JP2005209966A

JP2005209966A - 固体撮像装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2005209966A
Application number: JP2004016295A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Suzuki; 芳英鈴木; Keiichi Sawai; 敬一澤井; Akio Shimoyama; 章夫下山; Hajime Oda; 肇小田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】固体撮像素子の表面を保護し、信頼性、耐環境性の高い固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコンウェハ１０上に形成された複数の固体撮像素子３，３のそれぞれの周囲に熱硬化性樹脂からなる凸部６，６を周設し、凸部６，６が周設されたシリコンウェハ１０に複数の固体撮像素子３，３に対向する大きさの蓋部４を搭載して真空チャンバに投入する。また、真空チャンバにおいて所定の圧力まで減圧した状態で凸部６，６が硬化する程度の温度にシリコンウェハ１０を加熱し、凸部６，６を介して蓋部４とシリコンウェハ１０とを接着させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば携帯電話機に搭載されて撮像を行なうときに用いる固体撮像装置及びその製造方法に関する。

ＣＣＤなどの固体撮像素子を用いたエリアセンサやリニアセンサは、セラミックやプラスチックを用いた中空パッケージ内に固体撮像素子を密封状態で収納したもので、外部から湿気やゴミなどが侵入しない構造となっている。このような中空パッケージを用いたエリアセンサやリニアセンサなどの固体撮像装置としては、例えば特許文献１、特許文献２及び特許文献３により開示されているものがある。

図３は従来の固体撮像装置の製造方法を示す概略断面図である。従来の固体撮像装置３１は、図３（ａ）に示すように、半導体基板であるシリコンウェハ３０の表面に、所定のチップ分離領域３７，３７を適宜設けて複数の固体撮像素子３３を形成し、それぞれの固体撮像素子３３の周囲に所定数のアルミパッド（ボンディングパッド）３５，３５…を形成する。このようにシリコンウェハ３０上に形成された複数の固体撮像素子３３を、チップ分離領域３７，３７においてダイシングソー等により分離し、図３（ｂ）に示すようなチップ３２に個片化する。個片化したチップ３２は、図３（ｃ）に示すようなセラミック又はプラスチック等からなるパッケージ基板３８に搭載され、パッケージ基板３８に設けられている所定数のパッケージ端子３８ａ，３８ａと、それぞれに対応するアルミパッド３５，３５とがボンディングワイヤ３９，３９を介して電気的に接続される。更に、パッケージ基板３８に搭載されたチップ３２及びボンディングワイヤ３９，３９を覆うように透光性を有するキャップガラス３４を装着する。

このように製造された固体撮像装置３１は、キャップガラス３４を介して外部から光を取り込み、この光を固体撮像素子３３において受光する。固体撮像素子３３は、受光した光を所定の電気信号に変換し、ボンディングワイヤ３９を介して電気信号を外部へ送出する。また、図３（ｃ）に示すように、固体撮像素子３３とキャップガラス３４との間の空間を密封状態にすることにより、固体撮像素子３３に対して外部から湿気及びゴミ等が侵入しない構造を構成している。

しかし、上述した固体撮像装置３１では、シリコンウェハ３０に固体撮像素子３３を形成してからキャップガラス３４を装着するまでの間に、シリコンウェハ３０を複数のチップ３２にダイシングする工程、チップ３２をパッケージ基板３８に搭載するマウンティング工程、チップ３２に形成されたアルミパッド３５，３５とパッケージ基板３８に形成されたパッケージ端子３８ａ，３８ａとをボンディングワイヤ３９，３９で接続するボンディング工程、キャップガラス３４をパッケージ基板３８に装着する工程等があり、これらの各工程において固体撮像素子３３はむき出しの状態となっているため表面に損傷及びダストの付着が起こりやすく、固体撮像素子３３における画素欠陥となり歩留まりの低下の原因となっていた。

