JP2024007749A - 固体撮像素子用半導体チップ、撮像装置及び固体撮像素子用半導体チップの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集光効率を向上可能な固体撮像素子用半導体チップを提供すること。【解決手段】二次元状に配列された複数の画素１１を有する固体撮像素子用半導体チップ２において、固体撮像素子用半導体チップ２の外形状を、正六角形とした。外形状が正六角形であるため、有効画素領域１３の形状を正六角形とすることができる。それゆえ、例えば、撮像装置に適用した場合、撮像レンズの形状（円形）と有効画素領域１３の形状との差を小さくすることができ、撮像レンズを通過した光の集光効率を向上できる。【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像素子用半導体チップ、撮像装置及び固体撮像素子用半導体チップの製造方法に関する。

従来、例えば、二次元状に配列された複数の画素を有する固体撮像素子用半導体チップが提供されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の固体撮像素子用半導体チップの外形状は、矩形となっている。

特開２０２１－０８６９８０号公報

ここで、特許文献１に記載の固体撮像素子用半導体チップでは、外形状が矩形であるため、有効画素領域の形状も矩形となっている。それゆえ、例えば、撮像装置に適用した場合、撮像レンズの形状（円形）と有効画素領域の形状（矩形）との差が大きいため、撮像レンズを通過した光の集光効率、つまり画素へ入射される割合が低減する可能性がある。
本発明は、集光効率を向上可能な固体撮像素子用半導体チップ、撮像装置及び固体撮像素子用半導体チップの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る固体撮像素子用半導体チップは、（ａ）二次元状に配列された複数の画素を有する固体撮像素子用半導体チップであって、（ｂ）固体撮像素子用半導体チップの外形状が、正六角形であることを要旨とする。

本発明の一態様に係る撮像装置は、（ａ）二次元状に配列された複数の画素を有する固体撮像素子用半導体チップと、（ｂ）固体撮像素子用半導体チップの光入射面側に配置された撮像レンズとを備え、（ｃ）固体撮像素子用半導体チップの外形状が、正六角形であり、（ｄ）正六角形の各辺は、撮像レンズを通過した光を固体撮像素子用半導体チップの光入射面を延長した平面で破断した場合に得られる、円形断面の外周に接していることを要旨とする。

本発明の一態様に係る固体撮像素子用半導体チップの製造方法は、（ａ）半導体ウエハに対して二次元配列された複数の固体撮像素子を形成した後、固体撮像素子の間に設定された切断予定ラインに沿って半導体ウエハを切断して、複数の固体撮像素子用半導体チップを形成する固体撮像素子用半導体チップの製造方法であって、（ｂ）固体撮像素子は、半導体ウエハにハニカム配列されており、（ｃ）切断予定ラインは、ハニカム状のパターンであることを要旨とする。

本発明の一態様によれば、外形状が正六角形であるため、有効画素領域の形状を正六角形とすることができる。それゆえ、例えば、撮像装置に適用した場合、撮像レンズの形状（円形）と有効画素領域の形状（六角形）との差を小さくすることができ、撮像レンズを通過した光の集光効率を向上可能な固体撮像素子用半導体チップ、撮像装置及び固体撮像素子用半導体チップの製造方法を提供することができる。

実施形態に係る撮像装置の全体構成を示す図である。 固体撮像素子用半導体チップの平面構成を示す図である。 固体撮像素子用半導体チップと光との関係を示す図である。 固体撮像素子が形成された半導体ウエハを示す図である。 固体撮像素子が形成された半導体ウエハを示す図であって、固体撮像素子用半導体チップの外形状が矩形である場合を示す図である。 固体撮像素子用半導体チップの断面構成を示す図である。 固体撮像素子用半導体チップと光との関係を示す図であって、固体撮像素子用半導体チップの外形状が矩形である場合を示す図である。 カラーフィルタの配置を示す図である。 マイクロレンズの配置を示す図である。 固体撮像素子用半導体チップの製造方法を示す図である。

以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像素子用半導体チップ、撮像装置及び固体撮像素子用半導体チップの製造方法の一例を、図１～図１０を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順序で説明する。
１．撮像装置の全体構成
２．固体撮像素子用半導体チップの製造方法

