JP2014110264A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光透過部材を介し複数の受光素子の基板に向かい入射した光線の一部が光透過部材の内表面と基板の表面との間の空間で乱反射するのを阻止して複数の受光素子及び制御素子の動作が不安定になるのを阻止することが出来、更に構造が簡素で製造コストが安く、しかも全体の厚さを薄くすることが出来る、固体撮像装置を提供することである。
【解決手段】固体撮像装置８は：制御素子１０ａを伴う複数の受光素子１０ｂが表面上に配列されている基板１０ｃ；基板の表面上で制御素子を伴う複数の受光素子の周りに設けられた所定高さの支持体１２に支持され、制御素子を伴う複数の受光素子を覆う光透過部材１４；光透過部材の内表面に設けられ複数の受光素子に対向した開口１６ａを有した遮光部材１６、を備え、支持体及び遮光部材の内表面の中の少なくとも前記内表面が光反射阻止処理されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、固体撮像素子をパッケージ化した固体撮像装置に関係している。

特開２００７−５３１５３（特許文献１）から知られている固体撮像素子は、基板の表面上に配列された複数の受光素子を含み、基板の表面には複数の受光素子の各々に対向した１つの開口を有した遮光膜が設けられている。複数の受光素子は制御素子を伴っている。

特開２００８−１１７９１８（特許文献２）から知られていている固体撮像装置は、前述した如き従来の固体撮像素子の基板の表面上において制御素子を伴う複数の受光素子の周りに設けられた所定の高さを有する支持体に支持され、制御素子を伴う複数の受光素子を覆う光透過部材の一種であるカバーガラスを含む。

特開２０１０−４５２８０（特許文献３）は、基板上にＵＶセンサと内部回路とが設けられているＵＶセンサチップを開示している。内部回路は遮光幕により覆われている。遮光幕は、基板の表面から上方に向かう方向において相互に離間にした複数の位置で基板の表面に対し夫々が略平行に配置されている複数の遮光用メタルを含む。複数の遮光用メタルの夫々におけるＵＶセンサへの光入射用開口の寸法は、基板の表面から最も離れた遮光用メタルから基板の表面に順次接近する遮光用メタルにおいて順次拡大されている。即ち、複数の遮光用メタルの複数の光入射用開口の内周縁は、複数の遮光用メタルにおいて基板の表面に接近するにつれてセットバックされている。

特開２００７−５３１５３号公報 特開２００８−１１７９１８号公報 特開２０１０−４５２８０号公報

特開２００８−１１７９１８（特許文献２）に記載されている如き従来の固体撮像装置においては、カバーガラスを介し基板の表面に入射した光線の一部は前記遮光幕の前記開口に対応する前記複数の受光素子の表面又は基板の表面において前記複数の受光素子を取り囲む部分（即ち、遮光膜）に反射されて、基板の表面に対向しているカバーガラスの内表面又は支持体の内側面に向かう。前述した光線の輝度が大きい間にカバーガラスの内表面又は支持体の内側面で再反射された前記光線の一部が前記開口に対応している前記複数の受光素子に向かった場合及び前記遮光膜の前記複数の開口の縁の隙間を介して制御素子に向かった場合、このように再反射された前記輝度が大きい光線の一部が入射された前記複数の受光素子及び制御素子の動作は不安定になることがある。

特開２０１０−４５２８０（特許文献３）に記載されている複数の遮光用メタルのセットバックされている複数の光入射用開口は、基板の表面から最も離れた遮光用メタル基板の光入射用開口を介しＵＶセンサに向かい斜めに入射しＵＶセンサの表面又は基板の表面においてＵＶセンサを取り囲む部分に反射された光線の一部がＵＶセンサ及び内部回路に向かい再反射することを阻止している。

とはいうものの、特開２０１０−４５２８０（特許文献３）のこのような乱反射阻止構造は、複雑であり、製造コストが高い。しかも、基板の表面のＵＶセンサから基板の表面から最も離れた遮光用メタル基板までの距離が大きいので、このような乱反射阻止構造を備えているＵＶセンサチップの全体の厚さは大きい。

この発明は上記事情の下でなされ、この発明の目的は、カバーガラスの如き光透過部材を介し固体撮像装置の内部の複数の受光素子が設けられている基板に向かい入射した光線の一部が光透過部材の内表面と基板の表面との間の空間で乱反射することを阻止すること、更には斜方向より受光素子に入射する光を阻止すること、により複数の受光素子及び制御素子の動作が不安定になることを阻止することが出来るのはもちろんのこと、構造が簡素で製造コストが安く、しかも全体の厚さを薄くすることが出来る、固体撮像装置を提供することである。

