JP2009170469A - Solid-state imaging device and manufacturing method therefor - Google Patents
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本発明は、半導体装置に関し、特に、周辺回路部からの固体撮像素子の撮像領域への可視光の遮光を改善させた固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a solid-state imaging device that improves the shielding of visible light from a peripheral circuit portion to an imaging region of a solid-state imaging device, and a manufacturing method thereof.
一般に、CMOSイメージセンサー等の固体撮像素子は、光電変換素子が配列形成された画素領域と、周辺回路部と、外部リードのコンタクトパッドとを有している。画素領域は、撮像に用いられる有効画素領域の他、黒画像の基準となる黒基準画素領域を含み、画素領域の上方には配線層が設けられる。そして少なくとも黒基準画素上や周辺回路上には遮光層が形成されている。このような固体撮像素子を用いた固体撮像装置としては、セラミックパッケージに個体撮像素子を収容したものが知られている。 In general, a solid-state imaging device such as a CMOS image sensor has a pixel region in which photoelectric conversion elements are arranged, a peripheral circuit portion, and a contact pad for external leads. The pixel area includes a black reference pixel area that serves as a reference for a black image in addition to an effective pixel area used for imaging, and a wiring layer is provided above the pixel area. A light shielding layer is formed at least on the black reference pixel and the peripheral circuit. As a solid-state image pickup apparatus using such a solid-state image pickup element, an apparatus in which an individual image pickup element is accommodated in a ceramic package is known.
このような固体撮像装置では、セラミックパッケージ上は透明部材によって覆われる。近年、この透明部材を個々の固体撮像素子の上に載置して、透明部材を遮光性のある樹脂で封入する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。 In such a solid-state imaging device, the ceramic package is covered with a transparent member. In recent years, a method has been proposed in which the transparent member is placed on each solid-state imaging device and the transparent member is sealed with a light-shielding resin (for example, Patent Document 1).
図6は、特許文献1に記載の固体撮像装置101を示す断面図である。固体撮像装置101では、積層セラミックパッケージ102の凹部103内に固体撮像素子104が設置されている。固体撮像素子104は、受光部1041、マイクロレンズ1042およびカラーフィルタ1043を備えている。また、固体撮像素子104端部の電極パッド105とセラミックパッケージ102の内部リード線の入出力部106とが、ワイヤ107で接続され、固体撮像素子104上には、透明部材108が形成される。その後、透明部材108の端面と凹部103の端部との間に黒色樹脂109を充填することにより、固体撮像素子104への可視光が遮断される。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the solid-
また、撮像素子上に可視光を遮断する目的で、周辺回路部に光学機能層形成材料を用いて遮光層を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献2)。 For the purpose of blocking visible light on the image sensor, a method of forming a light shielding layer in the peripheral circuit portion using an optical functional layer forming material has been proposed (for example, Patent Document 2).
図7は、特許文献2に記載の固体撮像装置201を示す断面図である。固体撮像装置201では、撮像素子上にカラーフィルタ202M・202Cy・202Yやマイクロレンズ203等を形成するために使用する光学機能層形成材料を利用して、出力部にカラーフィルタ204を積層させ、その後、保護膜205で覆うことにより、撮像部への可視光を遮断している。
しかしながら、特許文献1に記載の固体撮像装置101では、電極パッド105が金属であるため、図6の矢印に示すように、透明部材108の中央寄りからマイクロレンズ1042の端部に入射するの可視光の受光部1041への入射を完全に抑制することはできない。
However, in the solid-
また、特許文献2に記載の固体撮像装置201では、遮光膜としてのカラーフィルタ204を各色の膜の重ね合わせにより形成すると、後から形成されるカラーフィルタ膜(204Cy、204Y)が均一に塗布されにくく、カラーフィルタ204の欠陥が生じやすいという問題がある。さらに、カラーフィルタ等の光学機能層は、アクリル樹脂等を使用する場合が多く、例えば、特許文献1に記載の固体撮像装置101で使用するセラミックパッケージ102内への樹脂充填工程で加えられる熱等により、組成変形を起こしやすく、また応力により欠陥を生ずる場合がある。
Further, in the solid-
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、可視光の画素領域への入射を完全に抑制できる固体撮像装置およびその製造方法を実現することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize a solid-state imaging device capable of completely suppressing the incidence of visible light into a pixel region and a manufacturing method thereof.
