JP2015060931A - 光検出装置およびセンサパッケージ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フォトダイオード14Rおよびフォトダイオード14Bが互いに間隔を空けて形成された半導体基板10と、半導体基板10上に形成され、フォトダイオード14Rを覆うように配置された赤フィルタ19R、およびフォトダイオード14Bを覆うように配置された青フィルタ19Bを含むカラーフィルタ11とを含む、カラーセンサチップ3において、カラーフィルタ11に、フォトダイオード14Rとフォトダイオード14Bとの間のn型境界領域17上において、赤フィルタ19Rおよび青フィルタ19Bの周縁部21R,21B同士の重なりによってフィルタ積層構造22を形成する。
【選択図】図3
Description
この入射した光成分が当該他方のフォトダイオードで検出してもよい波長域のものであれば問題とならないが、異なった波長域の成分である場合には、当該他方のフォトダイオードにとってノイズ成分となってしまう。
本発明の目的は、隣り合う受光部の間隔の自由度を高めることができ、受光領域全体を小さくできる光検出装置およびそれを備えるセンサパッケージを提供することである。
この構成によれば、第1受光部から、第2波長域の光成分が透過不可能な領域の周縁までの距離を、境界領域の中央を越える量で得ることができる。その逆も同じで、第2受光部から、第1波長域の光成分が透過不可能な領域の周縁までの距離を、境界領域の中央を越える量で得ることができる。これにより、第1受光部および第2受光部のそれぞれに関して、入射角が比較的小さいノイズ成分をも良好にカットすることができる。
この構成によれば、ノイズ成分がフィルタ積層構造の側方を通過して第1受光部および第2受光部へ向かっても、そのノイズ成分を、金属層とフィルタ積層構造との間で繰り返し反射させることによって減衰させることができる。そのため、当該ノイズ成分が第1受光部および第2受光部で検出されても、検出精度への影響が少なくて済む。
この構成によれば、ノイズ成分が第1受光部および第2受光部に直接入射することを確実の防止することができる。つまり、当該ノイズ成分を、金属層−フィルタ積層構造間で確実に反射させることができる。
この構成によれば、少なくとも光学フィルタで覆われた領域においては、パッシベーション膜の表面を平坦にできるので、パッシベーション膜上の光学フィルタの特性への悪影響を軽減することができる。
この構成によれば、光学フィルタで覆われた領域よりも外方の領域ではパッシベーション膜が平坦でなくてもよいので、この領域を配線の形成のためのスペースとして有効に利用することができる。
この構成によれば、層間絶縁膜上にアルミニウム配線を形成する場合に、当該アルミニウム配線と同じ工程で金属層を形成することができる。
請求項8に記載の発明は、前記金属層の下方において前記半導体基板の表面部に形成されたpn接合部をさらに含む、請求項3〜7のいずれか一項に記載の光検出装置である。
請求項9に記載の発明は、前記フィルタ積層構造と前記境界領域との間において前記半導体基板の表面部に形成されたpn接合部をさらに含む、請求項1または2に記載の光検出装置である。
請求項10に記載の発明は、前記フィルタ積層構造は、前記第1フィルタおよび前記第2フィルタが複数回重なり合うことによって形成されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の光検出装置である。
請求項11に記載の発明は、前記光学フィルタは、カラーフィルタを含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の光検出装置である。
この構成によれば、ノイズ成分に起因する混色を抑制することができる。
この構成によれば、境界領域の幅が5μm〜25μmである小型な光検出装置を提供することができる。
請求項13に記載の発明は、請求項1〜12のいずれか一項に記載の光検出装置を備える、センサパッケージである。
図1は、本発明の一実施形態に係るセンサパッケージ1の断面図である。
センサパッケージ1は、パッケージ本体2と、本発明の光検出装置の一例としてのカラーセンサチップ3と、赤外線フィルタ4とを含む。
パッケージ本体2は、たとえば、上面が開放された直方体箱状の遮光性樹脂からなり、内部にカラーセンサチップ3を設置するための空間5が設けられている。空間5の内外に跨るように、複数のリード6がパッケージ本体2の側壁を貫通して設けられている。
次に、図2および図3を参照して、カラーセンサチップ3の具体的な構成を説明する。
カラーセンサチップ3は、可視光線の波長域(概ね短波長限界が360nm〜400nmで、長波長限界が760nm〜830nm)の光成分を、赤(R)、緑(G)および青(B)それぞれの色信号に分けて検出可能なRGBセンサである。
半導体基板10は、この実施形態では、n型シリコン基板である。半導体基板10は、平面視四角形状に形成されており、その中央部に受光領域12が設定され、受光領域12を取り囲む周縁部に外周領域13が設定されている。
p型半導体領域18は、n型境界領域17の平面形状に倣って十字状に形成され、その全体がn型境界領域17から外側にはみ出ないようにn型境界領域17内に収まっている。また、p型半導体領域18は、隣り合う両側のp型半導体領域16R,16G,16Bとの間にn型部分を介在させることによって、p型半導体領域16R,16G,16Bと間隔を空けて形成されている。さらに、この実施形態では、p型半導体領域16R,16G,16Bおよびp型半導体領域18は、互いに同じ深さを有している。これにより、n型半導体基板10の表面に対して選択的にp型ドーパントを注入・拡散させることによって、p型半導体領域16R,16G,16Bおよびp型半導体領域18を同時に形成することができる。
層間絶縁膜23,24のうち層間絶縁膜24は、最上層の層間絶縁膜である。この最上層の層間絶縁膜24における受光領域12の表面は、配線層が形成されていない平坦な面となっている。一方、外周領域13において最上層の層間絶縁膜24上には、本発明の最上層配線の一例としての配線層27が形成されている。配線層27は、その一部が電極パッド8としてパッシベーション膜25から露出している。
