(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板に対面しており、前記透明基板を介して入射する入射光を受光する画素が半導体基板の画素領域に複数配列されている固体撮像素子と、
前記透明基板と前記固体撮像素子との間に設けられており、前記透明基板と前記固体撮像素子とを貼り合わせている第１接着層と
を有し、
前記透明基板は、
前記固体撮像素子に対面するように配置され、前記第１接着層によって前記固体撮像素子に接着されている、第１透明基板と、
前記第１透明基板の面に設けられた第１遮光層と、
前記第１遮光層が設けられた前記第１透明基板の面に対面するように配置された第２透明基板と、
前記第１透明基板と前記第２透明基板とを接着している第２接着層と
を含み、
前記第１透明基板の厚さＴ１と、前記第２透明基板の厚さと前記第２接着層の厚さの合計厚さＴ２とは、Ｔ１：Ｔ２＝２：１の関係にあり、
前記第１遮光層は、前記第１透明基板と前記第２透明基板とが対面する面において、周辺に位置する部分に設けられており、
前記第１遮光層は、当該第１遮光層にて前記画素領域に近い端部から傾斜して前記第１透明基板に入射する光が、前記第１透明基板の側面で反射したときに、前記画素領域に入射せずに前記画素領域の周辺の領域に入射するように形成されており、
前記第１遮光層の幅Ｗ３は、下記の式（Ａ）を満たすように形成されている、
Ｗ３＝０．５・Ｔ１・ｔａｎθ      ・・・（Ａ）
ただし、θは、前記第２透明基板に入射し、前記第２透明基板内で屈折した光のうち前記第１遮光層に入射しなかった光が、前記第１透明基板に入射して前記第１透明基板を進行するときの、前記第１透明基板の端面となす角度である、
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１遮光層は、前記第１透明基板と前記第２透明基板とが対面する面のうち、前記画素領域の周辺に位置する周辺領域に対応する部分に形成されている、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１遮光層は、前記第１透明基板と前記第２透明基板とが対面する面であって、前記周辺領域に対応する部分のうち、前記画素領域に近い内側部分に形成されておらず、前記画素領域から離れた外側部分に形成されている、
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１透明基板と、前記第２接着層と、前記第２透明基板を含む前記透明基板は、前記固体撮像素子に設けられた周辺領域の幅よりも、厚みが厚い、
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２透明基板の線膨張係数と、前記第１透明基板の線膨張係数が同じである、
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記固体撮像素子において前記第１透明基板と前記第２透明基板を含む前記透明基板に対面する面に対して反対の面に配置されている半導体チップを有する、
請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記透明基板は、
前記第１透明基板の前記固体撮像素子に対面する面に設けられた第２遮光層を、さらに含む、
請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１接着層は、前記透明基板と前記固体撮像素子とが対面する面の全面に設けられている、
請求項１から７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
第１透明基板、前記第１透明基板の周辺に配設された第１遮光層、第２透明基板、および、前記第１透明基板と前記第２透明基板とを接着する第２接着層を有する、透明基板を形成する透明基板形成工程と、
光を受光する画素を半導体基板の画素領域に複数設けることで固体撮像素子を形成する、固体撮像素子形成工程と、
前記透明基板を介して入射する光を前記画素が受光するように前記透明基板と前記固体撮像素子とを対面させた間に第１接着層を設けることによって、前記透明基板と前記固体撮像素子とを貼り合わせる、貼り合わせ工程と
を有し、
前記透明基板形成工程は、
前記第１透明基板の面の周辺部分に前記第１遮光層を形成する工程と、
前記第１透明基板において前記第１遮光層が設けられた面に対面するように前記第２透明基板を配置し、前記第２接着層を用いて前記第１透明基板と前記第２透明基板とを接着する工程と
を含み、
前記第１遮光層を形成する工程においては、前記第１透明基板と前記第２透明基板とが対面する前記第１透明基板の面において周辺に位置する部分に前記第１遮光層を設け、
前記第１透明基板の厚さＴ１と、前記第２透明基板の厚さと前記第２接着層の厚さの合計厚さＴ２とは、Ｔ１：Ｔ２＝２：１の関係にあり、
前記第１遮光層は、前記第１遮光層にて前記画素領域に近い端部から傾斜して入射する光が、前記第１透明基板の側面で反射したときに、前記画素領域に入射せずに前記画素領域の周辺領域に入射するように形成されており、
前記第１遮光層の幅Ｗ３は、下記の式（Ａ）を満たすように形成されている、
Ｗ３＝０．５・Ｔ１・ｔａｎθ      ・・・（Ａ）
ただし、θは、前記第２透明基板に入射し、前記第２透明基板内で屈折した光のうち前記第１遮光層に入射しなかった光が、前記第１透明基板に入射して前記第１透明基板を進行するときの、前記第１透明基板の端面となす角度であり、
前記貼り合わせ工程においては、前記第１透明基板を前記固体撮像素子に対面するように配置し前記第１接着層を設けることで、前記透明基板と前記固体撮像素子とを貼り合わせる、
固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記透明基板と前記固体撮像素子とが貼り合わされた状態のものについてダイシング加工を実施する、ダイシング加工工程を有する、
請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
透明基板と、
前記透明基板に対面しており、前記透明基板を介して入射する入射光を受光する画素が半導体基板の画素領域に複数配列されている固体撮像素子と、
前記透明基板と前記固体撮像素子との間に設けられており、前記透明基板と前記固体撮像素子とを貼り合わせている第１接着層と
を有し、
前記透明基板は、
前記固体撮像素子に対面するように配置され、前記第１接着層によって前記固体撮像素子に接着されている、第１透明基板と、
前記第１透明基板の面に設けられた第１遮光層と、
前記第１遮光層が設けられた前記第１透明基板の面に対面するように配置された第２透明基板と、
前記第１透明基板と前記第２透明基板とを接着している第２接着層と
を含み、
前記第１透明基板の厚さＴ１と、前記第２透明基板の厚さと前記第２接着層の厚さの合計厚さＴ２とは、Ｔ１：Ｔ２＝２：１の関係にあり、
前記第１遮光層は、前記第１透明基板と前記第２透明基板とが対面する面において、周辺に位置する部分に設けられており、
前記第１遮光層は、当該第１遮光層にて前記画素領域に近い端部から傾斜して前記第１透明基板に入射する光が、前記第１透明基板の側面で反射したときに、前記画素領域に入射せずに前記画素領域の周辺の領域に入射するように形成されており、
前記第１遮光層の幅Ｗ３は、下記の式（Ａ）を満たすように形成されている、
Ｗ３＝０．５・Ｔ１・ｔａｎθ      ・・・（Ａ）
ただし、θは、前記第２透明基板に入射し、前記第２透明基板内で屈折した光のうち前記第１遮光層に入射しなかった光が、前記第１透明基板に入射して前記第１透明基板を進行するときの、前記第１透明基板の端面となす角度である、
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、および、その製造方法に関する。また、本発明は、固体撮像装置を含むカメラ等の電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの電子機器は、固体撮像装置を含む。たとえば、固体撮像装置として、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサチップ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサチップを含む。
【０００３】
固体撮像装置は、半導体基板の面に複数の画素がアレイ状に配列されている。各画素においては、光電変換部が設けられている。光電変換部は、たとえば、フォトダイオードであり、外付けの光学系を介して入射する光を受光面で受光し光電変換することによって、信号電荷を生成する。
【０００４】
固体撮像装置のうち、ＣＭＯＳ型イメージセンサチップは、光電変換部のほかに、画素トランジスタを含むように、画素が構成されている。画素トランジスタは、複数のトランジスタで構成されており、光電変換部で生成された信号電荷を読み出して、信号線へ電気信号として出力する。