本発明に係る固体撮像装置は、上記課題を解決するために、撮像に用いられる有効画素領域と黒基準画素領域とから構成される画素領域と、前記有効画素領域の上方に形成されたマイクロレンズとを備える固体撮像素子と、前記マイクロレンズの上方に形成された透明部材と、前記固体撮像素子の周囲に形成された周辺回路部と、前記透明部材の端面および前記周辺回路部を覆うように形成された黒色樹脂とを備える固体撮像装置において、前記黒基準画素領域の上方に遮光層が設けられ、前記遮光層と前記透明部材との間に接着層が設けられ、前記接着層が遮光性を有することを特徴としている。 In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to the present invention has a pixel area composed of an effective pixel area and a black reference pixel area used for imaging, and a microlens formed above the effective pixel area. A solid-state imaging device comprising: a transparent member formed above the microlens; a peripheral circuit portion formed around the solid-state imaging device; and an end face of the transparent member and the peripheral circuit portion In a solid-state imaging device including the formed black resin, a light shielding layer is provided above the black reference pixel region, an adhesive layer is provided between the light shielding layer and the transparent member, and the adhesive layer is light-shielding. It is characterized by having.
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、上記課題を解決するために、基板上に光電変換素子を配列することにより、有効画素領域と黒基準画素領域とから構成される画素領域を形成する工程と、前記画素領域上に遮光層を含む金属配線層を形成する工程と、前記画素領域および前記金属配線層の周囲に周辺回路部を形成する工程と、前記金属配線層上にマイクロレンズを形成する工程と、前記遮光層上に接着層を形成する工程と、前記マイクロレンズを覆うように、前記接着層上に透明部材を載置する工程と、前記透明部材の端面および前記周辺回路部を覆うように黒色樹脂を形成する工程とを備え、前記遮光層は、前記黒基準画素領域の上方に位置し、前記接着層が遮光性を有することを特徴としている。 In addition, in order to solve the above-described problem, the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention arranges a photoelectric conversion element on a substrate, thereby obtaining a pixel area composed of an effective pixel area and a black reference pixel area. Forming a metal wiring layer including a light-shielding layer on the pixel region, forming a peripheral circuit portion around the pixel region and the metal wiring layer, and forming a micro on the metal wiring layer. A step of forming a lens, a step of forming an adhesive layer on the light shielding layer, a step of placing a transparent member on the adhesive layer so as to cover the microlens, an end surface of the transparent member, and the periphery Forming a black resin so as to cover the circuit portion, wherein the light shielding layer is located above the black reference pixel region, and the adhesive layer has a light shielding property.
上記の構成によれば、黒色樹脂が透明部材の端面および周辺回路部を覆うように形成されているので、周辺回路部から入射する可視光は画素領域に入射することがない。さらに、黒基準画素領域の上方に遮光層が設けられ、遮光層と透明部材との間に遮光性を有する接着層が設けられている。このように、黒基準画素領域の上方で、遮光層と接着層とが重なって設けられているので、透明部材の中央寄りからマイクロレンズの端部に入射する可視光(図6参照)も黒基準画素への入射することがない。 According to the above configuration, since the black resin is formed so as to cover the end face of the transparent member and the peripheral circuit portion, visible light incident from the peripheral circuit portion does not enter the pixel region. Further, a light shielding layer is provided above the black reference pixel region, and an adhesive layer having a light shielding property is provided between the light shielding layer and the transparent member. As described above, since the light shielding layer and the adhesive layer overlap with each other above the black reference pixel region, visible light (see FIG. 6) incident on the end of the microlens from the center of the transparent member is also black. There is no incidence on the reference pixel.
また、特許文献2に記載の構成のように、周辺回路部上に可視光を遮断する光学機能層形成材料を使用した遮光層を形成する必要がない。このため、カラーフィルタの欠陥、パッケージ形成時の樹脂充填工程で加えられる熱等に起因する応力により欠陥を生じることがない。したがって、可視光の画素領域への入射を完全に抑制できる固体撮像装置およびその製造方法を実現できるという効果を奏する。
Further, unlike the configuration described in
本発明に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法では、前記遮光層が金属で形成されていることが好ましい。 In the solid-state imaging device and the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention, it is preferable that the light shielding layer is made of metal.
