JP2007123351A

JP2007123351A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2007123351A
Application number: JP2005310153A
Authority: JP
Inventors: Akio Yanai; 明郎矢内
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】気密性を向上させたＷＬＣＳＰ実装方式の固体撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像素子３が形成された半導体基板４ａ上には、撮像素子３を取り囲むように枠形状のスペーサ５が接着剤９によって接合されている。スペーサ５上には、撮像素子３を封止するように、カバーガラス６が接着剤１０によって接合されている。スペーサ５と半導体基板４ａとの接合部、およびスペーサ５とカバーガラス６との接合部の外周を覆うように、防水性膜１１が形成することで、気密性を向上させることができる。防水性膜１１は、アルミニウムまたはその合金からなる金属膜とすることが好適である。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウエハレベルチップサイズパッケージ実装方式を用いた固体撮像装置に関する。

近年、携帯機器を中心として小型化が進み、それに伴って回路基板およびその部品の小型化が要求されている。ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像装置についても同様である。

固体撮像装置を小型化する実装方式の一つとして、チップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰと称す）実装方式が知られている。ＣＳＰ実装方式では、半導体ウエハプロセスによって多数の撮像素子が形成されたウエハを分割（以下、ダイシングと称す）し、個片化されたチップを実装基板上に実装して樹脂封止することで、チップと同等か、あるいはチップよりもわずかに大きい程度のサイズで、固体撮像装置を形成することができる。

また、ＣＳＰ方式よりも更に小型化が可能な実装方式として、半導体ウエハプロセス中に撮像素子の封止まで行い、ウエハをダイシングして個片化することにより気密封止された固体撮像装置を得るウエハレベルチップサイズパッケージ（以下、ＷＬＣＳＰと称す）が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。ＷＬＣＳＰ実装方式を用いた固体撮像装置では、チップの上面に、撮像素子を取り囲むようにスペーサが配され、このスペーサの上に、撮像素子を覆うようにカバーガラスが取り付けられている。
特開２００２−２３１９２１号公報特開２００２−２３１９１９号公報特開２００４−２９６７４０号公報

上記のような従来のＷＬＣＳＰ実装方式の固体撮像装置では、撮像素子に水が浸入しないように、撮像素子の周囲はスペーサとカバーガラスとで気密（水密の意味も含む）に封止しなければならない。チップ、スペーサ、およびカバーガラスは、高分子材料からなる接着剤で張り合わされている。しかしながら、固体撮像装置の小型化の要請から、これらの張り合わせ領域は小さくなり、十分な気密性が確保できなくなってきている。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、気密性を向上させたＷＬＣＳＰ実装方式の固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、撮像素子が形成された半導体基板と、この半導体基板上に前記撮像素子を取り囲むように接着剤で接合された枠形状のスペーサと、前記撮像素子を封止するように前記スペーサ上に接着剤で接合された透明板とからなる固体撮像装置において、前記スペーサと前記半導体基板との接合部、および前記スペーサと前記透明板との接合部の外周を覆うように、防水性膜を形成したことを特徴とする。

なお、前記防水性膜は、金属膜であることが好ましい。また、前記金属膜は、アルミニウムまたはその合金からなることが好ましい。

また、前記撮像素子の外部端子は、前記スペーサによって取り囲まれた領域内に形成されており、貫通電極によって前記半導体基板の下面に引き出されていることが好ましい。

さらに、前記撮像素子の外部端子は、前記スペーサによって取り囲まれた領域外に形成されていることも好ましい。

本発明の固体撮像装置によれば、スペーサと半導体基板との接合部、およびスペーサと透明板との接合部の外周を覆うように、防水性膜が設けられているので、気密性を向上させることができる。

図１および図２において、固体撮像装置２は、ＷＬＣＳＰ実装方式を用いており、表面に撮像素子３が設けられた矩形状のチップ４と、撮像素子３を取り囲むようにチップ４上に設けられた枠形状のスペーサ５と、このスペーサ５の上に取り付けられて撮像素子３を封止する透明なカバーガラス６とからなる。

