JP3112053B2 - 固体撮像素子用カバーガラス - Google Patents

固体撮像素子用カバーガラス

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JP3112053B2
JP3112053B2 JP06026010A JP2601094A JP3112053B2 JP 3112053 B2 JP3112053 B2 JP 3112053B2 JP 06026010 A JP06026010 A JP 06026010A JP 2601094 A JP2601094 A JP 2601094A JP 3112053 B2 JP3112053 B2 JP 3112053B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CCDと呼ばれる固体
撮像素子を収容するアルミナなどのセラミックパッケー
ジの窓ガラスとして使用される固体撮像素子用カバーガ
ラスに関し、特に固体撮像素子の機能低下を抑えること
が可能なカバーガラスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より固体撮像装置の一種として、ア
ルミナなどのセラミックパッケージ内にCCDなどの固
体撮像素子を搭載し、窓ガラスとしての機能をもつカバ
ーガラスをセラミックパッケージの外表面に封着するこ
とによって、固体撮像素子を収納した電子部品が広く使
用されている。
【0003】固体撮像素子は、半導体ICと同様に、シ
リコンの基板上に微細な受光素子を多数集積したもので
あり、光信号を素子に取り込む必要があるため、固体撮
像装置のカバーガラスには、高い光透過特性を有し、固
体撮像素子の機能を損なわせないことが要求される。
【0004】一般にこの種のカバーガラスの材質として
は、ホウケイ酸ガラスや無アルカリガラスが用いられて
いるが、これらのホウケイ酸ガラスや無アルカリガラス
は、α線放射量が大きく、しかもカバーガラスは、素子
に対面するように取り付けられるため、そこから放射さ
れるα線は、素子に対して大きな悪影響を与える。
【0005】すなわちカバーガラスからα線が放射さ
れ、これが固体撮像素子に入射すると、α線のエネルギ
ーによって正孔・電子対が誘起され、これが原因となっ
て瞬間的に画像に輝点や白点を生じさせる、所謂ソフト
エラーと呼ばれる現象が発生する。
【0006】特に近年、単位面積当りの画素数の増大に
よる高精度化が進められるに従い、素子がますます微細
になり、そのためα線の影響が一層顕著に現れるように
なってきている。
【0007】上記の事情から、カバーガラスから発生す
るα線対策が各種試みられており、例えば特開平1−1
73639号公報には、カバーガラスとしてα線の放射
量の少ない高純度石英ガラスを使用することが提案さ
れ、また特開平3−74874号公報には、素子上に鉛
を含むシリケートガラス薄膜を形成することによってα
線を遮蔽することが提案されている。
【0008】さらに特開平5−279074号公報に
は、α線の放射量が少ないホウケイ酸ガラスからなる固
体撮像素子用カバーガラスが提案されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】特開平1−17363
9号公報では、カバーガラスとして高純度石英ガラスを
用い、セラミックパッケージの熱膨張係数を高純度石英
ガラスの熱膨張係数と、固体撮像素子の熱膨張係数の中
間の値にすることが提案されているが、高純度石英ガラ
スは、非常に高価であり、且つ、線膨張係数が、アルミ
ナセラミックの線膨張係数(約70×10-7/℃)に比
べてかなり大きいため、アルミナ以外の材料からなる特
殊なパッケージを使用する必要があり、固体撮像素子の
低コスト化が困難となる。
【0010】また特開平3−74874号公報では、膜
付けのためのプロセスが必要となり、しかもα線を遮蔽
するためには、かなりの厚みをもつ膜が必要となるた
め、膜付け工程に長時間を要する。
【0011】特開平5−279074号公報のカバーガ
ラスは、安価な材料から作製され、しかもウラン
(U)、トリウム(Th)などの放射性同位元素が少な
いため、α線の放射量が少ない。しかしながらこのガラ
スは、Al23 を5.0%以下しか含まないため、ガ
ラスの耐候性が悪いという欠点がある。すなわちガラス
の耐候性が悪いと、長期に亙って使用している間に、ガ
ラス表面からアルカリ金属やアルカリ土類金属の結晶が
析出し、透明性が損なわれるという問題が発生する。
【0012】さらにこのカバーガラスは、溶融を促進す
る目的でK2 Oを含有しているが、そのためβ線の放射
量が多くなる。β線は、α線に比べて透過性が強いた
め、撮像素子への影響は微弱ではあるが、これによって
も素子の機能が損なわれる可能性があり、この種のガラ
