JP7401441B2 - 撮像素子および撮像素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本開示は、撮像素子および撮像素子の製造方法に関する。詳しくは、受光面を湾曲させた撮像素子および当該撮像素子の製造方法に関する。
従来、撮影レンズにより結像された被写体を撮像する固体撮像素子が収容された固体撮像装置が使用されている。撮影レンズには収差があり、平面形状の固体撮像素子に被写体を結像する際、固体撮像素子の中央部や端部にぼけを生じる問題がある。そこで、撮影レンズの収差に合わせて固体撮像素子を湾曲させることにより、中央部や端部におけるぼけの発生を防止する撮像装置が提案されている。例えば、固体撮像素子が形成される面である第1面および第1面の裏面である第２面を有する平板状の半導体基板と、平面形状の第３面および第３面の裏面であるとともに曲面形状の凹部が形成される第４面を有する樹脂層とを備える固体撮像装置が提案されている。この固体撮像装置においては、半導体基板の第２面および樹脂層の第３面が接着された後に樹脂層の第４面がパッケージに接着される。この際、樹脂層の第４面の凹部においてもパッケージに密着して接着することにより第４面の凹部の形状に合わせて樹脂層が変形し、固体撮像装置の第１面および第２面に凹部を形成することができる（例えば、特許文献１参照。）。
上述の従来技術は、樹脂層の凹部が形成された第４面をパッケージに密着させる際、第４面の凹部とパッケージとに囲まれた領域の空気をパッケージに形成された貫通孔を介して排気する。この工程により半導体基板に大気圧が加わり、曲面形状の凹部が形成される。このように、上述の従来技術では、パッケージ内の空気を排気する工程が必要となり、撮像装置の製造工程が複雑になるという問題がある。
本開示は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、撮影レンズの収差に応じて湾曲した受光面を有する撮像素子の製造方法を簡略化することを目的としている。
本開示は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の態様は、被写体からの光を受光する受光面とは異なる面である裏面に凹部が形成された半導体チップにより構成される撮像チップと、上記凹部に配置されて上記凹部の底部における上記撮像チップを湾曲させて湾曲部を形成する湾曲形成部と、上記形成された湾曲部を保持する湾曲保持部とを具備する撮像素子である。
また、この第１の態様において、上記湾曲形成部は、上記撮像チップより高い線膨張率に構成されて加熱されることにより上記湾曲部を形成してもよい。
また、この第１の態様において、上記湾曲形成部は、金属により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記湾曲保持部は、熱硬化性樹脂により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記湾曲形成部は、上記湾曲保持部が硬化する際に上記湾曲部を形成してもよい。
また、この第１の態様において、上記湾曲保持部は硬化の際に収縮する熱硬化性樹脂により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記湾曲保持部に隣接して配置されて上記凹部の開口部近傍における上記湾曲保持部の収縮を制限する蓋部を更に具備してもよい。
上記湾曲保持部は、上記湾曲部に嵌合する第２の凹部が配置される保持基体と当該保持基体および上記湾曲形成部の間に配置される接着部とにより構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記半導体チップにおける凹部の底部に配置されて上記半導体チップのエッチングを防止するエッチング防止層をさらに具備してもよい。
また、本開示の第２の態様は、半導体チップに構成される撮像チップにおける被写体からの光を受光する受光面とは異なる面である裏面に凹部を形成する凹部形成工程と、上記凹部の底部における上記撮像チップを湾曲させて湾曲部を形成する湾曲形成部により上記湾曲部を形成させる湾曲部形成工程と、上記形成された湾曲部を保持する湾曲保持部により上記湾曲部を保持させる湾曲部保持工程とを具備する撮像素子の製造方法である。
上述の態様を採ることにより、撮像チップの裏面に形成された凹部の底部近傍に湾曲形成部および湾曲保持部が配置され、撮像チップを裏面方向に湾曲させた状態に保持するという作用をもたらす。撮像チップ受光面における湾曲部の形成の簡略化が想定される。
本開示によれば、撮影レンズの収差に応じて湾曲した受光面を有する撮像素子の製造方法を簡略化するという優れた効果を奏する。
次に、図面を参照して、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）を説明する。以下の図面において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。また、以下の順序で実施の形態の説明を行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．第４の実施の形態
