JP2009070992A - 裏面照射型撮像装置及び裏面照射型撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＯＢ部を形成して且つ接着面の塵埃に起因する画像の傷故障を抑制し、更に接着剤の未充填を無くした信頼性の高い裏面照射型撮像装置及び裏面照射型撮像装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】
半導体基板３とサポート基板４とを接着する際、接着剤５の厚みＢがオプティカルブラック部の幅Ａに対して所定の厚みとなるようにサポート基板４を半導体基板３に接着する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体基板の表面側に固体撮像素子が形成され、前記半導体基板の裏面側より光を入射させる裏面照射型撮像装置及び裏面照射型撮像装置の製造方法に関する。

デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の光学装置に使用される固体撮像素子は、一般的に半導体基板の表面側に形成されたフォトダイオード等による受光部と、受光部で発生した電荷を転送する転送路、転送電極、及び配線等の電荷転送部とを備えている。受光部上方の開口部にはカラーフィルタ及びマイクロレンズが形成され、固体撮像素子への入射光はマイクロレンズ及びカラーフィルタを介して受光部に照射されて受光部で光電変換される。光電変換により受光部で発生した電荷は、電荷転送部を経由して外部に転送される。

このような固体撮像素子では、感度を向上させるため半導体基板の裏面側から入射する光を光電変換する裏面照射型固体撮像素子が提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。このような高感度の裏面照射型固体撮像素子が実装された裏面照射型固体撮像装置は大型の高感度特殊カメラや紫外線、赤外線センサーなどの特殊用途に主に従来用いられている。

図１に裏面照射型撮像装置の１例を示す。図１は裏面照射型固体撮像装置の断面図である。固体撮像装置１は、裏面照射型固体撮像素子であるフォトダイオード２が形成された半導体基板３に光が入射する面を保護するサポート基板４が接着剤５により接着されている。

半導体基板３は、表面側よりフォトダイオード２、転送電極６、転送路７、及び画素分離層８が形成され、転送電極６の上からパッシベーション膜９が成膜された後、裏面側をバックグラインドまたはエッチング等の方法により薄層化してから、裏面側に反射防止膜１０を形成して、表面側に形成されたフォトダイオード２、２、・・・にそれぞれ対応する位置へカラーフィルタ１１、１１、・・・、マイクロレンズ１２、１２、・・・、が形成されている。

サポート基板４には、フォトダイオード２の周縁部に設けられる、黒レベルを補正するための光学黒領域（オプティカルブラック部：ＯＢ部と称する）を形成するための遮光膜１３が形成され、入射光ＬがＯＢ部に入射しないようにフォトダイオード２上を塞いでいる。

このような構成の裏面照射型固体撮像装置では、従来小型化はあまり望まれていなかった。そのため、半導体基板３とサポート基板４を接着する接着剤５は充填性が重視され、その厚みｌは数十μｍの厚さとなっていた。よって、図２に示すように光が斜めに入射するような場合でも、フォトダイオード２へ光が入射しないＯＢ部を十分に形成することが可能であった。また、接着剤５上に塵埃Ｄが存在しても、十分に距離があるため、入射光Ｌを遮りフォトダイオード２に対して影を作るようなことがなく、接着剤５上の塵埃Ｄにより画像に傷故障を生じることは無かった。
特開２００５−２６８７３８号公報

しかし近年、感度アップが可能である裏面照射型固体撮像装置を民生用に使用するため、低コスト化が強く求められるようになり、裏面照射型固体撮像素子の小型化が望まれるようになった。素子を小型化することにより、図３に示す固体撮像装置２０のように遮光領域が狭くなるため、従来のように数十μｍの厚い接着剤５では斜めに入射する入射光Ｌの影響を無くすことが出来ず、遮光の効果が不十分となっていた。

