CN107004684B - 半导体设备、固态成像元件、成像设备以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及一种能够防止因接合夹具而出现光斑和干涉、改善阻抗特性并且实现缩小设备尺寸的半导体设备；一种固态图像拾取装置；一种图像拾取设备；以及一种电子设备。通过将盖板玻璃和半导体装置的高度对准，使所述盖板玻璃与所述半导体装置之间的距离设置成最小，因此有可能抑制因在所述半导体装置的侧表面上反射的入射光而出现光斑，并且改善所述半导体装置和所述半导体图像拾取装置的所述阻抗特性。另外，可以减少用于所述半导体装置的所述夹具的干涉。本技术可以应用于CMOS图像传感器。

Description

半导体设备、固态成像元件、成像设备以及电子设备
技术领域
本技术涉及一种半导体设备、一种固态图像拾取装置、一种图像拾取设备，以及一种电子设备，并且具体地讲，涉及一种半导体设备、一种固态图像拾取装置、一种图像拾取设备，以及一种能够改善阻抗特性同时防止在半导体装置的接合中出现光斑和夹具的干涉的电子设备。
背景技术
为了防止在半导体安装过程中因粒子而产生像素损坏，已经提出这样的技术，使得通过使用透明树脂将切成小块的盖板玻璃接合到半导体图像拾取装置上以便进行保护(参见专利文献1)。
引文列表
专利文献
专利文献1：第2010-153874号日本专利申请公开
发明内容
技术问题
然而，在专利文献1所描述的半导体设备中，在半导体装置邻近像素安装的情况下，如果半导体装置的高度超过像素上的盖板玻璃的表面的高度，则担心从半导体装置的端部表面或粘合材料的端部表面生成的光斑会影响光学特性。
此外，在半导体装置的厚度低于盖板玻璃的表面的情况下，接合夹具导致在接合半导体装置时出现干涉，因此与由接合夹具的尺寸指定的尺寸相比，不可能减小半导体装置与盖板玻璃之间的距离。
鉴于上述情况提出本技术，并且具体地讲，使得可能改善阻抗特性，同时防止在接合中因夹具而出现光斑和干涉。
问题的解决方案
根据本技术的一方面，提供一种半导体设备，其包括：盖板玻璃，其利用透明耐热树脂接合在像素上并且切成小块，以在半导体图像装置从晶片状态切成小块之前保护像素；半导体装置，其邻近半导体图像拾取装置安装；以及底部填充树脂(underfill resin)，其填充在盖板玻璃与半导体装置之间的间隙中并且填充在盖板玻璃和半导体装置的外围中。
透明耐热树脂的厚度(微米)可以使得通过将该厚度乘以透明耐热树脂的比重而得到的值大于42um(微米)。
透明耐热树脂可以使波长为400nm或更多的光透过99％或以上。
从半导体装置上的像素到接合在像素上的玻璃的背表面的高度可以等于到与其邻近安装的半导体装置的背表面的高度。
底部填充树脂对380nm到1200nm范围内的光的透光率可以是0％。
根据本技术的另一方面，提供一种固态图像拾取装置，其包括：盖板玻璃，其利用透明耐热树脂接合在像素上并且切成小块，以在半导体图像装置从晶片状态切成小块之前保护像素；半导体装置，其邻近半导体图像拾取装置安装；以及底部填充树脂，其填充在盖板玻璃与半导体装置之间的间隙中并且填充在盖板玻璃和半导体装置的外围中。
根据本技术的另一方面，提供一种图像拾取设备，其包括：盖板玻璃，其利用透明耐热树脂接合在像素上并且切成小块，以在半导体图像装置从晶片状态切成小块之前保护像素；半导体装置，其邻近半导体图像拾取装置安装；以及底部填充树脂，其填充在盖板玻璃与半导体装置之间的间隙中并且填充在盖板玻璃和半导体装置的外围中。
根据本技术的另一方面，提供一种电子设备，其包括：盖板玻璃，其利用透明耐热树脂接合在像素上并且切成小块，以在半导体图像装置从晶片状态切成小块之前保护像素；半导体图像拾取装置；以及底部填充树脂，其填充在盖板玻璃与半导体装置之间的间隙中并且填充在盖板玻璃和半导体装置的外围中。
