JP2005064060A - 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法及び固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な製造工程で、固体撮像素子を正確な曲率で再現性よく湾曲実装でき且つ、実装歩留を向上させること。
【解決手段】通常の半導体ウエハを平坦ポリッシュし、その表面に半導体プロセスにより回路パターンを形成して固体撮像素子ウエハとし、その裏面を研磨する。この固体撮像素子ウエハの裏面にＰ−ＴＥＯＳ酸化膜或いは、スパッタＷ等の圧縮応力系の膜を成膜して、固体撮像素子ウエハを３次元的な球面形状に凹面湾曲させる。このように、弾性応力を利用して、湾曲したチップ保持部材に固体撮像素子チップを接着保持して湾曲形状にするのではなく応力膜を用いた場合、膜応力が固体撮像素子ウエハの全体に均一にかかることと、固体撮像素子ウエハの厚みと応力膜の厚みで湾曲した形状を微調整することができるため、正確な曲率で再現性よくチップ実装することが可能になり、実装歩留を向上させることができる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像装置に係り、特に固体撮像装置に搭載される３次元的に湾曲した固体撮像素子、この固体撮像素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、固体撮像装置は、半導体製造プロセスにより作成した固体撮像素子ウエハをチップ状に切断して作成される固体撮像素子チップをパッケージに保持し、更に、前記固体撮像素子の半導体主面に配列した光電変換部に被写体を結像する結像レンズなどの光学系を前記パッケージに付設して構成される。
【０００３】
図１２は従来の平坦な固体撮像素子を搭載した固体撮像装置の構成を示した模式図である。半導体主面（表面）に光電変換部（図示せず）が多数配列された固体撮像素子チップ２６ａがパッケージ２８の平坦面上に固定されている。絞り２２と結像レンズ２４を介して固体撮像素子チップ２６ａ上の光電変換部に被写体像が結像するよう焦点調整して配置することにより、撮像光学系が形成されている。
【０００４】
このとき、実際の撮像光学系においては、合焦点面Ｐ３は結像レンズ２４の光軸に垂直な平面に対してレンズ収差により像面湾曲を生じることから、チップ中央付近の焦点位置Ｐ１とチップ周辺部での焦点位置Ｐ２とで焦点ズレが発生する。このため、従来の固体撮像装置から得られる撮像画像には、画像歪、色ズレ、焦点ムラといった画質の劣化が生じるという不都合が避けられなかった。
【０００５】
そこで、固体撮像素子の受光部を像面湾曲面に沿って湾曲にパッケージ実装することによりレンズ収差による焦点ズレを補正させる固体撮像装置及びその製造方法が検討されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
図１３に、固体撮像素子チップを湾曲チップ実装した固体撮像装置を示すとともに、その製造方法の流れを図１４に示す。一般に、シリコン等のウエハを平坦にポリッシュした後（図１４のステップＳ７１）、このウエハ上に半導体製造プロセスによって固体撮像素子を作成（ステップＳ７２）し、このウエハ裏面を厚さが５０ｕｍ程度以下に薄く研磨してから（ステップＳ７３）、所望のチップサイズに切断する（ステップＳ７４）。薄く研磨された固体撮像素子チップ２６ｂは、チップの弾性変形を利用して、所望の湾曲形状を有するチップ保持部材（台座）３０上に湾曲変形して接着保持し、パッケージ固定（チップマウント）する（ステップＳ７５）。その後、ワイヤボンディング（ステップＳ７６）或いは、バンプ実装等を行い、さらに結像レンズ２４及び絞り２２等の光学系のマウント工程（ステップＳ７７）を経て製造される。尚、パンプ実装する場合は、上記ステップＳ７２とＳ７３の間にパンプ形成工程が必要となる。
【０００７】
また、上記のように従来の固体撮像素子チップの実装工程では、湾曲形状を有するチップ保持部材３０の形成が必要で且つ、湾曲したチップ保持部材３０上に固体撮像素子チップ２６ｂを固定しながらこの撮像素子を接着・硬化する必要がある。これを通常工程で行なおうとすると非常に困難となる。そこで、固体撮像素子チップを吸引して変形させた状態で接着層を硬化する方法等が公開されている（例えば特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１−２０２９８９号公報 （第５２８頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−１５６２７８号公報 （第３−４頁、第４図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した図１４に示した製造方法では、固体撮像素子を形成するシリコン等の固体撮像素子チップを、湾曲形状したチップ保持部材上に押し当てて変形、接着保持するチップマウント方法では、３次元球面状に、正確な曲率で再現性よくチップ実装することは困難であり、特に大きな曲率を得ようとすると、固体撮像素子チップの勢開破壊などの問題により実用的なチップ実装歩留が得られなかった。
【００１０】
また、湾曲形状を有するチップ保持部材に固体撮像素子を接着する際に、接着後の硬化の為にオーブン硬化を行なおうとすると、撮像素子が元の形状に戻ってしまうので、撮像素子を固定しながら硬化させる方法もあるが固定に時間がかかる為、設備コストが膨大となると共に、作業時間も膨大となるという問題があった。さらに、固体撮像素子チップを吸引して変形させた状態で接着層を硬化する方法では、硬化オーブンの形状が複雑となり、製造方法が高コストになりやすかった。