そこで、シリコンウェハをチップに分離するダイシング処理を行なう前にシリコンウェハ上の固体撮像素子にキャップガラスを装着する方法が例えば特許文献１、特許文献２及び特許文献３等で開示されている。図４は従来の固体撮像装置の製造方法を示す概略断面図である。特許文献１で開示されている従来の固体撮像装置４１の製造方法では、図４（ａ）に示すように、所定のチップ分離領域４７，４７を設けて複数の固体撮像素子４３及び所定数のアルミパッド４５，４５…が形成されたシリコンウェハ４０において、図４（ｂ）に示すように、それぞれの固体撮像素子４３にキャップガラス４４を貼り付けた後、チップ分離領域４７，４７において分離し、図４（ｃ）に示すようなチップ４２に個片化する。

また個片化したチップ４２は、図４（ｄ）に示すようなパッケージ基板４８に搭載され、パッケージ基板４８に設けられている所定数のパッケージ端子４８ａ，４８ａと、それぞれに対応するアルミパッド４５，４５とがボンディングワイヤ４９，４９を介して電気的に接続される。

一方、特許文献２で開示されている従来の固体撮像装置の製造方法では、図５（ｂ）に示すように、シリコンウェハ５０に形成された固体撮像素子５３の周囲を囲むように、アルミパッド５５，５５の内側に凸部５６を周設し、この凸部５６にキャップガラス５４を装着させている。このように凸部５６を介してキャップガラス５４が装着されたシリコンウェハ５０をチップ分離領域５７，５７において分離し、図５（ｃ）に示すようなチップ５２に個片化する。

このような構成により、固体撮像素子５３の直上に空間５３ａを設けることができ、この空間５３ａを凸部５６により密封状態にすることにより、固体撮像装置５１の製造工程において固体撮像素子５３に対して外部から湿気及びゴミ等の侵入を防止することができる。また個片化したチップ５２は、図５（ｄ）に示すようなパッケージ基板５８に搭載され、パッケージ基板５８に設けられている所定数のパッケージ端子５８ａ，５８ａと、それぞれに対応するアルミパッド５５，５５とがボンディングワイヤ５９，５９を介して電気的に接続される。

図４及び図５に示す製造方法によれば、シリコンウェハ４０，５０を個々のチップ４２，５２に個片化する工程以降において、固体撮像素子４３，５３の表面に損傷及びダストの付着が起こりにくくなる。しかし、固体撮像装置４１では、固体撮像素子４３とキャップガラス４４とが直に接するため、固体撮像素子４３のマイクロレンズが損傷しやすくなるという欠点がある。また、固体撮像装置５１では、複数の固体撮像素子３３のそれぞれにキャップガラス５４を貼り付ける必要があり、生産性が悪い。

そこで、特許文献３で開示されている製造方法によれば、図６に示すように、シリコンウェハ６０に形成された固体撮像素子６３の形成表面よりも所定領域だけ大きい領域を除いたシリコンウェハ６０の表面に凸部６６を形成する。具体的には、シリコンウェハ６０に形成されたアルミパッド６５，６５及びそれぞれの固体撮像素子６３を隔てるチップ分離領域６７，６７上に凸部６６を形成する。また、この凸部６６に、図６（ｂ）に示すように複数の固体撮像素子６３を覆うことが可能な大きさのキャップガラス６４を装着させる。更に、このようなキャップガラス６４が装着されたシリコンウェハ６０をチップ分離領域６７，６７において分離し、図６（ｃ）に示すようなチップ６２に個片化する。また、チップ６２における凸部６６の側面をエッチングして図６（ｄ）に示すようにアルミパッド６５，６５をむき出しにする。

