JP2003116066A - 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体撮像装置の小型化、低コスト化を図る。 【解決手段】 半導体基板１０は、複数の光センサーを
配列した撮像エリア１４を表面に有し、この表面に、半
導体基板１０と平面視において同一形状、同一サイズの
透明板６が張り合わされている。撮像エリア周囲辺部の
半導体基板表面にはボンディングパッド１６が形成さ
れ、半導体基板１０には、ボンディングパッド１６の下
面から半導体基板１０の裏面２４に至るスルーホール２
６が形成されている。スルーホール２６の内面には絶縁
膜２８が被着され、半導体基板１０の裏面２４には絶縁
膜３０が被着されている。スルーホール２６には導電材
料３８が充填され、ボンディングパッド１６と、裏面２
４に張り合わされたフレキシブル回路基板８の銅配線３
４とが電気的に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置および
その製造方法に関し、特に固体撮像装置の小型化、低コ
スト化の技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来の固体撮像装置を示す断面側
面図である。図６に示したように、従来の固体撮像装置
１０２は、パッケージ１０４の凹部１０６内に、光セン
サーなどを半導体基板上に配列して成る固体撮像素子１
０８を、その受光面１１０を上に向け収容して構成され
ている。固体撮像素子表面の周辺部には複数のボンディ
ングパッド１１２が配列され、これらボンディングパッ
ド１１２と、パッケージ１０４の端子電極１１４とはボ
ンディングワイヤー１１６により接続されている。端子
電極１１４はパッケージ１０４を貫通する外部端子１１
８の一端に接続され、外部端子１１８の他端はパッケー
ジ１０４の裏面よりパッケージ１０４の外部に突出して
いる。
【０００３】固体撮像素子１０８の上には、固体撮像素
子１０８を保護して信頼性を確保すべく透明板１２０が
配置され、透明板１２０は、凹部１０６の上部に接着固
定されてパッケージ１０４の凹部１０６内を気密に保っ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
造では、固体撮像素子１０８（半導体基板）をパッケー
ジ１０４内に収容するので、全体のサイズはかならず固
体撮像素子１０８より大きくなる。また、外部端子１１
８がパッケージ１０４の裏面から突出しているので、外
部端子１１８も含めたパッケージ１０４の厚みも厚くな
る。さらに、上述のような構造では、パッケージングの
ために、固体撮像素子１０８を１つ１つパッケージ１０
４に収容し、固体撮像素子１０８のボンディングパッド
１１２とパッケージ１０４の端子電極１１４とをボンデ
ィングワイヤー１１６により接続するという作業が必要
であり、製造効率が悪く、コスト削減を阻む１つの要因
となっている。
【０００５】デジタルスチルカメラやビデオカメラ、あ
るいはＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌ Ａｓ
ｓｉｓｔａｎｔｓ）装置では、その小型化、ならびに低
コスト化は常に重要な課題であり、したがって、主要な
構成要素として、これらの機器に組み込まれる固体撮像
装置１０２に対して、その小型化および低コスト化が強
く望まれている。
【０００６】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、その目的は、小型、薄型で、かつ低コ
ストの固体撮像装置、および同固体撮像装置の製造方法
を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、複数の光センサーおよびボンディングパッド
が表面に形成された半導体基板を含む固体撮像装置であ
って、板面を前記光センサーに対向させて前記半導体基
板の表面に固定された透明板と、前記ボンディングパッ
ドの下面から前記半導体基板の裏面に至るスルーホール
と、前記スルーホールの内面を覆う第１の絶縁膜と、前
記半導体基板の裏面における少なくとも前記スルーホー
ルの開口箇所を囲んで被着された第２の絶縁膜と、前記
スルーホールに充填され前記ボンディングパッドの下面
に電気的に接続するとともに前記スルーホールの前記開
口より露出する導電材料とを備えたことを特徴とする。
【０００８】また、本発明は、複数の光センサーおよび