【００１１】
また、チップ全面に亙って歪みを与えて変形しないと、ＣＣＤ及びＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子では、受光面エリア以外の周辺部に配置されているアナログ回路或いはデジタル回路を構成するトランジスタなどの特性が局所的な歪みの不均一性によってばらついてしまい、その電気的な特性が変化するという問題があり、場合によっては回路が設計どおりに動作しなくなる恐れがあった。
【００１２】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の第１の目的は、簡単な製造工程で且つ安価に固体撮像素子を正確な曲率で再現性よく湾曲実装して実装歩留を向上させることができる固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法及び固体撮像装置を提供することにあり、第２の目的は、固体撮像素子の受光面エリア以外の電子回路部の特性を変化させることなく固体撮像素子を湾曲実装することができる固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法及び固体撮像装置を提供することにある。
【００１３】
【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、固体撮像素子ウエハの裏面或いは表面のいずれか一方若しくは両面に応力膜を成膜して当該固体撮像素子ウエハを塑性変形して球面状に湾曲した形状にする工程と、前記球面状に湾曲した形状の固体撮像素子ウエハを所定サイズに切断する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
このように本発明の固体撮像素子の製造方法では、例えば固体撮像素子ウエハの裏面に応力膜の一種である圧縮応力系の応力膜を成膜すると、成膜時に発生する圧縮応力により固体撮像素子ウエハの表面が凹部になるように当該固体撮像素子ウエハが塑性変形して球面状に湾曲した形状になる。また、例えば固体撮像素子ウエハの表面に応力膜の一種である引っ張り応力系の透明な応力膜を成膜すると、成膜時に発生する引っ張り応力により固体撮像素子ウエハの表面が凹部になるように当該固体撮像素子ウエハが塑性変形して球面状に湾曲した形状になる。
例えば固体撮像素子ウエハの裏面に応力膜の一種である圧縮応力系の応力膜を成膜し、表面に応力膜の一種である引っ張り応力系の透明な応力膜を成膜すると、成膜時に発生する圧縮応力と引っ張り応力により発生する歪量の合計により固体撮像素子ウエハの表面が凹部になるように当該固体撮像素子ウエハが塑性変形して球面状に湾曲した形状になり、これを所定サイズに切断することで、球面状に湾曲した形状の固体撮像素子チップを作成することができる。このように、弾性応力を利用して固体撮像素子チップを球面状に湾曲した湾曲形状にするのではなく応力膜を用いた場合、応力が固体撮像素子チップの全体に均一にかかることと、固体撮像素子チップの厚みと応力膜の厚みで湾曲した形状を微調整することができるため、正確な曲率の固体撮像素子チップを再現性よく、しかも短時間且つ安価に得ることができるので、チップ実装歩留を向上させることができ、特に大きな曲率を得ようとした場合でも固体撮像素子チップにへき開破壊を生じることがないため、実用上十分なチップ実装歩留を得ることができる。更に、膜応力が固体撮像素子チップの全体に均一にかかって塑性変形されるため、局所的な歪みの不均一性がなくなり、固体撮像素子の受光面エリア以外の周辺部に配置されている電子回路を形成するトランジスタなどの特性にばらつきがなくなるため、塑性変形後の電子回路の正常動作を確保することができる。
【００１５】
また、本発明は、固体撮像素子ウエハを所定のサイズに切断して得られる固体撮像素子チップの裏面或いは表面若しくは両面に応力膜を成膜して当該固体撮像素子チップを塑性変形して前記球面状に湾曲した形状にする工程を有すること特徴とする。
【００１６】
このように本発明の固体撮像素子の製造方法では、例えば固体撮像素子チップの裏面に応力膜の一種である圧縮応力系の応力膜を成膜すると、成膜時に発生する圧縮応力により固体撮像素子チップの表面が凹部になるように当該固体撮像素子チップが塑性変形して球面状に湾曲した形状になる。また、例えば固体撮像素子チップの表面に応力膜の一種である引っ張り応力系の透明な応力膜を成膜すると、成膜時に発生する引っ張り応力により固体撮像素子チップの表面が凹部になるように当該固体撮像素子チップが塑性変形して球面状に湾曲した形状になる。
例えば固体撮像素子チップの裏面に応力膜の一種である圧縮応力系の応力膜を成膜し、表面に応力膜の一種である引っ張り応力系の透明な応力膜を成膜すると、成膜時に発生する圧縮応力と引っ張り応力により発生する歪量の合計により固体撮像素子チップの表面が凹部になるように当該固体撮像素子チップが塑性変形して球面状に湾曲した形状になる。このように、弾性応力を利用して固体撮像素子チップを球面状に湾曲した湾曲形状にするのではなく応力膜を用いた場合、応力が固体撮像素子チップの全体に均一にかかることと、固体撮像素子チップの厚みと応力膜の厚みで湾曲した形状を微調整することができるため、正確な曲率の固体撮像素子チップを再現性よく、しかも短時間且つ安価に得ることができるため、チップ実装歩留を向上させることができ、特に大きな曲率を得ようとした場合でも固体撮像素子チップにへき開破壊を生じることがないため、実用上十分なチップ実装歩留を得ることができる。更に、膜応力が固体撮像素子チップの全体に均一にかかって塑性変形されるため、局所的な歪みの不均一性がなくなり、固体撮像素子の受光面エリア以外の周辺部に配置されている電子回路を形成するトランジスタなどの特性にばらつきがなくなるため、塑性変形後の電子回路の正常動作を確保することができる。
