(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像素子が形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に保護層を介して配されたカラーフィルター層と、
前記複数の撮像素子のそれぞれに対応して、前記カラーフィルター層上に各々が分離して配され、エッチングにより形成された複数のマイクロレンズと、
隣接する撮像素子の間に相当する位置で、前記保護層中に配された配線層と、
隣接するマイクロレンズの間で、かつ、前記カラーフィルター層上に配され、前記複数のマイクロレンズを形成するためのエッチングにおけるエッチングストッパーとして機能するタングステン（Ｗ）からなる遮光膜と、
前記複数のマイクロレンズに対向して配されたガラス基板と、
前記複数のマイクロレンズと前記ガラス基板の間を埋める接着剤層と、
を有する撮像装置であって、
各マイクロレンズは、前記ガラス基板に向かって凸型の形状であり、
各マイクロレンズを構成する材料は、屈折率は１．８以上２．３以下の透光性のＳｉＮであり、
前記接着剤層は、透光性のエポキシ樹脂、透光性のシリコーン樹脂、透光性のアクリル樹脂、透光性のウレタン樹脂および透光性のポリアミド樹脂からなる群より選ばれる１種以上の樹脂を含み、かつ熱または光の少なくとも何れかによる硬化物であり、
前記接着剤層の屈折率は、前記マイクロレンズの屈折率よりも小さく、これらの屈折率差が０．２５以上であり、
各マイクロレンズの前記ガラス基板側の表面には、屈折率が１．６以上１．９以下のＭｇＯ又はＡｌ2Ｏ3からなる反射防止膜が設けられている
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズの形状は、四角錘、三角錐、円錐、四角錘台、三角錐台または円錐台である請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記透光性のＳｉＮはプラズマＣＶＤ法によって形成されたＳｉＮであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ及びデジタルスチルカメラ等に配設される小型撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ及びデジタルスチルカメラ等の画像入力機器に用いられる、ＣＣＤ及びＣＭＯＳ等の固体撮像素子は、シリコンウエハー等の半導体基板上に一括して形成される。その後、得られた固体撮像素子上に、カラーフィルター及びマイクロレンズ等が作製され、撮像装置が形成される。更に、得られた撮像装置は、後工程で必要な寸法に分割され、実装装置に実装される。
【０００３】
そして、従来、カラーフィルター及びマイクロレンズは、主にアクリル系樹脂を用いて作製されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アクリル系樹脂の屈折率は１．５〜１．６である。このため、マイクロレンズを、透明エポキシ樹脂等の接着剤で封止した場合、従来の接着剤の屈折率が１．４〜１．５程度であるため、接着剤およびマイクロレンズ間の屈折率差が小さくなる場合があった。その結果、マイクロレンズの集光能力が低下し、感度低下が発生する場合があった。
【０００５】
この様な不具合を回避するために、図７に示す様なセラミックパッケージが用いられている。この場合、周囲にセラミックパッケージ７５０よりなる枠を形成し、これにガラス７１０を接着して、気密性を保つ構造がとられおり、ＣＣＤチップ７４０のマイクロレンズ７２０上には、空気層７００が形成されている。空気の屈折率は１．０であり、アクリル系樹脂の屈折率（１．５〜１．６）とは大きく異なるため、マイクロレンズの材質がアクリル系樹脂であっても、集光特性等が損なわれることはない。
【０００６】
