WO2013111419A1 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a solid-state imaging device that captures an image by photoelectrically converting image light from a subject, and more particularly to a solid-state imaging device that suppresses the generation of stray light and reduces flare and ghost.
- solid-state imaging devices equipped with CCD-type or CMOS-type solid-state imaging devices are widely used.
- a light-shielding metal serving as a black reference and a light-shielding metal for preventing light from entering the peripheral circuit are provided.
- stray light enters the light receiving pixel due to reflection, causing flare and ghost (see FIG. 16).
- a light shielding portion is formed in the peripheral portion of the protective glass covering the solid-state imaging device, and a bonding pad is disposed outside the light shielding portion, thereby preventing the light from the outside of the light receiving portion. It is said that the reflected light can be prevented from entering the light receiving part.
- Such a light-shielding part needs to be aligned with the light-receiving part accurately in order to prevent intrusion of stray light.
- a light-shielding portion is installed in a form that is fixed to a package or a module, and it is difficult to accurately align the alignment.
- Patent Document 1 no light shielding metal is provided.
- a light shielding metal is provided, if there is a gap between the light shielding metal and the light shielding part, the reflected light is transmitted to the light receiving part through the gap. There is a risk of flare and ghosting. Even if the alignment of the light-shielding part and the light-receiving part is exactly the same, flare and ghost can occur.
- an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of reliably suppressing flare and ghost.
- a solid-state imaging device includes a light receiving pixel area formed by arranging a plurality of pixels that are not shielded from light, a light shielding metal that covers an outer periphery of the light receiving pixel area, Above, at least above the light-shielding metal, a color filter layer formed by laminating one or more color filters above the boundary part on the outer peripheral part side of at least the light receiving pixel area and the outer peripheral part, A light-shielding portion disposed in a layer above the color filter layer so that a part thereof overlaps with the color filter layer when viewed from above, As viewed from above, the entire surface of the light shielding metal is covered with at least one of the color filter layer and the light shielding portion.
- At least one color filter layer as a light absorbing material is formed above the light shielding metal that covers the outer periphery of the light receiving pixel area (the region where the light shielding pixels or peripheral circuits are formed).
- the light shielding portion and the color filter are formed so that the light shielding portion overlaps with the color filter layer when viewed from above, and as a result, all regions of the light shielding metal are covered with at least one of the light shielding portion and the color filter layer.
- Layers are arranged.
- the color filter layer as the light absorbing material is formed above the light shielding metal, the reflection from the light shielding metal can be suppressed, and the occurrence of flare and ghost can be suppressed.
- the light shielding portion and the color filter layer have an overlapping portion, it is not necessary to strictly position the light shielding portion, and there is a margin in alignment accuracy.
- the color filter layer can be formed in the manufacturing process of the solid-state imaging device, and the alignment accuracy can be easily increased so that the light shielding metal is not exposed above the boundary pixels.
- the color filter layer is formed at least above the light shielding metal and above the boundary portion on the outer peripheral side between the light receiving pixel area and the outer peripheral portion.
- a light shielding metal is not formed above each pixel in the light receiving pixel area (hereinafter referred to as “light receiving pixel” as appropriate), but for each light receiving pixel, a color filter corresponding to one of red, green, and blue is provided. It is formed. That is, such a color filter layer is formed so as to extend from the light receiving pixel area toward the outer peripheral portion when combined with the color filter formed in the light receiving pixel area.
- the light shielding metal is also formed at the boundary between adjacent light receiving pixels.
- the light shielding metal refers to a light shielding metal that covers the light shielding pixels and peripheral circuits unless otherwise specified. I will do it. Since light must be incident on the photodiode in the light receiving pixel, if a light shielding metal is formed on the light receiving pixel, the photodiode portion has an opening. In this case, it is possible to either form the color filter above the light shielding metal on the boundary between the light receiving pixels or not.
- the light shielding metal does not need to completely cover the light shielding pixel or the peripheral circuit, and there may be a gap (opening) in the light shielding metal, or the light shielding metal may be used as a part of the wiring. If the wiring pitch is sufficiently short with respect to the wavelength of light, the light is reflected at a considerable rate, so that an effect similar to that of completely covering is obtained.
- the color filter layer above the light shielding metal is formed in a laminated structure in which two or more color filters having different transmission colors are laminated in at least a partial region.
- the combination of the color filters to be laminated includes three types of red and green, green and blue, and red and blue. Of these, the combination of red and blue is This is most preferable because the wavelength distribution of the transmittance does not overlap.
- the color filter layer has a single-layer stacked structure of the color filter above the boundary portion .
- the height of the planarizing film formed on the color filter layer upper layer increases from the outer periphery toward the light receiving pixel area. It changes continuously, and it becomes easy to form a microlens on the planarizing film above the light receiving pixel area.
- the color filter of the light-shielding pixel formed at the boundary portion on the outer peripheral side is composed of only one layer that is the same as the light-receiving pixel.
- the solid-state imaging device having the above characteristics further includes:
- the outer peripheral portion includes a light-shielded pixel area that is arranged adjacent to the light-receiving pixel area and includes a plurality of light-shielded pixels.
- the planar shape and color arrangement of the color filter formed in the lowermost layer of the color filter layer are It is preferable that the planar shape and color arrangement layout of the color filter formed above the light receiving pixels adjacent to the boundary pixels are the same.
- the solid-state imaging device having the above characteristics further includes:
- the outer peripheral portion includes a light-shielded pixel area that is arranged adjacent to the light-receiving pixel area and includes a plurality of light-shielded pixels. It is preferable that the position of the upper surface of the color filter formed in the lowermost layer of the color filter layer continuously changes from the end of the light receiving pixel area toward the light shielding pixel area.
- a light shielding metal is formed above the pixel, so a step may occur in the underlying layer on which the color filter is formed.
- the light receiving pixel and the light shielding pixel adjacent to the boundary may not be uniform. Therefore, it is preferable that the base layer is flattened so that no step is generated in the base layer.
- the planar shape and color arrangement layout of the color filter at the boundary pixel is the same as that of the light receiving pixel, and the upper surface position of the color filter changes continuously across the boundary, thereby flattening.
- the uniformity of the optical characteristics can be maintained as much as possible while simplifying the process.
- the color filter layer is formed by laminating the color filter having at least one black layer. At this time, only one black color filter may be formed to form a single color filter layer.
- the light can be efficiently emitted. Can be absorbed, and reflection from the light shielding metal can be suppressed.
- an antireflection film having a low refractive index is preferably formed above the color filter layer.
- the antireflection film is further formed by extending an antireflection film formed on a microlens formed above the light receiving pixels in the light receiving pixel area to the outer peripheral side. It is preferred that
- the antireflection film By configuring the antireflection film in this way, reflection that occurs when light enters the color filter layer or the planarizing film formed on the upper surface of the color filter layer is suppressed, and light is reliably absorbed in the color filter layer. Can be made.
- the refractive index of such an antireflection film is preferably 1.5 or less.
- such an antireflection film can be formed by the same process by extending the antireflection film on the microlens of the light receiving pixel and above the color filter layer, thereby reducing the number of manufacturing steps. However, since the antireflection film formed on the microlens of the light receiving pixel has a low absorption coefficient, the antireflection effect can be enhanced by forming it separately from the antireflection film above the color filter layer.
- a peripheral circuit is formed on the outer periphery, and the entire surface of the peripheral circuit is covered with the light shielding metal.
- the area of the overlapping portion between the light shielding portion and the color filter layer is more than half the area of the portion where the color filter layer is formed above the light shielding metal. preferable.
- the light-shielding part can achieve higher light-shielding performance and absorption performance than the color filter layer formed above the light-shielding metal, the light-shielding part covers more than half the area of the color filter layer. And absorption performance can be obtained.