【００１７】
また、本発明は、固体撮像素子ウエハの裏面に当該固体撮像素子とは熱膨張率の違う部材を固着する工程と、前記熱膨張率の違う部材を固着した固体撮像素子ウエハを所定のサイズに切断して固体撮像素子チップを得る工程と、前記固体撮像素子チップを加熱して湾曲させる工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
このように本発明の固体撮像素子の製造方法では、固体撮像素子の裏面に、この固体撮像素子とは熱膨張率の違う部材を固着し、これを所定サイズに切断た後、オーブンなどで加熱すれば、温度上昇時に発生する熱応力により固体撮像素子ウエハの表面が凹部になるように当該固体撮像素子ウエハが変形して球面状に湾曲した形状になり、球面状に湾曲した形状の固体撮像素子チップを得ることができ、極めて簡単な工程で球面状に湾曲した形状の固体撮像素子チップを作成することができると共に、固体撮像素子ウエハや固着する部材の厚みや熱膨張率を調整することで、湾曲した形状を微調整することができるため、正確な曲率の固体撮像素子チップを再現性よく、しかも、短時間且つ安価に得ることができる。しかも、この固体撮像素子チップを単にチップ保持部材にマウントすればよいため、チップ実装歩留まりを向上させることができる。
【００１９】
また、本発明は、表面に湾曲した撮像領域が形成された第１の部材と、前記第１の部材の表面或いは裏面のいずれか一方又は両方に成膜された変形保持部材とを具備することを特徴とする。
【００２０】
このように本発明の固体撮像素子では、例えば第１の部材の裏面に、変形保持部材として応力膜の一種である圧縮応力系の応力膜を成膜して上記固体撮像素子の構造を得るが、成膜時に発生する圧縮応力により第１の部材の表面が凹部になるよう塑性変形して球面状に湾曲した形状となり、以降、この湾曲した状態を保持した形状になる。ここで、変形保持部材とは、自ら変形し、その変形した状態で第１の部材を保持する部材のことを示すとする。また、例えば第１の部材の裏面に、変形保持部材として応力膜の一種である引っ張り応力系の透明な応力膜を成膜して上記固体撮像素子の構造を得るが、成膜時に発生する引っ張り応力により固体撮像素子ウエハの表面が凹部になるように第１の部材の表面が塑性変形して球面状に湾曲した形状になり、以降、この湾曲した状態を保持した形状になる。更に、例えば第１の部材の裏面に、変形保持部材として応力膜の一種である圧縮応力系の応力膜を成膜し、表面に応力膜の一種である引っ張り応力系の透明な応力膜を成膜して上記固体撮像素子の構造を得るが、成膜時に発生する圧縮応力と引っ張り応力により発生する歪量の合計により第１の部材の表面が凹部になるように第１の部材が塑性変形して球面状に湾曲した形状になり、以降、この湾曲した状態を保持した形状になる。このように、弾性応力を利用して固体撮像素子チップを球面状に湾曲した湾曲形状にするのではなく応力膜を用いた場合、応力が固体撮像素子チップの全体に均一にかかることと、固体撮像素子チップの厚みと応力膜の厚みで湾曲した形状を微調整することができるため、正確な曲率の固体撮像素子チップを再現性よく、しかも短時間且つ安価に得ることができるので、チップ実装歩留を向上させることができ、特に大きな曲率を得ようとした場合でも固体撮像素子チップにへき開破壊を生じることがないため、実用上十分なチップ実装歩留を得ることができる。更に、膜応力が固体撮像素子チップの全体に均一にかかって塑性変形されるため、局所的な歪みの不均一性がなくなり、固体撮像素子の受光面エリア以外の周辺部に配置されている電子回路を形成するトランジスタなどの特性にばらつきがなくなるため、塑性変形後の電子回路の正常動作を確保することができる。
【００２１】
また、本発明は、表面に湾曲した撮像領域が形成された第１の部材と、前記第１の部材の裏面に固着された前記第１の部材と熱膨張率が異なる第２の部材とを具備することを特徴とする。
【００２２】
このように本発明の固体撮像素子では、第１の部材の裏面に、この第１の部材とは熱膨張率の違う第２の部材を固着して上記固体撮像素子の構造を得るが、この構造の固体撮像素子をオーブンなどで加熱すれば、温度上昇時に発生する熱応力により第１の部材の表面が凹部になるように変形して球面状に湾曲した形状になり、以降、湾曲形状を保持した状態になる。従って、極めて簡単な工程で球面状に湾曲した形状の固体撮像素子を作成することができると共に、第１の部材や第２部材の厚みや熱膨張率を調整することで、湾曲した形状を微調整することができるため、正確な曲率の固体撮像素子を再現性よく、しかも、短時間且つ安価に得ることができる。しかも、この固体撮像素子を単にチップ保持部材にマウントすればよいため、チップ実装歩留まりを向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法で製造された固体撮像素子を搭載する固体撮像装置の構成を示した模式図である。
【００２４】
固体撮像装置４０は、固体撮像素子チップ６上に被写体の像を結像する結像レンズ２と、この結像レンズ２に入射する光量を調整する絞り４と、光学像を電気信号に変換する固体撮像素子チップ６と、この固体撮像素子チップ６をパッケージ１０内に支持固定するチップ保持部材８と、固体撮像素子チップ６及び上記結像レンズ２と絞り４等の光学系を収納するパッケージ１０を有している。
【００２５】
