JP2010087081A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
搬送性が良く破損やウェーハへのダメージが発生しない、ウェーハレベルで容易に一括製造可能な固体撮像装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】
固体撮像素子ウェーハ１２上に固体撮像素子３を形成する工程と、スペーサ５を形成する工程と、光透過性保護部材１０をハーフダイシングする工程と、スペーサ５を介して固体撮像素子ウェーハ１２を光透過性保護部材１０と接合する工程と、加工溝１１へ保護材１７を充填して硬化させる工程と、光透過性保護部材１０を個々の固体撮像装置の大きさに分割するまで除去する工程と、保護層１４を除去する工程と、光透過性保護部材１０と接合された固体撮像素子ウェーハ１２を個片化する工程と、により固体撮像装置１を製造する。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像素子ウェーハと光透過性部材とをウェーハを介して接合し、個々のチップに分割されることにより製造される固体撮像装置の製造方法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、量産化、薄型化が要求されている。

このような要求から、固体撮像装置の小型化、量産化、薄型化を図るため、多数の固体撮像素子の受光部が形成されたウェーハとガラス等の光透過性部材とを、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。）。

このような固体撮像装置では、いずれも光透過性部材と多数の枠状のスペーサで固体撮像素子の受光部がウェーハレベルで一括して気密封止されている。
特開２００１−３５１９９７号公報 特開２００４−８８０８２号公報

しかし、このような固体撮像装置では薄型化のために光透過性部材を極薄化すると、たわみの発生や剛性の低下による破損の発生により、搬送やスペーサの形成等が困難になるとともにプロセスの構築が困難となる。特に量産化のためにウェーハ外径を８インチ以上にした大面積なものでは影響が顕著となり難易度が上がる。

本発明はこのような問題に対してなされたものであり、極薄の光透過性部材が使用された固体撮像装置おいて、搬送性が良く破損やウェーハへのダメージが発生しない、ウェーハレベルで容易に一括製造可能な固体撮像装置の製造方法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、請求項１に記載の発明は、ウェーハ上に固体撮像素子を形成するウェーハ形成工程と、光透過性部材の一方の面にウェーハ上に形成された固体撮像素子を囲う形状にスペーサを形成するスペーサ形成工程と、前記光透過性部材の前記スペーサが形成された面の前記スペーサ間へ前記光透過性部材の中間まで加工溝を形成する加工溝形成工程と、前記スペーサを介して前記ウェーハを前記光透過性部材と接合するウェーハ接合工程と、前記加工溝へ液状樹脂素材による保護材を充填して硬化させる保護層形成工程と、前記加工溝形成工程で形成された前記加工溝の底部に達するまで前記光透過性部材の他方の面を除去する光透過性部材除去工程と、前記保護層を除去する保護層除去工程と、前記スペーサを介して前記光透過性部材と接合された前記ウェーハを個片化する切断工程と、を行うことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、ウェーハ上に既知の手法により固体撮像素子が形成される。十分な剛性を有するように厚みを持つ光透過性部材は、ウェーハ上の固体撮像素子の位置に合わせ、固体撮像素子を囲むようにスペーサが一方の面に形成される。スペーサが形成された光透過性部材は、ハーフカットダイシング、サンドブラスト、またはエッチング等の方法によりスペーサが形成された一方の面のスペーサの間を光透過性部材の中間まで加工溝が形成される。

加工溝が形成された光透過性部材のスペーサには固体撮像素子の位置に合わせてウェーハが接合される。光透過性部材とウェーハとを接合した後、加工溝内には液状樹脂素材による保護材が充填されるとともに硬化されて保護層が形成される。この状態でスペーサが形成されている側と反対の面である他方の面より加工溝の底部に達するまで均一に光透過性部材が除去されて光透過性部材を個々の固体撮像装置の大きさに分割する。

