CN102646647B - 固态成像装置、其制造方法和照相机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固态成像装置、其制造方法和照相机。提供了这样的固态成像装置，其包括：具有包含像素区域的主面的半导体芯片；被设置在主面上以包围像素区域的突出部；被设置在像素区域之上的盖部件；以及包围像素区域以形成内部空间并且接合盖部件和突出部的粘接材料。突出部具有顶面和面对内部空间的第一侧面，由这两个面形成第一棱线。粘接材料接合突出部的顶面与盖部件。粘接材料具有面对内部空间的第一面，并且第一面从第一棱线向盖部件延伸。与主面平行的平面中的内部空间的周长沿从突出部的顶面向盖部件的方向变短。
Description
技术领域
本发明涉及固态成像装置、其制造方法和照相机。
背景技术
近年来，随着数字照相机和移动电话的小型化和薄型化(slimming)，非常需要更薄和更小的固态成像装置。因此，日本专利公开No.2005-136144提出直接在固态成像元件芯片上固定透光盖部件(cover member)并且气密密封像素区域的固态成像装置。对于固态成像元件芯片与盖部件的固定，使用便宜并且易于操作的液体粘接材料。当用液体粘接材料直接接合盖部件和固态成像元件芯片时，粘接材料在固态成像元件芯片的表面上浸润(wet)并且扩展。因此，粘接材料必须涂敷与像素区域分离一定距离的位置，使得粘接材料不流入固态成像元件芯片的像素区域中，这增大了固态成像装置的尺寸。在日本专利公开No.2003-92394中，像素区域的周边被脊部(ridge)包围，由此抑制了接合CCD芯片和密封盖的粘接树脂侵入像素区域中。由此，实现了固态成像装置的小型化。
发明内容
在日本专利公开No.2003-92394中描述的固态成像装置中，由于粘接树脂位于脊部外侧，因此，并未充分地实现固态成像装置的小型化。另外，如下所述，依赖于粘接材料的形状，由于从粘接材料反射的不必要的光到达像素区域，因此，在固态成像装置中获得的图像质量被劣化。因此，本发明的一个方面提供用于在减少到达固态成像装置的像素区域的不必要的光的同时减小固态成像装置的尺寸的技术。
本发明的第一方面提供一种固态成像装置，该固态成像装置包括：具有包含像素区域的主面的半导体芯片；被设置在半导体芯片的主面上以包围像素区域的突出部；被设置在像素区域之上的透光盖部件；以及包围像素区域使得在半导体芯片和盖部件之间形成内部空间、并且接合盖部件和突出部的粘接材料，其中突出部具有顶面和面对内部空间的第一侧面，由顶面和第一侧面形成第一棱线，粘接材料接合突出部的顶面与盖部件，粘接材料具有面对内部空间的第一面，并且第一面从第一棱线向盖部件延伸，以及与主面平行的平面中的内部空间的周长(perimeter)沿从突出部的顶面向盖部件的方向变短。
本发明的第二方面提供一种制造固态成像装置的方法，该方法包括：制备具有包含像素区域的主面的半导体芯片；在半导体芯片的主面上形成突出部以包围像素区域；以及在覆盖像素区域的位置处设置透光盖部件，并且用粘接材料全周边地(circumferentially)接合盖部件和突出部，使得在半导体芯片和盖部件之间形成内部空间，其中突出部具有顶面和面对内部空间的第一侧面，由顶面和第一侧面形成第一棱线，粘接材料接合突出部的顶面与盖部件，粘接材料具有面对内部空间的第一面，该第一面从第一棱线向盖部件延伸，以及与主面平行的平面中的内部空间的周长沿从第一棱线向盖部件的方向变短。
从(参照附图)对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。
附图说明
被并入说明书中并构成其一部分的附图示出本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1A和图1B是示出根据本发明实施例的固态成像装置100的配置例子的示图。
图2是示出根据本发明实施例的固态成像装置100的配置例子的示图。
图3是示出比较例的固态成像装置300的配置的示图。
图4A至4E是示出根据本发明实施例的固态成像装置100的制造方法的例子的示图。
图5A至5D是示出根据本发明实施例的固态成像装置100的变更例的示图。
图6是示出根据本发明实施例的固态成像装置600的配置例子的示图。
图7是示出根据本发明实施例的封装件(package)700的配置例子的示图。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明的实施例。首先，将参照图1A至图2描述根据一个实施例的固态成像装置100的配置例子。图1A是固态成像装置100的截面图，图1B是固态成像装置100的平面图。图2是图1A中的虚线框区域A的放大图。根据如图1A和图1B所示的实施例，固态成像装置100可包含半导体芯片110、盖部件120、突出部130和粘接材料140。
