(57)【要約】  【課題】  比視感度特性に近い分光感度特性をもつ半導体光センサを低コストで製造する。  【解決手段】  可視光域から赤外光域にかけての波長に高い分光感度を有する半導体受光素子の受光面側を封止樹脂で封止する半導体光センサの製造方法において、ほぼ１００ｎｍを超えない赤外線遮光性をもつ微粒子をトルエンに分散して分散液を製造し、その分散液を透明樹脂に混合して封止樹脂を製造し、その封止樹脂で半導体受光素子を封止し、その後に封止樹脂中のトルエンを脱気して除去し、その後に封止樹脂を硬化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも可視光域から赤外光域にかけての波長に高い分光感度を有する半導体受光素子の少なくとも受光面側を封止樹脂で封止して製造する半導体光センサの製造方法において、
Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、又はＷの内から選択された１又は２以上の元素のホウ化物、又は酸化ルテニウム、又は酸化イリジウム、又はこれらの２以上を含み且つ粒径がほぼ１００ｎｍを超えない微粒子を溶媒により分散した分散液を製造する工程と、
該製造した分散液を透明樹脂に混合して前記封止樹脂を製造する工程と、
該製造した前記封止樹脂により前記半導体受光素子を封止する工程と、
前記封止樹脂中の前記溶媒を除去する工程と、
を含むことを特徴とする半導体光センサの製造方法。
【請求項２】
少なくとも可視光域から赤外光域にかけての波長に高い分光感度を有する半導体受光素子の少なくとも受光面側を封止樹脂で封止して製造する半導体光センサの製造方法において、
Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、又はＷの内から選択された１又は２以上の元素のホウ化物、又は酸化ルテニウム、又は酸化イリジウム、又はこれらの２以上を含み且つ粒径がほぼ１００ｎｍを超えない微粒子を溶媒により分散した分散液を製造する工程と、
該製造した分散液を２液性の透明樹脂の主剤と混合する工程と、
該混合した透明樹脂中の前記溶媒を除去する工程と、
前記溶媒を除去した透明樹脂に２液性の透明樹脂の硬化剤を混合して前記封止樹脂を製造する工程と、
該製造した封止樹脂により前記半導体受光素子を封止する工程と、
を含むことを特徴とする半導体光センサの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体光センサにおいて、
前記溶媒の除去は、前記樹脂が硬化しない程度の真空加熱により行うことを特徴とする半導体光センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光域に分光感度を規制した半導体光センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光センサとして、従来から図６に示すような分光感度特性をもつＣｄＳセルが普及していたが、カドミウムＣｄが環境負荷が高くＥＵのＲｏｈＳ指令の規制物質に該当し、２００６年７月よりＥＵ内での使用が禁止されることから、その代替品としてシリコンの光センサに置き換えることが行われている。シリコンホトトランジスタで光センサを構成するためには、そのシリコンの分光感度特性（図７）を人間の目の感度である比視感度特性（図８）に合わせることが必要となる。
【０００３】
このために、従来では、シリコン受光素子を製造した後に、図９に示すように、光学多層薄膜蒸着工程３１において、真空プラズマ蒸着装置内で、そのシリコン受光素子の受光面に、酸化シリコン(ＳｉＯ2)膜と酸化チタン(ＴｉＯ2)膜を交互に積層して多層薄膜の光学薄膜フィルタを形成し、次にダイボンディング工程３２において、そのシリコン受光素子を基板に接着し、次にワイヤボンディング工程３３において、シリコン受光素子と基板のパッドとの間にワイヤを接続し、次にトランスファーモールド工程３４においてそのシリコン受光素子を透明樹脂で樹脂封止し、次に個片化工程３５において、カッティングにより個々の半導体光センサに分離していた。
【０００４】