しかしながら、マイクロレンズを形成した撮像素子上に空気の層を形成する、図７に示す中空構造のセラミックパッケージの場合、セラミックパッケージにガラスを接着する接着剤が必要となる。このため、セラミックパッケージは、ある程度の厚みを有しており、小型化および薄型化が不十分となる場合があった。
【０００７】
一方、ＣＣＤ及びＣＭＯＳ等の撮像装置が実装される実装装置として、図７に示すセラミックパッケージに代わり、図８に示す薄型化を実現した実装装置が提案された。
【０００８】
例えば、特開平７−９９２１４号公報においては、マイクロレンズ８２０上に空気層８００を形成し、周囲を異方性導電ペースト（フィルム）８３０で囲むことが開示されている。
【０００９】
しかしながら、図８に示す実装装置として、ＴＯＧモジュールの場合、周囲の接着剤である異方性導電ペースト（フィルム）８３０がマイクロレンズ８２０上にハミ出してくる恐れがあること、また、異方性導電ペースト（フィルム）８３０での接続と両立させ、しかも接着剤がマイクロレンズ上にハミ出さないようにするためには、ペーストの塗布量および圧着条件等を精密に制御する必要があり、製造上の歩留まりが低下する恐れがあること等が指摘されている。
【００１０】
本発明においては、以上の様な状況に鑑み、マイクロレンズの集光能力を低下することなく、小型化および薄型化が可能で、良好な生産性を有する実装装置の製造を可能とする撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、
複数の撮像素子が形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に保護層を介して配されたカラーフィルター層と、
前記複数の撮像素子のそれぞれに対応して、前記カラーフィルター層上に各々が分離して配され、エッチングにより形成された複数のマイクロレンズと、
隣接する撮像素子の間に相当する位置で、前記保護層中に配された配線層と、
隣接するマイクロレンズの間で、かつ、前記カラーフィルター層上に配され、前記複数のマイクロレンズを形成するためのエッチングにおけるエッチングストッパーとして機能するタングステン（Ｗ）からなる遮光膜と、
前記複数のマイクロレンズに対向して配されたガラス基板と、
前記複数のマイクロレンズと前記ガラス基板の間を埋める接着剤層と、
を有する撮像装置であって、
各マイクロレンズは、前記ガラス基板に向かって凸型の形状であり、
各マイクロレンズを構成する材料は、屈折率は１．８以上２．３以下の透光性のＳｉＮであり、
前記接着剤層は、透光性のエポキシ樹脂、透光性のシリコーン樹脂、透光性のアクリル樹脂、透光性のウレタン樹脂および透光性のポリアミド樹脂からなる群より選ばれる１種以上の樹脂を含み、かつ熱または光の少なくとも何れかによる硬化物であり、
前記接着剤層の屈折率は、前記マイクロレンズの屈折率よりも小さく、これらの屈折率差が０．２５以上であり、
各マイクロレンズの前記ガラス基板側の表面には、屈折率が１．６以上１．９以下のＭｇＯ又はＡｌ2Ｏ3からなる反射防止膜が設けられている
ことを特徴とする撮像装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明におけるマイクロレンズの作製に使用される材料の屈折率は１．８以上２．３以下であり、光学分野で使用される一般の接着剤の屈折率１．４〜１．５と比較して大きい。このため、このマイクロレンズを接着剤で封止することにより実装装置を作製したとしても、マイクロレンズの集光性能が低下することは抑制される。
【００１３】
即ち、本発明の撮像装置は、マイクロレンズの光学特性を低下させることなく、封止により実装することができる。この結果、従来技術における枠体接合用の接着剤等は不必要となるため、小型化および薄型化が可能となる。また、接着剤の画素領域へのハミ出し等の問題が発生しないため、良好な生産性が実現できる。
【００１４】
以上に加え、ガラス等の部材を撮像装置上に直接接着できるため、耐湿性の良い接着剤を選択することにより、機密シール等の手間が省け、生産性を向上できる。
【００１５】
更には、セラミック等の高価な部品を使用必要が無くなるため、より安価に小型の撮像装置の製造が可能となる。
