JP2008010535A

JP2008010535A - 固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法

Info

Publication number: JP2008010535A
Application number: JP2006177703A
Authority: JP
Inventors: Shin Hayasaka; 伸早坂
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】カバーガラスと基板との間の空間をなくすことで耐湿性を向上させる。
【解決手段】シリコンウエハ３０の素子形成領域３２の上面にフォトダイオード１３を形成した後、フォトダイオード１３の上面に平坦化層１４、カラーフイルタ１５を積層する。シリコンウエハ３０の上面に、スクライブライン３１と、素子形成領域３２に跨る溝３４をスクライブライン３１に沿って形成した後、ＳｉＯ_２をシリコンウエハ３０の上面に堆積させることでガラス層４０を形成する。ガラス層４０を形成した後、入出力パッド１６を露呈させる開口をエッチングにて形成し、開口内にバンプ２１を形成する。その後、ガラス層４０の上面で、フォトダイオード１３に対応する箇所にマイクロレンズ２０を形成した後、スクライブライン３１に沿って、シリコンウエハ３０を切断する。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の光電変換素子が配設されたウエハ基板の上面が透明なカバープレートで被覆された固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法に関するものである。

近年、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどに用いられる固体撮像装置は、これらカメラの小型化及び高性能化に伴って、小型化及び高性能化が要求されている。また、最近では、携帯電話機や携帯型情報端末機などにも固体撮像装置が組み込まれており、小型化及び高性能化された固体撮像装置の需要が高まっている。このような固体撮像装置は、例えばセラミック製のパッケージ本体と、このパッケージ本体に設けられた開口部を覆うカバーガラス（カバープレート）とから構成されたパッケージの内部に、イメージセンサチップが収納されるパッケージタイプのものや、外部接続端子が設けられたイメージセンサチップ自体にカバーガラスを取り付けることで、イメージセンサチップの受光部を被覆（封止）するタイプなどが挙げられる（例えば特許文献１等）。
特開２００５−１３６１４３号公報

このようなカバーガラスは、パッケージ本体やイメージセンサチップに接着剤等によって固着されることで、イメージセンサチップ自体、或いはイメージセンサチップの受光部を気密保持することが一般的である。しかしながら、このように接着剤を用いてカバーガラスを固着する場合には、カバーガラスとパッケージ本体との接合面や、カバーガラスとイメージセンサチップとの接合面に生じる隙間や、カバーガラスを固着するために使用された接着剤からパッケージの内部やイメージセンサチップの受光面が配置される空間に水分が流入してしまうことがある。このように水分が流入すると、受光部の表面、或いはカバーガラスの下面に結露が発生することから、固体撮像装置の長期的な信頼性を確保することができないという問題がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、カバーガラスと基板との間の空間をなくすことで耐湿性を向上させることができるようにした固体撮像装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、複数の光電変換素子と該光電変換素子のそれぞれに接続される電極とが配設されたウエハ基板の上面を透明なカバープレートによって被覆し、前記カバープレートの上面で、前記複数の光電変換素子のそれぞれに対応する位置に凸状のマイクロレンズが形成された固体撮像装置であって、前記カバープレートは、前記ウエハ基板の側面の少なくとも一部を被覆するように形成されるとともに、前記カバープレートの上面であって、前記マイクロレンズの外周部に前記電極を露呈する開口が形成されることを特徴とする。

また、前記カバープレートと前記光電変換素子との間であって、前記光電変換素子に対応する位置に、単色、或いは多色のカラーフイルタが配設されていることを特徴とする。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子に接続される電極とが形成される素子形成領域を複数備えたウエハの上面で、前記素子形成領域の境界線となる位置に溝を形成する工程と、前記ウエハの上面で、前記複数の光電変換素子、電極及び溝を被覆するようにガラス層を形成する工程と、前記ガラス層の上面で、前記電極に対応する位置に開口を形成する工程と、前記ガラス層の上面にマイクロレンズを形成する工程と、前記ウエハを前記境界線に沿って切断することで前記素子形成領域毎に切り分ける工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数の光電変換素子と該光電変換素子のそれぞれに接続される電極とが配設されたウエハ基板の上面を透明なカバープレートによって被覆し、前記カバープレートの上面で、前記複数の光電変換素子のそれぞれに対応する位置に凸状のマイクロレンズが形成された固体撮像装置であって、前記カバープレートは、前記ウエハ基板の側面の少なくとも一部を被覆するように形成されるとともに、前記カバープレートの上面であって、前記マイクロレンズの外周部に前記電極を露呈する開口が形成されるから、光電変換素子の上面をカバープレートで覆うことで、ウエハ基板上に配設される光電変換素子の耐湿性を向上させることができる。また、電極のみを露呈することになるから、ボンディング作業を容易にすることが可能となる。

