JP3570387B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＣＣＤ等からなる固体撮像素子にカバーガラスを対向させた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置としては、例えば図２に示すようなものが知られている。この装置は、パッケージ１０内にＣＣＤ，ＭＯＳ等からなる固体撮像素子１１が設けられたもので、この固体撮像素子１１上にはカラーフィルター１２が設けられている。そして、パッケージ１０の上部には、固体撮像素子１１及びカラーフィルター１２を保護するためのカバーガラス１３が設けられている。
このカバーガラス１３は、通常の場合、ガラス材料中特にシリカ（ＳｉＯ２ ）中に不純物として２０〜５０ｐｐｍの濃度のＦｅを含んでいる。これは、可視光より短波長側（３００ｎｍ以下）の光の透過率を抑え、カラーフィルター１２の退色による耐光性の悪化を防止するためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来例の場合、カバーガラス１３には放射性元素であるＵ（ウラン），Ｔｈ（トリウム）が０．１ｐｐｍ〜１ｐｐｍ含まれているため、これらの元素から放射される放射線、特にα線１４によって固体撮像素子１１が結晶欠陥等の影響を受けるという問題がある。
【０００４】
即ち、α線が固体撮像素子に照射された時にそのエネルギー損失過程は、電子的エネルギー損失と、核的エネルギー損失に分類される。
α線のエネルギーをＥとすると、電子的エネルギー損失においては、ｎ≒Ｅ／３．６ｅＶ個のホール及び電子ペアを発生させる。固体撮像素子の場合、この電荷により画素から瞬間的な暗電流スパイクが発生する。なお、半導体メモリのソフトエラー現象は、この電荷によるメモリ誤動作である。
次に核的エネルギー損失においては、結晶欠陥を発生するが、この結晶欠陥がシリコン中で欠陥準位を発生させ、固体撮像素子の場合、画素及び転送部の暗電流を上昇させる。固体撮像素子の蓄積電荷−出力信号電圧変換効率ηは、η＝５〜２０μＶ／ｅが実現されており、η＝１０μＶ／ｅのとき、フィールド蓄積時（１／６０秒）に１０２ ｅ（電子発生個数）程度から画像欠陥（点欠陥）として確認される。更に、欠陥のエネルギー準位により活性化エネルギー０．５〜０．８ｅＶを有しており、高温使用時に上記影響は顕著となる。なお、半導体メモリの誤動作は１０６ ｅ（電子発生個数）の電荷が必要であることを考えると、１０３ 〜１０４ ｅ程度の差がある。
【０００５】
そして、α線による影響についてみると、例えば半導体メモリの誤動作（ソフトエラー）ではα線の入射エネルギーが高い程（材料に含まれる放射性同位元素において４〜９ＭｅＶ）影響が大いので、入射エネルギーを減衰させる保護構造が有効である。之に対し、固体撮像素子では、その永久損傷についてみると、核的エネルギー損失がセンサ部の深さを３μｍ程度として５００ＫｅＶ程度の入射エネルギーのα線で最大となり、低エネルギーで入射するα線の影響が非常に大であること、しかも固体撮像素子が光入力であるために表面保護構造にきびしい制約があり、カバーガラスのα線対策が非常に重要になる。
【０００６】
固体撮像素子１１における上述の問題を解決するためには、カバーガラス１３の原材料を高純度化することにより、Ｕ，Ｔｈの濃度を１ｐｐｂ程度まで低減してやれば良いが、その場合、同時にＦｅ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｚｎ等の他の不純物の濃度も低下することから、短波長側における光の透過率が高くなり、カラーフィルター１２の耐光性寿命が劣化してしまう。
【０００７】
本発明は従来例のかかる点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、カバーガラスからの放射線による影響を低減し、かつ、カラーフィルターの耐光性を改善しうる固体撮像装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像装置は、Ｕ及びＴｈの合計の濃度を３０ｐｐｂ以下とし、ＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカラーフィルターの退色を抑制する値となる量含有させたカバーガラスを固体撮像素子に対向させた構成とする。
【０００９】
本発明の固体撮像装置では、カバーガラスにおけるＵ及びＴｈの合計の濃度を３０ｐｐｂ以下としたことから、カバーガラスから放射されるα線の量が少なくなる。
一方、一般にカラーフィルターの光による退色は、可視光より短波長側の光によって加速される。しかし、本発明においては、カバーガラスにおけるＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカラーフィルターの退色を抑制する値となる量含有させたことから、この短波長側の光はカバーガラスによって吸収され、短波長側の光透過率を低く抑えられ、カラーフィルターの退色が抑えられる。
【００１０】