５．第５の実施の形態
６．第６の実施の形態
７．第７の実施の形態
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．第４の実施の形態
５．第５の実施の形態
６．第６の実施の形態
７．第７の実施の形態
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像素子の構成］
図１は、本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示すブロック図である。同図の撮像素子１は、画素アレイ部１０と、垂直駆動部２０と、カラム信号処理部３０と、制御部４０とを備える。
［撮像素子の構成］
図１は、本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示すブロック図である。同図の撮像素子１は、画素アレイ部１０と、垂直駆動部２０と、カラム信号処理部３０と、制御部４０とを備える。
画素アレイ部１０は、画素１００が２次元格子状に配置されて構成されたものである。ここで、画素１００は、照射された光に応じた画像信号を生成するものである。この画素１００は、照射された光に応じた電荷を生成する光電変換部を有する。また画素１００は、画素回路をさらに有する。この画素回路は、光電変換部により生成された電荷に基づく画像信号を生成する。画像信号の生成は、後述する垂直駆動部２０により生成された制御信号により制御される。画素アレイ部１０には、信号線１１および１２がＸＹマトリクス状に配置される。信号線１１は、画素１００における画素回路の制御信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の行毎に配置され、各行に配置される画素１００に対して共通に配線される。信号線１２は、画素１００の画素回路により生成された画像信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の列毎に配置され、各列に配置される画素１００に対して共通に配線される。これら光電変換部および画素回路は、後述する半導体基板１１１および配線領域１２１に形成される。
垂直駆動部２０は、画素１００の画素回路の制御信号を生成するものである。この垂直駆動部２０は、生成した制御信号を同図の信号線１１を介して画素１００に伝達する。カラム信号処理部３０は、画素１００により生成された画像信号を処理するものである。このカラム信号処理部３０は、同図の信号線１２を介して画素１００から伝達された画像信号の処理を行う。カラム信号処理部３０における処理には、例えば、画素１００において生成されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するアナログデジタル変換が該当する。カラム信号処理部３０により処理された画像信号は、撮像素子１の画像信号として出力される。制御部４０は、撮像素子１の全体を制御するものである。この制御部４０は、垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０を制御する制御信号を生成して出力することにより、撮像素子１の制御を行う。制御部４０により生成された制御信号は、信号線４１および４２により垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０に対してそれぞれ伝達される。
［撮像素子の外観］
図２は、本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。同図は、撮像素子１の構成例を表す外観図である。同図の撮像素子１は、被写体からの光を受光する面である受光面に図１において説明した画素アレイ部１０が形成される。また、受光面とは異なる面である裏面に円柱形状の凹部１４９が形成される。後述するように、凹部１４９の底面は、同図の裏面方向に湾曲しており、この湾曲に合わせて画素アレイ部１０も湾曲して構成される。これにより、撮影レンズの収差に基づく画質の低下を防止することができる。
図２は、本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。同図は、撮像素子１の構成例を表す外観図である。同図の撮像素子１は、被写体からの光を受光する面である受光面に図１において説明した画素アレイ部１０が形成される。また、受光面とは異なる面である裏面に円柱形状の凹部１４９が形成される。後述するように、凹部１４９の底面は、同図の裏面方向に湾曲しており、この湾曲に合わせて画素アレイ部１０も湾曲して構成される。これにより、撮影レンズの収差に基づく画質の低下を防止することができる。
なお、凹部１４９の形状はこの例に限定されない。例えば四角柱や八角柱の形状にすることもできる。
［撮像素子の断面の構成］
