JP7389029B2 - 固体撮像装置、電子機器、および固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Description

本技術は、固体撮像装置、電子機器、および固体撮像装置の製造方法に関する。詳しくは、本技術は、半導体基板の一方の板面側に複数の受光素子を形成した固体撮像素子上に、樹脂等からなる支持部を介してガラス等の透光性を有する蓋部材を設け、固体撮像素子と蓋部材との間にキャビティを有するパッケージ構造を備えた固体撮像装置およびその製造方法に関する。

近年急速に普及しているデジタルカメラやビデオカメラの本体内には、固体撮像素子として、被写体光を光電信号に変換して画像を記録するイメージセンサが組み込まれている。イメージセンサには、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ
Ｄｅｖｉｃｅ）型のものがある。イメージセンサは、半導体基板の一方の板面側に複数の受光素子を形成したチップである。

従来、イメージセンサを含む固体撮像装置には、イメージセンサ上に樹脂等からなる支持部を介してガラス等の透光性を有する蓋部材をマウントし、イメージセンサと蓋部材との間にキャビティを有するパッケージ構造を備えた構成のものがある。かかる構成においては、イメージセンサの受光面側に設けられた支持部により、イメージセンサに対してその受光面に対向するように蓋部材が支持されるとともに、同支持部によってイメージセンサと蓋部材との間の周囲が封止され、イメージセンサと蓋部材との間にキャビティが形成される（例えば、特許文献１参照。）。このような構成の固体撮像装置においては、蓋部材を透過した光が、キャビティ内を通って、イメージセンサの受光面に配された各画素を構成する受光素子により受光されて検出される。

近年では、イメージセンサは、スマートフォン等の小型機器に採用されることが多く、イメージセンサのパッケージ構造の小型化・低背化が必須となってきている。そこで、イメージセンサの構成として、ウェーハレベルチップスケール（またはサイズ）パッケージ（ＷＣＳＰ）と呼ばれる構造が普及してきている。ＷＣＳＰは、チップ個片に切断された後にパッケージ化されるのではなく、ウェーハ状態でパッケージを作り込み、最終的に元のチップの大きさで切り出されるものであるため、小型化に大きく寄与する。

上述したようなパッケージ構造を備えた固体撮像装置は、例えば基板に実装される際に接合用の半田を溶融するためのリフローを受ける。リフロー時には、固体撮像装置は、例えば２５０℃前後の温度雰囲気に晒される。このため、キャビティ内の水分（水蒸気）を含む気体が熱せられ、キャビティの内圧（水蒸気圧）が上昇する。ここで、イメージセンサに蓋部材を支持する支持部が樹脂製の場合、この支持部を透過した水分がキャビティ内に存在する。

キャビティの内圧が上昇することは、イメージセンサを構成する半導体基板、蓋部材、これを支持する支持部等の固体撮像装置の構成部材のクラックや部材間の剥離等の損傷を生じさせる原因となり得る。このような損傷が生じると、その損傷した部分からキャビティ内に水分やダスト等が侵入し、装置の性能が低下することになる。このような問題の対策として、次のような技術を用いることが考えられる。

まず、キャビティを形成する部材として、キャビティの内圧に応じて変形する部材を設け、かかる部材の変形により、キャビティの内圧の過度の上昇を防止する技術がある（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２には、キャビティの内圧に応じて変形する部材として、絶縁性のベース基体等とともにキャビティを形成するキャップを設けた構成が開示されている。キャップは、銅等の金属からなる板状の部材であり、キャビティの内圧に応じて変形させる部分として、板厚が比較的薄い湾曲部分を有する。

また、キャビティを形成する部材に、キャビティ内から外部に通じる通気部を設けることにより、キャビティの内圧の上昇を防止する技術がある（例えば、特許文献３参照。）。特許文献３には、パッケージの凹部内に光学素子を載置し、透明部材によって凹部を覆うことで中空構造をなした構成において、パッケージに、凹部内と外部とを連通させる通気路を形成した構成が開示されている。

また、キャビティの内部あるいは外部に、水分を捕捉する吸湿部材や防湿部材を設けることにより、キャビティ内の水分を減少させ、キャビティの内圧の上昇を防止する技術がある（例えば、特許文献４参照。）。特許文献４には、キャビティを形成する部材の内側等に、粒状の吸湿物質と粘着性物質であるペースト状の樹脂とを混合した吸湿剤を塗布した構成が開示されている。

特開２００４－２９６４５３号公報 特開平９－１２９７６７号公報 特開２０１１－７７１７０号公報 特開平７－３２１２５１号公報

上述したような技術によれば、次のような問題がある。まず、キャビティの内圧に応じて変形する部材を別途設ける技術や、キャビティの内部あるいは外部に吸湿部材等を設ける技術によれば、パッケージ構造の外形のサイズが大きくなるという問題がある。かかる問題は、特に、上述したように小型化に対応するためのＷＣＳＰにおいて顕著となる。また、キャビティの内部に吸湿部材等の別部材を設けることは、この別部材が脱落することによる装置の動作不良や特性不良が懸念される。また、キャビティ内から外部に通じる通気部を設ける技術によれば、通気部からキャビティ内にダスト等が入り込むことによる画像への影響が懸念される。

そして、いずれの技術についても、製造方法の複雑化や製造コストの増加をともなうこととなるため、上述したようなパッケージ構造を備えた固体撮像装置を含む最終製品の価格が高くなるという懸念がある。以上より、リフロー時等にキャビティの内圧が上昇することによる問題については、新たな解決策が必要とされている。

本技術の目的は、固体撮像素子と蓋部材との間にキャビティを有するパッケージ構造を備えた構成において、リフロー時等にキャビティの内圧が上昇することによる構成部材のクラックや部材間の剥離等の損傷を防止することができる固体撮像装置、電子機器、および固体撮像装置の製造方法を提供することである。

本技術に係る固体撮像装置は、半導体基板を含み、前記半導体基板の一方の板面側を受光側とする固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記受光側に、前記固体撮像素子に対して所定の間隔を隔てて設けられた透光性を有する蓋部材と、前記固体撮像素子の前記受光側に設けられ、前記固体撮像素子に対して前記蓋部材を支持し、前記固体撮像素子と前記蓋部材との間にキャビティを形成する支持部と、を備え、前記半導体基板は、その他方の板面側に形成され前記半導体基板の板厚を部分的に薄くする凹部を有するものである。

また、本技術に係る固体撮像装置の他の態様は、前記固体撮像装置において、前記凹部を埋めるように設けられ、熱可塑性樹脂により形成され、前記半導体基板とともに変形する充填樹脂部を備えるものである。

また、本技術に係る固体撮像装置の他の態様は、前記固体撮像装置において、前記充填樹脂部の表面側に設けられ、前記固体撮像素子を実装するための半田部を備えるものである。

また、本技術に係る固体撮像装置の他の態様は、前記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルアミド樹脂、およびポリエーテルアミドイミド樹脂のうちいずれか１つを主成分とするペースト組成物であるものである。

また、本技術に係る固体撮像装置の他の態様は、前記固体撮像装置において、前記熱可塑性樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリアミドイミド樹脂のうちいずれか１つに可塑性をもつセグメントを変成したペースト組成物であるものである。

また、本技術に係る固体撮像装置の他の態様は、前記固体撮像装置において、前記熱可塑性樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリアミドイミド樹脂のうちいずれか１つを主成分とし、熱可塑性をもつ樹脂粒子を含有するペースト組成物であるものである。

また、本技術に係る固体撮像装置の他の態様は、前記固体撮像装置において、前記凹部は、前記半導体基板の板面と略平行な底面部と、前記凹部の内側面をなす側面部と、を有し、前記側面部は、前記半導体基板の板面に対して所定の向きに傾斜した第１の傾斜面と、該第１の傾斜面とともに前記半導体基板の断面視で屈曲状をなす第２の傾斜面と、を含むものである。

また、本技術に係る固体撮像装置の他の態様は、前記固体撮像装置において、前記凹部は、前記半導体基板の板面と略平行な底面部と、前記凹部の内側面をなす側面部と、を有し、前記側面部は、前記半導体基板の結晶の（１１１）面またはこれと等価な面を含むものである。

また、本技術に係る固体撮像装置の他の態様は、前記固体撮像装置において、前記半導体基板の他方の板面側に設けられ、前記固体撮像素子を実装するための半田部を備え、前記半田部を溶融させるためのリフローの所定のピーク温度時の前記キャビティの内圧が、前記キャビティを形成する部材のクラックまたは前記キャビティを形成する部材間の剥離を生じさせる内圧よりも低いものである。

本技術に係る電子機器は、半導体基板を含み、前記半導体基板の一方の板面側を受光側とする固体撮像素子と、前記固体撮像素子の前記受光側に、前記固体撮像素子に対して所定の間隔を隔てて設けられた透光性を有する蓋部材と、前記固体撮像素子の前記受光側に設けられ、前記固体撮像素子に対して前記蓋部材を支持し、前記固体撮像素子と前記蓋部材との間にキャビティを形成する支持部と、を備え、前記半導体基板は、その他方の板面側に形成され前記半導体基板の板厚を部分的に薄くする凹部を有する固体撮像装置を備えたものである。

本技術に係る固体撮像装置の製造方法は、一方の板面側に画素群が形成された固体撮像素子となる部分が所定の配列で複数形成された半導体ウェーハの前記一方の板面側に、前記画素群を囲むように前記所定の配列に沿って形成された壁部を介して、前記半導体ウェーハに対して所定の間隔を隔てて透光性を有する板材を設ける工程と、前記半導体ウェーハの他方の板面側に、各前記固体撮像素子に対応して、前記半導体ウェーハの板厚を部分的に薄くする凹部を形成する工程と、前記半導体ウェーハ、前記壁部、および前記板材を、前記所定の配列に沿って前記固体撮像素子に対応する部位ごとに分割するように切断して個片化する工程と、を含むものである。

また、本技術に係る固体撮像装置の製造方法の他の態様は、前記固体撮像装置の製造方法において、前記凹部を形成する工程は、ドライエッチングにより前記半導体ウェーハの前記凹部に対応する部分を除去することで半凹部を形成する第１のエッチング工程と、前記第１のエッチング工程の後、異方性エッチングにより前記半凹部を掘ることで前記凹部を形成する第２のエッチング工程と、を有するものである。

また、本技術に係る固体撮像装置の製造方法の他の態様は、前記固体撮像装置の製造方法において、前記個片化する工程の前に行われる工程として、前記凹部に熱可塑性樹脂を充填することで、前記凹部内に、前記固体撮像素子を構成する半導体基板とともに変形する充填樹脂部を形成する工程を含むものである。

また、本技術に係る固体撮像装置の製造方法の他の態様は、前記固体撮像装置の製造方法において、前記個片化する工程の前に行われる工程として、前記充填樹脂部の表面側に、前記固体撮像素子を実装するための半田部を搭載する工程を含むのである。

本技術によれば、固体撮像素子と蓋部材との間にキャビティを有するパッケージ構造を備えた構成において、リフロー時等にキャビティの内圧が上昇することによる構成部材のクラックや部材間の剥離等の損傷を防止することができる。

本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。 本技術の第１実施形態に係る半導体基板の裏面側を示す図である。 本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法についての説明図である。 本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法についての説明図である。 本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法についての説明図である。 本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法についての説明図である。 本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法についての説明図である。 本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置が有する凹部についての説明図である。 本技術に対する比較例の固体撮像装置の構成を示す図である。 本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置の作用についての説明図である。 本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置の変形例の構成を示す断面図である。 本技術の第２実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。 本技術の第２実施形態に係る半導体基板の裏面側を示す図である。 本技術の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法についての説明図である。 本技術の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法についての説明図である。 本技術の第２実施形態に係る固体撮像装置の作用についての説明図である。 本技術の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の変形例についての説明図である。 本技術の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の変形例についての説明図である。 本技術の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の変形例についての説明図である。 本技術の第３実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である 本技術の第３実施形態に係る半導体基板の裏面側を示す図である。 本技術の第３実施形態に係る固体撮像装置の製造方法についての説明図である。 本技術の第３実施形態に係る固体撮像装置の製造方法についての説明図である。 本技術の第３実施形態に係る固体撮像装置の作用についての説明図である。 本技術の実施形態に係る固体撮像装置を備えた電子機器の構成例を示すブロック図である。

本技術は、固体撮像素子上に支持部を介して蓋部材を設け固体撮像素子と蓋部材との間にキャビティを有する構成において、固体撮像素子を構成する半導体基板の形状等について工夫することにより、キャビティ内の圧力の増大に起因する損傷を防止しようとするものである。

以下、図面を参照して、本技術を実施するための形態（以下「実施形態」と称する。）を説明する。なお、実施形態の説明は以下の順序で行う。
１．第１実施形態に係る固体撮像装置の構成例
２．第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法
３．第１実施形態に係る固体撮像装置の変形例
４．第２実施形態に係る固体撮像装置の構成例
５．第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法
６．第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の変形例
７．第３実施形態に係る固体撮像装置の構成例
８．第３実施形態に係る固体撮像装置の製造方法
９．電子機器の構成例

＜第１実施形態に係る固体撮像装置の構成例＞
本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置１の構成について、図１および図２を参照して説明する。図１に示すように、固体撮像装置１は、固体撮像素子としてのイメージセンサ２と、透光性を有する蓋部材としてのガラス３と、イメージセンサ２上にガラス３を支持する支持部としての隔壁４とを備える。

固体撮像装置１は、イメージセンサ２上に隔壁４を介してガラス３をマウントし、イメージセンサ２とガラス３との間にキャビティ５を有するパッケージ構造を備えている。固体撮像装置１においては、イメージセンサ２の受光側の面である表面２ａに設けられた隔壁４により、イメージセンサ２に対してその表面２ａに対向するようにガラス３が支持される。隔壁４により、イメージセンサ２とガラス３との間の周囲が封止され、イメージセンサ２とガラス３との間に空隙状のキャビティ５が形成される。本実施形態に係る固体撮像装置１は、パッケージ構造としていわゆるＷＣＳＰ構造を採用したものである。

イメージセンサ２は、半導体の一例であるシリコン（Ｓｉ）により構成されたシリコン製の半導体基板６を含み、半導体基板６の一方の板面である表面２ａ側（図１において上側）を受光側とする。イメージセンサ２は、表面２ａ側に複数の受光素子を形成した矩形板状のチップであり、半導体基板６の受光側に設けられた隔壁４を介してガラス３を配置させている。本実施形態に係るイメージセンサ２は、ＣＭＯＳ型のイメージセンサである。ただし、イメージセンサ２はＣＣＤ型のイメージセンサであってもよい。

