JP2012174738A

JP2012174738A - 固体撮像装置およびその製造方法

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Publication number: JP2012174738A
Application number: JP2011032628A
Authority: JP
Inventors: Koji Tsuzuki; 幸司都築; Takanori Suzuki; 隆典鈴木; Hisatane Komori; 久種小森; 智 ▲濱▼▲崎▼; Satoshi Hamazaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-09-10
Anticipated expiration: 2031-02-17
Also published as: US8698938B2; JP5818455B2; CN102646647A; US20120212637A1; CN102646647B

Abstract

【課題】固体撮像装置の画素領域へ到達する不要な光を低減しつつ、固体撮像装置を小型化するための技術を提供することを目的とする。
【解決手段】画素領域を含む主面を有する半導体チップと、画素領域を囲むように半導体チップの主面に配置された凸部と、画素領域を覆う位置に配置された光透過性を有するカバー部材と、半導体チップとカバー部材との間に内部空間が形成されるように画素領域を囲み、カバー部材と凸部とを接着する接着剤とを備える固体撮像装置が提供される。凸部は上面と空間に面した側面である第１側面とを有し、上面と第１側面とによって第１稜線が形成され、接着剤は凸部の上面とカバー部材とを接着し、接着剤は内部空間に面した第１面を有し、第１面は第１稜線からカバー部材へ向かって延び、主面に平行な面における内部空間の外周は、凸部の上面からカバー部材へ向かうにつれて短くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は固体撮像装置およびその製造方法に関する。

近年、デジタルカメラや携帯電話の小型化や薄型化に伴い、さらに小型で薄型の固体撮像装置のニーズが高まっている。そこで、特許文献１は、光透過性を有するカバー部材を固体撮像素子チップ上に直接固定し、画素領域を気密に封止した固体撮像装置を提案する。固体撮像素子チップとカバー部材との固定には、安価であり取扱いが容易な液状の接着剤を用いられている。液状の接着剤でカバー部材と固体撮像素子チップとを直接接着した場合に、固体撮像素子チップの表面で接着剤が濡れ広がる。そこで、固体撮像素子チップの画素領域へ接着剤が流れ込まないように、画素領域からある程度離れた位置に接着剤を塗布する必要があり、固体撮像装置の大型化につながる。特許文献２では、画素領域の周囲を土手部で囲むことによって、ＣＣＤチップとシールカバーとを接着する接着樹脂が画素領域へ入り込むことを抑制する。それにより、固体撮像装置の小型化を図っている。

特開２００５−１３６１４４号公報特開２００３−９２３９４号公報

特許文献２に記載された固体撮像装置では接着樹脂が土手部の外側に位置しているため、固体撮像装置の小型化が十分に実現されていない。また、後述するように、接着剤の形状によっては、接着剤で反射した不要な光が画素領域へ到達してしまい、固体撮像装置で得られる画質が低下してしまう。そこで、本発明の１つの側面は、固体撮像装置の画素領域へ到達する不要な光を低減しつつ、固体撮像装置を小型化するための技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の１つの側面における固体撮像装置は、画素領域を含む主面を有する半導体チップと、前記画素領域を囲むように前記半導体チップの前記主面に配置された凸部と、前記画素領域を覆う位置に配置された光透過性を有するカバー部材と、前記半導体チップと前記カバー部材との間に内部空間が形成されるように前記画素領域を囲み、前記カバー部材と前記凸部とを接着する接着剤とを備え、前記凸部は上面と前記空間に面した側面である第１側面とを有し、前記上面と前記第１側面とによって第１稜線が形成され、前記接着剤は前記凸部の前記上面と前記カバー部材とを接着し、前記接着剤は前記内部空間に面した第１面を有し、前記第１面は前記第１稜線から前記カバー部材へ向かって延び、前記主面に平行な面における前記内部空間の外周は、前記凸部の上面から前記カバー部材へ向かうにつれて短くなることを特徴とする。