このような斜めに入射する入射光Ｌの影響を無くすためには、図４に示す固体撮像装置３０のように、接着剤５の薄層化が考えられる。接着剤５の厚みｐを数μｍとすることで斜めに入射する入射光Ｌは遮光領域の奥まで届かず、十分なＯＢ部を形成することが可能となる。

しかし、接着剤５を薄層化することにより、斜めの入射光Ｌの問題は解決されるが、接着剤５上に存在する塵埃Ｄがフォトダイオード２上に影を作り、画像の傷故障を生む新たな問題が発生する。また、接着剤５を薄層化する方法としては半導体基板３またはサポート基板４へ接着剤５を塗布した後に接着する方法があるが、一方の面に薄層化した接着剤５を塗布して接着した場合、表面の凹凸構造などの影響により接着剤５が十分に充填されず、未充填領域１４が生じる問題も発生する。

本発明は、このような問題に対してなされたものであって、小型化された裏面照射型固体撮像装置であっても、ＯＢ部を形成して且つ接着面の塵埃に起因する画像の傷故障を抑制し、更に接着剤の未充填を無くした信頼性の高い裏面照射型撮像装置及び裏面照射型撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体基板の表面側に固体撮像素子が形成され、前記半導体基板の裏面側より前記固体撮像素子へ光を入射させる裏面照射型撮像装置において、前記半導体基板の裏面側には光透過性の接着剤により光透過性のサポート基板が接着されるとともに、前記固体撮像素子外周部の所定の領域に対し光が入射しないようにする遮光膜が前記サポート基板へ形成され、前記接着剤により形成される接着剤層の厚みが前記遮光膜により遮光される領域の幅に対して所定の厚みとなるように前記サポート基板が前記半導体基板に接着されていることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記接着剤の厚さは１μｍ以上、１０μｍ以下であって、前記遮光膜により前記固体撮像素子が遮光される領域の幅の０．０５倍以上、０．８倍以下であることを特徴としている。

更に、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記遮光膜はタングステンまたはアルミニウムから成る遮光性の金属膜により形成されることを特徴としている。

請求項１から請求項３の発明によれば、半導体基板に形成された固体撮像素子外周部の所定の領域には、半導体基板の裏面側に接着剤により接着されたサポート基板にタングステンまたはアルミニウムから成る遮光性の金属膜により形成される遮光膜によってＯＢ部が形成される。このとき、接着剤層の厚みは、１μｍ以上、１０μｍ以下であって、ＯＢ部が形成される領域の幅に対して０．０５倍以上、０．８倍以下の厚みとなるように調整されて接着剤が塗布されて半導体基板とサポート基板が接着される。

これにより、斜めに入射する入射光が遮光膜直下の固体撮像素子へ与える影響を抑え、ＯＢ部を確実に形成し、高感度の信頼性の高い裏面照射型撮像装置とすることが可能となる。

続いて、請求項４に記載の発明は、請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の発明において、前記サポート基板と前記半導体基板とを接着する際には、前記サポート基板と前記半導体基板とをＡＰＭ洗浄、ＩＰＡ洗浄、洗浄剤洗浄、または純水洗浄することを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の発明において、粒径０．１μｍから０．３μｍの塵埃の捕集効率が９９．９％以上のフィルタを使用して塵埃を除去した空気中であって、１立方フィート（０．０２８立方メートル）あたり粒径０．５μｍ以上の塵埃が５個以下、０．１μｍ以上０．５μｍ未満の塵埃が２０個以下のクリーン度を有する空気中で前記サポート基板と前記半導体基板との接着が行われたことを特徴としている。

更に、請求項６に記載の発明は、請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の発明において、濾過粒径が０．１μｍ以下のフィルタで濾過された、または濾過粒径が０．１μｍ以下のフィルタと濾過粒径が０．５μｍ以下のフィルタとで濾過された前記接着剤により前記サポート基板と前記半導体基板との接着が行われたことを特徴としている。