この発明の目的を達成する為に、この発明に従った固体撮像装置は：制御素子を伴う複数の受光素子が表面上に配列されている基板と；基板の表面上において制御素子を伴う複数の受光素子の周りに設けられた所定の高さを有する支持体に支持されていて前記制御素子を伴う前記複数の受光素子を覆う光透過部材と；そして、前記光透過部材の内表面に設けられ前記複数の受光素子に対向した開口を有した遮光部材と、を備えていて、前記支持体及び前記遮光部材の内表面の中の少なくとも前記内表面が、光反射阻止処理されている、ことを特徴としている。

前記基板の前記表面に対向している、前記光透過部材の前記内表面上の前記遮光部材の少なくとも前記内表面が光反射阻止処理されていることにより、前記光透過部材の前記内表面上の前記遮光部材の前記開口を介し対応する複数の受光素子に向かい入射した光線の一部が前記遮光部材の内表面と基板の表面との間の空間で乱反射することを阻止することにより複数の受光素子及び制御素子の動作が不安定になることを阻止することが出来るのはもちろんのこと、構造が簡素で製造コストが安く、しかも固体撮像装置の全体の厚さを薄くすることが出来る。

図１の（Ａ）は、この発明の一実施形態に従っている固体撮像装置の概略的な縦断面図であり；そして、（Ｂ）は、（Ａ）の固体撮像装置の光透過部材及び遮光部材の一部の拡大された縦断面図である。 図２は、図１の（Ａ）の固体撮像装置の概略的な平面図である。 図３は、この発明の一実施形態の光反射阻止処理が行われている２つの厚さの樹脂状材料及び光反射阻止処理されていない従来の２つの厚さの２種類の樹脂材料における光の波長の変化に伴う透過率の変化を示す図である。 図４は、この発明の一実施形態の光反射阻止処理が行われている２つの厚さの樹脂状材料がカバーガラスにおいて光源側の表面と光源とは反対側の表面とに設けられた場合における、カバーガラスの光反射阻止処理が行なわれていない側から光が入射した時と光反射阻止処理が行われている側から光が入射した時との入射光の波長の変化に伴う反射率の変化を示す図である。

この発明の一実施形態に従っている固体撮像装置８は、図１の（Ａ）及び図２中に概略的に示されている如く、公知の技術により例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の如き制御素子１０ａを伴う複数の受光素子１０ｂが表面上の所定の位置に配列されている例えばセラミックまたはシリコンの如き不導体材料の基板１０ｃを備えている。制御素子１０ａ及び複数の受光素子１０ｂは、基板１０ｃを上記表面から裏面まで貫通した複数の貫通孔及び／又は基板１０ｃの側面に形成されている図示されていない複数の配線により上記裏面の複数の接点１０ｄに電気的に接続されている。このような制御素子１０ａを伴う複数の受光素子１０ｂが表面上に配列されているとともに裏面に複数の接点１０ｄが配置されている基板１０ｃは、固体撮像素子として公知である。

固体撮像装置８はまた、基板１０ｃの表面上において制御素子１０ａを伴う複数の受光素子１０ｂの周囲に設けられた所定の高さを有する支持体１２を備えている。この実施形態に於いて、支持体１２は前記表面上で制御素子１０ａを伴う複数の受光素子１０ｂを完全に取り囲むよう配置された接着性を有する樹脂状材料、例えば接着剤又は感光性樹脂、であり、前記表面上の所望の位置に公知の印刷技術を使用して所定の高さに形成されている。支持体１２は、少なくとも光反射阻止処理の為に光反射阻止特性を有している有機顔料，染料，及び無機顔料の少なくとも１つを含む黒色樹脂とすることが出来る。ここで光反射阻止処理の光学濃度（ＯＤ値）は２以上で５未満（即ち、光減衰率１／１００以下で１／１００，０００以上であり、光透過率１％以下で０．００１％以上）である。この実施形態の支持体１２は、光反射阻止特性に加えて光透過阻止特性を有している。

固体撮像装置８はさらに、基板１０ｃの表面上の制御素子１０ａを伴う複数の受光素子１０ｂを覆うよう支持体１２により支持された、光透過部材１４を備えている。この実施形態において光透過部材１４は、この技術分野においていわゆるカバーガラスと呼ばれているものである。

