JP6095903B2 - 固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置に関する。
特許文献１は、ＣＭＯＳイメージセンサ（以下、「センサ」という。）を用いた裏面照射型の固体撮像装置を開示している。この固体撮像装置は、一対の対向する主面を有する支持基板と、支持基板の一方の主面上に設けられたセンサとを備える。支持基板は、その厚さ方向に延びると共に支持基板を貫通する貫通電極を有する。貫通電極の一端部は、センサの電極と電気的に接続される。貫通電極の他端部は、支持基板の他方の主面に露出している。信号処理のためのＩＣチップに固体撮像装置が搭載された状態で、貫通電極の他端部は、バンプ電極を介してＩＣチップの電極と電気的に接続される。
上記の固体撮像装置は、センサを支持基板に接合する工程と、支持基板の他方の主面にレジストパターンを形成する工程と、当該他方の主面側から支持基板をエッチングして貫通孔を形成する工程と、当該貫通孔内に金属を充填して貫通電極を形成する工程とにより製造される。
特開２００７−１３０８９号公報
裏面照射型の上記固体撮像装置では、各種のエネルギー線（例えば、光、紫外線、電子線、放射線、荷電粒子線など）が裏面からセンサに入射されるので、センサをできる限り薄型化して受光感度を高める必要がある。しかしながら、薄型化に伴ってセンサの機械的強度が低下してしまい、センサの取り扱いが困難になってしまう。
センサの機械的強度を確保するために、センサの受光部分を部分的に薄型化し、受光部分を取り囲む外縁部分を肉厚とすることも考えられる。しかしながら、この場合、外縁部分の存在によりセンサの面積に対する受光部分の面積が相対的に小さくなるため、センサの単位面積あたりの受光効率が低下してしまう。そこで、センサの機械的強度を確保しつつ、センサの全面を薄型化して受光効率を高めるために、上記固体撮像装置では、センサを単体で用いずに支持基板と接合している。
しかも、上記固体撮像装置では、貫通電極を用いてセンサとＩＣチップとを電気的に接続している。そのため、ワイヤボンディングによるセンサとＩＣチップとの電気的な接続が必要なくなり、小型化が図られる。
しかしながら、センサと支持基板とを接合した後に支持基板に貫通孔を設けることは、技術的な難易度が高く、歩留まりが低下しうる。また、貫通孔に電極を形成する際に支持基板（貫通孔の内壁面）と電極との間で絶縁を確保するためには、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の方法で、膜厚が均一な質の高い酸化膜を貫通孔の内壁面に形成する必要があるが、十分な品質の絶縁膜を得るには難易度が高く、信頼性を確保することが困難である。
そのため、本発明の目的は、容易に製造でき且つ製品として優れた信頼性を有する固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置を提供することにある。
本発明の一側面に係る固体撮像装置の製造方法は、エネルギー線が入射される第１の主面と、第１の主面に対向すると共に電極が配置された第２の主面と、入射されたエネルギー線を光電変換して信号電荷を発生する光電変換部とを含む撮像素子を用意する第１の工程と、厚さ方向に延びる貫通孔が設けられると共に互いに対向する第３及び第４の主面を有する支持基板を用意する第２の工程と、第２の主面と第３の主面とが対向し且つ貫通孔から電極が露出するように撮像素子と支持基板とを位置合わせして、撮像素子と支持基板とを接合する第３の工程と、第３の工程の後に、導電性を有するボール状部材を、貫通孔内に配置すると共に電極に電気的に接続する第４の工程とを有する。
本発明の一側面に係る固体撮像装置の製造方法では、撮像素子に接合された支持基板の貫通孔内にボール状部材を配置し、ボール状部材と電極とを電気的に接続している。そのため、固体撮像装置を製造する際に、電気的な接続工程が容易である。従って、固体撮像装置を容易に製造でき、歩留まりの向上が図られる。また、支持基板の貫通孔の内壁面に、熱酸化等により、膜厚が均一な高品質の酸化膜を予め形成した場合、支持基板と電極との間で十分な絶縁を確保でき、信頼性の高い固体撮像装置を得ることができる。
第３の工程の後で且つ第４の工程の前に電極にめっき膜を形成してもよい。この場合、ボール状部材がめっき膜を介してより確実に電極に接続される。