- the light-shielding portion covers a mark representing the light-shielding metal, the color filter alignment mark, or the color filter mask.
- the light shielding portion further covers a wire bonding pad and a wiring.
- pads and wiring for wire bonding are sealed with resin, but reflection can be suppressed by covering the resin with a light shielding portion.
- the color filter layer as the light absorbing material and the light shielding part are arranged above the light shielding metal so as to overlap when viewed from above, thereby suppressing reflection from the light shielding metal.
- 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
- the figure which shows an example of the planar layout of arrangement
- 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a structure of a solid-state imaging device in which a light shielding member is arranged on a support plate in an embodiment of the present invention.
- 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a structure of a solid-state imaging device configured so that a fixing member covers a partial region of a light shielding metal in an embodiment of the present invention.
- 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a structure of a solid-state imaging device in which a color filter on a light shielding metal is configured by two layers in an embodiment of the present invention.
- 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a structure of a solid-state imaging device in which a color filter on a light shielding metal is configured by two layers in an embodiment of the present invention.
- 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a structure of a solid-state imaging device including a black filter in a color filter layer in an embodiment of the present invention.
- 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of a solid-state imaging device in which an antireflection film is formed above a color filter layer in an embodiment of the present invention.
- 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of a solid-state imaging device in which an antireflection film is formed above a color filter layer in an embodiment of the present invention.
- 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a structure of a solid-state imaging device in which a color filter is disposed in the vicinity of a light-shielding pixel adjacent to a light-receiving pixel area with a color arrangement layout similar to that of the light-receiving pixel area in an embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of a solid-state imaging device when an underlying layer is not flattened in an embodiment of the present invention.
- a planar layout diagram showing an example of the arrangement of the light shielding portion and the color filter layer and an example of the state of wire bonding 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a state of packaging by wire bonding in a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
- Sectional schematic diagram which shows the other example of the structure of the solid-state imaging device which concerns on one Embodiment of this invention.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a solid-state imaging device 1 according to an embodiment of the present invention.
- the main parts are emphasized and the dimensional ratios such as the thicknesses and lengths of the constituent members may not necessarily match the actual dimensional ratios.
- the drawings shown below exemplify the minimum components necessary for the description of the present invention, and various members such as a lens and an infrared cut filter may be added when packaging and modularizing. However, it is omitted in the illustration.
- an area that is not close to the light shielding pixel area is not illustrated.
- the solid-state imaging device 1 includes a light shielding metal 12, a base layer 13, color filters 14, 15 a, 15 b, 15 c (not shown), and a planarizing film 16 on a semiconductor substrate 11 on which a solid-state imaging device and its peripheral circuits are formed.
- the microlens 17 is formed to form a solid-state image pickup device chip, the solid-state image pickup device chip is fixed on the package substrate 21, and the light shielding member (light shielding portion) 22 is connected to the package substrate 21 via the fixing member 23. Is configured to be fixed. Light enters the semiconductor substrate 11 from the side where the microlenses 17 are present.
- the light shielding metal 12 covers the entire surface of the light shielding pixel (light shielding pixel area) of the solid-state imaging device and the peripheral circuit formation region 31 in the semiconductor substrate 11. Is formed.
- the light-shielding metal has high reflectivity, and when directly exposed to light, the reflected light becomes stray light, causing flare and ghost.
- peripheral circuits such as a circuit that performs signal processing and a control circuit that controls driving of the light receiving pixels and the light shielding pixels.
- a layer (color filter layer) composed of the color filter 14 for absorbing light is formed on the transparent base layer 13 above a part of the formation region of the light shielding metal 12.
- a layer composed of the color filters 15 a to 15 c is also formed on the base layer 13 above the formation region 32 of the light receiving pixels (light receiving pixel areas) of the solid-state imaging device in the substrate 11.
- Each of the color filters 15a to 15c corresponds to any of the three types of red, green, and blue color filters, and is formed with a certain color arrangement layout for each light receiving pixel in order to separate light for each wavelength.
- the color filter 15c is not shown because it is not on the cross-sectional view of FIG. 1, but may be present on another cross-sectional view having a different position in the direction perpendicular to the paper surface.
- the underlayer 13 is, for example, a silicon nitride film, an acrylic resin, or a silicon oxide film.
- the color filter layer formed above the light shielding metal 12 is formed at least above the boundary portion on the outer peripheral side between the light receiving pixel area and the outer peripheral portion thereof, and is combined with the color filters 15a to 15c formed on the light receiving pixels.
- the color filter layer is formed so as to extend from the light receiving pixel area 32 toward the outer peripheral portion 31.
- the color filter 14 is the same as any of the red, green and blue color filters 15a to 15c used in the light receiving pixels. Alternatively, a black color filter may be used.
- the light shielding member 22 is arranged so as to have a region 33 partially overlapping with the color filter 14 when viewed from the top.
- the light shielding member 22 is disposed above the color filter 14 so as to cover at least a part of the light shielding metal 12 beyond the boundary Y on the side of the light shielding metal 12 facing the light receiving pixel formation region 32, and is mounted on the package by the fixing member 23.
- the light-shielding metal 12 is formed so as not to be directly exposed to light as viewed from the light incident side.
- the light shielding member 22 is preferably a black material, and preferably absorbs light in a wavelength region other than visible light such as infrared light.
- the light shielding member 22 In order to prevent the reflected light from the light shielding metal 12 from entering the light receiving pixels as stray light, the light shielding member 22 It is necessary to make the extension range exactly coincide with the boundary X of the light receiving pixel formation region 32, the light shielding pixel, and the peripheral circuit formation region 31.
- the extending range of the light shielding member 22 remains in the region 31, there is a region where the light shielding metal 12 is not covered by the light shielding member 22, and reflected light is generated.
- the extending range of the light shielding member 22 exceeds the region 31 and includes the region 32, there are light receiving pixels that cannot receive light.
- the solid-state imaging device 1 of the present embodiment at least the light shielding pixels on the boundary close to the light receiving pixel area are covered with the color filter layer made of the color filter 14 above the light shielding metal 12, so that the light shielding member It is not necessary to strictly position the 22 stretching ranges.
- the color filters 14 and 15a to 15c can be formed in the manufacturing process of the solid-state imaging device, the alignment accuracy can be improved and it is easy to form the light-shielding metal so as not to be exposed.
- FIG. 2 shows a layout of the solid-state imaging device 1 as viewed from above.
- the outer peripheral portion covered with the light shielding metal 12 such as the light shielding pixel and the peripheral circuit is emphasized.
- the color filters 15a to 15c are formed in a predetermined color arrangement layout (for example, checkered pattern).
- a light shielding metal 12 is formed in a region sandwiched between the two dotted lines in FIG.
- the region covered with the light shielding metal 12 is covered with at least one of the color filter 14 and the light shielding member 22 above the region, and covers both the color filter 14 and the light shielding member 22.
- the light shielding metal 12 is not partially formed on the light shielding pixel or the peripheral circuit for stress relaxation or wiring, but it is not necessary to remove the color filter 14.
- the area of the region 33 is more than half of the region where the color filter 14 is formed, so that high light shielding performance and absorption performance can be obtained.
- a mark 41 indicating the alignment of the light shielding metal 12 is formed on the semiconductor substrate 11, and based on this, the color filters 14 and 15a to 15c formed thereabove are positioned with high accuracy. be able to.
- a mark 43 indicating that the light shielding metal 12 has been formed is formed.
- a mark 42 indicating the alignment of the color filter and a mark 44 indicating the mask of the color filter are formed on the semiconductor substrate 11, and the formation process of each of the color filters 14, 15a to 15c has been completed. Whether or not can be determined.
- These marks 41 to 44 are covered with the light shielding member 22 to suppress reflection.
- the light shielding member 22 is fixed by the fixing member 23.