イメージセンサ２の大部分は、半導体基板６により構成されている。半導体基板６の表面側には、イメージセンサ素子が形成されている。すなわち、イメージセンサ２は、表面２ａ側において、受光部として、例えばベイヤ（Ｂａｙｅｒ）配列等の所定の配列で形成された複数の画素７を含む受光領域である画素領域８を有し、画素領域８の周囲の領域を周辺領域とする。画素領域８は、各画素７における光電変換により信号電荷の生成、増幅、および読み出しを行う有効画素領域を含む。

画素７は、光電変換機能を有する光電変換部としてのフォトダイオードと、複数の画素トランジスタとを有する。フォトダイオードは、イメージセンサ２の表面２ａ側から入射する光を受光する受光面を有し、その受光面に入射した光の光量（強度）に応じた量の信号電荷を生成する。複数の画素トランジスタは、例えば、フォトダイオードにより生成された信号電荷の増幅、転送、選択、およびリセットをそれぞれ受け持つＭＯＳトランジスタを有する。なお、複数の画素７に関しては、複数の単位画素を構成するフォトダイオードおよび転送トランジスタが、他の１つずつの画素トランジスタを共有して構成される共有画素構造のものであってもよい。

イメージセンサ２の表面２ａ側においては、半導体基板６に対して、酸化膜等からなる反射防止膜や、有機材料により形成された平坦化膜等を介して、カラーフィルタおよびオンチップレンズが各画素７に対応して形成されている。オンチップレンズに入射した光が、カラーフィルタや平坦化膜等を介してフォトダイオードで受光される。

本技術が適用できるイメージセンサ２の構造としては、次のようなものが代表例として挙げられる。すなわち、半導体基板６の表面側に画素領域８を形成した表面照射型（Front Side Illumination）のものや、光の透過率を向上させるためにフォトダイオード等を逆に配置し半導体基板６の裏面側を受光面側とした裏面照射型（Back Side Illumination）のものや、画素群の周辺回路を積層した１つのチップとしたもの等である。ただし、本技術に係るイメージセンサ２は、これらの構造のものに限定されない。

ガラス３は、イメージセンサ２の受光側に、イメージセンサ２に対して所定の間隔を隔てて設けられている。ガラス３は、蓋部材の一例であって、イメージセンサ２と略同じサイズの矩形板状の部材である。ガラス３は、平面視でイメージセンサ２の外形に略一致するように、かつ、イメージセンサ２に対して平行状に設けられている。ガラス３は、イメージセンサ２に対向する側の板面である下面３ｂと、その反対側の面である上面３ａとを有する。ガラス３を透過した光が、イメージセンサ２の受光面に入射する。

ガラス３は、通常その上方に位置するレンズ等の光学系から入射する各種光を透過させ、キャビティ５を介してガラス３に対向するイメージセンサ２の受光面にその光を伝達する。ガラス３は、イメージセンサ２の受光面側を保護する機能を有するとともに、隔壁４と相俟ってキャビティ５内への外部からの水分（水蒸気）やダスト等の侵入を遮断する機能を有する。

本技術に係る蓋部材としては、ガラス板のほか、例えば、プラスチック板、あるいは赤外光のみを透過するシリコン板等が適用可能である。なお、例えばイメージセンサ２の使用上の都合を加味し、ガラス３は、その表面に各種波長用フィルター膜が形成されたものや、これと同時にキャビティ５内外からの反射を防止するための反射防止膜がコーティングされたものであってもよい。

隔壁４は、イメージセンサ２の受光側に設けられ、イメージセンサ２に対してガラス３を支持し、イメージセンサ２とガラス３との間にキャビティ５を形成する。隔壁４は、イメージセンサ２の表面２ａにおいて画素領域８を囲むように、画素領域８を除いた周辺領域に設けられている。

隔壁４は、イメージセンサ２の表面２ａとガラス３の下面３ｂとの間に介在し、イメージセンサ２とガラス３との間を閉じる封止部として機能する。すなわち、隔壁４は、ガラス３とともに、キャビティ５に対する外部からの水分やダスト等の侵入を遮断する。

隔壁４は、ガラス３の外形に沿って全周にわたって形成されており、平面視で矩形枠状をなすように設けられている。隔壁４は、平面視でガラス３の外縁に沿うようにガラス３の外形の範囲内の位置に設けられている。例えば、隔壁４は、その外側面４ｃをガラス３の外側面３ｃと略面一とするように設けられる。

隔壁４の材料は、例えば、アクリル系樹脂であるＵＶ（紫外線）硬化性樹脂等の感光性接着剤や、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいはこれらの混合剤である。隔壁４は、イメージセンサ２の表面２ａに対して、ディスペンサによる塗布や、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニング等により形成される。隔壁４の材料としては、一般的にパターンをフォトリソグラフィ技術で自由に形成できる感光性樹脂が好適に用いられる。

隔壁４が樹脂材料からなるものである場合、隔壁４は、イメージセンサ２とガラス３とを互いに離間した状態で接着させる接着剤として機能する。ただし、隔壁４は、樹脂製のものに限らず、例えばガラス等のセラミックスや金属やシリコン等の無機材料からなる構造体を接着剤等でイメージセンサ２およびガラス３に貼り付けることで設けられた構成であってもよい。隔壁４をガラス等からなる構造体によって構成することにより、透湿防止効果が期待できる。

キャビティ５は、イメージセンサ２とガラス３との間における扁平矩形状の空間部分である。具体的には、キャビティ５は、イメージセンサ２の表面２ａと、ガラス３の下面３ｂと、隔壁４の内側面４ａとにより形成されている。キャビティ５内は、イメージセンサ２上において、完全に外部から隔離・保護された空間部分となる。

外部からガラス３に対する入射光は、ガラス３の材料の屈折率の影響で一度入射角を変化させるが、キャビティ５内は屈折率が１の空気層であるため、画素７に形成されたオンチップレンズに対する入射光については、元々のガラス３に対する入射光の入射角が再現される。

また、固体撮像装置１において、イメージセンサ２の表面２ａ側には、外部に対する信号の送受信のための端子として、電極パッド１１が複数形成されている。電極パッド１１の材料としては、例えばアルミニウム材料等が用いられる。一方、イメージセンサ２において、半導体基板６の他方の板面（表面２ａと反対側の面）である裏面２ｂ側には、イメージセンサ２を実装するための半田部としての半田ボール１２群が設けられている。電極パッド１１は、半田ボール１２に対して電気的に接続されている。なお、イメージセンサ２は、例えば製品においてインターポーザ基板等の基板に実装される。

電極パッド１１は、イメージセンサ２の表面２ａ側において、隔壁４の直下の部位に形成されている。そして、電極パッド１１は、イメージセンサ２において裏面２ｂ側から形成された貫通ビア（TSV：Through Silicon Via）１３に埋め込むように延伸形成された配線層１４を介して、半田ボール１２に接続されている。

貫通ビア１３は、半導体基板６を貫通するように形成された孔の内面に、絶縁膜１５を介して、配線層１４をなす孔内配線部１４ａが埋め込まれることにより形成されている。孔内配線部１４ａは、半導体基板６の裏面２ｂ側に形成された平面状配線部１４ｂとともに配線層１４をなし、平面状配線部１４ｂは、半田ボール１２に接続されている。貫通ビア１３の形成には、例えば、狭くて深い開口、所謂アスペクト比の高い孔形成を可能とした半導体素子用プロセスであるＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）が使用される。

このような電気的な接続構成により、短い接続経路での信号品質の保持が図られている。ただし、電極パッド１１の接続構成としては、例えば、電極パッド１１に対してイメージセンサ２の表面２ａ側からボンディングワイヤを介して半田ボール１２に接続する構成であってもよい。かかる構成の場合、電極パッド１１は、例えばイメージセンサ２の表面２ａ側において隔壁４の外側に形成されることになる。

配線層１４は、例えば、抵抗値が低く高速信号の伝送に有利な銅（Ｃｕ）等の低抵抗金属材料により形成されている。なお、配線層１４は、銅（Ｃｕ）のほか、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、チタンタングステン合金（ＴｉＷ）、ポリシリコン等で形成することができる。イメージセンサ２における配線層１４の形成部位は、配線層１４が半導体基板６に直接接しないように、配線層１４に対して下敷き状に形成された酸化膜や窒化膜等からなる絶縁膜１５によりカバーされている。つまり、配線層１４と半導体基板６との間には絶縁膜１５が介在している。

また、イメージセンサ２の裏面２ｂ側には、配線層１４に対する半田ボール１２の接続部分のみ開口させる開口部１６ａを有しながら、裏面２ｂ全体をカバーするように、絶縁性の樹脂からなるソルダーレジスト（ソルダーマスク）１６が形成されている。ソルダーレジスト１６は、貫通ビア１３内にも埋め込まれ、配線層１４の孔内配線部１４ａおよび平面状配線部１４ｂを覆うように形成されている。ソルダーレジスト１６は、配線層１４と半田ボール１２との接触面積を規定し、隣接する半田ボール１２同士のショートを防止する機能を有する。また、イメージセンサ２の裏面２ｂ側においては、ソルダーレジスト１６の内側に、配線層１４が敷設されている。これにより、配線間が確実にカバーされ、例えば導電性の異物による配線間のショートが防止される。

複数の半田ボール１２は、外部端子として機能する部分であり、イメージセンサ２の信号数や製品の基板等により、適宜の並べ方で配設される。本実施形態では、半田ボール１２群は、イメージセンサ２の裏面２ｂ側において、イメージセンサ２の矩形状のチップ外形に沿って並べられている（図２参照）。

半田ボール１２の材料としては、近年の環境問題を反映し、鉛フリーの材料が使われることが多いが、その材料組成については製品の使用目的や要求コスト等に応じて適宜選択される。半田ボール１２を設けるためのプロセスとしては、ソルダーレジスト１６の開口部１６ａにフラックスを塗布した状態で大きさが揃えられた半田ボール１２を位置精度良く載せるプロセスや、印刷技術を用いてソルダーレジスト１６の開口部１６ａにソルダペーストを印刷し、その後リフローすることで半田をボール状に形成するプロセス等が採用される。

以上のように、ＷＣＳＰ構造を採用した固体撮像装置１は、イメージセンサ２の表面２ａと裏面２ｂを貫通する貫通ビア１３により電極を形成することで、ワイヤボンドによる配線を無くした構成を備える。すなわち、固体撮像装置１においては、イメージセンサ２の信号接続端である電極パッド１１から、イメージセンサ２の表面２ａと裏面２ｂを貫通する貫通ビア１３を通して伸びる配線層１４が、裏面２ｂ側において半田ボール１２に接続されている。

このような構成によれば、イメージセンサ２のチップ周縁部にワイヤボンド用の接続エリアを必要とするＣＯＢ(Chip On Board)タイプのパッケージ構造と比較し、ワイヤボンド用の接続エリアが不要となる分、小型化、低コスト化が図られる。また、ＷＣＳＰ構造によれば、クリーンルーム内でのいわゆるウェーハプロセスを用いて組立てが可能なことから、ダストレス化が期待でき、イメージセンサ２の性能向上に寄与できる。

本実施形態に係る固体撮像装置１における各部の寸法の一例を次に示す。イメージセンサ２の板厚寸法は、３００～６００μｍである。ガラス３の板厚寸法は、１００～５００μｍである。隔壁４の厚さ（高さ）寸法は、１０～５０μｍである。ソルダーレジスト１６の厚さ寸法は、１０～３０μｍである。なお、これらの寸法はあくまで一例であり、各部の寸法としては固体撮像装置１のデバイス構造・画素サイズ等によって適宜の寸法が採用される。

以上のような構成を備えた本実施形態に係る固体撮像装置１は、例えば製品の基板に実装される際に、接合用の半田ボール１２を溶融するためのリフローを受ける。リフロー時には、固体撮像装置１は、例えば２５０℃前後の温度雰囲気に晒される。このため、キャビティ５内の水分（水蒸気）を含む気体が熱せられ、キャビティ５の内圧（水蒸気圧）が上昇する。ここで、イメージセンサ２にガラス３を支持する隔壁４が樹脂製の場合、この隔壁４を透過した水分がキャビティ内に存在する。

キャビティ５の内圧が上昇することは、イメージセンサ２を構成する半導体基板６、ガラス３、これを支持する隔壁４等の固体撮像装置１の構成部材のクラックや部材間の剥離等の損傷を生じさせる原因となり得る。このような損傷が生じると、その損傷した部分からキャビティ５内に水分やダスト等が侵入し、装置の性能が低下することになる。そこで、本実施形態に係る固体撮像装置１は、次のような構成を備えている。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１において、半導体基板６は、その裏面２ｂ側に形成され半導体基板６の板厚を部分的に薄くする凹部２０を有する。凹部２０は、矩形板状のチップであるイメージセンサ２において、裏面２ｂ側に開口するように形成された陥没部分である。

凹部２０は、半導体基板６の板面と略平行な底面部２１と、凹部２０の内側面をなす側面部２２とを有する。底面部２１は、イメージセンサ２において表面２ａの反対側の面であって水平状の面である底面２３を形成する部分である。側面部２２は、底面部２１と裏面２ｂとの間に形成された面部である。

凹部２０は、底面視形状として、イメージセンサ２の外形に沿う形状を有する。したがって、凹部２０は、イメージセンサ２の底面視で、矩形状ないし正方形状をなすように形成された矩形凹部となっている（図２参照。）。このため、凹部２０において、底面部２１は、イメージセンサ２の外形に沿って矩形状に形成されており、底面部２１の４辺に沿うように、側面部２２が形成されている。このような凹部２０を有する半導体基板６は、裏面２ｂ側を開口側とした額縁状の形状を有する。

凹部２０が形成される領域範囲は、例えば、画素領域８を含む範囲となる。また、凹部２０は、例えば、キャビティ５の形成範囲、言い換えると隔壁４より内側の領域範囲に含まれるように形成される。

凹部２０によれば、イメージセンサ２においてその周縁部を除いた凹部２０の形成部分が薄化されてダイアフラム状の部分となる。具体的には、イメージセンサ２は、半導体基板６において、凹部２０の形成範囲に対応して矩形状に形成された薄板部２４と、薄板部２４の外周を囲むように枠状に形成され、薄板部２４に対して板厚を裏面２ｂ側に厚くした厚板部２５とを有する。

厚板部２５は、凹部２０の形成範囲に対応して、矩形状の４辺の各辺に沿う直線状の部分を有し、これらの直線状の部分によって底面視で矩形枠状の形状を有する。凹部２０による薄板部２４の板厚は、例えば、通常の半導体基板６の厚さ部分である厚板部２５の板厚の１／３～１／４程度である。また、凹部２０を有する構成においては、凹部２０の周囲の部分となる厚板部２５の下面が、イメージセンサ２の裏面２ｂとなる。

