(57)【要約】【課題】高い精度で光を検出することが可能であり、かつ、実装面積を低減することが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】この半導体装置は、一方主面（上面）に光検出領域１２を有するセンサチップ１０と、センサチップ１０が上面上に配される信号処理チップ２０とを備えている。このセンサチップ１０は、一方主面（上面）から他方主面（下面）まで厚み方向に貫通する貫通電極１５を有しており、光検出領域１２が外側（信号処理チップと反対側）を向くようにして信号処理チップ２０の上面上にチップオンチップ実装されている。そして、透明なエポキシ樹脂からなる樹脂封止層３２で、センサチップ１０および信号処理チップ２０が樹脂封止されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方主面と、前記一方主面とは反対側の他方主面とを含み、前記一方主面に光検出領域を有する第１半導体チップと、
前記第１半導体チップが上面上に配置される第２半導体チップと、
少なくとも前記第１半導体チップおよび前記第２半導体チップを封止する封止部材とを備え、
前記第１半導体チップは、前記一方主面から前記他方主面まで貫通する貫通電極を有するとともに、前記光検出領域が前記第２半導体チップとは反対側を向くようにして前記第２半導体チップの上面上に配置されており、
前記封止部材は、少なくとも、前記第１半導体チップの前記光検出領域の上方に位置する部分に、透明領域を有していることを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
前記第１半導体チップの前記他方主面上には、前記貫通電極と電気的に接続される突起電極が形成されており、
前記第２半導体チップには、前記突起電極と電気的に接続されるパッド電極が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記封止部材は、透明樹脂から構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記透明樹脂は、透明なエポキシ樹脂から構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２半導体チップには、前記第１半導体チップの前記光検出領域で発生する光検出信号を処理する信号処理回路部が形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１半導体チップおよび前記第２半導体チップが前記封止部材で封止されることによって、ＱＦＰ型またはＢＧＡ型のパッケージ形態に構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置に関し、特に、光を検出する半導体チップを備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、周囲の明るさを感知することにより、周囲の明るさに応じて機器の光源を点灯／消灯させる照度センサが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、一主面に、光を検出するフォトダイオード部、および、フォトダイオード部からの光信号を処理する回路部が形成された半導体光照度センサ（半導体チップ）が記載されている。このような半導体光照度センサは、一般的に、半導体パッケージ（半導体装置）に構成された後、電子機器などに搭載される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２１７４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の半導体光照度センサでは、フォトダイオード部からの光信号を処理する回路部を備えることによって、光信号を回路部で増幅することが可能となる。このため、光の検出精度を高めることが可能となる。
【０００６】
しかしながら、上記した従来の半導体光照度センサでは、１つの半導体チップにフォトダイオード部と回路部とが形成されているので、半導体チップのチップ面積（平面積）が大きくなるという不都合がある。そのため、半導体パッケージ（半導体装置）に構成した際に、半導体パッケージ（半導体装置）の実装面積が大きくなるという問題点がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、高い精度で光を検出することが可能であり、かつ、実装面積を低減することが可能な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体装置は、一方主面と、一方主面とは反対側の他方主面とを含み、一方主面に光検出領域を有する第１半導体チップと、第１半導体チップが上面上に配置される第２半導体チップと、少なくとも第１半導体チップおよび第２半導体チップを封止する封止部材とを備えている。そして、第１半導体チップは、一方主面から他方主面まで貫通する貫通電極を有するとともに、光検出領域が第２半導体チップとは反対側を向くようにして第２半導体チップの上面上に配置されており、封止部材は、少なくとも、第１半導体チップの光検出領域の上方に位置する部分に、透明領域を有している。
【０００９】
この一の局面による半導体装置では、上記のように、第１半導体チップに、一方主面から他方主面まで貫通する貫通電極を形成することによって、第１半導体チップと第２半導体チップとでチップオンチップ構造を構成した際に、第１半導体チップの光検出領域が第２半導体チップとは反対側を向くように構成することができる。このため、第１半導体チップを、その光検出領域が第２半導体チップとは反対側を向くようにして第２半導体チップの上面上に配置し、かつ、封止部材の少なくとも第１半導体チップの光検出領域の上方に位置する部分を透明領域とすることによって、封止部材の透明領域を介して入射された光を第１半導体チップの光検出領域で効率よく受光することができる。これにより、第２半導体チップに光検出領域で生じた光信号を処理する回路などを設けることによって、第１半導体チップの光検出領域で生じた光信号を第２半導体チップの回路で増幅することが可能となるので、高い精度で光を検出することが可能となる。また、第１半導体チップおよび第２半導体チップは、チップオンチップ構造に構成されているので、第１半導体チップおよび第２半導体チップを備える場合でも、実装面積を低減することができる。