分割後、保護層が溶剤等により除去される。保護層が除去された後、スペーサを介して光透過性部材と接合されたウェーハがダイシング装置により切断個片化される。

これにより、ウェーハ上の固体撮像素子やパッドなどの各要素が光透過性部材とスペーサにより封止されるとともに保護層により覆われた状態で光透過性部材の薄化が行われるので、ウェーハへのダメージが発生せず、光透過性部材の薄化後もウェーハに接合済みなので搬送性が良く破損が発生しない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記保護層形成工程では、前記スペーサを介して接合された前記光透過性部材と前記ウェーハとの周縁部まで前記保護材を充填して前記保護層を形成することを特徴としている。

請求項２によれば、接合後の光透過性部材とウェーハとへ保護材を充填するとともに、光透過性部材とウェーハとの周縁部まで保護材が充填されて保護層が形成される。

これにより、光透過性部材を除去する際にウェーハ表面が確実に保護され、ウェーハ上に形成された固体撮像素子やパッドなどの各部にダメージを発生させることが無くなる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記光透過性部材除去工程はウェットエッチングまたは研磨により行われることを特徴としている。

請求項３によれば、光透過性部材がウェットエッチングまたはスラリー等を使用した研磨により均一かつ平滑に除去されて個々の固体撮像装置の大きさに分割される。

請求項４に記載の発明は、請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の発明において、前記保護層形成工程では、前記スペーサを介して前記光透過性部材と接合された前記ウェーハをチャンバー内に設けられた容器内で前記保護材の中に浸漬し、前記チャンバー内部を真空状態として前記加工溝内の空気を前記保護材と気液置換することで前記保護材を前記加工溝へ充填することを特徴としている。

請求項４によれば、スペーサを介して接合されたウェーハと光透過性部材は、チャンバー内に設けられた容器内で液状樹脂素材による保護材に浸漬される。接合されたウェーハと光透過性部材とが浸漬された後にチャンバー内部が真空状態される。これにより、加工溝内のエアが保護材と気液置換されて保護材が加工溝へ充填されるとともにウェーハ端部まで保護材が残る。液状樹脂素材による保護部材は紫外線硬化、加熱硬化、または経時硬化可能な樹脂であり、充填後硬化されることでウェーハ表面の保護を行う。

請求項５に記載の発明は、請求項１、２、３、または４のいずれか１項に記載の発明において、前記スペーサは前記ウェーハ上の前記固体撮像素子が形成された領域よりも広く形成されていることを特徴としている。

請求項５によれば、固体撮像素子が形成されているウェーハ上の領域よりも広くなるように光透過性部材の一方の面にスペーサが形成される。これにより、スペーサを介して接合されたウェーハと光透過性部材との周縁部近傍に利用されないダミー領域が形成され、固体撮像素子が形成されているウェーハ中央部が保護材により確実に覆われて保護される。

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、保護層により覆われた状態で光透過性部材の薄化が行われるのでウェーハへのダメージが発生せず、光透過性部材の薄化後もウェーハに接合済みなので搬送性が良く破損が発生させることなく固体撮像装置を製造することが可能となる。

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説明する。まず本発明に係わる固体撮像装置の製造方法により製造される固体撮像装置の構成について説明する。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１は、固体撮像素子３が設けられた固体撮像素子チップ２、固体撮像素子チップ２に取り付けられ固体撮像素子３を取り囲む枠形状のスペーサ５、及びスペーサ５の上に取り付けられて固体撮像素子３を封止するカバーガラス４から構成されている。

固体撮像素子チップ２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４は同じく後述する光透過性部材が分割されたものである。

固体撮像素子チップ２は、図２に示すように、矩形のチップ基板２Ａと、このチップ基板２Ａ上に形成された固体撮像素子３と、固体撮像素子３の外側に複数個配列され外部との配線を行うためのパッド（電極）６とからなっている。チップ基板２Ａの材質は、例えばシリコン単結晶が用いられ、シリコン単結晶により形成されたウェーハ上に多数の固体撮像素子３やパッド６等が形成されることで固体撮像素子ウェーハを構成する。