図３は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、半導体基板１１１と、配線領域１２１と、湾曲形成部１６０と、湾曲保持部１５０とを備える。
図３は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、半導体基板１１１と、配線領域１２１と、湾曲形成部１６０と、湾曲保持部１５０とを備える。
半導体基板１１１は、画素アレイ部１０の半導体素子部分が形成される半導体の基板である。この半導体基板１１１は、例えば、シリコンにより構成することができる。図１において説明した光電変換部や画素回路および垂直駆動部２０等が半導体基板１１１に形成される。この半導体基板１１１の表面に配線領域１２１が形成され、配線領域１２１の表面に不図示のカラーフィルタやオンチップレンズ１０１が配置される。カラーフィルタは、入射光のうちの所定の波長の光を透過させる光学的なフィルタであり、オンチップレンズ１０１は、画素１００毎に配置されて入射光を集光するレンズである。同図の撮像素子１は、半導体基板１１１の表面側から画素１００に入射光が照射される表面照射型の撮像素子に該当する。
また、半導体基板１１１の裏面には、図２において説明した凹部１４９が配置される。この凹部１４９は、例えば、半導体基板１１１をエッチングすることにより形成することができる。
配線領域１２１は、信号を伝達する配線が形成される領域である。この配線領域は、配線が形成される配線層と配線を絶縁する絶縁層とにより構成される。図１において説明した信号線１１、１２、４１および４２は、配線領域１２１に配置される。配線層は、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属により構成することができる。また、絶縁層は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）により構成することができる。
同図に表したように、半導体基板１１１および配線領域１２１には、裏面方向に湾曲した湾曲部１９が配置される。なお、半導体基板１１１および配線領域１２１は、撮像チップを構成する。
湾曲形成部１６０は、凹部１４９に配置されて、半導体基板１１１および配線領域１２１を湾曲させて湾曲部１９を形成するものである。この湾曲形成部１６０は半導体基板１１１や配線領域１２１よりも高い線膨張率の材料により構成することができる。上述のように半導体基板１１１をシリコン（Ｓｉ）により構成し、配線領域１２１をＳｉＯ２による絶縁層およびＣｕやＡｌによる配線層により構成した場合には、湾曲形成部１６０として金属を使用することができる。例えば、Ｃｕ、Ａｌ、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）およびタンタル（Ｔａ）を湾曲形成部１６０として使用することができる。
湾曲形成部１６０を配置した後に半導体基板１１１、配線領域１２１および湾曲形成部１６０を加熱して膨張させる。この際、半導体基板１１１および配線領域１２１より湾曲形成部１６０の線膨張率が高いため、同図に表したように、裏面方向に半導体基板１１１および配線領域１２１を湾曲させることができる。また、湾曲形成部１６０を配置することにより、凹部１４９が形成された撮像チップの強度を向上させることができる。
湾曲保持部１５０は、湾曲部１９を保持するものである。この湾曲保持部１５０は、湾曲部１９が形成された凹部１４９に配置され、例えば、樹脂により構成することができる。湾曲保持部１５０を半導体基板１１１および配線領域１２１に接着することにより、湾曲状態を保ったまま湾曲部１９を保持することができる。この湾曲保持部１５０には、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を使用することができる。なお、湾曲保持部１５０を熱硬化性樹脂により構成すると好適である。湾曲保持部１５０を硬化させる際の加熱により、湾曲形成部１６０による湾曲部１９の形成を行うことができるためである。具体的には、液状の湾曲保持部１５０を凹部１４９に配置し、撮像チップおよび湾曲形成部１６０および湾曲保持部１５０を湾曲保持部１５０の硬化温度まで加熱する。この加熱により、湾曲形成部１６０が膨張して湾曲部１９が形成される。その後、湾曲保持部１５０が硬化する。湾曲保持部１５０が硬化するため、撮像チップの温度を室温に戻しても湾曲部１９を保持することができる。なお、上述の湾曲形成部１６０は、湾曲保持部１５０の少なくとも一部が硬化する際に湾曲部１９を形成することができる。
また、湾曲保持部１５０として、硬化の際に収縮する樹脂を使用することもできる。この場合には、湾曲形成部１６０に加えて湾曲保持部１５０の収縮により湾曲部１９を形成することができる。
［撮像素子の断面の他の構成］