上記の構成によれば、画素領域の上方に形成される金属配線層を利用して遮光層を形成することができる。 According to said structure, a light shielding layer can be formed using the metal wiring layer formed above a pixel area.
本発明に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法では、前記金属は、チタン、窒化チタン、アルミニウム、タンタル、タングステンおよび銅からなる群から選択される少なくとも1種であってもよい。 In the solid-state imaging device and the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention, the metal may be at least one selected from the group consisting of titanium, titanium nitride, aluminum, tantalum, tungsten, and copper.
本発明に係る固体撮像装置では、前記遮光層は、前記画素領域と前記マイクロレンズとの間に形成される金属配線層の少なくとも1層であることが好ましい。 In the solid-state imaging device according to the present invention, it is preferable that the light shielding layer is at least one metal wiring layer formed between the pixel region and the microlens.
本発明に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法では、前記接着層は、可視光を遮断する粒子を含んでいることが好ましい。 In the solid-state imaging device and the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention, it is preferable that the adhesive layer includes particles that block visible light.
上記の構成によれば、可視光を遮断する粒子により光の吸収率が向上する。 According to said structure, the light absorptivity improves with the particle | grains which interrupt | block visible light.
本発明に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法では、前記粒子は、黒色顔料、黒色染料またはカーボン粒子であることが好ましい。 In the solid-state imaging device and the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention, the particles are preferably black pigments, black dyes, or carbon particles.
本発明に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法では、前記黒色樹脂は、黒色染料またはカーボン粒子を含有していることが好ましい。 In the solid-state imaging device and the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention, the black resin preferably contains a black dye or carbon particles.
上記の構成によれば、黒色染料またはカーボン粒子を使用することにより、光の吸収率をさらに向上させることができる。 According to said structure, the light absorptivity can further be improved by using black dye or a carbon particle.
本発明に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法では、前記固体撮像素子の周辺領域の表面には、SixOy、SixNyまたはSixNyOz(x、y、zはいずれも自然数)を材料とする絶縁膜が形成されていることが好ましい。 In the solid-state imaging device and the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present invention, Si x O y , Si x N y or Si x N y O z (x, y, z) is formed on the surface of the peripheral region of the solid-state imaging device. In any case, it is preferable that an insulating film made of a natural number) is formed.
上記の構成によれば、SixOy、SixNyまたはSixNyOz(x、y、zはいずれも自然数)を材料とする絶縁膜は、一般的に固体撮像素子形成に使用される絶縁膜であるので、製造工程の複雑化を回避できる。 According to the above configuration, an insulating film made of Si x O y , Si x N y or Si x N y O z (where x, y, and z are natural numbers) is generally used for forming a solid-state imaging device. Since the insulating film is used, the manufacturing process can be prevented from becoming complicated.
本発明に係る固体撮像装置は、以上のように、前記黒基準画素領域の上方に遮光層が設けられ、前記遮光層と前記透明部材との間に接着層が設けられ、前記接着層が遮光性を有している。また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、以上のように、基板上に光電変換素子を配列することにより、有効画素領域と黒基準画素領域とから構成される画素領域を形成する工程と、前記画素領域上に遮光層を含む金属配線層を形成する工程と、前記画素領域および前記金属配線層の周囲に周辺回路部を形成する工程と、前記金属配線層上にマイクロレンズを形成する工程と、前記遮光層上に接着層を形成する工程と、前記マイクロレンズを覆うように、前記接着層上に透明部材を載置する工程と、前記透明部材の端面および前記周辺回路部を覆うように黒色樹脂を形成する工程とを備え、前記遮光層は、前記黒基準画素領域の上方に位置し、前記接着層が遮光性を有している。したがって、可視光の画素領域への入射を完全に抑制できる固体撮像装置およびその製造方法を実現できるという効果を奏する。 In the solid-state imaging device according to the present invention, as described above, a light shielding layer is provided above the black reference pixel region, an adhesive layer is provided between the light shielding layer and the transparent member, and the adhesive layer is shielded from light. It has sex. Also, in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, as described above, the step of forming a pixel region including an effective pixel region and a black reference pixel region by arranging photoelectric conversion elements on a substrate. Forming a metal wiring layer including a light shielding layer on the pixel area; forming a peripheral circuit portion around the pixel area and the metal wiring layer; and forming a microlens on the metal wiring layer A step of forming an adhesive layer on the light shielding layer, a step of placing a transparent member on the adhesive layer so as to cover the microlens, an end surface of the transparent member, and the peripheral circuit portion. Forming a black resin so as to cover, the light shielding layer is located above the black reference pixel region, and the adhesive layer has light shielding properties. Therefore, there is an effect that it is possible to realize a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof that can completely suppress the incidence of visible light on the pixel region.