【００１６】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１には、無機膜であるＳｉＮ膜によりなるマイクロレンズを有する撮像装置の例を示した。１００は円錐台形状のマイクロレンズ、１１０は半導体基板、１３０はカラーフィルター層である。
【００１８】
マイクロレンズを構成する材料としては、屈折率が１．８以上２．３以下であれば特に制限されないが、良好な集光効果を実現するために、透光性のＳｉＮ又は透光性の酸化タンタル等が好ましく、本発明ではＳｉＮが用いられる。
【００１９】
また、同様の理由から、マイクロレンズの形状としては、四角錘、三角錐、円錐、四角錘台、三角錐台または円錐台等が好ましい。
【００２０】
図２には断面図を示したが、１００はマイクロレンズ、１１０は半導体基板、１３０はカラーフィルター層、１３５はカラーフィルター、１５０は撮像素子上の保護膜、１８０は配線層、１６０は撮像素子、１７０はＭｇＯ膜等よりなる反射防止膜である。
【００２１】
マイクロレンズ上には、反射防止膜が形成されている。
【００２２】
反射防止膜の屈折率は１．６以上１．９以下であることが好ましい。また、十分な反射防止効果の観点から、ＭｇＯ又はＡｌ2Ｏ3等より作製されることが好ましい。
【００２３】
マイクロレンズ上には反射防止膜として、例えばＭｇＯ（屈折率１．７５）を適切な膜厚で形成することにより、ＳｉＮ膜で形成されたマイクロレンズと接着剤界面とでの反射が軽減できる。このため、反射光が他の画素に入ることを抑制できるため、ゴースト及びフレアー等が低減され、良好な出力を得られることになる。
【００２４】
更に、エッチング等のマイクロレンズ作製工程の途中で、下地の保護膜までエッチングされることを防止するために、マイクロレンズ間に保護膜が形成されている。ＳｉＮのエッチング工程でエッチングされない等の理由により、Ｔｉ又はＷより作製されることが好ましく、本発明ではＷが用いられる。
【００２５】
図３は、ＳｉＮ膜製マイクロレンズを有する撮像装置のチップが実装された実装装置の断面図である。２００はガラス基板、２１０はＴＡＢ配線、２２０はチップ上の端子部に形成されたバンプ、２３０は接着層で、光学用のエポキシ接着剤等により形成することができる。
【００２６】
ここに示した様に、マイクロレンズが形成された撮像装置上に、接着剤を用いてガラス基板を貼り合わせることにより、マイクロレンズの光学特性を劣化することなく、実装装置を製造できる
ここで、マイクロレンズを構成する材料の屈折率は接着剤の屈折率より大きく、その差は０．２５以上が好ましく、０．３５以上がより好ましく、０．４５以上が更に好ましい。
【００２７】
マイクロレンズ材料の屈折率とガラスを貼り合わせる接着剤の屈折率と差が０．２５以上、例えば０．５であれば、マイクロレンズの集光性能を損なうことなくガラスを貼ることが可能になり、また、接着剤とガラス界面とでの反射を抑制することができ、良好な光学特性を実現できる。
【００２８】
また、接着剤は、熱または光の少なくとも何れかで硬化するものが好ましい。
【００２９】
以上の様な特性を満足する接着剤としては、透光性のエポキシ樹脂、透光性のシリコーン樹脂、透光性のアクリル樹脂、透光性のウレタン樹脂および透光性のポリアミド樹脂からなる群より選ばれる１種以上の樹脂を使用することができる。
【００３０】
図４には、ＳｉＮ膜でマイクロレンズを形成する工程を示した。
【００３１】
（ａ）レンズ層の形成工程：先ず、半導体基板上に撮像素子１６０を形成後、カラーフィルター層およびカラーフィルターの保護層４２０を積層する。次に、Ｎ／Ｓｉ（原子比）を０．４８以上１．０４以下とすることにより、屈折率が１．８以上２．３以下であるＳｉＮ膜４００を、レンズ層として形成する。
【００３２】
ＳｉＮ膜の成膜方法としては、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等を例示できるが、緻密なＳｉＮ膜を形成できる等の理由によりプラズマＣＶＤ法が好ましい。
