JP2016115706A - 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】撮像特性を向上させることができる固体撮像装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る固体撮像装置は、半導体基板、および前記半導体基板の主表面上に形成されたマイクロレンズアレイ、を有するセンサ基板と、前記マイクロレンズアレイの表面を含む前記センサ基板の前記主表面に接触するように設けられた、可視光を透過する透明樹脂層と、前記透明樹脂層の上面に接触するように配置され、前記可視光を透過する透明基板と、を備え、前記透明樹脂層の熱伝導率は空気より高く、前記透明樹脂層の屈折率は、前記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズより低くかつ前記透明基板以下である。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法に関する。
従来の固体撮像装置は、受光部を有するセンサ基板と、受光部の周囲のセンサ基板上に形成される接着剤と、接着剤上に配置されるガラス基板と、を有する。このような固体撮像装置において、受光部とガラス基板との間には接着剤に囲まれる空間が形成される。
この空間は、熱伝導性が極めて低い空気で充填されているため、センサ基板から発生する熱の放熱経路にはなり難い。したがって、従来の固体撮像装置の放熱性は悪く、受光部上の空間に熱がこもる、という課題がある。この結果、熱に由来するノイズが発生し、固体撮像装置の撮像特性が劣化する。
さらに、このような固体撮像装置に入射する光は、ガラス基板、空気を介してセンサ基板の受光部に到達する。しかし、ガラス基板と空気との界面における光の反射を避けることはできず、このような光の反射による固体撮像装置の感度劣化は避けられなかった。このように、入射する光の反射によっても、固体撮像装置の撮像特性は劣化する。
特開２００９−１５８８６３号公報
実施形態は、撮像特性を向上させることができる固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
実施形態に係る固体撮像装置は、半導体基板、および前記半導体基板の主表面上に形成されたマイクロレンズアレイ、を有するセンサ基板と、前記マイクロレンズアレイの表面を含む前記センサ基板の前記主表面に接触するように設けられた、可視光を透過する透明樹脂層と、前記透明樹脂層の上面に接触するように配置され、前記可視光を透過する透明基板と、を備え、前記透明樹脂層の熱伝導率は空気より高く、前記透明樹脂層の屈折率は、前記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズより低くかつ前記透明基板以下である。
また、実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体ウエハの主表面上に、それぞれがマイクロレンズアレイを含む複数の受光部を形成し、複数の前記マイクロレンズアレイの表面を含む前記半導体ウエハの前記主表面に接触するように、可視光を透過する透明樹脂層を形成し、前記透明樹脂層の上面に接触するように、前記可視光を透過する透明基板を形成し、複数の受光部の間に相当する前記半導体ウエハ、前記透明樹脂層、および前記透明基板、を切断する固体撮像装置の製造方法であって、前記透明樹脂層を、空気より高い熱伝導率を有し、かつ前記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズより低く、前記透明基板以下、の屈折率を有する材料によって形成することを特徴とする方法である。
第１の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１に対応する断面図である。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１に対応する断面図である。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１に対応する断面図である。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１に対応する断面図である。 第１の実施形態に係る固体撮像装置による放熱作用を説明するための、図１に相当する断面図である。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図４に対応する断面図である。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図４に対応する断面図である。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図４に対応する断面図である。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図４に対応する断面図である。 第３の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。 第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図６に対応する断面図である。 第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図６に対応する断面図である。 第４の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。 第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図８に対応する断面図である。 第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図８に対応する断面図である。 