このようにすることにより、光学薄膜フィルタによって、シリコンの分光感度の内の赤外光域の分光感度を低下させ、全体の感度を比視感度特性（図８）に近づけることができた（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平９−１５０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、酸化シリコン(ＳｉＯ2）膜と酸化チタン(ＴｉＯ2)膜を交互に積層した多層薄膜の光学薄膜フィルタの形成は、時間的にも工程的にも手間がかかり、コスト高を招いていた。すなわち、この多層薄膜の形成は、複数回の真空プラズマ蒸着法により行われており、しかも多層薄膜形成後には電気的接続をとるためのボンディングパッドの窓あけエッチング工程が入り、これらの工程は時間がかかる上に特殊技術が要求され、コスト高となっていた。
【０００６】
本発明の目的は、比視感度特性に近い分光感度特性を持つ半導体光センサを低コストで製造できるようにした製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための請求項１にかかる発明は、少なくとも可視光域から赤外光域にかけての波長に高い分光感度を有する半導体受光素子の少なくとも受光面側を封止樹脂で封止して製造する半導体光センサの製造方法において、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、又はＷの内から選択された１又は２以上の元素のホウ化物、又は酸化ルテニウム、又は酸化イリジウム、又はこれらの２以上を含み且つ粒径がほぼ１００ｎｍを超えない微粒子を溶媒により分散した分散液を製造する工程と、該製造した分散液を透明樹脂に混合して前記封止樹脂を製造する工程と、該製造した前記封止樹脂により前記半導体受光素子を封止する工程と、前記封止樹脂中の前記溶媒を除去する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項２にかかる発明は、少なくとも可視光域から赤外光域にかけての波長に高い分光感度を有する半導体受光素子の少なくとも受光面側を封止樹脂で封止して製造する半導体光センサの製造方法において、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、又はＷの内から選択された１又は２以上の元素のホウ化物、又は酸化ルテニウム、又は酸化イリジウム、又はこれらの２以上を含み且つ粒径がほぼ１００ｎｍを超えない微粒子を溶媒により分散した分散液を製造する工程と、該製造した分散液を２液性の透明樹脂の主剤と混合する工程と、該混合した透明樹脂中の前記溶媒を除去する工程と、前記溶媒を除去した透明樹脂に２液性の透明樹脂の硬化剤を混合して前記封止樹脂を製造する工程と、該製造した封止樹脂により前記半導体受光素子を封止する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記溶媒の除去は、前記樹脂が硬化しない程度の真空加熱により行うことが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体光センサの製造方法によれば、赤外線遮光特性をもつ微粒子を分散させた封止樹脂を使用してフィルタ効果を持たせるので、多層膜を形成してフィルタ効果を持たせる従来の方法に比べてその製造が簡単となり、低コスト製造を実現できる。また、微粒子を分散させた分散液の溶媒は樹脂硬化前に除去処理を行うので、製造された半導体光センサを実装する際のハンダフロー処理において、パッケージとしての封止樹脂にクラックが入るような事態は防止できる。この半導体光センサは、携帯機器（携帯電話、ＰＤＡ等）やパーソナルコンピュータ等の液晶のバックライト制御用、住宅照明や防犯灯の自動点灯制御用、カメラのストロボ制御用、その他の制御用のセンサ等に広く適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施例では、半導体受光素子として、シリコン、又はガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐等の化合物半導体で構成され、少なくとも可視光域から赤外光域にかけて分光感度が高い材質（図７に示す特性の材質）を用いる。また、この半導体受光素子の受光面を封止する樹脂として、透明の封止樹脂（例えばエポキシ樹脂）に粒径がほぼ１００ｎｍを超えないホウ化ランタン（ＬａＢ6）等の微粒子を分散させたものを用いる。
【００１２】