このような構成により、固体撮像素子６３の直上に空間６３ａを設けることができ、この空間６３ａを凸部６６により密封状態にすることにより、固体撮像装置６１の製造工程において固体撮像素子６３に対して外部から湿気及びゴミ等の侵入を防止することができる。また個片化したチップ６２は、図６（ｅ）に示すようなパッケージ基板６８に搭載され、パッケージ基板６８に設けられている所定数のパッケージ端子６８ａ，６８ａと、それぞれに対応するアルミパッド６５，６５とがボンディングワイヤ６９，６９を介して電気的に接続される。このように、複数の固体撮像素子６３，６３に対して１枚のキャップガラス６４を装着することにより、キャップガラス６４の装着工程を短縮することができる。
特開平３−１５１６６６号公報特開２００１−１８５６５７号公報特開２００１−２５７３３４号公報

上述したような図５及び図６に示した各方法において、凸部５６，６６は、シリコンウェハ５０，６０及びキャップガラス５４，６４との接着力が強く、加工し易いことから合成樹脂材料を用いる場合が多い。しかし、キャップガラス５４，６４は、シリコンウェハ５０，６０を加熱して熱硬化により凸部５６，６６に接着されるため、凸部５６，６６を構成する合成樹脂材料に含まれる水分及び有機溶剤が揮発して接着不良を生じる場合がある。特に、図６に示した方法においては、ダイシング処理時に、シリコンウェハ６０及び凸部６６、凸部６６及びキャップガラス６４のそれぞれの間の接着力が不足するため、キャップガラス６４の凸部６６からの位置ずれ及び剥離を生じてしまうおそれがあるという問題がある。

本発明は斯かる問題に鑑みてなされたものであり、半導体基板上に形成された複数の固体撮像素子のそれぞれに対向して設けられる蓋部を、固体撮像素子のそれぞれの周囲に周設された凸部を介して確実に接着させることにより固体撮像素子の表面への外部からの湿気及びダスト等の侵入を防止し、固体撮像素子の表面を確実に保護することができ、信頼性、耐環境性の高い固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、複数の固体撮像素子を半導体基板上に形成する工程と、前記半導体基板上の固体撮像素子のそれぞれの周囲に熱硬化性樹脂からなる凸部を周設する工程と、減圧状態で前記半導体基板を加熱し、前記固体撮像素子に対向する蓋部を前記凸部に接着させる工程と、前記蓋部が接着された半導体基板上の固体撮像素子を個々の固体撮像素子に分割する工程とを備えることを特徴とする。

本発明による場合は、複数の固体撮像素子を形成した半導体基板上の固体撮像素子のそれぞれの周囲に熱硬化性樹脂からなる凸部を周設し、減圧状態で加熱しながらそれぞれの固体撮像素子に対向する蓋部を前記凸部に接着させることにより、凸部を介した蓋部と半導体基板との接着力を向上させることが可能である。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、前記蓋部が、前記半導体基板上の複数の固体撮像素子と対向する大きさを有していることを特徴とする。

本発明による場合は、半導体基板上に形成された固体撮像素子に対向する蓋部が、複数の固体撮像素子に対向できる大きさを有していることにより、複数の固体撮像素子に対向させる蓋部のそれぞれの位置決めを高精度に行なう必要がない。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、前記凸部を介して蓋部が接着された半導体基板上の固体撮像素子を、前記蓋部と共に個々の固体撮像素子に分割することを特徴とする。

本発明による場合は、凸部を介して蓋部が接着された半導体基板上の固体撮像素子を、凸部及び蓋部と共に個々の固体撮像素子に分割することにより、半導体基板から個々の固体撮像素子に個片化する処理を簡略化することが可能である。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、前記半導体基板を加熱する温度が、前記凸部が硬化する温度であることを特徴とする。

本発明による場合は、半導体基板上に形成された固体撮像素子のそれぞれの周囲に周設された凸部に蓋部を接着させる際に、前記凸部が硬化する温度に前記半導体基板を加熱することにより、蓋部と半導体基板とを効率よく接着させることが可能である。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、前記半導体基板を加熱する温度が、３０℃から１００℃までの範囲の温度であることを特徴とする。