チップ４は、矩形の半導体基板４ａと、この半導体基板４ａ上に形成された撮像素子３および外部端子（電極ＰＡＤ）７とからなる。このチップ４は、ウエハを撮像素子３ごとにダイシングして形成される。半導体基板４ａの厚みは、３００μｍ程度である。また、外部端子７は、スペーサ５によって取り囲まれた領域内に形成されており、直下に設けられたＡｌ（アルミニウム）などからなる貫通電極８によって、半導体基板４ａの下面に引き出されている。貫通電極８は、固体撮像装置２が組み込まれる電子機器との電気接続に用いられる。

撮像素子３は、例えば、ＣＣＤイメージセンサとして構成され、受光素子（フォトダイオード）や垂直・水平転送路の他、カラーフィルタ、マイクロレンズなどを含む。外部端子７は、Ａｌなどを用いて半導体基板４ａの上に形成されている。外部端子７と撮像素子３との間は、半導体基板４ａ上に形成された配線層により接続されている。

スペーサ５は、シリコンなどの無機材料で形成されており、具体的には、塗布もしくは積層材料としてのＳｉＯ_２（二酸化シリコン）や、紺青やカーボンブラックなどの無機顔料などが好ましい。スペーサ５は、幅寸法が２００μｍ程度、厚みが１０〜２００μｍ程度である。スペーサ５と半導体基板４ａとの接合は、接着剤９によって行われている。接着剤９としては、エポキシ系やシリコン系の樹脂などの高分子接着剤が好ましい。

カバーガラス６は、ガラス、石英、サファイヤなどで形成された透明板であり、厚みが５００μｍ程度である。スペーサ５とカバーガラス６との接合は、接着剤１０によって行われている。接着剤１０としては、エポキシ系やシリコン系の樹脂など高分子接着剤が好ましい。

また、スペーサ５と半導体基板４ａとの接合部、およびスペーサ５とカバーガラス６との接合部の外周を覆うように、防水性膜１１が形成されている。これにより、半導体基板４ａ、スペーサ５、およびカバーガラス６で囲まれた空間は、気密性が確保されており、該接合部からの水の浸入が防止されている。防水性膜１１は、Ａｌまたはその合金からなる金属膜とすることが好ましい。なお、防水性膜１１は、ＳｉＮ（窒化シリコン）膜や樹脂膜などであってもよく、水を通しにくい膜であれば何であってもよい。

図３および図４を用いて、固体撮像装置２の製造方法を説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、ウエハ状の半導体基板４ａに複数の撮像素子３を半導体プロセスによって形成した後、枠形状のスペーサ５を、各撮像素子３を取り囲むように、接着剤９，１０を介して半導体基板４ａおよびカバーガラス６の間に接合し、カバーガラス６の上面に保護テープ２０を貼り付ける。なお、外部端子７および貫通電極８は、半導体プロセスによって撮像素子３とともに形成され、スペーサ５は撮像素子３とともに外部端子７を取り囲んでいる。このスペーサ５の取り付け方法の詳細は、上記特許文献３に開示されている。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、カバーガラス６および保護テープ２０を、スペーサ５の形状に沿ってダイシングして各撮像素子３ごとに分離し、図３（Ｃ）に示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法によって、Ａｌやその合金からなる金属膜２１を上面側全体に積層する。

この後、図４（Ａ）に示すように、金属膜２１を介して保護テープ２０の上に第２の保護テープ２２を貼り付け、図４（Ｂ）に示すように、半導体基板４ａおよび金属膜２１を、スペーサ５の形状に沿ってダイシングし、各撮像素子３ごとに分離する。この段階で、上記固体撮像装置２の構成が完成する。そして、図４（Ｃ）に示すように、紫外線（ＵＶ光）を上方から照射して、保護テープ２０の粘着性を軟化させることにより、完成した固体撮像装置２を保護テープ２０から順に取り外す。

なお、上記製造方法では、防水性膜１１を金属膜２１としているが、ＳｉＮ膜とする場合にもＣＶＤ法によって同様に形成することができる。また、防水性膜１１を樹脂膜とする場合には、スピンコート法を用いればよい。

