JP2011060933A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像装置を用いたカメラユニットの外形の小型化と撮像面積の拡大とを両立できるようにする。
【解決手段】固体撮像装置１は、表面に撮像部５を有する固体撮像素子２と、固体撮像素子２における撮像部５の前方に配置された結像光学系４と、固体撮像素子２の裏面２ｂ側に配置された駆動回路１２とを含む。固体撮像素子２には、該固体撮像素子２を表裏方向に貫通する孔部２ｃが設けられており、撮像部５と駆動回路１２とは、孔部２ｃを介して引き出された配線パターン１０により電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、超小型化が求められるビデオスコープ等に用いられる固体撮像装置及びその製造方法に関する。

近年、ビデオスコープ、ムービーカメラ、デジタルスチルカメラ及び携帯電話のカメラ等に用いられる光学デバイスの小型化と高画素化の開発が進んでいる。これに加えて、これらの光学デバイスは、組み込み対象の機器が小型化することに伴って、より小さくすることが求められている。

上述の光学デバイスの一例として、ＣＣＤ（電荷結合型撮像素子）等の固体撮像素子を受光デバイスとして用いた固体撮像装置（撮像モジュール）の開発が行われている。これらの固体撮像装置は、小型カメラユニットに組み込まれることが多く、また、小型カメラユニットの先端部に設けられた筐体（ケース）の内部に組み込まれて用いられる。特に、ビデオスコープに用いられる小型カメラユニットは、僅かな隙間への挿入観察を可能とするために、筐体の先端部の外径を小さくすることが求められる。このような観点から、固体撮像装置の小型化及び受光面の小面積化が重要となる。また、低価格の小型カメラユニットを実現するには、固体撮像装置の組み立ての作業効率を向上させ、製造コストを低減することも重要な課題である。

従来、小型化を図った固体撮像装置としては、ＩＣ（集積回路）チップ又はチップ部品が実装されたフレキシブル基板等のリード部材を折り曲げて、固体撮像素子の端部上に設けられたバンプと接続する構成が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

図４に示すように、第１の従来例として、特許文献１に記載された固体撮像装置１００は、チップ部品１０１が搭載されたフレキシブル基板１０２を、固体撮像素子１０３の裏面側から受光面側に折り曲げて、該受光面側に設けられたボンディングパット部１０４と接続している。

また、小型化を図った固体撮像装置の第２の従来の例として、箱形状に折り曲げられたフレキシブル基板の内側に電子部品が実装され、さらに、フレキシブル基板の一方の底部の端子と固体撮像素子とが接続された固体撮像装置が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。このように、特許文献２に記載された固体撮像装置は、フレキシブル基板を各面が方形状の箱形状に折り曲げて、該箱形状の基板の内側に電子部品を実装するため、撮像ユニットを小型化でき、その結果、撮像ユニットの先端部の細径化及び小型化を図ることができるとしている。

また、第３の従来例である特許文献３のように、小型化を図った２次元アレイ型電磁波検出器の例として、変換回路及び駆動回路が搭載された基板の角部を除去する構成が記載されている。第３の従来例は、特にＸ線撮影装置を目的としており、Ｘ線撮影を行う被検者に筐体が接触するため、該筐体の角部に丸みを持たせる必要があり、そのため基板の各角部を除去して、筐体の小型化をも図っている。

特開平１１−２７１６４６号公報 特開２０００−２１０２５２号公報 特開２００１−２５５３７７号公報

上述したように、ビデオスコープに用いられる小型カメラユニットは、直視不能な狭所への挿入による内部確認等の用途に使用される。そこで、先端部に取り付けられたカメラユニットの鏡筒を細管化するために、受光面の縮小化が必要とされる。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載されている固体撮像装置を用いたカメラユニットの場合は、受光面に外部との電気的な接続部を設け、フレキシブル基板等によって受光面から裏面側に配線を引き回す必要があるため、有効な受光面積よりもカメラユニットの外周径が大きくなってしまうという問題がある。

また、特許文献３に記載されている２次元アレイ型電磁波検出器は、筐体の外形を小型化する手法は開示しているものの、Ｘ線撮影装置を想定しているためか、検出回路が形成された基板面から外部回路へ配線を引き出す方法については記載しておらず、本願が対象とする固体撮像装置に適用しようとすると、受光面で外部との電気的な接続を行う部位の面積が必要であり、さらには裏面側に配線を引き回す必要があり、特許文献１及び特許文献２と同様の問題が生じる。

また、特許文献１及び特許文献２においては、光学素子及び周辺回路等をまとめて小型化する技術は開示されているものの、鏡筒内に組み込まれる固体撮像素子における受光面の占有面積を縮小化する技術に関しては開示されていない。