【００１０】
上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、第１半導体チップの他方主面上には、貫通電極と電気的に接続される突起電極が形成されており、第２半導体チップには、突起電極と電気的に接続されるパッド電極が形成されている。このように構成すれば、容易に、第１半導体チップと第２半導体チップとを互いに電気的に接続することができるので、容易に、第１半導体チップの光検出領域が第２半導体チップとは反対側を向くように構成されたチップオンチップ構造を実現することができる。
【００１１】
上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、封止部材は、透明樹脂から構成されている。このように構成すれば、封止部材の全てを透明領域とすることができるので、外部からの光を内部に効率よく取り込むことができる。このため、第１半導体チップおよび第２半導体チップを封止部材で封止した場合でも、外部からの光を第１半導体チップの光検出領域で効率よく受光することができる。これにより、容易に、高い精度で光を検出することが可能となる。また、封止部材を透明樹脂から構成することによって、封止部材の一部を透明領域とする場合に比べて、第１半導体チップおよび第２半導体チップを容易に封止することができる。
【００１２】
この場合において、封止部材を構成する透明樹脂は、透明なエポキシ樹脂から構成することができる。
【００１３】
上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、第２半導体チップには、第１半導体チップの光検出領域で発生する光検出信号を処理する信号処理回路部が形成されている。このように構成すれば、第１半導体チップの光検出領域で生じた光信号を第２半導体チップの信号処理回路部で容易に増幅することができるので、より容易に、高い精度で光を検出することが可能となる。
【００１４】
上記一の局面による半導体装置において、第１半導体チップおよび第２半導体チップが封止部材で封止されることによって、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）型またはＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型のパッケージ形態に構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、高い精度で光を検出することが可能であり、かつ、実装面積を低減することが可能な半導体装置を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態では、半導体装置の一例であるＱＦＰ型の半導体装置に本発明を適用した場合について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態による半導体装置の断面図である。図２は、本発明の一実施形態による半導体装置の一部を拡大して示した断面図である。図３は、本発明の一実施形態による半導体装置のセンサチップおよび信号処理チップを示した斜視図である。図４および図５は、本発明の一実施形態による半導体装置の構造を説明するための図である。なお、図２は、図５の破線で囲まれた領域の１００−１００線に沿った断面を示している。図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態による半導体装置の構造について説明する。
【００１８】
一実施形態による半導体装置は、図１に示すように、光を検出するセンサチップ１０と、センサチップ１０からの光信号を処理する信号処理チップ２０と、信号処理チップ２０が固定されるダイパッド３０と、複数のリード端子３１と、樹脂封止層３２とを備えている。なお、センサチップ１０および信号処理チップ２０は、それぞれ、本発明の「第１半導体チップ」および「第２半導体チップ」の一例である。また、樹脂封止層３２は、本発明の「封止部材」の一例である。
【００１９】
センサチップ１０は、図２に示すように、シリコンからなる半導体基板１１を含み、図３〜図５に示すように、一方主面（上面）に光検出領域１２を有している。この光検出領域１２には、受光素子としてのフォトダイオード（図示せず）などが形成されている。なお、センサチップ１０は、図１、図３および図５に示すように、信号処理チップ２０よりも小さい平面積を有している。
【００２０】
また、センサチップ１０の一方主面（上面）上には、図２〜図５に示すように、複数の電極層１３が形成されている。これらの電極層１３は、アノード電極として機能する電極層とカソード電極として機能する電極層とに分かれており、それぞれ、光検出領域１２（フォトダイオード）と電気的に接続されている。そして、センサチップ１０の一方主面（上面）上の所定領域には、図２に示すように、上記した電極層１３の各々の少なくとも一部を覆う酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる保護層１４が形成されている。
【００２１】
ここで、本実施形態では、センサチップ１０の所定領域に、上面（一方主面）から下面（他方主面）まで厚み方向に貫通する貫通電極１５が形成されている。具体的には、図２に示すように、保護層１４の所定領域に開口部１４ａが形成されており、この開口部１４ａの内壁面と連続した内壁面を有する貫通孔１１ａが、センサチップ１０の半導体基板１１の所定領域に形成されている。そして、貫通孔１１ａ内および開口部１４ａ内に、銅からなる導電材料が充填されることによって、貫通電極１５が形成されている。なお、貫通孔１１ａおよび開口部１４ａの内壁面には、酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる絶縁層１６が形成されている。