図4Aは、本発明の効果を説明するための参考例に係るカラーセンサチップ29の要部断面図である。図4Aは、本発明の効果を説明するための図3のカラーセンサチップ3の要部拡大図である。図5は、青フィルタおよび赤フィルタを透過した後の光成分の分光特性を示すグラフである。
カラーセンサチップ29では、前述のカラーフィルタ11に代えて、赤フィルタ31Rおよび青フィルタ31Bを含むカラーフィルタ30を備えている。赤フィルタ31Rおよび青フィルタ31Bは、n型境界領域17上において、中央部Cを挟んで水平方向に微小な間隔を空けて隣り合っている。
また、図5に示すように、透過後の光は、赤外線の波長域(たとえば850nm〜950nm)にのみピークを持っており、赤色および青色の成分を含む可視光線の波長域(概ね短波長限界が360nm〜400nmで、長波長限界が760nm〜830nm)には、ピークがほとんどないか、全くないことがわかる。この図5の結果から、この実施形態のフィルタ積層構造22は、赤色および青色の光成分のどちらをもカットできることが証明される。なお、図5のグラフでピークが表れる赤外線の波長域の成分は、図1の赤外線フィルタ4や赤外線多層膜干渉フィルタによって簡単にカットすることができる。
たとえば、カラーセンサチップ3では、図6に示すように、フィルタ積層構造22は、各フィルタ19R,19Bの周縁部21R,21Bが一回だけ重なり合うことによって形成されていてもよい。
また、カラーセンサチップ3では、各フィルタ19R,19G,19Bの周縁部21R,21G,21Bがn型境界領域17の中央部Cを越えて延びていなくてもよい。たとえば図7に示すように、赤フィルタ19Rの周縁部21Rが、n型境界領域17の中央部Cよりも手前側(フォトダイオード14Rに近い側)に配置されていてもよい。
また、半導体基板10上には、複数のフォトダイオード14R,14G,14Bおよびダミーフォトダイオード15以外に、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路を構成する、トランジスタ、キャパシタ、レジスタ等の各種回路素子が形成されていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
3 カラーセンサチップ
8 電極パッド
10 半導体基板
11 カラーフィルタ
12 受光領域
13 外周領域
14R フォトダイオード
14G フォトダイオード
14B フォトダイオード
15 ダミーフォトダイオード
17 n型境界領域
19R 赤フィルタ
19G 緑フィルタ
19B 青フィルタ
20R メイン部
20G メイン部
20B メイン部
21R 周縁部
21G 周縁部
21B 周縁部
22 フィルタ積層構造
23 層間絶縁膜
24 層間絶縁膜
25 パッシベーション膜
26 配線層
27 配線層
Claims (13)
- 第1受光部および第2受光部が互いに間隔を空けて形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、前記第1受光部を覆うように配置された第1波長域の光成分を選択的に透過させる第1フィルタ、および前記第2受光部を覆うように配置された、前記第1波長域とは異なる第2波長域の光成分を選択的に透過させる第2フィルタを含む光学フィルタとを含み、
前記光学フィルタは、前記第1受光部と前記第2受光部との間の境界領域上において、前記第1フィルタおよび前記第2フィルタの縁部同士が重なり合うことによって形成されたフィルタ積層構造を有している、光検出装置。 - 前記第1フィルタおよび前記第2フィルタの縁部は、それぞれ、前記境界領域の中央よりも前記第2受光部および前記第1受光部に近い側にまで延びている、請求項1に記載の光検出装置。
- 前記フィルタ積層構造と前記境界領域との間において前記半導体基板の表面に沿って形成された金属層をさらに含む、請求項1または2に記載の光検出装置。
- 前記金属層は、前記第1受光部および/または前記第2受光部の縁部にオーバーラップするように形成されている、請求項3に記載の光検出装置。
- 前記半導体基板と前記光学フィルタとの間において前記半導体基板から順に積層された、複数の層間絶縁膜と、パッシベーション膜とをさらに含み、
前記金属層は、前記複数の層間絶縁膜のうち最上層にある層間絶縁膜よりも下方の層間絶縁膜上に配置されている、請求項3または4に記載の光検出装置。 - 前記光学フィルタで覆われた領域よりも外方の領域において前記最上層にある層間絶縁膜上に形成され、前記パッシベーションで覆われた最上層配線をさらに含む、請求項5に記載の光検出装置。
- 前記金属層は、アルミニウムからなる、請求項3〜6のいずれか一項に記載の光検出装置。
- 前記金属層の下方において前記半導体基板の表面部に形成されたpn接合部をさらに含む、請求項3〜7のいずれか一項に記載の光検出装置。
- 前記フィルタ積層構造と前記境界領域との間において前記半導体基板の表面部に形成されたpn接合部をさらに含む、請求項1または2に記載の光検出装置。
- 前記フィルタ積層構造は、前記第1フィルタおよび前記第2フィルタが複数回重なり合うことによって形成されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の光検出装置。
- 前記光学フィルタは、カラーフィルタを含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の光検出装置。
- 前記境界領域の幅は、5μm〜25μmである、請求項1〜11のいずれか一項に記載の光検出装置。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載の光検出装置を備える、センサパッケージ。
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