JP4970845B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置に関する。

非特許文献１には、半導体チップの実装技術の一つであるフリップチップ実装技術が開示されている。同文献に記載の実装手順によれば、まず、ウエハ表面のバンプランドに、アンダーバンプメタルと呼ばれる半田のランドを設ける。そして、内部接続用の半田バンプをペースト印刷した後、ダイシングによってウエハからチップを切り出す。切り出したチップを、上記半田バンプを介して配線基板に接続する。その接続部にアンダーフィル樹脂を注入する。

なお、本発明に関連する先行技術文献としては、非特許文献１の他に、特許文献１，２が挙げられる。
特開２００５−３８４０６号公報 特開２００２−３３４６９号公報 「日経エレクトロニクス（２００５年１月３日号）」、pp. 113-120

ところで、上述のフリップチップ実装技術は、固体撮像装置にも適用することができる。すなわち、配線基板上に指紋センサ等の固体撮像チップがフリップチップ実装された固体撮像装置が考えられる。

しかしながら、かかる固体撮像装置には次の課題があることを本発明者は発見した。すなわち、上記固体撮像装置においては、アンダーフィル樹脂を通じて固体撮像チップ内に迷光が入り込むおそれがある。迷光が入り込んだ場合、偽信号が発生し、それにより撮像画像が劣化してしまう。

本発明による固体撮像装置は、表面側に受光部を備え、上記配線基板上に、表面が上記配線基板と対向するように実装され、上記表面と反対側の面である裏面から入射した光を光電変換することにより被撮像体を撮像する固体撮像チップと、上記配線基板と上記固体撮像チップとの間の間隙に充填され、遮光性を有するアンダーフィル樹脂と、上記固体撮像チップの側面と上記アンダーフィル樹脂の側面とを覆うように形成され、遮光性を有するサイドフィル樹脂と、を備えることを特徴とする。

この固体撮像装置においては、遮光性のアンダーフィル樹脂が用いられている。これにより、迷光がアンダーフィル樹脂を通じて固体撮像チップ内に入り込むのを防ぐことができる。

本発明によれば、良好な撮像画像を得ることが可能な固体撮像装置が実現される。

以下、図面を参照しつつ、本発明による固体撮像装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明による固体撮像装置の第１実施形態を示す断面図である。固体撮像装置１は、配線基板１０、固体撮像チップ２０、およびアンダーフィル樹脂３０を備えている。配線基板１０は、例えばプリント配線基板である。

配線基板１０上には、固体撮像チップ２０がフリップチップ実装されている。すなわち、固体撮像チップ２０は、半田バンプ２２を介して配線基板１０に接続されている。また、固体撮像チップ２０は、その上面すなわち回路形成面を配線基板１０に向けている。この固体撮像チップ２０は、例えば指紋センサであり、裏面Ｓ１に入射した光を光電変換することにより被撮像体を撮像する。

図２は、固体撮像チップ２０の一例を示す断面図である。同図の固体撮像チップ２０は、半導体基板２１０および受光部２２０を備えている。半導体基板２１０は、例えばＰ型シリコン基板である。半導体基板２１０の裏面（後述する配線層２３０と反対側の面）が上記裏面Ｓ１に相当する。固体撮像チップ２０においては、裏面Ｓ１に接触した被撮像体を透過した光が半導体基板２１０の内部で光電変換され、その光電変換により発生した電荷が受光部２２０に集められる。

半導体基板２１０中には、複数の受光部２２０が形成されている。具体的には、受光部２２０は、半導体基板２１０の上面側の表層中に設けられている。受光部２２０は、例えばＮ型不純物拡散層である。受光部２２０は、隣接する半導体基板２１０と共にフォトダイオードを構成している。

半導体基板２１０中には、ＭＯＳＦＥＴ２４０も形成されている。すなわち、固体撮像チップ２０には、受光部２２０等により構成されるＭＯＳイメージセンサ部と、ＭＯＳＦＥＴ２４０等により構成されるロジック回路部とが混載されている。ＭＯＳＦＥＴ２４０は、ソース・ドレイン領域として機能するＮ型不純物拡散層２４２、ゲート絶縁膜２４３およびゲート電極２４４を含んでいる。半導体基板２１０の上面上には、配線層（絶縁層中に配線が設けられている層）２３０が設けられている。