第５の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。 第５の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１０に対応する断面図である。 第５の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１０に対応する断面図である。 第５の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１０に対応する断面図である。 第６の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。 第６の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１２に対応する断面図である。 第６の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１２に対応する断面図である。 第６の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１２に対応する断面図である。 第６の実施形態に係る固体撮像装置による放熱作用を説明するための、図１２に相当する断面図である。 第１の実施形態に係る固体撮像装置を適用したカメラモジュールの一断面図である。 図１５のカメラモジュールの組み立て方法を説明するための、図１１５に対応する断面図である。 図１５のカメラモジュールの組み立て方法を説明するための、図１１５に対応する断面図である。
以下に、実施形態に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法を、図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。図１に示す固体撮像装置１０は、センサ基板１１、透明樹脂層１２、および透明基板１３、によって構成される。
センサ基板１１は、光を受光して光電変換し、受光した光に応じた電気信号を生成する。このセンサ基板１１は、半導体基板１４に受光部１５、各種信号処理回路（不図示）、等を設けることにより構成されている。
半導体基板１４は、例えば薄型化されたシリコン基板である。また、受光部１５は、半導体基板１４の略中央部に形成されており、少なくとも光電変換を行うフォトダイオード１５ａ、およびフォトダイオード１５ａに光を集光するマイクロレンズ１５ｂ、を備えた画素を複数個、２次元配列することにより構成されている。なお、図１においてフォトダイオード１５ａは一つの不純物層として示されているが、実際には、画素毎に分離されている。また、上記信号処理回路は、受光部１５において形成された信号電荷に基づいて電気信号を形成する出力回路を少なくとも含む。各種信号処理回路は、出力回路の他に、出力回路から出力される電気信号に対して所望の信号処理を行うロジック回路等を含んでもよい。
透明樹脂層１２は、少なくとも可視光（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ程度の波長帯の光）に対して透明な樹脂層である。透明樹脂層１２は、複数のマイクロレンズ１５ｂが２次元配列されたマイクロレンズアレイの表面を含むセンサ基板１１の主表面に接触するように設けられている。
このような透明樹脂層１２は、上述の透明基板１３に対してセンサ基板１１を固定するとともに、センサ基板１１において発生した熱を透明基板１３に放熱するための放熱経路を形成する。
透明基板１３は、透明樹脂層１２と同様に、少なくとも可視光（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ程度の波長帯の光）に対して透明な基板である。透明基板１３は、この基板１３の下面が、透明樹脂層１２の上面にのみ接触するように設けられている。すなわち、透明基板１３は、透明樹脂層１２のみによって、センサ基板１１上に支持されている。
このような透明基板１３は、例えばガラス基板であり、センサ基板１１を薄型化するための支持基板として用いられる。
このような固体撮像装置１０において、センサ基板１１に形成されるマイクロレンズ１５ｂ、透明樹脂層１２、および透明基板１３はそれぞれ、以下の条件を満たす熱伝導率を有する材料によって構成される。
Ｋｍ＞Ｋａｉｒ
Ｋｒ＞Ｋａｉｒ
Ｋｇ＞Ｋａｉｒ
ただし、Ｋｍはマイクロレンズ１５ｂの熱伝導率、Ｋｒは透明樹脂層１２の熱伝導率、Ｋｇは透明基板１３の熱伝導率、Ｋａｉｒは空気の熱伝導率、である。本実施形態において、例えばＫｍ＝０．１〜０．３（Ｗ／ｍｋ）、Ｋｒ＝０．１〜０．３（Ｗ／ｍｋ）、Ｋｇ＝１．０〜１．５（Ｗ／ｍｋ）程度である。
さらに、固体撮像装置１０において、マイクロレンズ１５ｂ、透明樹脂層１２、および透明基板１３はそれぞれ、以下の条件を満たす屈折率を有する材料によって構成される。
Ｎｍ＞Ｎｒ
Ｎｒ≦Ｎｇ
ただし、Ｎｍはマイクロレンズ１５ｂの屈折率、Ｎｒは透明樹脂層１２の屈折率、Ｎｇは透明基板１３の屈折率、である。本実施形態において、例えばＮｍ＝１．８、Ｎｒ＝１．２、Ｎｇ＝１．５程度である。
図２Ａ〜図２Ｄの各図は、本実施形態に係る固体撮像装置１０の製造方法を説明するための、図１に対応する断面図である。以下に、図２Ａ〜図２Ｄを参照して、本実施形態に係る固体撮像装置１０の製造方法について説明する。なお、この製造方法で実行される各工程は全て、ウエハの状態で実行される。
まず、図２Ａに示すように、半導体ウエハの一例であるシリコンウエハ１６の主表面に、フォトダイオード１５ａおよびマイクロレンズ１５ｂ等を備えた画素を複数個２次元配列して受光部１５を形成する。例えばフォトダイオード１５ａはシリコンウエハ１６の表面に所望の導電型のイオンを注入することにより形成し、マイクロレンズ１５ｂは、パターニングされたブロック状のマイクロレンズ材をメルト法によってレンズ状に成形することにより形成する。なお、この工程において、各種信号処理回路を形成してもよい。