凹部２０は、基本的にはエッチングにより形成される。ただし、凹部２０の形成方法としては、エッチングに限定されるものではなく、半導体基板６を部分的に除去できる方法であればよい。なお、凹部２０の形成方法については後述する。

凹部２０を形成する側面部２２について説明する。本実施形態において、側面部２２は、半導体基板６の板面に対して所定の向きに傾斜した第１の傾斜面３１と、第１の傾斜面３１とともに半導体基板６の断面視で屈曲状をなす第２の傾斜面３２とを含む。

図１に示すように、第１の傾斜面３１は、側面部２２のうち、裏面２ｂ側（以下「下側」ともいう。）の部分をなす面であり、第２の傾斜面３２は、側面部２２のうち、表面２ａ側（以下「上側」ともいう。）をなす面である。側面部２２は、第１の傾斜面３１および第２の傾斜面３２により、固体撮像装置１の断面視において、凹部２０における外側（図１における左右外側）を凸側とした略横「Ｖ」字状をなすように屈曲した面をなす。

すなわち、第１の傾斜面３１は、半導体基板６の板面に対する垂直方向（図１における上下方向）に対して、下側から上側にかけて左右方向の内側から外側に向かうように傾斜しており、第２の傾斜面３２は、同垂直方向に対して、下側から上側にかけて左右方向の外側から内側に向かうように傾斜している。そして、第２の傾斜面３２の上端は、底面部２１の底面２３とともに鈍角の角部をなすように底面２３に繋がっている。

このように第１の傾斜面３１および第２の傾斜面３２によって屈曲した面部をなす側面部２２において、第１の傾斜面３１および第２の傾斜面３２は、それぞれ、半導体基板６の板面に沿う水平方向Ｏ１に対して鋭角をなす。すなわち、第１の傾斜面３１が水平方向Ｏ１に対してなす角度α１、および第２の傾斜面３２が水平方向Ｏ１に対してなす角度α２は、いずれも鋭角である。

本実施形態では、凹部２０の深さ方向について、第１の傾斜面３１の領域寸法Ａ１は、第２の傾斜面３２の領域寸法Ａ２よりも小さくなっている。ただし、凹部２０の深さ方向についての第１の傾斜面３１と第２の傾斜面３２の形成領域の寸法の大小関係（寸法Ａ１と寸法Ａ２の大小関係）は特に限定されない。

また、凹部２０の側面部２２は、半導体基板６の結晶の（１１１）面またはこれと等価な面（以下まとめて「｛１１１｝面」と表記する。）を含む。半導体基板６はシリコン基板であり、｛１１１｝面は、シリコンの結晶構造に基づくものであり、シリコン基板に対する異方性エッチングによって形成される結晶面である。

本実施形態では、凹部２０の側面部２２を形成する第１の傾斜面３１および第２の傾斜面３２は、いずれも｛１１１｝面となっている。すなわち、第１の傾斜面３１および第２の傾斜面３２は、いずれも異方性エッチングによって形成されたシリコンの結晶面となっている。このように第１の傾斜面３１および第２の傾斜面３２がいずれも異方性エッチングによって形成された面である場合、水平方向Ｏ１に対する角度α１および角度α２は、いずれも約５５°（５４．７°）となり、互いに略同じ角度となる。

異方性エッチングは、ウエットエッチングの一種であり、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造工程で一般的に使用される技術である。この技術は、シリコン基板等の半導体基板の加工面に、酸化膜や窒化膜や耐アルカリ性のレジスト等で所望の開口パターンを形成し、そのパターンをマスクとしてＫＯＨ（水酸化カリウム）等の強アルカリ水溶液に浸漬しエッチングを行うものである。異方性エッチングによれば、半導体基板の結晶配向性により、｛１１１｝面が露出する態様で、開口形状が一義的に決まる。通常、イメージセンサを構成する半導体としては、表面配向が（１００）となっている単結晶シリコン基板が使用される場合が多いが、この場合、シリコン基板の裏面に矩形の酸化膜や窒化膜やレジストの開口マスクを形成しておくと、エッチング形状は、開口部から約５５°の傾斜で深さ方向に徐々に広くあるいは狭くなる開口部が形成される。

以上のような本実施形態に係る固体撮像装置１は、次のような構成を有するＷＣＳＰ構造として構成されている。すなわち、固体撮像装置１は、裏面側に凹部２０が形成され、表面側にイメージセンサ素子が形成された半導体基板６と、半導体基板６の凹部２０外の平坦部に形成され、電極パッド１１に接続され延伸した配線層１４と、配線層１４上にランド部（図示略）を介して形成された半田ボール１２と、半導体基板６のイメージセンサ素子を囲うように形成され、イメージセンサ素子の形成部位上の空間をキャビティ５として外部に対して隔離する隔壁４と、隔壁４上に接着されたガラス３とを有する。

＜２．第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法＞
本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置１の製造方法の一例について、図３から図７を参照して説明する。

固体撮像装置１の製造方法においては、図３Ａに示すように、まず、画素７が形成されたシリコンウェーハ４０が準備される。シリコンウェーハ４０は、イメージセンサ２を形成するための各種工程を経たものである。つまり、シリコンウェーハ４０は、一方の板面側に画素７群が形成されたイメージセンサ２となる部分が所定の配列で複数形成された半導体ウェーハである。近年では、シリコンウェーハ４０として、主に８インチや１２インチのウェーハが使用される。

シリコンウェーハ４０に対し、隔壁４となる壁部４４の形成、およびガラス３となるガラス板４３の貼付けが行われる。ここでは、シリコンウェーハ４０の表面４０ａに壁部４４を形成した後、ガラス板４３を貼り付けてもよく、また、ガラス板４３側に予め壁部４４を形成したものを、シリコンウェーハ４０の表面４０ａに貼り付けてもよい。

ガラス板４３は、透光性を有する板材の一例である。壁部４４は、画素７群を囲むように複数のイメージセンサ２の所定の配列に沿って形成される。つまり、壁部４４は、最終的に固体撮像装置１となる矩形状の領域に対応して平面視で格子状に形成される。

壁部４４の形成方法としては、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニング、スクリーン印刷、エッチング、ディスペンサによる塗布等が用いられる。壁部４４を介してシリコンウェーハ４０とガラス板４３を接合することで、各固体撮像装置１においてキャビティ５となるキャビティ４５が形成される。

なお、隔壁４をガラスや金属等の構造体により構成する場合は、格子状に形成された構造体が、シリコンウェーハ４０およびガラス板４３それぞれに対して所定の接着剤により貼り付けられる。この場合、構造体の貼付け工程は、キャビティ４５内にダストが入り込まないように、清浄度の高いクリーンルーム内で行われることが好ましい。

このように、本実施形態に係る固体撮像装置１の製造方法においては、シリコンウェーハ４０の一方の板面側である表面４０ａ側に、画素７群を囲むように格子状に形成された壁部４４を介して、シリコンウェーハ４０に対して所定の間隔を隔ててガラス板４３を設ける工程が行われる。

このようにウェーハ状態で各固体撮像装置１に対応するキャビティ４５（５）が壁部４４により区画された状態が作られた後、図３Ａに示すように、ガラス板４３の表面４３ａに保護シート５０が貼り付けられる。保護シート５０は、シリコンウェーハ４０をその裏面４０ｂ側から削る工程において、ガラス板４３の表面４３ａをハンドリングから保護するためのものである。

通常、シリコンウェーハ４０の裏面４０ｂには、それまでの様々な工程で形成された各種の薄膜が積層されており、また、工程途中のハンドリングにより微細な傷やダストが付いていることがあるため、一旦これらを除去し、シリコン面を露出させる場合がある。また、近年、スマートフォンやデジタルカメラの薄型・小型化の要望が多く、センサーデバイス自体も極力薄化する必要がある。

そこで、図３Ｂに示すように、ウェーハ状態で、シリコンウェーハ４０をデバイス特性に影響がない程度の所望の厚さとするため、シリコンウェーハ４０を裏面４０ｂ側から削るＢＧ（Back-Grinding）工程が行われる。かかる工程において、保護シート５０により、ガラス板４３の表面４３ａがハンドリングから保護される。ＢＧ工程では、例えば、ダイヤモンドホイル等のバックグラインドホイル５８が用いられ、シリコンウェーハ４０の研磨が行われる。ＢＧ工程によれば、シリコンウェーハ４０の板厚が、元の厚さＴ１からそれよりも薄い所望の厚さＴ２となる。

保護シート５０は、ラミネータ装置等の設備を使用することで、ガラス板４３の表面４３ａ全体に貼り付けられる。保護シート５０としては、その剥離に関し、例えば、ＵＶ光を照射することで粘着力を弱めるタイプのものや、加熱することで粘着力を弱めるタイプ等が用いられる。また、シリコンウェーハ４０の裏面４０ｂの面粗度を上げるため、ＢＧ工程の後に、ケミカルポリッシュやドライポリッシュ等の鏡面仕上げの工程を行ってもよい。

次に、図３Ｃに示すように、シリコンウェーハ４０の裏面４０ｂに、Ｓｉ_３Ｎ_４等の窒化膜やＳｉＯ_２等の酸化膜等の第１絶縁膜５２を成膜する工程が行われる。第１絶縁膜５２の成膜には、例えば、一般的に低温での成膜が可能なＰＥＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）が好適に用いられるが、これに限らず、絶縁膜形成に使用される高周波スパッタリングやその他の成膜方法が用いられてもよい。

第１絶縁膜５２の成膜工程において、前工程で使用された保護シート５０は、ハンドリング時の傷やＰＥＣＶＤプロセス中の様々な反応ガス雰囲気から保護するためにそのまま貼り付けた状態で成膜してもよく、また、他の保護シートに貼り直してもよい。また、ハンドリング時におけるガラス板４３のダメージや、ＰＥＣＶＤ時におけるガラス板４３の汚染等の心配のない設備環境であれば、保護シート５０は無くても成膜可能である。

続いて、図４Ａに示すように、第１絶縁膜５２のパターニングが行われる。すなわち、前工程で形成した第１絶縁膜５２が、所望のパターンにパターニングされ、下地のシリコンウェーハ４０を露出させるためのフォトリソグラフィの工程（フォトリソ工程）が行われる。この工程では、第１絶縁膜５２において、シリコンウェーハ４０の裏面４０ｂ側から電極パッド１１へ貫通形成される貫通ビア１３用の貫通孔４０ｃ（図４Ｂ参照）を開口するための微細なパターンの開口５２ａと、シリコンウェーハ４０を薄化して凹部２０を形成するための開口５２ｂとが形成されるように、反応性イオンエッチング（RIE : Reactive Ion Etching）等の技術により第１絶縁膜５２が部分的に除去される。

第１絶縁膜５２のパターニングにおいては、所定の感光性材料からなるフォトレジスト５３を用いてパターニングが行われ、ＲＩＥ等による第１絶縁膜５２の部分的な除去の後に、フォトレジスト５３が除去される。具体的には、パターニング工程としては、次のような工程が順に行われる。すなわち、マスクとしてのフォトレジスト５３の塗布・乾燥→マスクを露光してパターニング→現像液により開口５２ａ，５２ｂに対応する部分のマスクを除去→必要に応じて除去部分に残った残渣をアルゴンや酸素でプラズマクリーニング→ＲＩＥでマスクの開口部をエッチング→不要となったフォトレジスト５３を除去→必要に応じて除去部分に残った残渣をアルゴンや酸素でプラズマクリーニング、等の工程である。

次に、図４Ｂに示すように、貫通ビア１３用の貫通孔４０ｃを形成する工程が行われる。この工程では、まず、前の工程で形成した第１絶縁膜５２に対し、開口５２ａに対応する部分が開口するように、フォトレジスト５４が、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニングにより形成される。つまり、フォトレジスト５４は、第１絶縁膜５２の開口５２ａに連続した開口５４ａを有する。

その後、エッチングにより、第１絶縁膜５２の開口５２ａおよびフォトレジスト５４の開口５４ａを介して、シリコンウェーハ４０に貫通孔４０ｃが形成される。ここで、貫通孔４０ｃの形成工程は、所謂アスペクト比の高い孔を貫通形成する工程となることから、貫通孔４０ｃの形成には、例えば、通常のＲＩＥよりも高い指向性をもったエッチングプロセスであるＤＲＩＥが用いられる。ＤＲＩＥは、通常のＲＩＥに対して高密度のプラズマが用いられるため、フォトレジスト５４としては、比較的プラズマ耐性が高いものが用いられる。貫通孔４０ｃが形成された後、フォトレジスト５４は除去される。

続いて、貫通孔４０ｃの内面を含む全面を覆うように、第２絶縁膜５５が形成される（図４Ｃ）。貫通孔４０ｃの内面を第２絶縁膜５５により覆うことで、シリコンウェーハ４０のシリコン面が露出した状態となることによる電流リーク等のデバイス動作上の問題が解消される。

第２絶縁膜５５が全面的に形成されることで、貫通孔４０ｃの内面および第１絶縁膜５２の開口５２ｂの部分は、第２絶縁膜５５による１層の絶縁膜部分となる。また、第１絶縁膜５２が存在する部分は、第１絶縁膜５２と第２絶縁膜５５による絶縁膜の２層構造となるため、高い絶縁性が得られる。このように第２絶縁膜５５による１層部分と、第１絶縁膜５２および第２絶縁膜５５による２層部分とを有する絶縁膜構造が、固体撮像装置１における絶縁膜１５となる。なお、図４Ｃにおいては、第１絶縁膜５２の図示を省略している。

第２絶縁膜５５は、貫通孔４０ｃの上側に臨む電極パッド１１の裏面のコンタクト部、およびシリコンウェーハ４０における凹部２０の形成部分を覆うように形成される。そこで、図４Ｃに示すように、第２絶縁膜５５のうち、電極パッド１１の裏面のコンタクト部の部分、および凹部２０の形成部分が、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニングにより除去される。これにより、第２絶縁膜５５において、電極パッド１１の裏面を露出させるコンタクトホール５５ａと、凹部２０を形成するための開口５５ｂとが形成される。

第２絶縁膜５５の部分的な除去工程においては、まず、第２絶縁膜５５に対し、貫通孔４０ｃの内部も含めてレジストを塗布等によってコーティング形成する。ここで、深い貫通孔４０ｃの中だけにレジストが入り込まないように、レジストの粘度やコーティング方法を調整する必要がある。また、レジストの露光プロセスについては、焦点深度が広くとれる露光装置を用いたり、貫通孔４０ｃの底部の露光と他の部分の露光とを２回に分けて行ったりする手段が適宜用いられる。

