JP5061580B2 - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に係り、特に、製造時の不良品の発生を防止した固体撮像装置及びその製造方法に関する。

近年、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラが普及しているが、この固体撮像素子をＣＳＰ（チップサイズパッケージ）方式を用いて更に小型化する技術が開発されている。このような小型固体撮像素子は、携帯電話等の小型・軽量・薄型化が望まれる電子機器に内蔵するのに好適である。

小型固体撮像素子は、受光面に多数のマイクロレンズを設けた固体撮像素子チップと赤外カット透明ガラス板とが、間に一定の距離を維持するためのスペーサを介在させて、対向して配置され、その間隙部周縁が接着剤で封止された構造を有する。

このように構成される小型固体撮像素子は、固体撮像素子チップが多面付けされている固体撮像素子ウエハと赤外カット透明ガラス基板を、間に個々の固体撮像素子チップの周辺に設けられた枠状のスペーサを介して貼り合せた後、固体撮像素子ウエハの裏面を研磨して、その厚さを３０〜１００μｍ程度にし、次いで固体撮像素子チップごとに切断することにより製造される。

この場合、固体撮像素子ウエハと赤外カット透明ガラス基板との間の距離は、スペーサの高さにより規定され、このスペーサの高さを２０〜３０ｃｍの径のウエハ全面で均一にする必要がある。しかし、従来のスペーサでは、貼り合せの際に赤外カット透明ガラス基板の上から圧力を加えると、枠状のスペーサの内側の気体が逃げる出口がないため、内側に気泡を抱き込む形となる。この気泡は光学的な弊害を招くとともに、気体の圧力により接着剤がはみ出て、不良品を発生する原因となる。
特開２００２−３２９８５２号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、製造工程において大きな圧力が加わった際に、スペーサの内側に気体を抱き込むことがなく、また不良品の発生を生ずることのない固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、マイクロレンズを有する固体撮像素子チップと、この固体撮像素子チップの受光面に対向して配置された透明板と、前記固体撮像素子チップ及び透明板の間の間隔を一定に保持するために、前記固体撮像素子チップの受光面の周辺部に枠状に配置されたスペーサと、前記固体撮像素子チップ及び透明板の間の空隙の周縁を封止する接着層とを具備する固体撮像装置において、前記スペーサは、前記固体撮像素子チップ上に形成されたマイクロレンズよりも高い隔壁と、この隔壁よりも高い他の隔壁を含む複数個の隔壁からなり、そのうちの少なくとも外側の１つに、空気抜きのための切り欠きが形成されていることを特徴とする固体撮像装置を提供する。

このような固体撮像装置において、スペーサは、３つの隔壁からなるものとすることができる。また、スペーサを構成する３つの隔壁は、高さの高い１つの隔壁と、その内側及び外側に設けられた高さの低い２つの隔壁であるものとすることができる。

スペーサは、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、及びエポキシ−アクリレート樹脂からなる群から選ばれた少なくとも１種の樹脂により構成することができる。

透明板の下面の、固体撮像素子チップの受光面の周辺部に相当する部分には、遮光薄膜を形成することができる。

本発明の第２の態様は、上述の固体撮像装置の製造方法であって、複数の固体撮像素子チップが設けられた固体撮像素子ウエハと透明基板の少なくともいずれか一方の、個々の固体撮像素子チップの周辺部又はそれに対応する位置に、スペーサを構成する複数個の枠状の隔壁を形成する工程、前記固体撮像素子ウエハと透明基板を、前記複数個の隔壁を間に介在させた状態で、前記ウエハ上の個々の固体撮像素子チップの周縁部に設けられた接着剤層を介して貼り合せる工程、及び前記貼り合された構造を固体撮像素子チップごとに切断する工程を具備し、前記複数個の枠状の隔壁の少なくとも外側の１つに空気抜きのための切り欠きが形成されていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法を提供する。

本発明によると、スペーサが複数個の隔壁からなり、そのうちの少なくとも外側の１つに、空気抜きのための切り欠きが形成されてため、製造工程、特にウエハと透明基板との貼り合せ工程において大きな圧力が加わった際に、スペーサの内側に気体を抱き込むことがなく、また不良品の発生を生ずることのない固体撮像装置が提供される。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置を示す断面図である。図１において、固体撮像素子チップ１の上面（受光面）には、複数のマイクロレンズ２が設けられており、これらマイクロレンズ２に対向して、透明板、即ち赤外カット透明ガラス板３が配置されている。なお、固体撮像素子チップ１としては、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いることができる。