貫通孔は第３の主面から第４の主面に向かうにつれて拡径していてもよい。この場合、第３の工程において、ボール状部材を貫通孔内に配置しやすくなる。
支持基板には、一つの貫通孔に対して複数の電極が対応するように、少なくとも一つの貫通孔が設けられており、第３の工程では、一つの貫通孔から複数の電極が露出するように、撮像素子と支持基板とが位置合わせされ、第４の工程では、電極のそれぞれにボール状部材が一つずつ電気的に接合されてもよい。
支持基板には、一つの貫通孔に対して一つの電極が対応するように、少なくとも一つの貫通孔が設けられており、第３の工程では、一つの貫通孔から一つの電極が露出するように、撮像素子と支持基板とが位置合わせされ、第４の工程では、電極のそれぞれにボール状部材が一つずつ電気的に接合されてもよい。この場合、貫通孔内にボール状部材を一つずつ配置するだけで、ボール状部材と電極との対応付けを簡単に行うことができる。
貫通孔内に樹脂材料が配置されていてもよい。この場合、ボール状部材を樹脂材料によって貫通孔内に確実に固定できる。
第１の工程で用意された撮像素子の電極及び第２の主面は、平坦化膜によって覆われており、第３の工程の後で且つ第４の工程の前に、電極の表面の少なくとも一部が露出するように平坦化膜の一部を除去してもよい。この場合、撮像素子の表面が平坦化膜により平坦化されるので、撮像素子と支持基板との接合がより確実となる。
本発明の他の側面に係る固体撮像装置は、エネルギー線が入射される第１の主面と、第１の主面に対向すると共に電極が配置された第２の主面と、入射されたエネルギー線を光電変換して信号電荷を発生する光電変換部とを含む撮像素子と、厚さ方向に延びる貫通孔が設けられると共に互いに対向する第３及び第４の主面を有し、第３の主面が第２の主面と対向し且つ前記貫通孔から前記電極が露出するように前記撮像素子と接合された支持基板と、
前記貫通孔内に配置されると共に前記電極と電気的に接続された、導電性を有するボール状部材とを備える。
本発明の他の側面に係る固体撮像装置は、撮像素子に接合された支持基板の貫通孔内にボール状部材を配置し、ボール状部材と電極とを電気的に接続することで製造される。そのため、固体撮像装置を製造する際に、電気的な接続工程が容易である。従って、固体撮像装置を容易に製造でき、歩留まりの向上が図られる。また、支持基板の貫通孔の内壁面に、熱酸化等により、膜厚が均一な高品質の酸化膜を予め形成した場合、支持基板と電極との間で十分な絶縁を確保でき、信頼性の高い固体撮像装置を得ることができる。
電極にめっき膜が形成されていてもよい。この場合、ボール状部材がめっき膜を介してより確実に電極に接続される。
貫通孔は第３の主面から第４の主面に向かうにつれて拡径していてもよい。この場合、固体撮像装置の製造の際に、ボール状部材を貫通孔内に配置しやすくなる。
支持基板には、一つの貫通孔から複数の電極が露出するように、少なくとも一つの貫通孔が設けられており、各電極にボール状部材が一つずつ電気的に接合されていてもよい。
支持基板には、一つの貫通孔から一つの電極が露出するように、少なくとも一つの貫通孔が設けられており、各電極にボール状部材が一つずつ電気的に接合されていてもよい。この場合、貫通孔内にボール状部材を一つずつ配置するだけで、ボール状部材と電極との対応付けを簡単に行うことができる。
貫通孔内に樹脂材料が配置されていてもよい。この場合、ボール状部材を樹脂材料によって貫通孔内に確実に固定できる。
第２の主面を覆う平坦化膜をさらに備え、電極の表面の少なくとも一部は平坦化膜から露出していてもよい。この場合、撮像素子の表面が平坦化膜により平坦化されるので、撮像素子と支持基板との接合がより確実となる。
本発明の種々の側面によれば、容易に製造でき且つ製品として優れた信頼性を有する固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置を提供できる。