また、前記カバープレートと前記光電変換素子との間であって、前記光電変換素子に対応する位置に、単色、或いは多色のカラーフイルタが配設されているから、装置自体の小型化に寄与することができる。

図１は、本発明を実施した固体撮像装置１０の外観の構成を示す斜視図、図２は、固体撮像装置の断面図である。固体撮像装置１０は略矩形状から構成されている。この固体撮像装置１０は、ウエハ基板１２の上面に、複数のフォトダイオード（光電変換素子）１３が例えばｍ（ｍ＝２，３，・・・）×ｎ（ｎ＝２，３，・・・）のマトリクス状に形成され、これらフォトダイオード１３の上面に、遮光膜や、配線などが封止された透明な平坦化層１４が設けられている。この平坦化層１４の上部には、カラーフイルタ１５が配置されている。このカラーフイルタ１５は、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色のフイルタが、各フォトダイオード１３の上面に位置するようにマトリクス状に配置されている。この平坦化層１４の上面で、その端部には、平坦化層１４によって封止された配線と接続される入出力パッド１６が設けられている。

このウエハ基板１２の上面は、カバーガラス１７で被覆される。カバーガラス１７は、ウエハ基板１２の上面及び側面の一部を被覆し、ウエハ基板１２の上面に設けられるフォトダイオード１３の耐湿性を向上させるために設けられている。このカバーガラス１７は、ウエハ基板１２の上面に配設されている。このカバーガラス１７の側縁部は、下方に延出されており、その延出された箇所が、ウエハ基板１２の外周縁部を被覆する。これにより、カバーガラス１７によって、ウエハ基板１２の上面、及び側面の一部が被覆される。このカバーガラス１７の上面には、複数のマイクロレンズ２０がマトリクス状に配設されており、そのそれぞれのマイクロレンズ２０の光軸上にウエハ基板１２に形成されたフォトダイオード１３が位置する。また、カバーガラス１７の上面には、開口５０（図４参照）が設けられている。この開口５０は、マイクロレンズ２０の外周であって、カバーガラス１７の短手方向に沿って形成されている。この開口５０は、ウエハ基板１２の上面に固着される入出力パッド１６に対応する位置に設けられ、入出力パッド１６の上面に形成されたバンプ２１の上端部が露呈される。

このような固体撮像装置１０は、以下のようにして製造される。図３（ａ）に示すように、シリコンウエハ３０は平板状に形成され、また、例えば格子状に設定されるスクライブライン３１によって、複数の素子形成領域３２に区画されている。この複数の素子形成領域３２のそれぞれに、フォトダイオード１３を形成する。そして、シリコンウエハ３０の上面に、各フォトダイオードと接続される配線や遮蔽膜を形成し、それら上部を平坦化層１４によって封止する。この平坦化層１４の上面であって、その両端部に、平坦化層１４に封止された配線と接続される入出力パッド１６を形成した後、平坦化層１４の上面中央に、カラーフイルタ１５を固着する。これにより、フォトダイオード１３、平坦化層１４、カラーフイルタ１５が積層された状態となる。

図３（ｂ）に示すように、カラーフイルタ１５が固着されたシリコンウエハ３０の上面にレジストを塗布してレジストマスク３３を形成する。この際、スクライブライン３１及び素子形成領域３２の周縁部に跨る箇所に対してはレジストマスク３３を形成しない。その後、エッチング処理を行うことでシリコンウエハ３０の上面に、スクライブライン３１と素子形成領域３２の周縁部とに跨る溝３４が、スクライブライン３１に沿って格子状に形成される。