固体撮像装置８の光透過部材１４において基板１０ｃの前記表面を向いている内表面には、前記複数の受光素子１０ｂに対向した開口１６ａを有した遮光部材１６が設けられている。遮光部材１６は、この技術分野においていわゆるブラックマスクと呼ばれている。

遮光部材１６においては、基板１０ｃの前記表面を向いている内表面の全体に光反射阻止処理が施されている。この光反射阻止処理の光学濃度（ＯＤ値）も２以上で５未満である。光反射阻止処理は、例えばフォトリソグラフィーなどの従来の印刷技術を使用して光反射阻止特性を有している有機顔料，無機顔料，そして染料の少なくとも１つ又は複数の組み合わせを適用することにより行うことが出来るし、或いは、光反射阻止特性を有している金属膜を適用することにより行うことが出来る。このような金属膜の適用には、例えば蒸着技術を使用することが出来る。

図１の（Ｂ）には、光透過部材１４において基板１０ｃの前記表面を向いている内表面の全体に複数層の金属膜が蒸着されることにより光反射阻止処理が行われた遮光部材１６が形成された例が概略的に示されている。ここで複数層の金属膜は、光透過部材１４の前記内表面に蒸着された酸化クロム金属膜ＣｒＯ，この酸化クロム金属膜ＣｒＯ上にさらに蒸着されたクロム金属膜Ｃｒ，このクロム金属膜Ｃｒ上にさらに蒸着された酸化クロム金属膜ＣｒＯを含む。酸化クロム金属膜ＣｒＯは光反射阻止特性に優れ、クロム金属膜Ｃｒは遮光特性に優れている。また、酸化クロム金属膜ＣｒＯは、クロム金属膜Ｃｒに比べ、前記カバーガラスの光透過部材１４の前記内表面に対する密着性に優れ、クロム金属膜Ｃｒの密着性も優れている。即ち、この例においては、クロム金属膜Ｃｒが遮光部材１６を提供し、このクロム金属膜Ｃｒにおける光透過部材１４とは反対側の内表面上にさらに蒸着された酸化クロム金属膜ＣｒＯが光反射阻止処理を提供している。

更には、前記光反射阻止処理は、光透過部材１４の前記内表面に遮光部材１６を提供する前述した如き遮光特性を有している金属膜の前記内表面上に、前述した如き光反射阻止特性を有している有機顔料，無機顔料，そして染料の少なくとも１つ又は複数の組み合わせを積層することにより行うことが出来る。この場合、遮光特性を有している金属膜に積層される光反射阻止特性を有している有機顔料，無機顔料，そして染料の少なくとも１つは、前記金属膜に対する密着性が良好な材料が選択されることは当然である。

この実施形態においては、所定の高さを有する接着性を有する樹脂材料の支持体１２は接着剤又は感光性樹脂なので、基板１０ｃの表面に対しこの表面から前記所定の高さに前記光反射阻止処理が施されている光透過部材１４の内表面を固定している。即ち、所定の高さを有する接着性を有する樹脂材料の支持体１２の接着剤又は感光性樹脂は、前述した如く、少なくとも光反射阻止特性を有している、さらに好ましくは、光透過阻止特性を有している、有機顔料，染料，及び無機顔料の少なくとも１つ又は複数の組み合わせを含んでいても、高い寸法精度を確保できるとともに、基板１０ｃの表面及び光透過部材１４の内表面の前記光反射阻止処理に対し強固な接着性を発揮することが出来る接着性を有する黒色の樹脂材料が選択される。