本発明は、前記の問題に鑑み、その目的とするところは、固体撮像装置を用いたカメラユニットの外形の小型化と撮像面積の拡大とを両立できるようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、固体撮像装置を、固体撮像素子（撮像チップ）自体に孔部を設け、該孔部を介して表面側の撮像部と裏面側の回路との電気的な接続を図る構成とする。

具体的に、固体撮像装置は、表面に撮像部を有する固体撮像素子と、固体撮像素子における撮像部の前方に配置された結像光学系と、固体撮像素子の裏面側に配置された駆動回路とを備え、固体撮像素子には、該固体撮像素子を表裏方向に貫通する孔部が設けられており、撮像部と駆動回路とは、孔部を介して引き出された配線により電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の固体撮像装置によると、固体撮像素子の表面に設けられた撮像部と、固体撮像素子の裏面側に配置された駆動回路とは、孔部を介して引き出された配線により電気的に接続されている。これにより、撮像部から出力される電気信号を、固体撮像素子に設けられた孔部を介して裏面側に取り出すことができる。従って、受光面にボンディングパッドを接続する領域を設ける必要がなくなる。その上、撮像部から例えばフレキシブル基板等によって固体撮像素子の側面から裏面側に配線を引き回す必要がなくなるため、フレキシブル基板等を固体撮像素子の側面に配する空間が不要となる。その結果、撮像面積を縮小することなく、固体撮像装置を小型化することができる。

本発明の固体撮像装置において、固体撮像素子は、各角部が除去されてなる切り落とし面を有し、且つ各切り落とし面は、その幅が固体撮像素子の表面から裏面に向かって広くなるように形成されていることが好ましい。

このようにすると、例えば鏡筒を兼ねる筒状の筐体内に固体撮像装置全体を収容する際に、固体撮像素子の角部が当たらなくなる分だけ、筒状の筐体の外形を小型化することができる。さらに、固体撮像素子は各切り落とし面の幅が固体撮像素子の表面から裏面に向かって広くなるように形成されているため、固体撮像素子の撮像部と対応する部分の径よりも、その裏面部分と対応する部分の径を小さくすることができる。さらには、駆動回路を収容する部分の径をより小さくすることもできる。特に、内視鏡のように被検者の体内に挿入する場合、撮像部の筐体の径はある程度必要であるとしても、固体撮像素子の裏面部分及び駆動回路を収容する部分と対応する筐体の径が小さいだけでも、被検者への負担を軽減することができる。

本発明の固体撮像装置において、孔部は、その径が固体撮像素子の裏面から表面に向かって小さくなるように形成されていてもよい。

本発明の固体撮像装置は、結像光学系、固体撮像素子及び駆動回路を収容する筒状の筐体をさらに備えていてもよい。

この場合に、筐体は、固体撮像素子の表面部分と対応する部分の径よりも、固体撮像素子の裏面部分と対応する部分の径が小さいことが好ましい。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、表面に撮像部を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の撮像部の前方に配置された結像光学系と、固体撮像素子の裏面側に配置された駆動回路とを備えた固体撮像装置の製造方法を対象とし、固体撮像素子に対して選択的にエッチングを行って、その裏面から撮像部側に径が小さくなるように貫通する孔部を形成する工程と、孔部から固体撮像素子の裏面側に引き出され、撮像部と電気的に接続される配線を形成する工程と、駆動回路と配線とを電気的に接続する工程とを備えていることを特徴とする。

本発明の固体撮像装置の製造方法によると、固体撮像素子に対して選択的にエッチングを行って、その裏面から撮像部側に径が小さくなるように貫通する孔部を形成する工程を備えているため、本発明の固体撮像装置を確実に得ることができる。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、固体撮像素子の各角部を裏面側からエッチングすることにより、各角部にその幅が固体撮像素子の裏面から表面に向かって狭くなるように除去された切り落とし面を形成する工程をさらに備えていることが好ましい。

本発明の固体撮像装置の製造方法において、孔部を形成する工程と切り落とし面を形成する工程とは同時に行われてもよい。

本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法によると、固体撮像装置を用いたカメラユニットの外形の小型化と撮像面積の拡大とを両立することができる。

（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置を示し、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程順の模式的な断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程順の模式的な平面図である。 第１の従来例に係る固体撮像装置を示す模式的な断面図である。

（一実施形態）
本発明の一実施形態について図１を参照しながら説明する。

図１（ａ）及び（ｂ）は本実施形態に係る固体撮像装置であって、（ａ）はレンズ等の光学系を省略した正面構成を示し、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示す。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置は、固体撮像素子（撮像チップ）２における撮像面２ａの前面に配置された結像光学系４によって、前方の被写体像が撮像面２ａに結像される。固体撮像素子２の撮像面２ａには、その中心領域に受光量を映像信号に変換する撮像部５が形成され、該撮像部５の周囲には、撮像部５の映像信号を読み出すための周辺回路（図示せず）と、該周辺回路からの信号を外部に引き出す複数の電極パッド６とが形成されている。