ホウ化ランタン等を選択した理由は、他の金属酸化物に比べ、赤外光域の波長に対して大きな遮光特性を持つからである。蛍光灯の光や太陽光は、ホウ化ランタンの微粒子が散乱された封止樹脂内に進入しホウ化ランタンに遭遇すると、そのホウ化ランタンのプラズマ周波数以下の周波数の電磁波が全反射を引き起こす。ここで、プラズマ周波数とは固体内の電子分布の粗密により発生する自由電子の振動数で、この周波数より高い周波数の電磁波は通過し低い周波数の電磁波は全反射される。ホウ化ランタンの場合、その全反射を起こす周波数の波長は赤外光域にある。
【００１３】
また、微粒子としてほぼ１００ｎｍを超えない粒径を選択した理由は、可視光（波長が４００〜７００ｎｍ）が散乱により反射されることを抑制するためである。すなわち、微粒子の粒径が可視光の波長よりも小さくなると、その微粒子による光の散乱はレーリー散乱が主体となり、この散乱は粒子体積の２乗、つまり粒径の６乗に比例して大きくなる。したがって、微粒子の粒径が小さくなるほど急激に散乱が小さくなり可視光に対して透明性を増し、可視光波長の１／４以下の粒径（ほぼ１００ｎｍ以下）で可視光に対して高い透明性が得られる。
【００１４】
以上のように、粒径がほぼ１００ｎｍを超えないホウ化ランタン（ＬａＢ6）等の微粒子は、これを透明の封止樹脂内に分散させたとき、この封止樹脂は、赤外光域の波長の光は遮断し、それより短い波長の可視光域の光は透過させるという特有の特性をもつ。
【００１５】
透明の封止樹脂内に分散させる赤外線遮光性をもつ微粒子としては、上記したホウ化ランタン（ＬａＢ6）の他に、ホウ化プラセオジウム（ＰｒＢ6）、ホウ化ネオジウム（ＮｄＢ6）、ホウ化セリウム（ＣｅＢ6）、ホウ化イットリウム（ＹＢ6）、ホウ化チタン（ＴｉＢ2）、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ2）、ホウ化ハフニウム（ＨｆＢ2）、ホウ化バナジウム（ＶＢ2）、ホウ化タンタル（ＴａＢ2）、ホウ化クロム（ＣｒＢ、ＣｒＢ2）、ホウ化モリブデン（ＭｏＢ2、Ｍｏ2Ｂ5、ＭｏＢ）、ホウ化タングステン（Ｗ2Ｂ5）等のホウ化物微粒子がその代表的なものとして挙げられ、これらの内から選択した１又は２以上を使用できる。
【００１６】
また、これらのホウ化物微粒子の代わりに、あるいはこれらのホウ化物微粒子に加えて、酸化ルテニウム微粒子や酸化イリジウム微粒子を添加してもよい。これらの酸化物微粒子としては、二酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、ルテニウム酸鉛（Ｐｂ2Ｒｕ2Ｏ6.5）、ルテニウム酸ビスマス（Ｂｉ2Ｒｕ2Ｏ7）、二酸化イリジウム（ＩｒＯ2）、イリジウム酸ビスマス（Ｂｉ2Ｉｒ2Ｏ7）、イリジウム酸鉛（Ｐｂ2Ｉｒ2Ｏ6.5）等の微粒子がその代表的な例として挙げられる。これらの酸化ルテニウム微粒子や酸化イリジウム微粒子は安定化した酸化物であり、多量の自由電子を保有しており、赤外光域遮光特性が高い。
【００１７】
以上のホウ化物微粒子および酸化物微粒子は、耐熱性にも優れているため、半導体装置を実装するために必須であるハンダリフロー処理のための加熱を行っても赤外線の遮光特性の劣化は認められず、好ましい。
【実施例１】
【００１８】
図１は実施例１の半導体光センサの製造方法の工程図、図３はその説明図である。まず、ダイボンディング工程１１において、パッケージの土台となる集合基板１の上に、前記した半導体受光素子のチップ２を所定のピッチで複数個配置して接着する。次に、ワイヤボンディング工程１２において、各チップ２を集合基板１に対してワイヤ３により接続する。次に、樹脂塗布工程１３において、図３に示すように、集合基板１の上面の周囲全てをダム４で囲み、その内側に、予め製造しておいた封止樹脂５をディスペンサ６によって塗布し、複数のチップ２をまとめて樹脂封止する。
【００１９】
ここで、この樹脂塗布工程１３で使用する封止樹脂５の製造について説明する。まず分散液製造工程１７において、前記したホウ化ランタンの微粒子をトルエンに５重量％の割合で分散させて赤外線遮光特性をもつ分散液（KHF-7A分散液：住友金属鉱山株式会社製、日射遮光分散液−トルエン９５wt％、LaB6５wt％）を製造する。このとき、必要に応じて界面活性剤やカップリング剤を加えても良い。そして、封止樹脂製造工程１８において、この分散液を１液性の透明のエポキシ樹脂に加え攪拌混合することで、透明の封止樹脂５を用意する。この攪拌は、例えば、市販の自動攪拌脱泡装置にて１０分前後行う。
【００２０】