シリコンウエハ３０の上面に溝３４を形成した後、レジストマスク３３をシリコンウエハ３０の上面から除去する。レジストマスク３３を除去した後、例えばＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いてシリコンウエハ３０の上面にガラス層４０を形成させる。なお、このＣＶＤ装置については周知であるため、その詳細は記載しないが、例えばＳｉ，Ｏ_２を含むガスに、熱や光によってエネルギーを与えたり、高周波でプラズマ化したりすることにより、シリコンウエハ３０上にＳｉＯ_２を吸着させ堆積させる装置である。これにより、シリコンウエハ３０の上面にガラス層４０が形成され、素子形成領域３２の上面に形成されたフォトダイオード１３、平坦化層１４、カラーフイルタ１５が積層された状態で封止される（図３（ｃ）参照）。なお、ガラス層４０としては、シリコンウエハ３０と熱膨張係数が近く、また、低アルカリ溶出、低α線放出であるものが望ましい。

ＣＶＤ装置によってシリコンウエハ３０の上面に形成されるガラス層４０の上面には、シリコンウエハ３０の上面に設けられた格子状の溝３４に沿って、凹み４１が形成されている。これにより、ガラス層４０の上面をＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置を用いて研磨し、平坦化する。なお、ＣＭＰ装置自体は周知であるため、ＣＭＰ装置の構成等については、その説明を省略する。このＣＭＰ装置を使用することによって、ガラス層４０の上面が図３（ｃ）に示す点線４２の位置まで研磨され、ガラス層４０の上面が平坦化される（図３（ｄ）参照）。なお、このガラス層４０は、その厚みが２０μｍ以下となるように、ＣＭＰ装置によって研磨される。このようにガラス層４０の上面を平坦化することで後述するレジストマスク４５を塗布しやすくさせるとともに、このガラス層４０によって、シリコンウエハ３０の素子形成領域３２の上面に形成されたフォトダイオード１３や、カラーフイルタ１５等を保護することができる。

図４（ａ）に示すように、ＣＭＰ装置によってガラス層４０が研磨された後、ガラス層４０の上面にレジストマスク４５を形成する。なお、このレジストマスク４５は、ガラス層４０の上面で、入出力パッド１６に対応する箇所を除く部分に形成される。このレジストマスク４５の形成後、エッチング処理が行われ、レジストマスク４５が形成されていない箇所が除去される。これにより、ガラス層４０の上面に、入出力パッド１６に対応する箇所に開口５０が形成される（図４（ｂ）参照）。ガラス層４０の上面に開口５０が形成されることで、入出力パッド１６が開口５０を介して露呈される。このエッチング処理の後、開口５０から露呈された入出力パッド１６の上面に、例えばＡｌを用いてバンプ２１を形成する（図４（ｃ）参照）。これにより、開口５０の内部にバンプ２１が形成される。このバンプ２１の上面は、開口５０から突出する（ガラス層４０の上面から突出する）ように形成しても、ガラス層４０の上面と同一面となるように形成してもよい。

バンプ２１を形成した後、ガラス層４０の上面にマイクロレンズ２０が形成される。まず、ＣＶＤ装置を用いて、ガラス層４０の上部にＳｉＯ_２を堆積させることで、ガラス層４０の上面にマイクロレンズ作成用のガラス層５５を形成させる（図４（ｄ）参照）。その後、ＣＭＰ装置を用いて、ガラス層５５の上面を研磨し、平坦化する。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ガラス層５５の上面を平坦化した後、レジスト転写を行ってガラス層５５の上面にレジスト膜６０を塗布し、レジスト膜６０を加熱変形させる。この加熱変形によってレジスト膜６０が溶解し、レジスト膜６０の形状が、その表面張力によって略球面状となる。その後、レジスト膜６０と、ガラス層５５のエッチング速度が等しくなる条件下でレジスト膜６０と、ガラス層５５とを連続ドライエッチングする。そして、レジスト膜６０が完全に消失するまでガラス層５５をオーバーエッチングすると、略球面状のマイクロレンズ２０が形成される。このとき、バンプ２１の上面がガラス層４０の上面と同一面となるように、或いはバンプ２１の上端部がガラス層４０の上面から突出するようにエッチング処理される。最後に、シリコンウエハ３０の裏面を例えば図５（ｂ）に示す点線６５の位置まで削った後、ダイシングブレードを用いてスクライブライン３１に沿ってシリコンウエハ３０を切断し、素子形成領域３２毎に切り分ける。これにより、上面及び側面の一部がカバーガラス１７によって被覆された固体撮像装置１０が完成する。固体撮像装置１０において、ウエハ基板１２の上面及び側面の一部がカバーガラス１７によって被覆されることで、ウエハ基板１２とカバーガラス１７との間に中空空間の発生を防止できるので、固体撮像装置の耐湿性を向上させることができる。

