JP5221615B2

JP5221615B2 - 撮像装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP5221615B2
Application number: JP2010211431A
Authority: JP
Inventors: 敦子川崎; 健一郎萩原; 弘一関根
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: JP2012070102A; US20120068291A1; US8754494B2

Description

撮像装置およびその製造方法に関するものである。

近年、例えば、携帯電話用のカメラモジュール等の撮像装置で、オートフォーカス機能付きのものが適用される傾向がある。このようなオートフォーカス機能付きの撮像装置では、撮像レンズを撮像素子と垂直方向に動かす駆動装置を搭載しなければならないため、大型となりやすく、小型化に不利である。

また、このような撮像装置の製造方法は、製造コストが増大するという傾向もある。

特開２００９−１５８８６２号公報

小型化に有利な撮像装置およびその製造方法を提供する。

実施形態によれば、一態様に係る撮像装置は、複数の画素が配置される半導体基板と、予め貫通された開口内に設けられる第１貫通電極を備える透明基板と、前記画素上が露出され、前記第１貫通電極と接続される第２貫通電極を備え、前記半導体基板と透明基板とを接着させる接着材と、前記透明基板上に配置される撮像レンズ部とを具備する。

第１の実施形態に係る撮像装置の平面構成例を示す平面図。図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成例を示す断面図。第１の実施形態に係る撮像装置の製造プロセスを示すフロー図。第１の実施形態に係る撮像装置の一製造工程を示す断面図。第１の実施形態に係る撮像装置の一製造工程を示す断面図。第１の実施形態に係る撮像装置の一製造工程を示す平面図。第１の実施形態に係る撮像装置と比較例に係る撮像装置とを比較した場合の断面図。第２の実施形態に係る撮像装置の断面構成例を示す断面図。第３の実施形態に係る撮像装置の断面構成例を示す断面図。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。尚、この説明においては、全図にわたり共通の部分には共通の参照符号を付す。

［第１の実施形態］
まず、図１乃至図７を用い、第１の実施形態に係る撮像装置およびその製造方法を説明する。

＜１．構成例＞
１−１．平面構成例
まず、図１を用い、第１の実施形態に係る撮像装置の平面構成例について説明する。
図示するように、本例に係る撮像装置の平面構成例では、ガラス基板１７上に、撮像レンズ部２６が配置される。

ガラス基板（透明支持基板）１７は、図示する上から見た場合、接着剤開口１６ａ，電源パッド（開口）１６ｂ，接着剤開口１６ｃが配置される。接着剤開口１６ａおよび電源パッド（開口）１６ｂは、もともとガラス基板１７上に開口されているものを利用して設けられるものである。詳細については、後述する。

撮像レンズ部２６は、本例では、オートフォーカス機能を備えるものであって、例えば、携帯電話用途のカメラモジュール等に適用されるものである。詳細については、後述する。

１−２．断面構成例
次に、図２を用い、第１の実施形態に係る撮像装置の断面構成例について説明する。本例では、上記図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成例を一例に挙げる。

図示するように、本例に係る撮像装置は、シリコン基板１１（表面上）上に配置される画素６，接着剤１６，ガラス基板１７，撮像レンズ部２６を備える。また、撮像装置は、シリコン基板１１の裏面上には、シリコン基板１１中を貫通して設けられるＳｉ貫通電極１８、裏面再配線１９を介して、半田ボール１０が配置される。

画素（Pixel）６は、シリコン基板（Si-sub）１１上に、マトリックス状に複数配置される。画素６のそれぞれは、マイクロレンズ１５、絶縁層１２中に配置される配線１４を備え、単位画素を構成する。

接着剤１６には、接着剤開口１６ａ，１６ｃ，および電極パッド開口１６ｂが形成される。接着剤開口１６ａ中に、導電体が埋め込まれ、接着剤貫通電極２２が配置される。電極パッド開口１６ｂ中に、導電体が埋め込まれ、電極パッド電極（図中の破線）が配置される。接着剤貫通電極２２は、ガラス貫通電極２３とＳｉ貫通電極１８とに接続される。

ガラス基板１７は、ガラス貫通電極２３およびガラス上再配線２４を備える。ガラス貫通電極２３は、ガラス基板１７の（予めガラス基板１７を貫通して形成されている）開口中に、導電体が埋め込まれて形成される。そのため、上記接着剤開口１６ａを形成する際には、ガラス基板１７にもともと貫通されて形成されている開口の配置位置に合わせて形成される。詳細については、後述する。ガラス上再配線２４は、ガラス貫通電極２３と電気的に接続され、ドライバＩＣ２５に必要な電圧を与える。