上記手段により、固体撮像装置の画素領域へ到達する不要な光を低減しつつ、固体撮像装置を小型化するための技術が提供される。

本発明の実施形態による固体撮像装置１００の構成例を説明する図。本発明の実施形態による固体撮像装置１００の構成例を説明する図。比較例の固体撮像装置３００の構成を説明する図。本発明の実施形態による固体撮像装置１００の製造方法例を説明する図。本発明の実施形態による固体撮像装置１００の変形例を説明する図。本発明の実施形態による固体撮像装置６００の構成例を説明する図。本発明の実施形態によるパッケージ７００の構成例を説明する図。

添付の図面を参照しつつ以下に本発明の実施形態について説明する。まず、１つの実施形態による固体撮像装置１００の構成例を図１および図２を用いて説明する。図１（ａ）は固体撮像装置１００の断面図であり、図１（ｂ）は固体撮像装置１００の平面図である。図２は図１（ａ）において点線で囲んだ領域Ａの拡大図である。図１に示す実施形態によれば、固体撮像装置１００は半導体チップ１１０、カバー部材１２０、凸部１３０、および接着剤１４０を備えうる。

半導体チップ１１０は主面１１１を有し、主面１１１は一部に画素領域１１２を含む。画素領域１１２には画素を構成する複数の受光素子（不図示）が形成されている。半導体チップ１１０は例えば受光素子として光電変換素子を有するＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサでありうる。半導体チップ１１０は主面１１１にマイクロレンズ１１３および外部接続用の端子１１４をさらに有しうる。マイクロレンズ１１３は画素領域１１２を覆う位置に配置され、固体撮像装置１００への入射光をそれぞれの画素に集光する。端子１１４は受光素子からの信号を外部へ出力するか、外部からの信号を入力するために用いられる。半導体チップ１１０は画素領域１１２とマイクロレンズ１１３との間にカラーフィルタ（不図示）と、カラーフィルタの上に配置された平坦化膜（不図示）とをさらに有してもよい。

カバー部材１２０は光透過性を有しており、半導体チップ１１０の上方にあり、且つ画素領域１１２を覆う位置に配置される。カバー部材１２０の材料として例えばガラス、樹脂、水晶などを用いうる。カバー部材１２０はその表面（半導体チップ１１０とは反対側の面）や裏面（半導体チップ１１０側の面）に反射防止コートやＩＲコートを有してもよい。これにより、カバー部材１２０の光学特性がより良好になりうる。

凸部１３０は半導体チップ１１０から突出するように半導体チップ１１０の主面１１１に配置される。凸部１３０は半導体チップ１１０に対して固定されている。図１（ｂ）ではカバー部材１２０を通して視認されうるマイクロレンズ１１３および凸部１３０が参考のために点線で示される。図１（ｂ）に示されるように、凸部１３０は画素領域１１２を囲むように半導体チップ１１０の主面１１１に配置される。凸部１３０の材料として例えば感光性樹脂を用いうる。図２に示されるように、凸部１３０は画素領域１１２に近い方の側面１３１（第１側面）と、画素領域１１２から遠い方の側面１３２（第２側面）と、上面１３３とを有する。側面１３１と上面１３３とによって稜線１３４（第１稜線）が形成され、側面１３２と上面１３３とによって稜線１３５（第２稜線）が形成される。

接着剤１４０は、カバー部材１２０と半導体チップ１１０とを接着する。具体的には、接着剤１４０はカバー部材１２０に接着するとともに、凸部１３０の上面１３３、側面１３２、および半導体チップ１１０の主面１１１の一部である側面１３２の周辺の領域１３６に接着する。図１（ｂ）に示されるように、接着剤１４０も画素領域１１２を囲んでおり、接着剤はカバー部材１２０と凸部１３０とを全周的に接着する。全周的に接着することによって、半導体チップ１１０とカバー部材１２０との間に気密となる内部空間１５０が形成されうる。内部空間１５０は半導体チップ１１０、カバー部材１２０、凸部１３０、および接着剤１４０で囲まれた空間として規定されうる。本実施形態の固体撮像装置１００によれば、凸部１３０の側面１３１は内部空間１５０に面している。また、凸部１３０の側面１３１も内部空間１５０に面している。一方で、凸部１３０の側面１３２および上面１３３は内部空間１５０に面しておらず、接着剤１４０で覆われる。