固体撮像素子３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３は、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３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３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。

カバーガラス４は、熱膨張係数がシリコンに近い透明ガラスや低α線ガラス、例えば、「パイレックス（登録商標）ガラス」等が用いられる。スペーサ５は、無機材料で、チップ基板２Ａ及びカバーガラス４と熱膨張係数等の物性が類似した材質が望ましいため、例えば多結晶シリコンが用いられる。このスペーサ５は、一方の端面でチップ基板２Ａに接着剤７を用いて接合され、他方の端面でカバーガラス４に接着剤８を用いて接合されている。

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は本発明に係わる製造方法の手順を説明する側面図、図４は固体撮像装置の製造方法の手順を示したフロー図である。

まず、本発明に係わる固体撮像装置の製造方法では、シリコン単結晶等により形成されたウェーハ上に図１に示す固体撮像素子３やパッド６等が多数形成される（図４に示すステップＳ１）。

固体撮像素子３やパッド６等の製造には、一般的な半導体素子製造工程が適用される。

続いて、スペーサ形成工程として図３（ａ）に示すように、光透過性部材１０に対してスペーサ５が形成される。（ステップＳ２）。

光透過性部材１０は、透明、又は半透明であって、線膨張係数が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、厚みが０．３ｍｍ以上であって線熱膨張係数は３ｐｐｍ／℃以上４ｐｐｍ／℃以下の物が好適に使用される。

スペーサ５は固体撮像素子ウェーハ上の固体撮像素子３が形成された領域よりも広くなるように光透過性部材１０の一方の面に形成され、固体撮像素子ウェーハと光透過性部材との周縁部近傍に利用されないダミー領域を形成する。

スペーサ５は、フォトリソグラフィを用いたエッチング法により光透過性部材１０に貼着されたシリコン基板をレジストのパターンニングとドライエッチングにより形成される。または事前にスペーサ５の形状に形成されたものを光透過性部材１０へ接着するなど、効率的且つ高精度に枠状のスペーサ５を形成可能であればいずれの方法でもよい。

続いて、加工溝形成工程として図３（ｂ）に示すように、光透過性部材１０のスペーサ５が形成された面のスペーサ５の間がダイシング装置により光透過性部材１０の中間までハーフカットダイシングされ、加工溝１１が形成される（ステップＳ３）。

ハーフカットダイシングでは、スペーサ５の間隔よりも０．０５ｍｍ程度の薄い厚みのダイシングブレードにより、例えば厚さ０．３ｍｍの光透過性部材１０を使用した場合、深さ０．１５ｍｍ程度の深さまで加工溝１１が形成される。

なお、本実施の形態ではハーフカットダイシングにより加工溝１１を形成しているが、本発明はこれに限らず、スクリーン印刷やフォトリソグラフィなどでマスキングされたものをサンドブラストする、またはエッチング等の方法により加工溝１１を形成しても好適に実施可能である。

続いて、ウェーハ接合工程として図３（ｃ）に示すように、固体撮像素子ウェーハ１２上に形成された固体撮像素子３の位置に合わせて固体撮像素子ウェーハ１２がスペーサ５を介して光透過性部材１０と接合される（ステップＳ４）。

固体撮像素子ウェーハ１２の接合では、スペーサ５上に経時硬化タイプの接着剤を転写した上で固体撮像素子ウェーハ１２上の固体撮像素子３がスペーサ５に囲まれるように位置が合わされ、接着剤が完全に硬化するまで加圧密着状態を維持して接合される。

このとき、光透過性部材１０の一方の面のスペーサ５が形成されている領域は固体撮像素子ウェーハ１２上の固体撮像素子３形成された形成された領域よりも広くなるように形成されており、図５に示すように固体撮像素子ウェーハ１２と光透過性部材１０との周縁部近傍に固体撮像装置１として利用されないダミー領域１３が形成される。