撮像レンズ部２６は、本例では、ドライバＩＣ２５，外囲器３０，レンズＬ１，Ｌ２，レンズホルダ３１，アクチュエータ３２，レール３４，およびリンク部材３５を備える。

撮像レンズ部２６は、例えば、ドライバＩＣ２５の制御により、撮像対象とレンズＬ１，Ｌ２との距離を制御し、撮像対象の焦点を画素６に自動的に合わせる機能（オートフォーカス機能）を備える。

ドライバＩＣ２５は、アクチュエータ３２を制御し、撮像対象とレンズＬ１，Ｌ２との焦点距離を制御する。

外囲器３０は、撮像レンズ部２６の周囲に配置され、撮像レンズ部２６を封止する。

レンズＬ１，Ｌ２は、レンズホルダ３１中に設けられ、撮像対象が画素６上に撮像されるように、焦点を合わせる。

レンズホルダ３１は、レンズＬ１，Ｌ２を保持する。

アクチュエータ３２は、ドライバＩＣ２５の制御に従い、レンズＬ１，Ｌ２をレール３４に沿って移動させる。例えば、アクチュエータ３２は、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）、ピエゾ素子、形状記憶合金、ＭＥＭＳ、液体レンズ等が適用可能である。

リンク部材３５は、レンズホルダ３１がレール３４上に沿って移動できるように、レンズホルダ３１を保持する。

＜２．製造方法＞
次に、図３に示すフローに沿って、第１の実施形態に係る撮像装置の製造方法について説明する。
（ステップＳＴ１）
まず、シリコン基板１１に、フォトダイオード（図示せず）、絶縁膜層１２、配線１４等を形成し、撮像素子を形成する。

（ステップＳＴ２）
続いて、シリコン基板１１上に、順次、カラーフィルタ（図示せず）、マイクロレンズ１５を形成し、複数の画素（Pixel）６を形成する。

（ステップＳＴ３）
続いて、シリコン基板１１上の複数の画素６を備える撮像素子を、所定の製品ごとにダイソートを行い、分離する。

（ステップＳＴ４）
続いて、図４に示すように、分離した撮像素子上に、接着材１６を形成する。この際、この工程の後に接着材１６上に接着されるガラス基板１７にもともと形成されている開口位置に合わせて、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等を用い、接着材１６にガラス貫通開口１６ａおよび画素部開口１６ｃを同時に形成する。尚、この際、画素６上は露出されるため、接着材１６は形成されない。

（ステップＳＴ５）
続いて、図５示すように、透明支持基板としてガラス基板１７を接着材１６上に設置し、シリコン基板１１と貼り合わせる。この際、ガラス基板１７にもともと形成されている開口１７ａ，１７ｂと、上記接着材１６に形成したガラス貫通開口１６ａ，接着材開口１６ｂとの位置を合わせて、ガラス基板１７とシリコン基板１１とを貼り合わせる。
その結果、この工程の際、ガラス基板１７を上方から見ると、図６のように示される。図示するように、ガラス基板１７を上方から見ると、ガラス基板１７にもともと形成されている開口１７ａ，１７ｂと、上記接着材１６に形成したガラス貫通開口１６ａ，開口１６ｂとの位置が一致するように、ガラス基板１７とシリコン基板１１とが貼り合わせられる。
尚、この工程の際、ガラス孔（１７ａ，１７ｂ）とガラス基板１７との保護のために、ガラス基板１７上に保護シートを貼り付けることが望ましい。ガラス基板１７上に上記保護シートを貼り付けることにより、例えば、ガラス孔（１７ａ，１７ｂ）内に製造工程により生じたダスト等が入ることを防止できるからである。

（ステップＳＴ６）
続いて、シリコン基板１１を反転させる。反転させた裏面側からシリコン基板１１を貫通し、電極パッド２１に導通するＳｉ貫通孔を形成する。尚、このＳｉ貫通孔を形成する工程の前に、シリコン基板１１を薄くして薄膜化させる工程を設けても良い。

（ステップＳＴ７）
続いて、シリコン基板１１に、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて絶縁膜を形成する。