図１（ａ）は第１実施形態に係る電子部品の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図２は、第１実施形態に係る電子部品の断面図であって、図１（ｂ）を拡大してより詳しく示す図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４（ａ）は第１実施形態に係る固体撮像装置を支持基板側から見た様子を示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）においてはんだボールを除去した状態を示す図である。 図５は、第１実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。 図６は、第１実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。 図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 図８は、第１実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。 図９は、第１実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。 図１０は、第１実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。 図１１は、第１実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。 図１２は、第１実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。 図１３は、第１実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。 図１４（ａ）は第２実施形態に係る電子部品の上面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図１５は、第２実施形態に係る電子部品の断面図であって、図１４（ｂ）を拡大してより詳しく示す図である。 図１６（ａ）は第２実施形態に係る固体撮像装置を支持基板側から見た様子を示す図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）においてはんだボールを除去した状態を示す図である。 図１７は、第２実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。 図１８は、第２実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。 図１９は、第２実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。 図２０は、第２実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。 図２１は、第２実施形態に係る固体撮像装置を製造するための一工程を示す図である。
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
［第１実施形態］
図１〜図４を参照して、第１実施形態に係る固体撮像装置１ＡがＩＣチップ２に搭載された電子部品３の構成について説明する。固体撮像装置１Ａは、図１に示されるように、ＣＣＤタイプの裏面照射型撮像素子１０と、撮像素子１０を支持する支持基板２０と、複数のボール状部材３０とを備える。
撮像素子１０は、図２に示されるように、素子本体１１と、ＡＲコート１２と、配線１３と、複数の電極１４と、めっき膜１５とを有する。素子本体１１は、ｐ型半導体層１１ａと、ｎ型半導体層１１ｂと、ｐ＋型半導体層１１ｃと、絶縁層１１ｄと、電極膜１１ｅと、層間絶縁層１１ｆとを含む。
ｐ型半導体層１１ａは、他の部分よりも厚みの厚い突出部を有する。ｎ型半導体層１１ｂは、当該突出部上において所定厚さで形成されている。ｐ型半導体層１１ａとｎ型半導体層１１ｂとの界面においてＰＮ接合が形成される。当該界面の近傍が光電変換部として機能し、当該界面に入射された各種のエネルギー線（例えば、光、紫外線、電子線、放射線、荷電粒子線など）を光電変換して信号電荷を発生する。
ｐ＋型半導体層１１ｃは、ｎ型半導体層１１ｂの主面は覆わないが、ｎ型半導体層１１ｂの側面とｐ型半導体層１１ａの表面とを覆うように形成されている。絶縁層１１ｄは、ｎ型半導体層１１ｂの主面とｐ＋型半導体層１１ｃの表面とを覆うように形成されている。絶縁層１１ｄは、例えばＳｉＯ２などによって構成される。絶縁層１１ｄのうちｎ型半導体層１１ｂの主面を覆っている部分の厚さは、絶縁層１１ｄのうちｐ＋型半導体層１１ｃの表面を覆っている部分の厚さよりも小さい。
