JP2007273629A - 固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
接合基板の反りを低減させ、安定性及び均一性の高い固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置を提供すること。
【解決手段】
固体撮像素子ウェーハ１８と透光性基板１４とが接合された接合基板１０の透光性基板１４側へ板状部材１５を接合することにより、加熱を伴う工程における接合基板１０の反りを低減させ、安定性及び均一性の高い固体撮像装置２１を提供することが可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置において、固体撮像素子ウェーハと透光性基板とが接合された接合基板の加熱による反りを防止する固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置に関するものである。

デジタルカメラや携帯電話に用いられるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）からなる固体撮像装置は、近年益々の小型化が要求されている。

そのような要求から、固体撮像装置の小型化を図るため、多数の固体撮像素子の受光部が形成された固体撮像素子ウェーハと透光性基板とを、各受光部を包囲する位置に対応させて形成されたスペーサ又は封止材を介して接合した後、貫通配線の形成、ダイシング等の各工程を経て製造される固体撮像装置、及びその製造方法が提案されている（例えば、特許文献１、又は特許文献２参照）。
特開２００１−３５１９９７号公報 特開２００４−８８０８２号公報

上記特許文献に示された技術により固体撮像装置を製造する場合、固体撮像素子ウェーハと透光性基板とが接合された接合基板に対しては、貫通配線の形成など、高温による加熱を伴う工程が複数実施される。しかし、このような加熱の工程が行われた接合基板は、固体撮像素子ウェーハと透光性基板、又はスペーサとの線膨張係数の違いから接合基板全体に反りが発生するため、固体撮像素子の変形や亀裂、又はスペーサ剥がれなどの様々な問題が発生する。

本発明はこのような問題に対してなされたものであり、接合基板の反りを低減させ、安定性及び均一性の高い固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置を提供することを目的としている。

本発明は前記目的を達成するために、固体撮像素子ウェーハと透光性基板とを接合して接合基板を形成する工程が行われた後に、前記接合基板に対して加熱を伴う工程が行われる固体撮像装置の製造方法において、前記接合基板の前記透光性基板側へ板状部材が接合された状態で前記加熱を伴う工程が行なわれることを特徴としている。

また、本発明は上記発明において、前記板状部材は、線膨張係数が３ｐｐｍ／℃以上４ｐｐｍ／℃以下であり、前記板状部材は、曲げ強度が３３０ＭＰａ以上であり、前記板状部材は、ガラスウェーハ、又はアルミナウェーハであることを特徴としている。

更に、本発明は上記発明において、前記透光性基板と前記板状部材とは、透光性接着剤により接合される、又は、前記透光性基板と前記板状部材とは、剥離可能なポリイミドテープにより接合されることも特徴としている。

本発明によれば、固体撮像素子ウェーハと透光性基板とが接合された接合基板の透光性基板側には、固体撮像素子ウェーハと透光性基板とが接合される前、又は固体撮像素子ウェーハと透光性基板とを接合した後に板状部材が接合される。板状部材は、ガラスウェーハ、又はアルミナウェーハであり、透光性接着剤、又は剥離可能なポリイミドテープにより透光性基板へ接合されているため、透光性が保たれ、剥離が必要となった場合は容易に剥離することが可能である。

また、板状部材は線膨張係数が３ｐｐｍ／℃以上４ｐｐｍ／℃以下であって、曲げ強度が３３０ＭＰａ以上であり、線膨張係数が固体撮像素子ウェーハに近く、尚且つ曲げに対する強度が大きい。

これらにより、接合基板に対して貫通配線を加工する等の加熱を伴う加工が行なわれた場合に、曲げ強度が大きく、線膨張係数が近い板状部材により接合基板に発生する反りが抑えられる。よって、接合基板に反りが発生せず安定性及び均一性の高い固体撮像装置の製造が可能となる。また、透光性が保たれ、剥離が容易な状態であるため、紫外線光などを照射する工程で光線を遮ることがなく、効率的な製造ができる。

以上説明したように、本発明の固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置によれば、接合基板に対して加熱を伴う工程がなされても、接合基板に反りが発生せず、安定性及び均一性の高い高品質な固体撮像装置を提供することができる。

以下添付図面に従って本発明に係る固体撮像装置の製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。図１及び図２は、本発明に係る固体撮像装置の外観形状を示す斜視図、及び断面図である。

固体撮像装置２１は、スペーサ１３を介してカバーガラス１２が矩形状の固体撮像素子チップ１１Ｃに接合されている。固体撮像素子チップ１１Ｃ上には、固体撮像素子１１Ａ及び固体撮像素子１１Ａと電気的に接続するための複数の接続端子であるパッド１１Ｂ、１１Ｂ…が設けられ、固体撮像素子１１Ａを取り囲むように枠形状のスペーサ１３が設けられている。カバーガラス１２は、スペーサ１３の上に取り付けられて固体撮像素子１１Ａを封止する。

なお、固体撮像素子チップ１１Ｃは、後述する固体撮像素子ウェーハが分割されたものであり、カバーガラス１２は同じく後述する透光性基板が分割されたものである。また、スペーサ１３は、接着剤１３Ａを介してカバーガラス１２と、接着剤１３Ｂを介して固体撮像素子チップ１１Ｃと、それぞれ接合されている。