半导体芯片110具有主面111，并且主面111在其一部分中包括像素区域112。在像素区域112中形成构成像素的多个光接收元件(未示出)。半导体芯片110可以为例如具有作为光接收元件的光电转换元件的CCD图像传感器和CMOS传感器。半导体芯片110还可在主面111上包含微透镜113和用于外部连接的端子114。微透镜113被设置在覆盖像素区域112的位置处，并且将入射到固态成像装置100中的光会聚到各像素中。端子114被用于向外面输出来自光接收元件的信号或者从外面输入信号。半导体芯片110还可在像素区域112和微透镜113之间包含滤色器(未示出)和设置在滤色器上的平坦化膜(未示出)。
盖部件120透射光，处于半导体芯片110之上，并且被设置在覆盖像素区域112的位置处。作为用于盖部件120的材料，例如，可以使用玻璃、树脂或水晶(crystal)等。盖部件120可在其表面(半导体芯片110相对侧的表面)或后面(半导体芯片110侧的表面)上具有抗反射涂层或IR涂层。由此，可以提高盖部件120的光学性能。
突出部130被设置在半导体芯片110的主面111上，以从半导体芯片110突出。突出部130被固定于半导体芯片110。在图1B中，为了参照，以虚线示出可通过盖部件120看到的微透镜113和突出部130。如图1B所示，突出部130被设置在半导体芯片110的主面111上，以包围像素区域112。突出部130被设置为与主面111接触。作为用于突出部130的材料，例如，可以使用感光树脂。如图2所示，突出部130具有位置接近像素区域112的侧面131(第一侧面)、位置远离像素区域112的侧面132(第二侧面)和顶面133。在本实施例中，侧面131处于侧面132的相对侧。通过侧面131和顶面133形成棱线134(第一棱线)。通过侧面132和顶面133形成棱线135(第二棱线)。以下，“对象(例如，像素区域)可被物体(例如，粘接材料)包围”意味着对象被开环物体(即，具有一个或更多个狭缝的物体)或闭环物体(即，不具有狭缝的物体)包围。
粘接材料140使盖部件120与半导体芯片110接合。具体而言，粘接材料140粘接于盖部件120，并且，此外，粘接于突出部130的顶面133和侧面132、以及作为半导体芯片110的主面111的一部分的在侧面132周围的区域136。如图1B所示，粘接材料140还包围像素区域112，并且，粘接材料使盖部件120和突出部130全周边地接合。通过使它们全周边地接合，可以在半导体芯片110和盖部件120之间形成密封的(气密的)内部空间150。内部空间150可被限定为被半导体芯片110、盖部件120、突出部130和粘接材料140包围的空间。根据本实施例的固态成像装置100，突出部130的侧面131面对内部空间150。另一方面，突出部130的侧面132和顶面133不面对内部空间150，并且被粘接材料140覆盖。
粘接材料140的面对内部空间150的面被称为面141(第一面)。面141从突出部130的棱线134延伸到盖部件120。粘接材料140的面141浸润并且扩展，从而从棱线134向盖部件120使内部空间150变窄。结果，与主面111平行的平面中的内部空间150的周长沿从棱线134(即，突出部的顶面)向盖部件120的方向变短。图1A的箭头160指示沿与主面111平行的方向观看内部空间150的宽度的状态。
随后，将通过比较图1A和图1B中描述的固态成像装置100的优点与图3中描述的比较例的优点，来描述图1A和图1B中描述的固态成像装置100的优点。图3是作为比较例的固态成像装置300的与图2对应的部分的放大图。固态成像装置100和固态成像装置300之间的共同组件用同样的附图标记来标识，并且，省略了重复的描述。在固态成像装置300中，不在半导体芯片110上设置突出部，并且，用粘接材料340接合半导体芯片110和盖部件120。
粘接材料340的面对内部空间150的面被称为面341。面341在半导体芯片110和盖部件120之间的中心点附近具有最收缩部分341a。面341还具有从部分341a延伸到半导体芯片110的区域341b和从部分341a延伸到盖部件120的区域341c。由于粘接材料340的浸润性，因此区域341b和区域341c两者均浸润并且扩展，从而使内部空间150变窄。结果，区域341b具有第一弧形形状，并且，区域341c具有第二弧形形状。第一弧形形状具有半导体芯片110方向上凸起的弧形形状或上弦弧形形状。第二弧形形状具有盖部件120方向上凸起的弧形形状或下弦弧形形状。