［１．撮像装置の全体構成］
本発明の実施形態に係る撮像装置１について説明する。図１は、撮像装置１の全体構成を示す図である。撮像装置１としては、例えば、カメラモジュールが挙げられる。
図１に示すように、撮像装置１は、固体撮像素子用半導体チップ２と、固体撮像素子用半導体チップ２の光入射面側Ｓ１に配置された撮像レンズ３とを備えている。

固体撮像素子用半導体チップ２の外形状は、図２に示すように、正六角形となっている。また、正六角形の各辺は、撮像レンズ３を通過した光Ｌ（図１及び図３参照）を固体撮像素子用半導体チップ２の光入射面を延長した平面で破断した場合に得られる、円形断面の外周に接している。即ち、固体撮像素子用半導体チップ２の正六角形が、円形断面の外周円に外接している。固体撮像素子用半導体チップ２の外形状を正六角形とすることにより、撮像レンズ３からの光Ｌを固体撮像素子用半導体チップ２に最大限に集光できる。また、図４に示すように、固体撮像素子用半導体チップ２の製造時、半導体ウエハ４に対して複数の固体撮像素子５を形成する際に、固体撮像素子５の数を増やすことができる。ここで、固体撮像素子５は、半導体ウエハ４を切断してチップ状としたときに、各チップに搭載されて固体撮像素子用半導体チップ２を構成する素子である。例えば、半導体ウエハ４の直径３００ｍｍ、撮像レンズ３のレンズ径７．５ｍｍと想定した場合には、図５に示すように、固体撮像素子用半導体チップ２の外形状が矩形である場合、半導体ウエハ４に形成できる固体撮像素子５の数、つまり半導体ウエハ４から得られる固体撮像素子用半導体チップ２の数は「２５６」になる。これに対し、本実施形態のように、固体撮像素子用半導体チップ２の外形状が正六角形とした場合、半導体ウエハ４に形成できる固体撮像素子５の数、つまり半導体ウエハ４から得られる固体撮像素子用半導体チップ２の数は「２８３」になる。即ち、１枚の半導体ウエハ４から得られるチップ数を１０％増やすことができる。また、ダイシング工程で一部が欠けた固体撮像素子用半導体チップ２は廃棄されるが、チップ数が増えることにより、廃棄される総面積を低減できる。また、固体撮像素子用半導体チップ２を小型化でき、チップ設置時の占有面積を低減することができる。

固体撮像素子用半導体チップ２は、図６に示すように、半導体基板６の一方の面Ｓ２に、遮光膜７と、カラーフィルタ層８と、マイクロレンズ層９とがこの順に積層された構成となっている。また、半導体基板６の他方の面Ｓ３には、配線層１０が形成されている。

半導体基板６は、シリコン(Si)からなる基板であり、二次元状に配列された複数の画素１１からなる画素領域１２を有している。画素領域１２は、有効画素領域１３と、有効画素領域１３の周囲に位置するその他の領域（ＯＰＢ領域１４）とから構成されている。
有効画素領域１３は、遮光膜７で覆われておられず、被写体が撮像される画素領域であり、その外形状が正六角形となっている。即ち、有効画素領域１３の外形状（正六角形）の各辺は、固体撮像素子用半導体チップ２の外形状（正六角形）の各辺と平行となっている。また、有効画素領域１３の外形状の正六角形の各頂点は、撮像レンズ３を通過した光Ｌ（図１及び図３参照）を固体撮像素子用半導体チップ２の光入射面を延長した平面で破断した場合に得られる、円形断面の周上に位置している。即ち、有効画素領域１３の正六角形が、円形断面の外周円に内接している。これにより、図３に示すように、有効画素領域１３の面積を増大でき、画素１１の数を増やすことができ、増えた画素１１を用いることで、感度の向上を図ることができる。これに対し、例えば、図７に示すように、有効画素領域１３の外形状を矩形とし、矩形の各頂点が上記した光Ｌの円形断面の外周円に内接している場合、有効画素領域１３の面積が減少し、画素１１の数が少なくなってしまう。