本発明に係る固体撮像装置は、樹脂からなるパッケージに、ＵとＴｈの合計を３０ｐｐｂ以下とし、ＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカラーフィルターの退色を抑制する値となる量含有させ、更にアルミナを含有させたカバーガラスを対向させた構成とする。
【００１１】
本発明の固体撮像装置では、上述と同様に、カバーガラスにおけるＵ及びＴｈの合計の濃度を３０ｐｐｂ以下としたことから、カバーガラスから放射されるα線の量が少なくなる。また、カバーガラスにおけるＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカラーフィルターの退色を抑制する値となる量含有させたことから、この短波長側の光はカバーガラスによって吸収され、短波長側の光透過率を低く抑えられ、カラーフィルターの退色が抑えられる。
一方、アルミナが含有されたカバーガラスは、高純度の石英ガラスに比べて１桁程度も線膨張係数が大きくなる。本発明においては、樹脂からなるパッケージとカバーガラスとの組み合わせにおいて、カバーガラスにアルミナを含有させることにより、高純度石英ガラスを用いた場合に比べて、樹脂パッケージとカバーガラスとの線膨張係数の差が小さくなり、パッケージとカバーガラスの剥がれを防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態の全体構成を示すものである。
同図に示すように、本実施の形態の固体撮像装置においては、従来例の固体撮像装置と同様に、樹脂等からなるパッケージ１内にＣＣＤ，ＭＯＳ等からなる固体撮像素子２が設けられている。この固体撮像素子２は一次元又は二次元に配列されたもののいずれであってもよい。
そして、固体撮像素子２の上には、カラー読み取りを行うためのカラーフィルター３が設けられている。
さらに、パッケージ１の上部には、後述の方法によって製造される板状のカバーガラス４が設けられ、固体撮像素子２と対向するように構成されている。
【００１４】
このカバーガラス４は、放射性元素であるＵ及びＴｈの合計の濃度が３０ｐｐｂ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下となっている。Ｕ及びＴｈの合計の濃度が３０ｐｐｂ付近を越えると画像欠陥（点欠陥、線欠陥）の発生率が急激に増大する。また、カバーガラスの場合、精製できる限度としては１ｐｐｂ程度である。
【００１５】
また、ガラス材料中のシリカの不純物濃度は、ＦｅとＴｉがそれぞれ１０ｐｐｍ〜５０ｐｐｍで、これらの合計の濃度が３０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍとなっている。この値よりも少ないとカラーフィルター３の耐光性の向上に効果がなく、またこの値よりも大きいと不純物から蛍光発光が生じて悪影響が出る。好ましくは、ＦｅとＴｉの合計の濃度が５０ｐｐｍの場合である。
尚、カバーガラスの厚みは０．５ｍｍ〜２ｍｍである。
【００１６】
本実施の形態のカバーガラス４は、例えば次のような工程を経て製造される。まず、ガラスの原材料であるシリカを公知の方法により高純度化してＵ，Ｔｈの濃度を極力（３０ｐｐｂ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下）小さくする。そして、これにより得られたシリカの粉末にＦｅとＴｉの粉末を加え、均一となるように混ぜ合わせる。この場合、最終的なＦｅとＴｉの合計の濃度が２０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍとなるよう所定量のＦｅ及びＴｉの粉末を加える。さらに、これらの粉末にアルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）等を加え、溶融する。
このようにアルミナを加え溶融して形成したガラスは、高純度の石英ガラスに比べて１桁程度も線膨張係数の大きいガラスになる。
【００１７】
次いで、この溶融したガラスをるつぼ（図示せず）に入れて冷却した後、このるつぼを破壊し、ガラスの塊を取り出す。そして、このガラスの塊の外側の部分を削って中心部分を取り出す。これは、外側の部分についてはガラスとして光学的に問題があるからである。
【００１８】
さらに、この中心部分の塊を平板状に切断し、加熱して軟化させた後にプレス加工を行う。最後に、このようにして得られた板ガラスの研磨を行う。
【００１９】
かかる構成を有する本実施の形態においては、カバーガラス４におけるＵ及びＴｈの合計の濃度が３０ｐｐｂ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下であることから、カバーガラス４から放射されるα線の量が少なくなる。従って、固体撮像素子２においてα線の照射による結晶欠陥等が起こりにくくなる。
また、カバーガラス４におけるＦｅとＴｉの合計の濃度が３０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍであることから、可視光より短波長側の光の透過率が低く抑えられ、この結果、カラーフィルター３を退色しにくくしてその耐光性を改善することができる。