図２は図１に示した湾曲した固体撮像素子チップ６の製造方法の流れを示したフロー図である。以下、この図を参照して固体撮像素子チップ６の製造方法について説明する。
【００２６】
通常の半導体ウエハを厚さ５００〜８００ｕｍ程度に平坦ポリッシュし（ステップＳ１）、この平坦ポリッシュした半導体ウエハを用いて、半導体プロセスにより回路パターンを形成することにより、平坦ウエハ上に固体撮像素子６を作成する（ステップＳ２）。その後、固体撮像素子ウエハを裏面研磨することにより、厚さが５０ｕｍ程度以下に薄く平坦に加工する（ステップＳ３）。ここで、固体撮像素子ウエハは、表面部分に複数の撮像素子が形成されたウエハのことを示すとする。次に、薄く裏面研磨した固体撮像素子ウエハの裏面に、圧縮応力になるように成膜プロセス条件を制御して、Ｐ−ＴＥＯＳ酸化膜或いは、スパッタＷなどの膜を成膜することによって、固体撮像素子ウエハの表面側が凹んだ球面湾曲形状に塑性変形する（ステップＳ４）。
【００２７】
次に固体撮像素子ウエハを所望のチップサイズに切断する（ステップＳ５）。
こうして得られた湾曲形状の固体撮像素子チップ６をチップ保持部材８を介してパッケージ１０に接着保持して固定（チップマウント）する（ステップＳ６）。
その後、ワイヤボンディング等を行った後（ステップＳ７）、結像レンズ２及び絞り４などの撮像光学系の光軸と固定位置を調整して、固体撮像素子チップ６の湾曲した受光面と結像面が一致するように光学系をマウントして（ステップＳ８）、固体撮像素子チップ６を湾曲実装した固体撮像装置４０が製造される。
【００２８】
本実施の形態によれば、固体撮像素子ウエハの裏面に圧縮応力系の膜を成膜して３次元的に球面湾曲形状に塑性変形した後、これをチップ状に切断して球面湾曲形状の固体撮像素子チップ６を作成することにより、固体撮像素子ウエハの厚さと応力膜の成膜厚さにより固体撮像素子チップ６の球面湾曲形状の曲率などを調整できるため、再現性よく正確な球面湾曲率の固体撮像素子チップ６を作成することができ、この固体撮像素子チップ６を単にチップ保持部材８を介してパッケージ１０にマウントすればよいため、再現性よく正確な球面湾曲率のチップ実装をパッケージ１０に行うことができる。
【００２９】
通常曲率を持った固体撮像素子チップ６は勿論のこと、大きな曲率を持った固体撮像素子チップ６でもパッケージ１０にマウントする際に弾性変形を用いないため、固体撮像素子チップ６のへき開破壊などによるチップ実装歩留の悪化を避けることができ、チップ実装歩留を向上させることができる。
【００３０】
また、応力膜の膜応力により固体撮像素子ウエハを３次元的に球面湾曲形状に塑性変形し、これを切断して球面湾曲形状の固体撮像素子チップ６を作成するため、チップ全面に均一な変形歪を与えることが可能になり、それ故、ＣＣＤ及びＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子の受光面の周辺に配置されている電子回路を形成するトランジスタの特性にばらつきが生じないため、固体撮像素子チップ６の塑性変形後も、固体撮像素子チップ６上の電子回路を設計どおりの正常な動作状態に保持することができる。
【００３１】
従って、正確な球面湾曲率の固体撮像素子チップ６を用いるため、画像歪、色ズレ、焦点ムラが低減された良好な画質の固体撮像装置を歩留良く製造することができる。
【００３２】
尚、上記実施の形態では固体撮像素子ウエハの裏面に圧縮応力系の膜を成膜して３次元的に球面湾曲形状に塑性変形した後、これをチップ状に切断して球面湾曲形状の固体撮像素子チップ６を得たが、固体撮像素子ウエハの表面に引っ張り応力系の透明膜を成膜して３次元的に球面湾曲形状に塑性変形した後、これを所定サイズに切断して球面湾曲形状の固体撮像素子チップを作成しても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。本実施の形態の固体撮像素子の製造方法は、第１の実施の形態の固体撮像素子の製造方法とほぼ同じであるが、ステップＳ１４で固体撮像素子ウエハを切断して固体撮像素子チップとしてから、これら固体撮像素子チップにステップＳ１５で応力膜の成膜を行うことと、この成膜する応力膜の種類が異なっている。
【００３４】
即ち、第１の実施の形態と同様にステップＳ１１〜Ｓ１３で、半導体ウエハの平坦ポリッシュ工程、撮像素子形成工程、固体撮像素子ウエハの裏面研磨工程を経た後、ステップＳ１４で固体撮像素子ウエハを所望のチップサイズの固体撮像素子チップに切断する。次に、個々の固体撮像素子チップのウエハの表面（主面）に引っ張り応力系の透明膜を成膜することにより、これら固体撮像素子チップの表面側が凹んだ球面湾曲形状に塑性変形させる。但し、個々の固体撮像素子チップのウエハの表面に成膜される応力膜は、引っ張り応力になるように成膜プロセス条件で制御されたＰ−ＴＥＯＳ酸化膜或いはＰ−ＳＩＮ膜等の透明な膜である。以降のステップＳ１６のチップマウント工程からステップＳ１８の光学系マウント工程までは第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
本実施の形態によれば、個々の固体撮像素子チップの表面に引っ張り応力系の透明膜を成膜して固体撮像素子チップを３次元的に球面湾曲形状に塑性変形することにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