本実施形態では、ＣＶＤ装置を用いてガラス層４０を形成しているが、これに限定する必要はなく、例えばシリコンウエハの上面にゲル状ガラス膜を作成した後、ゲル状ガラス膜の上面に熱可塑性有機平坦膜を形成し、熱可塑製遊技平坦膜と、ゲル状ガラス膜とを連続ドライエッチングすることで、ガラス層をシリコンウエハの上面に形成することも可能である。

本実施形態では、スクライブラインに沿った溝をエッチングにより形成したが、これに限定する必要はなく、例えばダイシングブレードやレーザダイジングを用いて溝を形成してもよい。

本実施形態では、ウエハ基板の上面及び側面の一部がカバーガラスによって被覆された固体撮像装置の例を取り上げたが、これに限定する必要はなく、例えばウエハ基板の上面、及び側面全てがカバーガラスによって被覆されていてもよい。この場合、シリコンウエハの裏面を溝の底面まで削るようにする。また、これに加えて、ウエハ基板の裏面もカバーガラスで覆うことも可能である。この場合、シリコンウエハの上面にガラス層を形成し、シリコンウエハの裏面をシリコンウエハの上面に設けられた溝の底面まで削った後、シリコンウエハの裏面にガラス層を形成する。シリコンウエハの裏面にガラス層を形成した後、スクライブラインに沿ってシリコンウエハを切断し、素子形成領域毎に切り分ける。これにより、固体撮像装置全体がカバーガラスによって被覆される。

本実施形態では、カバーガラスの上面に設けられる開口内にバンプを設けた実施形態としているが、入出力パッドを開口から露呈した、つまり、開口内にバンプを形成しない形態であってもよい。

本発明を用いて製造された固体撮像装置の外観形状を示す斜視図である。固体撮像装置の断面図である。固体撮像装置の製造工程の流れを示す説明図である。固体撮像装置の製造工程の流れを示す説明図である。固体撮像装置の製造工程の流れを示す説明図である。

符号の説明

１０固体撮像装置
１２ウエハ基板
１３フォトダイオード（光電変換素子）
１５カラーフイルタ
１６入出力パッド（電極）
１７カバーガラス（カバープレート）
２０マイクロレンズ
３０シリコンウエハ
３１スクライブライン
３２素子形成領域
３４溝
４０ガラス層
５０開口

Claims

複数の光電変換素子と該光電変換素子のそれぞれに接続される電極とが配設されたウエハ基板の上面を透明なカバープレートによって被覆し、前記カバープレートの上面で、前記複数の光電変換素子のそれぞれに対応する位置に凸状のマイクロレンズが形成された固体撮像装置であって、
前記カバープレートは、前記ウエハ基板の側面の少なくとも一部を被覆するように形成されるとともに、前記カバープレートの上面であって、前記マイクロレンズの外周部に前記電極を露呈する開口が形成されることを特徴とする固体撮像装置。
前記カバープレートと前記光電変換素子との間であって、前記光電変換素子に対応する位置に、単色、或いは多色のカラーフイルタが配設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。
複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子に接続される電極とが形成される素子形成領域を複数備えたウエハの上面で、前記素子形成領域の境界線となる位置に溝を形成する工程と、前記ウエハの上面で、前記複数の光電変換素子、電極及び溝を被覆するようにガラス層を形成する工程と、前記ガラス層の上面で、前記電極に対応する位置に開口を形成する工程と、前記ガラス層の上面にマイクロレンズを形成する工程と、前記ウエハを前記境界線に沿って切断することで前記素子形成領域毎に切り分ける工程と、を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。