電極膜１１ｅは、図２に示されるように、絶縁層１１ｄの薄い部分とその近傍を覆うように延びる帯状膜である。電極膜１１ｅは、図３に示されるように、撮像素子１０の幅方向に複数並んでいる。隣り合う電極膜１１ｅは、絶縁膜により互いに絶縁されており、撮像素子１０の厚さ方向から見て端部同士が重なり合っている。電極膜１１ｅは、例えばｐｏｌｙ−Ｓｉによって構成される。層間絶縁層１１ｆは、電極膜１１ｅ及び絶縁層１１ｄを覆うように形成されている。層間絶縁層１１ｆは、例えばホウリンケイ酸塩ガラス層（BPSG：BoronphosphosilicateGlass）などによって構成される。
ＡＲコート１２は、所定の波長帯域内にある光の反射を防止する機能を有する。ＡＲコート１２は、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮなどによって構成されている。ＡＲコート１２は、ｐ型半導体層１１ａの表面に形成されている。配線１３及び複数の電極１４は、層間絶縁層１１ｆの表面（光電変換部１１の主面Ｓ２）にパターニングされている。配線１３及び電極１４は、例えばＡｌなどによって構成される。配線１３及び電極１４の厚さは、例えば０．１μｍ〜１μｍ程度に設定される。
図４（ｂ）に示されるように、主面Ｓ１，Ｓ２の対向方向から見て、光検出領域Ａ１の両側に複数の電極１４（本実施形態では５つの電極１４）がそれぞれ一列ずつ並んでいる。めっき膜１５は、本実施形態において、電極１４における主面の一部に形成されている。めっき膜１５は、例えばＡｕ、Ｎｉなどによって構成される。
上記の構成を有する撮像素子１０においては、ｐ型半導体層１１ａと、ｎ型半導体層１１ｂと、絶縁層１１ｄと、電極膜１１ｅとが積層されている領域が光検出領域Ａ１として機能し、他の領域が配線領域Ａ２として機能する。撮像素子１０におけるＡＲコート１２側の表面は、エネルギー線が入射される主面Ｓ１として機能する。撮像素子１０における層間絶縁層１１ｆ側の表面は、支持基板２０に向かう主面Ｓ２として機能する。
平坦化膜１６は、図２に示されるように、撮像素子１０の主面Ｓ２上に設けられている。平坦化膜１６は、めっき膜１５の主面は露出する一方、層間絶縁層１１ｆ、配線１３及び複数の電極１４を覆うように形成されている。そのため、配線１３及び電極１４の存在により凹凸状となっている層間絶縁層１１ｆの表面が、平坦化膜１６により平坦化される。平坦化膜１６は、例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）などによって構成される。
支持基板２０は、図１に示されるように、平坦化膜１６を介して撮像素子１０と接合されている。支持基板２０は、図２に示されるように、基板２１と、基板２１の表面全体を覆う絶縁膜２２とを有する。基板２１は、例えばＳｉによって構成される。絶縁膜２２は、例えば熱酸化等によって形成された酸化膜によって構成される。
支持基板２０には、その厚さ方向に延びる貫通孔２３が本実施形態において２つ形成されている。貫通孔２３は、図１（ａ）及び図４に示されるように、主面Ｓ１，Ｓ２の対向方向から見て光検出領域Ａ１の両側に一つずつ配置されている。各貫通孔２３からは、複数のめっき膜１５（本実施形態では５つのめっき膜１５）が露出している。基板２１の表面と同様に、各貫通孔２３も絶縁膜２２によって覆われている。すなわち、支持基板２０には、その厚さ方向に延び且つ内壁面が絶縁膜によって覆われた貫通孔２３が設けられている。
各貫通孔２３は、図１（ｂ）及び図２に示されるように、支持基板の一方の主面Ｓ３から他方の主面Ｓ４に向かうにつれて拡径している。つまり、各貫通孔２３の内壁面はテーパ状を呈する。貫通孔２３における主面Ｓ３側及び主面Ｓ４側は、共に長方形状を呈する。貫通孔２３の開口幅は、第１実施形態において、ボール状部材３０の直径と同程度以上の大きさとなるように設定される。
ボール状部材３０は、導電性を有する球状のはんだであり、その直径を１００μｍ〜１０００μｍ程度に設定できる。ボール状部材３０は、図１、図２及び図４（ａ）に示されるように、貫通孔２３内に配置されている。各ボール状部材３０は、各電極１４及び各めっき膜１５と一対一に対応しており、各電極１４及び各めっき膜１５と電気的に接続されている。
ＩＣチップ２は、図１（ｂ）及び図２に示されるように、チップ本体２ａと、複数のリード端子２ｂと、電極２ｃと、めっき膜２ｄと、絶縁膜２ｅとを有する。チップ本体２ａは、撮像素子１０から出力された電気信号の信号処理や、撮像素子１０の動作制御などを行う。複数のリード端子２ｂは、チップ本体２ａから延びており、図示しない回路基板等にＩＣチップ２が搭載されたときに当該回路基板の電極と電気的に接続される。