【０００５】
固体撮像装置は、たとえば、チップサイズパッケージの形態で製造されている。具体的には、複数の固体撮像素子（センサ素子）が設けられたシリコンウエハのセンサ面に対面するように、ガラスウエハを貼り合わせる。ここでは、隣接する固体撮像素子の間を樹脂で区画するように隔壁を設けて、この貼り合わせが行われる。そして、シリコンウエハにスルーシリコンビアを形成して、センサ面と、そのセンサ面に対して反対側の面との間を配線する。そして、その反対側の面に半田ボールを形成後、ダイシングを実施してチップサイズにする。これにより、固体撮像装置がチップサイズパッケージの形態で製造される。
【０００６】
また、固体撮像装置においては、機能が異なる複数の半導体チップを積み重ねて電気的に接続することが提案されている。この場合には、各半導体チップの機能に対応するように、各回路を最適に形成することが可能であるので、装置を高機能化することを容易に実現できる。たとえば、光を受光する画素が設けられたセンサ素子と、画素から出力された信号を処理する回路が設けられたロジック回路素子とを積み重ねている（たとえば、特許文献１，２参照）。
【０００７】
上記の固体撮像装置においては、入射光がガラス板の側端面で反射して、画素に入射する場合がある。このため、撮像画像にフレアがノイズとして発生する場合がある。
【０００８】
このような不具合の発生を抑制するために、ガラス板において入射光が入射する側の面の周辺部分に、遮光パターンを形成することが提案されている（たとえば、特許文献３〜６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−４９３６１号公報
【特許文献２】特開２００７−１３０８９号公報
【特許文献３】特開２０１０−５６１７０号公報
【特許文献４】特開２０１０−３４４７１号公報
【特許文献５】特開２００８−１６６６３２号公報
【特許文献６】特開２００６−４１１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１３は、固体撮像装置の一例を示す断面図である。
【００１１】
固体撮像装置は、図１３に示すように、センサ素子１００を含む。センサ素子１００は、一方の面にガラス基板３０１が対面するように配置されており、この対面する面の中央部分には、空洞なキャビティ部６００が設けられている。そして、センサ素子１００とガラス基板３０１とにおいて対面する面の周辺部分に、接着層５０１が設けられており、この接着層５０１によって両者が貼り合わされている。そして、センサ素子１００の他方の面には、バンプ４０２が設けられている。
【００１２】
センサ素子１００は、ガラス基板３０１と対面する面に画素領域ＰＡと周辺領域ＳＡとが設けられている。
【００１３】
画素領域ＰＡには複数の画素（図示無し）が配列されており、画素のそれぞれにマイクロレンズＭＬが設けられている。そして、画素領域ＰＡにおいては、上方からガラス基板３０１とキャビティ部６００とを介して入射する入射光Ｈを、画素が受光し電気信号として出力する。
【００１４】
周辺領域ＳＡは、画素領域ＰＡの周囲に位置している。この周辺領域ＳＡにおいては、周辺回路（図示無し）が設けられている。
【００１５】
画素領域ＰＡの中心部分においては、外付けの光学系（図示無し）を介して入射する入射光の角度が、画素領域ＰＡに対して、ほぼ垂直であるのに対して、図１３に示すように、画素領域ＰＡの周辺部分においては、入射光Ｈは、傾斜して入射する。この入射光Ｈは、ガラス基板３０１の上面に入射後、ガラス基板３０１の内部を進行し、そのガラス基板３０１の側面で反射する。そして、その反射した入射光Ｈは、センサ素子１００へ向かう。図１３の場合には、周辺回路が設けられた周辺領域ＳＡに入射する。
【００１６】
図１４は、固体撮像装置の他の一例を示す断面図である。
【００１７】
図１４に示すように、固体撮像装置は、上記と異なり、ロジック回路素子２００を含む。
【００１８】
図１４に示すように、センサ素子１００とガラス基板３０１は、上記と同様に、対面するように配置されている。
【００１９】
ここでは、図１４に示すように、図１３と異なり、センサ素子１００とガラス基板３０１とにおいて対面する面の中央部分には、キャビティ部６００が設けられていない。そして、センサ素子１００とガラス基板３００とにおいて対面する面の全体に接着層５０１が設けられており、この接着層５０１によって、センサ素子１００とガラス基板３０１とが貼り合わされている。接着層５０１は、図１３と異なり、全面に設けられている。
【００２０】
そして、図１４に示すように、センサ素子１００とロジック回路素子２００とが対面して配置されており、両者が接合されている。そして、ロジック回路素子２００において、センサ素子１００が設けられた面とは反対の面（下面）には、バンプ４０２が設けられている。
【００２１】
図１４に示すように、センサ素子１００は、画素領域ＰＡと、周辺領域ＳＡとが設けられているが、図１３と異なり、周辺領域ＳＡにおいては、周辺回路（図示無し）の一部または全部が設けられていない。周辺回路（図示無し）の一部または全部は、ロジック回路素子２００に設けられている。
【００２２】
このため、バンプ４０２と電気的に接続させるためのビアホール（図示無し）を、ロジック回路素子２００において、画素領域ＰＡに対応する部分に形成できる。よって、図１４に示す場合には、図１３の場合よりも、画素領域ＰＡの幅Ｗ１を広く、周辺領域ＳＡの幅Ｗ２を狭くすることが可能である。したがって、図１４に示すように、複数の機能が異なる半導体チップで構成される固体撮像装置は、小型化が可能であって、ウエハ当たりに製造可能なセンサ素子１００の数を増加させることが可能であるので、製造効率の向上を実現可能である。
【００２３】
この図１４の場合において、画素領域ＰＡの周辺部分で傾斜して入射する入射光Ｈは、図１３の場合と同様に、ガラス基板３０１の上面に入射後、ガラス基板３０１の内部を進行し、そのガラス基板３０１の側面で反射する。そして、その反射した入射光Ｈは、センサ素子１００へ向かう。このとき、図１４の場合には、周辺領域の幅Ｗ２が狭いので、図１３の場合と異なり、画素領域ＰＡに入射する。このため、このガラス基板３０１の側面の反射による入射光Ｈによって、撮像画像にフレアなどのノイズが発生する場合がある。
【００２４】
このような不具合の発生を防止するために、上記したように、ガラス基板に遮光パターンを形成することが提案されている。
【００２５】
図１５は、固体撮像装置において、ガラス基板に遮光パターンを設けた場合の一例を示す断面図である。
【００２６】
図１５に示すように、ガラス基板３０１において入射光Ｈが入射する上面において、周辺に位置する部分に、遮光層３１１Ｊを設ける。遮光層３１１Ｊは、ガラス基板３０１の上面において画素領域ＰＡに対応する部分を被覆せず、周辺領域ＳＡに対応する部分を被覆するように形成される。
【００２７】
この場合には、画素領域ＰＡの周辺部分で傾斜して入射する入射光Ｈは、図１５に示すように、遮光層３１１Ｊで遮光される。このため、ガラス基板３０１の内部を進行せずに、ガラス基板３０１の側面で反射されないので、上記の不具合の発生を防止できる。
【００２８】
しかしながら、周辺領域ＳＡの幅Ｗ２を更に狭くする場合には、図１４の場合と同様に、周辺領域ＳＡに入射した光が、反射によって、画素領域ＰＡへ入射する場合があるので、撮像画像にフレアなどのノイズが発生する場合がある。
【００２９】
各図からわかる様に、ガラス基板３０１の厚みＴを薄くすることで、ガラス基板３０１の側面へ入射光Ｈが侵入することを防止することができる。しかし、ガラス基板３０１は、固体撮像装置の機械的強度を保つために補強するサポート基板としても機能させる必要があるので、薄膜化が困難な場合がある。
【００３０】
この他に、ガラス基板３０１の上面に遮光層３１１Ｊを形成した場合には、遮光層３１１Ｊが露出された状態であるために、傷が発生する場合がある。
【００３１】
このように、固体撮像装置においては、フレアなどのノイズの発生よって撮像画像の画像品質が低下する場合がある。また、遮光層３１１Ｊに傷が発生することに伴って、製造歩留まりが低下し、製造効率の向上や、コストダウンの実現が困難な場合がある。
【００３２】
したがって、本発明は、撮像画像の画像品質の向上、製造効率の向上、コストダウンなどを実現可能な、固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明によれば、透明基板と、前記透明基板に対面しており、前記透明基板を介して入射する入射光を受光する画素が半導体基板の画素領域に複数配列されている固体撮像素子と、前記透明基板と前記固体撮像素子との間に設けられており、前記透明基板と前記固体撮像素子とを貼り合わせている第１接着層とを有し、