尚、上記実施の形態では固体撮像素子ウエハをチップ切断して得た固体撮像素子チップの表面に引っ張り応力系の透明膜を成膜して３次元的に球面湾曲形状の固体撮像素子チップを作成したが、固体撮像素子ウエハをチップ状に切断して固体撮像素子チップ６を作成した後、個々の固体撮像素子チップ６の裏面に圧縮応力系の膜を成膜して３次元的に球面湾曲形状に塑性変形するようにしても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。本実施の形態の固体撮像素子の製造方法は、第１の実施の形態の固体撮像素子の製造方法とほぼ同じであるが、ステップＳ２４、２５の応力膜の成膜工程が異なっている。
【００３８】
即ち、第１の実施の形態と同様にステップＳ２１〜Ｓ２３で半導体ウエハの平坦ポリッシュ工程、撮像素子形成工程、固体撮像素子ウエハの裏面研磨工程を経た後、ステップＳ２４で固体撮像素子ウエハの裏面に圧縮応力系の膜を成膜した後、ステップＳ２５で、同固体撮像素子ウエハの表面に引っ張り応力系の透明膜を成膜することにより、圧縮応力と引っ張り応力の両応力によって固体撮像素子ウエハをその表面側が凹んだ球面湾曲形状に塑性変形させる。以降のステップＳ２６のチップ切断工程からステップＳ２９の光学系マウント工程までは第１の実施の形態と同様である。
【００３９】
本実施の形態によれば、固体撮像素子ウエハの表面に引っ張り応力系の透明膜を成膜し且つ、同固体撮像素子ウエハの裏面に圧縮系の膜を成膜して固体撮像素子ウエハを３次元的に球面湾曲形状に塑性変形することにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができるが、特に、これら応力膜の成膜厚を固体撮像素子ウエハの表面と裏面で調整することができるため、第１の実施の形態よりも、固体撮像素子チップの球面湾曲形状を調整する要素が増え、その分、精度のよい湾曲形状の調整を行うことができる。尚、固体撮像素子ウエハの表面と裏面に応力膜を成膜する順序は裏面が先でもよい。
【００４０】
（第４の実施の形態）
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。本実施の形態の固体撮像素子の製造方法は、第３の実施の形態の固体撮像素子の製造方法とほぼ同じであるが、固体撮像素子ウエハを所望のサイズの固体撮像素子チップに切断後に、ステップＳ３５、Ｓ３６により、個々の固体撮像素子チップの裏面に圧縮応力系の膜を成膜した後、同固体撮像素子チップの表面に引っ張り応力系の透明膜を成膜することにより、圧縮応力と引っ張り応力の両応力によって固体撮像素子ウエハをその表面側が凹んだ球面湾曲形状に塑性変形させているところが異なっている。他のステップＳ３１〜Ｓ３４及びステップＳ３７〜Ｓ３９までの工程は第３の実施の形態と同様で、同様の効果がある。尚、固体撮像素子チップの表面と裏面に応力膜を成膜する順序は裏面が先でもよい。
【００４１】
なお、上記第１〜第４の実施の形態では、チップマウント工程で、球面湾曲形状の固体撮像素子チップをチップ保持部材を介してパッケージにマウントしたが、像面湾曲面と一致する球面湾曲形状を有する図３に示したようなチップ保持部材１２上に球面湾曲形状の固体撮像素子チップ６を接着保持することにより補助的に若干の弾性変形を加えてチップ保持部材１２上に固定すると、この固定により固体撮像素子チップ２の球面湾曲形状を３次元的に微調整してその曲率を高精度に補正することができる。このため、固体撮像素子チップ６の球面湾曲形状を像面湾曲面に高精度に合致させることができ、撮影画像の画質をさらに一層向上させることができる。
【００４２】
（第５の実施の形態）
図７は、本発明の第５の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。本実施の形態は、３次元的に球面湾曲形状の固体撮像素子チップを、このチップ上に配置された電子回路の電気特性を変化させないように作成する製造方法を示したものである。
【００４３】
第１の実施の形態と同様にステップＳ４１〜Ｓ４３で、半導体ウエハの平坦ポリッシュ工程、撮像素子形成工程、固体撮像素子ウエハの裏面研磨工程を経た後、固体撮像素子ウエハの裏面に圧縮応力系の膜を成膜するか或いは、固体撮像素子ウエハの表面に引っ張り応力系の透明膜を成膜するかのいずれかの成膜方法によって固体撮像素子ウエハを３次元的に球面湾曲形状に塑性変形させる（ステップＳ４４）。
【００４４】
次に固体撮像素子ウエハ上に形成された図８に示すような電子回路において、受光部エリア２０２の周辺トランジスタ部２０４に成膜された応力膜を選択的にエッチングする（ステップＳ４５）。この応力膜のパターニング工程により、受光部エリア２０２は成膜されたままであるが、周辺トランジスタ部２０４の応力膜は除去される。これにより、受光部エリア２０２のみを湾曲変形したまま、周辺トランジスタ部２０４の歪変形が除去される。以降のステップＳ４６のチップ切断工程からステップＳ４９の光学系マウント工程までは第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
本実施の形態では、固体撮像素子ウエハに応力膜を成膜した後、受光部エリア２０２の周辺トランジスタ部２０４に成膜された応力膜を選択的エッチングして除去するため、周辺トランジスタ部２０４の歪変形を除去することができる。これにより、固体撮像素子ウエハを湾曲変形する際に、周辺トランジスタ部２０４に配置された各トランジスタに応力が作用することにより、電気特性が変化してしまうという問題を無くすことができ、周辺トランジスタ部２０４で形成される電子回路を回路設計通りの正常な動作状態に保持することができる。従って、球面湾曲形状の受光部エリア２０２により光電変換された画像歪、色ズレ、焦点ムラが低減された良好な画質の電気信号を周辺トランジスタ部２０４により正常に処理し、良好な画質の画像信号を固体撮像装置から得ることができる。
【００４６】
（第６の実施の形態）