図１に戻って、配線基板１０と固体撮像チップ２０との間の間隙には、アンダーフィル樹脂３０が充填されている。アンダーフィル樹脂３０は、遮光性材料によって構成されており、固体撮像チップ２０による撮像に用いられる光を遮光する。アンダーフィル樹脂３０は、上記光に対して不透過性を示す粒子を含んでいることが好ましい。このアンダーフィル樹脂３０としては、例えば顔料または染料等が混入した、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂またはアクリル樹脂をアンダーフィル樹脂３０として用いることができる。本実施形態において、アンダーフィル樹脂３０は、固体撮像チップ２０の上面だけでなく側面をも覆っている。

また、配線基板１０の裏面（固体撮像チップ２０と反対側の面）には、固体撮像装置１の外部電極端子として機能する半田ボール５０が接続されている。

図３を参照しつつ、固体撮像装置１の動作の一例を説明する。ここでは、固体撮像チップ２０が指紋センサである場合を例にとって説明する。固体撮像チップ２０の裏面Ｓ１に被撮像体である指９０を接触させた状態で、蛍光灯やＬＥＤ等の光源からの光を指９０に入射させると、その透過光が裏面Ｓ１に入射する。このとき、その透過光は、指９０の指紋９２の形状についての情報を含んだものとなる。裏面Ｓ１に入射した上記透過光は、半導体基板２１０（図２参照）の内部で光電変換される。その光電変換により発生した信号電荷を受光部２２０が受けることにより、指紋９２の像が撮像される。

本実施形態の効果を説明する。固体撮像装置１においては、遮光性のアンダーフィル樹脂３０が用いられている。これにより、迷光がアンダーフィル樹脂３０を通じて固体撮像チップ２０内に入り込むのを防ぐことができる。よって、良好な撮像画像を得ることが可能な固体撮像装置１が実現されている。

さらに、固体撮像チップ２０の側面がアンダーフィル樹脂３０によって覆われている。これにより、固体撮像チップ２０の側面から迷光が入り込むのを防ぐことができる。なお、本実施形態においては固体撮像チップ２０の側面全体がアンダーフィル樹脂３０で覆われた例を示したが、固体撮像チップ２０の側面の一部がアンダーフィル樹脂３０で覆われていてもよい。その場合も、固体撮像チップ２０の側面が全く覆われていない場合に比べると、迷光の影響を小さく抑えることができる。ただし、アンダーフィル樹脂３０が固体撮像チップ２０の側面の一部または全部を覆っていることは必須ではない。アンダーフィル樹脂３０は、少なくとも、固体撮像チップ２０の上面を覆っていればよい。

なお、配線基板１０が薄い場合には、配線基板１０を通過してくる迷光も問題となる。この点、本実施形態のように固体撮像チップ２０の少なくとも上面に遮光性のアンダーフィル樹脂３０を設けることによって、配線基板１０を通過してくる迷光も遮断することができる。

ところで、特許文献１には、配線基板上に表面入射型の固体撮像チップが実装された指紋撮像装置が開示されている。このように固体撮像チップが表面入射型である場合、固体撮像チップの上面側（配線層側）に被撮像体を接触させなければならないため、固体撮像チップの破損、特性劣化および静電破壊等の発生が懸念される。特に、被撮像体が指である場合、指による過大な静電気が固体撮像チップ中に設けられた素子（受光部やトランジスタ等）に印加されてしまうおそれがある。このため、同文献の指紋撮像装置においては、固体撮像チップの破損等を防ぐために、固体撮像チップ上に保護部材が設けられている。しかしながら、このことは、装置構成の複雑化、および製造工程数の増大を招いてしまう。

これに対して、固体撮像チップ２０は、裏面入射型である。このため、固体撮像チップ２０の上面側に被撮像体を接触させる必要がない。したがって、本実施形態によれば、装置構成の複雑化や製造工程数の増大を招くことなしに、固体撮像チップ２０の破損、特性劣化および静電破壊等の発生を抑えることができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明による固体撮像装置の第２実施形態を示す断面図である。固体撮像装置２は、配線基板１０、固体撮像チップ２０、アンダーフィル樹脂３０、およびサイドフィル樹脂４０を備えている。配線基板１０および固体撮像チップ２０の構成は、図１で説明したとおりである。本実施形態においても、固体撮像チップ２０が配線基板１０にフリップチップ実装されている。