接着剤１４０のうち内部空間１５０に面した面を面１４１（第１面）とよぶ。面１４１は凸部１３０の稜線１３４からカバー部材１２０へ延びる。接着剤１４０の面１４１は稜線１３４からカバー部材１２０へ向かうにつれて、内部空間１５０を狭めるように濡れ広がっている。その結果として、主面１１１に平行な面における内部空間１５０の外周は、稜線１３４、すなわち凸部の上面からカバー部材１２０へ向かうにつれて短くなる。図１（ａ）の矢印１６０は内部空間１５０の外周を主面１１１に平行な方向から見た状態を表す。

続いて、図３に記載された比較例と対比することによって、図１に記載された固体撮像装置１００の利点を説明する。図３は比較例としての固体撮像装置３００のうち、図２に対応する部分の拡大図である。固体撮像装置１００と固体撮像装置３００との間で共通する構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。固体撮像装置３００では半導体チップ１１０上に凸部を配置することなく、半導体チップ１１０とカバー部材１２０とが接着剤３４０で接着されている。

接着剤３４０のうち内部空間１５０に面した面を面３４１とよぶ。面３４１は半導体チップ１１０とカバー部材１２０との中間付近に最もくびれた部分３４１ａを有する。面３４１はさらに、部分３４１ａから半導体チップ１１０へ延びる領域３４１ｂと部分３４１ａからカバー部材１２０へ延びる領域３４１ｃとを有する。接着剤３４０の濡れ性に起因して、領域３４１ｂ、３４１ｃはどちらも内部空間１５０を狭めるように濡れ広がる。その結果として、領域３４１ｂは上弦の（半導体チップ１１０方向へ凸の）弧形状を有し、領域３４１ｃは下弦の（カバー部材１２０方向へ凸の）弧形状を有する。

図３において矢印３０１で示すように、固体撮像装置３００への入射光の一部は、カバー部材１２０を透過して接着剤３４０の領域３４１ｂへ到達する。領域３４１ｂへ到達した光は面３４１で反射し、反射光は矢印３０２で示すように画素領域１１２へ向かう。このように画素領域１１２へ到達した反射光は固体撮像装置３００で得られる画質を低下させうる。接着剤３４０を画素領域１１２から遠ざければ画素領域１１２へ向かう反射光の量は低減しうるが、固体撮像装置の大きさが大きくなる。また、たとえ接着剤３４０を画素領域１１２から遠ざけたとしても、領域３４１ｂは上弦の弧形状を有するため、何らかの反射光が画素領域１１２へ到達しうる。

一方、図２に示すように、固体撮像装置１００の接着剤１４０の面１４１は下弦の弧形状を有しており、上弦の弧形状を有する領域を含まない。従って、固体撮像装置１００では、固体撮像装置３００と比較して、画素領域１１２へ向かう接着剤１４０での反射光の量が低減されうる。ここでは、凸部１３０の側面１３１が半導体チップ１１０の主面１１１に直交するため、凸部１３０の側面１３１で反射して画素領域１１２へ向かう反射光の量は固体撮像装置１００の領域３４１ｂでの反射光に比べて少なくなる。その結果として、固体撮像装置１００では固体撮像装置３００と比較して画質が向上しうる。また、固体撮像装置１００では、固体撮像装置３００と比較して、接着剤１４０を画素領域１１２の近くに配置することができるため、固体撮像装置１００を小型化することが可能になる。

続いて、図４を用いて固体撮像装置１００の製造方法の一例を説明する。まず、図４（ａ）に示されるように、複数の受光素子が形成された画素領域１１２を有する半導体チップ１１０を準備する。図４（ａ）では複数の半導体チップ１１０が連結されており、ダイシング・ライン４０１により個別の半導体チップ１１０の区画に分かれる。