- a support plate may be provided on the fixing member 23, and the light shielding portion may be arranged and fixed on the support plate.
- the structural example concerning FIG. 3 is shown.
- the light shielding member 22 is disposed on the support plate 24.
- the support plate 24 may be a transparent plate such as a glass plate, and the light shielding member 22 can be formed on an infrared cut filter, an ultraviolet cut filter, or a low-pass filter for reducing false color and moire. It is.
- the light shielding member 22 is disposed on the support plate 24.
- the light shielding member 22 may be disposed below the support plate or disposed so as to be sandwiched between two support plates.
- a part of the light shielding metal 12 can be shielded by the light shielding member 22 or a part of the fixing member 23 for fixing the support plate 24.
- the structural example concerning FIG. 4 is shown.
- a part of the region 34 where the light shielding metal 12 is formed is covered with the fixing member 23, and any of the fixing member 23, the light shielding member 22, and the color filter 14.
- the entire surface of the shading metal is covered.
- the fixing member 23 has a role as a light shielding portion that prevents the intrusion of reflected light together with the light shielding member 22.
- the fixing member 23 is preferably formed of black in order to sufficiently shield light, and preferably absorbs light in a wavelength region other than visible light such as infrared light.
- the color filter layer above the light shielding metal 12 is preferably formed by laminating two or more color filters having different transmission colors.
- the structural example concerning FIG. 5 is shown.
- the color filter layer has a two-layer structure of a color filter 14a and a color filter 14b. Since the color filters 14a and 14b have different wavelengths of transmitted light, light transmitted through one color filter can be absorbed by the other color filter, and light can be effectively absorbed over the entire visible light region.
- three layers of red, green and blue color filters are most preferably used to suppress the reflected light from the light shielding metal 12.
- a structure in which a red color filter and a blue color filter are stacked is preferable because the wavelength distribution of transmittance does not overlap.
- the color filters 14a and 14b are stacked as shown in FIG. 5, depending on the level of planarization of the planarization film 16, there is a step in the height of the planarization film 16 at the boundary between the light receiving pixel area and the outer periphery. As a result, it may be difficult to form the microlens 17 formed above the light receiving pixel area. For this reason, as shown in the solid-state imaging device 1d in FIG. 6, by forming the color filter in a single layer above the outer peripheral side boundary close to the light receiving pixel area, the height of the planarizing film 16 in the vicinity of the boundary is increased. It is preferable to facilitate the formation of the microlens 17 and the like by smoothing the variation.
- one of a plurality of color filters constituting the color filter layer may be a black filter.
- the structural example concerning FIG. 7 is shown.
- the black color filter 14 c can be formed on the planarization film 16.
- an antireflection film above the color filter layer.
- the antireflection film may be formed directly on the color filter or may be formed on the planarization film.
- the antireflection film 18 is formed on the planarizing film 16, and the solid-state imaging devices 1f and 1g are configured. As shown in the solid-state imaging device 1g of FIG. 9, the antireflection film 18 is formed on the planarizing film 16 by extending the antireflection film formed on the microlens 17, thereby preventing the antireflection film 18 from increasing the number of steps. Can be formed.
- each of the color filters 14 and 14a to 14c constituting the color filter layer forms a color filter layout pattern particularly above the light shielding metal, as shown in FIGS. Without being deposited on the entire surface.
- the light-shielding pixel serving as the black reference aligns the optical characteristics of the pixel such as sensitivity with the light-receiving pixel.
- the color filter layer is composed of only one layer like the light-receiving pixels, and the planar shape and color arrangement layout of the color filter Is preferably maintained in the same manner as the light receiving pixels.
- the color filter 14 formed above the light-shielding pixel has the same planar shape as the color filter formed on the light-receiving pixel in the light-shielding pixel close to the light-receiving pixel area.
- An example formed with a color layout is shown.
- FIG. 11 shows an example of the color filter layout.
- the same color filters 15 a to 15 c as those formed above the light receiving pixels are disposed above the light shielding metal 12 in the region 35 near the light shielding pixels close to the light receiving pixel area. Is formed.
- a green color filter 15a, a red color filter 15b, and a blue color filter 15c are formed in the light receiving pixel in the region 35 near the light shielding pixel adjacent to the light receiving pixel area.
- the same planar shape (square) as that of the color filter is maintained, and the same color layout as that of the light receiving pixels (here, checkered pattern) is used.
- a step is formed on the upper surface of the foundation layer 13 at the boundary between the light receiving pixel area and the light shielding pixel area. Occurs.
- the shape of the color filter is important. Due to such a step, the shape of the color filter does not have the same line width and height near the boundary between the light receiving pixel area and the light shielding pixel area, and may change discontinuously. However, it is preferable to set the layout pattern so as to maintain the continuity of the shape of the color filter in consideration of such a step.
- the line widths of the formed color filters 15a to 15c are continuous from the vicinity of the light shielding pixel 36 (boundary pixel) on the boundary close to the light receiving pixel area to the light receiving pixel 37 close to the light shielding pixel 36.
- the line width changes slightly between adjacent pixels 36 and 37. In such a case, since the optical characteristics hardly change between such adjacent pixels, the planar shape of each color filter can be regarded as the same.
- FIG. 12 shows an example of a cross-sectional structure when the solid-state imaging device 2 is formed without flattening the base layer 13.
- the height of the color filter changes due to the level difference of the base layer 13 with the boundary X between the light receiving pixel area and the light shielding pixel area interposed therebetween.
- the position of the upper surface of the color filters 14, 15a to 15c is formed so as to continuously change from the light receiving pixel area toward the light shielding pixel area or the peripheral circuit, so that the light receiving pixels caused by the steps are It is possible to reduce the discontinuity of the optical characteristics between the light shielding pixels.
- the color filter is a kind of resist, and is usually formed by dissolving a pigment having an absorption band in the visible light region in a resist material. For this reason, at the time of exposure, it is assumed that reflected light from the light shielding metal 12 strikes the color filter resist, thereby affecting the progress of the crosslinking reaction of the color filter resist. As a result, the adhesion of the color filter resist deteriorates, and the line width of the color filter formed by development changes. When the adhesion of the color filter resist is not sufficient, the color filter resist may be peeled off, and it may cause dust.
- FIG. 13 and 14 show specific examples in which the solid-state imaging device of the present invention is packaged.
- FIG. 13 and FIG. 14 are a top layout diagram and an example of a cross-sectional structure showing an example of the arrangement of pads and wire bonding when the solid-state imaging device 1 (1d) is packaged, respectively.
- the solid-state imaging device 1d is connected between the pad 45 on the solid-state imaging device side and the pad 46 on the package side by wiring 47 for wire bonding.
- the pads 45 and 46 and the wiring 47 are covered and sealed with resin.
- the light shielding member 22 covers the pads 45 and 46 and the wiring 47 on the resin. Since each of the pads 45 and 46 and the wiring 47 has a high reflectance and a large area, the light reflected from the light shielding metal 12 can be suppressed by covering with the light shielding member 22 when packaging or modularizing. Can do.
- one or more layers of the color filters 14, 14a to 14c, and 15a to 15c as light absorbing materials are stacked above the light shielding metal 12.
- the color filter layer and the light shielding member 22 so as to overlap each other when viewed from above, the reflected light from the light shielding metal 12 can be suppressed, and the occurrence of flare and ghost can be reliably suppressed.
- the planar shape and color arrangement of the color filter are changed to the planar shape and color arrangement of the light-receiving pixels.
- the present invention is not limited to this, and similarly to the above-described solid-state imaging devices 1a, 1b, 1d to 1g, the color filter of the light shielding pixel near the boundary between the light receiving pixel area and the light shielding pixel area is similarly used.
- a configuration in which the planar shape and color arrangement layout are the same as the planar shape and color arrangement layout of the light receiving pixels can be employed.