在本技术的方面，在半导体图像拾取装置从晶片状态切成小块之前，利用透明耐热树脂接合在像素上的切成小块的盖板玻璃来保护像素，并且底部填充树脂填充在盖板玻璃与邻近半导体图像拾取装置安装的半导体装置之间的间隙中，以及盖板玻璃和半导体装置的外围中。
本发明的有益效果
根据本技术的方面，有可能改善阻抗特性，同时防止在接合半导体设备时因夹具而出现光斑和干涉。
附图说明
[图1]用于说明使用相关技术中的半导体图像拾取装置的制造过程的示意图。
[图2]用于说明在下列情况下生成的光斑的示意图：当半导体装置安装在邻近图1所示的盖板玻璃的位置时，半导体装置的上表面与之相比较高。
[图3]用于说明在下列情况下导致的夹具的干涉的示意图：当半导体装置安装在邻近图1所示的盖板玻璃的位置时，盖板玻璃的上表面与之相比较高。
[图4]用于说明应用了本技术的半导体设备的配置的示意图。
[图5]用于说明填充底部填充树脂的位置的示意图。
[图6]用于说明制造图4所示的半导体设备的方法的示意图。
[图7]用于说明图4所示的半导体设备中的透明耐热树脂的厚度的示意图。
[图8]用于说明图像拾取设备和使用应用了本技术的固态图像拾取装置的电子设备的配置的示意图。
[图9]示出固态图像拾取装置的使用实例的示意图。
具体实施方式
<相关技术中的固态图像拾取装置的结构>
图1是示出相关技术中的固态图像拾取装置的制造过程中的具体步骤的侧视图。
图1示出通过分别利用单独的透明耐热树脂32-1和32-2将切成小块的盖板玻璃31-1和31-2接合到半导体图像拾取装置33上而得到的部件11。
这个配置使得可能防止在半导体安装过程中因粒子而产生的像素损坏。
随后，在后面的步骤中，如图2所示，通过焊料凸点52将半导体装置51连接到对应于部件11的盖板玻璃31的位置，并且利用将要切成小块的液态树脂53来填充焊料凸点52的周围，从而形成固态图像拾取装置41。
然而，如图2所示，在半导体装置51的背表面的高度超过盖板玻璃31的高度的情况下(在图2中生成高度差t1的情况下)，如图2的虚线所指示，入射光的一部分有可能反射在半导体装置51的侧表面部分上并且进入半导体图像拾取装置33，从而可生成光斑。
另外，如图3所示，在半导体装置51的高度小于盖板玻璃31的高度的情况下(在图3中生成高度差t2的情况下)，担心接合头62的尖端部分61可能会干涉盖板玻璃31，所述尖端部分是用于通过焊料凸点52将半导体装置51安装到半导体装置拾取装置33上的接合夹具。为此，有必要确定安装半导体装置51的位置，同时将附图中的距离d充分确保到一定程度，使得尖端部分61不干涉设置盖板玻璃31的位置。因此，半导体装置51与盖板玻璃31之间的距离d必须确保到一定程度。这妨碍设备缩小尺寸，并且不利地影响它们之间的阻抗。
<根据本技术的固态图像拾取装置的结构>
鉴于上述内容，将根据本技术的半导体图像拾取装置配置成如图4所示。
换言之，图4所示的固态图像拾取装置100由下列项组成：盖板玻璃101、透明耐热树脂102、半导体图像拾取装置103、半导体装置104、焊料凸点105和底部填充树脂106。
此处，盖板玻璃101、透明耐热树脂102、半导体图像拾取装置103、半导体装置104和焊料凸点105分别对应于图1到图3中示出的盖板玻璃31、透明耐热树脂32、半导体图像拾取装置33、半导体装置51和焊料凸点52。
此处，盖板玻璃101处于由透明耐热树脂102接合到半导体图像拾取装置103的状态。更需要盖板玻璃101由就相对于温度的线性膨胀而言表现类似于硅Si的材料制成，并且所需种类的玻璃包括硅玻璃或硼硅酸盐玻璃。
另外，需要透明耐热树脂102由在盖板玻璃101和半导体图像拾取装置103接合到彼此之后的过程和可靠性测试中在耐热性、耐化学性和耐光性方面没有任何问题并且不影响图像拾取特性的材料制成，例如，使波长为400nm或更多的光透过99％或以上的材料。
