CN101162726A

CN101162726A - 光电变换装置

Info

Publication number: CN101162726A
Application number: CNA2007101811780A
Authority: CN
Inventors: 武市吉正
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2008-04-16
Also published as: JP2008098516A; US20080088722A1

Abstract

以前的光电变换装置中虽然拦截了不需要的红外线，但同时也存在可见光区域的光的透光率也减少这一问题。本发明的光电变换装置中，具有形成有光电变换元件的半导体基板(2)、设置在半导体基板(2)上的滤色片(8)、以及粘合在滤色片(8)上的支撑基体(21)，支撑基体(21)具有层叠了多个电介质层的反射红外线的干涉膜滤片(11)，通过这样能够解决上述问题。进而，通过将滤色片(8)的透光性调整成人类的可见度，能够实现一种被调整成了人类的可见度的光电变换装置。

Description

光电变换装置

技术领域

本发明涉及一种使用波长选择滤波器调整过波长特性的光电变换装置，特别是适于人类的可见度(視感度，visibility)的照度传感器。

背景技术

近年来，为了实现包含有光电变换元件的光电变换装置等的小型化，而采用从元件侧面引出布线的芯片尺寸封装(CSP)。

图9中示出了采用CSP的以前的光电变换装置200的剖面图。在下部支撑基材44上隔着树脂层46设置半导体基板30。半导体基板30的表面上，形成包含有光电变换元件的半导体集成电路32。设置可见光滤片即滤色片(color filter)34将半导体基板30中所形成的光电变换元件的一部分覆盖起来。另外，在半导体基板30上形成与半导体集成电路32相连接的内部布线36。该内部布线36经设置在氧化膜等绝缘膜上的接触孔(contacthole)等，与半导体集成电路32中含有的布线相连接，承担半导体集成电路32与外部的电连接的工作。

设有滤色片34与内部布线36的半导体基板30的表面上，设有用来让表面的凹凸平坦化的平坦化膜38。该平坦化膜38能够以环氧树脂等树脂为主要材料形成。

上部支撑基体42，通过树脂层40粘合在平坦化过的半导体基板30的表面上。另外，下部支撑基体44，通过树脂层46粘合在半导体基板30的背面上。上部支撑基体42与下部支撑基体44起到提高光电变换装置的构造强度的作用。

按照从半导体基板30的侧面经过下部支撑基体44与内部布线36的端部相接触的方式，设置导电性外部布线48。通过该外部布线48将设置在下部支撑基体44下面的焊锡孔54与内部布线36相连接。焊锡孔54设置在为了降低与下部支撑基体之间的应力而设置的缓冲部件52上。设有外部布线48的下部支撑基体44的表面为了防止腐蚀而被保护膜50所覆盖。

这里，图10中示出了光电变换装置200的上部的剖面图，详细地说明了半导体基板30上所设置的滤色片34与支撑基材42的构成。

半导体基板30上，形成有将红(R)、蓝(B)、绿(G)的波长区域作为透射区域的一般的滤色片34a、34b。例如，在用于CCD固体摄像元件的情况下，该滤色片34对应于像素具有多个矩形的形状或条纹(stripe)状的形状。

图11中示出了使用CCD固体摄像元件中的一般的滤色片的情况下的光电变换元件的灵敏度(感度，sensitivity)特性。横轴表示入射到滤片中的光的波长，纵轴表示各个波长中的灵敏度。图8中，通过曲线A表示使用了对红色(R)波长区域的滤色片的情况下的特性，通过曲线B表示使用了对绿色(G)波长区域的滤色片的情况下的特性，通过曲线C表示使用了对蓝色(B)波长区域的滤色片的情况下的特性。另外，通过曲线D表示对形成在硅基板上的光电变换元件(无滤色片)的各个波长的灵敏度的典型例子。

在滤色片34上形成平坦化膜38，并隔着粘合性的树脂层40，设置有上部支撑基体42。上部支撑基体42通过用树脂层42b粘合玻璃等有透射性的多个基体42a而构成。该树脂层42b通过含有吸收红外线的材料的材料构成。例如，通过将2价的铜离子金属络合物混合到环氧等中而成的材料构成。

这里，由硅所构成的光电变换元件，在700nm以上的红外线中也有灵敏度，一般的滤色片34除了各个波长区域(红、蓝、绿)之外，在红外区域中也表现出了较高的透射率，因此提供了一种在上部支撑基体42中设置混合有吸收红外线的材料的树脂层42b，防止红外线向光电变换元件入射的光电变换装置200。