次に、図５Ａに示すように、シリコンウェーハ４０の裏面４０ｂ側に、固体撮像装置１における配線層１４となる銅配線層５６が形成される。銅配線層５６は、ＷＣＳＰ構造においてシリコンウェーハ４０の裏面４０ｂ側に半田ボール１２を形成するためのものである。銅配線層５６は、電極パッド１１の裏面から貫通孔４０ｃ内を通って延伸形成され、その延伸部分に半田ボール１２が接続される。銅配線層５６は、孔内配線部１４ａ（図１参照）となる孔内配線部５６ａと、裏面４０ｂに沿って形成され平面状配線部１４ｂ（図１参照）となる平面状配線部５６ｂとを有する。

銅配線層５６を形成する前には、スパッタリング等の成膜法より、例えばチタン（Ｔｉ）や銅（Ｃｕ）等による薄膜であるシード層があらかじめ形成される。シード層は、電界めっき法により貫通孔４０ｃ内に銅配線層５６を埋め込む際の電極となる。なお、銅配線層５６を形成する前には、例えばタンタル（Ｔａ）やチタン（Ｔｉ）等により、孔内配線部５６ａの拡散を防止するためのバリアメタル膜をスパッタリング等によって形成してもよい。

シード層上の所定の領域に配線パターンに対応したレジストパターンをフォトリソ工程にてパターニングし、その後、前記シード層を電極として用いた電界めっき法により、パターニングよってシード層が露出した部分に、銅配線層５６が形成される。これにより、貫通ビア１３を構成する孔内配線部５６ａ、および平面状配線部５６ｂが形成される。

銅配線層５６は、一般的には１０μｍ前後の厚さで形成されるが、銅配線層５６の厚さは、固体撮像装置１の信号の種類や信号数等によって適宜増減される。また、電界めっきによる銅配線層５６の形成後には、不要となったレジストパターンは、専用の剥離液やリンス液等を用いて除去され、シード層は、ウエットエッチング等により除去される。

次に、図５Ｂに示すように、ソルダーレジスト５７を形成する工程が行われる。ソルダーレジスト５７は、銅配線層５６の配線間ショートの防止と、半田ボール１２を載せる位置を規定するために形成される。ソルダーレジスト５７においては、半田ボール１２を載せる部分に、半田ボール１２の大きさに合わせて、銅配線層５６を露出させるランド開口５７ａが形成される。

ソルダーレジスト５７としては、例えば、エポキシ樹脂等をベース樹脂とした感光性樹脂が使用される。これにより、ランド開口５７ａが、フォトリソ工程で使用するフォトマスクによって自由に設計できる。フォトリソ工程では、次のような工程が順に行われる。すなわち、ソルダーレジスト５７の塗布・乾燥→ランド開口５７ａに対応したマスクを露光でパターニング→現像液でランド開口５７ａの部分のソルダーレジスト５７を除去→必要に応じて除去部分に残った残渣をアルゴンや酸素でプラズマクリーニング、等の工程である。

ソルダーレジスト５７の形成パターンは、半田ボール１２の搭載部分、および凹部２０の形成部分にソルダーレジスト５７が干渉しないような形状となる。また、ソルダーレジスト５７は、孔内配線部５６ａが形成された貫通孔４０ｃ内に埋め込まれる。

続いて、シリコンウェーハ４０の他方の板面である裏面４０ｂ側に、各イメージセンサ２に対応して、シリコンウェーハ４０の板厚を部分的に薄くする凹部２０を形成する工程が行われる。すなわち、各イメージセンサ２に対応する部分においてシリコンウェーハ４０を裏面４０ｂ側から部分的に除去することで、各固体撮像装置１に対応した凹部２０が形成される。

本実施形態では、凹部２０を形成する工程は、第１のエッチング工程と、第２のエッチング工程とを有し、２段階のエッチング工程によって凹部２０が形成される。以下、凹部２０を形成する工程について詳細に説明する。

まず、図５Ｃに示すように、凹部２０を形成するためのエッチングを行うに際し、シリコンウェーハ４０の裏面４０ｂ側において、凹部２０の形成部分以外の部分を覆うように、フォトレジスト６１を形成する工程が行われる。フォトレジスト６１は、上述したようなフォトリソ工程により形成される。すなわち、フォトレジスト６１を塗布・乾燥させた後、露光によりパターニングし、現像液により凹部２０の形成部位に対応した矩形状ないし正方形状の開口６１ａの部分を除去し、必要に応じて除去部分に残った残渣のクリーニングが行われる。

フォトレジスト６１は、ソルダーレジスト５７を被覆するとともに、ランド開口５７ａから露出した銅配線層５６の平面状配線部５６ｂを被覆する。フォトレジスト６１としては、上述したフォトレジスト５３，５４と同じものでもよいし、これらのレジストとは粘度や物性が異なる別タイプのレジストであってもよい。ただし、後述するように凹部２０の形成においては強アルカリ溶液が用いられることから、フォトレジスト６１は耐強アルカリ性を有するものであることが好ましい。

フォトレジスト６１を形成した後、ドライエッチングによりシリコンウェーハ４０の凹部２０に対応する部分を除去することで半凹部２０Ｘを形成する第１のエッチング工程が行われる。

図６Ａに示すように、第１のエッチング工程では、シリコンウェーハ４０の裏面４０ｂ側においてフォトレジスト６１の開口６１ａから露出したシリコン部分が、ドライエッチングの一種であるＲＩＥにより、必要な深さまでエッチングされる。これにより、半凹部２０Ｘが形成される。

半凹部２０Ｘは、底面視で矩形状ないし正方形状を有する。半凹部２０Ｘにおいては、エッチング面として、表面４０ａと略平行な底面２０Ｘａと、底面２０Ｘａとともに略直角をなす側面２０Ｘｂとを有する。すなわち、半凹部２０Ｘは、底面２０Ｘａとその周囲の側面２０Ｘｂとにより側面断面視で略方形状に沿うとともに、平面的には矩形状をなす偏平な凹部形状を有する。このように、第１のエッチング工程は、シリコンウェーハ４０の板面に対して垂直な深さ方向（縦方向）に対する孔加工となる。

半凹部２０Ｘの深さは、最終的な凹部２０の側面部２２についての断面略横「Ｖ」字状の屈曲形状に影響する。このため、半凹部２０Ｘの深さは、凹部２０の側面部２２についての所望の形状に応じて決定される。

第１のエッチング工程の後、図６Ｂに示すように、異方性エッチングにより半凹部２０Ｘを掘ることで凹部２０を形成する第２のエッチング工程が行われる。

第２のエッチング工程では、ＲＩＥにより半凹部２０Ｘを形成したものを、ＫＯＨ（水酸化カリウム）等の強アルカリ水溶液に投入し、シリコンの異方性エッチングが行われる。強アルカリ水溶液への投入前には、ガラス板４３の表面４３ａを保護するため、専用の設備で保護シート６２が貼り付けられる。

異方性エッチングでは、例えば、複数枚のシリコンウェーハ４０を一括で処理するいわゆるバッチ式のウエットエッチング装置が用いられる。ウエットエッチング装置によれば、６０～８０℃前後に加熱されたＫＯＨ溶液にウェーハが投入され、エッチングがウェーハの面内で均一となるようにウェーハが回転および揺動されながら、所定の時間エッチングが行われる。このエッチング時間と、ＫＯＨ溶液の温度を精度良く制御することにより、所望のエッチング量を得ることができる。なお、異方性エッチングの溶液としては、ＫＯＨのほか、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）やＥＤＰ（エチレンジアミン・ピロカテコール）等が挙げられる。

異方性エッチングが行われた後、図６Ｃに示すように、不要となったフォトレジスト６１が除去される。ここで、必要に応じて、プラズマクリーニング等により、フォトレジスト６１の除去部分に残った残渣のクリーニングが行われる。なお、異方性エッチングの後に、必要に応じて、ＱＤＲ（Quick Dump Rinse）等の方法でアルカリ溶液を洗浄し、その後水分乾燥を行ってもよい。

以上のように第２のエッチング工程が行われることで、凹部２０が形成され、シリコンウェーハ４０が裏面４０ｂ側から部分的に薄化され、各イメージセンサ２に対応する部分において、凹部２０によるダイアフラム形状が形成される。

ここで、半凹部２０Ｘの深さと、凹部２０の側面部２２の形状との相関について説明する。イメージセンサやＬＳＩ製造で広く使用される（１００）面方位のシリコン基板は、異方性エッチングを行った場合、平面方向の端面に対して約５５度の角度を持った（１１１）面を露出させるように（１００）面のエッチングが進む。このため、半凹部２０Ｘを形成するためのエッチング深さが深いほど、（１１１）面方位で形成される断面視の「く」の字形状（横「Ｖ」字形状）が大きく表れる。つまり、半凹部２０Ｘの深さが深いほど、凹部２０の側面部２２において、凹部２０の深さ方向についての第１の傾斜面３１の領域寸法Ａ１と第２の傾斜面３２の領域寸法Ａ２との割合が均等に近付く（図１参照）。

具体的には、図８Ａ，図８Ｂに示すように、凹部２０の深さが深さＤ１で一定である場合、半凹部２０Ｘのエッチング深さ（Ｄ２，Ｄ３）が深いほど、凹部２０の側面部２２をなす面のうち、第１の傾斜面３１の面積割合が大きくなる（第２の傾斜面３２の面積割合が小さくなる）。つまり、半凹部２０Ｘの深さが深くなると、深さ方向についての第１の傾斜面３１の領域寸法Ａ１が大きくなる。なお、図８Ａおよび図８Ｂにおいては、シリコンウェーハ４０において半凹部２０Ｘを形成するために除去する領域部分を、二点鎖線で囲んだ矩形状のハッチング部分Ｂ１で示している。

図８Ａに示すように、半凹部２０Ｘの深さが相対的に浅い深さＤ２である場合に対し、図８Ｂに示すように、半凹部２０Ｘの深さが相対的に深い深さＤ３となることで、凹部２０の横方向への広がりが大きくなる。すなわち、図８Ａに示すように、半凹部２０Ｘの深さが浅い深さＤ２である場合の横方向の広がり寸法Ｗ２に比べて、半凹部２０Ｘの深さが深い深さＤ３である場合の横方向の広がり寸法Ｗ３の方が大きくなる。ここで、横方向の広がり寸法（Ｗ２，Ｗ３）は、シリコンウェーハ４０の断面視において、その板面に沿う方向（図８Ａ，図８Ｂにおける左右方向）について、半凹部２０Ｘの左右端の位置Ｐ１と、凹部２０の側面部２２における第１の傾斜面３１と第２の傾斜面３２による角部の頂点の位置Ｐ２との間の寸法である。

このように、凹部２０を形成するための異方性エッチングによる第２のエッチング工程に際し、あらかじめ第１のエッチング工程により形成する半凹部２０Ｘのエッチング深さにより、最終的な凹部２０の側面部２２における第１の傾斜面３１および第２の傾斜面３２による屈曲形状をコントロールすることができる。したがって、例えば、図８Ｂに示すように、凹部２０において側面部２２の屈曲形状を比較的大きくしたい場合は、第１のエッチング工程において半凹部２０Ｘをあらかじめ深めに形成すればよい。

半凹部２０Ｘの深さを決定するための要素としては、例えば、イメージセンサ２において要求されるダイアフラム構造をなす薄板部２４の大きさがある。つまり、半凹部２０Ｘのエッチング深さが深くなるほど、異方性エッチングでは横方向への広がりが大きくなり、薄板部２４の面積が、凹部２０の下端の開口面積に近くなる。薄板部２４に関しては、画素７内で薄板部２４の変形による応力差が発生する可能性があるため、撓み部分となる薄板部２４の範囲内に画素領域８の全体が含まれるように凹部２０が形成されることが好ましい。

固体撮像装置１の製造方法の説明に戻る。次に、図７Ａに示すように、ソルダーレジスト５７の下側（図７Ａにおいて上側）に、半田ボール１２が形成される。半田ボール１２は、ソルダーレジスト５７のランド開口５７ａを介して銅配線層５６の平面状配線部５６ｂに電気的に接続されるように形成される。

半田ボール１２の形成方法としては、例えば次の２つの方法が考えられる。１つは、ソルダーレジスト５７のランド開口５７ａに印刷等の方法でフラックスを選択的に転写し、所望の大きさに形成された半田ボール１２を専用の搭載設備を用いて精度良く搭載し、その後、２５０～２６０℃程度でリフローを行い、半田ボール１２を、ランド開口５７ａを介して銅配線層５６に接続させる方法である。もう１つは、ランド開口５７ａに印刷等の方法でフラックス入りの半田ペーストを選択的に転写し、その後、２５０～２６０℃程度でリフローを行うことで半田をボール状に形成し、この半田を半田ボール１２としてランド開口５７ａを介して銅配線層５６に接続させる方法である。いずれの方法においても、半田ボール１２形成後にフラックスの洗浄が適宜行われる。

以上の工程を経た後、所定のダイシングラインＬ１に沿ってダイシングが行われる。すなわち、シリコンウェーハ４０、壁部４４、およびガラス板４３を、所定の配列に沿ってイメージセンサ２に対応する部位ごとに分割するように切断して個片化する工程が行われる。

ダイシングにより、イメージセンサ２をなすシリコンウェーハ４０、ガラス３をなすガラス板４３、隔壁４をなす壁部４４等がそれぞれ分断される。ダイシングによって生じた複数のチップ（固体撮像装置１）は、保護シート６２から専用設備等によってピックアップされる。これにより、図７Ｂに示すように、裏面２ｂ側に凹部２０が形成されたイメージセンサ２、ガラス３、および隔壁４を有し、イメージセンサ２とガラス３との間にキャビティ５を有するパッケージ構造を備えた複数の固体撮像装置１が得られる。

なお、上述した固体撮像装置１の製造方法では、シリコンウェーハ４０にガラス板４３を取り付けた後に、シリコンウェーハ４０において凹部２０を形成する方法を採用しているが、シリコンウェーハ４０にガラス板４３を取り付ける前段階で、凹部２０を形成してもよい。この場合、凹部２０を形成するための異方性エッチングに際しては、シリコンウェーハ４０の画素面に影響を与えないように、耐アルカリ性のあるレジストやフィルム等で画素面を保護することが必要となる。

以上のような本実施形態に係る固体撮像装置１およびその製造方法によれば、イメージセンサ２とガラス３との間にキャビティ５を有するパッケージ構造を備えた構成において、リフロー時等にキャビティ５の内圧が上昇することによる構成部材のクラックや部材間の剥離等の損傷を防止することができる。本実施形態に係る固体撮像装置１およびその製造方法による作用効果は、具体的には次のとおりである。