ボンディングパッドが表面に形成された半導体基板を含
む固体撮像装置を製造する方法であって、前記固体撮像
装置の半導体基板部分が複数形成された半導体ウェハー
の表面に、板面を前記表面に対向させて前記半導体ウェ
ハーと同等の大きさの透明板を接着し、前記透明板が接
着された前記半導体ウェハーの裏面を研削して前記半導
体ウェハーの厚みを減少させ、前記半導体ウェハーの裏
面から前記ボンディングパッドの下面に至るスルーホー
ルを形成し、前記スルーホールの内面に第１の絶縁膜を
被着させ、前記半導体ウェハーの裏面における少なくと
も前記スルーホールの開口箇所を囲んで第２の絶縁膜を
被着させ、前記半導体ウェハーを前記透明板とともに固
体撮像装置ごとに切断することを特徴とする。
【０００９】本発明の固体撮像装置および本発明の製造
方法により製造した固体撮像装置は、光センサーが配列
された半導体基板の表面に、透明板を張り合わせた構造
であるから、従来のようにパッケージ内に半導体基板を
収容する場合と異なり、平面視におけるサイズは、半導
体基板のサイズそのものとでき、また、厚みも、透明板
と半導体基板の厚みを加えたものとなる。したがって、
本発明により固体撮像装置を大幅に小型化、薄型化する
ことが可能となる。さらに、固体撮像装置の裏面にたと
えばフレキシブル回路基板を張り合わせ、半導体基板上
のボンディングパッドと、フレキシブル回路基板上の配
線とはスルーホールに充填した上記導電材料により接続
する構成とできるので、外部回路も含めて薄型化を実現
できる。
【００１０】そして、従来のように個々の固体撮像装置
ごとにパッケージに半導体基板を収容しパッケージと半
導体基板とをボンディングワイヤーによって接続すると
いった工程は不要となり、半導体ウェハーの状態で透明
板を張り合わせ、加工することにより、多数の固体撮像
装置を一括して作製できるので、製造コストは大幅に低
下する。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態例につい
て図面を参照して説明する。図１の（Ａ）は本発明の実
施の形態例としての固体撮像装置を示す断面側面図、
（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ部の部分拡大断面側面図であ
る。また、図２は実施の形態例の平面図、図３は図２に
おいて下方から見た場合の側面図、図４は図２において
右側から見た場合の側面図、図５は実施の形態例の背面
図である。なお、図１は図２に示したＡＡ’線に沿った
断面を示している。
【００１２】図２から図５に示したように、本実施の形
態例の固体撮像装置２は、固体撮像素子４、透明板６、
フレキシブル回路基板８により構成されている。固体撮
像素子４は、半導体基板１０の表面１２における中央部
の矩形領域である撮像エリア１４に多数の光センサーを
配列して成り、半導体基板表面の辺部には複数のボンデ
ィングパッド１６が形成されている。半導体基板１０の
厚みはたとえば１００μｍ以下であり、また透明板６の
材料には石英ガラスなどを用いることができる。固体撮
像素子４および透明板６は平面視において、ともに矩形
であり同一形状、同一寸法に形成され、透明板６は半導
体基板１０の表面１２に、板面を対向させ位置合わせし
た状態で固着されている。透明板６の、半導体基板１０
と反対側の稜線部１８は、図３、図４などに示したよう
に、面取りされている。
【００１３】半導体基板１０と透明板６とは、図１に示
したように、封止剤２０により相互に接着されている。
封止剤２０は、半導体基板１０および透明板６の周辺部
に、撮像エリア１４全体を囲んで延在している。これに
より、半導体基板１０および透明板６の中央部の、半導
体基板１０の表面１２と透明板６の下面との間には、封
止剤２０の厚みに相当する隙間が形成され、この隙間空
間２２は気密となっている。
【００１４】半導体基板１０には、各ボンディングパッ
ド１６ごとにボンディングパッド１６の下面から半導体
基板１０の裏面２４に至るスルーホール２６が形成され
ている。スルーホール２６の径はボンディングパッド１
６の径より小さく、スルーホール２６の内面には絶縁膜
２８が被着されている。また、半導体基板１０の裏面２
４には、スルーホール２６の開口箇所を除いて、裏面２
４全体に絶縁膜３０が、たとえば数μｍの厚さで被着さ
れている。絶縁膜２８、３０の材料としてはたとえばポ
リイミドを用いることができる。