上述技术记载在下述专利文献中。

【专利文献1】日本特许公报2005-332917号

但是，如图9所示，含有吸收红外线的树脂层的以前的光电变换装置中，该树脂层不但吸收红外线，还使得可见光区域中的光的透射率大幅减少，因此存在灵敏度降低这一问题。

发明内容

本发明立足于上述以往技术的问题，目的在于提供一种拦截(cut)红外线同时提高了灵敏度的光电变换装置。

本发明提供一种光电变换装置，具有形成有光电变换元件的半导体基板、设置在半导体基板上的滤色片、以及粘合在滤色片上的支撑基体，该支撑基体具有层叠了多个电介质层的反射红外线的干涉膜滤片。

通过本发明，能够实现一种拦截红外线同时提高了光的利用效率的光电变换装置。

另外，还能够实现一种通过设置具有接近人眼所具有的对亮度的灵敏度即可见度的透光率特性的滤色片，而具有接近人类可见度的灵敏度的光电变换装置。

附图说明

图1为表示本发明的实施方式中的光电变换装置的构成的剖面图。

图2为表示本发明的实施方式中的光电变换装置的上部的剖面图。

图3为表示本发明的实施方式中的光电变换装置的上部的剖面图。

图4为表示本发明的实施方式中的光电变换装置的制造工序的剖面图。

图5为表示本发明的实施方式中的光电变换装置的制造工序的剖面图。

图6为表示人类的可见度特性的图。

图7为表示本发明中的干涉膜滤片的透光率的波长依赖性的图。

图8为表示本发明中的滤色片的透光率的波长依赖性的图。

图9为表示以前的光电变换装置之构成的剖面图。

图10为表示以前的光电变换装置的上部的剖面图。

图11为表示CCD固体摄像元件中的一般的滤色片的透射率的图。

图中：1-光电变换装置，2-半导体基板，5-内部布线，6-第1保护膜，7-平坦化膜，8-滤色片，9-第2保护膜，10-树脂层，11a、b、c-干涉膜滤片，12a、b-玻璃基板，13-树脂层，17-开口部分，18-焊锡孔，19-半导体集成电路，21-支撑基板，22-绝缘膜，23-外部布线，24-钝化膜。

具体实施方式

下面对照附图对本发明的实施方式中的光电变换装置详细进行说明。图1为具有调整为人类的可见度的光学滤片且采用了CSP的本实施方式中的光电变换装置1的剖面图。

半导体基板2的表面上，形成有设置有光电变换元件等的半导体集成电路19。这里，光电变换元件例如可以使用在P型半导体基板2的表面上添加有N型杂质的PN结所构成的元件。或者，也可以是在P型基板上形成添加了N型杂质的N阱层，并在该N阱层内添加了P型杂质的PNP结所构成的光电变换元件，另外，还可以是PIN结所构成的光电变换元件。进而，还可以是N型半导体基板中添加有P型杂质的光电变换元件。即，本发明中的光电变换元件并不限于图1中所示的实施方式，只要半导体基板能够受光并将该光变换成电信号即可。半导体基板2上形成有内部布线5。内部布线5起到将在半导体基板2内被光电变换过的电子作为电信息取出的作用。这里，内部布线5仅仅示意出了一层构造，但本发明并不仅限于此。例如可以通过两层以上的多层布线构造形成。另外，内部布线5起到遮光膜的作用，能够防止光入射到半导体基板2中。进而，还可以在与内部布线5同一层中或其之上的层中另行设置遮光膜。遮光膜可以形成为包围后述的开口部分17。

在形成有内部布线5等的半导体基板2上，形成有硅氧化膜(SiO₂)或硅氮化膜(SiN)等第1保护膜6。第1保护膜6中，对应于半导体基板2的光电变换元件受光的区域，设有开口部分17。开口部分17也可以不设置，但通过设置开口部分17，能够降低第1保护膜6所引起的光的衰减。另外，还能够调整开口部分17中的第1保护膜6的膜厚，利用多重膜干涉效果，防止光的反射。通过这样，能够提高光的利用效率。

在层叠有第1保护膜6的半导体基板2上，形成丙烯或环氧等让可见光区域的光透过的树脂所构成的平坦化膜7。通过平坦化膜7使得内部布线5等所产生的半导体基板2上的凹凸平坦化。在平坦化膜7上形成具有被调整成了人类的可见度的光波长透过性的滤色片8。滤色片8既可以对应于开口部分17形成，又可以在光电变换装置1整个表面上形成。另外，通过在作为无机膜的第1绝缘膜6上设置作为有机膜的平坦化膜7，能够提高滤色片8的粘合性，防止滤色片8从半导体基板2上脱离。