図１及び図２を参照しながら前述した如く構成されている固体撮像装置８は、光透過部材１４の所定の表面（前記内表面）に、基板１０ｃの所定の表面の所定の位置に予め設けられている複数の受光素子１０ｂに対応する所定の寸法の開口１６ａを有した遮光部材１６が前述した如くして設けられた後に、光透過部材１４とは反対側の遮光部材１６の内表面に前述した如くして光反射阻止処理が行われ、さらにこの光反射阻止処理の上に、基板１０ｃの所定の表面の所定の位置に予め設けられている制御素子１０ａ及び複数の受光素子１０ｂの周囲の所定の位置を完全に取り囲むよう前述した如く支持部材１２が設けられる。この後、このように遮光部材１６，光反射阻止処理，そして支持部材１２が前記所定の表面（前記内表面）に積層されている光透過部材１４に対し、基板１０ｃの所定の表面の所定の位置に予め設けられている制御素子１０ａ及び複数の受光素子１０ｂの周囲の所定の位置が、光透過部材１４側の支持部材１２に載置される。この際には、基板１０ｃの所定の表面の所定の位置に予め設けられている複数の受光素子１０ｂは光透過部材１４側の遮光部材１６の開口１６ａに正確に対応され、また基板１０ｃの所定の表面の所定の位置に予め設けられている複数の受光素子１０ｂの為の制御素子１０ａは光透過部材１４側の遮光部材１６の遮光部の所定の位置に覆われる。支持部材１２は、基板１０ｃの前記所定の表面において前記所定の位置に設けられている制御素子１０ａ及び複数の受光素子１０ｂの周囲の前記所定の位置を、光透過部材１４の前記所定の表面（前記内表面）上に、前記光反射阻止処理及び遮光部材１６を介し、固定する。支持部材１２は前記所定の高さを維持し、基板１０ｃの所定の表面と光透過部材１４の前記所定の表面（前記内表面）との間に所定の高さの空間を設定する。

図１及び図２を参照しながら前述した如く構成されている固体撮像装置８では、光透過部材１４の外側から遮光部材１６の遮光部に向かい入射した光線Ｌ１は遮光部材１６の遮光部に遮光されて、前記空間内に入射しない。

光透過部材１４の外側から遮光部材１６の開口１６ａに向かい基板１０ｃの前記表面に対し実質的に直角に入射した、即ち遮光部材１６の開口１６ａに対応している基板１０ｃの前記表面上の前記所定の位置の複数の受光素子１０ｂに対し実質的に直角に入射した、光線Ｌ２は、遮光部材１６の開口１６ａに対応している基板１０ｃの前記表面上の前記所定の位置の複数の受光素子１０ｂに入射する。

光透過部材１４の外側から遮光部材１６の開口１６ａに向かい基板１０ｃの前記表面に対し斜めに入射した、即ち遮光部材１６の開口１６ａに対応している基板１０ｃの前記表面上の前記所定の位置の複数の受光素子１０ｂに対し又は複数の受光素子１６ｂを取り囲む部分に対し、斜めに入射し、複数の受光素子１０ｂ又は基板１０ｃの前記表面において複数の受光素子１６ｂを取り囲む部分に反射され支持体１２の内側面に向かう光線Ｌ３は、支持体１２の前述した光反射阻止処理によりさらなる反射が阻止される。この結果、この斜めに入射した光線Ｌ３が、基板１０ｃの前記表面と光透過部材１４の前記内表面との間の空間でこれ以上乱反射されることがなく、当然、この斜めに入射した光線Ｌ３が、基板１０ｃの前記表面上の複数の受光素子１０ｂ及び制御素子１０ａに入射することがなく、受光素子１０ｂ及び制御素子１０ａの動作が不安定になることを阻止することが出来る。

光透過部材１４の外側から遮光部材１６の開口１６ａに向かい基板１０ｃの前記表面に対し斜めに入射した、即ち遮光部材１６の開口１６ａに対応している基板１０ｃの前記表面上の前記所定の位置の複数の受光素子１０ｂに対し又は複数の受光素子１６ｂを取り囲む部分に対し、斜めに入射し、複数の受光素子１０ｂ又は基板１０ｃの前記表面において複数の受光素子１０ｂを取り囲む部分に反射され遮光部材１６の遮光部分に向かう光線Ｌ４は、遮光部材１６の遮光部分の前記内表面上に設けられている前述した光反射阻止処理によりさらなる反射が阻止される。この結果、この斜めに入射した光線Ｌ４が、基板１０ｃの前記表面と光透過部材１４の前記内表面との間の空間でこれ以上乱反射されることがなく、当然、この斜めに入射した光線Ｌ４が、基板１０ｃの前記表面上の複数の受光素子１０ｂ及び制御素子１０ａに入射することがなく、受光素子１０ｂ及び制御素子１０ａの動作が不安定になることを阻止することが出来る。

この実施の形態において、内表面に前述した如く光反射阻止処理を施された遮光部材１６が内表面に設けられている光透過部材１４を、基板１０ｃの前記表面に固定しているのは、前述した如く所定の高さを有する接着性を有する樹脂材料、例えば接着剤又は感光性樹脂、の支持体１２であり、前記表面上の所望の位置に公知の印刷技術を使用して所定の高さに形成することが出来るので、構造が簡素で製造コストが安く、しかも固体撮像装置８の全体の厚さを薄くすることが出来る。