前記透明基板は、前記固体撮像素子に対面するように配置され、前記第１接着層によって前記固体撮像素子に接着されている、第１透明基板と、前記第１透明基板の面に設けられた第１遮光層と、前記第１遮光層が設けられた前記第１透明基板の面に対面するように配置された第２透明基板と、前記第１透明基板と前記第２透明基板とを接着している第２接着層とを含み、
前記第１透明基板の厚さＴ１と、前記第２透明基板の厚さと前記第２接着層の厚さの合計厚さＴ２とは、Ｔ１：Ｔ２＝２：１の関係にあり、
前記第１遮光層は、前記第１透明基板と前記第２透明基板とが対面する面において、周辺に位置する部分に設けられており、
前記第１遮光層は、当該第１遮光層にて前記画素領域に近い端部から傾斜して前記第１透明基板に入射する光が、前記第１透明基板の側面で反射したときに、前記画素領域に入射せずに前記画素領域の周辺の領域に入射するように形成されており、
前記第１遮光層の幅Ｗ３は、下記の式（Ａ）を満たすように形成されている、
Ｗ３＝０．５・Ｔ１・ｔａｎθ      ・・・（Ａ）
ただし、θは、前記第２透明基板に入射し、前記第２透明基板内で屈折した光のうち前記第１遮光層に入射しなかった光が前記第１透明基板に入射して前記第１透明基板を進行するときの、前記第１透明基板の端面となす角度である、
固体撮像装置が提供される。
【００３４】
また本発明によれば、第１透明基板、前記第１透明基板の周辺に配設された第１遮光層、第２透明基板、および、前記第１透明基板と前記第２透明基板とを接着する第２接着層を有する、透明基板を形成する透明基板形成工程と、光を受光する画素を半導体基板の画素領域に複数設けることで固体撮像素子を形成する、固体撮像素子形成工程と、前記透明基板を介して入射する光を前記画素が受光するように前記透明基板と前記固体撮像素子とを対面させた間に第１接着層を設けることによって、前記透明基板と前記固体撮像素子とを貼り合わせる、貼り合わせ工程とを有し、
前記透明基板形成工程は、
前記第１透明基板の面の周辺部分に前記第１遮光層を形成する工程と、
前記第１透明基板において前記第１遮光層が設けられた面に対面するように前記第２透明基板を配置し、前記第２接着層を用いて前記第１透明基板と前記第２透明基板とを接着する工程と
を含み、
前記第１遮光層を形成する工程においては、前記第１透明基板と前記第２透明基板とが対面する前記第１透明基板の面において周辺に位置する部分に前記第１遮光層を設け、
前記第１透明基板の厚さＴ１と、前記第２透明基板の厚さと前記第２接着層の厚さの合計厚さＴ２とは、Ｔ１：Ｔ２＝２：１の関係にあり、
前記第１遮光層は、前記第１透明基板と前記第２透明基板とが対面する前記第１透明基板の面において、周辺に位置する部分に設けられており、
前記第１遮光層は、前記第１遮光層にて前記画素領域に近い端部から傾斜して入射する光が、前記第１透明基板の側面で反射したときに、前記画素領域に入射せずに前記画素領域の周辺領域に入射するように形成されており、
前記第１遮光層の幅Ｗ３は、下記の式（Ａ）を満たすように形成されている、
Ｗ３＝０．５・Ｔ１・ｔａｎθ      ・・・（Ａ）
ただし、θは、前記第２透明基板に入射し、前記第２透明基板内で屈折した光のうち前記第１遮光層に入射しなかった光が前記第１透明基板に入射して前記第１透明基板を進行するときの、前記第１透明基板の端面となす角度であり、
前記貼り合わせ工程においては、前記第１透明基板を前記固体撮像素子に対面するように配置し前記第１接着層を設けることで、前記透明基板と前記固体撮像素子とを貼り合わせる、
固体撮像装置の製造方法が提供される。
【００３５】
本発明によれば、透明基板と、前記透明基板に対面しており、前記透明基板を介して入射する入射光を受光する画素が半導体基板の画素領域に複数配列されている固体撮像素子と、前記透明基板と前記固体撮像素子との間に設けられており、前記透明基板と前記固体撮像素子とを貼り合わせている第１接着層とを有し、
前記透明基板は、前記固体撮像素子に対面するように配置され、前記第１接着層によって前記固体撮像素子に接着されている、第１透明基板と、前記第１透明基板の面に設けられた第１遮光層と、前記第１遮光層が設けられた前記第１透明基板の面に対面するように配置された第２透明基板と、前記第１透明基板と前記第２透明基板とを接着している第２接着層とを含み、
前記第１透明基板の厚さＴ１と、前記第２透明基板の厚さと前記第２接着層の厚さの合計厚さＴ２とは、Ｔ１：Ｔ２＝２：１の関係にあり、
前記第１遮光層は、前記第１透明基板と前記第２透明基板とが対面する面において、周辺に位置する部分に設けられており、
前記第１遮光層は、当該第１遮光層にて前記画素領域に近い端部から傾斜して前記第１透明基板に入射する光が、前記第１透明基板の側面で反射したときに、前記画素領域に入射せずに前記画素領域の周辺の領域に入射するように形成されており、
前記第１遮光層の幅Ｗ３は、下記の式（Ａ）を満たすように形成されている、
Ｗ３＝０．５・Ｔ１・ｔａｎθ      ・・・（Ａ）
ただし、θは、前記第２透明基板に入射し、前記第２透明基板内で屈折した光のうち前記第１遮光層に入射しなかった光が前記第１透明基板に入射して前記第１透明基板を進行するときの、前記第１透明基板の端面となす角度である、
電子機器が提供される。
【００３６】
本発明においては、第１透明基板の面に遮光層を形成する。そして、その第１透明基板において遮光層が設けられた面に対面するように第２透明基板を配置する。遮光層を形成する際には、第１透明基板と第２透明基板とが対面する面において周辺に位置する部分に、その遮光層を設ける。そして、第１透明基板を固体撮像素子に対面するように配置することで、透明基板と固体撮像素子とを貼り合わせる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、撮像画像の画像品質の向上、製造効率の向上、コストダウンなどを実現可能な、固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明にかかる実施形態１において、カメラ４０の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の全体構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態１において、固体撮像装置１の要部構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態１において、固体撮像装置１の要部構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態１において、センサ素子１００の要部構成を示す図である。
【図６】図６は、本発明にかかる実施形態１において、画素Ｐを示す図である。
【図７】図７は、本発明にかかる実施形態１において、画素Ｐを示す図である。
【図８】図８は、本発明にかかる実施形態１において、カラーフィルタＣＦを示す図である。
【図９】図９は、本発明にかかる実施形態１において、画素Ｐから信号を読み出す際に、各部へ供給するパルス信号を示すタイミングチャートである。
【図１０】図１０は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置の製造方法を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置の製造方法を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１３】図１３は、固体撮像装置の一例を示す断面図である。
【図１４】図１４は、固体撮像装置の他の一例を示す断面図である。
【図１５】図１５は、固体撮像装置において、ガラス基板に遮光パターンを設けた場合の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４０】
なお、説明は、下記の順序で行う。
１．実施形態１（一対の基板の間に遮光層を設ける場合）
２．実施形態２（２種類の遮光層がある場合）
３．その他
【００４１】
＜１．実施形態１＞
（１）装置構成
（１−１）カメラの要部構成
図１は、本発明にかかる実施形態１において、カメラ４０の構成を示す構成図である。
【００４２】
図１に示すように、カメラ４０は、固体撮像装置１と、光学系４２と、駆動回路４３と、信号処理回路４４とを有する。各部について、順次、説明する。
【００４３】
固体撮像装置１は、光学系４２を介して被写体像として入射する入射光を、撮像面ＰＳで受光して光電変換することによって、信号電荷を生成する。ここでは、固体撮像装置１は、制御部４３から出力される制御信号に基づいて駆動する。そして、信号電荷を読み出して、ローデータとして出力する。
【００４４】
光学系４２は、結像レンズや絞りなどの光学部材を含み、入射光を、固体撮像装置１の撮像面ＰＳへ集光するように配置されている。光学系４２は、光軸が固体撮像装置１の撮像面ＰＳの中心に対応するように設けられている。