【００２２】
また、本実施形態では、保護層１４の電極層１３上に位置する領域に、開口部１４ｂが形成されており、上記した貫通電極１５の一部がこの開口部１４ｂ内に形成されることによって、貫通電極１５と電極層１３とが互いに電気的に接続されている。また、センサチップ１０の他方主面（下面）上には、貫通電極１５と電気的に接続された突起電極１７が形成されている。この突起電極１７は、銅や金などから構成されている。
【００２３】
一方、信号処理チップ２０は、センサチップ１０の光検出領域１２で発生した光検出信号を処理する機能を有するように構成されている。具体的には、センサチップ１０は、シリコンからなる半導体基板２１を含み、一方主面（上面）の所定領域に、光検出信号の増幅・補正などの信号処理を行う信号処理回路２２が形成されている。なお、信号処理回路２２は、本発明の「信号処理回路部」の一例である。また、信号処理チップ２０の一方主面（上面）上には、電極パッド２３が形成されている。この電極パッド２３は、配線層２４を介して、信号処理回路２２と電気的に接続されている。
【００２４】
また、図３〜図５に示すように、信号処理チップ２０の一方主面（上面）上における外周部に位置する領域には、後述するボンディングワイヤ３３（図１参照）を介してリード端子３１と電気的に接続される電極パッド２５が複数形成されている。そして、信号処理チップ２０の一方主面（上面）上に、電極パッド２３の上面および電極パッド２５の上面を露出させるように、保護層２６（図２参照）が形成されている。
【００２５】
また、電極パッド２３の上面上には、図２に示すように、センサチップ１０の突起電極１７と電気的に接続された電極パッド２７が形成されている。なお、電極パッド２７は、本発明の「パッド電極」の一例である。また、信号処理チップ２０は、図１および図４に示すように、ダイパッド３０の上面上に、接着層３４を介して固定されている。
【００２６】
また、複数のリード端子３１は、燐青銅や無酸素銅などの銅系（銅または銅合金）材料から構成されている。この複数のリード端子３１の各々は、図１に示すように、樹脂封止層３２から導出された部分であるアウターリード部３１ａと、センサチップ１０および信号処理チップ２０などと共に樹脂封止層３２により覆われるインナーリード部３１ｂとを有している。そして、リード端子３１のアウターリード部３１ａは、リード端子３１がガルウィング形状となるように折り曲げられており、ハンダ層３５を介して実装基板４０上に電気的に接続（表面実装）されている。また、インナーリード部３１ｂは、ボンディングワイヤ（たとえば、金線など）３３を介して、信号処理チップ２０の電極パッド２５（図３〜図５参照）に電気的に接続されている。
【００２７】
また、樹脂封止層３２は、染料やフィラーなどを含まない熱硬化型のエポキシ樹脂（透明樹脂）から構成されている。この樹脂封止層３２は、センサチップ１０、信号処理チップ２０、ダイパッド３０、ボンディングワイヤ３３、および、リード端子３１のインナーリード部３１ｂを樹脂封止することによって、ガスや水分などから、センサチップ１０、信号処理チップ２０およびボンディングワイヤ３３などを保護する機能を有している。
【００２８】
上記のように構成された一実施形態による半導体装置では、図２に示すように、センサチップ１０の突起電極１７と信号処理チップ２０の電極パッド２７とが電気的に接続されることによって、図１および図３に示すように、光検出領域１２が外側（信号処理チップ２０と反対側）を向いた状態で、センサチップ１０が信号処理チップ２０上に配置される。すなわち、光検出領域１２が外側（信号処理チップ２０と反対側）を向いた状態で、センサチップ１０が信号処理チップ２０上にチップオンチップ実装される。
【００２９】
本実施形態では、上記のように、センサチップ１０に、一方主面（上面）から他方主面（下面）まで貫通する貫通電極１５を形成することによって、センサチップ１０と信号処理チップ２０とでチップオンチップ構造を構成した際に、センサチップ１０の光検出領域１２が外側（信号処理チップ２０とは反対側）を向くように構成することができる。このため、センサチップ１０を、その光検出領域１２が外側（信号処理チップ２０とは反対側）を向くようにして信号処理チップの上面上に配置し、かつ、透明樹脂からなる樹脂封止層３２で封止することによって、樹脂封止層３２を介して入射された光をセンサチップ１０の光検出領域１２で効率よく受光することができる。これにより、センサチップ１０の光検出領域１２で生じた光信号を、センサチップ１０と電気的に接続されている信号処理チップ２０で増幅することができるので、高い精度で光を検出することができる。また、センサチップ１０と信号処理チップ２０とはチップオンチップ構造に構成されているので、実装面積を低減することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、センサチップ１０の他方主面（下面）上に、貫通電極１５と電気的に接続された突起電極１７を形成するとともに、信号処理チップ２０の一方主面（上面）上に、突起電極１７と電気的に接続される電極パッド２７を形成することによって、容易に、センサチップ１０と信号処理チップ２０とを互いに電気的に接続することができるので、容易に、センサチップ１０の光検出領域１２が外側（信号処理チップ２０とは反対側）を向くように構成されたチップオンチップ構造を実現することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、樹脂封止層３２を、透明なエポキシ樹脂（透明樹脂）から構成することによって、樹脂封止層３２の全てを透明にすることができるので、外部からの光を効率よく内部に取り込むことができる。このため、センサチップ１０および信号処理チップ２０を樹脂封止層３２で樹脂封止した場合でも、外部からの光をセンサチップ１０の光検出領域１２で効率よく受光することができる。これにより、容易に、高い精度で光を検出することが可能となる。なお、センサチップ１０および信号処理チップ２０などを樹脂封止層３２で封止することによって、製造工数を増加させることなく、容易に、センサチップ１０および信号処理チップ２０などを樹脂封止することができる。