カバーガラス４にアルミナが含有されているので、高純度石英ガラスを用いた場合に比べて、カバーガラス４と樹脂パッケージ１との線膨張係数差が小さくなり、樹脂パッケージ１とカバーガラス４の剥がれを防止することができる。
【００２０】
尚、上例では固体撮像素子２に対向する透光部材としてカバーガラス４を用いたが、その他、カバーガラス４に代えて透光部材として本発明の上記条件を備えた耐熱性、耐湿性に優れたプラスチックス材を用いることもできる。
【００２１】
また、本発明は、固体撮像素子に対向させたカバーガラスを有する固体撮像装置であれば、上述の実施の形態に限らず全てのものに適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｕ及びＴｈの合計の濃度を３０ｐｐｂ以下とし、ＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカバーガラスの退色を抑制する値となる量含有させたカバーガラスを固体撮像素子に対向させたことから、カバーガラスからの放射線による固体撮像素子の結晶欠陥等を防止し、かつ、カラーフィルターの耐光性を改善することができるという効果を奏する。
【００２３】
また、樹脂からなるパッケージに、Ｕ及びＴｈの合計の濃度を３０ｐｐｂ以下とし、ＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカバーガラスの退色を抑制する値となる量含有させ、更にアルミナを含有させたカバーガラスを対向させたことから、カバーガラスからの放射線による固体撮像素子の結晶欠陥等を防止し、カラーフィルターの耐光性を改善し、かつ樹脂パッケージとカバーガラスの剥がれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置の一実施の形態の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】従来例の全体構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２‥‥固体撮像素子、３‥‥カラーフィルター、４‥‥カバーガラス
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＣＣＤ等からなる固体撮像素子にカバーガラスを対向させた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置としては、例えば図２に示すようなものが知られている。この装置は、パッケージ１０内にＣＣＤ，ＭＯＳ等からなる固体撮像素子１１が設けられたもので、この固体撮像素子１１上にはカラーフィルター１２が設けられている。そして、パッケージ１０の上部には、固体撮像素子１１及びカラーフィルター１２を保護するためのカバーガラス１３が設けられている。
このカバーガラス１３は、通常の場合、ガラス材料中特にシリカ（ＳｉＯ２ ）中に不純物として２０〜５０ｐｐｍの濃度のＦｅを含んでいる。これは、可視光より短波長側（３００ｎｍ以下）の光の透過率を抑え、カラーフィルター１２の退色による耐光性の悪化を防止するためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来例の場合、カバーガラス１３には放射性元素であるＵ（ウラン），Ｔｈ（トリウム）が０．１ｐｐｍ〜１ｐｐｍ含まれているため、これらの元素から放射される放射線、特にα線１４によって固体撮像素子１１が結晶欠陥等の影響を受けるという問題がある。
【０００４】
即ち、α線が固体撮像素子に照射された時にそのエネルギー損失過程は、電子的エネルギー損失と、核的エネルギー損失に分類される。
α線のエネルギーをＥとすると、電子的エネルギー損失においては、ｎ≒Ｅ／３．６ｅＶ個のホール及び電子ペアを発生させる。固体撮像素子の場合、この電荷により画素から瞬間的な暗電流スパイクが発生する。なお、半導体メモリのソフトエラー現象は、この電荷によるメモリ誤動作である。
次に核的エネルギー損失においては、結晶欠陥を発生するが、この結晶欠陥がシリコン中で欠陥準位を発生させ、固体撮像素子の場合、画素及び転送部の暗電流を上昇させる。固体撮像素子の蓄積電荷−出力信号電圧変換効率ηは、η＝５〜２０μＶ／ｅが実現されており、η＝１０μＶ／ｅのとき、フィールド蓄積時（１／６０秒）に１０２ ｅ（電子発生個数）程度から画像欠陥（点欠陥）として確認される。更に、欠陥のエネルギー準位により活性化エネルギー０．５〜０．８ｅＶを有しており、高温使用時に上記影響は顕著となる。なお、半導体メモリの誤動作は１０６ ｅ（電子発生個数）の電荷が必要であることを考えると、１０３ 〜１０４ ｅ程度の差がある。
【０００５】
そして、α線による影響についてみると、例えば半導体メモリの誤動作（ソフトエラー）ではα線の入射エネルギーが高い程（材料に含まれる放射性同位元素において４〜９ＭｅＶ）影響が大いので、入射エネルギーを減衰させる保護構造が有効である。之に対し、固体撮像素子では、その永久損傷についてみると、核的エネルギー損失がセンサ部の深さを３μｍ程度として５００ＫｅＶ程度の入射エネルギーのα線で最大となり、低エネルギーで入射するα線の影響が非常に大であること、しかも固体撮像素子が光入力であるために表面保護構造にきびしい制約があり、カバーガラスのα線対策が非常に重要になる。