画素領域１２（有効画素領域１３、ＯＰＢ領域１４）に位置する複数の画素１１それぞれの外形状は、互いに同一の正六角形となっている。画素１１それぞれの外形状を正六角形とすることにより、例えば、矩形である場合に比べ、各画素１１の光入射面の面積を増やすことができ、感度を向上させることができる。画素１１の外形状（正六角形）の各辺は、固体撮像素子用半導体チップ２の外形状（正六角形）の各辺、つまり、有効画素領域１３の外形状の各辺に対して３０°傾いている。３０°傾けることにより、チップへの敷地面積を最大にすることができる。即ち、有効画素領域１３に配置可能な画素１１の数を増やすことができる。また、各画素１１は光電変換部１５を有している。光電変換部１５は、ｐｎ接合によってフォトダイオードを構成し、受光量に応じた電荷を生成する。

遮光膜７は、有効画素領域１３の画素１１間に対応する部分と、ＯＰＢ領域１４の全体とを覆っている。また、カラーフィルタ層８は、複数のカラーフィルタ１６から構成され、１つの画素１１に対して１つのカラーフィルタ１６が配置されている。また、図８に示すように、画素１１の外形状の各辺が有効画素領域１３の各辺に対して３０°傾いていることにより、カラーフィルタ１６のベイヤー配列が実現されている。また、マイクロレンズ層９は、複数のマイクロレンズ１７から構成され、図９に示すように、１つの画素１１に対して１つのマイクロレンズ１７が配置されている。カラーフィルタ１６及びマイクロレンズ１７は、有効画素領域１３にのみ形成され、ＯＰＢ領域１４では省略されている。

図１に示すように、撮像レンズ３は、被写体からの光Ｌ（光学像）を撮像装置１内に導いて、固体撮像素子用半導体チップ２の画素領域１２に集光させる。これにより、撮像レンズ３を通過した光学像を固体撮像素子用半導体チップ２に撮像させる。撮像レンズ３を通過した光Ｌの光軸と直交する断面の断面形状は円形となっている。撮像レンズ３としては、例えば、複数枚のレンズが積層されたレンズ構造体、１枚のレンズを採用できる。

以上説明のように、本実施形態に係る固体撮像素子用半導体チップ２では、固体撮像素子用半導体チップ２の外形状を正六角形とした。それゆえ、有効画素領域１３の形状を正六角形とすることができる。そのため、例えば、固体撮像素子用半導体チップ２を撮像装置１に適用した場合、撮像レンズ３の形状（円形）と有効画素領域１３の形状（六角形）との差を小さくすることができ、撮像レンズ３を通過した光Ｌの集光効率を向上できる。

［２．固体撮像素子用半導体チップの製造方法］
次に、固体撮像素子用半導体チップ２の製造方法について説明する。
まず、図４に示すように、半導体ウエハ４に対して、二次元配列された複数の固体撮像素子５を形成する。固体撮像素子５は、半導体ウエハ４にハニカム配列する。固体撮像素子５の間には、切断予定ライン１８としてハニカム状のパターンが設定されている。続いて、切断予定ライン１８に沿って半導体ウエハ４を切断して、固体撮像素子５を有する複数のチップ、つまり、複数の固体撮像素子用半導体チップ２（図２参照）を形成する。

また、半導体ウエハ４への固体撮像素子５の形成時には、転写工程を実行する。転写工程では、半導体基板６の表面にレジストを塗布してレジスト膜を形成し、レチクル（フォトマスク）を介して光子を打ち込むことによって、レジストの分解又は化学増強を行う。続いて、露光後の半導体ウエハ４を現像液に浸すことで、ポジ型レジストの場合には分解された領域が溶け出し、またネガ型レジストの場合には化学増強のない部分が溶け出して、レチクルの転写領域内のパターンが転写される。特に、半導体ウエハ４に複数の固体撮像素子５を形成するための転写工程では、図１０に示すように、レチクル１９の転写領域２０内のパターン２１を、半導体ウエハ４上に位置するレジスト膜２２の互いに異なる位置に繰り返し転写することで、レジスト膜２２にパターン２１を繋ぎ合わせて転写する。