【００４５】
ここでは、光学系４２は、図１に示すように、固体撮像装置１の撮像面ＰＳの中心部分においては、撮像面ＰＳに垂直な角度で光Ｈ１が出射される。一方で、撮像面ＰＳの周辺部分では、撮像面ＰＳに垂直な方向に対して傾斜した角度で光Ｈ２が出射される。これは、光学系４２においてレンズ焦点から射出瞳までの間の射出瞳距離が有限であるので、レンズ中心から周辺へ向かうに伴って、主光線が傾き、入射角度が大きくなることに起因する。
【００４６】
制御部４３は、各種の制御信号を固体撮像装置１と信号処理部４４とに出力し、固体撮像装置１と信号処理部４４とを制御して駆動させる。
【００４７】
信号処理部４４は、固体撮像装置１から出力された電気信号について信号処理を実施することによって、デジタル画像を生成するように構成されている。
【００４８】
（１−２）固体撮像装置の要部構成
固体撮像装置１の全体構成について説明する。
【００４９】
図２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の全体構成を示すブロック図である。
【００５０】
図２に示すように、固体撮像装置１は、画素領域ＰＡが設けられている。
【００５１】
画素領域ＰＡは、図２に示すように、矩形形状であり、複数の画素Ｐが水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれに、配置されている。つまり、画素Ｐがマトリクス状に並んでいる。そして、この画素領域ＰＡは、図１に示した撮像面ＰＳに相当する。画素Ｐの詳細については、後述する。
【００５２】
この他に、固体撮像装置１は、図２に示すように、垂直駆動回路３と、カラム回路４と、水平駆動回路５と、外部出力回路７と、タイミングジェネレータ８とが、周辺回路として設けられている。
【００５３】
垂直駆動回路３は、図２に示すように、画素領域ＰＡにおいて水平方向Ｈに並ぶ複数の画素Ｐの行ごとに電気的に接続されている。
【００５４】
カラム回路４は、図２に示すように、列単位で画素Ｐから出力される信号について信号処理を実施するように構成されている。ここでは、カラム回路４は、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ；相関二重サンプリング）回路（図示なし）を含み、固定パターンノイズを除去する信号処理を実施する。
【００５５】
水平駆動回路５は、図２に示すように、カラム回路４に電気的に接続されている。水平駆動回路５は、たとえば、シフトレジスタを含み、カラム回路４で画素Ｐの列ごとに保持されている信号を、順次、外部出力回路７へ出力させる。
【００５６】
外部出力回路７は、図２に示すように、カラム回路４に電気的に接続されており、カラム回路４から出力された信号について信号処理を実施後、外部へ出力する。外部出力回路７は、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路７ａとＡＤＣ回路７ｂとを含む。外部出力回路７においては、ＡＧＣ回路７ａが信号にゲインをかけた後に、ＡＤＣ回路７ｂがアナログ信号からデジタル信号へ変換して、外部へ出力する。
【００５７】
タイミングジェネレータ８は、図２に示すように、垂直駆動回路３、カラム回路４、水平駆動回路５，外部出力回路７のそれぞれに電気的に接続されている。タイミングジェネレータ８は、各種パルス信号を生成し、垂直駆動回路３、カラム回路４、水平駆動回路５，外部出力回路７に出力することで、各部について駆動制御を行う。
【００５８】
図３，図４は、本発明の実施形態１において、固体撮像装置１の要部構成を示す図である。
【００５９】
ここで、図３は、斜視図であって、図４は、断面図であり、両者は、固体撮像装置１の構成を模式的に示している。
【００６０】
本実施形態の固体撮像装置１は、図３，図４に示すように、センサ素子１００と、ロジック回路素子２００と、ガラス基板３０１とを含む。
【００６１】
図３に示すように、センサ素子１００とロジック回路素子２００とのそれぞれは、対面している。センサ素子１００と、ロジック回路素子２００とのそれぞれは、図４に示すように、その対面した面で互いに接合されており、互いに電気的に接続されている。このように、固体撮像装置１は、「３次元積層チップ構造」であって、センサ素子１００とロジック回路素子２００とが積み重なっている。
【００６２】
また、図３に示すように、センサ素子１００とガラス基板３０１とのそれぞれは、互いに対面するように配置されている。ここでは、センサ素子１００とガラス基板３０１とにおいて対面する面の全体に、接着層５０１が設けられており、この接着層５０１によって両者が貼り合わされている。
【００６３】
固体撮像装置１において、センサ素子１００には、図３，図４に示すように、画素領域ＰＡが設けられている。つまり、上述の図２で示したように、複数の画素Ｐが水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれに配置された画素領域ＰＡが設けられている。周辺領域ＳＡにおいては、上述の図２で示した周辺回路の一部が設けられている。たとえば、上述の図２で示した垂直駆動回路３とタイミングジェネレータ８とが設けられている。
【００６４】
固体撮像装置１において、ロジック回路素子２００には、図３に示すように、ロジック回路領域２００Ｒが設けられている。ロジック回路領域２００Ｒにおいては、上述の図２で示した周辺回路のうち、センサ素子１００の周辺領域ＳＡに設けられなかった回路が設けられている。たとえば、上述の図２で示したカラム回路４と、水平駆動回路５と、外部出力回路７とが設けられている。
【００６５】
なお、センサ素子１００の周辺領域ＳＡに周辺回路を設けず、ロジック回路素子２００に、図２で示した周辺回路の全てを設けるように、構成しても良い。その他、ロジック回路素子２００に代えて、配線基板を設けても良い。すなわち、機能が異なる複数の半導体チップを積み重ねて、固体撮像装置を構成しても良い。
【００６６】
固体撮像装置１を構成する各部の詳細について順次説明する。
【００６７】
（ａ）センサ素子１００について
固体撮像装置１を構成するセンサ素子１００について説明する。
【００６８】
図３，図４に示すように、固体撮像装置１において、センサ素子１００は、半導体基板１０１を含む。たとえば、半導体基板１０１は、単結晶シリコンで形成されており、ガラス基板３０１と対面する面に画素領域ＰＡと周辺領域ＳＡとが設けられている。センサ素子１００は、上方からガラス基板３０１を介して入射する光を、画素領域ＰＡの各画素が受光し、電気信号として出力する。
【００６９】
詳細については後述するが、画素領域ＰＡの各画素には、図４に示すように、マイクロレンズＭＬが設けられている。そして、このマイクロレンズＭＬを被覆するように、低屈折率材層１１０が、設けられている。そして、センサ素子１００は、低屈折率材層１１０の上面で、ガラス基板３０１と接着層５０１によって貼り合わされている。低屈折率層１１０は、マイクロレンズＭＬ（たとえば、屈折率が１．９）よりも屈折率が低い材料（たとえば、屈折率が１．４）で形成されている。また、低屈折率層１１０は、厚みが０．３〜１．０μｍになるように形成されている。
【００７０】
（ａ−１）センサ素子１００の要部構成
図５は、本発明の実施形態１において、センサ素子１００の要部構成を示す図である。図５では、一部の断面を示している。
【００７１】
センサ素子１００において、半導体基板１０１の表面（下面）には、図５に示すように、配線層１１１が設けられている。配線層１１１は、多層配線層であって、複数の配線１１１ｈと絶縁層１１１ｚとを含む。配線層１１１は、配線１１１ｈと絶縁膜とが交互に積層されて形成されており、各配線１１１ｈが、絶縁層１１１ｚで覆われるように設けられている。
【００７２】
センサ素子１００において、画素領域ＰＡには、図５に示すように、フォトダイオード２１が半導体基板１０１の内部に設けられている。また、画素領域ＰＡには、半導体基板１０１の裏面（上面）にカラーフィルタＣＦとマイクロレンズＭＬとが順次設けられている。フォトダイオード２１とカラーフィルタＣＦとマイクロレンズＭＬとのそれぞれは、画素領域ＰＡに設けられる複数の画素Ｐごとに設けられている。フォトダイオード２１は、半導体基板１０１の裏面側から、マイクロレンズＭＬとカラーフィルタＣＦとを介して入射する光を受光する。つまり、本実施形態の固体撮像装置は、「裏面照射型」のイメージセンサチップである。
【００７３】
（ａ−２）画素Ｐの構成
図６，図７は、本発明にかかる実施形態１において、画素Ｐを示す図である。
【００７４】
ここで、図６は、画素Ｐの平面図である。また、図７は、画素Ｐの回路構成を示す図である。
【００７５】
図６，図７に示すように、画素Ｐは、図５で示したフォトダイオード２１の他に、画素トランジスタＴｒを含む。ここでは、画素トランジスタＴｒは、転送トランジスタ２２と、増幅トランジスタ２３と、選択トランジスタ２４と、リセットトランジスタ２５とを含み、フォトダイオード２１から信号電荷を読み出す動作を実施するように構成されている。