続いて、保護層形成工程として図３（ｄ）に示すように、加工溝１１内に液状樹脂素材による保護材が充填されるとともに硬化されて保護層１４が形成される。（ステップＳ５）。

保護材の充填では、まず図６（ａ）に示すように接合された固体撮像素子ウェーハ１２と光透過性部材１０とをチャンバー１５内の容器１６内に収納する。続いて図６（ｂ）に示すように容器１６内にＵＶ硬化、加熱硬化、経時硬化可能な液状樹脂素材である保護材１７を満たして接合された固体撮像素子ウェーハ１２と光透過性部材１０とを保護材１７に浸漬する。続いて図６（ｃ）に示すようにバルブ１８よりチャンバー１５内のエアを排出して真空引きすることで加工溝１１内のエアが保護材１７と気液置換されて保護材１７が加工溝１１へ充填される。充填後に保護材１７は硬化されて保護層１４が形成される。このとき、保護層１４は図７に示すようにダミー領域１３まで充填された保護材１７により接合された固体撮像素子ウェーハ１２と光透過性部材１０との周縁部まで形成される。

なお、本実施の形態では、保護層１４は保護材１７を気液置換することで加工溝１１へ充填して硬化させて形成しているが、本発明はこれに限らず、固体撮像素子ウェーハ１２と接合する前の光透過性部材１０の加工溝１１とダミー領域１３に対しディスペンサー等により保護材１７を充填し、充填後に固体撮像素子ウェーハ１２と光透過性部材１０とを接合してから保護材１７を硬化させて保護層１４を形成してもよい。

続いて、光透過性部材除去工程として図３（ｅ）に示すように、加工溝１１の底部に達するまで光透過性部材１０をスペーサ５が形成されている側と反対の他方の面より除去して光透過性部材１０を個々のカバーガラス４の大きさに分割する（ステップＳ６）。

光透過性部材１０の除去ではウェットエッチングまたは研磨等の方法により加工溝１１の底部に達するまで除去が行われる。

ウェットエッチングではフッ酸等によるエッチング液に保護層１４が形成されている接合された固体撮像素子ウェーハ１２と光透過性部材１０とを浸漬することにより行われる。エッチングは光透過性部材１０の表面が加工溝１１の底部に達し、光透過性部材１０が個々のカバーガラス４の大きさに分割され、厚さが０．１ｍｍ程度となるまで行われる。

ウェットエッチングでは光透過性部材１０表面の平滑性（光透過性）が損なわれないようにエッチングレートが５μｍ／ｍｉｎ以下となるように行うことが好ましい。また、ケミカル反応により表面が荒れてしまうため、ウェットエッチングの最後に仕上げとして濃度の低いエッチング液に交換して低速レートのエッチングでの反応または機械研磨ポリッシングを行うのが好ましい。また、固体撮像素子ウェーハ１２の電気特性やモジュールなどへの組み立て性に影響が有る場合は、予め固体撮像素子ウェーハ１２側をマスキングした上でエッシング液に浸漬してもよい。

更に、ウェットエッチングによる光透過性部材１０の除去では複数枚を同時にエッチング液に浸漬することで１枚あたりの処理時間を短縮し、生産性の向上を図ることが可能となる。

研磨ではラッピングやポリッシング等の機械研磨により光透過性部材１０のスペーサ５が形成されている側とは反対の面が除去される。研磨は光透過性部材１０の表面が加工溝１１の底部に達し、光透過性部材１０が個々のカバーガラス４の大きさに分割され、厚さが０．１ｍｍ程度となるまで行われる。また、ウェットエッチングの場合と同様に光透過性部材１０表面の平滑性（光透過性）が損なわれぬよう、砥粒の粒度などの研磨条件を使用される光透過性部材１０の素材に合わせ最適化する。