電極２ｃは、チップ本体２ａ上にパターニングされている。電極２ｃは、例えばＡｌなどによって構成される。めっき膜２ｄは、本実施形態において、電極２ｃにおける主面の一部に形成されている。めっき膜２ｄは、例えばＡｕ、Ｎｉなどによって構成される。絶縁膜２ｅは、めっき膜２ｄの主面は露出する一方、チップ本体２ａ及び電極２ｃを覆うように形成されている。絶縁膜２ｅは、例えばＳｉＯ２などによって構成される。
ボール状部材３０を貫通孔２３内に確実に固定すると共に固体撮像装置１ＡとＩＣチップとを確実に固定するため、貫通孔２３内及び、固体撮像装置１ＡとＩＣチップ２との間には樹脂材料４０が充填されている。樹脂材料としては、例えばエポキシ樹脂などを用いることができる。
続いて、図２、図３及び図５〜図１３を参照して、第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａを備えた電子部品３を製造する方法について説明する。まず、図５（ａ）及び図６に示されるように、撮像素子１０の前駆体１０ａを製造する。具体的には、図６に示されるように、はじめにｐ＋半導体基板１１ｇの表面にｐ型半導体層１１ａがエピタキシャル成長された、所謂エピウエハを用意する。この基板１１ｇの厚さは、例えば６２０μｍ程度であり、ｐ型半導体層１１ａの厚さは、例えば１０μｍ〜３０μｍである。
次に、エピウエハ（ｐ型半導体層１１ａ）の上に、所謂ＬＯＣＯＳ法により、Ｓｉ３Ｎ４膜（図示せず）をマスクとしてイオン注入法によりｐ型の不純物を添加してｐ＋型半導体層１１ｃを形成する。次に、同じＳｉ３Ｎ４膜をマスクとして、酸化により絶縁層１１ｄを形成する。次に、Ｓｉ３Ｎ４膜を除去した後、イオン注入法によりｎ型の不純物を添加することによりｎ型半導体層１１ｂを形成して、さらに電極膜１１ｅ及び層間絶縁層１１ｆをこの順に積層する。この際、隣り合う電極膜１１ｅの端部同士が撮像素子１０の厚さ方向から見て重なり合うように、帯状を呈する複数の電極膜１１ｅが形成される（図７参照）。これにより、基板１１ｇ上に素子本体１１が形成される。次に、層間絶縁層１１ｆ上（主面Ｓ２上）に配線１３及び電極１４をパターニングする。こうして、図５（ａ）及び図６に示される撮像素子１０の前駆体１０ａが形成される。
続いて、図８に示されるように、配線１３及び電極１４を覆うように層間絶縁層１１ｆ上（主面Ｓ２上）に平坦化膜１６を形成する。平坦化膜１６の厚さは、例えば１μｍ〜５μｍ程度に設定できる。続いて、図９に示されるように、平坦化膜１６の表面を化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）により平坦化する。これにより、図５（ｂ）及び図９に示される撮像素子１０の前駆体１０ｂが形成される。このとき、配線１３及び電極１４は平坦化膜１６により覆われたままである。
続いて、図５（ｃ）に示されるように、貫通孔２３が設けられた支持基板２０を用意する。ここで、貫通孔２３の内壁面には、例えば熱酸化等により、膜厚が均一な高品質の酸化膜が形成されている。続いて、図５（ｄ）及び図１０に示されるように、主面Ｓ２と主面Ｓ３とが対向し且つ一つの貫通孔２３から５つの電極１４が露出するように撮像素子１０の前駆体１０ｂと支持基板２０とを位置合わせして、撮像素子１０の前駆体１０ｂと支持基板２０とを接合する。前駆体１０ｂと支持基板２０との接合にあたっては、例えば常温接合により前駆体１０ｂと支持基板２０とを押しつけあって直接接合してもよいし、前駆体１０ｂの主面Ｓ２に樹脂などの接着剤（図示せず）を塗布した状態で前駆体１０ｂと支持基板２０とを接合してもよい。これにより、図５（ｅ）に示されるように、固体撮像装置１Ａの前駆体１Ａａが形成される。
続いて、前駆体１Ａａにおける基板１１ｇをエッチングや研磨などにより除去し、ｐ型半導体層１１ａを露出させる。このときのｐ型半導体層１１ａから平坦化膜１６までの厚さは、例えば１０μｍ〜３０μｍ程度に設定される。これにより、図５（ｆ）及び図１１に示される固体撮像装置１Ａの前駆体１Ａｂが形成される。続いて、固体撮像装置１Ａの前駆体１Ａｂにおけるｐ型半導体層１１ａの表面にＡＲコート１２を形成する。次に、レジスト等を用いたエッチングにより、電極１４のうちめっき膜１５を形成すべき領域を露出させる。これにより、図５（ｇ）及び図１２に示される固体撮像装置１Ａの前駆体１Ａｃが形成される。