【０００６】
固体撮像素子１１における上述の問題を解決するためには、カバーガラス１３の原材料を高純度化することにより、Ｕ，Ｔｈの濃度を１ｐｐｂ程度まで低減してやれば良いが、その場合、同時にＦｅ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｚｎ等の他の不純物の濃度も低下することから、短波長側における光の透過率が高くなり、カラーフィルター１２の耐光性寿命が劣化してしまう。
【０００７】
本発明は従来例のかかる点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、カバーガラスからの放射線による影響を低減し、かつ、カラーフィルターの耐光性を改善しうる固体撮像装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像装置は、Ｕ及びＴｈの合計の濃度を３０ｐｐｂ以下とし、ＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカラーフィルターの退色を抑制する値となる量含有させたカバーガラスを固体撮像素子に対向させた構成とする。
【０００９】
本発明の固体撮像装置では、カバーガラスにおけるＵ及びＴｈの合計の濃度を３０ｐｐｂ以下としたことから、カバーガラスから放射されるα線の量が少なくなる。
一方、一般にカラーフィルターの光による退色は、可視光より短波長側の光によって加速される。しかし、本発明においては、カバーガラスにおけるＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカラーフィルターの退色を抑制する値となる量含有させたことから、この短波長側の光はカバーガラスによって吸収され、短波長側の光透過率を低く抑えられ、カラーフィルターの退色が抑えられる。
【００１０】
本発明に係る固体撮像装置は、樹脂からなるパッケージに、ＵとＴｈの合計を３０ｐｐｂ以下とし、ＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカラーフィルターの退色を抑制する値となる量含有させ、更にアルミナを含有させたカバーガラスを対向させた構成とする。
【００１１】
本発明の固体撮像装置では、上述と同様に、カバーガラスにおけるＵ及びＴｈの合計の濃度を３０ｐｐｂ以下としたことから、カバーガラスから放射されるα線の量が少なくなる。また、カバーガラスにおけるＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカラーフィルターの退色を抑制する値となる量含有させたことから、この短波長側の光はカバーガラスによって吸収され、短波長側の光透過率を低く抑えられ、カラーフィルターの退色が抑えられる。
一方、アルミナが含有されたカバーガラスは、高純度の石英ガラスに比べて１桁程度も線膨張係数が大きくなる。本発明においては、樹脂からなるパッケージとカバーガラスとの組み合わせにおいて、カバーガラスにアルミナを含有させることにより、高純度石英ガラスを用いた場合に比べて、樹脂パッケージとカバーガラスとの線膨張係数の差が小さくなり、パッケージとカバーガラスの剥がれを防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態の全体構成を示すものである。
同図に示すように、本実施の形態の固体撮像装置においては、従来例の固体撮像装置と同様に、樹脂等からなるパッケージ１内にＣＣＤ，ＭＯＳ等からなる固体撮像素子２が設けられている。この固体撮像素子２は一次元又は二次元に配列されたもののいずれであってもよい。
そして、固体撮像素子２の上には、カラー読み取りを行うためのカラーフィルター３が設けられている。
さらに、パッケージ１の上部には、後述の方法によって製造される板状のカバーガラス４が設けられ、固体撮像素子２と対向するように構成されている。
【００１４】
このカバーガラス４は、放射性元素であるＵ及びＴｈの合計の濃度が３０ｐｐｂ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下となっている。Ｕ及びＴｈの合計の濃度が３０ｐｐｂ付近を越えると画像欠陥（点欠陥、線欠陥）の発生率が急激に増大する。また、カバーガラスの場合、精製できる限度としては１ｐｐｂ程度である。
【００１５】
また、ガラス材料中のシリカの不純物濃度は、ＦｅとＴｉがそれぞれ１０ｐｐｍ〜５０ｐｐｍで、これらの合計の濃度が３０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍとなっている。この値よりも少ないとカラーフィルター３の耐光性の向上に効果がなく、またこの値よりも大きいと不純物から蛍光発光が生じて悪影響が出る。好ましくは、ＦｅとＴｉの合計の濃度が５０ｐｐｍの場合である。
尚、カバーガラスの厚みは０．５ｍｍ〜２ｍｍである。
【００１６】