此外，透明耐热树脂102的材料是，例如，硅树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、树状大分子或者它们的共聚物。另外，需要透明耐热树脂102能够形成通过涂覆或层压而在盖板玻璃101侧面上形成树脂膜，并且能够通过半固化将盖板玻璃接合在半导体图像拾取装置的像素上。此外，需要透明耐热树脂102能够在接合在盖板玻璃101与半导体图像拾取装置103之间之后通过利用UV(紫外光)进行加热或照射而固化。
另外，例如，半导体装置104是用于控制固态图像拾取装置100的全部操作的算术元件，并且通过焊料凸点105电连接到半导体图像拾取装置103。
在盖板玻璃101与透明耐热树脂102之间、在半导体装置104与焊料凸点105之间，以及在焊料凸点105之间的间隙中填充底部填充树脂106，所述底部填充树脂具有利用黑色等来阻止入射光的光阻性质(或光吸收性质)。例如，底部填充树脂对380nm到1200nm范围内的光的透光率是0％。
此外，如图5的左侧部分的俯视图所示，底部填充树脂106进行填充以便包围盖板玻璃101和半导体装置104。
另外，此时，如图4中示出的点划线所指示，盖板玻璃101的顶部表面和半导体装置104的顶部表面被配置成相同高度。
因此，在将半导体装置104安装在半导体图像拾取装置103上的过程中，防止作为接合夹具的接合头62的尖端部分61干涉盖板玻璃101。另外，可能减小图4中示出的半导体装置104与盖板玻璃101之间的水平距离D，如图3所示。此外，在半导体装置104与盖板玻璃101之间填充具有较高光阻性质(或光吸收性质)的底部填充树脂106，从而可能防止因外部光反射在半导体装置104上而生成的光斑，并且距离D的减小可以改善互阻抗性质。另外，可能实现固态图像拾取装置100的整体尺寸的减小。
应注意，相对于半导体图像拾取装置103而言，半导体装置104的数量不必是一个，或者可以是更大数量。例如，在提供四个半导体装置104的情况下，如图5的右侧部分所示，半导体装置101-1到104-4可以设置成围绕盖板玻璃101。同样在这种情况下，在盖板玻璃101与半导体装置104-1到104-4之间、在半导体装置104-1到104-4的外围部分中以及在分别连接半导体装置104-1到104-4的焊料凸点105之间的间隙中填充具有较高光阻性质或光吸收性质的底部填充树脂106。因此，有可能抑制光斑、改善阻抗特性并且实现整个设备的缩小尺寸。
<制造方法>
随后，参考图6，将描述制造固态图像拾取装置100的方法。
在第一过程中，如图6的左上部分所示，将透明粘合树脂102接合在没有切成小块的盖板玻璃101的背表面的整个表面上，其中盖板玻璃的背表面向上。
在第二过程中，如图6的左下部分所示，在透明粘合树脂102接合到盖板玻璃101的情况下将该盖板玻璃切成小块，例如，以得到盖板玻璃101-1和101-2以及透明粘合树脂102-1和102-2。
在第三过程中，如图6的右上部分所示，通过透明粘合树脂102-1和102-2将由分成小块而得到的盖板玻璃101-1和101-2接合到在半导体图像拾取装置103上形成固态图像拾取装置100的部分。此外，通过电解电镀或非电解电镀，将由焊料凸点105-1和105-2(或势垒金属(barrier metal)等)设在半导体图像拾取装置103上。
在第四过程中，如图6的右下部分所示，通过焊料凸点105-1和105-2将半导体装置104-1和104-2连接到半导体图像拾取装置103。此时，采用使得半导体装置104-1和104-2的背表面的高度和盖板玻璃101-1和101-2的高度相同的方式，通过焊料凸点105-1和105-2将半导体装置104-1和104-2连接到半导体图像拾取装置103。此外，将对光具有光阻性质(或光吸收性质)的底部填充树脂106填充在焊料凸点105之间的间隙中以及在盖板玻璃101与半导体装置104之间及其周围的间隙中。