続いて、露出した電極１４を覆うようにめっき膜１５を形成する。これにより、図１３に示される固体撮像装置１Ａの前駆体１Ａｄが形成される。続いて、各貫通孔２３内にボール状部材３０を５つずつ配置すると共に、ボール状部材３０とめっき膜１５とを電気的に接続する。こうして固体撮像装置１Ａが完成する。
続いて、固体撮像装置１ＡをＩＣチップ２に搭載する。具体的には、ボール状部材３０とＩＣチップ２の電極２ｃとを位置合わせして、ボール状部材３０と電極２ｃとをフリップチップボンディングにより接合する。これにより、固体撮像装置１ＡとＩＣチップ２とがボール状部材３０を介して電気的に接続される。次に、貫通孔２３内及び、固体撮像装置１ＡとＩＣチップ２との間に、樹脂材料４０を充填する。こうして、図２に示される電子部品３が完成する。
以上のような第１実施形態では、撮像素子１０に接合された支持基板２０の貫通孔２３内にボール状部材３０を配置し、ボール状部材３０と電極１４とを電気的に接続している。そのため、固体撮像装置１Ａを製造する際に、電気的な接続工程が容易である。従って、固体撮像装置１Ａを容易に製造でき、歩留まりの向上が図られる。また、支持基板２０の貫通孔２３の内壁面に、熱酸化等により、膜厚が均一な高品質の酸化膜を予め形成しておくことにより、支持基板２０（貫通孔２３の内壁面）と電極との間で十分な絶縁を確保でき、信頼性の高い固体撮像装置１Ａを得ることができる。
第１実施形態では、電極１４にめっき膜１５を形成している。そのため、めっき膜１５を介してより確実にボール状部材３０を電極１４に接続できる。
第１実施形態では、貫通孔２３は主面Ｓ３から主面Ｓ４に向かうにつれて拡径している。そのため、ボール状部材３０を貫通孔２３内に配置しやすくなる。
第１実施形態では、貫通孔２３内に樹脂材料４０が配置されている。そのため、ボール状部材３０を樹脂材料４０によって貫通孔２３内に確実に固定できる。
第１実施形態では、固体撮像装置１Ａが、層間絶縁層１１ｆの表面と配線１３とを覆う平坦化膜１６をさらに備える。そのため、撮像素子１０の表面が平坦化膜１６により平坦化されるので、撮像素子１０と支持基板２０との接合がより確実となる。
［第２実施形態］
続いて、図１４〜図１６を参照して、第２実施形態に係る固体撮像装置１ＢがＩＣチップ２に搭載された電子部品３の構成について説明する。固体撮像装置１Ｂは、支持基板２０における貫通孔２３の大きさ及び数の点で固体撮像装置１Ａと異なる。以下では、主としてこの相違点について説明する。
支持基板２０には、図１４に示されるように、その厚さ方向に延びる貫通孔２３が電極１４と同数形成されている。本実施形態では、貫通孔２３は８つ形成されている。貫通孔２３は、図１４（ａ）及び図１６に示されるように、主面Ｓ１，Ｓ２の対向方向から見て光検出領域Ａ１の両側に４つずつ配置されている。各貫通孔２３からは、めっき膜１５が一つずつ露出している。
各貫通孔２３は、図１４（ｂ）及び図１５に示されるように、主面Ｓ３から主面Ｓ４に向かうにつれて拡径している。つまり、各貫通孔２３の内壁面はテーパ状を呈する。貫通孔２３における主面Ｓ３側及び主面Ｓ４側の開口は、共に正方形状を呈する。貫通孔２３の開口の大きさや内壁面の傾きの角度は、ボール状部材３０が貫通孔２３内に配置されたときに、ボール状部材３０がめっき膜１５と当接すると共にボール状部材３０が各内壁面に当接するように設定される（図１４（ｂ）及び図１５参照）。
続いて、図１５及び図１７〜図２１を参照して、第２実施形態に係る固体撮像装置１Ｂを備えた電子部品３を製造する方法について説明する。撮像素子１０の前駆体１０ａを用意し（図１７（ａ）参照）、前駆体１０ａの主面Ｓ２上に平坦化膜１６を形成して前駆体１０ｂを得る（図１７（ｂ）参照）までの工程は、第１実施形態と同じである。
続いて、図１７（ｃ）に示されるように、８つの貫通孔２３が設けられた支持基板２０を用意する。続いて、図１７（ｄ）及び図１８に示されるように、主面Ｓ２と主面Ｓ３とが対向し且つ一つの貫通孔２３から一つの電極１４が露出するように撮像素子１０の前駆体１０ｂと支持基板２０とを位置合わせして、前駆体１０ｂと支持基板２０とを接合する。これにより、図１７（ｅ）に示されるように、固体撮像装置１Ｂの前駆体１Ｂａが形成される。
