JP2006157030A - 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【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２６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２４に張り合わされたフレキシブル回路基板８の銅配線３４とが電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

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。

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１０８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１１８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。

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。

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１１８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１０４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。

デジタルスチルカメラやビデオカメラ、あるいはＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１６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２４には、スルーホール２６の開口箇所を除いて、裏面２４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。

半導体基板１０の裏面２４には、接着剤３２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。

そして、半導体基板１０のスルーホール２６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。

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。

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。

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４０、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１４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。

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。

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１００μｍ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。

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。

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。

なお、ここでは、半導体基板１０の裏面２４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。

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。

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。

（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。 実施の形態例の固体撮像装置を示す平面図である。 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。 実施の形態例の固体撮像装置の背面図である。 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。

Claims (10)

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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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