- the light-shielding pixel area is formed adjacent to the light-receiving pixel area on the outer periphery of the light-receiving pixel area.
- the present invention is also applied to a configuration without light-shielding pixels. Is possible.
- the effect of the present invention can be obtained by arranging the color filter layer and the light shielding member 22 above the light shielding metal 12 so as to overlap each other when viewed from the upper surface. .
- the present invention is not impeded by the configuration of the solid-state imaging device such as the layout of photodiodes provided in each pixel.
- the present invention can be used as a solid-state imaging device.
- Solid-state imaging device 11 Semiconductor substrate 12: Light shielding metal 13: Underlayer 14, 14, 14a to 14c, 15a to 15c: Color filter 16: Planarizing film 17: Micro lens 18: Antireflection film 21: Package substrate 22: Light shielding member 23: Fixing member 24: Support plate 31: Formation region of light shielding pixel (light shielding pixel area) and peripheral circuit of solid-state imaging device 32: Formation region of light receiving pixel (light receiving pixel area) 33: Area where the color filter layer and the light shielding portion overlap above the light shielding metal 34: Area where the light shielding metal is covered by the fixing member 35: In the light shielding pixel area where the color filter is formed with the same color arrangement layout as the light receiving pixel area Area 36: Boundary pixel (light-shielding pixel adjacent to the light-receiving pixel area) 37: A light receiving pixel adjacent to the boundary pixel 41: A mark indicating the alignment of the light shielding metal 42: A
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Abstract
固体撮像装置において、遮光画素または周辺回路の上方に形成される遮光メタルからの反射光が受光部に侵入し、フレア及びゴーストの原因となるのを防ぐ。遮光メタル１２の上方に光吸収材料としてのカラーフィルタ１４を１又は複数層、少なくとも受光画素とその外周部に形成される遮光画素または周辺回路との外周部側の境界部分を覆うように配置し、且つ、遮光部材２２を、遮光部材２２とカラーフィルタ１４が遮光メタル１２上方において重なり部分を有し、上面から見て、遮光メタル１２の全ての領域が遮光部とカラーフィルタ層の少なくとも何れか一方で覆われるように配置する。
Description
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する固体撮像装置に関し、特に、迷光の発生を抑制し、フレアやゴーストを低減した固体撮像装置に関する。
現在、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像素子を搭載した固体撮像装置が広く用いられている。これらの固体撮像素子の上面には、黒の基準となる遮光画素や周辺回路に光が入射されるのを防ぐための遮光メタルが設けられている。この遮光メタルに強烈な光が当たると、反射により迷光が受光画素に入り込み、フレア及びゴーストの原因となる（図１６参照）。
これを防ぐため、特許文献１に示す方法では、固体撮像素子を覆う保護ガラスの周辺部分に遮光部を形成し、かかる遮光部より外側にボンディングパッドを配置することで、受光部の外側からの反射光が受光部に侵入することを防ぐことができるとしている。
かかる遮光部は、迷光の浸入を防ぐため、受光部とのアラインメントを正確に一致させる必要がある。しかしながら、かかる遮光部は、パッケージやモジュールに固定する形にて設置されるものであり、アラインメントを正確に合わせることが難しい。
また、上記特許文献１では、遮光メタルは設けられてはいないが、遮光メタルを設けるとした場合、遮光メタルと遮光部の間に隙間があると、かかる隙間を介して反射光が受光部に浸入し、フレア及びゴーストが発生する虞がある。たとえ遮光部と受光部のアラインメントが正確に一致していても、フレア及びゴーストは発生しうる。
上記の通り、遮光部の形成にあっては、アライメントを正確に合わせるという問題と、遮光メタルと遮光部の間に生じる隙間の問題があり、フレアやゴーストをより確実に抑制する方法が必要であった。
上記の問題点を鑑み、本発明は、確実にフレアやゴーストを抑制できる固体撮像装置を提供することをその目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係る固体撮像装置は、遮光されていない複数の画素を配列してなる受光画素エリアと、前記受光画素エリアの外周部を覆う遮光メタルと、前記遮光メタルの上方に、少なくとも前記受光画素エリアと前記外周部との前記外周部側の境界部分の上方にカラーフィルタを１又は複数層積層して形成されたカラーフィルタ層と、前記遮光メタルの上方に、少なくとも一部が前記カラーフィルタ層と上面から見て重なりを有するように前記カラーフィルタ層より上層に配置された遮光部とを備え、
上面から見て、前記遮光メタルの全面が、前記カラーフィルタ層と前記遮光部の少なくとも何れか一方に覆われていることを特徴とする。
上面から見て、前記遮光メタルの全面が、前記カラーフィルタ層と前記遮光部の少なくとも何れか一方に覆われていることを特徴とする。
上記特徴の固体撮像装置に依れば、受光画素エリアの外周部（遮光画素ないし周辺回路が形成される領域）を覆う遮光メタルの上方に光吸収材料としてのカラーフィルタ層が少なくとも１層形成され、遮光部が、上面から見てカラーフィルタ層と重なり合うように形成され、結果、遮光メタルの全ての領域が遮光部とカラーフィルタ層の少なくとも何れか一方で覆われるように、遮光部とカラーフィルタ層が配置されている。
このように、遮光メタルの上方に光吸収材料としてのカラーフィルタ層が形成されていることで、遮光メタルからの反射を抑え、フレア及びゴーストの発生を抑制できる。
また、遮光部とカラーフィルタ層に重なり部分を有することで、遮光部の位置決めを厳密に行う必要が無くなり、アラインメント精度に余裕が生じる。一方、カラーフィルタ層は固体撮像素子の製造プロセス内で形成することが可能であり、境界画素の上方で遮光メタルが露出しないように、容易にアライメント精度を高めることができる。