続いて、前駆体１Ｂａにおける基板１１ｇをエッチングや研磨などにより除去し、ｐ型半導体層１１ａを露出させる。これにより、図１７（ｆ）及び図１９に示される固体撮像装置１Ｂの前駆体１Ｂｂが形成される。続いて、固体撮像装置１Ｂの前駆体１Ｂｂにおけるｐ型半導体層１１ａの表面にＡＲコート１２を形成する。次に、レジスト等を用いたエッチングにより、電極１４のうちめっき膜１５を形成すべき領域を露出させる。これにより、図１７（ｇ）及び図２０に示される固体撮像装置１Ｂの前駆体１Ｂｃが形成される。
続いて、露出した電極１４を覆うようにめっき膜１５を形成する。これにより、図２１に示される固体撮像装置１Ｂの前駆体１Ｂｄが形成される。続いて、各貫通孔２３内に一つずつボール状部材３０を配置すると共に、ボール状部材３０とめっき膜１５とを電気的に接続する。こうして固体撮像装置１Ｂが完成する。
続いて、固体撮像装置１ＢをＩＣチップ２に搭載する。具体的には、ボール状部材３０とＩＣチップ２の電極２ｃとを位置合わせして、ボール状部材３０と電極２ｃとをフリップチップボンディングにより接合する。これにより、固体撮像装置１ＢとＩＣチップ２とがボール状部材３０を介して電気的に接続される。次に、貫通孔２３内及び、固体撮像装置１ＢとＩＣチップ２との間に、樹脂材料４０を充填する。こうして、図１５に示される電子部品３が完成する。
以上のような第２実施形態に係る固体撮像装置１Ｂでは、第１実施形態に係る固体撮像装置１Ａと同様の作用効果を奏する。
第２実施形態では、貫通孔２３は主面Ｓ３から主面Ｓ４に向かうにつれて拡径している。そのため、ボール状部材３０を貫通孔２３内に配置しやすくなる。また、第２実施形態では、ボール状部材３０が貫通孔２３の各内壁面に当接するので、ボール状部材３０が貫通孔２３内において安定する。また、ボール状部材３０の、電極２ｃに対するアライメント工程が容易になる。
第２実施形態では、支持基板２０には複数の貫通孔２３が設けられており、一つの貫通孔２３に対して一つの電極１４（めっき膜１５）が対応している。そのため、この貫通孔２３内にボール状部材３０を一つずつ配置するだけで、ボール状部材３０と電極１４との対応付けを簡単に行うことができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では平坦化膜１６をＣＭＰにより平坦化していたが、撮像素子１０と支持基板２０とを接着剤等によって貼り付ける場合には常温接合する場合と比較して接合面の平坦性がそれほど要求されないので、平坦化膜１６をＣＭＰにより平坦化しなくてもよい。
上記の実施形態では、光電変換部１１の主面Ｓ２上に平坦化膜１６を設けていたが、平坦化膜１６を設けなくてもよい。
上記の実施形態では、主面Ｓ３から主面Ｓ４に向かうにつれて貫通孔２３が拡径していたが、貫通孔２３の開口の大きさは、その延在方向において一定でもよい。また、主面Ｓ３から主面Ｓ４に向かうにつれて貫通孔２３が縮径していてもよい。
上記の実施形態では、固体撮像装置１Ａ，１ＢとＩＣチップ２とを電気的に接続した後に、貫通孔２３内及び、固体撮像装置１Ａ，１ＢとＩＣチップ２との間に樹脂材料４０を充填したが、貫通孔２３内に予め樹脂材料４０を充填した固体撮像装置１Ａ，１ＢをＩＣチップと電気的に接続した後に、固体撮像装置１Ａ，１ＢとＩＣチップ２との間にさらに樹脂材料４０を充填してもよい。
上記の実施形態では、貫通孔２３内及び、固体撮像装置１Ａ，１ＢとＩＣチップ２との間に樹脂材料４０が充填されていたが、樹脂材料４０を充填しなくてもよい。
上記の実施形態では、ボール状部材３０が球状を呈していたが、ボール状部材３０は一部が球面を呈するものであってもよい。
上記の実施形態では、固体撮像装置としてＣＣＤ型固体撮像装置を例にして説明したが、本発明は、ＣＣＤ型固体撮像装置に限定されず、ＣＭＯＳ型固体撮像装置をはじめ種々の裏面照射型の受光素子アレイに適用可能であることは言うまでもない。
１Ａ，１Ｂ…固体撮像装置、２…ＩＣチップ、３…電子部品、１０…撮像素子、１１…光電変換部、１４…電極、１５…めっき膜、１６…平坦化膜、２０…支持基板、２３…貫通孔、３０…ボール状部材、４０…樹脂材料、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４…主面。

Claims (10)

  1. エネルギー線が入射される第１の主面と、前記第１の主面に対向すると共に電極が配置された第２の主面と、入射されたエネルギー線を光電変換して信号電荷を発生する光電変換部とを含む撮像素子を用意する第１の工程と、