請求項４から請求項６の発明によれば、半導体基板とサポート基板が接着される際には、各種の洗浄方法により半導体基板とサポート基板が洗浄されて塵埃が除去されてから接着が行われる、または塵埃がフィルタにより除去された空気中で接着を行う、または接着剤中の塵埃がフィルタにより除去されてから接着が行われる。これにより、接着面の塵埃に起因する画像の傷故障を抑制し、高感度の信頼性の高い裏面照射型撮像装置とすることが可能となる。

続いて、請求項７に記載の発明は、請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の発明において、前記サポート基板と前記半導体基板とを接着する際には、前記サポート基板と前記半導体基板とのそれぞれの接着剤塗布面に前記接着剤を塗布して接着することを特徴としている。

請求項７の発明によれば、半導体基板とサポート基板が接着される際には、接着剤が半導体基板とサポート基板との両方の接着面に塗布されて接着が行われる。これにより、表面の凹凸構造などの影響により接着剤が十分に充填されずに未充填領域が生じることがなく、高感度の信頼性の高い裏面照射型撮像装置とすることが可能となる。

以上説明したように、本発明の裏面照射型撮像装置及び裏面照射型撮像装置の製造方法によれば、小型化された裏面照射型固体撮像装置であっても、ＯＢ部を形成して且つ接着面の塵埃に起因する画像の傷故障を抑制し、更に接着剤の未充填を無くした信頼性の高い裏面照射型撮像装置及び裏面照射型撮像装置の製造方法を提供することが可能となる。

以下添付図面に従って本発明に係る固体撮像素子の製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。

図５は本発明に係る裏面照射型撮像装置及び裏面照射型撮像装置の製造方法を示す断面図である。本発明に係わる裏面照射型撮像装置では、図５（ａ）に示すように、まず半導体基板３の表面側にフォトダイオード２、転送電極６、転送路７、画素分離層８等の各構成要素が従来周知の手法により形成され、転送電極６の上からパッシベーション膜９が成膜される。

パッシベーション膜９が成膜された後は、図５（ｂ）に示されるように、表面側へ保護板１５が接着され、裏面側をバックグラインドまたはエッチング等の方法により薄層化していく。

裏面側が薄層化された半導体基板３は、図５（ｃ）に示されるように、反転して装置に載置され、裏面側に反射防止膜１０を形成した後に、表面側に形成されたフォトダイオード２、２、・・・にそれぞれ対応する位置へカラーフィルタ１１、１１、・・・、マイクロレンズ１２、１２、・・・が形成される。

続いて、図５（ｄ）に示すように、マイクロレンズ１２、１２、・・・が形成された半導体基板３の裏面側は、接着剤５によりＯＢ部を形成するための遮光膜１３が形成されたサポート基板４が接着され、その後に半導体基板３の表面側より保護板１５が剥離される。

サポート基板４は、石英ガラスまたは無アルカリガラス等により形成された光透過性の板状部材である。サポート基板４の一方の面に形成された遮光膜１３は、タングステンまたはアルミニウムから成る遮光性の金属膜であって、フォトダイオード２、２、２・・・上の幅Ａの領域を覆い、フォトダイオード２、２、２・・・への入射光を遮った黒レベルを補正するためのＯＢ部を形成している。

半導体基板３とサポート基板４とを接着する際には、半導体基板３とサポート基板４とはＡＰＭ洗浄、ＩＰＡ洗浄、洗浄剤洗浄、または純水洗浄されてから接着が行われる。

また、接着剤５としては、光透過性の接着剤であるアクリル系またはエポキシ系等が使用され、接着を行う前に濾過粒径が０．１μｍ以下のフィルタで濾過する、または濾過粒径が０．１μｍ以下のフィルタと濾過粒径が０．５μｍ以下のフィルタとで濾過を行った接着剤５が使用される。