固体撮像素子チップ１と赤外カット透明ガラス板３の間には、枠状の３つの隔壁からなるスペーサ４が介在しており、両者の間隔を一定に保持している。なお、透明ガラス板３の下面周辺部には、外部光のフレアを防止するための遮光薄膜５が形成されている。

図２は、赤外カット透明ガラス板３を取り外した状態の固体撮像素子チップ１の上面図である。なお、マイクロレンズ２は省略されている。図２に示すように、固体撮像素子チップ１の上面の受光面を囲むように、スペーサ４を構成するサイズの異なる矩形枠状の３つの隔壁４ａ，４ｂ，４ｃが、外側に向かってサイズを拡大するように、入れ子状に形成されており、これら３つの隔壁４ａ，４ｂ，４ｃの同一の位置には、対向する位置に切り欠き６ａ，６ｂが形成されている。

隔壁４ａ，４ｂ，４ｃの高さは、マイクロレンズ２が透明ガラス基板と接触して損傷することがないように、マイクロレンズ２の高さよりも高く、例えば４０〜１００μｍであり、幅は、例えば７０〜１５０μｍである。

また、切り欠き６ａ，６ｂの幅は、後述するように、貼り合せ工程で押圧する際に空気が抜ければよいので、特に限定されないが、通常は７０〜３００μｍである。

これら３つの隔壁４ａ，４ｂ，４ｃからなるスペーサ４の左右の外側には、電極パッド７が設けられており、これら電極パッド７は、側壁周り配線層８に接続されている。

図１に示すように、固体撮像素子チップ１と赤外カット透明ガラス板３の間隙の周縁は、紫外線硬化性樹脂を硬化させてなる接着剤層９により封止されている。

固体撮像素子チップ１の底面周辺部には裏面電極（図示せず）が設けられており、上面周辺部に設けられた電極パッド６と裏面電極を接続するために、固体撮像素子チップ１の上面周辺部から側面を通って底面周辺部に延びる側壁周り配線層８が形成されている。また、固体撮像素子チップ１の底面周辺部における側壁周り配線層８の部分には、外部接続用バンプ１０が形成されている。

このような構造の側部及び底部は、ソルダーレジストからなる絶縁層１１により被覆されている。

以上のように構成される固体撮像装置は、次のような製造プロセスにより製造される。

即ち、まず、複数の固体撮像素子チップが設けられ、その上面に複数のマイクロレンズが形成された固体撮像素子ウエハと、このウエハと同程度のサイズの透明ガラス基板を準備する。次いで、これら固体撮像素子ウエハ及び透明ガラス基板のいずれか一方又は双方に、個々の固体撮像素子チップの周辺部又はそれに対応する位置に、切り欠きを有する複数個、図１に示す例では３つの隔壁を形成する。切り欠きは、図１に示す例ではすべての隔壁に形成したが、少なくとも最も外側の１つの隔壁に形成すればよい。

なお、隔壁４ａ，４ｂ，４ｃの高さは異ならせてもよく、例えば、外側と内側の隔壁の高さを低く、間の隔壁の高さを低くすることができる。高さの高い隔壁の高さは、例えば５０〜１２０μｍであり、幅は、例えば７０〜１５０μｍである。また、高さの低い隔壁の高さは、例えば４０〜１００μｍであり、幅は、例えば７０〜１５０μｍである。

隔壁の形成は、感光性樹脂組成物をフォトリソグラフィーによりパターニングすることにより行うことができる。切り欠きは、隔壁の形成と同時に、または隔壁の形成後に形成してもよい。

構成樹脂としては、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、及びエポキシ−アクリレート樹脂等を用いることができる。

次に、固体撮像素子ウエハの、隔壁の外側の位置に、紫外線硬化性樹脂等からなる接着剤層を塗布する。そして、固体撮像素子ウエハと透明ガラス基板とを貼り合せる。なお、透明ガラス基板の個々の固体撮像素子チップの周辺部に対応する位置には、遮光薄膜５が形成されている。この遮光薄膜５は、酸化クロム（ＣｒＯｘ）、クロム（Ｃｒ）及び酸化クロム（ＣｒＯｘ）の３層膜により構成することができる。あるいは、カーボンブラックを含む感光性樹脂により構成してもよい。この遮光薄膜５により、外部光のフレアを防止することができる。

貼り合せの際には、透明ガラス基板に大きな圧力が加えられ、枠状の隔壁により囲まれた空間内の気体は圧縮されるが、隔壁に設けられた切り欠きを通して外側に逃がすことができる。