【００７６】
画素Ｐにおいて、フォトダイオード２１は、図２に示した複数の画素Ｐに対応するように複数が配置されている。つまり、撮像面（ｘｙ面）において、水平方向ｘと、この水平方向ｘに対して直交する垂直方向ｙとのそれぞれに並んで設けられている。
【００７７】
たとえば、フォトダイオード２１は、半導体基板１０１の内部において、ｎ型の不純物が拡散された電荷蓄積領域（図示なし）を含む。そして、そのｎ型の電荷蓄積領域の上面側と下面側との各界面において、暗電流が発生することを抑制するように、ｐ型の不純物が拡散されたホール蓄積領域（図示なし）が形成されている。
【００７８】
図６に示すように、画素Ｐの周囲には複数の画素Ｐの間を電気的に分離する画素分離部ＰＢが設けられており、この画素分離部ＰＢで区画された領域に、フォトダイオード２１が設けられている。たとえば、画素分離部ＰＢは、半導体基板１０１（図５など参照）中にｐ型の不純物を拡散させることで形成されている。
【００７９】
図７に示すように、フォトダイオード２１は、アノードが接地されており、蓄積した信号電荷（ここでは、電子）が、画素トランジスタＴｒによって読み出され、電気信号として垂直信号線２７へ出力される。具体的には、フォトダイオード２１は、転送トランジスタ２２を介して、増幅トランジスタ２３に接続されている。そして、フォトダイオード２１においては、増幅トランジスタ２３のゲートに接続されているフローティングディフュージョンＦＤへ、その蓄積した信号電荷が、転送トランジスタ２２によって出力信号として転送される。
【００８０】
画素Ｐにおいて、画素トランジスタＴｒは、図２に示した複数の画素Ｐに対応するように複数が配置されている。画素トランジスタＴｒは、たとえば、図６に示すように、半導体基板１０１において画素Ｐの間を分離する画素分離部ＰＢに形成されている。
【００８１】
画素トランジスタＴｒにおいて、転送トランジスタ２２は、図５に示すように、半導体基板１０１において配線層１１１が被覆する表面に設けられている。図５では図示を省略しているが、他のトランジスタ２３〜２５も同様に、半導体基板１０１において配線層１１１が被覆する表面に設けられている。各トランジスタ２２〜２５は、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタであって、各ゲートが、たとえば、ポリシリコンを用いて形成されている。そして、各トランジスタ２２〜２５は、配線層１１１で被覆されている。
【００８２】
画素トランジスタＴｒのうち、転送トランジスタ２２は、フォトダイオード２１で生成された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤへ転送するように構成されている。具体的には、転送トランジスタ２２は、図７に示すように、フォトダイオード２１とフローティングディフュージョンＦＤとの間において介在するように設けられている。そして、転送トランジスタ２２は、転送線２６からゲートに転送信号ＴＧが送信されてオン状態にされた際に、フォトダイオード２１が蓄積した信号電荷を、フローティングディフュージョンＦＤに転送する。
【００８３】
画素トランジスタＴｒのうち、増幅トランジスタ２３は、転送トランジスタ２２が転送した信号電荷による信号を増幅して出力するように構成されている。具体的には、増幅トランジスタ２３は、図７に示すように、ゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。また、増幅トランジスタ２３は、ドレインが電源電位供給線Ｖｄｄに接続され、ソースが選択トランジスタ２４に接続されている。増幅トランジスタ２３は、選択トランジスタ２４がオン状態になるように選択されたときには、定電流源Ｉから定電流が供給されて、ソースフォロアとして動作する。このため、増幅トランジスタ２３では、選択トランジスタ２４に選択信号ＳＥＬが供給されることによって、転送された信号電荷による信号が増幅される。
【００８４】
画素トランジスタＴｒのうち、選択トランジスタ２４は、選択信号ＳＥＬに基づいて、画素Ｐから電気信号を垂直信号線２７へ出力するように構成されている。具体的には、選択トランジスタ２４は、図７に示すように、選択信号ＳＥＬが供給されるアドレス線２８にゲートが接続されている。そして、選択トランジスタ２４は、選択信号ＳＥＬが供給されてオン状態になった際には、上記のように増幅トランジスタ２３によって増幅された出力信号を、垂直信号線２７に出力する。
【００８５】
画素トランジスタＴｒのうち、リセットトランジスタ２５は、増幅トランジスタ２３のゲート電位をリセットするように構成されている。具体的には、リセットトランジスタ２５は、図７に示すように、リセット信号ＲＳＴが供給されるリセット線２９にゲートが接続されている。また、リセットトランジスタ２５は、ドレインが電源電位供給線Ｖｄｄに接続され、ソースがフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。そして、リセットトランジスタ２５は、リセット線２９からリセット信号がゲートに供給されてオン状態になった際に、フローティングディフュージョンＦＤを介して、増幅トランジスタ２３のゲート電位を、電源電位にリセットする。
【００８６】
なお、図７で示した、転送線２６，アドレス線２８，垂直信号線２７，リセット線２９などの各配線は、図５で示した配線層１１１を構成する配線１１１ｈに相当する。
【００８７】
前述したように、各画素Ｐには、カラーフィルタＣＦとマイクロレンズＭＬとのそれぞれが設けられている（図５参照）。
【００８８】
画素Ｐにおいて、カラーフィルタＣＦは、入射光を着色して、半導体基板１０１の受光面ＪＳへ透過するように構成されている。たとえば、カラーフィルタＣＦは、着色顔料とフォトレジスト樹脂とを含む塗布液を、スピンコート法などのコーティング方法によって塗布して塗膜を形成後、リソグラフィ技術によって、その塗膜をパターン加工して形成される。
【００８９】
図８は、本発明にかかる実施形態１において、カラーフィルタＣＦを示す図である。図８においては、カラーフィルタＣＦの上面を示している。
【００９０】
図８に示すように、カラーフィルタＣＦは、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとを含む。レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとのそれぞれは、隣接しており、いずれかが、複数の画素Ｐのそれぞれに対応して設けられている。
【００９１】
ここでは、図８に示すように、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとのそれぞれが、ベイヤー配列ＢＨで並ぶように配置されている。すなわち、複数のグリーンフィルタ層ＣＦＧが市松状になるように、対角方向へ並んで配置されている。そして、レッドフィルタ層ＣＦＲとブルーフィルタ層ＣＦＢとが、複数のグリーンフィルタ層ＣＦＧにおいて、対角方向に並ぶように配置されている。
【００９２】
画素Ｐにおいて、マイクロレンズＭＬは、図５に示したように、カラーフィルタＣＦの上面に設けられている。マイクロレンズＭＬは、受光面ＪＳの上方において、中心が縁よりも厚く形成された凸型レンズであり、入射光Ｈをフォトダイオード２１の受光面ＪＳへ集光するように構成されている。
【００９３】
本実施形態は、キャビティ部６００（図１３参照）が無い構造であり、キャビティ部６００が設けられた部分には、空気よりも屈折率が高い接着層５０１（たとえば、ｎ＝１．４〜１．６）が設けられている。このため、マイクロレンズＭＬについては、この接着層５０１よりも屈折率が高い材料（たとえば、ｎ＝１．７〜２．１）を用いて集光効率を向上させることが好適である。たとえば、ＳｉＮ（ｎ＝２．１）などの高屈折率材料を用いて、マイクロレンズＭＬを形成することが好適である。
【００９４】
図９は、本発明にかかる実施形態１において、画素Ｐから信号を読み出す際に、各部へ供給するパルス信号を示すタイミングチャートである。ここでは、（ａ）が選択信号ＳＥＬを示し、（ｂ）がリセット信号ＲＳＴを示し、（ｃ）が転送信号ＴＧを示している（図７参照）。
【００９５】
まず、図９に示すように、第１の時点ｔ１において、選択トランジスタ２４を導通状態にするように、選択信号をハイレベルとする。そして、第２の時点ｔ２において、リセットトランジスタ２５を導通状態にするように、リセット信号をハイレベルとする。これにより、増幅トランジスタ２３のゲート電位をリセットする。
【００９６】
つぎに、第３の時点ｔ３において、リセットトランジスタ２５を非導通状態にするようにリセット信号をローレベルにする。そして、この後、そのリセットレベルに対応した電圧を、カラム回路４へ読み出す。