进而，在滤色片8上，隔着由丙烯或环氧等树脂所构成的第2保护膜9，设置丙烯或环氧等具有对可见光区域的透射性的树脂所构成的树脂层10。通过在滤色片8与树脂层10之间设置第2保护膜9，能够确保滤色片8与树脂层10之间的边界，进而能够提高粘合性。

半导体基板2隔着树脂层10与支撑基体21接合。树脂层10最好由环氧树脂等具有对可见光区域的透射性的材料构成。

图2为本实施方式中的光电变换装置2的上部的放大剖面图。使用图2对支撑基体21进行详细说明。

支撑基体21中具有下述构造，即层叠有具有对可见光区域的透射性的玻璃基板12a、b以及反射红外线的干涉膜滤片11a、b、c的构造。具体地说，将两面形成有干涉膜滤片11a、b的玻璃基板12a与只有一面中形成有干涉膜滤片11c的玻璃基板12b，经树脂层13粘合起来。

干涉膜滤片11a、b、c是将多层的电介质薄膜通过电子线蒸镀法、离子辅助蒸镀法、离子镀敷成膜法等层叠而成的多层电介质膜。电介质最好使用Ti、Si等构成的金属氧化膜。入射到光电变换装置1中的光，通过多层电介质膜的多重干涉，能够反射红外区域的光，让红外区域以外的光透过。通过使用以多重干涉拦截红外线的干涉膜滤片11，与具有吸收红外线的树脂的以前的光电变换装置200相比，能够更加提高光的利用效率。进而，通过多层电介质膜所构成的干涉膜滤片11，能够只取出需要的光波长。也即提高了波长选择性。另外，本实施方式中层叠有多个干涉膜滤片11a、b、c，因此能够可靠地拦截红外线。

本实施方式中，树脂层10、13由透过可见光与红外线的材料构成，但也可以混合吸收红外线的材料。吸收红外线的材料例如可以使用2价的铜离子金属络合物等。

另外，本实施方式中，支撑基板21采用干涉膜滤片11a、b、c与玻璃基板12a、b的多层构造，但本发明并不仅限于此。例如，可以如图3所示，只由1个干涉膜滤片11a与1张玻璃基板12a构成。另外，也可以采用从树脂层10起顺次是玻璃基板12a、干涉膜滤片11b、树脂层13、玻璃基板12b的构成。也即，干涉膜滤片11与玻璃基板12的构成可以适当变更。

这里，人类大体上能够感觉到380～780的光，眼睛对光的灵敏度因光的波长而不同。在亮处人眼感觉555nm的光最亮，在暗处感觉507nm的光最亮。人类的可见度一般使用图6中所示的标准比可见度特性曲线来表示。横轴表示光的波长，纵轴表示相对发光强度。相对发光强度是指将感到最亮的光的亮度设为1时，对同样强度的光的波长的可见度的比。图6的实线所示的曲线，是亮处的标准比可见度特性曲线(亮适应比(順応比)可见度)，虚线所示的曲线，是暗处的标准比可见度特性曲线(暗适应比可见度)。

图7是表示干涉膜滤片11的透光率的波长依赖性的图。图7的虚线所示的曲线对应亮适应比可见度，直线A～C是构成电介质薄膜的硅或钛等的构成比或电介质薄膜的层叠数等不同的情况下的曲线。如图7所示，干涉膜滤片反射红外线区域的光，让可见光区域的光透过。

图8为表示滤色片8的透光率的波长依赖性的图。图8的虚线所示的曲线，对应亮适应比可见度，直线D～F是滤色片8的材料或材料的混合比等不同的情况下的曲线。通过调整滤色片8的材料的混合比等，能够得到具有与可见光区域中人类的亮适应比可见度曲线相同的透光性的滤色片8。该滤色片8并不仅仅透过可见光区域的光，还透过红外线。因此，通过将上述干涉膜滤片1 1组合起来，能够实现适于人类的可见度的光电变换装置1。也即，入射到了光电变换装置1中的外光，其红外线被设置在支撑基体21中的干涉膜滤片11所拦截，并且通过滤色片8能够只让符合人类的可见度的光透过。通过这样，能够实现被调整成了人类的可见度的光电变换装置1。

这里，图7、图8中示出了被调整成了亮适应比可见度曲线的干涉膜滤片11与滤色片8，但本实施方式的相关发明并不仅限于此。也即，还可以采用被调整成了暗适应比可见度曲线的干涉膜滤片11与滤色片8。通过这样，能够实现被调整成了暗处的人类可见度的光电变换装置。也即，通过调整干涉膜滤片11与滤色片8的透光率的波长依赖性，能够实现符合使用用途的各种各样的光电变换装置。