【００１５】半導体基板１０の裏面２４には、接着剤３
２によりフレキシブル回路基板８が、その板面を半導体
基板１０の裏面２４に対向させて接着されている。フレ
キシブル回路基板８の表面には固体撮像装置２の外部リ
ード配線とする銅配線３４が形成されており、フレキシ
ブル回路基板８は銅配線３４が外側となるようにして半
導体基板１０に接着されている。また、フレキシブル回
路基板８上の、スルーホール２６に対応する箇所には、
銅配線３４に接続するランド３６（図５）が形成されて
いる。各ランド３６の箇所には、スルーホール２６より
径の大きいスルーホールが形成され、上記接着剤３２の
対応箇所にもほぼ同径の開口が形成されている。
【００１６】そして、半導体基板１０のスルーホール２
６およびフレキシブル回路基板８のスルーホールには、
ランド３６上に突出する導電材料３８が充填され、この
導電材料３８を通じて半導体基板１０のボンディングパ
ッド１６とフレキシブル回路基板８のランド３６、した
がって銅配線３４とが電気的に接続されている。導電材
料３８は具体的には導電ペーストを硬化させたものとす
ることができる。フレキシブル回路基板８は、横長に形
成され、一端部は半導体基板１０の側方に延出してい
る。
【００１７】このように、本実施の形態例の固体撮像装
置２は、光センサーが配列された半導体基板１０の表面
１２に、透明板６を張り合わせた構造であるため、従来
のようにパッケージ内に半導体基板を収容する場合と異
なり、平面視におけるサイズは、半導体基板１０のサイ
ズそのものとなり、また、厚みも、透明板６と半導体基
板１０の厚みを加えたものとなる。したがって、固体撮
像装置２を大幅に小型化、薄型化することが可能とな
る。さらに、固体撮像装置２の裏面２４にフレキシブル
回路基板８を張り合わせ、半導体基板１０上のボンディ
ングパッド１６と、フレキシブル回路基板８上の配線と
はスルーホール２６に充填した導電材料３８により接続
する構成であるから、外部回路（フレキシブル回路基板
８）を含めて薄型化を実現できる。
【００１８】固体撮像装置２を組み込んだデジタルスチ
ルカメラなどの機器では、固体撮像装置２の前方にかな
らず光学レンズが配置されるので、機器は厚形になりが
ちである。したがって、上述のように固体撮像装置２を
薄型化できることは、機器の薄型化に非常に有利であ
る。また、本実施の形態例では透明板６の稜線部１８が
面取りされているので、固体撮像装置２を機器に組み込
む際に、透明板６がレンズブロックなどに当たるなどし
た際に、透明板６が欠けてしまうことを防止できる。
【００１９】固体撮像装置２をデジタルスチルカメラな
どに組み込む際には、たとえば透明板６の側面に設定し
た基準面４０、４２、４４を基準とすることで精度良く
位置決めして機器に取り付けることができる。基準面４
０、４２は、図３に示したように、同一の側面４６に相
互に間隔をおいて設定され、基準面４４は、図４に示し
たように、側面４６に直交する他の側面４８に設定され
ている。このように透明板６の側面を基準としても、透
明板６の側面と半導体基板１０の側面との位置ずれは無
いので、高精度で半導体基板１０を位置決めすることが
できる。そして、半導体基板１０の側面と撮像エリア１
４との位置関係の精度は、ウェハーを切断して個々の固
体撮像装置２を得る際の切断精度により決まり、これは
１０μｍ以下とできる。したがって、１０μｍ以下のわ
ずかな誤差で、撮像エリア１４を機器に対して位置決め
できることになる。また、高精度の位置決めを容易に行
えるので、固体撮像装置２の機器への取り付けに要する
時間を短縮することができる。
【００２０】このような構造の固体撮像装置２は以下に
説明する方法によってきわめて低コストで作製すること
ができる。本発明の固体撮像装置２の製造方法の一例に
ついて、図１から図５を適宜、参照して説明する。ま
ず、固体撮像装置の半導体基板部分が複数形成された半
導体ウェハーの表面に半導体ウェハーと同等の大きさの
透明板を封止剤２０（接着剤）により接着する。この接
着では、封止剤２０を、半導体ウェハー上の各固体撮像
装置において撮像エリア１４を囲む状態で半導体ウェハ
ーまたは透明板に塗布し、半導体ウェハーおよび透明板
を張り合わせる。封止剤２０は加熱または紫外光の照射
により硬化させる。
【００２１】次に、透明板が接着された半導体ウェハー
の裏面を研削して半導体ウェハーの厚みを、たとえば１
００μｍ以下に減少させる。つづいて、半導体ウェハー
の裏面からボンディングパッド１６の下面に至るスルー
