JP5394762B2 - Infrared imaging device manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線撮像素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an infrared imaging device.
近年のシリコンLSI技術の進歩に伴い、半導体基板上に多数の赤外線検出器を1次元または2次元アレイ状に配置した光電変換回路と信号電荷読み出し用の電荷転送回路とを組み合わせた赤外線固体撮像素子が開発されている。中でも赤外線検出器としてPtSi/p−Siショットキーバリアダイオードを用い、電荷転送回路としてCCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)などを用いた3〜5μm帯用赤外線固体撮像素子は、赤外レンズ、駆動回路、クーラーなどと組み合わせて赤外線カメラとして既に実用化されている(特許文献1等参照)。 Along with recent advances in silicon LSI technology, an infrared solid-state imaging device that combines a photoelectric conversion circuit in which a large number of infrared detectors are arranged in a one-dimensional or two-dimensional array on a semiconductor substrate and a charge transfer circuit for reading signal charges Has been developed. In particular, an infrared solid-state imaging device for a 3 to 5 μm band using a PtSi / p-Si Schottky barrier diode as an infrared detector and a CCD (Charge Coupled Device) as a charge transfer circuit is an infrared lens, It has already been put into practical use as an infrared camera in combination with a drive circuit, a cooler, and the like (see Patent Document 1, etc.).
一般に赤外線撮像素子は、図1および図2に示すように、赤外線を吸収する光吸収層10と、赤外線を含む光を透過させるシリコン層20とが、電気信号を出力する基板30の表面側にこの順で積層されて撮像デバイスチップ40が構成され、この撮像デバイスチップ40のシリコン層20に、多数のレンズ50がマトリクス状に配列されたレンズユニット51が貼り合わされた構成である。
In general, as shown in FIGS. 1 and 2, an infrared imaging element includes a
この撮像素子1では、レンズユニット51側から撮像対象物の光が入射し、その光は各レンズ50で集光されて赤外線を含む光がシリコン層20を透過し、光吸収層10では赤外線が吸収され、各レンズ50ごとに結像した像の光による明暗を電荷の量に光電変換し、それを順次読み出して画像情報としての電気信号に変換される。
In this imaging device 1, light of the imaging target is incident from the
ところで、図1および図2に示した従来の撮像素子にあっては、シリコン層20の表面(レンズ50側の面)に微細な凹凸が存在することにより、撮像感度が受光箇所すなわちレンズ50によって異なってしまい、感度が変化して撮像が不安定になる場合があった。
By the way, in the conventional imaging device shown in FIGS. 1 and 2, since there are fine irregularities on the surface of the silicon layer 20 (the surface on the
よって本発明は、受光箇所によって撮像感度が異なるといった不具合が解消され、安定した撮像を得ることができる赤外線撮像素子の製造方法を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an infrared imaging device that can solve the problem that the imaging sensitivity varies depending on the light receiving location and can obtain stable imaging.
本発明は、光を集光するレンズと、該レンズで集光された光のうち少なくとも赤外線を透過させるシリコン層と、該シリコン層を透過した赤外線を吸収する光吸収層とを含む撮像素子の製造方法であって、シリコン層に光吸収層が積層された撮像デバイスを得る撮像デバイス製造工程と、該撮像デバイスの厚さ分布を測定する厚さ分布測定工程と、該厚さ分布の測定結果に基づいて撮像デバイスにおける厚さが所望の厚さを超えている箇所を、シリコン層側から選択的に研磨するシリコン層研磨工程と、多数のレンズがマトリクス状に配列されたレンズユニットと光吸収層との間にシリコン層が挟まれる状態に、該レンズユニットを撮像デバイスに積層させるレンズユニット積層工程とを含むことを特徴としている。 The present invention relates to an imaging device including a lens that collects light, a silicon layer that transmits at least infrared rays of the light collected by the lens, and a light absorption layer that absorbs infrared rays that have passed through the silicon layer. An imaging device manufacturing process for obtaining an imaging device in which a light absorption layer is laminated on a silicon layer, a thickness distribution measuring process for measuring a thickness distribution of the imaging device, and a measurement result of the thickness distribution Based on the silicon layer polishing process for selectively polishing from the silicon layer side where the thickness of the imaging device exceeds the desired thickness, a lens unit in which a large number of lenses are arranged in a matrix, and light absorption And a lens unit laminating step of laminating the lens unit on the imaging device in a state where the silicon layer is sandwiched between the layers.
本発明では、はじめに得た撮像デバイスの厚さ分布を測定し、所望の厚さを超えている箇所が認められたら、その箇所のシリコン層の表面を研磨して厚さを減じる。この後、シリコン層の表面にレンズを積層して撮像素子を得る。シリコン層の表面を研磨して撮像デバイスの厚さを所望の範囲内におさめる処理をすることにより、レンズの表面から光吸収層までの距離を一定に近付けることができ、このため、レンズの光吸収層に対する集光度を一定とすることができる。したがって光に応じて出力される電気信号に基づく撮像感度が安定し、結果として安定した撮像を得ることができる。 In the present invention, the thickness distribution of the imaging device obtained first is measured, and if a location exceeding the desired thickness is recognized, the surface of the silicon layer at that location is polished to reduce the thickness. Thereafter, a lens is laminated on the surface of the silicon layer to obtain an imaging device. By polishing the surface of the silicon layer to reduce the thickness of the imaging device within a desired range, the distance from the lens surface to the light absorbing layer can be made constant, and thus the lens light The degree of light collection with respect to the absorption layer can be made constant. Therefore, the imaging sensitivity based on the electrical signal output according to the light is stabilized, and as a result, stable imaging can be obtained.