ここで、本実施形態に係る固体撮像装置１に対する比較例の構成として、図９に示すように、半導体基板６において凹部２０が形成されていない構成を想定する。この比較例の構成においては、イメージセンサ２の裏面２ｂが全体的に表面２ａと平行な平面をなし、イメージセンサ２が全体的に均一な板厚を有する。

比較例の構成においては、半田ボール１２を溶融するためのリフローにより、キャビティ５の内圧が上昇し、その結果、パッケージ構造において比較的弱い部分に応力が集中し、損傷が生じる可能性がある。比較的弱い部分としては、イメージセンサ２およびガラス３に対する隔壁４の接合部や、隔壁４自体等がある。パッケージ構造の損傷に関しては、次のようなモードがある。

まず、図９において例えば符合Ｍ１，Ｍ２で示す部分において、イメージセンサ２あるいはガラス３に対する隔壁４の接合部において隔壁４が剥離するモードがある。隔壁４の材料としては樹脂材料が用いられることが多いため、表面２ａがＳｉＮやＳｉＯ_２等の無機膜となっているイメージセンサ２と隔壁４との間の界面や、ガラス３と隔壁４との界面において剥離が生じる。隔壁４の剥離が生じた場合、その剥離部分から、キャビティ５の内圧が開放されることになる（符合Ｑ１，Ｑ２参照）。

また、図９において例えば符合Ｒ１で示す部分において、隔壁４にクラック４Ｘが生じるモードがある。例えば隔壁４が樹脂材料からなるものである場合、吸湿・高温によって材料自体が脆弱となり、キャビティ５の内圧上昇にともなう応力により、隔壁４自体が凝集破壊する。隔壁４にクラック４Ｘが生じた場合、その部分から、キャビティ５の内圧が開放されることになる（符合Ｓ１参照）。また、損傷のモードとしては、上述した剥離のモードおよびクラックが生じるモードの複合モードもあり得る。

以上のようなモードの破損が生じた場合、キャビティ５と外部とを繋ぐ隙間が生じ、この隙間から水分やダスト等がキャビティ５内に侵入することが懸念される。キャビティ５内に侵入した水分やダスト等は、固体撮像装置１の画質や性能を低下させる原因となる。また、キャビティ５の内圧上昇の影響としては、隔壁４の破壊にともなってガラス３が離脱したり、イメージセンサ２やガラス３の部材自体が破壊したりする可能性もある。これらのことは、固体撮像装置１の装置としての信頼性上、大きな問題となる。

ここで、キャビティ５の内圧上昇にともなう現象について説明する。キャビティ５内には、基本的には製造工程途中で乾燥空気が封入されるが、ガラス板４３をかぶせる前の雰囲気中の水蒸気、あるいは、キャビティ５形成後（封止後）の壁部４４自体や壁部４４をシリコンウェーハ４０およびガラス板４３それぞれに接着させるための接着剤を透過する水蒸気も、キャビティ５内に同時に混入する。

一般的に、室温状態でのキャビティ５の内圧（以下「キャビティ内圧」という。）Ｐ_０は、室温での乾燥空気圧Ｐ_Ａ０と、水蒸気分圧Ｐ_Ｂ０との和となり、Ｐ_０＝Ｐ_Ａ０＋Ｐ_{Ｂ ０}の関係が成り立つことが知られている（ドルトンの分圧則）。温度が上昇すると、Ｐ_{Ａ ０}はボイルシャルルの法則、Ｐ_Ｂ０はＴｅｔｅｎｓ則（Ｔｅｔｅｎｓの式）に従って、各温度で異なる分圧を生じさせることがわかっている。

図９に示すような比較例の構成において、マザー基板等への実装のためのリフロー時の温度（ピーク温度Ｔ_Ｐ：２４０～２６０℃）で、それぞれの分圧が温度とともに上昇し、結果として、ピーク温度Ｔ_Ｐ時のキャビティ内圧Ｐ_Ｐは、パッケージ構造がもつ破壊限界圧Ｐ_Ｄを超える場合がある。この場合、上述したようにパッケージ構造において比較的弱い部分に応力が集中して損傷が生じることになる。

特に、乾燥空気圧Ｐ_Ａ０は各温度でのキャビティ５の容積（以下「キャビティ容積」という。）に対して反比例するため、温度上昇時にはキャビティ容積を温度に応じて増加させない限り、キャビティ内圧Ｐ_Ｐは破壊限界圧Ｐ_Ｄを超えることになる。また、水蒸気分圧Ｐ_Ｂ０も、温度が上昇するとＴｅｔｅｎｓ則に従って急激に増加する傾向があり、Ｐ_{Ａ ０}とＰ_Ｂ０の合計であるキャビティ内圧の上昇を加速させることになる。

そこで、本実施形態に係る固体撮像装置１によれば、イメージセンサ２に凹部２０を有しダイアフラム化されたパッケージ構造を備えることから、キャビティ内圧の上昇時、半導体基板６の撓みにより、キャビティ容積を増加させることができる。これにより、キャビティ内圧の過度の上昇を抑制することができ、リフロー時におけるキャビティ５の周辺部材のクラックや部材間の剥離等の損傷を防止することが可能となる。

具体的には、図１０に示すように、リフロー時においてキャビティ内圧が上昇した場合、イメージセンサ２には、表面２ａ側から圧力が作用する（矢印Ｃ１参照）。これにより、イメージセンサ２において、凹部２０によって形成された薄板部２４が主な変形部分となり、薄板部２４が外側（裏面２ｂ側）に膨出するように湾曲状に弾性変形する。つまり、イメージセンサ２において主に薄板部２４の部分が復元力を持ったダイアフラム（隔膜）部分として機能し、当該部分がキャビティ内圧の上昇にともなって外側に撓むことになる。

このようなイメージセンサ２における膨出変形により、リフロー時に生じるキャビティ内圧の上昇に追従するかたちで、キャビティ容積を増加させることができる。これにより、キャビティ内圧の過度の上昇を抑制することができ、固体撮像装置１の構成部材のクラックや部材間の剥離等の損傷を防止することが可能となる。結果として、固体撮像装置１の性能劣化を防止することができる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置１において、凹部２０は底面視で矩形状をなすように形成されており、凹部２０によってイメージセンサ２が額縁構造をなすように構成されている。このような構成によれば、単にシリコン基板の全体を薄化する場合と比べて、キャビティ内圧の上昇にともなって撓み変形する部分を規定することができるとともに、構造体としての強度を保持することができ、しかも、イメージセンサ２の本来の外形サイズを踏襲することが可能となり、パッケージ構造の外形サイズの増大を防止することができる。

特に、単にシリコン基板の全体を薄化した場合、イメージセンサ２における外部端子が動きやすくなり、構造的に不安定となることが懸念され、また、既存の構造に対する置換が困難となるという問題もある。そこで、本実施形態に係る固体撮像装置１のように、凹部２０によって部分的にシリコン基板を薄化させた構造によれば、構造的な安定性を確保することができるとともに、シリコン基板の元々の厚さ部分が存在するため、既存の構造に対する置換を容易に行うことが可能となる。

また、イメージセンサ２における主な変形部分である薄板部２４は、半田ボール１２が配設された周縁部分の内側の部分である。このため、キャビティ内圧の上昇によってイメージセンサ２が変形することによる半田ボール１２の接続部分等への影響を小さくすることができる。この点、例えばキャビティ５内への吸湿が多いこと等により、通常よりもキャビティ内圧の上昇が大きくなる場合、薄板部２４の撓み変形を大きく許容することができることから有利となる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置１によれば、キャビティ内圧の上昇を防止するに際し、キャビティ５に対して外部に通じる部分を設ける必要が無い。このため、キャビティ５内にダスト等が入り込むことを可及的に防止することができ、ダスト等が画質に影響することによる特性劣化を無くすことができる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置１によれば、キャビティ内圧の上昇を防止するに際し、キャビティ５内の構造を変更する必要がない。このため、例えば、キャビティ内に吸湿部材等の別部材を設けた構成において懸念されるキャビティ内における別部材の脱落による装置の動作不良や特性不良を避けることができる。

本実施形態に係る固体撮像装置１は、キャビティ内圧に関し、次のような条件を満たすように構成されている。すなわち、固体撮像装置１は、半田ボール１２を溶融させるためのリフローの所定のピーク温度Ｔ_Ｐ時のキャビティ内圧Ｐ_Ｐが、キャビティ５を形成する部材のクラックまたはキャビティ５を形成する部材間の剥離を生じさせる内圧、つまり破壊限界圧Ｐ_Ｄよりも低くなるように構成されている。

言い換えると、固体撮像装置１においては、次のような条件が成立することになる。イメージセンサ２において、キャビティ内圧がピーク温度Ｔ_Ｐ時のキャビティ内圧Ｐ_Ｐとなることで、凹部２０により形成された薄板部２４が撓み変形し、その変形により、キャビティ容積が増加する。その増加容積をＶ_１、元の（室温状態での）キャビティ容積をＶ_０としたとき、ピーク温度Ｔ_Ｐ時のキャビティ容積Ｖ_２はＶ_０＋Ｖ_１となる（Ｖ_２＝Ｖ_０＋Ｖ_１）。そして、キャビティ容積がＶ_２となったときのキャビティ内圧Ｐ_２は、キャビティ構造体に何らかのダメージを与える温度Ｔ_Ｄ時のキャビティ内圧、つまり破壊限界圧Ｐ _Ｄよりも小さくなる（Ｐ_２＜Ｐ_Ｄが成立する）ように、固体撮像装置１が構成されている。このように、固体撮像装置１は、凹部２０による半導体基板６の撓みにより、キャビティ内圧の低減作用が得られるように構成されている。

また、本実施形態に係る固体撮像装置１においては、凹部２０が底面部２１と側面部２２とを有し、側面部２２が、第１の傾斜面３１と第２の傾斜面３２によって断面視で左右外側を凸側とした屈曲形状を形成している。このような構成によれば、イメージセンサ２の強度を保ちながら、キャビティ内圧の上昇時においてイメージセンサ２を安定的に撓み変形させることが可能となる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置１においては、凹部２０の側面部２２は、シリコン基板における｛１１１｝面により形成されている。つまり、側面部２２をなす第１の傾斜面３１および第２の傾斜面３２は、いずれも｛１１１｝面となっている。このような構成によれば、イメージセンサ２の強度を保ちながら、キャビティ内圧の上昇時においてイメージセンサ２を安定的に撓み変形させることが可能となる。また、半導体基板６の結晶構造を利用して異方性エッチング等によって凹部２０を容易に形成することが可能となる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置１の製造方法においては、凹部２０の形成方法として、ドライエッチングを用いた第１のエッチング工程と、異方性エッチングを用いた第２のエッチング工程とによる２段階のエッチングを行う方法が採用されている。このような方法によれば、各エッチング工程におけるエッチング時間や異方性エッチングにおけるエッチング溶液の温度、さらにはエッチング装置内での基板の保持・揺動方法等を細かくコントロールすることにより、エッチング深さ、つまり残す部分の半導体基板６の厚さを精度良く作り込むことが可能となる。また、上述したように、第１のエッチング工程により形成する半凹部２０Ｘの深さを調整することにより、凹部２０の側面部２２における第１の傾斜面３１および第２の傾斜面３２による屈曲形状をコントロールすることができる。

＜３．第１実施形態に係る固体撮像装置の変形例＞
固体撮像装置１の変形例について説明する。以下に説明する変形例は、断面視における凹部２０の形状についての変形例である。

（変形例１）
図１１Ａに示すように、変形例１において、凹部２０Ａは、側面断面視で矩形状に沿う開口形状を有する。すなわち、変形例１の凹部２０Ａは、側面部２２をなす面として、底面部２１の底面２３に対して垂直状の面である内側面３１Ａを有する。内側面３１Ａの上端は、底面部２１の底面２３とともに直角の角部をなすように底面２３に繋がっている。このように、変形例１の凹部２０Ａは、矩形状の底面２３と、底面２３の四方に形成された内側面３１Ａとにより形成されている。変形例１の凹部２０Ａは、例えば、上述した第１のエッチング工程のように、ＲＩＥ等のドライエッチングにより形成される。

（変形例２）
図１１Ｂに示すように、変形例２において、凹部２０Ｂは、側面断面視で台形状に沿う開口形状を有する。すなわち、変形例２の凹部２０Ｂは、側面部２２をなす面として、上下方向に対して、下側から上側にかけて左右方向の外側から内側に向かうように傾斜した面である傾斜面３１Ｂを有する。傾斜面３１Ｂの上端は、底面部２１の底面２３とともに鈍角の角部をなすように底面２３に繋がっている。このように、変形例２の凹部２０Ｂは、矩形状の底面２３と、底面２３の四方に形成された傾斜面３１Ｂとにより形成されている。変形例２の凹部２０Ｂは、例えば、上述した第２のエッチング工程のように、シリコンの結晶構造を利用した異方性エッチングにより形成される。

以上のような変形例の構成によっても、キャビティ内圧の上昇にともなう構成部材のクラックや部材間の剥離等の損傷を防止することができる。すなわち、凹部２０の形状は、特に限定されるものではなく、リフロー時等におけるキャビティ内圧の過度の上昇を防止すべく、イメージセンサ２において、キャビティ内圧の上昇にともなって撓み変形する部分によるダイアフラム構造が得られるものであればよい。また、上述した変形例の構成によれば、いずれも単一のエッチング工程によって比較的容易に凹部２０Ａ，２０Ｂを形成することが可能となる。

＜４．第２実施形態に係る固体撮像装置の構成例＞
本技術の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。

図１２および図１３に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置５１は、凹部２０内に保持された状態で設けられた封止樹脂部である充填樹脂部７０を備える。充填樹脂部７０は、凹部２０を埋めるように設けられ、熱可塑性樹脂により形成され、上述したようなリフロー時等におけるキャビティ内圧の上昇時において、半導体基板６とともに変形する部分である。

充填樹脂部７０は、凹部２０内に充填されるように形成されるとともに、イメージセンサ２の凹部２０外の平坦部である裏面２ｂと面一の底面７０ａを有する。つまり、充填樹脂部７０は、イメージセンサ２の裏面２ｂ側において、凹部２０の開口部に底面７０ａを臨ませている（図１３参照）。

したがって、充填樹脂部７０は、凹部２０をなす底面部２１および側面部２２の面形状に符合した外形形状を有するとともに、全体として平板状の外形を有する。つまり、充填樹脂部７０は、凹部２０を形成するに際し、略一定の板厚を有する平板状の状態のイメージセンサ２からエッチングによる除去部分に対応した形状を有する。

具体的には、充填樹脂部７０は、底面７０ａに加え、凹部２０の底面２３に対する接触面となる上面７１と、第２の傾斜面３２に対する接触面となる上斜面７２と、第１の傾斜面３１に対する接触面となる下斜面７３とを有する。イメージセンサ２は、凹部２０内に埋め込まれた充填樹脂部７０を有することにより、充填樹脂部７０とともに、略一定の板厚を有する一体的な板状体を構成する。