本発明による場合は、半導体基板上に形成された固体撮像素子のそれぞれの周囲に周設された凸部に蓋部を接着させる際に、３０℃から１００℃までの範囲の温度に前記半導体基板を加熱することにより、蓋部と半導体基板とを効率よく接着させることが可能となる。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、前記減圧状態における圧力が、４０ｈｐａから１５０ｈｐａまでの範囲の圧力であることを特徴とする。

本発明による場合は、半導体基板上に形成された固体撮像素子のそれぞれの周囲に周設された凸部に蓋部を接着させる際に、４０ｈｐａから１５０ｈｐａまでの範囲の圧力に減圧することにより、蓋部と半導体基板との接着時において、固体撮像素子と蓋部との間の領域へのダストの侵入を軽減することが可能である。

本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板上に形成された固体撮像素子と、該固体撮像素子の周囲に周設された熱硬化性樹脂からなる凸部と、該凸部を介して前記固体撮像素子に対向して配置される蓋部とを備えることを特徴とする。

本発明による場合は、半導体基板上に形成された固体撮像素子と、該固体撮像素子に対向して配置される蓋部とを、前記固体撮像素子の周囲に周設された熱硬化性樹脂からなる凸部を介して接着させることにより、固体撮像素子と蓋部との間の領域へのダストの侵入を防止することが可能である。

本発明によれば、半導体基板上に形成された複数の固体撮像素子のそれぞれに対向する蓋部を、固体撮像素子のそれぞれの周囲に周設された熱硬化性樹脂からなる凸部を介して接着させることにより、固体撮像素子と蓋部との間に形成される空間を密封することができ、固体撮像素子の表面への外部からの湿気及びダスト等の侵入を防止することができるため、固体撮像素子の表面を確実に保護することができ、信頼性、耐環境性の高い固体撮像装置を製造することができる。

また、固体撮像素子と蓋部との間に空間を設けることにより、固体撮像素子の表面に物理的ストレスの負荷を防止することができる。更に、半導体基板に形成された複数の固体撮像素子を個片化する前に蓋部が形成されるため、個片化工程以降の工程におけるダストの付着、引っかき傷等の発生を防止でき、また半導体基板状態での保管、搬送を容易、安全に行うことができる。

本発明によれば、半導体基板上に形成された固体撮像素子に対応する蓋部が複数の固体撮像素子に対向できる大きさを有していることにより、蓋部を固体撮像素子のそれぞれに対する精度のよい位置合わせを行なう必要がなく、製造工程における時間短縮を図ることができる。

本発明によれば、凸部を介して蓋部が接着された半導体基板上の固体撮像素子を、凸部及び蓋部と共に個々の固体撮像素子に分割することにより、半導体基板を分離して個々の固体撮像素子を形成するダイシング処理における処理負担を軽減することができ、生産性を向上させることができる。

本発明によれば、半導体基板上に形成された固体撮像素子のそれぞれの周囲に周設された凸部に蓋部を接着させる場合に、前記半導体基板を前記凸部が硬化する温度に加熱することにより、不純物を除去することができると共に、凸部の硬化に伴って凸部を介して半導体基板と蓋部とを強固に接着させることができ、蓋部を接着された半導体基板を個々の固体撮像素子に分離する場合でも蓋部の半導体基板からの位置ずれ及び剥離を防止することができる。また、凸部が硬化する温度としては、３０℃から１００℃までの範囲の温度に半導体基板を加熱してもよい。