本実施形態においては、固体撮像チップ２０の側面を覆うようにサイドフィル樹脂４０が設けられている。サイドフィル樹脂４０は、アンダーフィル樹脂３０と同様に、固体撮像チップ２０による撮像に用いられる光を遮光する。すなわち、サイドフィル樹脂４０も、遮光性材料によって構成されている。

本実施形態の効果を説明する。固体撮像装置２においては、遮光性のサイドフィル樹脂４０が用いられている。これにより、迷光がサイドフィル樹脂４０を通じて固体撮像チップ２０内に入り込むのを防ぐことができる。したがって、固体撮像装置２においては、迷光が固体撮像チップ２０の上面から入り込むのをアンダーフィル樹脂３０によって防ぐとともに、固体撮像チップ２０の側面から入り込むのをサイドフィル樹脂４０によって防ぐことができる。このため、迷光の影響を特に効果的に抑えることができる。なお、固体撮像装置２のその他の効果は、固体撮像装置１と同様である。

本発明による固体撮像装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図２においては固体撮像チップにＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ２４０）が設けられた例を示したが、さらにＰチャネルＭＯＳＦＥＴが設けられていてもよい。また、Ｐ型の半導体基板およびＮ型の受光部を例示したが、Ｎ型の半導体基板およびＰ型の受光部であってもよい。さらに、本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置に適用してもよい。

本発明による固体撮像装置の第１実施形態を示す断面図である。 固体撮像チップの一例を示す断面図である。 図１の固体撮像装置の動作の一例を説明するための断面図である。 本発明による固体撮像装置の第２実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 固体撮像装置
２ 固体撮像装置
１０ 配線基板
２０ 固体撮像チップ
２２ 半田バンプ
３０ アンダーフィル樹脂
４０ サイドフィル樹脂
５０ 半田ボール
９０ 指
９２ 指紋
２１０ 半導体基板
２２０ 受光部
２３０ 配線層
２４０ ＭＯＳＦＥＴ
２４２ Ｎ型不純物拡散層
２４３ ゲート絶縁膜
２４４ ゲート電極
Ｓ１ 裏面

Claims (9)

1. 配線基板と、
   表面側に受光部を備え、前記配線基板上に、表面が前記配線基板と対向するように実装され、前記表面と反対側の面である裏面から入射した光を光電変換することにより被撮像体を撮像する固体撮像チップと、
   前記配線基板と前記固体撮像チップとの間の間隙に充填され、遮光性を有するアンダーフィル樹脂と、
   前記固体撮像チップの側面と前記アンダーフィル樹脂の側面とを覆うように形成され、遮光性を有するサイドフィル樹脂と、
   を備えることを特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１に記載の固体撮像装置において、
   前記被撮像体は指であり、前記固体撮像チップは当該指の指紋画像を撮像する固体撮像装置。
3. 請求項１又は２に記載の固体撮像装置において、
   前記アンダーフィル樹脂は、平面視において、前記固体撮像チップの周縁から延伸した延伸領域を備えており、
   平面視における前記延伸領域の幅が、前記配線基板の表面に対する垂直方向に向かって小さくなる固体撮像装置。
4. 請求項３に記載の固体撮像装置において、
   前記延伸領域が前記サイドフィル樹脂で覆われている固体撮像装置。
5. 請求項１乃至４いずれか一項に記載の固体撮像装置において、
   前記配線基板の前記固体撮像チップが実装された面の反対側の面に、さらに外部電極端子を備える固体撮像装置。
6. 請求項１乃至５いずれか一項に記載の固体撮像装置において、
   前記固体撮像チップは、前記受光部により構成されるＭＯＳイメージセンサ部と、ＭＯＳＦＥＴにより構成されるロジック回路部とが混載されている固体撮像装置。
7. 請求項１乃至６いずれか一項に記載の固体撮像装置において、
   前記固体撮像チップは、Ｐ型半導体基板を備え、前記受光部は前記Ｐ型半導体基板中に形成されたＮ型不純物拡散層である固体撮像装置。
8. 請求項１乃至７いずれか一項に記載の固体撮像装置において、
   前記固体撮像チップは、Ｎ型半導体基板を備え、前記受光部は前記Ｎ型半導体基板中に形成されたＰ型不純物拡散層である固体撮像装置。
9. 請求項１乃至８いずれか一項に記載の固体撮像装置において、
   ＣＣＤ型の固体撮像装置である固体撮像装置。

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