前述した如く、光透過部材１４の前記内表面上の遮光部材１６の前記内表面上に積層される光反射阻止特性を有した材料及び光透過部材１４を基板１０ｃの前記表面に固定する支持体１２の為の光反射阻止特性を有した材料は、例えばカラーフィルター基板の樹脂製ブラックマトリクスに使用されている黒色樹脂を使用することが出来、このような黒色樹脂としては、例えばカーボンブラック，酸化チタン，酸窒化チタン，四酸化鉄などの顔料や金属酸化膜や黒色顔料を透明な樹脂中に光開始剤及び重合性モノマーと共に適当な溶剤に分散させたものが使用可能である。

図３には、この発明の一実施形態の光反射阻止特性を有している有機顔料，無機顔料，そして染料の少なくとも１つを使用して光反射阻止処理が行われている樹脂状材料を５０μ及び１００μの厚さにしたＴＮＰ５０μとＴＮＰ１００μ及び光反射阻止処理されていない従来の４０μ及び５０μの２つの厚さの２種類の樹脂材料の従来例Ａ４０μ及び従来例Ｂ５０μにおける光の波長の変化に伴う透過率の変化が示されている。

ここにおいては、ＴＮＰ５０μとＴＮＰ１００μの夫々は図３に示されている光の波長の変化の範囲で光の透過率は略０％であり、従来例Ａ４０μ及び従来例Ｂ５０μの夫々は図３に示されている光の波長の変化の範囲で光の透過率は波長が短い範囲では比較的低いが、波長が長くなると光の透過率が増大することがわかる。

図４には、この発明の一実施形態の光反射阻止特性を有している有機顔料，無機顔料，そして染料の少なくとも１つを使用して光反射阻止処理が行われている樹脂状材料を５０μ及び１００μの厚さにしてカバーガラスにおいて光源側の表面に設けたＲ５０とＲ１００及び上述した如く光反射阻止処理が行われている樹脂状材料を５０μ及び１００μの厚さにしてカバーガラスにおいて光源とは反対側の表面に設けたＧ５０とＧ１００に対し、カバーガラスの光反射阻止処理が行なわれていない側から光が入射した時と光反射阻止処理が行われている側から光が入射した時との入射光の波長の変化に伴う反射率の変化が示されている。

ここにおいては、Ｇ５０とＧ１００の夫々は図４に示されている光の波長の変化の範囲で光の反射率は略０％であり、Ｒ５０及びＲ１００の夫々は図４に示されている光の波長の変化の範囲で光の反射利率は波長が短い範囲では比較的高く、波長が長くなると光の反射率が低くなることがわかる。

８…固体撮像装置、１０ａ…制御素子、１０ｂ…受光素子、１０ｃ…基板、１０ｄ…接点、１２…支持体、１４…光透過部材、１６…遮光部材、１６ａ…開口、ＣｒＯ…酸化クロム（光反射阻止処理）、Ｃｒ…クロム。

Claims (5)

1. 制御素子を伴う複数の受光素子が表面上に配列されている基板と；
   基板の表面上において制御素子を伴う複数の受光素子の周囲に設けられた所定の高さを有する支持体に支持されていて前記制御素子を伴う前記複数の受光素子を覆う光透過部材と；そして、
   前記光透過部材の内表面に設けられ前記複数の受光素子に対向した開口を有した遮光部材と、
   を備えていて、
   前記支持体及び前記遮光部材の前記内表面の中の少なくとも前記内表面が、光反射阻止処理されている、ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記遮光部材の前記内表面の前記光反射阻止処理は、光反射阻止特性を有している金属膜を使用して行われている、ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記支持体及び前記遮光部材の前記内表面の両方に前記光反射阻止処理が行われていて、前記光反射阻止処理は、光反射阻止特性を有している有機顔料，無機顔料，そして染料の少なくとも１つを使用して行われている、ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記支持体及び前記遮光部材の前記内表面の両方に前記光反射阻止処理が行われていて、前記遮光部材の前記内表面の前記光反射阻止処理は光反射阻止特性を有している金属膜を使用して行われ、前記支持体の前記光反射阻止処理は光反射阻止特性を有している有機顔料，無機顔料，そして染料の少なくとも１つを使用して行われている、ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
5. 前記光反射阻止処理のＯＤ値が２以上で５未満である、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の固体撮像装置。

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