接着剤５の塗布と、半導体基板３とサポート基板４との張り合わせは、粒径０．１μｍから０．３μｍの塵埃の捕集効率が９９．９％以上のフィルタを使用して塵埃を除去した空気であって、１立方フィート（０．０２８立方メートル）あたり粒径０．５μｍ以上の塵埃が５個以下、０．１μｍ以上０．５μｍ未満の塵埃が２０個以下のクリーン度を有する空気中にて行われ、接着剤５は半導体基板３とサポート基板４との両方の面に塗布される。

接着剤５を塗布する厚みは、ＯＢ部の幅をＡ、半導体基板３とサポート基板４とを接着した後の接着剤５の厚みをＢとした場合、厚みＢは１μｍ以上、１０μｍ以下（好ましくは２μｍ以上、５μｍ以下）であって、ＯＢ部の幅Ａの０．０５倍以上、０．８倍以下（好ましくは０．１倍以上、０．６倍以下）となるように塗布される。

これらにより、接着剤５内の塵埃は除去され、半導体基板３とサポート基板４との接着時にも塵埃が混入することがなくなる。また、ＯＢ部の幅Ａに対して接着剤５の厚みＢが調整されるので、斜めの入射光に対する影響も低減する。

以上説明したように、裏面照射型撮像装置及び裏面照射型撮像装置の製造方法によれば、半導体基板とサポート基板との接着を行う接着剤内の塵埃は除去され、半導体基板とサポート基板との接着時にも塵埃が混入することがなく、接着面の塵埃に起因する画像の傷故障を抑制される。更に、遮光膜により形成されるＯＢ部の幅に応じて接着剤の厚みが調整されるので、斜めの入射光に対する影響を低減させるとともに、接着剤の未充填を発生させることが無い。これらにより、小型で高感度の信頼性の高い裏面照射型撮像装置及び裏面照射型撮像装置の製造方法を提供することが可能となる。

なお、本実施の形態では、半導体基板３とサポート基板４を接着する際には、半導体基板３とサポート基板４との洗浄、接着を行う空気中の塵埃の除去、接着剤内の塵埃の除去を行っているが、本発明では前記実施内容のうちいずれか１つ以上が実施されればよい。

従来の裏面照射型撮像装置の断面図。 従来の裏面照射型撮像装置の問題点を説明した断面図。 従来の接着剤層のまま小型化した裏面照射型撮像装置の問題点を説明した断面図。 小型化して接着剤層の厚みを変更した裏面照射型撮像装置の問題点を説明した断面図。 本実施の形態に係わる裏面照射型撮像装置及び裏面照射型撮像装置の製造方法を示した断面図。

符号の説明

１、２０、３０、４０…固体撮像装置，２…フォトダイオード（裏面照射型固体撮像素子），３…半導体基板，４…サポート基板，５…接着剤，６…転送電極，７…転送路，８…画素分離層，９…パッシベーション膜，１０…反射防止膜，１１…カラーフィルタ，１２…マイクロレンズ，１４…未充填領域，１５…保護板，Ａ…オプティカルブラック部幅，Ｂ…接着剤層厚み，Ｄ…塵埃，Ｌ…入射光

Claims (14)