ホール２６を形成する。これには、レーザー加工や、フ
ォトリソグラフィーなどの加工技術を用いることができ
る。その後、スルーホール２６の内面に、ポリイミドな
どによる絶縁膜２８を被着させ、また、半導体ウェハー
の裏面２４にスルーホール２６の開口箇所を除いて絶縁
膜３０を被着させる。絶縁膜３０はたとえばポリイミド
テープを用いて形成することができる。
【００２２】つづいて、半導体ウェハーを透明板ととも
に固体撮像装置ごとに切断して個々の固体撮像装置を得
る。このとき、切断に先だって透明板の表面に、横断面
がＶ字形の溝を形成し、この溝に沿って半導体ウェハー
および透明板を切断すれば、透明板の稜線面取りが行わ
れた固体撮像装置を得ることができる。その後、たとえ
ばフレキシブル回路基板８を裏面２４に張り合わせて、
スルーホール２６にたとえば導電性ペーストを充填し、
加熱して硬化させ、半導体基板１０のボンディングパッ
ド１６とフレキシブル回路基板８の銅配線３４とを接続
する。
【００２３】このような製造方法では、従来のように、
個々の固体撮像装置ごとにパッケージに半導体基板を収
容し、パッケージと半導体基板とをボンディングワイヤ
ーによって接続するといった工程は不要となり、そし
て、半導体ウェハーの状態で透明板を張り合わせ、加工
することにより、多数の固体撮像装置を一括して作製で
きるので、製造コストは大幅に低下する。
【００２４】なお、ここでは、半導体基板１０の裏面２
４にフレキシブル回路基板８を張り合わせるとしたが、
フレキシブル回路基板８は使用せず、半導体基板１０の
裏面２４に絶縁処理を施した後、スルーホール２６の開
口部にバンプなどを形成する構造とすることも有効であ
る。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像装
置および本発明の製造方法により製造した固体撮像装置
は、光センサーが配列された半導体基板の表面に、透明
板を張り合わせた構造であるから、従来のようにパッケ
ージ内に半導体基板を収容する場合と異なり、平面視に
おけるサイズは、半導体基板のサイズそのものとでき、
また、厚みも、透明板と半導体基板の厚みを加えたもの
となる。したがって、本発明により固体撮像装置を大幅
に小型化、薄型化することが可能となる。さらに、固体
撮像装置の裏面にたとえばフレキシブル回路基板を張り
合わせ、半導体基板上のボンディングパッドと、フレキ
シブル回路基板上の配線とはスルーホールに充填した上
記導電材料により接続する構成とできるので、外部回路
も含めて薄型化を実現できる。
【００２６】そして、従来のように個々の固体撮像装置
ごとにパッケージに半導体基板を収容しパッケージと半
導体基板とをボンディングワイヤーによって接続すると
いった工程は不要となり、半導体ウェハーの状態で透明
板を張り合わせ、加工することにより、多数の固体撮像
装置を一括して作製できるので、製造コストは大幅に低
下する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の実施の形態例としての固体撮
像装置を示す断面側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ部
の部分拡大断面側面図である。
【図２】実施の形態例の固体撮像装置を示す平面図であ
る。
【図３】図２において下方から見た場合の固体撮像装置
の側面図である。
【図４】図２において右側から見た場合の固体撮像装置
の側面図である。
【図５】実施の形態例の固体撮像装置の背面図である。
【図６】従来の固体撮像装置を示す断面側面図である。
【符号の説明】
２、１０２……固体撮像装置、４、１０８……固体撮像
素子、６、１２０……透明板、８……フレキシブル回路
基板、１０……半導体基板、１６、１１２……ボンディ
ングパッド、１８……稜線部、２０……封止剤、２６…
…スルーホール、２８、３０……絶縁膜、３８……導電
材料、１０４……パッケージ、１１６……ボンディング
ワイヤー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｄ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の光センサーおよびボンディングパ
    ッドが表面に形成された半導体基板を含む固体撮像装置
    であって、 板面を前記光センサーに対向させて前記半導体基板の表