ここで、カラーフィルタ層は、少なくとも遮光メタルの上方において、少なくとも受光画素エリアと外周部との外周部側の境界部分の上方に形成されている。一方、受光画素エリア内の各画素（以降、適宜「受光画素」と称する）の上方には、遮光メタルは形成されないが、受光画素毎に、赤緑青の何れかの色に対応するカラーフィルタが形成される。つまり、かかるカラーフィルタ層は、受光画素エリアに形成されるカラーフィルタと併せると、受光画素エリアから、外周部へ向かって延在するように形成される。
また、遮光メタルは隣接する受光画素同士の境界にも併せて形成されることも多いが、本発明において、遮光メタルとは、特にことわらない場合、遮光画素および周辺回路を覆う遮光メタルを指すこととする。受光画素においてはフォトダイオードに光を入射させなければならないため、受光画素上に遮光メタルが形成されるとすれば、フォトダイオード部において開口部を有している。この場合、受光画素間の境界上の遮光メタルの上方にカラーフィルタを形成するかしないかは、どちらでも可能である。
さらに、遮光メタルは、遮光画素ないし周辺回路を完全に覆っている必要はなく、遮光メタルに隙間（開口部）があってもよいし、遮光メタルを配線の一部として使ってもよい。配線ピッチが光の波長に対して十分短ければ、光はかなりの割合で反射されるため、完全に覆っているのと類似の効果が得られる。
上記特徴の固体撮像装置は、更に、前記遮光メタル上方の前記カラーフィルタ層は、少なくとも一部の領域において、透過色の異なる前記カラーフィルタが２層以上積層された積層構造により形成されていることが好ましい。特に、カラーフィルタ層が２層の場合、積層されるカラーフィルタの組み合わせとして、赤と緑、緑と青、及び、赤と青の３通りが挙げられるが、このうち赤と青の組み合わせが、透過率の波長分布が重複しないため最も好ましい。
上記特徴の固体撮像装置は、更に、前記カラーフィルタ層は、前記境界部分の上方において単層の前記カラーフィルタの積層構造となっていることが好ましい。
好ましくは外周部から受光画素エリアに向かってカラーフィルタ層の積層数を徐々に減らしてゆくことで、カラーフィルタ層上層に形成される平坦化膜の高さが外周部から受光画素エリアに向かうに従い連続的に変化し、受光画素エリア上方のかかる平坦化膜上へのマイクロレンズ形成が容易となる。
さらに、受光画素と遮光画素では、感度などの光学特性が均等となるように、固体撮像素子の構造を設計する必要がある。このため、かかる外周部側の境界部分に形成される遮光画素のカラーフィルタは受光画素と同じ１層のみで構成することが好ましい。
上記特徴の固体撮像装置は、更に、
前記外周部は、前記受光画素エリアに隣接して配置された、遮光された複数の画素を配列してなる遮光画素エリアを備え、
前記遮光画素エリア内の各画素のうち前記受光画素エリアに近接する境界画素近傍において、前記カラーフィルタ層の最下層に形成される前記カラーフィルタの平面形状および配色レイアウトが、前記受光画素エリア内の前記境界画素と近接する受光画素上方に形成されるカラーフィルタの平面形状および配色レイアウトと同一であることが好ましい。
前記外周部は、前記受光画素エリアに隣接して配置された、遮光された複数の画素を配列してなる遮光画素エリアを備え、
前記遮光画素エリア内の各画素のうち前記受光画素エリアに近接する境界画素近傍において、前記カラーフィルタ層の最下層に形成される前記カラーフィルタの平面形状および配色レイアウトが、前記受光画素エリア内の前記境界画素と近接する受光画素上方に形成されるカラーフィルタの平面形状および配色レイアウトと同一であることが好ましい。
上記特徴の固体撮像装置は、更に、
前記外周部は、前記受光画素エリアに隣接して配置された、遮光された複数の画素を配列してなる遮光画素エリアを備え、
前記カラーフィルタ層の最下層に形成される前記カラーフィルタの上面の位置が、前記受光画素エリアの端部から前記遮光画素エリアに向かうに従って連続的に変化することが好ましい。
前記外周部は、前記受光画素エリアに隣接して配置された、遮光された複数の画素を配列してなる遮光画素エリアを備え、
前記カラーフィルタ層の最下層に形成される前記カラーフィルタの上面の位置が、前記受光画素エリアの端部から前記遮光画素エリアに向かうに従って連続的に変化することが好ましい。
受光画素エリアと外周部の境界では、遮光メタルが画素上方に形成されるためにカラーフィルタが形成される下地層に段差が生じる場合があり、これにより、かかる境界に近接する受光画素および遮光画素の光学特性（感度など）が均一にならない虞がある。したがって、下地層を平坦化し、下地層に段差が生じないように形成することが好ましい。
しかしながら、上記のように、境界画素におけるカラーフィルタの平面形状および配色レイアウトを、受光画素と同様とし、カラーフィルタの上面位置が境界を挟んで連続的に変化するように構成することで、平坦化工程を簡素にしながら、かかる光学特性の均一性を極力維持することができる。
上記特徴の固体撮像装置は、更に、前記カラーフィルタ層は、少なくとも１層が黒色の前記カラーフィルタを積層して形成されていることが好ましい。このとき、黒色のカラーフィルタを１層だけ形成し、単層のカラーフィルタ層としてもよいが、受光画素に用いるカラーフィルタとは別に黒色のカラーフィルタで遮光メタルを覆うことで、効率的に光を吸収し、遮光メタルからの反射を抑えることができる。
上記特徴の固体撮像装置は、更に、前記カラーフィルタ層の上方に、低屈折率の反射防止膜が形成されていることが好ましい。
上記特徴の固体撮像装置は、更に、前記反射防止膜が、前記受光画素エリア内の受光画素の上方に形成されるマイクロレンズ上に形成される反射防止膜を前記外周部側に延長して形成されることが好ましい。
このように反射防止膜を構成することで、カラーフィルタ層またはカラーフィルタ層の上面に形成される平坦化膜に光が入射される際に生じる反射を抑え、確実にカラーフィルタ層に光を吸収させることができる。かかる反射防止膜の屈折率は１．５以下が好ましい。また、かかる反射防止膜は、受光画素のマイクロレンズ上の反射防止膜を延長してカラーフィルタ層の上方に形成することで、同一プロセスで形成することができ、製造工程を削減できる。もっとも、受光画素のマイクロレンズ上に形成される反射防止膜は吸収係数が低いため、カラーフィルタ層上方の反射防止膜とは別に形成することで、反射防止効果を高めることができる。
上記特徴の固体撮像装置は、更に、前記外周部に周辺回路が形成され、前記周辺回路の全面が、前記遮光メタルで覆われていることが好ましい。
上記特徴の固体撮像装置は、更に、前記遮光部と前記カラーフィルタ層との重なり部分の面積が、前記カラーフィルタ層が前記遮光メタル上方に形成されている部分の面積の半分以上であることが好ましい。
遮光メタル上方に形成したカラーフィルタ層よりも、遮光部の方がより高い遮光性能および吸収性能を実現しやすいため、カラーフィルタ層の半分以上の面積を遮光部が覆うことで、より高い遮光性能および吸収性能を得られる。
上記特徴の固体撮像装置は、更に、前記遮光部が、前記遮光メタル、或いは前記カラーフィルタのアラインメントを示すマーク、或いは前記カラーフィルタのマスクを表すマークを覆っていることが好ましい。
上記特徴の固体撮像装置は、更に、前記遮光部が、ワイヤボンディング用のパッド及び配線を覆っていることが好ましい。通常、ワイヤボンディング用のパッド及び配線は樹脂により封止されるが、かかる樹脂を遮光部で覆うことで反射を抑えることができる。
以上の通り、本発明によれば、遮光メタルの上方に、光吸収材料としてのカラーフィルタ層と遮光部を、上面から見て重なりを有するように配置することにより、遮光メタルからの反射を抑え、フレア及びゴーストの発生を確実に抑制された固体撮像装置を提供できる。
〈第１実施形態〉
図１は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置１の構造を模式的に示す断面図である。なお、以降に示す図面では、説明の都合上、要部を強調して示すこととし、構成部材の夫々の厚みや長さなどの寸法比は実際の寸法比とは必ずしも一致しない場合がある。また、以降に示す図面では、本発明の説明上必要な最小限の構成要素を例示しており、パッケージならびにモジュール化する際、レンズや赤外カットフィルタなどの様々な部材が追加されることがあるが、図示する上で省略している。また、受光画素エリアのうち、遮光画素エリアと近接しない領域の図示は割愛している。