充填樹脂部７０は、常温時には高弾性となる性質を有し、凹部２０を有するイメージセンサ２の強度を補強する。また、充填樹脂部７０は、熱可塑性を有し、リフロー時等の高温時には低弾性となり、薄板部２４等の撓み変形等のイメージセンサ２の変形を阻害しないように、イメージセンサ２の変形に追従する。このような性質が得られる充填樹脂部７０の材料としては、例えば、常温時に５００ＭＰａ～１ＧＰａ程度、リフロー時等の高温時に１０ＭＰａ～１００ＭＰａ程度のヤング率を呈する熱可塑性樹脂が好ましい。

充填樹脂部７０の材料について説明する。充填樹脂部７０の材料としては、上記のとおり常温時には高弾性で強度を保つ性質、高温時にはシリコン基板の変形を阻害しないように低弾性となる性質が得られるものが用いられる。また、充填樹脂部７０の材料としては、印刷プロセスが適用できるようにペースト状のものが用いられる。具体的には以下のような材料が用いられる。

充填樹脂部７０の材料である熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルアミド樹脂、およびポリエーテルアミドイミド樹脂のうちいずれか１つを主成分とするペースト組成物が好適に用いられる。

ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルアミド樹脂、およびポリエーテルアミドイミド樹脂は、それぞれイミド樹脂、アミド樹脂、およびアミドイミド樹脂等の熱可塑性樹脂をベースに、柔軟性を持ったポリエーテルの性質を加えたものであり、熱ストレスの加わるような部分や線膨張の異なる部材同士の接合部分等に広く使用されている。充填樹脂部７０を形成する熱可塑性樹脂には、例えば、ポリエーテルアミド樹脂である日立化成株式会社製の「ＨＩＭＡＬ（商品名）」、あるいはＨＩＭＡＬ系のペースト樹脂が好適に用いられる。

また、充填樹脂部７０を形成する熱可塑性樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリアミドイミド樹脂のうちいずれか１つに可塑性をもつセグメントを変成したペースト組成物であっても良い。

具体的には、充填樹脂部７０の材料としては、例えば、ハードセグメントとしてのイミド樹脂（芳香族ポリイミド）に、ソフトセグメントとしてのシロキサンイミドを加えたものが用いられる。ハードセグメントは、高弾性、高耐熱を特長とする構造であり、ソフトセグメントは、低弾性、可撓性を付与する構造である。したがって、上記のとおりイミド樹脂にシロキサンイミドを加えたものを充填樹脂部７０の材料とすることで、充填樹脂部７０の特性を、高弾性・高耐熱性と低弾性・可撓性とを併せ持ったものとすることができる。

また、充填樹脂部７０を形成する熱可塑性樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリアミドイミド樹脂のうちいずれか１つを主成分とし、熱可塑性をもつ樹脂粒子を含有するペースト組成物であってもよい。

このようなペースト組成物においては、ペースト化に、室温では溶剤に溶解しないが加熱すると溶解する性質を持つ樹脂フィラーが用いられる。具体的には、充填樹脂部７０の材料としては、ポリエーテルアミド樹脂をベース樹脂として、これに弾性率を調整した樹脂フィラーを混練した材料が使用できる。かかる材料がベースペーストとなり、これに樹脂粒子として例えば低弾性ゴム粒子が添加される。低弾性ゴムの添加量を調整することにより、ペースト組成物の弾性率を制御することができる。ここで、ベース樹脂には、例えば、ポリエーテルアミド樹脂である日立化成株式会社製の「ＨＩＭＡＬ（商品名）」が好適に用いられる。

また、充填樹脂部７０の材料としては、ポリアミドシリコーン共重合体やポリイミドアミドシリコーン共重合体等の熱可塑性を持つ材料を変成したもの、あるいはこの材料とその他材料とを複合したものであってもよい。

＜５．第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法＞
本技術の第２実施形態に係る固体撮像装置５１の製造方法の一例について、図１４および図１５を参照して説明する。本実施形態に係る固体撮像装置５１の製造方法は、第１実施形態に係る固体撮像装置１の製造方法との関係において、充填樹脂部７０を形成する工程を含む点で異なる。

すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置５１の製造方法は、上述した固体撮像装置１の製造方法において、ダイシングにより個片化する工程の前に行われる工程として、凹部２０に熱可塑性樹脂である封止樹脂７５を充填することで、凹部２０内に、イメージセンサ２を構成する半導体基板６とともに変形する充填樹脂部７０を形成する工程を含む。

具体的には、本実施形態に係る固体撮像装置５１の製造方法においては、凹部２０を形成する工程が行われた後（図６Ｃ参照）、図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、充填樹脂部７０を形成する工程が行われる。

この工程では、まず、図１４Ａに示すように、充填樹脂部７０の材料である封止樹脂７５は、当初ペースト状で印刷可能なものであり、スキージ７６を有する印刷機により印刷される。印刷機による封止樹脂７５の印刷には、印刷用のマスクとして、例えばニッケル合金製のステンシル７７が用いられる。ステンシル７７には、凹部２０の開口に合わせたパターン開口部７７ａが形成されている。

ステンシル７７は、各パターン開口部７７ａが凹部２０に対応するように位置合わせされた状態で、ソルダーレジスト５７上にセットされる。セットされた状態のステンシル７７上をスキージ７６が移動することで、封止樹脂７５がパターン開口部７７ａを介して凹部２０内に充填させられるとともに、封止樹脂７５の表面７５ａが均される。その後、ステンシル７７が取り除かれることで、封止樹脂７５の印刷が完了する。なお、封止樹脂７５の印刷の方法は特に限定されるものではなく、適宜他の方法を用いることができる。

封止樹脂７５が印刷された後、ペースト状の封止樹脂７５に含まれる溶剤を気化させて封止樹脂７５を固化させるために、所定の温度条件でベーキングが行われる。ベーキングの温度は、封止樹脂７５やそれに含まれる溶剤に合わせて適宜設定される。また、ベーキングの設備としては、ホットプレートやオーブン等が必要に応じて適宜選択・使用される。ベーキングを行うことで、図１４Ｂに示すように、凹部２０内の封止樹脂７５が固化し、充填樹脂部７０が形成される。なお、充填樹脂部７０の形成方法は、印刷以外の方法であってもよい。

その後、図１５Ａに示すように、第１実施形態の場合と同様に、ソルダーレジスト５７の下側（図１５Ａにおいて上側）に、半田ボール１２が形成された後、所定のダイシングラインＬ２に沿ってダイシングが行われる。これにより、図１５Ｂに示すように、裏面２ｂ側に凹部２０が形成されたイメージセンサ２、ガラス３、および隔壁４を有し、イメージセンサ２とガラス３との間にキャビティ５を有するパッケージ構造を備え、しかも、凹部２０内に充填樹脂部７０が設けられた複数の固体撮像装置５１が得られる。

以上のような本実施形態に係る固体撮像装置５１およびその製造方法によれば、第１実施形態に係る固体撮像装置１およびその製造方法によって得られる作用効果に加え、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置５１によれば、凹部２０内に熱可塑性樹脂からなる充填樹脂部７０を有することから、常温時においては、凹部２０によって薄化されたイメージセンサ２を含むパッケージ構造の剛性を補強することができるとともに、リフロー時等の高温時には、凹部２０によるイメージセンサ２の撓み変形を阻害することなく、キャビティ内圧の過度の上昇を抑制することができ、パッケージ構造の損傷を防止することが可能となる。

具体的には、図１６に示すように、リフロー時においてキャビティ内圧が上昇した場合、イメージセンサ２には、表面２ａ側から圧力が作用する（矢印Ｃ２参照）。これにより、イメージセンサ２において主に薄板部２４の部分がダイアフラム（隔膜）部分として機能し、当該部分がキャビティ内圧の上昇にともなって外側に撓むことになる。

ここで、充填樹脂部７０は、熱可塑性を有することから、昇温によって弾性率を低下させ、イメージセンサ２の変形に追従して変形する。つまり、充填樹脂部７０は、イメージセンサ２の変形を妨げない。したがって、イメージセンサ２における膨出変形により、キャビティ容積を増加させることができ、パッケージ構造の損傷の原因となり得るキャビティ内圧の過度の上昇を抑制することができる。

また、高温時におけるイメージセンサ２の撓み変形に対しては、充填樹脂部７０がクッションとなり、イメージセンサ２の撓み変形を受け止める。その分、キャビティ内圧によって薄板部２４に作用する応力が緩和され、薄板部２４等におけるクラック等の破損や隔壁４の剥離等を抑制することができる。

また、イメージセンサ２は、凹部２０を形成することで薄化されダイアフラム状に加工されても、シリコン自体の持つ強い拮抗強度により、十分な衝撃耐性を確保可能であるが、振動の多い使用環境等では、その影響によって薄板部２４が振動し、そのことが撮像特性に影響することが懸念される場合がある。そこで、充填樹脂部７０によれば、薄化部分である薄板部２４に対して充填樹脂部７０が薄板部２４を裏面側から支持する部分となるため、薄板部２４の振動を抑制することができる。これにより撮像特性を効果的に維持することができる。さらに、充填樹脂部７０によれば、薄板部２４に対する外力や外部からの衝撃を防ぐことができるので、薄板部２４を保護することができる。つまり、充填樹脂部７０により、薄板部２４の衝撃耐性を向上することができる。

また、充填樹脂部７０が凹部２０内に設けられていることから、イメージセンサ２の本来の外形サイズを踏襲することが可能となり、パッケージ構造の外形サイズの増大を防止することができる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置５１は、第１実施形態に係る固体撮像装置１と同様に、半田ボール１２を溶融させるためのリフローの所定のピーク温度Ｔ_Ｐ時のキャビティ内圧Ｐ_Ｐが、キャビティ５を形成する部材のクラックまたはキャビティ５を形成する部材間の剥離を生じさせる破壊限界圧Ｐ_Ｄよりも低くなるように構成されている。

また、本実施形態に係る固体撮像装置５１において、凹部２０の形状として、第１の傾斜面３１と第２の傾斜面３２による側面部２２の屈曲形状を採用することにより、側面部２２がストッパーとなり、充填樹脂部７０の剥離および脱落を防止することが可能となる。すなわち、屈曲形状をなす側面部２２を有する凹部２０によれば、側面部２２の断面視横「Ｖ」字形状をなす部分、特に第１の傾斜面３１と裏面２ｂとにより形成される開口縁部の内側への突起部分が、充填樹脂部７０に対する係止部となり、抱え込む態様で充填樹脂部７０を保持することになるので、充填樹脂部７０が凹部２０から浮いたり離脱したりすることを効果的に防止することができる。

また、本実施形態では、異方性エッチングによって形成される凹部２０の側面部２２の屈曲形状をコントロールするに際し、第１のエッチング工程によって形成する半凹部２０Ｘのエッチング深さを決定するための要素として、第１実施形態における薄板部２４の大きさに加え、充填樹脂部７０の剥離あるいは脱落のリスクの度合いがある。つまり、半凹部２０Ｘのエッチング深さが深くなるほど、異方性エッチングでは横方向への広がりが大きくなり（断面視の横「Ｖ」字形状が大きく表れ）、充填樹脂部７０の剥離あるいは脱落が起こりにくくなる。

さらに、本実施形態に係る固体撮像装置５１によれば、充填樹脂部７０上にレーザマーキングを施すことが可能となる。

＜６．第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の変形例＞
固体撮像装置５１の製造方法の変形例について、図１７から図１９を参照して説明する。以下に説明する変形例の製造方法においては、先に凹部２０および充填樹脂部７０の形成が行われ、その後、貫通ビア１３を構成する銅配線層５６等の形成が行われる点で、上述した製造方法と異なる。

したがって、この変形例の製造方法においては、上述した製造方法と同様に、まず、画素７が形成されたシリコンウェーハ４０に対し、隔壁４となる壁部４４の形成、およびガラス３となるガラス板４３の貼付けが行われる（図３Ａ参照）。次に、ガラス板４３の表面４３ａに保護シート５０が貼り付けられた後、バックグラインドホイル５８を用いてシリコンウェーハ４０を裏面４０ｂ側から削るＢＧ工程が行われる（図３Ｂ参照）。そして、シリコンウェーハ４０の裏面４０ｂに、窒化膜や酸化膜等の第１絶縁膜５２を成膜する工程が行われる（図３Ｃ参照）。この後の工程が、上述した製造方法と異なる。

以下の工程では、まず、図１７Ａに示すように、フォトリソ工程による第１絶縁膜５２のパターニングが行われる。この工程では、フォトレジスト１５３を用いたパターニングが行われ、第１絶縁膜５２において、シリコンウェーハ４０を薄化して凹部２０を形成するための開口５２ｂが形成されるように、ＲＩＥ等の技術により第１絶縁膜５２が部分的に除去される。パターニング工程では、上述したように、フォトレジスト１５３の塗布・乾燥、部分的な除去、プラズマクリーニング等が所定の順番で行われる。ここで、フォトレジスト１５３については、凹部２０の形成部位に対応した開口１５３ａの部分が除去される。なお、フォトレジスト１５３については、凹部２０の形成において強アルカリ溶液が用いられることから、耐強アルカリ性を有するものであることが好ましい。

次に、上述した製造方法の場合と同様に、第１のエッチング工程および第２のエッチングによる２段階のエッチング工程によって、シリコンウェーハ４０の裏面４０ｂ側に凹部２０を形成する工程が行われる。

すなわち、図１７Ｂに示すように、ＲＩＥ等のドライエッチングにより、半凹部２０Ｘが形成され、その後、図１７Ｃに示すように、保護シート６２が貼り付けられ、ＫＯＨ等の強アルカリ水溶液を用いた異方性エッチングにより、凹部２０が形成される。異方性エッチングが行われた後、不要となったフォトレジスト１５３は除去される。

続いて、上述した製造方法の場合と同様に、充填樹脂部７０を形成する工程が行われる。すなわち、まず、図１８Ａに示すように、パターン開口部７７ａを有するステンシル７７が用いられ、スキージ７６を有する印刷機によりペースト状の封止樹脂７５が印刷される。ここで、ステンシル７７は、例えば、第１絶縁膜５２を保護すべく、第１絶縁膜５２に対してわずかな隙間を隔てた位置にセットされる。封止樹脂７５の印刷後、ベーキングを行うことで、図１８Ｂに示すように、凹部２０内の充填樹脂部７０が形成される。