次に、図２Ｂに示すように、複数のマイクロレンズ１５ｂによって構成されるマイクロレンズアレイの表面を含むシリコンウエハ１６の主表面全面に接触するように、透明樹脂層１２を形成する。透明樹脂層１２は、例えば透明樹脂材料をスピンコート法によりシリコンウエハ１６の主表面上に塗布することにより形成する。
次に、図２Ｃに示すように、透明樹脂層１２の上面に接触するように、透明基板の一例であるガラスウエハ１７を配置し、ガラスウエハ１７とシリコンウエハ１６とを透明樹脂層１２を介して相互に固定する。これは、例えば加熱、紫外線照射等の手段によって透明樹脂層１２を硬化させることにより行われる。
このようにしてシリコンウエハ１６をガラスウエハ１７に支持させた後、シリコンウエハ１６を薄型化する。シリコンウエハ１６の薄型化は、例えばシリコンウエハ１６の裏面を、ウエハ１６が所定の厚さになるまで研磨することにより行われる。
最後に、図２Ｄに示すように、ウエハ状態のまま形成された複数の固体撮像装置１０を個片化する。個片化により、受光部１５等を有するシリコンウエハ１６はセンサ基板１１となり、ガラスウエハ１７は透明基板１３となる。なお、個片化は、例えば、ウエハ状態のまま形成された複数の固体撮像装置１０をダイシングテープ等の支持材に固定し、この状態で、受光部１５の間に相当するシリコンウエハ１６、透明樹脂層１２、およびガラス基板１７、をダイシングによって切断し、切断された各固体撮像装置１０を支持材から剥がすことにより行われる。
このようにして、図１に示す、センサ基板１１、透明樹脂層１２、および透明基板１３の大きさが互いに略等しいチップスケール型の固体撮像装置１０を製造することができる。なお、上記「大きさが略等しい」とは、固体撮像装置１０を上方から見た場合（透明基板１３の上方から固体撮像装置１０を見た場合）におけるセンサ基板１１、透明樹脂層１２、および透明基板１３の形状および面積が実質的に互いに等しいことを意味する。以下に説明する各実施形態においても同様に、「大きさが略等しい」とは、上述の意味である。
図３は、このように形成される固体撮像装置１０による放熱作用を説明するための、図１に相当する断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置１０において、センサ基板１１の受光部１５を含む表面が発熱した場合、その熱は、図中の矢印で示されるように、半導体基板１４を介して固体撮像装置１０の下方に放熱される。さらに、センサ基板１１から発せられる熱は、同じく図中の矢印で示されるように、センサ基板１１の主表面に接する透明樹脂層１２にも放熱される。透明樹脂層１２に放熱された熱は、透明基板１３を介して固体撮像装置１０の上方にも放熱される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、センサ基板１１から発せられる熱の放熱経路を大きくすることができる。したがって、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、良好な放熱性を備える。
これに対して、従来の固体撮像装置のように、受光部と透明基板との間に空間が設けられている場合、その空間には熱伝導率が低い空気が充満しているため、空間を介した放熱はほとんど行われない。したがって、従来の固体撮像装置の放熱性は、悪い。
以上に説明した第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法によれば、センサ基板１１の主表面と透明基板１３との間に、これらの間を充填するように、空気より熱伝導率が高い透明樹脂層１２が形成されている。したがって、放熱性が良好な固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。
さらに、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法によれば、センサ基板１１の主表面と透明基板１３との間に、これらの間を充填するように、マイクロレンズ１５ｂより低く、かつ透明基板１３以下、の屈折率を有する透明樹脂層１２が形成されている。したがって、マイクロレンズ１５ｂの界面、および透明基板１３の界面における反射量が抑制される。したがって、感度が良好な固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。
このように放熱性かつ感度を向上させることにより、撮像特性が向上した固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。
また、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法によれば、極めて薄いセンサ基板１１の主表面と透明基板１３との間に透明樹脂層１２が埋められているため、センサ基板１１の反りを抑制することもできる。
さらに、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法によれば、容易に固体撮像装置を製造することもできる。以下に、より具体的に説明する。
従来の固体撮像装置において、放熱性を向上させるために、受光部とガラス基板との間の接着剤に囲まれる空間内を、透明樹脂で充填する場合を考える。このような固体撮像装置は、センサ基板上に接着剤を介して透明基板を固定し、透明基板に孔を形成し、その孔を介して空間内に透明樹脂を充填することにより製造することができる。