図９は、本発明の第６の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。本実施の形態も、３次元的に球面湾曲形状の固体撮像素子チップを、このチップ上に配置された電子回路の電気特性を変化させないように作成する製造方法を示したものである。
【００４７】
第１の実施の形態と同様にステップＳ５１〜Ｓ５３で、半導体ウエハの平坦ポリッシュ工程、撮像素子形成工程、固体撮像素子ウエハの裏面研磨工程を経た後、固体撮像素子ウエハの裏面に圧縮応力系の膜（第１の応力膜）を成膜して、固体撮像素子ウエハを球面状に塑性変形した後（ステップＳ５４）、固体撮像素子ウエハの表面に引っ張り応力系の透明膜（第２の応力膜）を成膜して、前記の塑性変形量を相殺する（ステップＳ５５）。従って、この段階では、ウエハの裏面に成膜した圧縮応力系の膜と表面に成膜した引っ張り応力系の透明膜の応力が打ち消し合って、固体撮像素子ウエハは塑性変形していない状態にある。
【００４８】
次に固体撮像素子ウエハ上に形成された図８に示すような電子回路において、固体撮像素子ウエハに成膜された第２の応力膜が受光部エリア２０２の周辺トランジスタ部２０４のみに残るように選択的にエッチングする（ステップＳ５６）。この第２の応力膜のパターニング工程により、第１の応力膜と第２の応力膜により周辺トランジスタ部２０４は歪変形量が相殺され、それ以外の受光部エリア２０２は第１の応力膜による塑性変形により、所望の凹面湾曲形状となる。以降のステップＳ５７のチップ切断工程からステップＳ６０の光学系マウント工程までは第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
本実施の形態も、固体撮像素子ウエハを湾曲変形する際の周辺トランジスタ部２０４の歪変形を除去することができるため、第５の実施の形態と同様の効果がある。
【００５０】
尚、本実施形態と反対に固体撮像素子ウエハの表面に引っ張り応力系の透明膜（第１の応力膜）を成膜して、固体撮像素子ウエハを球面状に塑性変形した後、固体撮像素子ウエハの裏面に圧縮応力系の膜（第２の応力膜）を成膜した後、第２の応力膜が受光部エリアの周辺トランジスタ部のみに残るように選択的にエッチングしても、固体撮像素子ウエハを湾曲変形する際の周辺トランジスタ部の歪変形を除去することができ、同様の効果がある。
【００５１】
（第７の実施の形態）
図１０は、本発明の第７の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。
【００５２】
通常の半導体ウエハを所定の厚さに平坦ポリッシュし（ステップＳ６１）、この平坦ポリッシュした半導体ウエハを用いて、半導体プロセスにより回路パターンを形成することにより、平坦ウエハ上に固体撮像素子を形成した後（ステップＳ６２）、固体撮像素子ウエハを裏面研磨して薄く平坦に加工する（ステップＳ６３）。次に、薄く裏面研磨した固体撮像素子ウエハの裏面に、ＵＶ（紫外線）硬化樹脂をスピンコートなどで均一に塗布する（ステップＳ６４）。
【００５３】
次にＵＶ硬化樹脂を塗布した固体撮像素子ウエハの裏面に、紫外線光を透過し且つ固体撮像素子の熱膨張率より高い熱膨張率を有するＵＶ透過基板を貼りあわせた後、紫外線光をＵＶ透過基板を通してＵＶ硬化樹脂に当ててこれを硬化させることにより、固体撮像素子ウエハの裏面にＵＶ透過基板を固着する（ステップＳ６５）。
【００５４】
次に、裏面にＵＶ透過基板を固着した固体撮像素子ウエハを所望のサイズにチップ切断して、固体撮像素子チップとする（ステップＳ６６）。
【００５５】
ここで、固体撮像素子チップは、図１１（Ａ）に示すように、固体撮像素子４２の裏面にＵＶ透過基板４６がＵＶ硬化樹脂４４により固着されて構成されている。
【００５６】
これら固体撮像素子チップを、図１１（Ｂ）に示すように、熱硬化樹脂４８を用いて基板５０上にマウントした後、オーブン内に入れて熱を加えて温度を上昇させると、ＵＶ透過基板４６と固体撮像素子４２の熱膨張率の違いにより発生する熱応力によって、固体撮像素子チップが凹形に変形し、オーブン内から取り出すと、図１１（Ｃ）に示すように表面が凹んだ球面湾曲形状の固体撮像素子チップが得られる（ステップＳ６７）。硬化した熱硬化樹脂４８が従来の湾曲台座の代わりになっている。
【００５７】
こうして得られた湾曲形状の固体撮像素子チップをパッケージに接着保持してチップマウントした後（ステップＳ６８）、ワイヤボンディング等を行ってから（ステップＳ６９）、結像レンズ及び絞りなどの撮像光学系の光軸と固定位置を調整して、固体撮像素子チップの湾曲した受光面と結像面が一致するように光学系をマウントすると（ステップＳ７０）、固体撮像素子チップを湾曲実装した固体撮像装置が製造される。
【００５８】
本実施の形態によれば、固体撮像素子チップの裏面に固着したＵＶ透過基板４６と固体撮像素子４２の熱膨張率の違いを利用して、固体撮像素子チップを３次元的に球面湾曲形状とすることにより、固体撮像素子ウエハや固着する部材の厚みや熱膨張率を調整することで、湾曲した形状を微調整することができるため、正確な曲率の固体撮像素子チップを再現性よく得ることができる。また、このような固体撮像素子チップを単にチップ保持部材にマウントするだけで良いため、実装歩留を向上させることができる。更に、湾曲したチップ保持部材を用いること無く簡単な工程で短時間に固体撮像素子チップを製造できるため、設備が簡素化され、球面湾曲形状の固体撮像素子チップを低価格で製造することができる。従って、この固体撮像素子チップを搭載した画像歪、色ズレ、焦点ムラが低減された高画質の撮像装置を安価に製造することができる。また、裏面にＵＶ透過基板４６を固着した固体撮像素子ウエハを所望のサイズに切断（ダイシング）してチップ状とした後、これを加熱して湾曲した固体撮像素子チップを得ることにより、固体撮像素子ウエハにＵＶ透過基板４６が固着されて固体撮像素子ウエハが補強されているため、ダイシングの際にウエハが割れにくくなり、取り扱いが非常に楽になり、固体撮像素子チップを容易にピックアップすることができる。