在图3中，如箭头301所示，进入固态成像装置300中的入射光的一部分通过盖部件120以到达粘接材料340的区域341b。到达区域341b的光从面341被反射，并且，如箭头302所示，反射光被引向像素区域112。以这种方式，到达像素区域112的反射光使固态成像装置300中获得的图像质量劣化。如果粘接材料340被设置为远离像素区域112，那么，虽然可以减少向像素区域112反射的光的量，但是，固态成像装置的尺寸变大。另外，由于区域341b具有第一弧形形状，因此，即使粘接材料340被设置为远离像素区域112，一些反射光也可到达像素区域112。
另一方面，如图2所示，固态成像装置100的粘接材料140的面141具有第二弧形形状，并且不包含具有第一弧形形状的区域。因此，在固态成像装置100中，与固态成像装置300相比，可以减少从粘接材料140向像素区域112反射的光的量。这里，由于突出部130的侧面131与半导体芯片110的主面111垂直，因此，从突出部130的侧面131反射并被引向像素区域112的光的量变得比从固态成像装置300的区域341b反射的光的量少。结果，在固态成像装置100中，与固态成像装置300相比，可以增强图像质量。另外，在固态成像装置100中，与固态成像装置300相比，由于粘接材料140可被设置在像素区域112附近，因此可以减小固态成像装置100的尺寸。
随后，参照图4A至4E，将描述固态成像装置100的制造方法的例子。首先，如图4A所示，制备具有像素区域112的半导体芯片110，在像素区域112中形成多个光接收元件。在图4A中，多个半导体芯片110被连结(couple)，并且通过切片线(dicing line)401被分成各单个半导体芯片110的划分。例如，多个半导体芯片110在半导体晶片上形成并且通过切割半导体晶片而被分离。
接下来，如图4B所示，突出部130在半导体芯片110的主面111上形成，以包围像素区域112。可通过在通过旋涂等用感光树脂涂敷半导体芯片110的主面111之后执行曝光构图，形成突出部130。作为替代方案，可通过在主面111上接合事先以片状形成的感光片并执行曝光构图，形成突出部130。如参照图1A和图1B描述的那样，突出部130全周边地包围像素区域112。通过执行曝光构图以形成突出部130，可形成棱线134，其中突出部130的侧面131和顶面133相互垂直。
接下来，如图4C所示，用粘接材料140涂敷半导体芯片110的主面111的突出部130外侧(像素区域112的相对侧)的区域402。可用粘接材料140涂敷突出部130的顶面133的一部分和区域402两者。如参照图1A和图1B描述的那样，粘接材料140涂敷突出部130以全周边地包围突出部130。但是，粘接材料140可仅涂敷一部分，并且，可存在不被涂敷的部分。粘接材料140可被设置为：作为在盖部件120被附接之后粘接材料140扩展的结果，全周边地包围突出部130。为了防止侵入像素区域112中，不用粘接材料140涂敷突出部130的内侧(像素区域112侧)。
可以通过公知的分配器和印刷方法来涂覆粘接材料140。作为用于粘接材料140的材料，可以使用在未固化(uncured)的状态下具有流动性的热固性树脂或光固化树脂(light curable resin)。特别地，通过使用快速固化性能优异的光固化树脂，可以抑制粘接材料140的流动性。另外，作为用于粘接材料140的材料，通过使用光固化树脂，可以减少工作量。另外，为了以高产率(yield)获得将在下面描述的防止树脂扩展的功能，可以使用具有被减小的流动性的树脂作为用于粘接材料140的材料。例如，作为用于粘接材料140的材料，可以使用粘度不小于10000mPa·s的树脂。通过导致树脂的聚合以增大树脂的平均摩尔质量，实现这种粘度。另外，当粘接材料140包含诸如氧化物填充剂或金属填充剂的无机填充剂时，无机填充剂可在粘接材料140的面141上析出。在这种情况下，光被无机填充剂散射，并且，不必要的散射光可进入像素区域112。因此，粘接材料140通过包含环氧树脂、丙烯酸树脂或硅酮树脂(silicone resin)等的有机填充剂形成，并且可没有诸如氧化物填充剂或金属填充剂的无机填充剂。