固体撮像素子２には、その裏面２ｂから撮像面２ａに向かって径が小さくなるように貫通する複数の孔部２ｃが形成されている。各孔部２ｃの内面には、導体からなる複数の配線パターン１０が裏面２ｂ側に引き出されて形成されている。引き出された各配線パターン１０は、固体撮像素子２の裏面２ｂ側に配されたフレキシブル基板１１と電気的に接続されている。フレキシブル基板１１には、駆動回路１２が電気的に接続されて実装されており、該駆動回路１２が固体撮像素子２を駆動して映像信号を読み出す。

このように、本実施形態に係る固体撮像装置１は、固体撮像素子２の信号を、各孔部２ｃを経由して裏面２ｂ側に配置された駆動回路１２によって読み出す。このため、固体撮像素子２の撮像面２ａの上で、撮像部５と電気的な接続を取る領域が不要となる。また、固体撮像素子２の撮像面２ａから引き出した配線を、該固体撮像素子２の外側の側面を経由して、例えばフレキシブル基板等を介して裏面２ｂ側に引き出す必要がなくなる。このため、固体撮像素子２の外側部分においても余分な面積が必要なくなるので、固体撮像装置１の小型化を図ることができる。

さらに、固体撮像素子２、結像光学系４及び駆動回路１２を含む固体撮像装置１は、レンズの鏡筒を兼ねた円筒状を有する筐体１３によって外周を覆われている。ここで、固体撮像素子２は、その平面方形状の各角部に切り落とし面２ｄが形成され、且つ各切り落とし面２ｄは、撮像面２ａ側の切り落とし幅が狭く、裏面２ｂ側の切り落とし幅が広くなるように除去されている。すなわち、固体撮像素子の裏面２ｂの面積はその撮像面２ａの面積よりも小さい。固体撮像素子２の各角部を除去しない場合は、筐体１３の径を大きくしなければ固体撮像素子２を収容することができない。

本実施形態においては、固体撮像素子２の各角部を除去することにより、撮像部５の面積を変えることなく、筐体１３の径を小さくすることができる。

また、切り落とし面２ｄの切り落とし幅を裏面２ｂ側ほど広くしているため、撮像面２ａ側から裏面２ｂ側に向かって筐体１３の径をより小さくすることができる。さらに、固体撮像素子２の裏面２ｂ側に配置した駆動回路１２の外形寸法を小さくすることにより、筐体１３における固体撮像素子２の裏面２ｂ側の部分の径をさらに小さくすることができる。

なお、本実施形態においては、固体撮像素子２の裏面２ｂに、例えば、銅からなる放熱ブロック１５を接着して、固体撮像素子２の駆動によって発生する熱を放散させている。また、固体撮像素子２の撮像面２ａ側には透明接着剤を介して保護ガラス１６を接着している。保護ガラス１６を設けることにより、撮像面２ａへの微細な異物の付着を防ぐことができるため、撮像画像の劣化を防ぐことができる。

以下、前記のように構成された固体撮像装置１の製造方法について図２及び図３を参照しながら説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、シリコンウェハ２０の上部に、公知の方法により、撮像部５と該撮像部５の周囲に複数の電極パッド６を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、シリコンウェハ２０の裏面２ｂ側からシリコンウェハ２０を貫通して各電極パッド６を露出する複数の孔部２ｃを形成する。本実施形態においては、このドライエッチング工程において、孔部２ｃと同時に、各固体撮像素子２の四つの角部に切り落とし面２ｄをそれぞれ形成する。

なお、切り落とし面２ｄと孔部２ｃとは、必ずしも同一の工程で行う必要はないが、同一の工程で行った方が、生産性を高めることができる。

次に、図２（ｃ）に示すように、各孔部８の内壁及びシリコンウェハ２０の裏面２ｂに酸化シリコン等からなる絶縁膜２１を形成する。続いて、各孔部２ｃの内側の絶縁膜２１の上に、蒸着法又はめっき法等により、金属、例えば下地膜となるＴｉ／Ｃｕスパッタ膜の上にＣｕめっき膜を形成して各電極パッド６と電気的に接続する。さらに、絶縁膜２１の上に各孔部２ｃから導体膜をシリコンウェハ２０の裏面２ｂの上に引き出すように配置することにより、導体膜から複数の配線パターン１０を形成する。その後、配線パターン１０の上に、外部と電気的な接続を取るための電極端子２２を形成する。