次に、図４（ｂ）に示されるように、画素領域１１２を囲むように半導体チップ１１０の主面１１１に凸部１３０を形成する。凸部１３０は、半導体チップ１１０の主面１１１上にスピンコート等によって感光性樹脂を塗布した後に、露光パターニングを行うことによって形成されうる。または、予めシート状に作成された感光性シートを主面１１１上に貼り付けて、露光パターニングを行って凸部１３０を形成してもよい。図１を用いて説明したように、凸部１３０は画素領域１１２を全周的に囲む。露光パターニングによって凸部１３０を形成することによって、凸部１３０の側面１３１と上面１３３とは直交する稜線１３４を形成しうる。

次に、図４（ｃ）に示されるように、半導体チップ１１０の主面１１１のうち、凸部１３０の外側（画素領域１１２とは反対側）の領域４０２に接着剤１４０を塗布する。接着剤１４０は凸部１３０の上面１３３の一部と領域４０２との両方に塗布されてもよい。図１を用いて説明したように、接着剤１４０は凸部１３０を全周的に囲むように塗布される。しかし、接着剤１４０は一部塗布されなくてもよい。カバー部材１２０の取り付け後に全周的に囲むように配置さればよい。画素領域１１２への侵入を防止するために、接着剤１４０は凸部１３０の内側（画素領域１１２側）には塗布されない。

接着剤１４０は、公知のディスペンサーや印刷法によって塗布しうる。接着剤１４０の材料として、未硬化の状態で流動性を有する熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を用いることができる。特に速硬化性に優れた光硬化性樹脂を用いることによって、接着剤１４０の流動性を抑制しうる。また、接着剤１４０の材料として光硬化性樹脂を用いることによって、工数を低減しうる。また、後述の堰止め性をより歩留よく実施するために、接着剤１４０の材料として流動性の少ない樹脂を用いうる。例えば、粘度が１００００ｍＰａ・ｓ以上である樹脂を接着剤１４０の材料として用いうる。このような粘度は、樹脂の平均分子量を高分子側にすることによって実現されうる。また、接着剤１４０が酸化物フィラーや金属フィラー等の無機フィラーを含む場合に、接着剤１４０の面１４１に無機フィラーが析出することがある。この場合、無機フィラーで光が散乱してしまい、画素領域１１２へ不要な散乱光が入射してしまう場合がある。そこで、接着剤１４０は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂、シリコーン樹脂などを含む有機フィラーで形成され、酸化物フィラーや金属フィラー等の無機フィラーを含まなくてもよい。

次に、図４（ｄ）に示されるように、半導体チップ１１０にカバー部材１２０を取り付ける。まず、画素領域１１２を覆う位置にカバー部材１２０を配置する。その後に、カバー部材１２０を半導体チップ１１０へ接近させることによって、カバー部材１２０で接着剤１４０を押圧する。それにより、半導体チップ１１０、カバー部材１２０、凸部１３０、および接着剤１４０で囲まれる内部空間１５０が形成される。カバー部材１２０により押圧された接着剤１４０は図４（ｄ）に示されるような形状に変形する。具体的には、半導体チップ１１０の領域４０２に塗布された接着剤１４０は、凸部１３０の上面１３３に広がる。凸部１３０の上面１３３に広がった接着剤１４０は稜線１３４で堰き止められる。すなわち、凸部１３０は接着剤１４０が画素領域１１２へ入り込まないようにするために、接着剤１４０を堰き止める役割を果たしうる。また、カバー部材１２０上では接着剤１４０は内部空間１５０方向へ濡れ広がり、その結果として、接着剤１４０の面１４１は下弦の弧形状を有する。

次に、図４（ｅ）に示されるように、接着剤１４０を熱または光などで硬化することによって、半導体チップ１１０に対してカバー部材１２０を固定する。最後にダイシング・ライン４０１を切断することによって、個別の固体撮像装置１００が得られる。