これに対して第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法によれば、センサ基板１１の主表面全面に透明樹脂層１２を形成し、透明樹脂層１２の上面に透明基板１３を固定しているため、透明基板を固定したうえで透明樹脂を充填する、というようにこれらの工程を別々にする必要はない。さらに、透明樹脂を充填するために透明基板に孔を設ける必要もない。したがって、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０を容易に製造することもできる。
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。図４に示す固体撮像装置２０は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と比較して、透明樹脂層２２の構造が異なる。したがって、以下に、第２の実施形態に係る固体撮像装置２０の透明樹脂層２２について説明する。なお、センサ基板１１および透明基板１３については、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０のセンサ基板１１および透明基板１３と同様であるため、同一符号を付すともに説明を省略する。
第２の実施形態に係る固体撮像装置２０の透明樹脂層２２は、複数のマイクロレンズ１５ｂによって構成されるマイクロレンズアレイの表面を含むセンサ基板１１の主表面に接触するように設けられた第１の樹脂層２２１、および第１の樹脂層２２１の上面全面に接触するように設けられた第２の樹脂層２２２、によって構成されている。
第１の樹脂層２２１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０の透明樹脂層１２と同様の樹脂層であって、少なくとも可視光（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ程度の波長帯の光）に対して透明な樹脂層であり、センサ基板１１において発生した熱を上方（透明基板１３側）に放熱するための放熱経路を形成する。
第２の樹脂層２２２は、少なくとも可視光（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ程度の波長帯の光）に対して透明な樹脂層であり、第１の樹脂層２２１と同様に放熱経路を形成するとともに、透明基板１３に対して、第１の樹脂層２２１を含むセンサ基板１１を固定する。
このような積層構造の透明樹脂層２２に対して、透明基板１３は、この基板１３の下面が、透明樹脂層２２の上面（第２の樹脂層２２２の上面）にのみ接触するように設けられている。
このような固体撮像装置２０において、センサ基板１１に形成されるマイクロレンズ１５ｂ、第１の樹脂層２２１、第２の樹脂層２２２、および透明基板１３はそれぞれ、以下の条件を満たす熱伝導率を有する材料によって構成される。
Ｋｍ＞Ｋａｉｒ
Ｋｒ１＞Ｋａｉｒ
Ｋｒ２＞Ｋａｉｒ
Ｋｇ＞Ｋａｉｒ
ただし、Ｋｒ１は第１の樹脂層２２１の熱伝導率、Ｋｒ２は第２の樹脂層２２２の熱伝導率、である。本実施形態において、例えばＫｒ１＝０．１〜０．３（Ｗ／ｍｋ）、Ｋｒ２＝０．１〜０．３（Ｗ／ｍｋ）程度である。
さらに、固体撮像装置２０において、マイクロレンズ１５ｂ、第１の樹脂層２２１、第２の樹脂層２２２、および透明基板１３はそれぞれ、以下の条件を満たす屈折率を有する材料によって構成される。
Ｎｍ＞Ｎｒ１
Ｎｍ＞Ｎｒ２
Ｎｒ１≦Ｎｇ
ただし、Ｎｒ１は第１の樹脂層２２１の屈折率、Ｎｒ２は第２の樹脂層２２２の屈折率、である。本実施形態において、例えばＮｒ１＝１．２、Ｎｒ２＝１．５程度である。
図５Ａ〜図５Ｄの各図は、本実施形態に係る固体撮像装置２０の製造方法を説明するための、図４に対応する断面図である。以下に、図５Ａ〜図５Ｄを参照して、本実施形態に係る固体撮像装置２０の製造方法について説明する。なお、この製造方法で実行される各工程も全て、ウエハの状態で実行される。
まず、図５Ａに示すように、半導体ウエハの一例であるシリコンウエハ１６の主表面に、フォトダイオード１５ａおよびマイクロレンズ１５ｂ等を備えた画素を複数個２次元配列して受光部１５を形成する。この工程において、各種信号処理回路を形成してもよい。この後、複数のマイクロレンズ１５ｂによって構成されるマイクロレンズアレイの表面を含むシリコンウエハ１６の主表面全面に接触するように、第１の樹脂層２２１を形成する。第１樹脂層２２１は、例えば第１樹脂層２２１を構成する樹脂材料をスピンコート法によりシリコンウエハ１６の主表面上に塗布することにより形成する。
次に、図５Ｂに示すように、第１の樹脂層２２１の上面全面に接触するように、第２の樹脂層２２２を形成する。第２の樹脂層２２２も、第１の樹脂層２２１と同様に、第２樹脂層２２２を構成する樹脂材料をスピンコート法により第１の樹脂層２２１の上面全面に塗布することにより形成する。このようにして、第１の樹脂層２２１および第２の樹脂層２２２によって構成される透明樹脂層２２を形成する。
次に、図５Ｃに示すように、透明樹脂層２２の上面に接触するように、透明基板の一例であるガラスウエハ１７を配置し、ガラスウエハ１７とシリコンウエハ１６とを透明樹脂層２２を介して相互に固定する。このようにしてシリコンウエハ１６をガラスウエハ１７に支持させた後、シリコンウエハ１６を薄型化する。
最後に、図５Ｄに示すように、ウエハ状態のまま形成された複数の固体撮像装置２０を個片化する。個片化により、受光部１５等を有するシリコンウエハ１６はセンサ基板１１となり、ガラスウエハ１７は透明基板１３となる。
このようにして、図４に示す、センサ基板１１、透明樹脂層２２、および透明基板１３の大きさが互いに略等しいチップスケール型の固体撮像装置２０を製造することができる。
なお、このような固体撮像装置２０における放熱作用は、図３を参照して説明した通りであるので、説明を省略する。