【００３２】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３３】
たとえば、上記実施形態では、ＱＦＰ型の半導体装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＱＦＰ型の半導体装置以外の例えばＢＧＡ型の半導体装置に本発明を適用してもよい。また、ＱＦＰ型およびＢＧＡ型以外のパッケージ形態に半導体装置を構成してもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、樹脂封止層を、透明なエポキシ樹脂から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、エポキシ樹脂以外の透明樹脂から樹脂封止層を構成してもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、樹脂封止層を透明樹脂から構成することによって、樹脂封止層（封止部材）の全体が透明となるように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、センサチップの光検出領域で光を検出することが可能に構成されていれば、上記構成以外の構成に樹脂封止層（封止部材）を構成してもよい。たとえば、センサチップの光検出領域の上方に位置する部分のみが透明となるように、樹脂封止層（封止部材）を構成してもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、樹脂封止層でセンサチップおよび信号処理チップなどを封止することにより、パッケージを構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、樹脂封止層以外の封止部材を用いてパッケージを構成してもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、センサチップの光検出領域にフォトダイオードを形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、センサチップの光検出領域には、フォトダイオード以外のフォトトランジスタが形成されていてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、センサチップおよび信号処理チップの２つの半導体チップを備えた構成について説明したが、本発明はこれに限らず、センサチップの光検出領域を覆わないように構成されていれば、上記した半導体チップ以外の他の半導体チップを備えていてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、貫通電極を銅から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、銅以外の導電材料から貫通電極を構成してもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、センサチップの平面積を、信号処理チップの平面積よりも小さくなるように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、センサチップの平面積が、信号処理チップの平面積と同じ、若しくは、大きくなるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態による半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による半導体装置の一部を拡大して示した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による半導体装置のセンサチップおよび信号処理チップを示した斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による半導体装置の一部を示した分割斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による半導体装置の一部を示した平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０                      センサチップ（第１半導体チップ）
１２                      光検出領域
１５                      貫通電極
１６                      絶縁層
１７                      突起電極
２０                      信号処理チップ（第２半導体チップ）
２２                      信号処理回路（信号処理回路部）
２６                      保護層
２７                      電極パッド（パッド電極）
３０                      ダイパッド
３１                      リード端子
３１ａ                    アウターリード部
３１ｂ                    インナーリード部
３２                      樹脂封止層（封止部材）
３３                      ボンディングワイヤ
４０                      実装基板
【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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