次に、真空加熱脱泡工程１４において、２．６ｋPa、５５℃、１時間の真空加熱脱泡処理を行う。この真空加熱脱泡工程１４により、封止樹脂５が硬化されない範囲で、封止樹脂５内に巻き込まれたボイドおよび分散液の溶媒であるトルエンが蒸発する。
【００２１】
次に、樹脂硬化工程１５において、樹脂硬化処理を行う。このときの樹脂硬化処理は、まず８０℃で６時間、次に１５０℃で２時間の２段階とする。このとき、第１段階目の最低条件は真空加熱脱泡工程１４でも脱気しきれなかったトルエンを確実に封止樹脂から脱気できる条件とする。トルエンが完成品の封止樹脂内に残留した場合は、ハンダリフロー処理時にパッケージにクラックが発生する可能性があるからである。
【００２２】
最後に、個片化工程１６において、カッティングにより個々の半導体光センサの完成品７に分離する。
【００２３】
本発明者は、透明エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型液状樹脂）のみを封止樹脂５として使用する場合と、KHF-7A分散液２．５ｇ（９５％がトルエン、５％がホウ化ランタンの微粒子）を５０ｇの透明エポキシ樹脂に混合したものを封止樹脂５として使用する場合について、各々５個のサンプルを作成し、樹脂封止したので、その結果を図４に示す。
【００２４】
図４の(a)には使用材料を、(b)には各工程での測定重量を、(c)には透明エポキシ樹脂とKHF-7A混合樹脂の蒸発量推移の比較を示した。「基板」とはその上面にダイボンディング、ワイヤボンディングが行われている集合基板を示す。例えば、図４(b)のサンプルNo.６では、KHF-7A混合樹脂の「塗布量」が２．３３ｇであり、このときのトルエン量は２．３３×５％×９５％＝０．１１０６７５ｇである。これに対して、真空加熱脱泡で２．３３ｇから０．１４ｇが減少し、最終的には樹脂硬化において２．３３ｇから０．４１ｇが減少していて、トルエン量を超える減少が確認された。
【００２５】
図５は図４(c)の「Ave」で示した値をグラフで表したものである。真空加熱脱泡においてトルエンの除去が行われていることが明白に確認できる。
【実施例２】
【００２６】
図２は実施例２の半導体光センサの製造方法の工程図である。実施例１と異なるところは、封止樹脂として主剤と硬化剤からなる２液性のエポキシ樹脂を使用する点である。このように、透明樹脂として２液性のエポキシ樹脂を使用する場合は、２液性エポキシ主剤混合工程１９で主剤に前記した分散液を添加して混合し、これを真空加熱脱泡工程２０で真空加熱脱泡処理を加えてトルエンを除去した後に、２液性エポキシ硬化剤混合工程２１で硬化剤を混合して封止樹脂を製造する。この方法では、真空加熱脱泡工程１５は省略することも可能であるが、トルエンの完全除去とボイド除去の面から、採用することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１の半導体光センサの製造方法の工程図である。
【図２】実施例２の半導体光センサの製造方法の工程図である。
【図３】実施例１の製造方法の説明図である。
【図４】実施例１の分散液混合の封止樹脂を使用する場合と分散液を混合しない封止樹脂を使用する場合の製造工程での測定結果の説明図である。
【図５】図４(c)の「Ave」の内容をグラフ化した特性図である。
【図６】ＣｄＳの分光感度特性である。
【図７】シリコンホトトランジスタの分光感度特性である。
【図８】標準比視感度特性図である。
【図９】従来の半導体光センサの製造方法の工程図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：集合基板、２：チップ、３：ワイヤ、４：ダム、５：封止樹脂、６：ディスペンサ７：完成品
１１：ダイボンディング工程、１２：ワイヤボンディング工程、１３：樹脂塗布工程、１４：真空加熱脱泡工程、１５：樹脂硬化工程、１６：個片化工程、１７：分散液製造工程、１８：封止樹脂製造工程、１９：２液性エポキシ主剤混合工程、２０：真空加熱脱泡工程、２１：２液性エポキシ硬化剤混合工程
【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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【図８】
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【図９】
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