【００５９】
尚、上記実施の形態では、固体撮像素子チップの裏面に固着したＵＶ透過基板４６と固体撮像素子４２の熱膨張率の違いを利用して、球面湾曲形状の固体撮像素子チップを得たが、裏面を研磨した固体撮像素子チップの裏面に蒸着若しくはスパッタリング等でＣｕ，Ｎｉ，Ａｕ等の金属材料部材を付けて、これを基板５０上に熱硬化樹脂４８を用いてマウントした後、オーブン内で熱を加えて温度上昇させることにより、固体撮像素子４２と前記金属材料部材の熱膨張率の違いにより、固体撮像素子４２を凹形に変形させて、球面湾曲形状の固体撮像素子チップを得るようにしても、同様の効果がある。
【００６０】
また、上記実施の形態では固体撮像素子チップの裏面にＵＶ硬化樹脂４４により固着したＵＶ透過基板４６と固体撮像素子４２の熱膨張率の違いを利用したが、固体撮像素子チップの裏面にＵＶ硬化樹脂４４を均一に塗布してから紫外線を当ててＵＶ硬化樹脂４４を硬化させて固体撮像素子４２の裏面に固着させた後、これを基板５０上に熱硬化樹脂４８を用いてマウントした後、オーブン内で熱を加えて温度上昇させることにより、固体撮像素子４２とＵＶ硬化樹脂４４の熱膨張率の違いにより、固体撮像素子４２を凹形に変形させて、球面湾曲形状の固体撮像素子チップを得るようにしても、同様の効果があるが、特にＵＶ透過基板４６を接着する工程を必要としないため、上記実施の形態よりも更に簡素化された工程で、球面湾曲形状の固体撮像素子チップを得ることができる。
【００６１】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。例えば、上記実施の形態では、球面湾曲形状の固体撮像素子チップを得ることについて説明したが、固体撮像素子チップの湾曲は球面状となる方がよいが、必ずしも完全な球面上でなくても良く、例えばチップの４隅が曲がっているような状態でも良い。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、固体撮像素子ウエハに応力膜を成膜して固体撮像素子ウエハを球面湾曲形状としてからそれを切断して球面湾曲形状の固体撮像素子チップを製造したり或いは、固体撮像素子ウエハを切断して得た固体撮像素子チップに応力膜を成膜してこの固体撮像素子チップを球面湾曲形状とする製造方法を採ることにより、固体撮像素子チップの球面湾曲形状は、裏面研磨したウエハの厚さと、応力膜の成膜厚さにより調整できることから、再現性よく正確な球面湾曲率でチップ実装することが可能である。
また、このような固体撮像素子チップを単にチップ保持部材にマウントするだけで良いため、実装歩留を向上させることができる。更に、湾曲したチップ保持部材を用いること無く簡単な工程で短時間に固体撮像素子チップを製造できるため、設備が簡素化され、球面湾曲形状の固体撮像素子チップを極めて低価格で製造することができる。従って、この固体撮像素子チップを搭載した画像歪、色ズレ、焦点ムラが低減された高画質の撮像装置を安価に製造することができる。
また、応力膜の膜応力により固体撮像素子チップを３次元的に球面湾曲形状に塑性変形することから、チップ全面に均一な変形歪を与えることが可能になるため、ＣＣＤおよびＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子では局所的な歪の不均一性により、チップ上に配置されたトランジスタ部の特性がばらつきを生じることを防止することができ、トランジスタ部で形成される電子回路を回路設計通りの正常な動作状態に保持することができる。
また、これらの膜応力を利用する方法に加えて、従来の像面湾曲に沿って湾曲形状をしたチップ保持部材上に、固体撮像素子チップの弾性変形を利用して接着固定する方法を組み合わせて湾曲チップ実装することにより、従来の湾曲形状をしたチップ保持部材上に接着保持するチップマウント方法では、固体撮像素子チップを弾性変形する際に、大きな湾曲率を必用とする場合、固体撮像素子チップの劈開割れ等の問題が生じるが、本発明方法と組み合わせて３次元的に球面形状に湾曲変形することにより、歩留りよく大きな湾曲率に変形した固体撮像装置の製造が可能となる。
また、前記固体撮像素子ウエハの裏面或いは表面のいずれか一方に成膜した応力膜の中で受光面以外の所定部分（トランジスタ部）を直接或いは裏面から覆う応力膜を除去するか又は、固体撮像素子ウエハの裏面及び表面の両面に成膜した応力膜のいずれか一方の面の応力膜の中で受光面を直接或いは裏面から覆う応力膜を除去することにより、トランジスタ部の歪変形を除去することによって、トランジスタ部のトランジスタの特性に変化が生じることを無くすことができ、トランジスタ部で形成される電子回路を回路設計通りの正常な動作状態に保持することができる。
更に、固体撮像素子ウエハの裏面に固着した部材と固体撮像素子の熱膨張率の違いを利用して固体撮像素子ウエハを球面湾曲形状としてからそれを切断して固体撮像素子チップを製造することにより、固体撮像素子ウエハや固着する部材の厚みや熱膨張率を調整することで、湾曲した形状を微調整することができるため、正確な曲率の固体撮像素子チップを再現性よく得ることができる。また、このような固体撮像素子チップを単にチップ保持部材にマウントするだけで良いため、実装歩留を向上させることができる。また、湾曲したチップ保持部材を用いること無く簡単な工程で短時間に固体撮像素子チップを製造できるため、設備が簡素化され、球面湾曲形状の固体撮像素子チップを低価格で製造することができる。従って、この固体撮像素子チップを搭載した画像歪、色ズレ、焦点ムラが低減された高画質の撮像装置を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法で製造された固体撮像素子を搭載する固体撮像装置の構成を示した模式図である。