続いて、図５を用いて凸部１３０の変形例を説明する。図５（ａ）は図１、図２を用いて説明された固体撮像装置１００の凸部１３０を再掲する。側面１３１は半導体チップ１１０の主面１１１に対して直交し、上面１３３は側面１３１に対して直交する。

図５（ｂ）に示される凸部５１０は、画素領域１１２に近い方の側面５１１と、画素領域１１２から遠い方の側面５１２と、上面５１３とを有する。側面５１１と上面５１３とによって稜線５１４が形成される。側面５１１は、図２を用いて説明された接着剤１４０の面１４１と同様に、下弦の（カバー部材１２０方向へ凸の）弧形状を有する。それによって、主面１１１に平行な面における内部空間１５０の外周は、半導体チップ１１０からカバー部材１２０へ向かうにつれて短くなる。凸部５１０がこのような形状の側面５１１を有することによって、凸部５１０で反射して画素領域１１２へ到達する反射光が一層低減される。また、凸部５１０の稜線５１４は凸部１３０の稜線１３４よりも鋭利であるため、接着剤１４０を堰き止める機能の性能が向上する。

凸部５１０の側面５１１は曲面であったが、図５（ｃ）に示される凸部５２０の側面５２１のように平面であってもよい。凸部５２０も凸部５１０と同様の利点を有する。また、図５（ｄ）に示される凸部５３０のように、上面が段差を有していてもよい。凸部５３０において、接着剤１４０は稜線５３２により堰き止められてもよいし、稜線５３１により堰き止められてもよい。

続いて、図６を用いて、本発明の別の実施形態に係る固体撮像装置６００の例示の構成を説明する。図６は固体撮像装置６００のうち、図２に対応する部分の拡大図である。固体撮像装置１００と固体撮像装置６００との間で共通する構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。また、図５を用いて説明した固体撮像装置１００の変形例は固体撮像装置６００に対しても等しく適用可能である。

固体撮像装置６００の接着剤６４０は、凸部１３０の上面１３３に接着するものの、側面１３２および半導体チップ１１０の主面１１１には接着しない。接着剤６４０は内部空間１５０に面する面６４１（第１面）と内部空間１５０に面していない面６４２（第２面）とを有する。面６４１は固体撮像装置１００の面１４１と同様のため、説明を省略する。面６４２は凸部の稜線１３５からカバー部材１２０へ延びる。

固体撮像装置６００は図４を用いて説明した固体撮像装置１００と同様の方法で製造できるが、図４（ｃ）を用いて説明した工程において、凸部１３０の上面１３３だけに接着剤６４０を塗布する。接着剤６４０はカバー部材１２０で押圧されて上面１３３上を広がるが、側面１３２へ濡れ広がることが稜線１３５によって抑制される。したがって、接着剤６４０が端子１１４まで濡れ広がることを回避できる。そのため、固体撮像装置１００と比較して、固体撮像装置６００では端子１１４と凸部１３０との距離を短くでき、固体撮像装置６００の更なる小型化が実現される。凸部１３０の幅、すなわち側面１３１と側面１３２との間の距離は、上面１３３に接着剤６４０を塗布可能なように適宜設定される。固体撮像装置６００の凸部１３０の幅は、固体撮像装置１００の凸部１３０の幅よりも広くなりうる。

続いて、図７を用いて、固体撮像装置のパッケージ７００の例示の構造を説明する。図７では固体撮像装置１００をパッケージングする例を扱うが、上述の各実施形態の何れの固体撮像装置をパッケージングしてもよい。

固体撮像装置のパッケージ７００は、リードフレーム、プリント配線板、フレキシブル配線板、およびメタルベース配線板などを含む基板７０１を備えうる。基板７０１は固体撮像装置１００が搭載される面に端子７０３を有する。半導体チップ１１０の裏面（主面１１１とは反対側の面）は固定部材７０２によって基板７０１に固定される。半導体チップ１１０の端子１１４と基板の端子７０３とは、金属ワイヤなどの導電部材７０４で接続される。導電部材７０４によって、端子１１４からの信号が端子７０３へ伝達される。