その結果、隔壁の内側に気泡を抱き込むことが防止され、気泡が光学的な弊害を招くことはない。また、気体の圧力により接着剤がはみ出て、不良品を発生することが抑制される。

また、隔壁４ａ，４ｂ，４ｃの高さは異ならせ、例えば、外側と内側の隔壁の高さを低く、中間の隔壁の高さを高くすることにより、高さの高い中間の隔壁が圧縮され、高さが減少し、固体撮像素子ウエハと透明基板との間の距離は減少する。しかし、その両側の隔壁の存在のため、固体撮像素子ウエハと透明基板との間の距離はそれ以上減少せず、全面にわたって均一に保持される。即ち、圧縮され、所定の反発力を有する中間の隔壁と、その両側の高さの低い隔壁とからなるスペーサにより、貼り合せの際の大きい圧力によっても、固体撮像素子ウエハと透明基板との間の距離は全面にわたって均一に保持することができる。

なお、貼り合せ後、紫外線の照射等により接着剤層を硬化することにより、固体撮像素子ウエハと透明基板との間の距離は固定される。

その後、貼り合された構造を、接着剤層の位置で固体撮像素子チップごとに、ダイシング装置により切断し、側壁周り配線層７及びソルダーレジストからなる絶縁層１０を形成し、絶縁層１０に形成された孔を通して外部接続用バンプ９を形成することにより、図１に示すような１つの固体撮像素子チップを備える固体撮像素子が製造される。

図２に示す例では、３つの隔壁４ａ，４ｂ，４ｃの対向する位置に、切り欠き６ａ及び切り欠き６ｂを形成したが、本発明はこれに限らず、切り欠き６ａ又は切り欠き６ｂのいずれか一方を設けてもよい。また、図２に示す例では、３つの隔壁４ａ，４ｂ，４ｃすべてに切り欠きを形成したが、少なくとも最も外側の４ｃに形成することで足りる。

なお、隔壁の個数は、３つに限らず、４つ以上であっても、また場合によっては２つであってもよい。

本発明の一実施形態に係る固体撮像装置を示す断面図である。 図１に示す固体撮像装置の赤外カット透明ガラス板を取り外した状態の上面図である。

符号の説明

１…固体撮像素子チップ、２…マイクロレンズ、３…赤外カット透明ガラス板、４…スペーサ、５…遮光薄膜、６ａ，６ｂ…切り欠き、７…電極パッド、８…側壁周り配線層、９…接着剤層、１０…外部接続用バンプ、１１…絶縁層。

Claims (5)

1. マイクロレンズを有する固体撮像素子チップと、この固体撮像素子チップの受光面に対向して配置された透明板と、前記固体撮像素子チップ及び透明板の間の間隔を一定に保持するために、前記固体撮像素子チップの受光面の周辺部に枠状に配置されたスペーサと、前記固体撮像素子チップ及び透明板の間の空隙の周縁を封止する接着層とを具備する固体撮像装置において、前記スペーサは、前記固体撮像素子チップ上に形成されたマイクロレンズよりも高い隔壁と、この隔壁よりも高い他の隔壁を含む複数個の隔壁からなり、そのうちの少なくとも外側の１つに、空気抜きのための切り欠きが形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記スペーサは、マイクロレンズよりも高い２つの隔壁と、これらの隔壁の間に配置され、これらの隔壁よりも高い他の隔壁を含む１つの隔壁の３つの隔壁からなることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記スペーサは、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、及びエポキシ−アクリレート樹脂からなる群から選ばれた少なくとも１種の樹脂からなることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の固体撮像装置。
4. 前記透明板の下面の、前記固体撮像素子チップの受光面の周辺部に相当する部分に、遮光薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
5. 請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法であって、複数の固体撮像素子チップが設けられた固体撮像素子ウエハと透明基板の少なくともいずれか一方の、個々の固体撮像素子チップの周辺部又はそれに対応する位置に、スペーサを構成する複数個の枠状の隔壁を形成する工程、
   前記固体撮像素子ウエハと透明基板を、前記複数個の隔壁を間に介在させた状態で、前記ウエハ上の個々の固体撮像素子チップの周縁部に設けられた接着剤層を介して貼り合せる工程、及び
   前記貼り合された構造を固体撮像素子チップごとに切断する工程
   を具備し、前記複数個の枠状の隔壁の少なくとも外側の１つに空気抜きのための切り欠きが形成されていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。

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