樹脂だけでなくアルミノケイ酸塩系（Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂａ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）のガラス組成物などのガラス、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂やシリコーン樹脂などが挙げられる。
【００６０】
次に、赤外線センサチップ１を実装する基体としては、図１に示すガラスエポキシ樹脂基板３だけでなく、光センサチップ２や赤外線センサチップ１が検知した出力を外部に取り出すために表面に導体パターン４１が形成されたセラミック基板などを利用してもよい。また、図４に示す如く、リード端子３ａ，３ｂを用いてもよい。リード端子３ａ，３ｂは、銀メッキを施した鉄や銅、鉄入り銅などの平板をパンチングの打ち抜き加工により種々の形状に形成させることができる。
【００６１】
図４に示す本実施形態の他の光半導体装置１０を形成させるためには、光センサチップ２が接合部材５ａにより実装された赤外線センサチップ１を、予め形成させたリード端子３ａ，３ｂのうちの一方のリード端子３ａにダイボンド樹脂からなるダイボンド部７により実装する。つづいて、リード端子３ａ，３ｂと赤外線センサチップ１とを金属線（たとえば、金線やアルミニウム線）６によりワイヤボンディングを行う。引き続き、リード端子３ａ，３ｂ上に赤外線センサチップ１を実装し、赤外線センサチップ１上に接合部材（たとえば、ガラス）５ａを介して光センサチップ２を実装させ、赤外線センサチップ１、光センサチップ２およびリード端子３ａ，３ｂをそれぞれ金属線６によりワイヤボンディングを行ったものを射出成形機の金型の中に配置させる。つづいて、前記金型内にエポキシ樹脂などを射出成形させて硬化させることにより封止樹脂部４を備えた光半導体装置１０を形成させることができる。
【００６２】
本実施形態に用いられる封止樹脂部４としては、エポキシ樹脂だけに限らず、アクリル樹脂など種々のモールド樹脂を利用することができる。特に、封止樹脂部４は、光センサチップ２および赤外線センサチップ１に検知対象外の光が入射することを抑制する波長選択性を有している。これにより、赤外線センサチップ１や光センサチップ２が検知対象外の不要な光を吸収することなく、センサ感度を向上させることができる。このような波長選択性を持たせるものとして、たとえば、光センサチップ２および赤外線センサチップ１に不要な紫外線を照射させないように封止樹脂部４に紫外線吸収剤を含有させればよい。また、封止樹脂部４に酸化亜鉛や酸化チタンを含有させて紫外線を反射させてもよい。
【００６３】
（実施形態２）
図５に示す本実施形態の光半導体装置１０の基本構成は、実施形態１の光半導体装置１０と略同一であり、赤外線センサチップ１上に実装させる光センサチップ２を接合部材５で実装させて、金属線６で電気的に接続させる代わりに、バンプ５ｂ，５ｂを介して光センサチップ２を赤外線センサチップ１に実装させる点が異なる。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００６４】
光センサチップ２は、赤外線センサチップ１の受光エリア９を覆うように赤外線センサチップ１上に設けられ、光センサチップ２の出力端子（図示せず）と赤外線センサチップ１の受光エリア９の外周部１ａに設けられた配線（図示せず）とをバンプ（たとえば、半田バンプやＡｕバンプなど）５ｂ，５ｂを介して電気的に接続している。
【００６５】
より詳細には、可視光を検知できる厚みとした光センサチップ２の受光部８を赤外線センサチップ１の受光エリア９と対向配置させ、光センサチップ２の保護膜上に露出した前記出力端子と赤外線センサチップ１の前記配線とをバンプ５ｂ，５ｂによりフリップチップ実装をしている。
【００６６】
なお、光センサチップ２の受光部８と、赤外線センサチップ１の受光エリア９とは、必ずしも対向配置させる必要はない。この場合、光センサチップ２の受光部８を光半導体装置１０の外部からの光が入射する入射光面側に配置させ、光センサチップ２のｐ型シリコン基板２１などに赤外線センサチップ１の一方面側の前記配線とバンプ５ｂ，５ｂを介して導通をとる貫通配線（図示せず）および光センサチップ２の他表面２ｂ側に形成させた前記出力端子を予め形成した光センサチップ２を用いればよい。
【００６７】
（実施形態３）