【００３３】
なお、ＳｉＮ膜の成膜温度は、カラーフィルターの耐熱性を考慮し、顔料カラーフィルターの場合で２００℃以下が好ましく、染料カラーフィルターの場合で１５０℃以下が好ましい。
【００３４】
（ｂ）レジストコート工程：（ａ）に示す工程で得られたＳｉＮ膜の表面をプラズマ洗浄後、ＳｉＮ膜上にスピンコート法等によりレジストを塗布する。その後、プリベークを行い、レジスト層４１０を形成する。
【００３５】
（ｃ）露光および現像工程：（ｂ）に示す工程で得られたレジスト層４１０に、マイクロレンズの平面形状をパターニングする。必要に応じては、レジストのエッジ部のテーパーコントロールを行う。
【００３６】
（ｄ）エッチング工程：リアクティブイオンエッチング装置（ＲＩＥ装置とも記載する）を用いて、レジスト層４１０が除去された部分のＳｉＮ膜のエッチングを行い、ＳｉＮ膜のパターン端部に、所望の形状を有するテーパーを形成する。
【００３７】
なお、ＲＩＥ装置で使用するエッチングガスとしては、ＳＦ4、Ｃｌ2及びＯ2の混合ガスを例示することができる。また、テーパーコントロールは、ガスの混合比およびエッチング条件等を制御することにより行われる。
【００３８】
（ｅ）レジスト剥離工程：ＳｉＮ膜の頂上部に残存するレジストを剥離し、マイクロレンズ１００を形成する。
【００３９】
その後、必要に応じて、マイクロレンズ表面に反射防止膜としてＭｇＯ膜等を形成する。膜厚は、ＭｇＯ表面での反射と、ＭｇＯ膜およびＳｉＮ膜界面での反射との位相が異なるように適宜選択する。
【００４０】
以上の工程によりマイクロレンズを形成後、電気特性を測定し、良品、不良品を判定する。その後、ダイシングでチップ毎に分割し、良品チップにスタッドバンプを形成する。
【００４１】
次に、ＴＡＢテープとの接合を行う。なお、ＴＡＢテープとの接合は、カラーフィルターの耐熱性を考慮して、超音波、熱併用のシングルポイントのインナーリードボンディング方式等により行う。
【００４２】
インナーリードボンディング終了後、例えば、屈折率１．４７の光学エポキシ接着剤を用いて、チップ及びガラス基板を貼り合わせる。貼り合わせの工程は、接着剤中の気泡を真空脱泡後、光硬化、熱硬化の順で行われ、実装装置を完成する。
【００４３】
（ＳｉＮ膜の光学特性）
図５の（ａ）には光学バンドギャップ（単位：ｅＶ、Ｅｇｏｐｔとも記載する）及び屈折率の関係を、（ｂ）にはＳｉＮ膜中のＮ／Ｓｉ（原子比）及び屈折率の関係を、それぞれ示した。
【００４４】
本発明の場合、マイクロレンズを構成する材料のＥｇｏｐｔ値は、２．５以上とすることが好ましい。このため、図５（ａ）より明らかな通り、マイクロレンズを構成する材料の屈折率は、１．８以上２．３以下とされる。ＳｉＮ膜の場合、光学的に透明で、１．８以上２．３以下の屈折率を実現するためには、図５（ｂ）より明らかな通り、Ｎ／Ｓｉ（原子比）を０．４８以上１．０４以下とすることが好ましい。
【００４６】
（第２の実施の形態）
図６には、マイクロレンズ間に金属膜が形成されている場合を示した。５００はマイクロレンズ間の金属膜であり、マイクロレンズの底部で、それぞれのマイクロレンズの境界領域に形成されており、マイクロレンズをエッチングで形成するときのエッチングストッパーとなるため好ましい。
【００４７】
金属膜としては、耐エッチング性が良好であれば特に制限されないが、成膜が容易であり、耐エッチング性に優れることから、Ｔｉ膜またはＷ膜が好ましく、本発明ではＷが用いられる。以下Ｔｉを用いた場合について説明する。
【００４８】
図６においては、ＳｉＮ膜の形成に先立ち、カラーフィルター層１３０上に、低温スパッタリング法にてＴｉ膜等の金属膜５００を形成した後、格子状にパターン加工してある。
【００４９】
カラーフィルター層は有機材料であるため、ＳｉＮ膜のエッチング時にオーバーエッチングされると、カラーフィルター層が劣化する可能性がある。これに対し、ＳｉＮ膜と比較してエッチングレートが十分小さい金属膜を形成し、エッチングの選択比を持たせることにより、マイクロレンズ下のカラーフィルター層がエッチングされることを抑制することができる。