本発明の一実施形態について図1ないし図5に基づいて説明すると以下の通りである。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1(a)は、本実施形態に係る固体撮像装置1を示す断面図であり、(b)は、固体撮像装置1の部分拡大図である。固体撮像装置1は、撮像領域部2および周辺回路部3を有している。撮像領域部2には、固体撮像素子4および透明蓋部5が設けられる。固体撮像素子4は、基板6上に画素領域7、カラーフィルタ8およびマイクロレンズ9を設けて構成される。
FIG. 1A is a cross-sectional view showing the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, and FIG. 1B is a partially enlarged view of the solid-state imaging device 1. The solid-state imaging device 1 has an
図1(b)に示すように、画素領域7は、有効画素領域7aと黒基準画素領域7bとから構成される光電変換素子を有している。マイクロレンズ9は、有効画素領域7aの上方に設けられ、カラーフィルタ8とマイクロレンズ9とで、光学機能層を形成している。透明蓋部5は、マイクロレンズ9を覆うように固定され、透明蓋部5の端面上には、黒色樹脂10が形成されている。
As shown in FIG. 1B, the
周辺回路部3では、基板6の端部に設けられるコンタクトパッド11が、ワイヤ12によって配線基板上の金属配線の入出力部13に接続されている。黒色樹脂10は、周辺回路部3の表面、コンタクトパッド11およびワイヤ12の全体をモールドしており、望ましくは、黒色染料またはカーボン粒子を含有している。
In the
一方、黒基準画素領域7bの上方には金属遮光層14が設けられている。金属遮光層14は、積層された金属配線層16の少なくとも1層を用いて形成され、下からチタン、窒化チタン、アルミニウム、窒化チタンを順に積層することにより構成されている。図1(b)では、金属遮光層14は、金属配線層16の最も上層に形成されている。
On the other hand, a metal
なお、金属遮光層14を形成する金属として、タンタル(Ta)、タングステン(W)および銅も使用できる。また、金属遮光層14の代わりに、金属以外の成分で構成される遮光層を設けてもよい。
In addition, tantalum (Ta), tungsten (W), and copper can also be used as a metal which forms the metal
さらに、金属遮光層14と透明蓋部5との間には、接着層15が設けられており、金属遮光層14の少なくとも一部が、接着層15と重なり合っている。接着層15は、可視光を遮断する粒子を含んでおり、遮光性を有している。当該粒子は、黒色顔料、黒色染料またはカーボン粒子であることが望ましい。
Further, an
このように、固体撮像装置1の黒基準画素領域7bの上方に設けられる金属遮光層14と、遮光性を有する接着層15とが重なることにより、透明蓋部5から、図6の矢印で示すような可視光が入射しても、当該可視光の画素領域7への入射を完全に抑制することができる。金属遮光層14と接着層15との重なり部分の長さxは、固体撮像装置1のサイズによって変化するが、例えば、x≧5μmである。
As described above, the metal light-
なお、周辺回路部3の表面は、SixOy、SixNy、SixNyOz(x、y、zはいずれも自然数)で表記される絶縁膜で覆われている。これらの絶縁膜は光を透過させるので、撮像素子に好適に使用できる。
The surface of the
以下、固体撮像装置1の製造工程について図2〜図5に基づいて説明する。 Hereinafter, the manufacturing process of the solid-state imaging device 1 will be described with reference to FIGS.