以上に説明した第２の実施形態に係る固体撮像装置２０およびその製造方法においても、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法と同様の理由により、放熱性および感度が向上し、これによって撮像特性が向上した固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。また、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法と同様に、センサ基板１１の反りを抑制することもでき、第２の実施形態に係る固体撮像装置２０を容易に製造することもできる。
なお、上述した第２の実施形態に係る固体撮像装置２０において、第１の樹脂層２２１および第２の樹脂層２２２を、以下の関係を満たすように構成する。
Ｋａｉｒ＜Ｋｒ１
Ｋａｉｒ＜Ｋｒ２
Ｎｒ１≦Ｎｇ
Ｎｒ１≦Ｎｒ２＜Ｎｍ
このように第１の樹脂層２２１および第２の樹脂層２２２を構成することにより、マイクロレンズ１５ｂを含むセンサ基板１１と透明基板１３との間において、熱伝導率および屈折率の急激な変化を抑制することができる。したがって、より良好な放熱性を得ることができるとともに、より入射光の反射を抑制することもできる。
（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。図６に示す固体撮像装置３０は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と比較して、透明基板１３の上面がＩＲ（赤外線）カットコーティングされている点が異なる。すなわち、第３の実施形態に係る固体撮像装置３０において、透明基板１３の上面には、赤外線遮断フィルム３８が設けられている。なお、センサ基板１１、透明樹脂層１２、および透明基板１３については、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と同様であるため、同一符号を付すともに説明を省略する。
図７Ａおよび図７Ｂの各図は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図６に対応する断面図である。以下に、図７Ａおよび図７Ｂを参照して、本実施形態に係る固体撮像装置３０の製造方法について説明する。なお、この製造方法で実行される各工程も全て、ウエハの状態で実行される。
まず、図２Ａおよび図２Ｂに示される各工程を経て、半導体ウエハの一例であるシリコンウエハ１６の主表面に、フォトダイオード１５ａおよびマイクロレンズ１５ｂ等を備えた画素を複数個２次元配列して受光部１５を形成する。続いて、複数のマイクロレンズ１５ｂによって構成されるマイクロレンズアレイの表面を含むシリコンウエハ１６の主表面全面に接触するように、透明樹脂層１２を形成する。
この後、図７Ａに示すように、上面に赤外線遮断フィルム３８が設けられているガラスウエハ１７を、その下面が透明樹脂層１２の上面に接触するように配置し、シリコンウエハ１６をガラスウエハ１７に透明樹脂層１２を介して固定する。このようにしてシリコンウエハ１６をガラスウエハ１７に支持させた後、シリコンウエハ１６を薄型化する。
最後に、図７Ｂに示すように、ウエハ状態のまま形成された複数の固体撮像装置３０を個片化する。個片化により、受光部１５等を有するシリコンウエハ１６はセンサ基板１１となり、ガラスウエハ１７は透明基板１３となる。
このようにして、図６に示す、センサ基板１１、透明樹脂層１２、および透明基板１３の大きさが互いに略等しいチップスケール型の固体撮像装置３０を製造することができる。
なお、このような固体撮像装置３０における放熱作用は、図３を参照して説明した通りであるので、説明を省略する。
以上に説明した第３の実施形態に係る固体撮像装置３０およびその製造方法においても、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法と同様の理由により、放熱性および感度が向上し、これによって撮像特性が向上した固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。また、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法と同様に、センサ基板１１の反りを抑制することもでき、第３の実施形態に係る固体撮像装置３０を容易に製造することもできる。
さらに、第３の実施形態に係る固体撮像装置３０においては、透明基板１３の上面に赤外線遮断フィルム３８が設けられている。したがって、赤外線を受光部１５において受光することによるノイズによって、撮像された画像が劣化することを抑制することができる。
（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。図８に示す固体撮像装置４０は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と比較して、透明基板４３が、可視光を透過し、赤外線を遮断する赤外線遮断ガラスである点が異なる。なお、センサ基板１１および透明樹脂層１２については、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０のセンサ基板１１および透明樹脂層１２と同様であるため、同一符号を付すともに、説明を省略する。
図９Ａおよび図９Ｂの各図は、本実施形態に係る固体撮像装置４０の製造方法を説明するための、図８に対応する断面図である。以下に、図９Ａおよび図９Ｂを参照して、本実施形態に係る固体撮像装置４０の製造方法について説明する。なお、この製造方法で実行される各工程も全て、ウエハの状態で実行される。
まず、図２Ａおよび図２Ｂに示される各工程を経て、半導体ウエハの一例であるシリコンウエハ１６の主表面に、フォトダイオード１５ａおよびマイクロレンズ１５ｂ等を備えた画素を複数個２次元配列して受光部１５を形成する。続いて、複数のマイクロレンズ１５ｂによって構成されるマイクロレンズアレイの表面を含むシリコンウエハ１６の主表面全面に接触するように、透明樹脂層１２を形成する。