接下来，对本发明的实施方式中的光电变换装置1的制造方法进行说明。图4～图5是表示各个工序中的光电变换装置1的剖面构造的图。光电变换装置1在通过位置线(scribe line，スクラィブラィン)所区分的半导体基板的各个分区中，形成半导体集成电路19，最终沿着位置线断开，通过这样形成密封在芯片尺寸封装中的装置。

在半导体基板2的表面上形成由PN结等构成的半导体集成电路19。半导体基板2上，形成用来将PN结部受光并光电变换过的电信息取出到外部的内部布线5。进而，在内部布线5上形成绝缘膜6(图4(a))。绝缘膜6例如可以采用硅氧化膜。

在绝缘膜6中，对应于光电变换装置1受光的受光部，形成开口部分17。这里，对光电变换装置1形成1个矩形的开口部分17。在形成有开口部分17的绝缘膜6上，通过旋涂等形成丙烯树脂等对可见光透明的树脂所构成的平坦化膜7。在平坦化膜7上，将被调整成了可见度的具有波长选择性的滤色片8，形成在半导体基板2上。滤色片8通过旋涂等形成在半导体基板2的整个面上之后，使用光电蚀刻或蚀刻等加工成给定的形状。另外，通过在使得内部布线5等所产生的凹凸平坦化了的平坦化膜7上形成滤色片8，能够使得滤色片8的膜厚一定。在滤色片8上，通过旋涂等形成丙烯树脂等对可见光具有透光性的第2保护膜9，在第2保护膜9上形成通过环氧等构成的树脂层10。通过在滤色片8上隔着第2保护膜9形成树脂层10，提高了滤色片8与树脂层10之间的粘合性。在树脂层10上形成含有干涉膜滤片11的支撑基体21(图4(b))。

半导体基板2从没有形成支撑基体21的一侧，即半导体基板2的背面被蚀刻，形成岛状的半导体基板2使得内部布线5露出来(图4(c))。例如，在使用硅基板作为半导体基板2的情况下，能够通过采用氟化氢酸、醋酸等的混合溶液的化学蚀刻，来进行蚀刻。另外，在进行化学蚀刻之前，可以使用机械的研磨事先削薄半导体基板2的厚度。

进而，还可以形成绝缘膜22，将被蚀刻形成岛状的半导体基板2整个覆盖起来。这里，绝缘膜22形成为只将露出来的内部布线5的一部分覆盖起来。也即，按照使得内部布线5的一部分露出来的状态形成绝缘膜22.之后，在绝缘膜22的下部，形成与内部布线5相连接，用来将电信号取出到外部的外部布线23。外部布线23对应于内部布线5形成(图5(d))。内部布线5与外部布线23在前述的内部布线5露出来的部分中接触。

在外部布线23不与内部布线5接触的一端附近，形成成为光电变换装置1与外部元件之间的连接端的焊锡孔18。焊锡孔18能够通过对球状的焊锡材料进行加热使其回流(reflow)而形成。进而，在半导体基板2的背面中，按照将半导体晶片整个覆盖起来并使焊锡孔的一部分露出来的方式，形成钝化膜24。通过钝化膜24，能够防止半导体基板2或外部布线23等被物理的冲击损坏。钝化膜24形成之后，沿着位置线进行切断。通过使用切割锯等沿着位置线切断，形成采用了芯片尺寸封装的光电变换装置1(图5(e))。

如上所述，根据本实施方式，使用多层电介质膜所构成的干涉膜滤片11而不是吸收红外线的树脂，来反射红外线，能够将光的衰减抑制到最小限度，提高光的利用效率。另外，通过设置具有接近人类的可见度的透光率的滤色片8，能够提供一种被调整成了人类的可见度的光电变换装置1。

Claims

1.一种光电变换装置，具有：形成有光电变换元件的半导体基板；设置在上述半导体基板上的滤色片；以及粘合在上述滤色片上的支撑基体，

上述支撑基体具有层叠有多个电介质层的反射红外线的干涉膜滤片。

2.根据权利要求1所述的光电变换装置，其特征在于：

上述支撑基体通过吸收红外线的树脂与上述半导体基板粘合。

3.根据权利要求1所述的光电变换装置，其特征在于：

上述支撑基体层叠有多个上述干涉膜滤片。

4.根据权利要求1所述的光电变换装置，其特征在于：

上述滤色片具有被调整成了人类的可见度的波长区域透过性。