之后，通过以固态图像拾取装置100为单位(以附图中的盖板玻璃101和半导体装置104为单位)执行切成丁(切成小块)，制造出固态图像拾取装置100。因此，将每个固态图像拾取装置100制造成具有如图4所示的结构，因此，有可能抑制光斑、改善阻抗特性并且实现整个设备的缩小尺寸。
<透明耐热树脂的厚度>
顺便提及，已知当玻璃用作半导体图像拾取装置103的盖板部件，像是盖板玻璃101时，从重金属(诸如，玻璃中含有的铀238(U238))中辐射出的α射线会不利地影响半导体图像拾取装置103的特性。例如，已知拍摄的图像的白点缺陷就是因为α射线的影响而造成的。
鉴于此，为了减小α射线的影响，有必要考虑可以通过设在盖板玻璃101与半导体图像拾取装置103之间的透明耐热树脂102来实现减小α射线的影响的厚度。
换言之，用来减小α射线的影响的透明耐热树脂102的必要厚度是，例如，如图5所示，满足下列表达式(1)的厚度，其中从半导体图像拾取装置103的上表面到盖板玻璃101的下表面的距离由A(um)表示，并且透明耐热树脂102的比重由X表示。
AX≥42um
...(1)
此处，42um是盖板玻璃101到半导体图像拾取装置103上的图像拾取表面的距离，并且防止因来自盖板玻璃101的α射线而造成拍摄图像的白点缺陷所必要的距离由来自盖板玻璃101中所含有的铀238(U238)的α射线的范围确定。另外，表达式(1)的条件的推导基础如下。
换言之，无论物质如何，下列表达式(2)中限定的范围R都大体不变。
R(g/cm2)＝d(g/cm3)*r(cm)
...(2)
空气(d＝0.0014g/cm3)中的铀238(U238(E＝4.2Mev))的范围r是范围r(cm)＝3.0cm。因此，将表达式(2)限定的范围R确定为下列表达式(3)。
R(g/cm2)＝d(g/cm3)*r(cm)
＝0.0014(g/cm3)*3.0(cm)
＝4.2E-03(g/cm2)
...(3)
因此，例如，将1(g/cm3)的透明耐热树脂102中的范围r(cm)确定为由下列表达式(4)所指示。
r(cm)＝R(g/cm2)/d(g/cm3)
＝4.2E-03(g/cm2)/1.0(g/cm3)
＝42(um)
...(4)
因此，通过提供具有经确定以便满足上述表达式(1)限定的关系的厚度A的透明耐热树脂102，有可能减小α射线对半导体图像拾取装置103的特性的影响。
换言之，如上文所述，即使在盖板玻璃101防止在半导体安装过程因粒子而产生像素损坏的情况下，通过根据透明耐热树脂102的材料来适当设置其厚度，有可能减小α射线对半导体图像拾取装置103的特性的影响。
如上文所述，在将半导体装置104安装在半导体图像拾取装置103上的过程中，根据本技术的固态图像拾取装置100防止作为接合夹具的接合头62的尖端部分61干涉盖板玻璃101。
另外，有可能减小半导体装置104与盖板玻璃101之间的水平距离。此外，通过在半导体装置104与盖板玻璃101之间填充对光具有较高光阻性质(光吸收性质)的底部填充树脂106，有可能防止因外部光在半导体装置104上反射而生成的光斑。
另外，由于半导体装置104与盖板玻璃101之间的水平距离可以减小，因此，有可能改善半导体装置104与半导体图像拾取装置103之间的互阻抗特性，并且实现固态图像拾取装置的缩小尺寸。
另外，通过如上文所述适当地设置透明耐热树脂102的厚度，在盖板玻璃101用作半导体图像拾取装置103的盖板部件的情况下，也有可能减小来自作为材料的玻璃中所含有的重金属的α射线对半导体图像拾取装置103的特性的影响。
<电子设备的应用实例>
上述固态图像拾取装置可应用于各种电子设备，包括例如图像拾取设备(诸如，数字静态相机和数字视频相机)、配备图像拾取功能的移动电话，以及配备图像拾取功能的另一设备。
图8是示出作为应用了本技术的电子设备的图像拾取设备的配置实例的框图。
图像拾取设备201具有光学系统202、快门设备203、固态图像拾取装置204、驱动电路205、信号处理电路206、监视器207和存储器208，并且能够拍摄静态图像和移动图像。