転写領域２０の外形状は、矩形とする。また、転写領域２０内のパターン２１は、転写領域２０の四隅に固体撮像素子５（固体撮像素子用半導体チップ２）に対応する単位パターン２３の１/４（以下、「１/４パターン２４」とも呼ぶ）が配置され、且つ転写領域２０の各辺に単位パターン２３の１/２（以下、「１/２パターン２５」とも呼ぶ）が配置されるように、単位パターン２３がハニカム配列されて形成されている。転写領域２０により、レジスト膜２２には、転写領域２０の四隅に対応する部分に、転写された１/４パターン２４が４つ集まって１つの単位パターン２３が転写された場合と同様のパターンが形成される。また、転写領域２０の各辺に対応する部分に、転写された１/２パターン２５が２つ集まって１つの単位パターン２３が転写された場合と同様のパターンが形成される。したがって、六角形の固体撮像素子用半導体チップ２を、より適切に製造できる。

また、転写領域２０の四隅付近には、ボックスマーク２６が形成されている。ボックスマーク２６により、レジスト膜２２及び半導体ウエハ４には、ボックスマーク２６によるパターンが周期的に現れる。したがって、本実施形態のレチクル１９を用いて転写工程が行われたか否かが、半導体ウエハ４に形成されたパターンから判定可能となっている。

１…撮像装置、２…固体撮像素子用半導体チップ、３…撮像レンズ、４…半導体ウエハ、５…固体撮像素子、６…半導体基板、７…遮光膜、８…カラーフィルタ層、９…マイクロレンズ層、１０…配線層、１１…画素、１２…画素領域、１３…有効画素領域、１４…ＯＰＢ領域、１５…光電変換部、１６…カラーフィルタ、１７…マイクロレンズ、１８…切断予定ライン、１９…レチクル、２０…転写領域、２１…パターン、２２…レジスト膜、２３…単位パターン、２４…１/４パターン、２５…１/２パターン、２６…ボックスマーク

Claims (5)

1. 二次元状に配列された複数の画素を有する固体撮像素子用半導体チップであって、
   前記固体撮像素子用半導体チップの外形状が、正六角形である
   固体撮像素子用半導体チップ。
2. 複数の前記画素それぞれの外形状が、互いに同一の正六角形であり、
   前記画素の外形状の各辺は、前記固体撮像素子用半導体チップの外形状の各辺に対して３０°傾いている
   請求項１に記載の固体撮像素子用半導体チップ。
3. 二次元状に配列された複数の画素を有する固体撮像素子用半導体チップと、
   前記固体撮像素子用半導体チップの光入射面側に配置された撮像レンズとを備え、
   前記固体撮像素子用半導体チップの外形状が、正六角形であり、
   前記正六角形の各辺は、前記撮像レンズを通過した光を前記固体撮像素子用半導体チップの光入射面を延長した平面で破断した場合に得られる、円形断面の外周に接している
   撮像装置。
4. 半導体ウエハに対して二次元配列された複数の固体撮像素子を形成した後、前記固体撮像素子の間に設定された切断予定ラインに沿って前記半導体ウエハを切断して、複数の固体撮像素子用半導体チップを形成する固体撮像素子用半導体チップの製造方法であって、
   前記固体撮像素子は、前記半導体ウエハにハニカム配列されており、
   前記切断予定ラインは、ハニカム状のパターンである
   固体撮像素子用半導体チップの製造方法。
5. 前記半導体ウエハに複数の前記固体撮像素子を形成するための転写工程において、レチクルの転写領域内のパターンを、前記半導体ウエハ上に位置するレジスト膜の互いに異なる位置に繰り返し転写することで、前記レジスト膜に該パターンを繋ぎ合わせて転写し、
   前記転写領域の外形状は、矩形であり、
   前記転写領域内のパターンは、前記転写領域の四隅に前記固体撮像素子に対応する単位パターンの１/４が配置され、且つ前記転写領域の各辺に前記単位パターンの１/２が配置されるように、前記単位パターンがハニカム配列されて形成されている
   請求項４に記載の固体撮像素子用半導体チップの製造方法。

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