【００５０】
具体的には、ＳｉＮ膜のエッチングレートは、Ｔｉ膜のエッチングレートの５倍程度であるため、エッチング時間を制御することにより、カラーフィルター層がダメージを受けることを、十分抑制できる。また、同時に、金属膜の厚みを至適とすることにより、画素間の遮光層も兼ねるようにする。
【００５１】
従って、図６に示す様に、マイクロレンズ間に金属膜を設けることにより、ＳｉＮ膜のエッチング時にマイクロレンズ下のカラーフィルター層がエッチングされることが抑制され、同時に金属膜をマイクロレンズ間の遮光膜として機能させることができる。
【００５２】
以上に説明してきた様に、本発明の撮像装置は、小型で良好な光学特性を有しているため、ビデオカメラ及びデジタルスチルカメラ等の画像入力機器に好適に配設することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロレンズを形成する材料の屈折率を高くすることにより、マイクロレンズの集光性能を損なうことなく、一般的な光学接着剤を用いてガラス等の部材を撮像装置上に直接接着することができる。
【００５４】
この結果、耐湿性に優れる光学接着剤を使用することができるため、機密シール等の手間が省け、また、セラミック等の高価な部品を使用する必要が無くなるため、より安価に小型の撮像装置を製造できる。
【００５５】
また、マイクロレンズ間に、ＳｉＮ膜エッチング時のエッチングストーッパーとして金属膜を設けることで、形状の安定性に優れるマイクロレンズを作製することができ、カラーフィルター層の劣化を抑制できる。加えて、金属膜を、マイクロレンズ間の遮光膜としても機能させることができるため、斜め方向から入射する光束の影響を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置の第１例を説明するための模式的斜視図である。
【図２】本発明の撮像装置の第１例を説明するための模式的断面図である。
【図３】本発明の撮像装置の第１例が実装された実装装置を説明するための模式図である。
【図４】本発明におけるマイクロレンズを形成するための工程断面図である。
【図５】ＳｉＮ膜の光学特性を説明するための図である。
【図６】本発明の撮像装置の第２例を説明するための模式的断面図である。
【図７】従来の実装装置の例を説明するための模式的断面図である。
【図８】従来の実装装置の他の例を説明するための模式的断面図である。
【符号の説明】
１００    マイクロレンズ
１１０    半導体基板
１３０    カラーフィルター層
１３５    カラーフィルター
１５０    保護膜
１６０    撮像素子
１７０    マイクロレンズ上の反射防止膜
１８０    配線層
２００    ガラス基板
２１０    ＴＡＢ配線
２２０    バンプ
２３０    接着層
４００    ＳｉＮ層
４１０    レジスト層
４２０    カラーフィルターの保護層
５００    金属膜
７００    空気層
７１０    ガラス
７２０    マイクロレンズ
７３０    ワイヤー
７４０    ＣＣＤチップ
７５０    セラミックパッケージ
７６０    リード
８００    空気層
８１０    ガラス
８２０    マイクロレンズ
８３０    異方性導電フィルム
８４０    ＣＣＤチップ
８５０    ＴＡＢ配線
８６０    バンプ
【図１】
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【図２】
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【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】
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