この後、図９Ａに示すように、赤外線遮断機能を有するガラスウエハ４７を、その下面が透明樹脂層１２の上面に接触するように配置し、シリコンウエハ１６をガラスウエハ４７に透明樹脂層１２を介して固定する。このようにしてシリコンウエハ１６をガラスウエハ４７に支持させた後、シリコンウエハ１６を薄型化する。
最後に、図９Ｂに示すように、ウエハ状態のまま形成された複数の固体撮像装置４０を個片化する。個片化により、受光部１５等を有するシリコンウエハ１６はセンサ基板１１となり、ガラスウエハ４７は赤外線遮断ガラスによって構成される透明基板４３となる。
このようにして、図８に示す、センサ基板１１、透明樹脂層１２、および透明基板４３の大きさが互いに略等しいチップスケール型の固体撮像装置４０を製造することができる。
このような固体撮像装置４０における放熱作用は、図３を参照して説明した通りであるので、説明を省略する。
以上に説明した第４の実施形態に係る固体撮像装置４０およびその製造方法においても、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法と同様の理由により、放熱性および感度が向上し、これによって撮像特性が向上した固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。また、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法と同様に、センサ基板１１の反りを抑制することもでき、第４の実施形態に係る固体撮像装置４０を容易に製造することもできる。
さらに、第４の実施形態に係る固体撮像装置４０においては、透明基板４３が赤外線遮断機能を有する赤外線遮断ガラスによって構成されるため、赤外線を受光部１５において受光することによるノイズによって、撮像された画像が劣化することを抑制することができる。
（第５の実施形態）
図１０は、第５の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。図１０に示す固体撮像装置５０は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と比較して、透明樹脂層５２が、可視光を透過し、かつ赤外線を遮断する機能を有する点が異なる。このような透明樹脂層５２を構成する樹脂材料としては、例えば熱伝導率Ｋｒ＝０．１〜０．３（Ｗ／ｍｋ）、屈折率Ｎｒ＝１．２の樹脂材料を適用することができる。なお、センサ基板１１および透明基板１３については、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０のセンサ基板１１および透明基板１３と同様であるため同一符号を付すともに、説明を省略する。
図１１Ａ〜図１１Ｃの各図は、本実施形態に係る固体撮像装置５０の製造方法を説明するための、図１０に対応する断面図である。以下に、図１１Ａ〜図１１Ｃを参照して、本実施形態に係る固体撮像装置５０の製造方法について説明する。なお、この製造方法で実行される各工程も全て、ウエハの状態で実行される。
まず、図２Ａに示される各工程を経て、半導体ウエハの一例であるシリコンウエハ１６の主表面に、フォトダイオード１５ａおよびマイクロレンズ１５ｂ等を備えた画素を複数個２次元配列して受光部１５を形成する。
次に、図１１Ａに示すように、複数のマイクロレンズ１５ｂによって構成されるマイクロレンズアレイの表面を含むシリコンウエハ１６の主表面全面に接触するように、可視光を透過し、かつ赤外線を遮断する樹脂材料によって構成される透明樹脂層５２を形成する。この透明樹脂層５２についても、例えば可視光を透過し、かつ赤外線を遮断する樹脂材料をスピンコート法によりシリコンウエハ１６の主表面上に塗布することにより形成する。
次に、図１１Ｂに示すように、透明樹脂層５２の上面に接触するように、透明基板の一例であるガラスウエハ１７を配置し、シリコンウエハ１６をガラスウエハ１７に透明樹脂層５２を介して固定する。これも、例えば加熱、紫外線照射等の手段によって透明樹脂層５２を硬化させることにより行われる。
このようにしてシリコンウエハ１６をガラスウエハ１７に支持させた後、シリコンウエハ１６を薄型化する。
最後に、図１１Ｃに示すように、ウエハ状態のまま形成された複数の固体撮像装置５０を個片化する。個片化により、受光部１５等を有するシリコンウエハ１６はセンサ基板１１となり、ガラスウエハ１７は透明基板１３となる。
このようにして、図１０に示す、センサ基板１１、透明樹脂層５２、および透明基板１３の大きさが互いに略等しいチップスケール型の固体撮像装置５０を製造することができる。
このような固体撮像装置５０における放熱作用は、図３を参照して説明した通りであるので、説明を省略する。
以上に説明した第５の実施形態に係る固体撮像装置５０およびその製造方法においても、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法と同様の理由により、放熱性および感度が向上し、これによって撮像特性が向上した固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。また、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法と同様に、センサ基板１１の反りを抑制することもでき、第５の実施形態に係る固体撮像装置５０を容易に製造することもできる。
さらに、第５の実施形態に係る固体撮像装置５０においては、透明樹脂層５２が赤外線遮断機能を有する樹脂材料によって構成されるため、赤外線を受光部１５において受光することによるノイズによって、撮像された画像が劣化することを抑制することができる。
（第６の実施形態）