次に、図１８Ｂに示すように、フォトリソ工程による第１絶縁膜５２のパターニングが行われる。この工程では、フォトレジスト１５４を用いたパターニングが行われ、第１絶縁膜５２において、シリコンウェーハ４０の裏面４０ｂ側から電極パッド１１へ貫通形成される貫通ビア１３用の貫通孔４０ｃ（図１８Ｃ参照）を開口するための微細なパターンの開口５２ａが形成されるように、ＲＩＥ等の技術により第１絶縁膜５２が部分的に除去される。すなわち、この工程では、第１絶縁膜５２に対し、開口５２ａに連続する開口１５４ａが形成されるように、フォトレジスト１５４が、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニングにより形成される。

その後、図１８Ｃに示すように、エッチングにより、第１絶縁膜５２の開口５２ａおよびフォトレジスト１５４の開口１５４ａを介して、シリコンウェーハ４０に貫通孔４０ｃが形成される。ここでは、上述のとおりエッチングとしてＤＲＩＥが用いられ、このため、フォトレジスト１５４として、比較的プラズマ耐性が高いものが用いられる。貫通孔４０ｃが形成された後、フォトレジスト１５４は除去される。

続いて、上述した製造方法の場合と同様にして、固体撮像装置５１における絶縁膜１５となる第２絶縁膜５５と、固体撮像装置５１における配線層１４となる銅配線層５６と、半田ボール１２を設けるためのソルダーレジスト５７とが順番に形成される。

すなわち、まず、図１９Ａに示すように、貫通孔４０ｃの内面を覆うとともに、コンタクトホール５５ａおよび凹部２０の開口に対応した開口５５ｂを有する第２絶縁膜５５が形成される。次に、図１９Ｂに示すように、孔内配線部５６ａと、裏面４０ｂに沿う平面状配線部５６ｂとを有する銅配線層５６が、電界めっき法によって形成される。続いて、図１９Ｃに示すように、ランド開口５７ａを有するソルダーレジスト５７が形成される。

そして、上述した製造方法と同様に、半田ボール１２が形成された後、所定のダイシングラインＬ２に沿ってダイシングが行われ（図１５Ａ参照）、これにより、凹部２０が形成されるとともに凹部２０内に充填樹脂部７０が設けられた複数の固体撮像装置５１が得られる（図１５Ｂ参照）。

＜７．第３実施形態に係る固体撮像装置の構成例＞
本技術の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態、第２実施形態と共通する構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。

図２０および図２１に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置８１は、充填樹脂部７０の表面である底面７０ａ側に設けられた複数の半田ボール８２を備える。半田ボール８２は、イメージセンサ２を実装するための半田部となる。

本実施形態では、複数の半田ボール８２は、充填樹脂部７０の底面７０ａ側において、２次元的にアレイ状に並べられている。すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置８１は、第２実施形態に係る固体撮像装置５１との対比において、イメージセンサ２の裏面２ｂ側の周縁部に配設された複数の半田ボール１２の代わりに、充填樹脂部７０の表面側にアレイ状に配設された複数の半田ボール８２を有する。ただし、複数の半田ボール８２は、複数の半田ボール１２とともに設けられてもよい。また、図２１は半田ボール８２の配列を模式的に示したものであるが、図２１に示す例において、半田ボール８２は、４行×４列の配列で行列状に配置されている。

充填樹脂部７０の底面７０ａ側に半田ボール８２を設けるためには、充填樹脂部７０上に、電極パッド１１から引き出した配線層１４と、半田ボール８２を載せるためのランド部と、半田ボール８２を載せる位置を規定するためのソルダーレジスト１６とを、半導体基板６の基板部分と同様に形成する必要がある。また、半導体基板６の表面に半田ボール１２を設ける場合、配線層１４が直接シリコン基板に接触しないように酸化膜や窒化膜等の絶縁膜１５を形成する必要があるが、充填樹脂部７０をなす熱可塑性樹脂は、元々高い絶縁特性を有することから、配線層１４を充填樹脂部７０上に直接作り込むことが可能となる。

したがって、本実施形態に係る固体撮像装置８１においては、配線層１４の一部として、充填樹脂部７０の底面７０ａ上に、樹脂上配線部１４ｃが設けられている。樹脂上配線部１４ｃは、充填樹脂部７０に対し、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜を介することなく直接的に形成されている。樹脂上配線部１４ｃは、例えば、半田ボール８２のアレイ状のレイアウトに対応して格子状に形成されている。詳細には、固体撮像装置８１は、図２０に示す断面視において、半田ボール８２として、平面状配線部１４ｂの充填樹脂部７０上への延設部分１４ｄに対して設けられた半田ボール８２Ａと、断面視で充填樹脂部７０上に独立した部分として存在する樹脂上配線部１４ｃに対して設けられた半田ボール８２Ｂとを有する。

また、本実施形態に係る固体撮像装置８１は、ソルダーレジスト１６において、充填樹脂部７０の底面７０ａ上を覆うように形成された樹脂被覆部１６ｃを有する。

以上のような本実施形態に係る固体撮像装置８１は、次のような構成を有するＷＣＳＰ構造として構成されている。すなわち、固体撮像装置８１は、裏面側に凹部２０が形成され、表面側にイメージセンサ素子が形成された半導体基板６と、凹部２０内に充填されて裏面２ｂと面一をなすように形成され、半導体基板６を本来の外形サイズと同じサイズにする充填樹脂部７０と、電極パッド１１に接続され充填樹脂部７０上まで延伸した配線層１４と、充填樹脂部７０上において配線層１４上にランド部（図示略）を介して形成された半田ボール８２と、半導体基板６のイメージセンサ素子を囲うように形成され、イメージセンサ素子の形成部位上の空間をキャビティ５として外部に対して隔離する隔壁４と、隔壁４上に接着されたガラス３とを有する。

＜８．第３実施形態に係る固体撮像装置の製造方法＞
本技術の第３実施形態に係る固体撮像装置８１の製造方法の一例について、図２２および図２３を参照して説明する。本実施形態に係る固体撮像装置８１の製造方法は、上述した第２実施形態に係る固体撮像装置５１の製造方法の変形例との関係において、充填樹脂部７０上に半田ボール８２を設ける工程を含む点で異なる。

すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置８１の製造方法は、ダイシングにより個片化する工程の前に行われる工程として、充填樹脂部７０の表面側（底面７０ａ側）に、イメージセンサ２を実装するための半田ボール８２を搭載する工程を含む。

本実施形態に係る固体撮像装置８１の製造方法は、貫通孔４０ｃの内面を覆うとともにコンタクトホール５５ａおよび凹部２０の開口に対応した開口５５ｂを有する第２絶縁膜５５を形成する工程までの工程については、上述した第２実施形態に係る固体撮像装置５１の製造方法の変形例と同じである。

第２絶縁膜５５を形成した後、図２２Ａに示すように、シリコンウェーハ４０の裏面４０ｂ側に、固体撮像装置８１における配線層１４となる銅配線層５６が形成される。銅配線層５６は、ＷＣＳＰ構造においてシリコンウェーハ４０の裏面４０ｂ側に半田ボール８２を形成するためのものである。

すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置８１においては、充填樹脂部７０の下側に半田ボール８２を設けるため、銅配線層５６は、電極パッド１１の裏面から貫通孔４０ｃ内を通って充填樹脂部７０の底面７０ａ上に延伸形成され、その延伸部分に半田ボール８２が接続される。銅配線層５６は、孔内配線部１４ａ（図２０参照）となる孔内配線部５６ａと、裏面４０ｂに沿って形成され延設部分１４ｄを含む平面状配線部１４ｂ（図２０参照）となる平面状配線部５６ｂと、樹脂上配線部１４ｃ（図２０参照）となる樹脂上配線部５６ｃとを有する。銅配線層５６は、上述のとおり例えば電界めっき法により形成される。

続いて、図２２Ｂに示すように、ランド開口５７ａを有するソルダーレジスト５７を形成する工程が行われる。ソルダーレジスト５７は、銅配線層５６の配線間ショートの防止と、半田ボール８２を載せる位置を規定するために形成される。ソルダーレジスト５７においては、半田ボール８２を載せる部分に、半田ボール８２の大きさに合わせて、銅配線層５６を露出させるランド開口５７ａが形成される。

本実施形態では、ソルダーレジスト５７は、固体撮像装置８１のソルダーレジスト１６における樹脂被覆部１６ｃとなる部分を形成するように、充填樹脂部７０の底面７０ａ上にも形成され、各樹脂上配線部５６ｃに対応した位置にランド開口５７ａを形成する。

その後、図２３Ａに示すように、ソルダーレジスト５７の下側（図２３Ａにおいて上側）であって、充填樹脂部７０上の領域に、平面状配線部５６ｂおよび樹脂上配線部５６ｃに対応して、半田ボール８２が形成される。半田ボール８２は、上述した製造方法における半田ボール１２と同様の手法により形成される。

半田ボール８２が形成された後、所定のダイシングラインＬ３に沿ってダイシングが行われる。これにより、図２３Ｂに示すように、裏面２ｂ側に凹部２０が形成されたイメージセンサ２、ガラス３、および隔壁４を有し、イメージセンサ２とガラス３との間にキャビティ５を有するパッケージ構造を備え、しかも、凹部２０内に充填樹脂部７０が設けられ、さらに、充填樹脂部７０上に半田ボール８２が搭載された複数の固体撮像装置８１が得られる。

以上のような本実施形態に係る固体撮像装置８１およびその製造方法によれば、第１実施形態に係る固体撮像装置１およびその製造方法によって得られる作用効果に加え、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置８１によれば、第２実施形態に係る固体撮像装置５１と同様に、凹部２０内に熱可塑性樹脂からなる充填樹脂部７０を有することから、常温時においてパッケージ構造を補強することができ、高温時においてキャビティ内圧の過度の上昇を抑制することができる。

具体的には、図２４に示すように、リフロー時においてキャビティ内圧が上昇した場合、イメージセンサ２には、表面２ａ側から圧力が作用し（矢印Ｃ３参照）、イメージセンサ２において主に薄板部２４の部分がキャビティ内圧の上昇にともなって外側に撓むことになる。ここで、充填樹脂部７０の熱可塑性により、イメージセンサ２の変形を妨げることなく、キャビティ容積を増加させることができ、パッケージ構造の損傷の原因となり得るキャビティ内圧の過度の上昇を抑制することができる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置８１は、第１実施形態に係る固体撮像装置１と同様に、半田ボール８２を溶融させるためのリフローの所定のピーク温度Ｔ_Ｐ時のキャビティ内圧Ｐ_Ｐが、キャビティ５を形成する部材のクラックまたはキャビティ５を形成する部材間の剥離を生じさせる破壊限界圧Ｐ_Ｄよりも低くなるように構成されている。

また、近年のイメージセンサは、信号の高速化・多機能化にともなって信号数が多くなる傾向にあるが、本実施形態に係る固体撮像装置８１によれば、充填樹脂部７０において半田ボール８２を例えばアレイ状に配置できることから、半田ボール８２の数量を容易に確保することができる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置８１によれば、熱可塑性樹脂により形成された充填樹脂部７０上に半田ボール８２が配置されていることから、固体撮像装置８１の基板実装に関する温度サイクルにおいて発生するストレスを緩和することができる。これにより、半田ボール８２の疲労破壊を防止することができ、半田ボール８２周辺の接続不良を抑制することができる。すなわち、充填樹脂部７０が温度サイクル時のストレスバッファ層として機能するため、半田ボール８２による接合寿命を延ばす効果が期待でき、固体撮像装置８１の実装信頼性を向上することができる。

通常、ストレスバッファ層は、イメージセンサ２のチップ対して例えば５０～８０μｍ程度の厚さで重ねて形成されるため、その分、パッケージ構造の厚さが増加して薄型化が妨げられる。この点、本実施形態に係る固体撮像装置８１によれば、イメージセンサ２の厚さを増加させることなく、充填樹脂部７０を半田ボール８２に対するストレスバッファ層（緩衝層）として機能させることができる。

本実施形態に係る固体撮像装置８１による実装信頼性の向上について、図２４を用いて詳細に説明する。温度サイクル時においては、固体撮像装置８１のパッケージ構造と、半田ボール８２により固体撮像装置８１が実装される実装基板９０との線膨張係数差に起因する熱ひずみが半田ボール８２に集中し、半田ボール８２の接合部が疲労破壊するという現象が考えられる。ここで、実装基板９０は、例えばプラスチック等の有機材料やセラミックス等からなるものであり、具体的には、例えばガラスエポキシに銅配線を施した構造を有する。

まず、リフロー中に関しては、固体撮像装置８１のパッケージ自体の線膨張係数は一定のものとして考えられるが、実装基板９０は有機材料により構成されているため、一般的に実装基板９０の線膨張係数はシリコンと比べると大きく、高温時の伸びも大きくなる。

実装基板９０に対する固体撮像装置８１の実装後には、実装基板９０は元の状態に戻ろうとするので、実装基板９０が縮む方向に残留応力が発生する（矢印Ｕ１参照）。ここで、半田ボール８２周辺の応力は、ストレスバッファ層として機能する充填樹脂部７０へ一部吸収されて低くなる。

また、実装状態での低温環境時では、実装基板９０はさらに縮もうとするので、残留応力は増加する。この場合も充填樹脂部７０がストレスバッファ層として機能することで、応力が吸収されることとなる。一方、実装状態で高温環境となると、実装基板９０は伸びようとするので、残留応力は低くなる。

以上のように、各状態で半田ボール８２の周辺にかかる応力は、主に固体撮像装置８１のパッケージ単体と実装基板９０との残留応力であり、本実施形態に係る固体撮像装置８１によれば、温度サイクルにおける応力は、実装基板９０から半田ボール８２やランド部を介して充填樹脂部７０に伝播し、最終的には充填樹脂部７０に吸収されることになる。これにより、半田ボール８２の疲労破壊を防止することができ、固体撮像装置８１の実装信頼性を向上することができる。

＜９．電子機器の構成例＞
上述した実施形態に係る固体撮像装置の電子機器への適用例について、図２５を用いて説明する。なお、ここでは第１実施形態に係る固体撮像装置１の適用例について説明する。

固体撮像装置１は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像素子を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像素子は、ワンチップとして形成された形態のものであってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態のものであってもよい。

図２５に示すように、電子機器としての撮像装置２００は、光学部２０２と、固体撮像装置１と、カメラ信号処理回路であるＤＳＰ(Digital Signal Processor)回路２０３と、フレームメモリ２０４と、表示部２０５と、記録部２０６と、操作部２０７と、電源部２０８とを備える。ＤＳＰ回路２０３、フレームメモリ２０４、表示部２０５、記録部２０６、操作部２０７および電源部２０８は、バスライン２０９を介して相互に接続されている。

光学部２０２は、複数のレンズを含み、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像装置１の撮像面上に結像する。固体撮像装置１は、光学部２０２によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。