【００９７】
つぎに、第４の時点ｔ４において、転送トランジスタ２２を導通状態にするように転送信号をハイレベルにして、フォトダイオード２１で蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤへ転送する。
【００９８】
つぎに、第５の時点ｔ５において、転送トランジスタ２２を非導通状態にするように、転送信号をローレベルにする。この後、その蓄積された信号電荷の量に応じた信号レベルの電圧を、カラム回路４へ読み出す。
【００９９】
カラム回路４においては、先に読み出したリセットレベルと、後に読み出した信号レベルとを差分処理して、信号を蓄積する。これにより、画素Ｐごとに設けられた各トランジスタのＶｔｈのバラツキ等によって発生する固定的なパターンノイズが、キャンセルされる。
【０１００】
上記のように画素を駆動する動作は、各トランジスタ２２，２４，２５の各ゲートが、水平方向ｘに並ぶ複数の画素Ｐからなる行単位で接続されていることから、その行単位で並ぶ複数の画素Ｐについて同時に行われる。具体的には、上述した垂直駆動回路３によって供給される選択信号によって、水平ライン（画素行）単位で垂直な方向に順次選択される。そして、タイミングジェネレータ８から出力される各種タイミング信号によって各画素のトランジスタが制御される。これにより、各画素Ｐにおける出力信号が垂直信号線２７を通して画素列毎にカラム回路４に読み出される。
【０１０１】
そして、カラム回路４で蓄積された信号が、水平駆動回路５によって選択されて、外部出力回路７へ順次出力される。
【０１０２】
（ｂ）ロジック回路素子２００について
ロジック回路素子２００は、図３，図４に示すように、センサ素子１００において、ガラス基板３０１が配置された面に対して、反対の面の側に配置されている。ロジック回路素子２００は、センサ素子１００と電気的に接続されている。
【０１０３】
図５に示すように、ロジック回路素子２００は、半導体基板２０１を含む。たとえば、半導体基板２０１は、単結晶シリコンで形成されており、センサ素子１００と対面するように配置されている。
【０１０４】
ロジック回路素子２００において、半導体基板２０１は、図５に示すように、センサ素子１００の側の表面に、半導体素子２２０が設けられている。半導体素子２２０は、たとえば、ＭＯＳトランジスタであり、図示を省略しているが、図２で示した周辺回路を構成するように、複数が設けられている。
【０１０５】
そして、図５に示すように、半導体基板２０１の表面（上面）を被覆するように、配線層２１１が設けられている。配線層２１１は、多層配線層であって、複数の配線２１１ｈと絶縁層２１１ｚとを含む。配線層１１１は、配線１１１ｈと絶縁膜とが交互に積層されて形成されており、各配線１１１ｈが、絶縁層１１１ｚで覆われるように設けられている。また、配線層２１１中には、パッド電極ＰＡＤが設けられている。
【０１０６】
ロジック回路素子２００において、半導体基板１０１の裏面（下面）には、図５に示すように、絶縁層４００と導電層４０１とが順次設けられている。そして、その導電層４０１の下面に、バンプ４０２が設けられている。
【０１０７】
ロジック回路素子２００においては、図５に示すように、半導体基板２０１を貫通するビアホールＶＨが設けられている。つまり、スルーシリコンビアが設けられている。このビアホールＶＨは、配線層２１１に設けられたパッド電極ＰＡＤの下面を露出するように形成されている。そして、そのビアホールＶＨの内部には、絶縁層４００を介して導電層４０１が被覆されている。絶縁層４００には、パッド電極ＰＡＤの下面の一部を露出させるように開口が形成されている。そして、導電層４０１は、その絶縁層４００の開口を埋め込むように形成されており、パッド電極ＰＡＤと電気的に接続されている。
【０１０８】
センサ素子１００とロジック回路素子２００は、図５に示すように、接合されている。ここでは、センサ素子１００の配線層１１１とロジック回路素子２００の配線層２１１とが接合されており、各配線層１１１，２１１の間が配線で電気的に接続されている。
【０１０９】
（ｃ）ガラス基板３０１について
固体撮像装置１を構成するガラス基板３０１について説明する。
【０１１０】
図３，図４に示すように、固体撮像装置１において、ガラス基板３０１は、第１ガラス基板３０１Ａと第２ガラス基板３０１Ｂと遮光層３１１とを含む。
【０１１１】
第１ガラス基板３０１Ａは、図３，図４に示すように、センサ素子１００に対面するように配置されている。ここでは、第１ガラス基板３０１Ａは、センサ素子１００との間に、接着層５０１が介在しており、この接着層５０１によって、第１ガラス基板３０１Ａとセンサ素子１００とが接着されている。
【０１１２】
第２ガラス基板３０１Ｂは、図３，図４に示すように、第１ガラス基板３０１Ａを介して、センサ素子１００に対面するように配置されている。ここでは、第２ガラス基板３０１Ｂは、第１ガラス基板３０１Ａに対面する側の面と間に、接着層３２１が介在しており、この接着層３２１によって、第１ガラス基板３０１Ａと第２ガラス基板３０１Ｂとが接着されている。第２ガラス基板３０１Ｂは、第１ガラス基板３０１Ａよりも厚みが薄いものが用いられている。また、第２ガラス基板３０１Ｂは、第１ガラス基板３０１Ａと線膨張係数が同じものを用いて形成されている。
【０１１３】
遮光層３１１は、図３，図４に示すように、第１ガラス基板３０１Ａにおいて第２ガラス基板３０１Ｂに対面する側の面に設けられている。つまり、遮光層３１１は、第１ガラス基板３０１Ａと第２ガラス基板３０１Ｂとの間に介在するように設けられている。
【０１１４】
ここでは、遮光層３１１は、図３，図４に示すように、第１ガラス基板３０１Ａと第２ガラス基板３０１Ｂとが対面する面において、周辺に位置する部分に設けられている。
【０１１５】
具体的には、図４に示すように、遮光層３１１は、第１ガラス基板３０１Ａと第２ガラス基板３０１Ｂとが対面する面のうち、画素領域ＰＡに対応する部分に形成されておらず、周辺領域ＳＡに対応する部分に形成されている。また、遮光層３１１は、その周辺領域ＳＡに対応する部分のうち、画素領域ＰＡに近い内側部分に形成されておらず、その外側部分のみに形成されている。
【０１１６】
本実施形態では、遮光層３１１にて画素領域ＰＡに近い端部から傾斜して入射する光Ｈ２が、第１ガラス基板３０１Ａの側面で反射したときに、画素領域ＰＡに入射せずに周辺領域ＳＡに入射するように、各部が形成されている。
【０１１７】
すなわち、下記の関係式を満たすように、各部が形成されている。
Ｗ３＝０．５・Ｔ１・ｔａｎθ      ・・・（１）
Ｔ１：Ｔ２＝２：１                ・・・（２）
Ｗ２＜Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２              ・・・（３）
図４に示すように、上記の式において、Ｔ１は、第１ガラス基板３０１Ａの厚みである。Ｔ２は、第２ガラス基板３０１Ｂと接着層３２１とを合わせた厚みである。θは、遮光層３１１において画素領域ＰＡに近い端部から傾斜して入射する光Ｈ２が、第１ガラス基板３０１Ａ内を進行するときの傾斜角度を示している。Ｗ２は、周辺領域ＳＡの幅を示している。Ｗ３は、遮光層３１１の幅を示している。
また、Ｗ３については、たとえば、下記の関係式を満たすことが好適である。
Ｗ３≦Ｗ２                        ・・・（４）
【０１１８】
このため、たとえば、厚みＴ１が３３３μｍの第１ガラス基板３０１Ａと、厚みＴ２が１６７μｍの第２ガラス基板３０１Ｂとを貼り合わせた場合であって、θ＝３０°の光が入射した場合には、遮光層３１１は、上記式より、幅Ｗ３が、９６μｍとなる。
【０１１９】
これに対して、図１５に示したように、１枚のガラス基板３０１の上面に遮光層３１１Ｊを設ける場合において、サポート基板としての機能を考慮して厚みＴを上記の合計と同じ厚みにするときは（Ｔ＝５００μｍ）、幅Ｗ３が、１４４μｍとなる。
【０１２０】
よって、本実施形態では、図１５の場合と比較して、周辺領域ＳＡの幅Ｗ２を、２／３にすることができ、更に狭くすることが可能である。
【０１２１】
また、本実施形態においては、上記の数式（２）のように、Ｔ１：Ｔ２＝２：１の関係を満たしている（図１４参照）。
これにより、ガラス基板３０１の全体の厚みを薄くすることができると共に、第１ガラス基板３０１Ａの端面へ入射する光の遮光と、第２ガラス基板３０１Ｂの端面で反射した光の遮光とを効果的に実現可能である。
これは、下記の理由による。
第１ガラス基板３０１Ａの側端面において、光が反射して画素領域ＰＡへ最大に入射する反射位置は、その厚みＴ１の中心になる。
これよりも上側の位置では、遮光層３１１の幅Ｗ３が非常に小さいときに反射が生ずるので、上記の反射位置にはならない。