    面に固定された透明板と、 前記ボンディングパッドの下面から前記半導体基板の裏
    面に至るスルーホールと、 前記スルーホールの内面を覆う第１の絶縁膜と、 前記半導体基板の裏面における少なくとも前記スルーホ
    ールの開口箇所を囲んで被着された第２の絶縁膜と、 前記スルーホールに充填され前記ボンディングパッドの
    下面に電気的に接続するとともに前記スルーホールの前
    記開口より露出する導電材料とを備えたことを特徴とす
    る固体撮像装置。
  2. 【請求項２】 前記透明板は平面視において前記半導体
    基板と同一形状、同一サイズに形成されていることを特
    徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
  3. 【請求項３】 前記透明板は前記半導体基板の表面との
    間に介在する封止剤により前記半導体基板に固定され、
    前記封止剤は、前記半導体基板表面の周辺部に少なくと
    も前記光センサーの配列箇所の全体を囲んで延在し、前
    記透明板および前記半導体基板により挟まれ前記封止剤
    により囲まれた隙間空間は気密に形成されていることを
    特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
  4. 【請求項４】 前記導電材料は硬化した導電ペーストで
    あることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
  5. 【請求項５】 板面を前記半導体基板の裏面に対向させ
    て同裏面に固定されたフレキシブル回路基板を備え、前
    記フレキシブル回路基板に形成された配線は前記スルー
    ホールの開口より露出した前記導電材料に電気的に接続
    されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
    置。
  6. 【請求項６】 複数の光センサーおよびボンディングパ
    ッドが表面に形成された半導体基板を含む固体撮像装置
    を製造する方法であって、 前記固体撮像装置の半導体基板部分が複数形成された半
    導体ウェハーの表面に、板面を前記表面に対向させて前
    記半導体ウェハーと同等の大きさの透明板を接着し、 前記透明板が接着された前記半導体ウェハーの裏面を研
    削して前記半導体ウェハーの厚みを減少させ、 前記半導体ウェハーの裏面から前記ボンディングパッド
    の下面に至るスルーホールを形成し、 前記スルーホールの内面に第１の絶縁膜を被着させ、 前記半導体ウェハーの裏面における少なくとも前記スル
    ーホールの開口箇所を囲んで第２の絶縁膜を被着させ、 前記半導体ウェハーを前記透明板とともに固体撮像装置
    ごとに切断することを特徴とする固体撮像装置の製造方
    法。
  7. 【請求項７】 前記ボンディングパッドの下面に電気的
    に接続するとともに前記スルーホールの前記開口より露
    出する導電材料を前記スルーホールに充填することを特
    徴とする請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記半導体ウェハーの切断に先立ち、前
    記透明板の表面に横断面がＶ字形の溝を形成し、この溝
    に沿って前記半導体ウェハーおよび前記透明板を切断す
    ることを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置の製造
    方法。
  9. 【請求項９】 前記透明板は前記半導体ウェハーの表面
    との間に介在する封止剤により前記半導体ウェハーに接
    着し、前記封止剤は、各固体撮像装置ごとの前記光セン
    サーの配列箇所の全体を囲んで塗布し、前記透明板およ
    び前記半導体ウェハーにより挟まれ前記封止剤により囲
    まれた隙間空間は気密に形成することを特徴とする請求
    項６記載の固体撮像装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記導電材料として導電ペーストを用
    い、同導電ペーストは前記スルーホールに充填した後、
    熱により硬化させることを特徴とする請求項７記載の固
    体撮像装置の製造方法。
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