スは、できるだけβ線の放射量についても少ないことが
望ましい。β線の放射量を少なくするためには、ガラス
の構成成分としてβ崩壊する同位体を有するような成分
を避ける必要があるが、カリウムはこの成分に該当す
る。
【0013】本発明は、安価で、α線及びβ線の放射量
が少なく、優れた耐候性を有し、しかも平均線膨張係数
が60〜75×10-7/℃であるため、アルミナパッケ
ージに封着可能な固体撮像素子用カバーガラスを提供す
ることを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子用
カバーガラスは、重量百分率で、SiO2 65.0〜
75.0%、Al23 7.0〜11.0%、B2
3 8.0〜12.0%、Li2 O 3.1〜6.9
%、Na2 O 4.5〜7.5%の組成を有し、本質的
にK2 Oを含有せず、ガラス中に含有されるウラン
(U)、トリウム(Th)の量が、各々50ppb以下
であることを特徴とする。
【0015】また本発明の固体撮像素子用カバーガラス
は、好ましくは、重量百分率で、SiO2 67.0〜
73.0%、Al23 8.0〜10.0%、B2
3 9.0〜11.0%、Li2 O 3.1〜6.9%、
Na2 O 4.9〜6.9%の組成を有し、本質的にK
2 Oを含有しないすることを特徴とする。
【0016】
【作用】ガラスのα線発生の主因は、ガラスに不純物と
して含まれるUとThであり、これらの量を一定値以下
に抑えれば、α線の放射量を少なくすることが可能であ
り、具体的には、各々の量を50ppb以下にすればα
線による固体撮像素子のソフトエラーを防ぐことができ
る。
【0017】以前よりUやThが、ジルコニア原料に多
く含まれていることは広く知られているが、バリウム原
料にもUやThが多く含まれている。従ってUとThの
量を各々50ppb以下にするためには、BaOを極力
含有しないようにし、例え含有させる場合でも原料とし
て高純度品を使用することが必要である。
【0018】また本発明においては、バリウム以外に
も、他の全ての成分について原料を選定することが要求
され、さらに溶融時及び加工時のUやThの混入も極力
避けなければならない。
【0019】さらにカリウムの原料は、Kの放射性同位
元素40Kを有しており、これがβ線放射の原因となるた
め、K2 Oの含有も避ける必要がある。
【0020】本発明の固体撮像素子用カバーガラスは、
α線やβ線の放射量以外にも、耐候性、線膨張係数、製
造のしやすさを考慮した上で組成を決定しており、その
組成を上記のように限定した理由は、以下のとおりであ
る。
【0021】まずSiO2 は、ガラスの耐候性を向上さ
せる作用を有するが、その含有量が65.0%以下にな
ると、このような作用が得られ難くなり、75.0%以
上になると、ガラスの溶融及び成形が困難となる。
【0022】Al23 もガラスの耐候性を向上させる
作用を有するが、その含有量が7.0%以下になると、
耐候性が悪くなって実用性に乏しくなり、11.0%以
上になると、ガラスの溶融が困難となる。
【0023】B23 は、ガラスの溶融性と耐失透性を
向上させる作用を有するが、その含有量が8.0%以下
になると、成形温度の上昇に伴って作業性が悪くなり、
12.0%以上になると、ガラスの化学的耐久性が悪く
なる。
【0024】Li2 Oは、線膨張係数を調整すると共
に、ガラスの溶融性を向上する作用を有するが、その含
有量が3.1%以下になると、ガラスの溶融性が悪くな
ると共に、平均線膨張係数が60×10-7/℃以下にな
りやすく、一方、6.9%以上になると、耐候性が悪く
なると共に、ガラス溶融時のガラス表面からの蒸着が著
しくなり、脈理不良の原因となるため好ましくない。
【0025】Na2 Oも、線膨張係数を調整すると共
に、ガラスの溶融性を向上する作用を有するが、その含
有量が4.5%以下になると、ガラスの溶融性が悪くな
ると共に、平均線膨張係数が60×10-7/℃以下にな
りやすく、一方、7.5%以上になると、耐水性が著し
く悪くなると共に平均線膨張係数が75×10-7/℃以
上になりやすい。
【0026】尚、本発明においては、上記の成分以外に
も、清澄剤として、As23 、Sb23 、塩化物、
コーンスターチ、カーボン、サッカロース、金属粉、弗
化物を含有させることが可能である。また弗化物あるい
は塩化物の添加により、ガラス中にF、Clを含有させ
ることも可能である。さらに膨張係数や粘度の微調整を
図るため、必要に応じてアルカリ土類元素であるMg、
Ca、Sr、Baを炭酸塩原料により添加することも可
能である。また必要に応じてガラスを着色するための添
加物として、遷移金属元素のイオンを炭酸塩等の塩とし
て微量添加することも可能である。
【0027】
【実施例】以下、本発明の固体撮像素子用カバーガラス
を実施例に基づき詳細に説明する。
【0028】表1、2は、本発明の実施例(試料No.