図１は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置１の構造を模式的に示す断面図である。なお、以降に示す図面では、説明の都合上、要部を強調して示すこととし、構成部材の夫々の厚みや長さなどの寸法比は実際の寸法比とは必ずしも一致しない場合がある。また、以降に示す図面では、本発明の説明上必要な最小限の構成要素を例示しており、パッケージならびにモジュール化する際、レンズや赤外カットフィルタなどの様々な部材が追加されることがあるが、図示する上で省略している。また、受光画素エリアのうち、遮光画素エリアと近接しない領域の図示は割愛している。
固体撮像装置１は、固体撮像素子とその周辺回路が形成された半導体基板１１上に、遮光メタル１２、下地層１３、カラーフィルタ１４、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ（図示せず）、平坦化膜１６、及び、マイクロレンズ１７が形成されて固体撮像素子チップを構成し、かかる固体撮像素子チップがパッケージ基板２１上に固定され、遮光部材（遮光部）２２が、固定部材２３を介してパッケージ基板２１に対して固定されて構成されている。半導体基板１１に対しマイクロレンズ１７のある側から光が入射する。
半導体基板１１上の、受光画素エリアの形成領域３２の外周において、半導体基板１１内の固体撮像素子の遮光画素（遮光画素エリア）および周辺回路の形成領域３１の全面を覆うように、遮光メタル１２が形成されている。遮光メタルは反射率が高く、直接光があたると反射光が迷光となって、フレアやゴーストの原因になる。なお、周辺回路としては、信号処理を行う回路や、受光画素および遮光画素の駆動を制御する制御回路等、様々なものがある。
そこで、遮光メタル１２の形成領域の一部の上方には、光を吸収するためのカラーフィルタ１４からなる層（カラーフィルタ層）が、透明な下地層１３上に形成されている。一方、基板１１内の固体撮像素子の受光画素（受光画素エリア）の形成領域３２の上方にも、カラーフィルタ１５ａ～１５ｃからなる層が、下地層１３上に形成されている。カラーフィルタ１５ａ～１５ｃは、夫々、赤緑青の３種類のカラーフィルタの何れかに各別に対応し、光を波長毎に分離するために受光画素毎に、ある決まった配色レイアウトで形成される。なお、カラーフィルタ１５ｃは、図１の断面図上にはないため図示されていないが、紙面に対して垂直方向の位置が異なる別の断面図上には存在しうる。なお、下地層１３は、例えば、シリコン窒化膜、アクリル系樹脂、またはシリコン酸化膜である。
遮光メタル１２上方に形成されるカラーフィルタ層は、少なくとも受光画素エリアとその外周部との外周部側の境界部分の上方に形成され、受光画素上に形成されるカラーフィルタ１５ａ～１５ｃと併せると、カラーフィルタ層は、受光画素エリア３２から、その外周部３１へ向かって延在するように形成されている。
また、カラーフィルタ１４は、受光画素において用いられる赤緑青のカラーフィルタ１５ａ～１５ｃの何れかと同一である。或いは、黒色のカラーフィルタであってもよい。
さらに、このカラーフィルタ１４と上面から見て一部重複する領域３３を有するように遮光部材２２が配置されている。遮光部材２２は、遮光メタル１２の受光画素形成領域３２と対向する側の境界Ｙを越えて遮光メタル１２の少なくとも一部を覆うようにカラーフィルタ１４より上層に配置し、固定部材２３によりパッケージに固定され、光の入射側から見て、遮光メタル１２に直接光が当たることがないように形成する。遮光部材２２は黒色の材料が望ましく、赤外など可視光以外の波長領域の光も吸収させることが好ましい。
ここで、従来構成の固体撮像装置のように、カラーフィルタ１４がないとした場合、遮光メタル１２からの反射光が迷光となって受光画素に入射されるのを防ぐには、遮光部材２２の延伸範囲を、受光画素形成領域３２と遮光画素と周辺回路の形成領域３１の境界Ｘにぴったり一致させる必要が生じる。遮光部材２２の延伸範囲が領域３１内に留まっている場合、遮光メタル１２が遮光部材２２で覆われない領域が存在し、反射光が発生する。一方、遮光部材２２の延伸範囲が領域３１を超えて領域３２内を含んでいる場合、光を受光できない受光画素が存在してしまう。
しかしながら、本実施形態の固体撮像装置１では、少なくとも受光画素エリアに近接する境界上の遮光画素が、遮光メタル１２より上方において、カラーフィルタ１４からなるカラーフィルタ層で覆われているため、遮光部材２２の延伸範囲の位置決めを厳密に行う必要はなくなる。一方、カラーフィルタ１４、１５ａ～１５ｃは固体撮像素子の製造プロセス内で形成することが可能なため、アライメント精度を高めることができ、遮光メタルが露出しないように形成することは容易である。
図２に固体撮像装置１を上面から見たレイアウトを示す。なお、図２では、遮光画素および周辺回路等の遮光メタル１２に覆われる外周部分を強調して示している。
受光画素が形成される領域３２には、カラーフィルタ１５ａ～１５ｃが所定の配色レイアウト（例えば、市松状）に形成されている。図２の２本の点線で挟まれる領域に、遮光メタル１２が形成されている。
図２に示すように、遮光メタル１２に覆われた領域は、その上方において、カラーフィルタ１４、或いは遮光部材２２の少なくともどちらかにより覆われており、カラーフィルタ１４と遮光部材２２の両方に覆われている領域３３が存在する。ここで、ストレス緩和や配線のために遮光画素または周辺回路上に遮光メタル１２を一部形成しないことも想定できるが、カラーフィルタ１４を除去する必要はない。好ましくは、かかる領域３３の面積が、カラーフィルタ１４が形成される領域の半分以上となっていることで、高い遮光性能および吸収性能を得られる。
また、図２において、遮光メタル１２のアラインメントを示すマーク４１が半導体基板１１上に形成されており、これに基づいて、その上方に形成するカラーフィルタ１４、１５ａ～１５ｃの位置決めを高精度で行うことができる。また、図２には、遮光メタル１２が形成済みであることを示すマーク４３が形成されている。また、図２には、カラーフィルタのアラインメントを示すマーク４２及びカラーフィルタのマスクを表すマーク４４が半導体基板１１上に形成されており、各カラーフィルタ１４、１５ａ～１５ｃの形成工程が完了済みか否かを判別できるようになっている。これらマーク４１～４４は、遮光部材２２により覆われ、反射を抑えるようにしている。
図１では遮光部材２２が固定部材２３により固定されているが、固定部材２３上に支持板を設け、かかる支持板上に遮光部を配置し、固定してもよい。図３にかかる構成例を示す。図３に示す固体撮像装置１ａでは、支持板２４上に遮光部材２２を配置している。支持板２４は、例えばガラス板など透明な板であればよく、赤外カットフィルタ、紫外カットフィルタ、或いは、偽色およびモアレを低減するためのローパスフィルタ上に遮光部材２２を形成することも可能である。また、図３では遮光部材２２を支持板２４上に配置しているが、支持板の下に配置したり、２枚の支持板の間に挟まれるように配置したり、自由に構成できる。
さらに、遮光メタル１２の一部を、遮光部材２２或いは支持板２４を固定する固定部材２３の一部で遮光することも可能である。図４にかかる構成例を示す。図４に示す固体撮像装置１ｂでは、遮光メタル１２が形成される領域の一部の領域３４が、固定部材２３により覆われ、固定部材２３、遮光部材２２、及び、カラーフィルタ１４の何れかにより遮光メタルの全面が覆われている。この場合、固定部材２３は、遮光部材２２と併せて、反射光の浸入を防ぐ遮光部としての役割を有している。かかる固定部材２３は、十分に遮光するために黒色で形成することが好ましく、赤外など可視光以外の波長領域の光も吸収させることが好ましい。