図2に示すように、基板6上に光電変換素子を配列することにより画素領域7を形成し、その上に金属配線層16を積層することにより、撮像領域部2を形成する。続いて、撮像領域部2の周囲に周辺回路部3を形成する。また、図1(a)に示すコンタクトパッド11を形成し、公知のワイヤーボンディング技術を用いて、ワイヤ12によって配線基板上の金属配線の入出力部13との接続を行う。
As shown in FIG. 2, the
撮像領域部2の外周部は、黒基準画素領域7bに設けられる光電変換素子を黒基準画素として機能させるため、金属配線層16の形成段階で、金属配線層16の少なくとも一層を用いて、金属遮光層14を形成する。
The outer peripheral portion of the
次に、図3に示すように、撮像領域部2上にカラーフィルタ8とマイクロレンズ9とからなる光学機能層を形成する。カラーフィルタ8は、各受光部上に夫々対応する赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)の三色の染色層である。マイクロレンズ9は、カラーフィルタ8の上に有機保護膜を用いて平坦化した後形成される。また、必要に応じて無機材料を用いた反射防止層が形成される。
Next, as shown in FIG. 3, an optical functional layer including a
次に、図4に示すように、撮像領域部2の外側で金属遮光層14と重なるように、黒色染料含有の接着層15を形成する。具体的には、アクリル系の紫外線硬化性樹脂及びエポキシ系の熱硬化性樹脂を主成分とし、ゼオライト等の透水性材料とカーボン粒子等の黒色染料を含混合した材料を、周辺回路部3の上面に均一に塗布した後、既知のフォトリソグラフィー技術を用いて接着層15を形成する。続いて、接着層15の上に透明蓋部5を載置し接着させる。
Next, as shown in FIG. 4, a black dye-containing
続いて、図5に示すように、公知のモールド樹脂金型封入技術を用いて、透明蓋部5の端面、コンタクトパッド11およびワイヤ12を含む基板6上を黒色樹脂10によって封入成型する。これにより、図1(a)に示すように、固体撮像装置1の黒基準画素領域7bの上方に金属遮光層14が設けられ、金属遮光層14と接着層15とが重なるように構成される。
Subsequently, as shown in FIG. 5, the end surface of the
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、可視光の遮光の改善が必要な固体撮像装置に好適に適用できる。 The present invention can be suitably applied to a solid-state imaging device that needs to improve the shielding of visible light.
1 固体撮像装置。 1 Solid-state imaging device.
4 固体撮像素子
5 透明蓋部(透明部材)
6 基板
7 画素領域
7a 有効画素領域
7b 黒基準画素領域
9 マイクロレンズ
10 黒色樹脂
14 金属遮光層(遮光層)
15 接着層
16 金属配線層
4 Solid-
6
15
Claims (15)
前記マイクロレンズの上方に形成された透明部材と、
前記固体撮像素子の周囲に形成された周辺回路部と、
前記透明部材の端面および前記周辺回路部を覆うように形成された黒色樹脂とを備える固体撮像装置において、
前記黒基準画素領域の上方に遮光層が設けられ、
前記遮光層と前記透明部材との間に接着層が設けられ、
前記接着層が遮光性を有することを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device comprising a pixel area composed of an effective pixel area and a black reference pixel area used for imaging, and a microlens formed above the effective pixel area;
A transparent member formed above the microlens;
A peripheral circuit portion formed around the solid-state image sensor;
In a solid-state imaging device comprising a black resin formed so as to cover an end face of the transparent member and the peripheral circuit portion,
A light shielding layer is provided above the black reference pixel region;
An adhesive layer is provided between the light shielding layer and the transparent member,
The solid-state imaging device, wherein the adhesive layer has a light shielding property.
前記画素領域上に遮光層を含む金属配線層を形成する工程と、
前記画素領域および前記金属配線層の周囲に周辺回路部を形成する工程と、
前記金属配線層上にマイクロレンズを形成する工程と、
前記遮光層上に接着層を形成する工程と、
前記マイクロレンズを覆うように、前記接着層上に透明部材を載置する工程と、
前記透明部材の端面および前記周辺回路部を覆うように黒色樹脂を形成する工程とを備え、
前記遮光層は、前記黒基準画素領域の上方に位置し、
前記接着層が遮光性を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 Forming a pixel region composed of an effective pixel region and a black reference pixel region by arranging photoelectric conversion elements on a substrate;
Forming a metal wiring layer including a light shielding layer on the pixel region;
Forming a peripheral circuit portion around the pixel region and the metal wiring layer;
Forming a microlens on the metal wiring layer;
Forming an adhesive layer on the light shielding layer;
Placing a transparent member on the adhesive layer so as to cover the microlens;
A step of forming a black resin so as to cover the end face of the transparent member and the peripheral circuit portion,
The light shielding layer is located above the black reference pixel region,
The method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the adhesive layer has a light shielding property.
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