接下来，如图4D所示，盖部件120被附接于半导体芯片110。首先，在覆盖像素区域112的位置处设置盖部件120。之后，通过使盖部件120接近半导体芯片110，粘接材料140被盖部件120按压。由此，形成被半导体芯片110、盖部件120、突出部130和粘接材料140包围的内部空间150。被盖部件120按压的粘接材料140变形为如图4D所示的形状。具体而言，用其涂敷半导体芯片110的区域402的粘接材料140在突出部130的顶面133上扩展。在突出部130的顶面133上扩展的粘接材料140被棱线134止住(stop)。即，突出部130在防止粘接材料140扩展使得粘接材料140不进入像素区域112方面起作用。另外，在盖部件120上，粘接材料140向内部空间150浸润并且扩展，结果，粘接材料140的面141具有第二弧形形状。
接下来，如图4E所示，用热或光等使粘接材料140固化，由此，盖部件120被固定于半导体芯片110。最后，通过切割切片线401，获得各单个固态成像装置100。
随后，参照图5A至5D，将描述突出部130的变更例。图5A再次示出如参照图1A至图2描述的固态成像装置100的突出部130。侧面131与半导体芯片110的主面111垂直，并且，顶面133与侧面131垂直。
如图5B所示的突出部510具有位置接近像素区域112的侧面511、位置远离像素区域112的侧面512、以及顶面513。通过侧面511和顶面513形成棱线514。以与如参照图2描述的粘接材料140的面141类似的方式，侧面511具有第二(盖部件120方向上凸起的)弧形形状。由此，与主面111平行的平面中的内部空间150的周边长度沿从半导体芯片110向盖部件120的方向变短。突出部510具有这种形状的侧面511，由此，从突出部510反射并到达像素区域112的反射光被进一步减少。另外，由于突出部510的棱线514比突出部130的棱线134尖锐，因此，防止粘接材料140扩展的功能的性能被增强。
虽然突出部510的侧面511是弯曲表面，但是，该侧面可像如图5C所示的突出部520的侧面521中那样是平坦表面。突出部520也具有与突出部510类似的优点。另外，顶面可像如图5D所示的突出部530中那样具有台阶(step)。在突出部530中，粘接材料140的扩展可被棱线532止住，并且还可被棱线531止住。
随后，参照图6，将描述根据本发明的另一实施例的固态成像装置600的例示性配置。图6是固态成像装置600的与图2对应的部分的放大图。固态成像装置100和固态成像装置600之间的共同组件用同样的附图标记来标识，并且，省略了重复的描述。另外，如参照图5A至5D描述的固态成像装置100的变更例同样可适用于固态成像装置600。
固态成像装置600的粘接材料640虽然粘接于突出部130的顶面133，但并不粘接于侧面132和半导体芯片110的主面111。粘接材料640具有面对内部空间150的面641(第一面)和不面对内部空间150的面642(第二面)。在本实施例中，面641在面642的相对侧。由于面641与固态成像装置100的面141类似，因此，省略了其描述。面642从突出部的棱线135延伸到盖部件120。
虽然可以以与如参照图4A至4E描述的固态成像装置100类似的方式制造固态成像装置600，但是，在如参照图4C描述的过程中，只有突出部130的顶面133被用粘接材料640涂敷。虽然粘接材料640被盖部件120按压以在顶面133上扩展，但是，棱线135抑制粘接材料640对于侧面132浸润并扩展。因此，可以避免粘接材料640对于端子114浸润并扩展。因此，如与固态成像装置100相比的那样，在固态成像装置600中，可以缩短端子114和突出部130之间的距离，并实现固态成像装置600的进一步的小型化。突出部130的宽度即侧面131和侧面132之间的距离被适当地设定，使得可用粘接材料640涂敷顶面133。固态成像装置600的突出部130的宽度可比固态成像装置100的突出部130的宽度宽。
随后，参照图7，将描述固态成像装置封装件700的例示性配置。在图7中，虽然处理了封装固态成像装置100的例子，但是，可以以相同的方式封装如上所述的实施例的固态成像装置中的任一个。
固态成像装置封装件700可包括含有引线框架、印刷布线板、柔性布线板和金属基布线板等的基板701。基板701在其上安装固态成像装置100的面上具有端子703。半导体芯片110的后面(主面111的相对侧的面)通过固定部件702被固定于基板701。半导体芯片110的端子114和基板的端子703通过诸如金属线等的导电部件704连接。来自端子114的信号通过导电部件704被传送到端子703。