本実施の形態のカバーガラス４は、例えば次のような工程を経て製造される。まず、ガラスの原材料であるシリカを公知の方法により高純度化してＵ，Ｔｈの濃度を極力（３０ｐｐｂ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下）小さくする。そして、これにより得られたシリカの粉末にＦｅとＴｉの粉末を加え、均一となるように混ぜ合わせる。この場合、最終的なＦｅとＴｉの合計の濃度が２０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍとなるよう所定量のＦｅ及びＴｉの粉末を加える。さらに、これらの粉末にアルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）等を加え、溶融する。
このようにアルミナを加え溶融して形成したガラスは、高純度の石英ガラスに比べて１桁程度も線膨張係数の大きいガラスになる。
【００１７】
次いで、この溶融したガラスをるつぼ（図示せず）に入れて冷却した後、このるつぼを破壊し、ガラスの塊を取り出す。そして、このガラスの塊の外側の部分を削って中心部分を取り出す。これは、外側の部分についてはガラスとして光学的に問題があるからである。
【００１８】
さらに、この中心部分の塊を平板状に切断し、加熱して軟化させた後にプレス加工を行う。最後に、このようにして得られた板ガラスの研磨を行う。
【００１９】
かかる構成を有する本実施の形態においては、カバーガラス４におけるＵ及びＴｈの合計の濃度が３０ｐｐｂ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下であることから、カバーガラス４から放射されるα線の量が少なくなる。従って、固体撮像素子２においてα線の照射による結晶欠陥等が起こりにくくなる。
また、カバーガラス４におけるＦｅとＴｉの合計の濃度が３０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍであることから、可視光より短波長側の光の透過率が低く抑えられ、この結果、カラーフィルター３を退色しにくくしてその耐光性を改善することができる。
カバーガラス４にアルミナが含有されているので、高純度石英ガラスを用いた場合に比べて、カバーガラス４と樹脂パッケージ１との線膨張係数差が小さくなり、樹脂パッケージ１とカバーガラス４の剥がれを防止することができる。
【００２０】
尚、上例では固体撮像素子２に対向する透光部材としてカバーガラス４を用いたが、その他、カバーガラス４に代えて透光部材として本発明の上記条件を備えた耐熱性、耐湿性に優れたプラスチックス材を用いることもできる。
【００２１】
また、本発明は、固体撮像素子に対向させたカバーガラスを有する固体撮像装置であれば、上述の実施の形態に限らず全てのものに適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｕ及びＴｈの合計の濃度を３０ｐｐｂ以下とし、ＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカバーガラスの退色を抑制する値となる量含有させたカバーガラスを固体撮像素子に対向させたことから、カバーガラスからの放射線による固体撮像素子の結晶欠陥等を防止し、かつ、カラーフィルターの耐光性を改善することができるという効果を奏する。
【００２３】
また、樹脂からなるパッケージに、Ｕ及びＴｈの合計の濃度を３０ｐｐｂ以下とし、ＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカバーガラスの退色を抑制する値となる量含有させ、更にアルミナを含有させたカバーガラスを対向させたことから、カバーガラスからの放射線による固体撮像素子の結晶欠陥等を防止し、カラーフィルターの耐光性を改善し、かつ樹脂パッケージとカバーガラスの剥がれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置の一実施の形態の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】従来例の全体構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２‥‥固体撮像素子、３‥‥カラーフィルター、４‥‥カバーガラス
Claims (2)
- Ｕ及びＴｈの合計の濃度を３０ｐｐｂ以下とし、ＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカラーフィルターの退色を抑制する値となる量含有させたカバーガラスを固体撮像素子に対向させて成る
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 樹脂からなるパッケージに、ＵとＴｈの合計を３０ｐｐｂ以下とし、ＦｅとＴｉを合計の濃度が可視光より短波長側の光によるカラーフィルターの退色を抑制する値となる量含有させ、更にアルミナを含有させたカバーガラスを対向させて成る
ことを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (3)
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Family Applications (1)
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