（ステップＳＴ８）
続いて、Ｓｉ貫通孔中に、例えば、スパッタ法などでＮｉ等のバリアメタルを形成し、めっき法を用いＣｕ（銅）等の導電体を埋め込み、Ｓｉ貫通電極１８を形成する。同様に、Ｃｕ（銅）等により、裏面再配線１９を形成する。

（ステップＳＴ９）
続いて、シリコン基板１１上の必要な位置に、保護膜（図示せず）を形成する。

（ステップＳＴ１０）
続いて、Ｓｉ貫通電極１８をダイソートする。

（ステップＳＴ１１）
続いて、裏面再配線１９上に、半田ボール１０を形成する。

（ステップＳＴ１２）
続いて、ガラス基板１７にもともと形成されている開口１７ａ，１７ｂ内と、上記接着材１６に形成したガラス貫通開口１６ａ，１６ｂに、例えば、めっき法を用いてＣｕ（銅）等の導電物質を埋め込み、ガラス貫通電極２３および接着材貫通電極２２を形成する。続いて、同様の製造工程により、ガラス貫通電極２３上にガラス上再配線２４を形成する。

（ステップＳＴ１３）
続いて、ガラス基板１７のガラス上再配線２４上に、受動素子および能動素子等からなるドライバＩＣ２５を、マウントする。

（ステップＳＴ１４）
続いて、ガラス基板１７上に、ドライバＩＣ２５を覆うように、駆動素子３２やレンズＬ１，Ｌ２からなる撮像レンズ部２６を、マウントする。

（ステップＳＴ１５）
最後に、製造した撮像装置が、正常に動作するか否かの最終テスト（Final Assembly Test）を行い、終了する（End）。

＜３．作用効果＞
第１の実施形態に係る撮像装置およびその製造方法によれば、少なくとも下記（１）乃至（２）の効果が得られる。

（１）小型化に対して有利である。
上記のように、本例に係る撮像装置は、複数の画素６が配置される半導体基板１１と、予め貫通された開口１７ａ，１７ｂ内に設けられるガラス貫通電極２３を備えるガラス基板（透明支持基板）１７と、ガラス貫通電極２３と接続される接着材貫通電極２２を備え半導体基板１１とガラス基板１７とを接着させる接着材１６と、ガラス基板１７上に配置され撮像対象の焦点を画素６に自動的に合わせる機能を有する撮像レンズ部２６とを具備するカメラモジュールである。
このように、本例に係る撮像装置では、ワイヤーボンド等を具備していない。そのため、本例に係る撮像装置では、同じ性能（焦点距離）のレンズを使っても、縦方向および横方向の大きさを低減でき、小型化に対して有利である。

例えば、ワイヤーボンド等を具備する撮像装置と比較した構成は、図７のように示される。図７（ａ）は、ワイヤーボンド等を具備する比較例に係る撮像装置の構成を示す。図７（ｂ）は、本例に係る撮像装置の構成を模式的に示す。
図示するように、本例に係る撮像装置は、センサー面を基準とすると、同じ性能（焦点距離）のレンズＬ０を使っても、比較例に係る撮像装置に比べ、縦方向および横方向の大きさを低減でき、小型化に対して有利であることは明らかである。

（２）製造コストの低減に対して有利である。
上記のように、本例に係る撮像装置は、予め貫通された開口１７ａ，１７ｂ内に設けられるガラス貫通電極２３を備えるガラス基板（透明支持基板）１７を利用して、製造することができる。
より具体的には、図４に示したように、分離した撮像素子上に、接着材１６を形成する際、この工程の後に接着材１６上に接着されるガラス基板１７にもともと形成されている開口位置に合わせて、例えば、リソグラフィー法等を用い、接着材１６に開口１６ａおよび画素部開口１６ｃを同時に形成する（ステップＳＴ４）。続いて、図５に示したように、ガラス基板１７を接着材１６上に設置し、シリコン基板１１と貼り合わせる際、ガラス基板１７にもともと形成されている開口１７ａ，１７ｂと、上記接着材１６に形成した開口１６ａ，接着材開口１６ｂとの位置が一致するように、ガラス基板１７とシリコン基板１１と貼り合わせる（ステップＳＴ５）。