固体撮像装置のパッケージ７００は、基板７０１のうち固体撮像装置１００が搭載された面、導電部材７０４、半導体チップ１１０、接着剤１４０、およびカバー部材１２０の側面を封止する封止部材７０５をさらに備える。封止部材７０５はエボキシ樹脂などで形成され、光を吸収のため黒色に着色されていてもよい。図７には図示されていないが、封止部材７０５は固体撮像装置１００の側面を全周的に封止する。それによって、接着剤１４０とカバー部材１２０の境界および接着剤１４０と半導体チップ１１０との境界は封止部材７０５により全周的に封止され、内部空間１５０の機密性が高まる。また、カバー部材１２０の側面が全周的に封止され、カバー部材１２０の側面から固体撮像装置１００へ入射する光が低減される。

上述の各種実施形態の固体撮像装置によれば、画素領域へ到達する不要な光が低減されるため、固体撮像装置で得られる画質が向上する。それと同時に、固体撮像装置の小型化が実現される。

以下、上記の各実施形態に係る固体撮像装置の応用例として、この固体撮像装置が組み込まれたカメラについて例示的に説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末等）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部とを含む。この信号処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサとを含みうる。

Claims

画素領域を含む主面を有する半導体チップと、
前記画素領域を囲むように前記半導体チップの前記主面に配置された凸部と、
前記画素領域を覆う位置に配置された光透過性を有するカバー部材と、
前記半導体チップと前記カバー部材との間に内部空間が形成されるように前記画素領域を囲み、前記カバー部材と前記凸部とを接着する接着剤と
を備え、
前記凸部は上面と前記空間に面した側面である第１側面とを有し、前記上面と前記第１側面とによって第１稜線が形成され、
前記接着剤は前記凸部の前記上面と前記カバー部材とを接着し、
前記接着剤は前記内部空間に面した第１面を有し、前記第１面は前記第１稜線から前記カバー部材へ向かって延び、
前記主面に平行な面における前記内部空間の外周は、前記凸部の上面から前記カバー部材へ向かうにつれて短くなる
ことを特徴とする固体撮像装置。
前記凸部の前記第１側面は前記半導体チップに対して直交することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記主面に平行な面における前記内部空間の外周は、前記半導体チップから前記カバー部材へ向かうにつれて短くなることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記凸部は前記内部空間に面していない側面である第２側面をさらに有し、前記上面と前記第２側面とによって第２稜線が形成され、
前記接着剤は前記内部空間に面していない第２面をさらに有し、前記第２面は前記第２稜線から前記カバー部材へ向かって延びる
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
前記凸部は前記空間に面していない側面である第２側面をさらに有し、
前記接着剤は、前記凸部の前記第２側面及び前記半導体チップの前記主面のうち前記凸部の前記第２側面の周辺の部分と前記カバー部材とをさらに接着する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
前記接着剤が光硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の固体撮像装置。
固体撮像装置の製造方法であって、
画素領域を含む主面を有する半導体チップを準備する工程と、
前記画素領域を囲むように前記半導体チップの前記主面に凸部を形成する工程と、
前記画素領域を覆う位置に光透過性を有するカバー部材を配置し、前記半導体チップと前記カバー部材との間に内部空間が形成されるように前記カバー部材と前記凸部とを接着剤で全周的に接着する工程と
を有し
前記凸部は上面と前記空間に面した側面である第１側面とを有し、前記上面と前記第１側面とによって第１稜線が形成され、
前記接着剤は前記凸部の前記上面と前記カバー部材とを接着し、
前記接着剤は前記内部空間に面した第１面を有し、前記第１面は前記第１稜線から前記カバー部材へ向かって延び、
前記主面に平行な面における前記内部空間の外周は、前記第１稜線から前記カバー部材へ向かうにつれて短くなる
ことを特徴とする製造方法。
前記凸部は感光性樹脂をパターニングして形成されることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
請求項１乃至６の何れか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置によって得られた信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とするカメラ。