1. 半導体基板の表面側に固体撮像素子が形成され、前記半導体基板の裏面側より前記固体撮像素子へ光を入射させる裏面照射型撮像装置において、
   前記半導体基板の裏面側には光透過性の接着剤により光透過性のサポート基板が接着されるとともに、前記固体撮像素子外周部の所定の領域に対し光が入射しないようにする遮光膜が前記サポート基板へ形成され、前記接着剤により形成される接着剤層の厚みが前記遮光膜により遮光される領域の幅に対して所定の厚みとなるように前記サポート基板が前記半導体基板に接着されていることを特徴とする裏面照射型撮像装置。
2. 前記接着剤の厚さは１μｍ以上、１０μｍ以下であって、前記遮光膜により前記固体撮像素子が遮光される領域の幅の０．０５倍以上、０．８倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の裏面照射型撮像装置。
3. 前記遮光膜はタングステンまたはアルミニウムから成る遮光性の金属膜により形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の裏面照射型撮像装置。
4. 前記サポート基板と前記半導体基板とを接着する際には、前記サポート基板と前記半導体基板とをＡＰＭ洗浄、ＩＰＡ洗浄、洗浄剤洗浄、または純水洗浄することを特徴とする請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の裏面照射型撮像装置。
5. 粒径０．１μｍから０．３μｍの塵埃の捕集効率が９９．９％以上のフィルタを使用して塵埃を除去した空気中であって、１立方フィート（０．０２８立方メートル）あたり粒径０．５μｍ以上の塵埃が５個以下、０．１μｍ以上０．５μｍ未満の塵埃が２０個以下のクリーン度を有する空気中で前記サポート基板と前記半導体基板との接着が行われたことを特徴とする請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の裏面照射型撮像装置。
6. 濾過粒径が０．１μｍ以下のフィルタで濾過された、または濾過粒径が０．１μｍ以下のフィルタと濾過粒径が０．５μｍ以下のフィルタとで濾過された前記接着剤により前記サポート基板と前記半導体基板との接着が行われたことを特徴とする請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の裏面照射型撮像装置。
7. 前記サポート基板と前記半導体基板とを接着する際には、前記サポート基板と前記半導体基板とのそれぞれの接着剤塗布面に前記接着剤を塗布して接着することを特徴とする請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の裏面照射型撮像装置。
8. 半導体基板の表面側に固体撮像素子が形成され、前記半導体基板の裏面側より光を入射させる裏面照射型撮像装置において、
   前記半導体基板の裏面側には光透過性の接着剤により光透過性のサポート基板を接着するとともに、前記固体撮像素子外周部の所定の領域に対し光が入射しないようにする遮光膜を前記サポート基板へ形成し、前記接着剤により形成される接着剤層の厚みが前記遮光膜により遮光される領域の幅に対して所定の厚みとなるように前記サポート基板を前記半導体基板に接着することを特徴とする裏面照射型撮像装置の製造方法。
9. 前記接着剤の厚さは１μｍ以上、１０μｍ以下であって、前記遮光膜により前記固体撮像素子が遮光される領域の幅の０．０５倍以上、０．８倍以下であることを特徴とする請求項８に記載の裏面照射型撮像装置の製造方法。
10. 前記遮光膜はタングステンまたはアルミニウムから成る遮光性の金属膜により形成されることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の裏面照射型撮像装置の製造方法。
11. 前記サポート基板と前記半導体基板とを接着する際には、前記サポート基板と前記半導体基板とをＡＰＭ洗浄、ＩＰＡ洗浄、洗浄剤洗浄、または純水洗浄することを特徴とする請求項８、９、または１０のいずれか１項に記載の裏面照射型撮像装置の製造方法。
12. 粒径０．１μｍから０．３μｍの塵埃の捕集効率が９９．９％以上のフィルタを使用して塵埃を除去した空気中であって、１立方フィート（０．０２８立方メートル）あたり粒径０．５μｍ以上の塵埃が５個以下、０．１μｍ以上０．５μｍ未満の塵埃が２０個以下のクリーン度を有する空気中で前記サポート基板と前記半導体基板との接着が行われたことを特徴とする請求項８、９、または１０のいずれか１項に記載の裏面照射型撮像装置の製造方法。
13. 濾過粒径が０．１μｍ以下のフィルタで濾過された、または濾過粒径が０．１μｍ以下のフィルタと濾過粒径が０．５μｍ以下のフィルタとで濾過された前記接着剤により前記サポート基板と前記半導体基板との接着が行われたことを特徴とする請求項８、９、または１０のいずれか１項に記載の裏面照射型撮像装置の製造方法。
14. 前記サポート基板と前記半導体基板とを接着する際には、前記サポート基板と前記半導体基板とのそれぞれの接着剤塗布面に前記接着剤を塗布して接着することを特徴とする請求項８、９、または１０のいずれか１項に記載の裏面照射型撮像装置の製造方法。

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