光学系统202具有一个或多个透镜、将来自物体的光(入射光)引导到固态图像拾取装置204并且在固态图像拾取装置204的光接收表面上形成图像。
快门设备203设置子光学系统202与固态图像拾取装置204之间，并且根据驱动电路205的控制，控制对固态图像拾取装置204的光照射期和光屏蔽期。
固态图像拾取装置204由上述固态图像拾取装置100配置，或者由包括固态图像拾取装置100的包装配置。根据通过光学系统202和快门设备203而在光接收表面上成像的光，固态图像拾取装置204在一定时期内积累信号电荷。积累在固态图像拾取装置204中的信号电荷根据从驱动电路205供应的驱动信号(定时信号)进行转移。
驱动电路205输出控制固态图像拾取装置204的转移操作和快门设备203的快门操作的驱动信号，并且驱动固态图像拾取装置204和快门设备203。
信号处理电路206针对从固态图像拾取装置204输出的信号电荷执行各种信号处理。通过由信号处理电路206执行信号处理而得到的图像(图像数据)供应到监视器207以便显示，或者供应到存储器208以便存储(记录)。
同样，在被配置成如上文所述的图像拾取设备201中，通过应用固态图像拾取装置100而不是上述固态图像拾取装置204，有可能减少光斑、缩小设备的尺寸，并且改善半导体装置和半导体图像拾取装置的阻抗特性。
<固态图像拾取装置的使用实例>
图9是示出上述固态图像拾取装置100的使用实例的示意图。
上述固态图像拾取装置100可以用在如下所述的感测光的各种情况下，诸如，可见光、红外光、紫外光和X射线。
·用于拍摄将要观看的图像的设备，诸如，数字相机和配备相机的移动设备
·用于交通目的的设备，诸如，拍摄汽车的前部/后部/外围/内部的车载相机、监控行驶车辆和道路的监控摄像机，以及测量车辆之间的距离的距离测量传感器，以便安全驾驶，包括自动停止、识别驾驶员的状态等
·用于家用电子产品的设备，诸如，电视机、冰箱和空调，以用于拍摄用户的手势并且根据手势来执行设备操作
·用于医疗保健目的的设备，诸如，内窥镜和通过接收红外光来执行血管摄影的设备
·用于安全目的的设备，诸如，用于犯罪预防目的的监控摄像机和用于身份认证目的的相机
·用于美容护理目的的设备，诸如，拍摄皮肤的皮肤测量设备和拍摄头皮的显微镜
·用于运动目的的设备，诸如，用于运动目的的运动相机和佩戴式相机
·用于农业目的的设备，诸如，用于监控田地和农作物的状态的相机
应注意，本技术可以采用下列配置。
(1)一种半导体设备，其包括：
盖板玻璃，其利用透明耐热树脂接合在像素上并且切成小块，以在半导体图像拾取装置从晶片状态切成小块之前保护所述像素；
半导体装置，其邻近所述半导体图像拾取装置安装；以及
底部填充树脂，其填充在所述盖板玻璃与所述半导体装置之间的间隙中，并且填充在所述盖板玻璃和所述半导体装置的外围中。
(2)根据(1)所述的半导体设备，其中：
所述透明耐热树脂的厚度(微米)使得通过将所述厚度乘以所述透明耐热树脂的比重而得到的值大于42um(微米)。
(3)根据(1)或(2)所述的半导体设备，其中：
所述透明耐热树脂使波长为400nm或更多的光透过99％或以上。
(4)根据(1)到(3)中任一项所述的半导体设备，其中：
从所述半导体装置上的所述像素到接合在像素上的玻璃的背表面的高度等于到与其邻近安装的所述半导体装置的背表面的高度。
(5)根据(1)到(4)中任一项所述的半导体设备，其中：
所述底部填充树脂对380nm到1200nm范围内的光的透光率是0％。
(6)一种固态图像拾取装置，其包括：
盖板玻璃，其利用透明耐热树脂接合在像素上并且切成小块，以在半导体图像拾取装置从晶片状态切成小块之前保护所述像素；
半导体装置，其邻近所述半导体图像拾取装置安装；以及
底部填充树脂，其填充在所述盖板玻璃与所述半导体装置之间的间隙中，并且填充在所述盖板玻璃和所述半导体装置的外围中。
(7)一种图像拾取设备，其包括：