従って、製造工程を削減でき、加えてガラス基板１７を貫通させるために必要な高価なマスク等も不要である。その結果、製造コストの低減に対して有利である。

［第２の実施形態（多層配線が適用される一例）］
次に、図８を用い、第２の実施形態に係る撮像装置およびその製造方法について説明する。この実施形態は、多層配線が適用される一例に関するものである。この説明において、上記第１の実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。

＜構成例＞
第２の実施形態に係る撮像装置の断面構成例は、図８のように示される。
図示するように、本例に係る撮像装置は、画素６を駆動する駆動回路部を構成する配線層が、多層配線５０である点で、上記第１の実施形態と相違する。
そのため、絶縁膜層１２中に複数層の電極パッド５１−１，５１−２、およびコンタクト５１−３を更に備える点で、上記第１の実施形態と相違する。電極パッド５１−１，５１−２、およびコンタクト５１−３は、電気的に接続される。

製造方法に関しては、上記第１の実施形態と実質的に同様であるため、その詳細な説明を省略する。

＜作用効果＞
上記のように、第２の実施形態に係る撮像装置およびその製造方法によれば、少なくとも上記（１）乃至（２）と同様の効果が得られる。さらに、必要に応じて、本例のような、画素６を駆動する駆動回路部を構成する配線層が多層配線５０である構成に適用することが可能である。

［第３の実施形態（多層配線が適用されるその他の一例）］
次に、図９を用い、第３の実施形態に係る撮像装置およびその製造方法について説明する。この実施形態は、多層配線が適用されるその他の一例に関するものである。この説明において、上記第１の実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。

＜構成例＞
第３の実施形態に係る撮像装置の断面構成例は、図９のように示される。
図示するように、画素６を駆動する駆動回路部を構成する配線層が、多層配線５０である点で、上記第１の実施形態と相違する。本例では、コンタクトが上記第２の実施形態と異なる位置に配置されている。そのため、電極パッド５１−１，５１−２は、図示しない絶縁膜層１２内で、電気的に接続されている。

＜作用効果＞
上記のように、第３の実施形態に係る撮像装置およびその製造方法によれば、少なくとも上記（１）乃至（２）と同様の効果が得られる。さらに、必要に応じて、本例のような、画素６を駆動する駆動回路部を構成する配線層が多層配線５０であるその他の構成に適用することが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

６…画素、１１…Ｓｉ基板、１２…絶縁膜層、１５…マイクロレンズ、１６…接着材、１６ａ，１６ｂ、１６ｃ…接着剤開口、２２…接着材貫通電極（第２貫通電極）、１７…ガラス基板、１７ａ，１７ｂ…（ガラス基板に予め形成されている）ガラス基板開口、２３…ガラス貫通電極（第１貫通電極）、２１…電極パッド（第３貫通電極）２５…ドライバＩＣ、２６…撮像レンズ部。

Claims

複数の画素が配置される半導体基板と、
予め貫通された開口内に設けられる第１貫通電極を備える透明基板と、
前記画素上が露出され、前記第１貫通電極と接続される第２貫通電極を備え、前記半導体基板と透明基板とを接着させる接着材と、
前記透明基板上に配置される撮像レンズ部とを具備すること
を特徴とする撮像装置。
前記撮像レンズ部は、撮像対象の焦点を前記画素に自動的に合わせるドライバを更に備え、
前記半導体基板は、裏面上に配置される裏面再配線と、前記第１，第２貫通電極および前記裏面再配線に接続される第３貫通電極とを更に備えること
を特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記画素を駆動する駆動回路部を構成する配線層は、多層配線であること
を特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
半導体基板に複数の画素を形成する工程と、
前記半導体基板上に接着材を形成する工程と、
透明基板に予め形成されている開口の位置に合わせた第１開口および前記画素上を露出させる第２開口を前記接着材に形成する工程と、
前記透明基板に予め形成されている開口と前記接着材に形成した第１開口との位置を合わせて、透明基板を前記接着材上に設置し、前記透明基板を前記半導体基板と貼り合わせる工程と、
前記透明基板に予め形成されている開口および前記第１開口内に、導電物質を埋め込み、前記透明基板の貫通電極および前記接着剤の貫通電極とを形成する工程と、
前記透明基板上に、撮像レンズ部を形成する工程とを具備すること
を特徴とする撮像装置の製造方法。
前記撮像対象の焦点を前記画素に自動的に合わせるように前記撮像レンズ部を制御するドライバを形成する工程を更に具備すること
を特徴とする請求項４に記載の撮像装置の製造方法。