図６に示す本実施形態の光半導体装置１０の基本構成は、実施形態１の光半導体装置１０と略同一であり、ガラスエポキシ樹脂基板３ｄに開口部３ｃを備え、ガラスエポキシ樹脂基板３ｄを介して赤外線センサチップ１と光センサチップ２とを対向配置させている点が異なる。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００６８】
本実施形態の光半導体装置１０は、赤外線センサチップ１が、赤外線センサチップ１の受光エリア９側をガラスエポキシ樹脂基板３ｄの一方面側に対向してバンプ７ｂ，７ｂによって実装してなるとともに、光センサチップ２が、ガラスエポキシ樹脂基板３ｄの他方面側に接合部材５ｃ，５ｃによって実装してなる。より具体的には、開口部３ｃを有するガラスエポキシ樹脂基板３ｄの一方面側に光センサチップ２を接合部材（たとえば、ダイボンド樹脂）５ｃ，５ｃでダイボンド実装させ、開口部３ｃを介してガラスエポキシ樹脂基板３ｄの他方面側に赤外線センサチップ１をバンプ７ｂ，７ｂによりフリップチップ実装させている。したがって、光センサチップ２を透過した赤外線がガラスエポキシ樹脂基板３ｄの開口部３ｃを通過し赤外線センサチップ１で検知することができる。
【００６９】
なお、基材としてガラスエポキシ樹脂基板３ｄの代わりに、複数個のリード端子を用い光センサチップ２および赤外線センサチップ１を実装させる場合には、開口部３ｃを必ずしも形成させる必要はない。たとえば、光センサチップ２および赤外線センサチップ１を離間した複数個の前記リード端子間に該リード端子の一方面側に光センサチップ２を実装させ、他方面側に赤外線センサチップ１を実装させてもよい。
【００７０】
（実施形態４）
図７（ａ），（ｂ）に示す本実施形態の光半導体装置１０の基本構成は、実施形態１の光半導体装置１０と略同一であり、光センサチップ２の受光部８の少なくとも一部が封止樹脂部４から露出して封止されていない点が異なる。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００７１】
光センサチップ２の受光部８に封止樹脂部４を形成させないようにするには、金型の一部が光センサチップ２の受光部８に当接し封止樹脂部４の材料となるエポキシ樹脂などで封止しないように構成することもできる。また、形成させた封止樹脂部４を光センサチップ２に到達するまで溶剤で除去することもできる。
【００７２】
光半導体装置１０の封止樹脂部４の形成に用いられる光透過性の合成樹脂は、通常、ＩＣやＬＳＩなどのほかの半導体素子を封止する合成樹脂と異なり透光性を確保するために、酸化ケイ素などの各種無機部材等を含有させることもできず耐熱性や耐湿性を備えることが難しい。そのため、光半導体装置１０の封止樹脂部４に長期間に渡って紫外線など光エネルギの高い外部からの光が照射されると封止樹脂部４の樹脂材料における二重結合が切れるなどにより、黄変による着色などが生じ、光半導体装置１０のセンサ感度が低下する傾向にある。
【００７３】
本実施形態では、予め光センサチップ２のセンサ感度に影響を与える受光部８を除いて光センサチップ２を封止樹脂部４によって封止しているため、封止樹脂部４に貫通孔４ａが設けられており、長期間にわたって信頼性の高い光半導体装置１０とすることができる。なお、受光部８を除いて封止樹脂部４を形成させているため、図７（ａ），（ｂ）それぞれに示す光半導体装置１０においては、赤外線センサチップ１を封止する封止樹脂部４に非光透過性の樹脂を用いることができる。そのため、封止樹脂部４として、アルミナ、カーボン、シリカなどのフィラを混合してもよい。これにより、封止樹脂部４の強度を高め、封止樹脂部４の吸湿性も小さくなるため、光半導体装置１０の信頼性をより高めることもできる。また、封止樹脂部４により赤外線センサチップ１が封止されていることにより、基体上に赤外線センサチップ１が強度に密着されることになるので、機械的強度を向上させることもできる。
【符号の説明】
【００７４】
１  赤外線センサチップ
１ａ  外周部
２  光センサチップ
２ａ  一表面
２ｂ  他表面
３  ガラスエポキシ樹脂基板（基体）
４  封止樹脂部
５  接合部材
５ｂ  バンプ
８  受光部
９  受光エリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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