盖板玻璃，其利用透明耐热树脂接合在像素上并且切成小块，以在半导体图像拾取装置从晶片状态切成小块之前保护所述像素；
半导体装置，其邻近所述半导体图像拾取装置安装；以及
底部填充树脂，其填充在所述盖板玻璃与所述半导体装置之间的间隙中，并且填充在所述盖板玻璃和所述半导体装置的外围中。
(8)一种电子设备，其包括：
盖板玻璃，其利用透明耐热树脂接合在像素上并且切成小块，以在半导体图像拾取装置从晶片状态切成小块之前保护所述像素；
半导体装置，其邻近所述半导体图像拾取装置安装；以及
底部填充树脂，其填充在所述盖板玻璃与所述半导体装置之间的间隙中，并且填充在所述盖板玻璃和所述半导体装置的外围中。
参考编号列表
101、101-1、101-2 盖板玻璃
102、102-1、102-2 透明耐热树脂
103、103-1、103-2 半导体图像拾取装置
104、104-1、104-2 半导体装置
105、105-1、105-2 焊料凸点
106 底部填充树脂。

Claims (6)

1.一种半导体设备，其包括：
盖板玻璃，其利用透明耐热树脂接合在像素上并且切成小块，以在半导体图像拾取装置从晶片状态切成小块之前保护所述像素；
半导体装置，其邻近所述半导体图像拾取装置安装；以及
底部填充树脂，其填充在所述盖板玻璃与所述半导体装置之间的间隙中，并且填充在所述盖板玻璃和所述半导体装置的外围中，
其中所述底部填充树脂对380 nm到1200 nm范围内的光的透光率是0%，以及
其中从所述半导体图像拾取装置上的所述像素到接合在像素上的盖板玻璃的背表面的高度等于到与其邻近安装的所述半导体装置的背表面的高度。
2.根据权利要求1所述的半导体设备，其中：
所述透明耐热树脂的厚度使得通过将所述厚度乘以所述透明耐热树脂的比重而得到的值大于42 um。
3.根据权利要求1所述的半导体设备，其中：
所述透明耐热树脂使波长为400 nm或更多的光透过99%或以上。
4.一种固态图像拾取装置，其包括：
盖板玻璃，其利用透明耐热树脂接合在像素上并且切成小块，以在半导体图像拾取装置从晶片状态切成小块之前保护所述像素；
半导体装置，其邻近所述半导体图像拾取装置安装；以及
底部填充树脂，其填充在所述盖板玻璃与所述半导体装置之间的间隙中，并且填充在所述盖板玻璃和所述半导体装置的外围中，
其中所述底部填充树脂对380 nm到1200 nm范围内的光的透光率是0%，以及
其中从所述半导体图像拾取装置上的所述像素到接合在像素上的盖板玻璃的背表面的高度等于到与其邻近安装的所述半导体装置的背表面的高度。
5.一种图像拾取设备，其包括：
盖板玻璃，其利用透明耐热树脂接合在像素上并且切成小块，以在半导体图像拾取装置从晶片状态切成小块之前保护所述像素；
半导体装置，其邻近所述半导体图像拾取装置安装；以及
底部填充树脂，其填充在所述盖板玻璃与所述半导体装置之间的间隙中，并且填充在所述盖板玻璃和所述半导体装置的外围中，
其中所述底部填充树脂对380 nm到1200 nm范围内的光的透光率是0%，以及
其中从所述半导体图像拾取装置上的所述像素到接合在像素上的盖板玻璃的背表面的高度等于到与其邻近安装的所述半导体装置的背表面的高度。
6.一种电子设备，其包括：
盖板玻璃，其利用透明耐热树脂接合在像素上并且切成小块，以在半导体图像拾取装置从晶片状态切成小块之前保护所述像素；
半导体装置，其邻近所述半导体图像拾取装置安装；以及
底部填充树脂，其填充在所述盖板玻璃与所述半导体装置之间的间隙中，并且填充在所述盖板玻璃和所述半导体装置的外围中，
其中所述底部填充树脂对380 nm到1200 nm范围内的光的透光率是0%，以及
其中从所述半导体图像拾取装置上的所述像素到接合在像素上的盖板玻璃的背表面的高度等于到与其邻近安装的所述半导体装置的背表面的高度。
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