固体撮像素子１１Ａの製造には、一般的な半導体素子製造工程が適用される。固体撮像素子１１Ａは、ウェーハ（固体撮像素子チップ１１Ｃ）に形成された受光素子であるフォトダイオード、励起電圧を外部に転送する転送電極、開口部を有する遮光膜、及び層間絶縁膜を備えている。更に、固体撮像素子１１Ａは、層間絶縁膜の上部にインナーレンズが形成され、インナーレンズの上部に中間層を介してカラーフィルタが設けられ、カラーフィルタの上部には中間層を介してマイクロレンズ等が設けられている。

固体撮像素子１１Ａはこのように構成されているため、外部から入射する光がマイクロレンズ及びインナーレンズによって集光されてフォトダイオードに照射され、有効開口率が上がるようになっている。

パッド１１Ｂ、１１Ｂ…は、たとえば、導電性材料を用いて固体撮像素子チップ１１Ｃの上にパターン形成されている。また、パッド１１Ｂと固体撮像素子１１Ａとの間も同様にパターン形成によって配線が施されている。

更に、固体撮像素子チップ１１Ｃを貫通する貫通配線２４が設けられており、パッド１１Ｂと外部接続端子２６との導通が取られている。

分割されて多数の固体撮像素子チップ１１Ｃとなるウェーハとしては、厚さが例えば３００μｍ程度の単結晶シリコンウェーハを用いるのが一般的である。

スペーサ１３は、無機材料、たとえば、シリコンで形成されている。すなわち、スペーサ１３の材質としては、ウェーハ（固体撮像素子チップ１１Ｃ）及びカバーガラス１２と熱膨張係数等の物性が類似した材質が望ましい。枠形状のスペーサ１３の一部分を断面で見たときに、その断面の幅は例えば２００μｍ程度、厚さは例えば１００μｍ程度である。

カバーガラス１２には、ＣＣＤのフォトダイオードの破壊を防止するために、透明なα線遮蔽ガラス又は「パイレックス（登録商標）ガラス」等が用いられ、その厚さは、例えば５００μｍ程度である。

次に、本発明に係わる固体撮像装置の製造方法について説明する。図３は本発明に係わる固体撮像装置の製造方法の手順を示したフロー図、図４は製造方法の手順を説明する側面図である。

まず、本発明に係わる固体撮像装置の製造方法では、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１７が接合された透光性基板１４に対して、板状部材１５を透光性接着剤１６により接合する（ステップＳ１）。

板状部材１５は、線膨張係数が後述する固体撮像素子ウェーハと同程度であるガラスウェーハが使用される。例えば「パイレックス（登録商標）ガラス」等が好適に利用可能であり、線熱膨張係数は３ｐｐｍ／℃以上４ｐｐｍ／℃以下の物が使用される。

また、板状部材１５は、透光性基板１４と同程度の外径を持つ円形、又は透光性基板１４と同程度の大きさの角型形状であり、透光性基板１４へ接合した後、必要に応じて研磨が行われ平坦化される。本実施の形態では、外径８インチの透光性基板１４に対して外径８インチのパイレックスガラスウェーハ（線膨張係数：３．２５ｐｐｍ／℃）を接合している。

透光性接着剤１６は、透明、又は半透明であって、後の工程で使用される紫外線等の光を遮ることがない。

板状部材１５が接合された透光性基板１４は、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィを用いたエッチング法によりシリコン基板１７がエッチングされ、スペーサ１３が形成される（ステップＳ２）。

スペーサ１３が形成された透光性基板１４は、図４（ｃ）に示すように、固体撮像素子ウェーハ１８と接合され、接合基板１０を形成する（ステップＳ３）。

接合基板１０に対しては、図２に示される貫通配線２４、及び外部接続端子２６が形成される（ステップＳ４）。

貫通配線２４、及び外部接続端子２６の形成においては、接合基板１０へ、１５０℃まで加熱するＣＶＤ工程、１１０℃まで加熱するレジストベーク工程、及び２３０℃まで加熱するバンプリフロー工程等の加熱を伴う各工程が施される。

このとき、固体撮像素子ウェーハ１８は線膨張係数がおよそ３．２ｐｐｍ／℃であり、透光性基板１４に用いられるα線遮蔽ガラスは線膨張係数がおよそ６．７ｐｐｍ／℃であって、線膨張係数に大きな違いがあるため接合基盤１０には反りが発生する。

しかし、線膨張係数が固体撮像素子ウェーハ１８と同程度である板状部材１５を透光性基板１４へ接合することにより、透光性基板１４の熱による膨張を抑え、図７に示すように、接合基板１０の反り量が、１５０℃まで加熱した場合４ｍｍから１．５ｍｍへ、２３０℃まで加熱した場合８ｍｍから２ｍｍへ低減する。

これらにより、図１に示す固体撮像素子１１Ａの変形や亀裂、スペーサ１３の剥がれ、又は封止材の断裂などの問題が発生せず、安定性及び均一性の高い高品質な固体撮像装置が製造される。