さらに、遮光メタル１２上方のカラーフィルタ層は、透過色の異なるカラーフィルタを２種類以上積層してなることが好ましい。図５にかかる構成例を示す。図５に示す固体撮像装置１ｃでは、カラーフィルタ層が、カラーフィルタ１４ａとカラーフィルタ１４ｂの２層構造で形成されている。カラーフィルタ１４ａと１４ｂは透過光の波長が異なるため、一方のカラーフィルタでは透過する光を、他方のカラーフィルタで吸収し、可視光領域全域に渡って光を効果的に吸収させることができる。当然、赤緑青のカラーフィルタを３層重ねることが、遮光メタル１２からの反射光を抑止する上で最も好ましい構成となる。カラーフィルタ層が２層の場合、赤色のカラーフィルタと、青色のカラーフィルタを積層した構造が、透過率の波長分布が重複しないため好ましい。
ただし、図５に示すようにカラーフィルタ１４ａと１４ｂを積層させると、平坦化膜１６の平坦化の程度によっては、受光画素エリアと外周部との境界において平坦化膜１６の高さに段差が生じ、受光画素エリア上方に形成されるマイクロレンズ１７の形成が困難となる場合がある。このため、図６の固体撮像装置１ｄに示すように、受光画素エリアに近接する外周部側境界の上方では、カラーフィルタを１層で形成することで、かかる境界近傍における平坦化膜１６の高さの変化をならして、マイクロレンズ１７等の形成を容易とすることが好ましい。
さらに、カラーフィルタ層を構成する複数色のカラーフィルタのうち、１つが黒色のフィルタであってもよい。図７にかかる構成例を示す。図７に示す固体撮像装置１ｅでは、一例として、黒色のカラーフィルタ１４ｃを、平坦化膜１６上に形成することができる。
さらに、カラーフィルタ層の上方に反射防止膜を形成することが好ましい。図８および図９にかかる構成例を示す。反射防止膜はカラーフィルタ上に直接形成してもよいし、平坦化膜上に形成してもよい。図８及び図９では、平坦化膜１６上に反射防止膜１８を形成し、固体撮像装置１ｆ及び１ｇが構成されている。反射防止膜１８は、図９の固体撮像装置１ｇに示すように、マイクロレンズ１７上に形成する反射防止膜を延長し平坦化膜１６上に形成することで、工程を増やすことなく反射防止膜を形成することができる。
〈第２実施形態〉
上述した第１実施形態では、カラーフィルタ層を構成する各カラーフィルタ１４、１４ａ～１４ｃは、図１及び図３～図９に示すように、遮光メタル上方において特にカラーフィルタのレイアウトパターンを形成することなく、全面に堆積し形成している。
上述した第１実施形態では、カラーフィルタ層を構成する各カラーフィルタ１４、１４ａ～１４ｃは、図１及び図３～図９に示すように、遮光メタル上方において特にカラーフィルタのレイアウトパターンを形成することなく、全面に堆積し形成している。
しかしながら、黒色の基準となる遮光画素は、感度などの画素の光学特性を受光画素と揃えることが好ましい。このため、特に受光画素エリアと、受光画素エリアに隣接する遮光画素エリアとの境界近傍の遮光画素では、カラーフィルタ層を受光画素と同じく１層のみで構成し、カラーフィルタの平面形状および配色レイアウトが受光画素と同様になるように維持するとよい。
図１０に、図１に示す固体撮像装置１において、遮光画素上方に形成されるカラーフィルタ１４を、受光画素エリアに近接する遮光画素において、受光画素に形成されるカラーフィルタと同様の平面形状と配色レイアウトで形成した例を示す。図１１にカラーフィルタの配色レイアウトの一例を示す。
図１０及び図１１に示す固体撮像装置２では、受光画素エリアに近接する遮光画素近傍の領域３５において、受光画素上方に形成されるものと同じカラーフィルタ１５ａ～１５ｃが、遮光メタル１２の上方に形成されている。
図１１に示すように、受光画素エリアに近接する遮光画素近傍の領域３５において、緑のカラーフィルタ１５ａ、赤のカラーフィルタ１５ｂ、及び、青のカラーフィルタ１５ｃが、夫々が受光画素に形成されるカラーフィルタと同様の平面形状（正方形）を維持し、且つ、受光画素と同様（ここでは、市松模様）の配色レイアウトで形成されている。
特に、遮光メタル１２の形成後下地層１３の平坦化を行わない場合、或いは、下地層１３の平坦化が不十分な場合、受光画素エリアと遮光画素エリアの境界において下地層１３の上面に段差が生じる。カラーフィルタは形状が重要であるところ、かかる段差により、受光画素エリアと遮光画素エリアの境界近傍において、カラーフィルタの形状が同じ線幅と高さにならず、不連続に変化する虞がある。しかしながら、かかる段差を考慮したうえで、カラーフィルタの形状の連続性を維持するように、レイアウトパターンを設定することが好ましい。ここで、形成されたカラーフィルタ１５ａ～１５ｃが、受光画素エリアに近接する境界上の遮光画素３６（境界画素）の近傍から、遮光画素３６と近接する受光画素３７にわたって、その線幅が連続的に徐々に変化している場合、隣接する画素３６、３７間で線幅の変化は僅かである。このような場合、かかる隣接画素間において光学特性は殆ど変化しないため、各カラーフィルタの平面形状は同一とみなせる。
図１２に、固体撮像装置２において、下地層１３の平坦化を行わないで形成した場合の断面構造の一例を示す。図１２に示す固体撮像装置２ａは、下地層１３の段差により、受光画素エリアと遮光画素エリアの境界Ｘを挟んで、カラーフィルタの高さが変化している。しかしながら、カラーフィルタ１４、１５ａ～１５ｃの上面の位置が、受光画素エリアから遮光画素エリアまたは周辺回路へ向かうに従って、連続的に変化するように形成していることで、段差に起因する受光画素と遮光画素間の光学特性の不連続を低減することができる。
また、カラーフィルタはレジストの一種であり、通常、レジスト材料に可視光領域に吸収帯を持つ顔料を溶かし込んで形成する。このため、露光時において、遮光メタル１２からの反射光がカラーフィルタレジストに当たることにより、カラーフィルタレジストの架橋反応の進行に影響を与えることが想定される。この結果、カラーフィルタレジストの密着性が悪くなり、現像により形成されるカラーフィルタの線幅が変化する。カラーフィルタレジストの密着性が十分でない場合カラーフィルタレジストが剥がれる虞があり、また、ダストの原因となる。
したがって、現像後に下地層１３上に形成されるカラーフィルタの形状が、受光画素エリアから遮光画素エリアに向かうに従って連続的に変化するように、遮光メタルによる反射光や段差の影響を考慮した上で、露光時のマスクパターンを補正しておくことが好ましい。
〈第３実施形態〉
図１３及び図１４に本発明の固体撮像装置がパッケージ化される具体例を示す。図１３及び図１４は、夫々、固体撮像装置１（１ｄ）がパッケージされる際の、パッドの配置とワイヤボンディングの様子の一例を示す上面レイアウト図、及び、断面構造の模式図である。
図１３及び図１４に本発明の固体撮像装置がパッケージ化される具体例を示す。図１３及び図１４は、夫々、固体撮像装置１（１ｄ）がパッケージされる際の、パッドの配置とワイヤボンディングの様子の一例を示す上面レイアウト図、及び、断面構造の模式図である。
固体撮像装置１ｄは、ワイヤボンディング用の配線４７により、固体撮像素子側のパッド４５とパッケージ側のパッド４６間の接続がなされている。パッド４５、４６、及び、配線４７は、樹脂により覆われ封止されている。かかる樹脂上に、遮光部材２２が、パッド４５、４６、及び、配線４７を覆っている。各パッド４５、４６、及び、配線４７も反射率が高く、且つ、面積も大きいため、パッケージ化あるいはモジュール化の際、遮光部材２２で覆うことで、遮光メタル１２からの反射光を抑止することができる。
以上、本発明の固体撮像装置１（１ａ～１ｇ）及び２（２ａ）では、遮光メタル１２の上方に、光吸収材料としてのカラーフィルタ１４、１４ａ～１４ｃ、１５ａ～１５ｃを１又は複数層積層したカラーフィルタ層と遮光部材２２を、上面から見て重なりを有するように配置することにより、遮光メタル１２からの反射光が抑えられ、フレア及びゴーストの発生を確実に抑制することができる。
〈別実施形態〉
以下に、別実施形態について説明する。
以下に、別実施形態について説明する。
〈１〉上記第２実施形態では、固体撮像装置１の構成に対し、受光画素エリアと遮光画素エリアの境界近傍の遮光画素において、カラーフィルタの平面形状および配色レイアウトを受光画素の平面形状および配色レイアウトと同様とする場合を例示した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、上述の固体撮像装置１ａ、１ｂ、１ｄ～１ｇに対しても、同様に、受光画素エリアと遮光画素エリアの境界近傍の遮光画素においてカラーフィルタの平面形状および配色レイアウトを受光画素の平面形状および配色レイアウトと同様とする構成を採用できる。