第１ガラス基板３０１Ａの側端面において、その厚みＴ１の中心で反射する光を遮光するように遮光層３１１の幅Ｗ３を規定したとき、厚みＴ２は、光入射面の側端部の頂点での反射光を、遮光層３１１で遮光する厚みであることが必要である。
このため、第２ガラス基板３０１Ｂと接着層３２１との合計の厚みＴ２が、第１ガラス基板３０１Ａの厚みＴ１の半分にすること（（Ｔ２）＝（Ｔ１）／２）が、好適である。
遮光層３１１の画素領域ＰＡ側の端部と第２ガラス基板３０１Ｂの光入射面の側端部との間を結ぶ線の高さ（Ｔ２）と、遮光層３１１の画素領域ＰＡ側の端部と第１ガラス基板３０１Ｂの側端面の中心部とを結ぶ線の高さ（Ｔ１／２）が、同じになるからである。
ただし、Ｔ１：Ｔ２＝２：１の条件に限らず、他の厚み条件の第１ガラス基板３０１Ａおよび第２ガラス基板３０１Ｂを用いても良い。特に、遮光層３１１の幅Ｗ３が大きい場合には、これに限らない。
【０１２２】
（２）製造方法
以下より、上記の固体撮像装置１を製造する製造方法の要部について説明する。
【０１２３】
図１０，図１１は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置の製造方法を示す図である。
【０１２４】
ここで、図１０，図１１は、固体撮像装置を製造する各工程を順次示している。
【０１２５】
本実施形態においては、図１０，図１１に示すように、（ａ）〜（ｆ）の各工程を経て、複数の固体撮像装置１が設けられた大判な円盤状のウエハを分割することによって、一の固体撮像装置１を製造する。
【０１２６】
各工程の詳細について説明する。
【０１２７】
（ａ）ガラス基板３０１の形成
まず、図１０（ａ）に示すように、ガラス基板３０１を形成する。
【０１２８】
ここでは、図１０（ａ）に示すように、大判の第１ガラスウエハ３０１ＡＷの上面に、遮光層３１１を形成する。
【０１２９】
具体的には、第１ガラスウエハ３０１ＡＷの一方の面において、複数の固体撮像装置を設ける領域ＣＡのそれぞれの周辺位置に遮光層３１１を形成する。すなわち、複数の固体撮像装置を設ける領域ＣＡを区画するように、遮光層３１１を格子状に第１ガラスウエハ３０１ＡＷに形成する。
【０１３０】
たとえば、第１ガラスウエハ３０１ＡＷを製造装置に支持させた状態にする。たとえば、バキュームチャック，静電チャック，メカニカルなチャックによって支持される。そして、黒色色素を含んだ感光性樹脂を第１ガラスウエハ３０１ＡＷの一方の面に成膜後、リソグラフィ技術によって、上記のようにパターン加工することで、遮光層３１１を形成する。
たとえば、厚みが、０．５〜３μm程度になるように、遮光層３１１を形成する。
その他、金属材料などの他の遮光材料を用いて、遮光層３１１を形成しても良い。
【０１３１】
そして、その遮光層３１１が設けられた第１ガラスウエハ３０１ＡＷの上面に接着層３２１を設ける。
【０１３２】
たとえば、シロキサン系接着剤を用いて、接着層３２１を設ける。
たとえば、厚みが、０．５〜１０μｍ程度になるように、接着層３２１を形成する。
その他、エポキシ系、アクリル系接着剤などの他の接着材料を用いて、接着層３２１を形成しても良い。
【０１３３】
そして、その接着層３２１が設けられた第１ガラスウエハ３０１ＡＷの上面に、大判の第２ガラスウエハ３０１ＢＷを対面させる。その後、第１ガラスウエハ３０１ＡＷに第２ガラスウエハ３０１ＢＷを貼り合わせる。
【０１３４】
（ｂ）センサ素子１００とロジック回路素子２００との貼り合わせ
つぎに、図１０（ｂ）に示すように、センサ素子１００とロジック回路素子２００とを貼り合わせる。
【０１３５】
ここでは、大判の第１半導体ウエハ１０１Ｗに複数のセンサ素子１００を設ける。つまり、第１半導体ウエハ１０１Ｗにおいて複数の固体撮像装置を設ける領域ＣＡのそれぞれに、画素Ｐ，配線層１１１などの各部を適宜設ける（図５参照）。
【０１３６】
そして、大判の第２半導体ウエハ板２０１Ｗに複数のロジック回路素子２００を設ける。つまり、第２半導体ウエハ２０１Ｗにおいて複数の固体撮像装置を設ける領域ＣＡのそれぞれに、ロジック回路素子２００を構成する半導体素子２２０，配線層２１１などの各部を、適宜形成する（図５参照）。
【０１３７】
そして、第１半導体ウエハ１０１Ｗと第２半導体ウエハ板２０１Ｗとを対面させて貼り合わせる。ここでは、第１半導体ウエハ１０１Ｗと第２半導体ウエハ板２０１Ｗの各配線層１１１，２１１を互いに対面させて、その対面した面において、貼り合わせる（図５参照）。たとえば、プラズマ接合によって、両者を貼り合わせる。この他に、接着剤を用いて、この貼り合わせを実施しても良い。
【０１３８】
そして、第１半導体ウエハ１０１Ｗを、たとえば、厚みが２〜１０μｍになるように、薄膜化した後に、図４に示したように、カラーフィルタＣＦ，オンチップレンズＭＬなどの各部を形成する（図５参照）。
【０１３９】
（ｃ）ガラス基板３０１の設置
つぎに、図１０（ｃ）に示すように、ガラス基板３０１を設置する。
【０１４０】
ここでは、図１０（ｃ）に示すように、ロジック回路素子２００が下面に貼り合わされたセンサ素子１００の上面に、ガラス基板３０１を貼り合わせる。
【０１４１】
具体的には、第２半導体ウエハ２０１Ｗの下面で製造装置に支持させた状態にする。そして、第１半導体ウエハ１０１Ｗの上面と、第１ガラスウエハ３０１ＡＷの下面を対面させる。その後、両者を位置合わせして貼り合わせる。複数の固体撮像装置を設ける領域ＣＡのそれぞれにおいて、センサ素子１００とガラス基板３０１とが対面する面の全体に、接着層５０１を設けることで、両者を貼り合わせる。
【０１４２】
たとえば、シロキサン系接着剤を用いて、接着層５０１を設ける。
たとえば、厚みが、１０〜７０μｍになるように、接着層５０１を形成する。
その他、エポキシ系、アクリル系接着剤などの他の接着材料を用いて、接着層５０１を形成しても良い。
【０１４３】
（ｄ）反転
つぎに、図１１（ｄ）に示すように、ガラス基板３０１を設置したものの上下を反転させる。
【０１４４】
ここでは、センサ素子１００においてロジック回路素子２００が貼り合わされた面が上方へ向くように、反転が行われる。そして、ガラス基板３０１においてセンサ素子１００が貼り合わされた面とは反対側の面で、製造装置に支持される。つまり、第２ガラスウエハ３０１ＢＷの下面で支持される。
【０１４５】
（ｅ）バンプ４０２の形成
つぎに、図１１（ｅ）に示すように、バンプ４０２を形成する。
【０１４６】
ここでは、ロジック回路素子２００においてセンサ素子１００に対面する面に対して反対側の面に、バンプ４０２を形成する。つまり、第２半導体ウエハ２０１Ｗにおいて第１半導体ウエハ１０１Ｗに対面する面に対して反対の面に、バンプ４０２を形成する。
【０１４７】
具体的には、バンプ４０２の形成に先立って、ロジック回路素子２００を構成する半導体基板２０１にビアホールＶＨを形成し、パッド電極ＰＡＤの表面を露出させる。そして、絶縁層４００，導電層４０１を設けた後に、金属材料を用いてバンプ４０２を形成する（図５参照）。
【０１４８】
（ｆ）ダイシング
つぎに、図１１（ｆ）に示すように、ダイシングを実施して、複数の固体撮像装置１に分割する。
【０１４９】
ここでは、複数の固体撮像装置１の間のスクライブ領域においてダイシング加工を実施することで、固体撮像装置１が複数設けられているウエハ状態のものを、一の固体撮像装置１ごとに分割する。
【０１５０】
つまり、ダイシングの実施によって、第１半導体ウエハ１０１Ｗを、複数の半導体基板１０１に分割する。また、第２半導体ウエハ２０１Ｗを、複数の半導体基板２０１に分割する。また、第１ガラスウエハ３０１ＡＷを複数の第１ガラス基板３０１Ａに分割する。そして、第２ガラスウエハ３０１ＢＷを複数の第２ガラス基板３０１Ｂに分割する。
【０１５１】
（３）まとめ
以上のように、本実施形態の固体撮像装置１は、センサ素子１００がガラス基板３０１に対面している。センサ素子１００には、ガラス基板３０１を介して入射する入射光を受光する画素Ｐが半導体基板１０１の画素領域ＰＡに複数配列されている。そして、ガラス基板３０１とセンサ素子１００との間には、接着層５０１が設けられており、ガラス基板３０１とセンサ素子１００とが貼り合わされている。ここで、ガラス基板３０１においては、第１ガラス基板３０１Ａがセンサ素子１００に対面するように配置され、接着層５０１によってセンサ素子１００に接着されている。そして、その第１ガラス基板３０１Ａにおいてセンサ素子１００に対面する面に対して反対側の面には、遮光層３１１が設けられている。そして、第１ガラス基板３０１Ａにおいて遮光層３１１が設けられた面に対面するように、第２ガラス基板３０１Ｂが配置されている（図４参照）。
【０１５２】
本実施形態においては、遮光層３１１は、第１ガラス基板３０１Ａと第２ガラス基板３０１Ｂとが対面する面において、周辺に位置する部分に設けられている。つまり、遮光層３１１は、ガラス基板３０１において外部に露出するように形成されていない。
【０１５３】