図１２は、第６の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。図１２に示す固体撮像装置６０は、デジタルカメラ等に搭載されるセンサパッケージであって、センサ基板１１およびセンサ基板１１を収納するパッケージ６８によって構成される。なお、センサ基板１１については、上記第１〜第５の各実施形態において説明したセンサ基板１１と同様であるため、同一符号を付すとともに、説明を省略する。
パッケージ６８は、誘電体ブロックの上面に凹状の収納部６９ａを有する筐体６９と、収納部６９ａを塞ぐように筐体６９の上面に設けられた透明基板６３と、によって構成されている。誘電体ブロックは、例えばセラミックによって構成されている。また、透明基板６３は、例えばガラス基板によって構成されている。
センサ基板１１は、筐体６９の収納部６９ａと透明基板６３との間に設けられる空間内に配置され、筐体６９に設けられた配線（不図示）と、ワイヤーＷによって電気的に接続される。このようにして、センサ基板１１は、パッケージ６８の空間内に搭載される。
そして、センサ基板１１が搭載されたパッケージ６８の空間内には、透明樹脂層６２が形成されている。透明樹脂層６２は、パッケージ６８の空間を満たすように形成される。
ここで、本実施形態に係る固体撮像装置６０において、パッケージ６８の透明基板６３は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０の透明基板１３と同様であり、透明樹脂層６２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０の透明樹脂層１２と同様である。しかしながら、本実施形態に係る固体撮像装置６０の透明基板６３は、第２〜５の各実施形態に係る固体撮像装置２０、３０、４０、５０の透明基板１３、４３と同様であってもよいし、透明樹脂層６２は、第２〜５の各実施形態に係る固体撮像装置２０、３０、４０、５０の透明樹脂層１２、２２、５２と同様であってもよい。
図１３Ａ〜図１３Ｃの各図は、本実施形態に係る固体撮像装置６０の製造方法を説明するための、図１２に対応する断面図である。以下に、図１３Ａ〜図１３Ｃを参照して、本実施形態に係る固体撮像装置６０の製造方法について説明する。なお、この製造方法は、ウエハの状態で一括形成する方法ではなく、固体撮像装置６０を個々に製造する方法である。
まず、図１３Ａに示すように、筐体６９の収納部６９ａ内にセンサ基板１１を配置し、これらの配線（不図示）間を、ワイヤーＷを用いて電気的に接続する。このようにして、センサ基板１１を筐体６９に搭載する。
次に、図１３Ｂに示すように、筐体６９の収納部６９ａを満たすように、透明樹脂層６２を形成する。この後、図１３Ｃに示すように、透明樹脂層６２の上面を含む筐体６９の上面に透明基板６３を設ける。
なお、筐体６９の上面に透明基板６３を設けた後に、筐体６９と透明基板６３との間の空間内を充填するように透明樹脂層６２を形成してもよいが、この場合、透明樹脂層６２を空間内に注入する注入孔が必要となる。したがって、図１３Ｂおよび図１３Ｃに示すように、透明樹脂層６２を形成した後に、筐体６９の上面に透明基板６３を設ける製法がより好ましい。
このようにして、図１２に示す固体撮像装置６０を製造することができる。
図１４は、このように形成される固体撮像装置６０による放熱作用を説明するための、図１２に相当する断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置６０において、センサ基板１１が発熱した場合、その熱は、図中の矢印で示されるように、センサ基板１１の半導体基板１４、パッケージ６８の筐体６９を介して固体撮像装置６０の下方に放熱される。さらに、センサ基板１１から発せられる熱は、同じく図中の矢印で示されるように、複数のマイクロレンズ１５ｂによって構成されるマイクロレンズアレイの表面を含むセンサ基板１１の主表面に接する透明樹脂層６２にも放熱される。透明樹脂層６２に放熱された熱は、パッケージ６８の透明基板６３を介して固体撮像装置６０の上方にも放熱される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置６０は、センサ基板１１から発せられる熱の放熱経路を大きくすることができる。
以上に説明した第６の実施形態に係る固体撮像装置６０およびその製造方法においても、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法と同様の理由により、放熱性および感度が向上し、これによって撮像特性が向上した固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。また、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０およびその製造方法と同様に、センサ基板１１の反りを抑制することもでき、第６の実施形態に係る固体撮像装置６０を容易に製造することもできる。
（応用例）
第１〜第５の各実施形態に係る固体撮像装置１０、２０、３０、４０、５０は、例えば、携帯電話等の小型電子機器に搭載される小型カメラモジュールに適用することができる。以下に、第１〜第５の各実施形態に係る固体撮像装置１０、２０、３０、４０、５０の応用例として、第３の実施形態に係る固体撮像装置３０を適用したカメラモジュールについて説明する。
図１５は、第３の実施形態に係る固体撮像装置３０を適用したカメラモジュールの一断面図である。図１５に示すカメラモジュール１００において、固体撮像装置３０の下面（センサ基板１１の下面）には、外部電極としての半田ボール１０１が複数個設けられている。なお、各半田ボール１０１は、センサ基板１１の受光部（図１５において不図示）と、センサ基板１１を貫通する貫通電極１０６を介して電気的に接続されている。
また、固体撮像装置３０の上面（透明基板１３に設けられた赤外線遮断フィルム３８の上面）には、光を集光するレンズ１０２を内部に備えたレンズホルダ１０３が接着剤１０４を介して設けられている。レンズホルダ１０３は、遮光性の樹脂材料によって構成される筒体であって、レンズ１０２によって集光される光が、固体撮像装置３０の受光部において結像するように、その位置を調整して設けられている。