貫通配線２４の形成等の各工程が終了した接合基板１０は、図４（ｅ）に示すように、ダイヤモンドブレードにより切削切断を行うダイシング装置によって個々の固体撮像装置２１に分割される（ステップＳ５）。

次に、本発明に係わる固体撮像装置の製造方法における別の実施の形態について説明する。図４は本発明に係わる固体撮像装置の製造方法の別の実施の形態を示したフロー図、図５は別の実施の形態における製造方法の手順を説明する側面図である。

まず、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、シリコン基板１７が接合された透光性基板１４のシリコン基板１７側に対してエッチングが行われ、スペーサ１３が形成される（ステップＳ１）。

スペーサ１３が形成された透光性基板１４は、図６（ｃ）に示すように、固体撮像素子ウェーハ１８と接合され、接合基板１０を形成する（ステップＳ２）。

接合基板１０の透光性基板１４側には、図６（ｄ）に示すように、ポリイミドテープを用いて板状部材２０が接合される（ステップＳ３）。

板状部材２０は、曲げ強度が３３０ＭＰａ以上のアルミナウェーハであり、本実施の形態においては、外径８インチの透光性基板１４に対して外径７インチ、厚さ０．５ｍｍのアルミナウェーハが透光性基板１４へ接合される。

板状部材２０が接合された接合基板１０は、図２に示される貫通配線２４、及び外部接続端子２６が形成される（ステップＳ４）。

貫通配線２４、及び外部接続端子２６の形成においては、接合基板１０へ、ＣＶＤ工程、レジストベーク工程、及びバンプリフロー工程等の加熱を伴う各工程が施され、固体撮像素子ウェーハ１８と透光性基板１４との線膨張係数の違いから、接合基盤１０には反りが発生する。

このとき、曲げ強度が大きい板状部材２０が透光性基板１４に接合されていることにより、板状部材２０が接合基板１０の反りを抑制し、図８に示すように、接合基板１０の反り量が、１５０℃まで加熱した場合４ｍｍから３ｍｍへ、２３０℃まで加熱した場合８ｍｍから４ｍｍへ低減される。

これらにより、図１に示す固体撮像素子１１Ａの変形や亀裂、スペーサ１３の剥がれ、又は封止材の断裂などの問題が発生せず、安定性及び均一性の高い高品質な固体撮像装置が製造される。

貫通配線２４の形成等の各工程が終了した接合基板１０は、紫外線等を利用するなどによりポリイミドテープを剥離し、板状部材２０を除去する（ステップＳ５）。

板状部材２０が除去された接合基板１０は、図６（ｆ）に示すように、ダイシング装置によって個々の固体撮像装置２１に分割される（ステップＳ６）。

以上説明したように、本発明に係る固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置によれば、接合基板に対して加熱を伴う工程がなされても、曲げ強度が大きく、線膨張係数が近い板状部材が接合基板の透光性基板側へ接合されていることにより、接合基板に発生する反りが抑えられる。よって、固体撮像素子の変形や亀裂、スペーサ１３の剥がれ、又は封止材の断裂等の問題が発生せず、安定性及び均一性の高い高品質な固体撮像装置の製造が可能となる。

本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の斜視図。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の断面図。 固体撮像装置の製造方法の手順を示したフロー図。 製造方法の手順を説明する側面図。 別の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の手順を示したフロー図。 別の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の手順を説明する側面図。 接合基板の反り量の差を示した図表。 別の実施の形態における接合基板の反り量の差を示した図表。

符号の説明

１０…接合基板，１１Ａ…固体撮像素子，１１Ｂ…パッド，１１Ｃ…固体撮像素子チップ，１２…カバーガラス，１３…スペーサ，１３Ａ、１３Ｂ…接着剤，１４…透光性基板，１５、２０…板状部材，１６…透光性接着剤，１７…シリコン基板，１８…固体撮像素子ウェーハ，１９…ポリイミドテープ，２１…固体撮像装置，２４…貫通配線，２６…外部接続端子

Claims (7)

1. 固体撮像素子ウェーハと透光性基板とを接合して接合基板を形成する工程が行われた後に、前記接合基板に対して加熱を伴う工程が行われる固体撮像装置の製造方法において、
   前記接合基板の前記透光性基板側へ板状部材が接合された状態で前記加熱を伴う工程が行なわれることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 前記板状部材は、線膨張係数が３ｐｐｍ／℃以上４ｐｐｍ／℃以下であ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。
3. 前記板状部材は、曲げ強度が３３０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 前記板状部材は、ガラスウェーハ、又はアルミナウェーハであることを特徴とする請求項１、２又は３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 前記透光性基板と前記板状部材とは、透光性接着剤により接合されることを特徴とする請求項１、２、３又は４のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
6. 前記透光性基板と前記板状部材とは、剥離可能なポリイミドテープにより接合されることを特徴とする請求項１、２、３又は４のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
7. 固体撮像素子ウェーハと透光性基板とが接合された接合基板の前記透光性基板側へ板状部材が接合された状態で、前記接合基板に対して加熱を伴う工程が行われて製造されることを特徴とする固体撮像装置。

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