よって、本実施形態では、遮光層３１１に傷が発生することを防止できる。特に、ビアホールＶＨなどの形成の際には、ガラス基板３０１においてセンサ素子１００に対面した面とは反対側の面で製造装置に支持させるので、この支持面に遮光膜があるときには、その露出した遮光膜に傷が発生する場合がある。また、これにより、遮光膜が剥離する場合がある。しかし、本実施形態では、遮光膜３１１が露出されていないので、この不具合の発生を防止できる。
【０１５４】
また、本実施形態においては、遮光層３１１にて画素領域ＰＡに近い端部から傾斜して入射する光が、第１ガラス基板３０１Ａの側面で反射したときに、画素領域ＰＡに入射せずに周辺領域ＳＡに入射するように、遮光層３１１が形成されている。具体的には、上述した式（２）を満たすような幅で、遮光層３１１が形成されている。
【０１５５】
このため、本実施形態においては、フレアなどのノイズの発生よって撮像画像の画像品質が低下することを防止できる。
【０１５６】
また、本実施形態においては、第１ガラス基板３０１Ａと第２ガラス基板３０１Ｂとは、互いに線膨張係数が同じ材料で形成されている。このため、本実施形態においては、両者が剥離することを好適に防止できる。
【０１５７】
したがって、本実施形態においては、撮像画像の画像品質の向上、製造効率の向上、コストダウンなどを実現できる。
【０１５８】
＜２．実施形態２＞
（１）装置構成など
図１２は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置の要部を示す図である。図１２は、図４と同様に、断面を示している。
【０１５９】
図１２に示すように、本実施形態においては、遮光層３１２を更に有する。この点、および、これに関連する点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、適宜、記載を省略する。
【０１６０】
遮光層３１２は、図１２に示すように、第１ガラス基板３０１Ａにおいて第２ガラス基板３０１Ｂに対面する側の面に対して反対側の面に設けられている。つまり、遮光層３１２は、第１ガラス基板３０１Ａの下面に設けられている。
【０１６１】
ここでは、遮光層３１２は、図１２に示すように、第１ガラス基板３０１Ａの下面において、周辺に位置する部分に設けられている。
【０１６２】
具体的には、図１２に示すように、遮光層３１２は、第１ガラス基板３０１Ａの下面のうち、画素領域ＰＡに対応する部分に形成されておらず、周辺領域ＳＡに対応する部分に形成されている。また、遮光層３１２は、その周辺領域ＳＡに対応する部分のうち、画素領域ＰＡに近い内側部分に形成されておらず、その外側部分のみに形成されている。本実施形態では、第１ガラス基板３０１Ａの側面で反射した光を遮光するように、遮光層３１２が形成されている。
【０１６３】
たとえば、遮光層３１２は、第１ガラス基板３０１Ａの上面に設けた遮光層３１１と同様に形成されている。この遮光層３１２は、たとえば、図１０（ａ）に示したように、第１ガラスウエハ３０１ＡＷと第２ガラスウエハ３０１ＢＷとを貼り合わせた後に、第１ガラスウエハ３０１ＡＷに形成する。
【０１６４】
（２）まとめ
以上のように、本実施形態においては、実施形態１と同様に、第１ガラス基板３０１Ａと第２ガラス基板３０１Ｂとが対面する面には、遮光層３１１が、その周辺に位置する部分に設けられている。よって、実施形態１と同様な作用・効果を奏することができる。
【０１６５】
本実施形態では、実施形態１と異なり、ガラス基板３０１においては、第１ガラス基板３０１Ａにてセンサ素子１００に対面する面に、遮光層３１２が更に設けられている。
【０１６６】
このため、本実施形態においては、フレアなどのノイズの発生よって撮像画像の画像品質が低下することを、さらに好適に防止できる。
なお、遮光層３１２について、周辺領域ＳＡの一部に形成する場合について示したがこれに限定されない。周辺領域ＳＡの全体について形成しても好適である。
【０１６７】
＜３．その他＞
本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を採用することができる。
【０１６８】
上記の実施形態においては、半導体装置が固体撮像装置である場合、その固体撮像装置をカメラに適用する場合について説明したが、これに限定されない。スキャナーやコピー機などのように、固体撮像装置を備える他の電子機器に適用しても良い。
【０１６９】
また、上記の実施形態においては、第１ガラス基板３０１Ａと第２ガラス基板３０１Ｂとが同じ材料である場合について示したが、これに限定されない。互いに異なる材料のものを用いて両者を構成しても良い。たとえば、フォトダイオードの破壊を防止するために、α線などの放射線の放出を抑えたガラス材料で形成されたものを、第１ガラス基板３０１Ａに使用する。これに対して、第２ガラス基板３０１Ｂについては、第１ガラス基板３０１Ａよりも、α線などの放射線の放出が抑制されていないガラス材料で形成されたものを用いる。
たとえば、第１ガラス基板３０１Ａには、低α線ガラスを用いる。
そして、第２ガラス基板３０１Ｂには、ホウケイ酸ガラスを用いる。
これにより、コストダウンを実現できる。また、この場合には、接着厚を薄くできる。
【０１７０】
また、上記の実施形態においては、「キャビティレス構造」の場合について説明したが、これに限定されない。上記の実施形態においては、「裏面照射型」の場合について説明したが、これに限定されない。「キャビティ構造」、「表面照射型」の場合においても、適宜、適用可能である。
【０１７１】
また、上記の実施形態においては、２つまたは３つの半導体チップを積層する場合について説明したが、これに限定されない。４つ以上の半導体チップを積層する場合において、本発明を適用しても良いし、ロジックの回路規模が少ないセンサ素子一つの場合において適用しても良い。
【０１７２】
その他、上記の各実施形態を、適宜、組み合わせても良い。
【０１７３】
なお、上記の実施形態において、固体撮像装置１は、本発明の固体撮像装置に相当する。また、上記の実施形態において、ガラス基板３０１は、本発明の透明基板に相当する。また、上記の実施形態において、画素Ｐは、本発明の画素に相当する。また、上記の実施形態において、半導体基板１０１は、本発明の半導体基板に相当する。また、上記の実施形態において、画素領域ＰＡは、本発明の画素領域に相当する。また、上記の実施形態において、センサ素子１００は、本発明の固体撮像素子に相当する。また、上記の実施形態において、接着層５０１は、本発明の接着層に相当する。また、上記の実施形態において、第１ガラス基板３０１Ａは、本発明の第１透明基板に相当する。また、上記の実施形態において、遮光層３１１は、本発明の遮光層に相当する。また、上記の実施形態において、第２ガラス基板３０１ＢＷは、本発明の第２透明基板に相当する。また、上記の実施形態において、周辺領域ＳＡは、本発明の周辺領域に相当する。また、上記の実施形態において、ロジック回路素子２００は、本発明の半導体チップに相当する。また、上記の実施形態において、カメラ４０は、本発明の電子機器に相当する。
【符号の説明】
【０１７４】
１・・・固体撮像装置、３・・・垂直駆動回路、４・・・カラム回路、５・・・水平駆動回路、７・・・外部出力回路、８・・・タイミングジェネレータ、２１・・・フォトダイオード、２２・・・転送トランジスタ、２３・・・増幅トランジスタ、２４・・・選択トランジスタ、２５・・・リセットトランジスタ、２６・・・転送線、２７・・・垂直信号線、２８・・・アドレス線、２９・・・リセット線、４０・・・カメラ、４３・・・制御部、４４・・・信号処理部、１００・・・センサ素子、１０１・・・半導体基板、１０１Ｗ・・・半導体ウエハ、２００・・・ロジック回路素子、２２０・・・半導体素子、３０１・・・ガラス基板、３０１Ａ・・・第１ガラス基板、３０１ＢＷ・・・第２ガラス基板、３０１ＡＷ・・・第１ガラスウエハ、３０１ＢＷ・・・第２ガラスウエハ、３１１・・・遮光層、４００・・・絶縁層、４０１・・・導電層、４０２・・・バンプ、５０１・・・接着層、ＣＦ・・・カラーフィルタ、ＪＳ・・・受光面、ＭＬ・・・マイクロレンズ、Ｐ・・・画素、ＰＡ・・・画素領域、ＰＢ・・・画素分離部、ＶＨ・・・ビアホール
【図１】
0005990867.tif 000002
【図２】
0005990867.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005990867.tif 000009
【図９】
0005990867.tif 000010
【図１０】
0005990867.tif 000011
【図１１】
0005990867.tif 000012
【図１２】
0005990867.tif 000013
【図１３】
0005990867.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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