    厚さ方向に延びる貫通孔が設けられると共に互いに対向する第３及び第４の主面を有する支持基板を用意する第２の工程と、
    前記第２の主面と前記第３の主面とが対向し且つ前記貫通孔から前記電極が露出するように前記撮像素子と前記支持基板とを位置合わせして、前記撮像素子と前記支持基板とを接合する第３の工程と、
    前記第３の工程の後に、前記支持基板の厚みよりも大きな直径を有し且つ導電性を有するボール状部材を前記貫通孔内に配置して、前記ボール状部材の一部が前記支持基板の前記第４の主面よりも外側に突出した状態となるように前記ボール状部材を前記電極に電気的に接続する第４の工程とを有し、
    前記第１の工程で用意された前記撮像素子の前記電極及び前記第２の主面は、平坦化膜によって覆われており、
    前記第３の工程の後で且つ前記第４の工程の前に、前記電極の表面の少なくとも一部が露出するように前記平坦化膜の一部を除去する、固体撮像装置の製造方法。
  2. 前記第３の工程の後で且つ前記第４の工程の前に前記電極にめっき膜を形成する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記貫通孔は前記第３の主面から前記第４の主面に向かうにつれて拡径している、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記支持基板には、一つの前記貫通孔に対して複数の前記電極が対応するように、少なくとも一つの前記貫通孔が設けられており、
    前記第３の工程では、一つの前記貫通孔から複数の前記電極が露出するように、前記撮像素子と前記支持基板とが位置合わせされ、
    前記第４の工程では、前記電極のそれぞれに前記ボール状部材が一つずつ電気的に接合される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記支持基板には、一つの前記貫通孔に対して一つの前記電極が対応するように、少なくとも一つの前記貫通孔が設けられており、
    前記第３の工程では、一つの前記貫通孔から一つの前記電極が露出するように、前記撮像素子と前記支持基板とが位置合わせされ、
    前記第４の工程では、前記電極のそれぞれに前記ボール状部材が一つずつ電気的に接合される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記第４の工程の後に、前記ボール状部材と前記貫通孔との間に樹脂材料を充填する第５の工程をさらに有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. エネルギー線が入射される第１の主面と、前記第１の主面に対向すると共に電極が配置された第２の主面と、入射されたエネルギー線を光電変換して信号電荷を発生する光電変換部とを含む撮像素子と、
    厚さ方向に延びる貫通孔が設けられると共に互いに対向する第３及び第４の主面を有し、前記第３の主面が前記第２の主面と対向し且つ前記貫通孔から前記電極が露出するように前記撮像素子と接合された支持基板と、
    前記貫通孔内に配置されると共に前記電極と電気的に接続された、前記支持基板の厚みよりも大きな直径を有し且つ導電性を有するボール状部材と、
    前記第２の主面を覆う平坦化膜とを備え、
    前記ボール状部材の一部は、前記支持基板の前記第４の主面よりも外側に突出しており、
    前記電極の表面の少なくとも一部は前記平坦化膜から露出しており、
    前記支持基板には、一つの前記貫通孔から複数の前記電極が露出するように、少なくとも一つの前記貫通孔が設けられており、
    前記各電極に前記ボール状部材が一つずつ電気的に接合される、固体撮像装置。
  8. 前記電極にめっき膜が形成されている、請求項７に記載の固体撮像装置。
  9. 前記貫通孔は前記第３の主面から前記第４の主面に向かうにつれて拡径している、請求項７又は８に記載の固体撮像装置。
  10. 前記ボール状部材と前記貫通孔との間に樹脂材料が配置されている、請求項７〜９のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
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