本発明によれば、レンズの表面から光吸収層までの距離が一定に近付けることができ、これにより、受光箇所によって撮像感度が異なるといった不具合が解消され、安定した撮像が得られる赤外線撮像素子を提供することができるといった効果を奏する。 According to the present invention, the distance from the surface of the lens to the light absorption layer can be made constant, thereby eliminating the problem that the imaging sensitivity differs depending on the light receiving location, and an infrared imaging device that can obtain stable imaging. There is an effect that it can be provided.
以下、図3を参照して本発明の一実施形態に係る赤外線撮像素子の製造方法を説明する。
[1]撮像デバイスチップ製造工程
図3(a)に示すように、矩形状の半導体等からなる基板30の表面側に、該基板30と同寸・同形状の光吸収層10およびシリコン層20をこの順で貼り合わせて積層し、撮像デバイスチップ40を得る。これら貼り合わせは、所定の接着剤を使用する。光吸収層10は単結晶シリコン等の赤外線吸収材料からなるもので、シリコン層20は赤外線を含む光を透過させるシリコン材料からなる。
Hereinafter, with reference to FIG. 3, the manufacturing method of the infrared image pick-up element which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated.
[1] Imaging Device Chip Manufacturing Process As shown in FIG. 3A, on the surface side of a
[2]厚さ分布測定工程
撮像デバイスチップ40の厚さ分布を所定の厚さ測定装置で測定し、撮像デバイスチップ40が所望の厚さの範囲内であるか否かを調べる。
[2] Thickness distribution measurement step The thickness distribution of the
[3]シリコン層研磨工程
厚さ分布を測定した結果、所望の厚さを超えている箇所が認められたら、その箇所のシリコン層20側の表面を研磨して厚さを所望範囲内に減じる。
[3] Silicon Layer Polishing Step If the location exceeding the desired thickness is found as a result of measuring the thickness distribution, the surface of the location on the
[4]レンズユニット積層工程
シリコン層20の表面に、多数のレンズ50がマトリクス状に配列されたレンズユニット51を接着剤を用いて貼り合わせ、レンズユニット51と光吸収層10との間にシリコン層20が挟まれた撮像素子1を得る。
[4] Lens Unit Lamination Step A
以上が一実施形態の製造方法であり、得られた撮像素子1によれば、レンズユニット51側から入射した光が各レンズ50で集光されて赤外線を含む光がシリコン層20を透過し、光吸収層10で赤外線が吸収される。そして、各レンズ50ごとに結像した像の光による明暗を電荷の量に光電変換し、それを順次読み出して画像情報としての電気信号に変換される。
The above is the manufacturing method of one embodiment, and according to the obtained image pickup device 1, the light incident from the
さて、上記製造方法では、レンズユニット51をシリコン層20の表面に積層する前に、撮像デバイスチップ40の厚さ分布を測定して所望厚さを超える箇所のシリコン層20を研磨して厚さを減じ、撮像デバイスチップの厚さを所望の範囲内におさめる処理を施すことをポイントとしている。
In the above manufacturing method, before the
これによりシリコン層20に積層したレンズ50の表面から光吸収層10までの距離を一定に近付けることができ、レンズ50の光吸収層10に対する集光度を一定とすることができる。したがって光に応じて出力される電気信号に基づく撮像感度が安定し、結果として安定した撮像を得ることができる。
Thereby, the distance from the surface of the
なお、上記撮像デバイスチップ40は、多数の該撮像デバイスチップ40の集合体であるウェーハ状の撮像デバイスを分割して得られるものであり、上記実施形態では、該ウェーハを分割した後の1つの撮像デバイスチップ40のシリコン層20に研磨処理を施しているが、分割前のウェーハの段階でシリコン層20を研磨してもよい。
The
1…赤外線撮像素子
10…光吸収層
20…シリコン層
30…基板
40…撮像デバイスチップ
50…レンズ
51…レンズユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (1)
前記シリコン層に前記光吸収層が積層された撮像デバイスを得る撮像デバイス製造工程と、
該撮像デバイスの厚さ分布を測定する厚さ分布測定工程と、
該厚さ分布の測定結果に基づいて前記撮像デバイスにおける厚さが所望の厚さを超えている箇所を、前記シリコン層側から選択的に研磨するシリコン層研磨工程と、
多数の前記レンズがマトリクス状に配列されたレンズユニットと前記光吸収層との間に前記シリコン層が挟まれる状態に、該レンズユニットを前記撮像デバイスに積層させるレンズユニット積層工程と、
を含むことを特徴とする赤外線撮像素子の製造方法。 A method for manufacturing an imaging device, comprising: a lens that collects light; a silicon layer that transmits at least infrared light out of the light collected by the lens; and a light absorption layer that absorbs infrared light transmitted through the silicon layer. And
An imaging device manufacturing process for obtaining an imaging device in which the light absorption layer is laminated on the silicon layer;
A thickness distribution measuring step for measuring the thickness distribution of the imaging device;
A silicon layer polishing step of selectively polishing from the silicon layer side a portion where the thickness of the imaging device exceeds a desired thickness based on the measurement result of the thickness distribution;
The state in which the silicon layer is sandwiched between a number of the lens is the lens units arranged in a matrix and the light absorbing layer, and a lens unit lamination step of laminating the lens unit to the imaging device,
A method for manufacturing an infrared imaging device, comprising:
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