これらにより、光透過性部材１０が個々のカバーガラス４に分割されるとともに、保護層１４により覆われた状態で光透過性部材１０の薄化が行われるので固体撮像素子ウェーハ１２上の各素子へのダメージが発生せず、光透過性部材１０の薄化後も固体撮像素子ウェーハ１２に接合済みなので搬送性が良く破損が発生させることない。また、研磨においてはカバーガラス４のエッジに保護層１４が存在する状態で研磨が行われるのでカバーガラス４のエッジに研磨ダレが発生せず、高い品質を維持することが可能となる。

続いて、保護層除去工程として図３（ｆ）に示すように、保護層１４が固体撮像素子ウェーハ１２上より除去される（ステップＳ７）。

保護層１４の除去は、保護層１４に溶剤を塗布する、または固体撮像素子ウェーハ１２を保護層１４にのみ反応する溶剤に浸漬するなどの方法により行われる。これにより、個々のカバーガラス４に分割された光透過性部材１０と固体撮像素子ウェーハ１２とのみが接合された状態となる。

続いて、切断工程として図３（ｇ）に示すように、スペーサ５を介して個々のカバーガラス４に分割された光透過性部材１０と接合された固体撮像素子ウェーハ１２がダイシング装置により個々の固体撮像素子チップ２切断される（ステップＳ８）。

固体撮像素子ウェーハ１２が個々の固体撮像素子チップ２に分割されることにより多数の固体撮像装置１が一括で製造される。

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によれば、光透過性部材に形成された加工溝と周縁部が保護層により覆われた状態で光透過性部材の薄化が行われるのでウェーハへのダメージが発生せず、研磨により薄化される場合は研磨ダレが発生しない。光透過性部材の薄化後もウェーハに接合済みなので搬送性が良く破損が発生させることなく固体撮像装置を製造することが可能となる。

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。 製造方法の手順を説明する側面図。 固体撮像装置の製造方法の手順を示したフロー図。 接合された固体撮像素子ウェーハと光透過性部材とを示した平面図。 保護材を充填する手順を説明する側面図。 保護剤が充填された固体撮像素子ウェーハと光透過性部材とを示した平面図。

符号の説明

１…固体撮像装置，２…固体撮像素子チップ，３…固体撮像素子，４…カバーガラス，５…スペーサ，６…パッド，１０…光透過性部材，１１・・・加工溝，１２…固体撮像素子ウェーハ，１３…ダミー領域，１４…保護層，１５…チャンバー，１６…容器，１７…保護材，１８…バルブ

Claims (5)

1. ウェーハ上に固体撮像素子を形成するウェーハ形成工程と、
   光透過性部材の一方の面にウェーハ上に形成された固体撮像素子を囲う形状にスペーサを形成するスペーサ形成工程と、
   前記光透過性部材の前記スペーサが形成された面の前記スペーサ間へ前記光透過性部材の中間まで加工溝を形成する加工溝形成工程と、
   前記スペーサを介して前記ウェーハを前記光透過性部材と接合するウェーハ接合工程と、
   前記加工溝へ液状樹脂素材による保護材を充填して硬化させる保護層形成工程と、
   前記加工溝形成工程で形成された前記加工溝の底部に達するまで前記光透過性部材の他方の面を除去する光透過性部材除去工程と、
   前記保護層を除去する保護層除去工程と、
   前記スペーサを介して前記光透過性部材と接合された前記ウェーハを個片化する切断工程と、を行うことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 前記保護層形成工程では、前記スペーサを介して接合された前記光透過性部材と前記ウェーハとの周縁部まで前記保護材を充填して前記保護層を形成す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. 前記光透過性部材除去工程はウェットエッチングまたは研磨により行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 前記保護層形成工程では、前記スペーサを介して前記光透過性部材と接合された前記ウェーハをチャンバー内に設けられた容器内で前記保護材の中に浸漬し、前記チャンバー内部を真空状態として前記加工溝内の空気を前記保護材と気液置換することで前記保護材を前記加工溝へ充填することを特徴とする請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 前記スペーサは前記ウェーハ上の前記固体撮像素子が形成された領域よりも広く形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、または４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。

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