本発明によれば、半導体基板上に形成された固体撮像素子のそれぞれの周囲に周設された凸部に蓋部を接着させる場合に、前記半導体基板に４０ｈｐａから１５０ｈｐａまでの範囲の圧力に減圧することにより、凸部に蓋部を接着させる工程において、固体撮像素子への外部からの湿気及びダスト等の侵入をより防止することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る固体撮像装置の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は固体撮像装置を一面（上面）からみた平面図、（ｂ）は（ａ）の矢符ＡＡにおける断面図である。図中１は固体撮像装置であり、シリコンウェハ１０（図２参照）に平面視矩形状に形成された固体撮像素子３と、固体撮像素子３の表面を外部の湿気、ダスト（ゴミ、切りくず）などから保護するために固体撮像素子３に対向して配置された透光性を有するキャップガラス（蓋部）４と、キャップガラス４及び固体撮像素子３を接着するための凸部６とを主要構成としている。固体撮像装置１はキャップガラス４を通して外部からの光を内部に取り込み、固体撮像素子３の表面に配置された受光素子により受光（光検出）をする。キャップガラス４は、ガラスなどの透光性材料からなり、凸部６を介して固体撮像素子３に対向して配置されることにより固体撮像素子３の表面を外部から保護する。

固体撮像素子３とキャップガラス４とを凸部６により接着する場合に、固体撮像素子３の表面とキャップガラス４との間に空間３ａを構成することが望ましく、このような構成により、キャップガラス４を介して取り込んだ外部からの光はそのまま固体撮像素子３へ入射されることになり、光路途中での光損失を生じることがない。また、凸部６（キャップガラス４）と固体撮像素子３の外周端（チップ２の端）との間には固体撮像素子３と外部回路（不図示）とを接続するための端子としてボンディングパッド５，５が所定数形成されている。

凸部６においては、相互に対向して配置される固体撮像素子３及びキャップガラス４の間に形成される空間３ａの外周部を接着剤により完全に密封することが望ましい。固体撮像素子３とキャップガラス４との間に形成される空間３ａの外周部を完全に密封することにより、固体撮像素子３の表面への湿気の進入、ダストの進入付着、ひっかき傷などによる固体撮像素子３の表面における不良の発生を防ぐことができ、製造歩留まりの良い、信頼性の高い固体撮像装置１を実現することができる。

図１（ｃ）はパッケージ基板に搭載した固体撮像装置１の概略構成を示す断面図であり、固体撮像素子３に対向して配置されるキャップガラス４が凸部６を介して取り付けられてなるチップ２は、キャップガラス４を上面としてパッケージ基板８に搭載される。また、パッケージ基板８には、チップ２に形成されるボンディングパッド５，５のそれぞれに対応するパッケージ端子８ａ，８ａが形成されており、チップ２のボンディングパッド５，５は、対応するパッケージ端子８ａ，８ａにボンディングワイヤ９，９を介して電気的に接続される。

以下に、上述した構造の固体撮像装置１の製造方法について詳述する。図２は本発明に係る固体撮像装置１の製造方法を示す概略断面図である。本発明に係る固体撮像装置１を製造する場合、図２（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１０に所定の領域からなるチップ分離領域７を隔てて複数の固体撮像素子３及び固体撮像素子３のそれぞれの周囲に所定数のボンディングパッド５，５…を形成する。次に図２（ａ）及び（ｃ）に示すように、それぞれの固体撮像素子３の周囲であって、ボンディングパッド５，５…の形成位置よりも内側に、熱硬化性樹脂からなる凸部６を周設する。

凸部６は、シリコンウェハ１０及びキャップガラス４との密着性が高いアクリル、エポキシ、ポリイミド系の熱硬化性樹脂により構成することが望ましい。また、凸部６は、熱硬化性樹脂を塗布し、公知のフォトリソグラフ及びエッチング技術によって形成してもよく、樹脂テープを貼り付け、フォトリソグラフ及びエッチング技術によって形成してもよく、熱硬化性樹脂からなるワニスを印刷して形成してもよい。