表示部２０５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像装置１で撮像された動画または静止画を表示する。記録部２０６は、固体撮像装置１で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。

操作部２０７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置２００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部２０８は、ＤＳＰ回路２０３、フレームメモリ２０４、表示部２０５、記録部２０６および操作部２０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。

以上のような撮像装置２００によれば、固体撮像装置１において、リフロー時等にキャビティ内圧が上昇することによる構成部材のクラックや部材間の剥離等の損傷を防止することができ、高画質な撮像画像を得ることができる。

上述した実施形態の説明は本技術の一例であり、本技術は上述の実施形態に限定されることはない。このため、上述した実施形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。また、本開示に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。また、上述した各実施形態で説明した変形例は、他の実施形態において適宜組み合せることができる。

上述した実施形態では、イメージセンサ２を備えたパッケージ構造を例として説明しているが、本技術は、中空パッケージ構造を有するものであれば適用可能である。すなわち、中空パッケージ構造を有する装置構成に本技術を適用することで、元のパッケージサイズを変更することなく、安価で信頼性の高いパッケージ構造を実現することが可能となる。

なお、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
（１）
半導体基板を含み、前記半導体基板の一方の板面側を受光側とする固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記受光側に、前記固体撮像素子に対して所定の間隔を隔てて設けられた透光性を有する蓋部材と、
前記固体撮像素子の前記受光側に設けられ、前記固体撮像素子に対して前記蓋部材を支持し、前記固体撮像素子と前記蓋部材との間にキャビティを形成する支持部と、を備え、
前記半導体基板は、その他方の板面側に形成され前記半導体基板の板厚を部分的に薄くする凹部を有する
固体撮像装置。
（２）
前記凹部を埋めるように設けられ、熱可塑性樹脂により形成され、前記半導体基板とともに変形する充填樹脂部を備える
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記充填樹脂部の表面側に設けられ、前記固体撮像素子を実装するための半田部を備える
前記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルアミド樹脂、およびポリエーテルアミドイミド樹脂のうちいずれか１つを主成分とするペースト組成物である
前記（２）または前記（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記熱可塑性樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリアミドイミド樹脂のうちいずれか１つに可塑性をもつセグメントを変成したペースト組成物である
前記（２）または前記（３）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記熱可塑性樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリアミドイミド樹脂のうちいずれか１つを主成分とし、熱可塑性をもつ樹脂粒子を含有するペースト組成物である
前記（２）または前記（３）に記載の固体撮像装置。
（７）
前記凹部は、前記半導体基板の板面と略平行な底面部と、前記凹部の内側面をなす側面部と、を有し、
前記側面部は、前記半導体基板の板面に対して所定の向きに傾斜した第１の傾斜面と、該第１の傾斜面とともに前記半導体基板の断面視で屈曲状をなす第２の傾斜面と、を含む
前記（１）～（６）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（８）
前記凹部は、前記半導体基板の板面と略平行な底面部と、前記凹部の内側面をなす側面部と、を有し、
前記側面部は、前記半導体基板の結晶の（１１１）面またはこれと等価な面を含む
前記（１）～（６）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（９）
前記半導体基板の他方の板面側に設けられ、前記固体撮像素子を実装するための半田部を備え、
前記半田部を溶融させるためのリフローの所定のピーク温度時の前記キャビティの内圧が、前記キャビティを形成する部材のクラックまたは前記キャビティを形成する部材間の剥離を生じさせる内圧よりも低い
前記（１）～（８）のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
（１０）
半導体基板を含み、前記半導体基板の一方の板面側を受光側とする固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記受光側に、前記固体撮像素子に対して所定の間隔を隔てて設けられた透光性を有する蓋部材と、
前記固体撮像素子の前記受光側に設けられ、前記固体撮像素子に対して前記蓋部材を支持し、前記固体撮像素子と前記蓋部材との間にキャビティを形成する支持部と、を備え、
前記半導体基板は、その他方の板面側に形成され前記半導体基板の板厚を部分的に薄くする凹部を有する
固体撮像装置を備えた
電子機器。
（１１）
一方の板面側に画素群が形成された固体撮像素子となる部分が所定の配列で複数形成された半導体ウェーハの前記一方の板面側に、前記画素群を囲むように前記所定の配列に沿って形成された壁部を介して、前記半導体ウェーハに対して所定の間隔を隔てて透光性を有する板材を設ける工程と、
前記半導体ウェーハの他方の板面側に、各前記固体撮像素子に対応して、前記半導体ウェーハの板厚を部分的に薄くする凹部を形成する工程と、
前記半導体ウェーハ、前記壁部、および前記板材を、前記所定の配列に沿って前記固体撮像素子に対応する部位ごとに分割するように切断して個片化する工程と、を含む
固体撮像装置の製造方法。
（１２）
前記凹部を形成する工程は、
ドライエッチングにより前記半導体ウェーハの前記凹部に対応する部分を除去することで半凹部を形成する第１のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程の後、異方性エッチングにより前記半凹部を掘ることで前記凹部を形成する第２のエッチング工程と、を有する
前記（１１）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（１３）
前記個片化する工程の前に行われる工程として、 前記凹部に熱可塑性樹脂を充填することで、前記凹部内に、前記固体撮像素子を構成する半導体基板とともに変形する充填樹脂部を形成する工程を含む
前記（１１）または前記（１２）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（１４）
前記個片化する工程の前に行われる工程として、
前記充填樹脂部の表面側に、前記固体撮像素子を実装するための半田部を搭載する工程を含む
前記（１３）に記載の固体撮像装置の製造方法。

１ 固体撮像装置
２ イメージセンサ（固体撮像素子）
２ａ 表面
２ｂ 裏面
３ ガラス（蓋部材）
４ 隔壁（支持部）
５ キャビティ
６ 半導体基板
７ 画素
８ 画素領域
１４ 配線層
２０ 凹部
２０Ｘ 半凹部
２１ 底面部
２２ 側面部
３１ 第１の傾斜面
３２ 第２の傾斜面
４０ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）
４３ ガラス板（板材）
４４ 壁部
５１ 固体撮像装置
７０ 充填樹脂部
７０ａ 底面
７５ 封止樹脂
８１ 固体撮像装置
８２ 半田ボール（半田部）
２００ 撮像装置（電子機器）

Claims (11)

1. 半導体基板を含み、前記半導体基板の一方の板面側を受光側とする固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に、前記固体撮像素子に対して所定の間隔を隔てて設けられた透光性を有する蓋部材と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に設けられ、前記固体撮像素子に対して前記蓋部材を支持し、前記固体撮像素子と前記蓋部材との間にキャビティを形成する支持部と、を備え、
   前記半導体基板は、その他方の板面側に形成され前記半導体基板の板厚を部分的に薄くする凹部を有するものであり、
   前記凹部を埋めるように設けられ、熱可塑性樹脂により形成された充填樹脂部と、
   前記固体撮像素子の端子に電気的に接続され、前記充填樹脂部の表面上に設けられた樹脂上配線部を有する配線層と、
   前記樹脂上配線部に対して設けられ、前記固体撮像素子を実装するための半田部と、を備える
   固体撮像装置。
2. 半導体基板を含み、前記半導体基板の一方の板面側を受光側とする固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に、前記固体撮像素子に対して所定の間隔を隔てて設けられた透光性を有する蓋部材と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に設けられ、前記固体撮像素子に対して前記蓋部材を支持し、前記固体撮像素子と前記蓋部材との間にキャビティを形成する支持部と、を備え、
   前記半導体基板は、その他方の板面側に形成され前記半導体基板の板厚を部分的に薄くする凹部を有するものであり、
   前記凹部を埋めるように設けられ、熱可塑性樹脂により形成された充填樹脂部を備え、
   前記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルアミド樹脂、およびポリエーテルアミドイミド樹脂のうちいずれか１つを主成分とするペースト組成物である
   固体撮像装置。
3. 半導体基板を含み、前記半導体基板の一方の板面側を受光側とする固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に、前記固体撮像素子に対して所定の間隔を隔てて設けられた透光性を有する蓋部材と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に設けられ、前記固体撮像素子に対して前記蓋部材を支持し、前記固体撮像素子と前記蓋部材との間にキャビティを形成する支持部と、を備え、
   前記半導体基板は、その他方の板面側に形成され前記半導体基板の板厚を部分的に薄くする凹部を有するものであり、
   前記凹部を埋めるように設けられ、熱可塑性樹脂により形成された充填樹脂部を備え、
   前記熱可塑性樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリアミドイミド樹脂のうちいずれか１つに可塑性をもつセグメントを変成したペースト組成物である
   固体撮像装置。
4. 半導体基板を含み、前記半導体基板の一方の板面側を受光側とする固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に、前記固体撮像素子に対して所定の間隔を隔てて設けられた透光性を有する蓋部材と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に設けられ、前記固体撮像素子に対して前記蓋部材を支持し、前記固体撮像素子と前記蓋部材との間にキャビティを形成する支持部と、を備え、
   前記半導体基板は、その他方の板面側に形成され前記半導体基板の板厚を部分的に薄くする凹部を有するものであり、
   前記凹部を埋めるように設けられ、熱可塑性樹脂により形成された充填樹脂部を備え、
   前記熱可塑性樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリアミドイミド樹脂のうちいずれか１つを主成分とし、熱可塑性をもつ樹脂粒子を含有するペースト組成物である
   固体撮像装置。
5. 半導体基板を含み、前記半導体基板の一方の板面側を受光側とする固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に、前記固体撮像素子に対して所定の間隔を隔てて設けられた透光性を有する蓋部材と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に設けられ、前記固体撮像素子に対して前記蓋部材を支持し、前記固体撮像素子と前記蓋部材との間にキャビティを形成する支持部と、を備え、
   前記半導体基板は、その他方の板面側に形成され前記半導体基板の板厚を部分的に薄くする凹部を有するものであり、
   前記凹部は、前記半導体基板の板面と略平行な底面部と、前記凹部の内側面をなす側面部と、を有し、
   前記側面部は、前記半導体基板の板面に対して所定の向きに傾斜した第１の傾斜面と、該第１の傾斜面とともに前記半導体基板の断面視で屈曲状をなす第２の傾斜面と、を含む
   固体撮像装置。
6. 半導体基板を含み、前記半導体基板の一方の板面側を受光側とする固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に、前記固体撮像素子に対して所定の間隔を隔てて設けられた透光性を有する蓋部材と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に設けられ、前記固体撮像素子に対して前記蓋部材を支持し、前記固体撮像素子と前記蓋部材との間にキャビティを形成する支持部と、を備え、
   前記半導体基板は、その他方の板面側に形成され前記半導体基板の板厚を部分的に薄くする凹部を有するものであり、
   前記凹部は、前記半導体基板の板面と略平行な底面部と、前記凹部の内側面をなす側面部と、を有し、
   前記側面部は、前記半導体基板の結晶の（１１１）面またはこれと等価な面を含む
   固体撮像装置。
7. 半導体基板を含み、前記半導体基板の一方の板面側を受光側とする固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に、前記固体撮像素子に対して所定の間隔を隔てて設けられた透光性を有する蓋部材と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に設けられ、前記固体撮像素子に対して前記蓋部材を支持し、前記固体撮像素子と前記蓋部材との間にキャビティを形成する支持部と、を備え、
   前記半導体基板は、その他方の板面側に形成され前記半導体基板の板厚を部分的に薄くする凹部を有するものであり、
   前記半導体基板の他方の板面側に設けられ、前記固体撮像素子を実装するための半田部を備え、
   前記半田部を溶融させるためのリフローの所定のピーク温度時の前記キャビティの内圧が、前記キャビティを形成する部材のクラックまたは前記キャビティを形成する部材間の剥離を生じさせる内圧よりも低い
   固体撮像装置。
8. 半導体基板を含み、前記半導体基板の一方の板面側を受光側とする固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に、前記固体撮像素子に対して所定の間隔を隔てて設けられた透光性を有する蓋部材と、
   前記固体撮像素子の前記受光側に設けられ、前記固体撮像素子に対して前記蓋部材を支持し、前記固体撮像素子と前記蓋部材との間にキャビティを形成する支持部と、を備え、
   前記半導体基板は、その他方の板面側に形成され前記半導体基板の板厚を部分的に薄くする凹部を有するものであり、
   前記凹部を埋めるように設けられ、熱可塑性樹脂により形成された充填樹脂部と、
   前記固体撮像素子の端子に電気的に接続され、前記充填樹脂部の表面上に設けられた樹脂上配線部を有する配線層と、
   前記樹脂上配線部に対して設けられ、前記固体撮像素子を実装するための半田部と、を備える
   固体撮像装置を備えた
   電子機器。
9. 一方の板面側に画素群が形成された固体撮像素子となる部分が所定の配列で複数形成された半導体ウェーハの前記一方の板面側に、前記画素群を囲むように前記所定の配列に沿って形成された壁部を介して、前記半導体ウェーハに対して所定の間隔を隔てて透光性を有する板材を設ける工程と、
   前記半導体ウェーハの他方の板面側に、各前記固体撮像素子に対応して、前記半導体ウェーハの板厚を部分的に薄くする凹部を形成する工程と、
   前記半導体ウェーハ、前記壁部、および前記板材を、前記所定の配列に沿って前記固体撮像素子に対応する部位ごとに分割するように切断して個片化する工程と、を含み、
   前記凹部を形成する工程は、
   ドライエッチングにより前記半導体ウェーハの前記凹部に対応する部分を除去することで半凹部を形成する第１のエッチング工程と、
   前記第１のエッチング工程の後、異方性エッチングにより前記半凹部を掘ることで前記凹部を形成する第２のエッチング工程と、を有する
   固体撮像装置の製造方法。
10. 一方の板面側に画素群が形成された固体撮像素子となる部分が所定の配列で複数形成された半導体ウェーハの前記一方の板面側に、前記画素群を囲むように前記所定の配列に沿って形成された壁部を介して、前記半導体ウェーハに対して所定の間隔を隔てて透光性を有する板材を設ける工程と、
    前記半導体ウェーハの他方の板面側に、各前記固体撮像素子に対応して、前記半導体ウェーハの板厚を部分的に薄くする凹部を形成する工程と、
    前記半導体ウェーハ、前記壁部、および前記板材を、前記所定の配列に沿って前記固体撮像素子に対応する部位ごとに分割するように切断して個片化する工程と、を含み、
    前記個片化する工程の前に行われる工程として、
    前記凹部に熱可塑性樹脂を充填することで、前記凹部内に充填樹脂部を形成する工程を含む
    固体撮像装置の製造方法。
11. 前記個片化する工程の前に行われる工程として、
    前記充填樹脂部の表面側に、前記固体撮像素子を実装するための半田部を搭載する工程を含む
    請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。

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