〈２〉上記第３実施形態では、固体撮像装置１ｄの構成に対し、パッド４３と４４が、配線４５によりワイヤボンディングされる様子を説明したが、これは上述した他の固体撮像装置１、１ａ～１ｃ、１ｅ～１ｇ、２、２ａについても、何ら変わるところはない。
〈３〉上記各実施形態では、遮光画素エリアの全面および周辺回路の形成領域の全面が、遮光メタル１２により覆われているとした。しかしながら、遮光の必要がない周辺回路については、その上方に遮光メタルを形成しなくても構わない。かかる構成例を図１５に示す。図１５の固体撮像装置３に示すように、遮光画素より外周部に形成される周辺回路上の一部の領域については、その上方に遮光メタル１２を形成しなくても、かかる領域が遮光部材２２に覆われていることにより十分に遮光でき、且つ、遮光メタル１２からの反射光に起因する迷光を抑止できる。
〈４〉上記各実施形態では、受光画素エリアの外周部には、受光画素エリアに隣接して遮光画素エリアが形成されているとしたが、遮光画素の無い構成に対しても本発明は適用可能である。周辺回路の上面を遮光メタル１２で覆う場合に、遮光メタル１２の上方に、カラーフィルタ層と遮光部材２２を、上面から見て重なりを有するように配置することにより、本発明の効果が得られる。
〈５〉本発明は、各画素に設けられるフォトダイオードのレイアウト等、固体撮像素子の構成により何らその適用が妨げられるものではない。
本発明は、固体撮像装置としての利用が可能である。
１、１ａ～１ｇ、２、２ａ、３： 固体撮像装置
１１： 半導体基板
１２： 遮光メタル
１３： 下地層
１４、１４ａ～１４ｃ、１５ａ～１５ｃ： カラーフィルタ
１６： 平坦化膜
１７： マイクロレンズ
１８： 反射防止膜
２１： パッケージ基板
２２： 遮光部材
２３： 固定部材
２４： 支持板
３１： 遮光画素（遮光画素エリア）および固体撮像素子の周辺回路の形成領域
３２： 受光画素（受光画素エリア）の形成領域
３３： 遮光メタル上方において、カラーフィルタ層と遮光部が重複する領域
３４： 固定部材により遮光メタルが覆われる領域
３５： カラーフィルタが、受光画素エリアと同様の配色レイアウトで形成される遮光画素エリア内の領域
３６： 境界画素（受光画素エリアに近接する遮光画素）
３７： 境界画素に近接する受光画素
４１： 遮光メタルのアラインメントを示すマーク
４２： カラーフィルタのアラインメントを示すマーク
４３： 遮光メタルの形成工程完了を示すマーク
４４： カラーフィルタの形成工程完了を示すマーク
４５： パッド（固体撮像素子側）
４６： パッド（パッケージ側）
４７： ワイヤボンディング用配線
Ｘ： 遮光メタルの受光画素エリア側の境界
Ｙ： 遮光メタルの受光画素エリアと対向する側（遮光部材側）の境界
１１： 半導体基板
１２： 遮光メタル
１３： 下地層
１４、１４ａ～１４ｃ、１５ａ～１５ｃ： カラーフィルタ
１６： 平坦化膜
１７： マイクロレンズ
１８： 反射防止膜
２１： パッケージ基板
２２： 遮光部材
２３： 固定部材
２４： 支持板
３１： 遮光画素（遮光画素エリア）および固体撮像素子の周辺回路の形成領域
３２： 受光画素（受光画素エリア）の形成領域
３３： 遮光メタル上方において、カラーフィルタ層と遮光部が重複する領域
３４： 固定部材により遮光メタルが覆われる領域
３５： カラーフィルタが、受光画素エリアと同様の配色レイアウトで形成される遮光画素エリア内の領域
３６： 境界画素（受光画素エリアに近接する遮光画素）
３７： 境界画素に近接する受光画素
４１： 遮光メタルのアラインメントを示すマーク
４２： カラーフィルタのアラインメントを示すマーク
４３： 遮光メタルの形成工程完了を示すマーク
４４： カラーフィルタの形成工程完了を示すマーク
４５： パッド（固体撮像素子側）
４６： パッド（パッケージ側）
４７： ワイヤボンディング用配線
Ｘ： 遮光メタルの受光画素エリア側の境界
Ｙ： 遮光メタルの受光画素エリアと対向する側（遮光部材側）の境界
Claims (12)
- 遮光されていない複数の画素を配列してなる受光画素エリアと、
前記受光画素エリアの外周部を覆う遮光メタルと、
前記遮光メタルの上方に、少なくとも前記受光画素エリアと前記外周部との前記外周部側の境界部分の上方にカラーフィルタを１又は複数層積層して形成されたカラーフィルタ層と、
前記遮光メタルの上方に、少なくとも一部が前記カラーフィルタ層と上面から見て重なりを有するように前記カラーフィルタ層より上層に配置された遮光部とを備え、
上面から見て、前記遮光メタルの全面が、前記カラーフィルタ層と前記遮光部の少なくとも何れか一方に覆われていることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記遮光メタル上方の前記カラーフィルタ層は、少なくとも一部の領域において、透過色の異なる前記カラーフィルタが２層以上積層された積層構造により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
- 前記カラーフィルタ層は、前記境界部分の上方において単層の前記カラーフィルタの積層構造となっていることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
- 前記外周部は、前記受光画素エリアに隣接して配置された、遮光された複数の画素を配列してなる遮光画素エリアを備え、
前記遮光画素エリア内の各画素のうち前記受光画素エリアに近接する境界画素近傍において、前記カラーフィルタ層の最下層に形成される前記カラーフィルタの平面形状および配色レイアウトが、前記受光画素エリア内の前記境界画素と近接する受光画素上方に形成されるカラーフィルタの平面形状および配色レイアウトと同一であることを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の固体撮像装置。 - 前記外周部は、前記受光画素エリアに隣接して配置された、遮光された複数の画素を配列してなる遮光画素エリアを備え、
前記カラーフィルタ層の最下層に形成される前記カラーフィルタの上面の位置が、前記受光画素エリアの端部から前記遮光画素エリアに向かうに従って連続的に変化することを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の固体撮像装置。 - 前記カラーフィルタ層は、少なくとも１層が黒色の前記カラーフィルタを積層して形成されていることを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の固体撮像装置。
- 前記カラーフィルタ層の上方に、低屈折率の反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の固体撮像装置。
- 前記反射防止膜が、前記受光画素エリア内の受光画素の上方に形成されるマイクロレンズ上に形成される反射防止膜を前記外周部側に延長して形成されることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
- 前記外周部に周辺回路が形成され、
前記周辺回路の全面が、前記遮光メタルで覆われていることを特徴とする請求項１～８の何れか一項に記載の固体撮像装置。 - 前記遮光部と前記カラーフィルタ層との重なり部分の面積が、前記カラーフィルタ層が前記遮光メタル上方に形成されている部分の面積の半分以上であることを特徴とする請求項１～９の何れか一項に記載の固体撮像装置。
- 前記遮光部が、前記遮光メタル、或いは前記カラーフィルタのアラインメントを示すマーク、或いは前記カラーフィルタのマスクを表すマークを覆っていることを特徴とする請求項１～１０の何れか一項に記載の固体撮像装置。
- 前記遮光部が、ワイヤボンディング用のパッド及び配線を覆っていることを特徴とする請求項１～１１の何れか一項に記載の固体撮像装置。
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- 2012-11-08 WO PCT/JP2012/078982 patent/WO2013111419A1/ja active Application Filing
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