さらに、固体撮像装置３０は、電磁波を遮断する機能を有する金属製のシールド１０５によって覆われている。シールド１０５は筒状であって、下端部においてセンサ基板１１の下面に接触し、上端部においてレンズホルダ１０３の外周面に固定されるように設けられている。
図１６Ａおよび図１６Ｂはそれぞれ、このようなカメラモジュール１００の組み立て方法を説明するための、図１５に相当する断面図である。以下に、図１６Ａおよび図１６Ｂを参照して、図１５に示すカメラモジュール１００の組み立て方法について説明する。
まず、図１６Ａに示すように、固体撮像装置３０の下面（センサ基板１１の下面）に複数個の半田ボール１０１を形成する。また、固体撮像装置３０の上面（透明基板１３に設けられた赤外線遮断フィルム３８の上面）には、この上面の外周に沿ってリング状に接着剤１０４を形成し、この接着剤１０４上に、筒状のレンズホルダ１０３を配置する。この後、レンズホルダ１０３の上下方向における位置を調整し、接着剤１０４を硬化させる。このようにして、固体撮像装置３０の上に、レンズホルダ１０３を固定する。
次に、図１６Ｂに示すように、例えばレンズホルダ１０３の外周面に接着剤（不図示）を形成し、筒状のシールド１０５を、この下端部が固体撮像装置３０の下面に接触し、上端部がレンズホルダ１０３の外周面の接着剤に接触するように配置する。この後、接着剤を硬化させてシールド１０５をレンズホルダ１０３に固定し、図１５に示すカメラモジュール１００が組み立てられる。
このようなカメラモジュール１００によれば、撮像特性に優れた固体撮像装置３０を適用しているため、より良好な撮像が可能となる。
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０、２０、３０、４０、５０、６０・・・固体撮像装置
１１・・・センサ基板
１２、２２、５２、６２・・・透明樹脂層
１３、４３、６３・・・透明基板
１４・・・半導体基板
１５・・・受光部
１５ａ・・・フォトダイオード
１５ｂ・・・マイクロレンズ
１６・・・シリコンウエハ
１７、４７・・・ガラスウエハ
３８・・・赤外線遮断フィルム
６８・・・パッケージ
６９・・・筐体
６９ａ・・・収納部
１００・・・カメラモジュール
１０１・・・半田ボール
１０２・・・レンズ
１０３・・・レンズホルダ
１０４・・・接着剤
１０５・・・シールド
１０６・・・貫通電極
２２１・・・第１の樹脂層
２２２・・・第２の樹脂層

Claims (6)

  1. 半導体基板、および前記半導体基板の主表面上に形成されたマイクロレンズアレイ、を有するセンサ基板と、
    前記マイクロレンズアレイの表面を含む前記センサ基板の前記主表面に接触するように設けられた、可視光を透過する透明樹脂層と、
    前記透明樹脂層の上面に接触するように配置され、前記可視光を透過する透明基板と、
    を備え、
    前記透明樹脂層の熱伝導率は空気より高く、
    前記透明樹脂層の屈折率は、前記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズより低くかつ前記透明基板以下であることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記透明樹脂層は、複数の樹脂層を積層した構造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。
  3. 前記センサ基板、前記透明樹脂層、および前記透明基板の大きさが互いに等しいことを特徴とする請求項１または２の記載の固体撮像装置。
  4. 前記透明樹脂層は、前記マイクロレンズアレイの表面を含む前記センサ基板の前記主表面に接触するように設けられた、可視光を透過する第１の樹脂層と、
    前記第１の樹脂層の上面に接触するように設けられた、可視光を透過する第２の樹脂層と、
    によって構成されており、
    空気の熱伝導率をＫａｉｒ、前記第１の樹脂層の熱伝導率をＫｒ１、前記第２の樹脂層の熱伝導率をＫｒ２としたとき、前記第１の樹脂層および前記第２の樹脂層は、Ｋａｉｒ＜Ｋｒ１、Ｋａｉｒ＜Ｋｒ２、の関係を満たし、かつ
    前記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの屈折率をＮｍ、前記透明基板の屈折率をＮｇ、前記第１の樹脂層の屈折率をＮｒ１、前記第２の樹脂層の屈折率をＮｒ２としたとき、前記第１の樹脂層および前記第２の樹脂層は、Ｎｒ１≦Ｎｇ、Ｎｒ１≦Ｎｒ２＜Ｎｍ、の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
  5. 前記透明基板は、前記透明樹脂層の上面のみに接触していることを特徴とする請求項１乃至４に記載の固体撮像装置。
  6. 半導体ウエハの主表面上に、それぞれがマイクロレンズアレイを含む複数の受光部を形成し、
    複数の前記マイクロレンズアレイの表面を含む前記半導体ウエハの前記主表面に接触するように、可視光を透過する透明樹脂層を形成し、
    前記透明樹脂層の上面に接触するように、前記可視光を透過する透明基板を形成し、
    複数の受光部の間に相当する前記半導体ウエハ、前記透明樹脂層、および前記透明基板、を切断する固体撮像装置の製造方法であって、
    前記透明樹脂層を、空気より高い熱伝導率を有し、かつ前記マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズより低く、前記透明基板以下、の屈折率を有する材料によって形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
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