1〜8)と、比較例(試料No.9〜13)のガラスを
示すものである。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】表のNo.1〜13の各試料は、次のよう
にして調製した。
【0032】まず表に示す組成のガラスとなるように調
合したガラス原料を白金ルツボに入れ、電気炉内で15
00℃、5時間の条件で溶融した後、この溶融ガラスを
グラファイト上に流し出し、次いで徐冷炉内で除歪し
た。
【0033】こうして作製した各試料について、不純物
量、α線とβ線の放射量、平均線膨張係数及びアルカリ
溶出量を測定し、その結果を表に示した。また各試料の
アルカリ溶出量を求めた後、高温高湿試験に供し、その
結果も表に示した。
【0034】表から明らかなように実施例であるNo.
1〜8の各試料は、不純物であるUとThの量が、各々
50ppb以下であるため、α線放射量が、0.009
C/cm2 ・hr.以下、β線放射量が、4×10-6μ
Ci/cm2 以下と少なかった。また平均線膨張係数
が、60.0〜70.0×10-7/℃とアルミナセラミ
ックのそれに近似しており、さらにアルカリ溶出量が、
0.06mg以下と少なく、高温高湿試験に供しても、
表面に異常は認められず、優れた耐候性を有していた。
【0035】それに対して比較例であるNo.9の試料
は、不純物であるUの量が、200ppb、Thの量が
150ppbと多いため、α線の放射量が、0.06C
/cm2 ・hr.と多かった。またNo.10の試料
は、K2 Oを0.5%含有しているため、β線の放射量
が、6×10-6μCi/cm2 と多かった。さらにN
o.11の試料は、Li2 Oの含有量が3.0%と少な
いため、平均線膨張係数が58×10-7/℃と低かっ
た。またNo.12の試料は、Al23 の含有量が
5.0%と少ないため、アルカリ溶出量が0.12mg
と多く、高温高湿試験によって表面に結晶の析出が認め
られた。さらにNo.13の試料は、Na2 Oを7.6
%も含有するため、平均線膨張係数が77×10-7/℃
と高く、しかもアルカリ溶出量が0.15mgと多く、
高温高湿試験によって表面に結晶の析出が認められた。
【0036】尚、表中の不純物であるUとThの量は、
ICP(誘導結合高周波プラズマ)分析によって求めた
ものである。またα線放射量とβ線放射量は、ガスフロ
ー比例計数管測定装置を用いて測定し、平均線膨張係数
は、石英管式膨張計を用いて、30〜380℃における
平均値を求めたものである。さらにアルカリ溶出量は、
JIS R3502の規定に基づいて求めたものであ
る。
【0037】また高温高湿試験は、各試料をアルカリ溶
出試験に供した後、酸化セリウムによって鏡面ポリッシ
ュして、20×20×1mmの寸法の板状に加工し、次
いでこれを85℃−85%、500時間の条件下に放置
した後の表面状態を電子顕微鏡によって観察したもので
あり、表面に変化の認められなかったものを異常無と
し、アルカリ金属やアルカリ土類金属の結晶の析出が認
められたものを結晶析出とした。
【0038】
【発明の効果】以上のように本発明の固体撮像素子用カ
バーガラスは、α線及びβ線の放射量が少ないため、素
子にソフトエラーを発生させることがなく、優れた耐候
性を有し、しかも線膨張係数がアルミナセラミックのそ
れに近似しているため、アルミナパッケージに封着可能
である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量百分率で、SiO2 65.0〜7
    5.0%、Al23 7.0〜11.0%、B23
    8.0〜12.0%、Li2 O 3.1〜6.9%、
    Na2 O 4.5〜7.5%の組成を有し、本質的にK
    2 Oを含有せず、ガラス中に含有されるウラン(U)、
    トリウム(Th)の量が、各々50ppb以下であるこ
    とを特徴とする固体撮像素子用カバーガラス。
  2. 【請求項2】 重量百分率で、SiO2 67.0〜7
    3.0%、Al23 8.0〜10.0%、B23
    9.0〜11.0%、Li2 O 3.1〜6.9%、
    Na2 O 4.9〜6.9%の組成を有し、本質的にK
    2 Oを含有しないことを特徴とする請求項1の固体撮像
    素子用カバーガラス。
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