図３（ａ）は図２（ｃ）の工程の後の平面構成を示している。

図３（ａ）に示すように、互いに隣接する固体撮像素子２の四つの角部には、シリコンウェハ２０をそれぞれ貫通する切り落とし面２ｄが形成されている。ここで、各切り落とし面２ｄは、シリコンウェハ２０の裏面からエッチングによって形成されており、さらに、撮像面（表面）側よりも裏面側の方が切り落とし面２ｄの幅が広くなるように形成されている。

続いて、図３（ｂ）に示すように、ダイシングブレード（図示せず）により、複数の固体撮像素子２が形成されたシリコンウェハ２を固体撮像素子２同士の間で切削して、各固体撮像素子２をチップ状に形成する。

以上説明したように、本実施形態の製造方法によると、シリコンウェハ２０の裏面２ｂに対してエッチングを行うことにより、該シリコンウェハ２０の裏面２ｂから撮像面２ａに向かって径が小さくなるように貫通する孔部２ｃを形成することができる。これにより、固体撮像素子２の撮像面２ａ側に形成された電極パッド６と接続する孔部２ｃの径を、裏面２ｂ側の径よりも小さくすることができる。その結果、微細な電極パッド６の寸法に対応した引き出し配線を形成することが可能となる。

同様に、固体撮像素子２の各角部に設ける切り落とし面２ｄにおいても、固体撮像素子２の裏面２ｂからエッチングにより形成するため、撮像面２ａ側の切り落とし幅を小さく、且つ裏面２ｂ側の切り落とし幅を大きくすることができる。これにより、固体撮像装置１として、撮像面２ａに必要な面積を確保しつつ、裏面２ｂ側の外径寸法を縮小することができる。

その上、本実施形態においては、各孔部２ｃの形成と切り落とし面２ｄの形成とを、同一のエッチングプロセスで行っているため、生産効率を高めることが可能である。

なお、シリコンウェハ２０に対するエッチングにドライエッチングを用いたが、要求される加工精度によっては、ウェットエッチングによって孔部２ｃの加工及び切り落とし面２ｄの加工を行うことも可能である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態には限定されない。すなわち、図示した実施形態に対して、本発明と同一の範囲内において又は均等の範囲内において、種々の修正若しくは変形を加えることが可能である。

本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法は、該固体撮像装置を含むカメラユニットの外形の小型化と撮像面積の拡大とを両立することができ、特に、超小型化が求められるビデオスコープ等に用いられる固体撮像装置及びその製造方法等に有用である。

１ 固体撮像装置
２ 固体撮像素子
２ａ 撮像面
２ｂ 裏面
２ｃ 孔部
２ｄ 切り落とし面
４ 結像光学系
５ 撮像部
６ 電極パッド
１０ 配線パターン
１１ フレキシブル基板
１２ 駆動回路
１３ 筐体
１５ 放熱ブロック
１６ 保護ガラス
２０ シリコンウェハ
２１ 絶縁膜
２２ 電極端子

Claims (8)

1. 表面に撮像部を有する固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子における前記撮像部の前方に配置された結像光学系と、
   前記固体撮像素子の裏面側に配置された駆動回路とを備え、
   前記固体撮像素子には、該固体撮像素子を表裏方向に貫通する孔部が設けられており、
   前記撮像部と前記駆動回路とは、前記孔部を介して引き出された配線により電気的に接続されていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記固体撮像素子は、各角部が除去されてなる切り落とし面を有し、且つ各切り落とし面は、その幅が前記固体撮像素子の表面から裏面に向かって広くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記孔部は、その径が前記固体撮像素子の裏面から表面に向かって小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
4. 前記結像光学系、固体撮像素子及び駆動回路を収容する筒状の筐体をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記筐体は、前記固体撮像素子の表面部分と対応する部分の径よりも、前記固体撮像素子の裏面部分と対応する部分の径が小さいことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 表面に撮像部を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の撮像部の前方に配置された結像光学系と、前記固体撮像素子の裏面側に配置された駆動回路とを備えた固体撮像装置の製造方法であって、
   前記固体撮像素子に対して選択的にエッチングを行って、その裏面から前記撮像部側に径が小さくなるように貫通する孔部を形成する工程と、
   前記孔部から前記固体撮像素子の裏面側に引き出され、前記撮像部と電気的に接続される配線を形成する工程と、
   前記駆動回路と前記配線とを電気的に接続する工程とを備えていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
7. 前記固体撮像素子の各角部を裏面側からエッチングすることにより、各角部にその幅が前記固体撮像素子の裏面から表面に向かって狭くなるように除去された切り落とし面を形成する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 前記孔部を形成する工程と前記切り落とし面を形成する工程とは、同時に行われることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。

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