次に、凸部６が形成されたシリコンウェハ１０に、厚さが０．５ｍｍ程度で複数の固体撮像素子３，３に対向できる大きさを有するキャップガラス４を、複数の固体撮像素子３の周囲に周設された複数の凸部６に亘って搭載して真空チャンバに投入する。このようなシリコンウェハ１０が投入された真空チャンバにおいて、圧力を下げた状態で、凸部６が硬化を始める温度、例えば、３０℃から１００℃までの範囲の所定の温度に加熱し、凸部６を構成する樹脂に含まれる有機溶剤等の不純物を揮発させる。なお、凸部６にアクリル系の樹脂を用いた場合には１００℃以下に加熱することが望ましいが、３０℃から１１０℃までの範囲の温度でもよい。また、真空チャンバによりシリコンウェハ１０に負荷する圧力は、１００ｈｐａ以下が望ましいが、４０ｈｐａから１５０ｈｐａまでの範囲の圧力でもよい。

これにより、図２（ｄ）に示すように、シリコンウェハ１０上の複数の固体撮像素子３，３に対して１つのキャップガラス４を凸部６を介して接着することができる。このように凸部６を介してキャップガラス４が装着されたシリコンウェハ１０を、チップ分離領域７において個々のチップ２，２に分離し、エッチング処理等によりキャップガラス４の不要な部分、例えばボンディングパッド５，５…の直上箇所を削ることにより、図１（ｂ）で示す形状のチップ２を製造する。なお、シリコンウェハ１０を個々のチップ２，２に分離する処理としては、公知のダイシング技術によって分離することもでき、また公知のフォトリソグラフ及びエッチング技術によって分離することもできる。

上述した構成において、固体撮像素子３とキャップガラス４との間の空間３ａは、凸部６により密閉されており、またシリコンウェハ１０及びキャップガラス４の間を凸部６を介して強固に接着することができるため、チップ分離領域７，７において各チップ２，２に分離するダイシング処理において、キャップガラス４のシリコンウェハ１０からの位置ずれ及び剥離を防止することができる。また、固体撮像素子３をキャップガラス４で保護した状態で、ダイシング処理以降の各処理を行なうことができるため、ダイシングの際に生じる切りくずの侵入を防止し、また、チップ２を個片化した後の工程において固体撮像素子３に対するダストの付着、傷の発生を防止でき、チップ２の実装工程、特に個片化以降の工程での不良率を低減することができる。

本発明に係る固体撮像装置の概略構成を示す模式図である。本発明に係る固体撮像装置の製造方法を示す概略断面図である。従来の固体撮像装置の製造方法を示す概略断面図である。従来の固体撮像装置の製造方法を示す概略断面図である。従来の固体撮像装置の製造方法を示す概略断面図である。従来の固体撮像装置の製造方法を示す概略断面図である。

符号の説明

１固体撮像装置
３固体撮像素子
４キャップガラス（蓋部）
５ボンディングパッド
６凸部
１０シリコンウェハ

Claims

複数の固体撮像素子を半導体基板上に形成する工程と、
前記半導体基板上の固体撮像素子のそれぞれの周囲に熱硬化性樹脂からなる凸部を周設する工程と、
減圧状態で前記半導体基板を加熱し、前記固体撮像素子に対向する蓋部を前記凸部に接着させる工程と、
前記蓋部が接着された半導体基板上の固体撮像素子を個々の固体撮像素子に分割する工程と
を備えることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
前記蓋部は、前記半導体基板上の複数の固体撮像素子と対向する大きさを有していることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記凸部を介して蓋部が接着された半導体基板上の固体撮像素子を、前記蓋部と共に個々の固体撮像素子に分割することを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記半導体基板を加熱する温度は、前記凸部が硬化する温度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかひとつに記載の固体撮像装置の製造方法。
前記半導体基板を加熱する温度は、３０℃から１００℃までの範囲の温度であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかひとつに記載の固体撮像装置の製造方法。
前記減圧状態における圧力は、４０ｈｐａから１５０ｈｐａまでの範囲の圧力であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかひとつに記載の固体撮像装置の製造方法。
半導体基板上に形成された固体撮像素子と、該固体撮像素子の周囲に周設された熱硬化性樹脂からなる凸部と、該凸部を介して前記固体撮像素子に対向して配置される蓋部とを備えることを特徴とする固体撮像装置。