固态成像装置封装件700还包括密封部件705，该密封部件705密封基板701的其上安装固态成像装置100的面、导电部件704、半导体芯片110、粘接材料140和盖部件120的侧面。密封部件705可通过环氧树脂等形成，并且可以被着色为黑色以用于吸收光。虽然图7没有示出，但是，密封部件705全周边地密封固态成像装置100的侧面。由此，粘接材料140和盖部件120之间的边界以及粘接材料140和半导体芯片110之间的边界被密封部件705全周边地密封。于是，内部空间150的气密性被增强。另外，盖部件120的侧面被全周边地密封，并且，从盖部件120的侧面入射到固态成像装置100中的光被减少。
根据上述的各种实施例的固态成像装置，由于到达像素区域的任何不必要的光被减少，因此，在固态成像装置中获得的图像质量被增强。同时，实现了固态成像装置的小型化。
作为根据上述的各种实施例的固态成像装置的应用例，现在将例示性地描述其中并入有该固态成像装置的照相机。照相机的概念不仅包括主要意欲用于拍摄的装置，而且包括具有辅助的拍摄功能的装置(例如，个人计算机或移动终端等)。照相机包括作为如上所述的实施例示出的根据本发明的固态成像装置、以及用于处理从该固态成像装置输出的信号的信号处理单元。该信号处理单元可包含例如A/D转换器、以及用于处理从该A/D转换器输出的数字数据的处理器。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但要理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附的权利要求的范围要被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。
Claims (11)
1.一种固态成像装置，包括：
具有包含像素区域的主面的半导体芯片；
被设置在半导体芯片的主面上以覆盖像素区域的微透镜；
被设置在半导体芯片的主面上的突出部；
透光的盖部件，以在半导体芯片和盖部件之间具有内部空间的方式被设置在像素区域之上；以及
接合盖部件和突出部的粘接材料，
其中，突出部具有顶面和面对内部空间的第一侧面，由顶面和第一侧面形成第一棱线，第一侧面在与主面平行的平面中包围微透镜，
粘接材料接合突出部的顶面与盖部件，
粘接材料具有面对内部空间的第一面，第一面从第一棱线向盖部件延伸，并且第一面在与主面平行的平面中包围内部空间，以及
与主面平行的平面中的内部空间的周长沿从突出部的顶面向盖部件的方向变短。
2.根据权利要求1的固态成像装置，其中，突出部的第一侧面与半导体芯片垂直。
3.根据权利要求1的固态成像装置，其中，与主面平行的平面中的内部空间的周长沿从半导体芯片向盖部件的方向变短。
4.根据权利要求1的固态成像装置，其中，突出部还具有不面对内部空间的第二侧面，通过顶面和第二侧面形成第二棱线，以及
粘接材料还具有不面对内部空间的第二面，该第二面从第二棱线向盖部件延伸。
5.根据权利要求1的固态成像装置，其中，突出部还具有不面对内部空间的第二侧面，以及
粘接材料进一步接合突出部的第二侧面、半导体芯片的主面的在突出部的第二侧面周围的部分、以及盖部件。
6.根据权利要求1的固态成像装置，其中，粘接材料是光固化树脂。
7.根据权利要求1的固态成像装置，其中，主面包括用于外部连接的端子，突出部接触半导体芯片的主面中的在像素区域和端子之间的位置，以及
粘接材料扩展至透光的盖部件的侧面之外，而不与端子接触。
8.一种制造固态成像装置的方法，包括：
制备具有包含像素区域的主面的半导体芯片；
在半导体芯片的主面上形成微透镜以覆盖像素区域；
在半导体芯片的主面上形成突出部；以及
将透光的盖部件以在半导体芯片和盖部件之间具有内部空间的方式设置在像素区域之上，并且用粘接材料接合盖部件和突出部，
其中，突出部具有顶面和面对内部空间的第一侧面，由顶面和第一侧面形成第一棱线，第一侧面在与主面平行的平面中包围微透镜，
粘接材料接合突出部的顶面与盖部件，
粘接材料具有面对内部空间的第一面，该第一面从第一棱线向盖部件延伸，第一面在与主面平行的平面中包围内部空间，以及
与主面平行的平面中的内部空间的周长沿从突出部的顶面向盖部件的方向变短。
9.根据权利要求8的方法，其中，通过对感光树脂构图而形成突出部。
10.根据权利要求8的方法，其中，主面包括用于外部连接的端子，突出部被形成为接触主面中的在像素区域和端子之间的位置，以及
粘接材料被形成为扩展至透光的盖部件的侧面之外，而不与端子接触。
11.一种照相机，包括：
根据权利要求1的固态成像装置；以及
处理通过固态成像装置获得的信号的信号处理单元。
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