次に、図５および図６は、第２実施形態の固体撮像装置３０の構成を示す。上記第１実施形態と異なり、固体撮像装置３０では、半導体基板４ａ上に形成された外部端子（電極ＰＡＤ）７は、スペーサ５によって取り囲まれた領域外に配置されている。この場合、貫通電極８は不必要であるので設けられていない。なお、この他の構成は上記第１実施形態と同様であるので、上記第１実施形態と同一部分については同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。

図７および図８を用いて、固体撮像装置３０の製造方法を説明する。まず、図７（Ａ）に示すように、ウエハ状の半導体基板４ａに複数の撮像素子３を半導体プロセスによって形成した後、枠形状のスペーサ５を、各撮像素子３を取り囲むように、接着剤９，１０を介して半導体基板４ａおよびカバーガラス６の間に接合し、カバーガラス６の上面に保護テープ３１を貼り付ける。なお、外部端子７は、半導体プロセスによって撮像素子３とともに形成され、外部端子７は、スペーサ５の外側に位置している。

次いで、図７（Ｂ）に示すように、カバーガラス６および保護テープ３１を、スペーサ５の形状に沿ってダイシングして各撮像素子３ごとに分離し、各外部端子７を水溶性レジスト３２で覆う。この上面側全体に、図７（Ｃ）に示すように、ＣＶＤ法やＰＶＤ法によって、Ａｌやその合金からなる金属膜３３を積層する。

この後、図８（Ａ）に示すように、金属膜３３を介して保護テープ３１の上に第２の保護テープ３４を貼り付け、図８（Ｂ）に示すように、半導体基板４ａおよび金属膜３３を、スペーサ５の形状に沿ってダイシングし、各撮像素子３ごとに分離する。なお、このとき、ダイシング時の水流で水溶性レジスト３２が溶けるとともに、その上の金属膜３３も除去される。この段階で、上記固体撮像装置３０の構成が完成する。そして、図８（Ｃ）に示すように、紫外線（ＵＶ光）を上方から照射して、保護テープ３１の粘着性を軟化させることにより、完成した固体撮像装置３０を保護テープ３１から順に取り外す。

なお、上記製造方法では、防水性膜１１を金属膜３３としているが、ＳｉＮ膜とする場合にもＣＶＤ法によって同様に形成することができる。また、防水性膜１１を樹脂膜とする場合には、スピンコート法を用いればよい。

第１実施形態の固体撮像装置の外観斜視図である。第１実施形態の固体撮像装置の縦断面図である。第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す縦断面図である。第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す縦断面図である。第２実施形態の固体撮像装置の外観斜視図である。第２実施形態の固体撮像装置の縦断面図である。第２実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す縦断面図である。第２実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す縦断面図である。

符号の説明

２固体撮像装置
３撮像素子
４チップ
４ａ半導体基板
５スペーサ
６カバーガラス
７外部端子
８貫通電極
９，１０接着剤
１１防水性膜
２０，２２テープ
２１金属膜
３０固体撮像装置
３１，３４テープ
３２水溶性レジスト
３３金属膜

Claims

撮像素子が形成された半導体基板と、この半導体基板上に前記撮像素子を取り囲むように接着剤で接合された枠形状のスペーサと、前記撮像素子を封止するように前記スペーサ上に接着剤で接合された透明板とからなる固体撮像装置において、
前記スペーサと前記半導体基板との接合部、および前記スペーサと前記透明板との接合部の外周を覆うように、防水性膜を形成したことを特徴とする固体撮像装置。
前記防水性膜は、金属膜であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
前記金属膜は、アルミニウムまたはその合金からなることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
前記撮像素子の外部端子は、前記スペーサによって取り囲まれた領域内に形成されており、貫通電極によって前記半導体基板の下面に引き出されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の固体撮像装置。
前記撮像素子の外部端子は、前記スペーサによって取り囲まれた領域外に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の固体撮像装置。