【図２】図１に示した湾曲した固体撮像素子チップの製造方法の流れを示したフロー図である。
【図３】湾曲した固体撮像素子チップを湾曲形状を有するチップ保持部材上に接着保持してマウントした状態を示した断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。
【図８】固体撮像素子ウエハ上に形成された電子回路の構成例を示した平面図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。
【図１１】図１０に示した方法で製造する固体撮像素子の製造工程毎の構成を示した断面図である。
【図１２】従来の平坦な固体撮像素子を搭載した固体撮像装置の構成を示した模式図である。
【図１３】従来の球面状の固体撮像素子を搭載した固体撮像装置の構成を示した模式図である。
【図１４】従来の固体撮像素子の製造方法を示したフロー図である。
【符号の説明】
２……結像レンズ、４……絞り、６……固体撮像素子チップ、８、１２……チップ保持部材、１０……パッケージ、４０……固体撮像装置、４２……固体撮像素子、４４……ＵＶ硬化樹脂、４６……ＵＶ透過基板、４８……熱硬化樹脂、５０……基板（支持部）、２０２……受光部エリア、２０４……周辺トランジスタ部。

Claims (16)

1. 固体撮像素子ウエハの裏面或いは表面のいずれか一方若しくは両面に応力膜を成膜して当該固体撮像素子ウエハを変形して湾曲した形状にする工程と、
   前記球面状に湾曲した形状の固体撮像素子ウエハを所定サイズに切断する工程と、を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
2. 前記固体撮像素子ウエハの裏面或いは表面のいずれか一方に成膜した応力膜の中で受光面以外の所定部分を直接或いは裏面から覆う応力膜を除去する工程を備えることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
3. 前記固体撮像素子ウエハの裏面及び表面の両面に成膜した応力膜のいずれか一方の面の応力膜の中で受光面を直接或いは裏面から覆う応力膜を除去する工程を具備することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
4. 前記固体撮像素子ウエハの裏面に成膜する応力膜は圧縮応力を生じる膜であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
5. 前記固体撮像素子ウエハの表面に成膜する応力膜は引っ張り応力を生じる膜であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
6. 固体撮像素子ウエハを所定のサイズに切断して得られる固体撮像素子チップの裏面或いは表面若しくは両面に応力膜を成膜して当該固体撮像素子チップを変形して湾曲した形状にする工程を、有すること特徴とする固体撮像素子の製造方法。
7. 前記固体撮像素子チップの裏面に成膜する応力膜は圧縮応力を生じる膜であることを特徴とする請求項６記載の固体撮像素子の製造方法。
8. 前記固体撮像素子チップの表面に成膜する応力膜は引っ張り応力を生じる膜であることを特徴とする請求項６記載の固体撮像素子の製造方法。
9. 固体撮像素子ウエハの裏面に当該固体撮像素子とは熱膨張率の違う部材を固着する工程と、
   前記熱膨張率の違う部材を固着した固体撮像素子ウエハを所定のサイズに切断して固体撮像素子チップを得る工程と、
   前記固体撮像素子チップを加熱して湾曲させる工程と、を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
10. 前記球面状に湾曲した形状をした固体撮像素子チップを、球面状に湾曲したチップ保持部材に湾曲実装することを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
11. 表面に湾曲した撮像領域が形成された第１の部材と、
    前記第１の部材の表面或いは裏面のいずれか一方又は両方に成膜された変形保持部材と、を具備することを特徴とする固体撮像素子。
12. 前記裏面に成膜された変形保持部材は、Ｐ−ＴＥＯＳ酸化膜或いはスパッタＷであることを特徴とする請求項１１記載の固体撮像素子。
13. 前記表面に成膜された変形保持部材は、Ｐ−ＴＥＯＳ酸化膜の透明膜或いはＰ−ＳＩＮの透明膜であることを特徴とする請求項１１記載の固体撮像素子。
14. 表面に湾曲した撮像領域が形成された第１の部材と、
    前記第１の部材の裏面に固着された前記第１の部材と熱膨張率が異なる第２の部材と、を具備することを特徴とする固体撮像素子。
15. 前記第２の部材は、紫外線透過基板と紫外線硬化型接着層から成ることを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子。
16. 前記第２の部材はＣｕ，Ｎｉ，Ａｕのいずれか一つの金属材料であることを特徴とする請求項１４記載の固体撮像素子。

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