図４は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の他の構成例を示す断面図である。同図におけるａは、凹部１４９の底面および側面に湾曲形成部１６０が配置される例を表したものである。同図におけるｂは、凹部１４９の底面および側面ならびに半導体基板１１１の裏面に湾曲形成部１６０が配置される例を表したものである。同図におけるｃは、凹部１４９の底面および半導体基板１１１の裏面に湾曲形成部１６０が配置される例を表したものである。
図４は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の他の構成例を示す断面図である。同図におけるａは、凹部１４９の底面および側面に湾曲形成部１６０が配置される例を表したものである。同図におけるｂは、凹部１４９の底面および側面ならびに半導体基板１１１の裏面に湾曲形成部１６０が配置される例を表したものである。同図におけるｃは、凹部１４９の底面および半導体基板１１１の裏面に湾曲形成部１６０が配置される例を表したものである。
［撮像装置の構成］
図５は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像装置の構成例を示す断面図である。同図におけるａは、撮像素子１が回路基板４に実装される例を表したものである。撮像素子１は、回路基板４にダイボンディングされ、ボンディングワイヤ３により撮像素子１および回路基板４が電気的に接続される。撮像素子１にはボンディングワイヤ３が接続されるパッド（不図示）が配置される。このパッドは、撮像素子１の周縁部に配置される。当該領域は湾曲部１９の外側の領域であるため、回路基板４の実装面に平行な領域となる。このため、湾曲部１９の影響を受けることなくワイヤボンディングを行うことができる。
図５は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像装置の構成例を示す断面図である。同図におけるａは、撮像素子１が回路基板４に実装される例を表したものである。撮像素子１は、回路基板４にダイボンディングされ、ボンディングワイヤ３により撮像素子１および回路基板４が電気的に接続される。撮像素子１にはボンディングワイヤ３が接続されるパッド（不図示）が配置される。このパッドは、撮像素子１の周縁部に配置される。当該領域は湾曲部１９の外側の領域であるため、回路基板４の実装面に平行な領域となる。このため、湾曲部１９の影響を受けることなくワイヤボンディングを行うことができる。
同図におけるｂは、撮影レンズ６およびアクチュエータ５が配置されるとともにＣＳＰ（Chip Size Package）に構成された撮像モジュールの例を表したものである。アクチュエータ５は、撮影レンズ６を駆動するものである。このアクチュエータ５は、保護ガラス７を介して撮像素子１に配置される。撮像素子１には受光面に湾曲部１９が配置されるため、スペーサを省略することができ、接着剤等により保護ガラス７および撮像素子１を直接接着することができる。なお、保護ガラス７および撮像素子１の間にスペーサを配置することもできる。撮像素子１の裏面には半田バンプ１２９が配置される。配線領域１２１および半田バンプ１２９はビア１２８により接続される。
［湾曲量］
図６は、本開示の第１の実施の形態に係る湾曲の一例を示す図である。同図は、湾曲形成部１６０の厚さと湾曲量との関係を表す図である。ここで湾曲量とは、受光面における撮像素子１の表面を基準とした湾曲部１９の反り量の最大値を表す。同図の実線のグラフ３０１および点線のグラフ３０２は、それぞれ加熱温度１６０℃および２００℃の場合の湾曲形成部１６０の厚さと湾曲量との関係を表すグラフである。同図に表したように、湾曲形成部の厚みを変化させることにより、湾曲量を変化させることができる。また、同図に表したように湾曲量には極大値が存在する。そこで、所望の湾曲量がグラフの極大値近傍になるように硬化温度等を調整することができ、湾曲形成部１６０の厚みの誤差の影響を受けにくい構成にすることができる。
図６は、本開示の第１の実施の形態に係る湾曲の一例を示す図である。同図は、湾曲形成部１６０の厚さと湾曲量との関係を表す図である。ここで湾曲量とは、受光面における撮像素子１の表面を基準とした湾曲部１９の反り量の最大値を表す。同図の実線のグラフ３０１および点線のグラフ３０２は、それぞれ加熱温度１６０℃および２００℃の場合の湾曲形成部１６０の厚さと湾曲量との関係を表すグラフである。同図に表したように、湾曲形成部の厚みを変化させることにより、湾曲量を変化させることができる。また、同図に表したように湾曲量には極大値が存在する。そこで、所望の湾曲量がグラフの極大値近傍になるように硬化温度等を調整することができ、湾曲形成部１６０の厚みの誤差の影響を受けにくい構成にすることができる。
［撮像素子の製造方法］
図７および８は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。図７および８は、撮像素子１の製造工程の一例を表す図である。
図７および８は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。図７および８は、撮像素子１の製造工程の一例を表す図である。
まず、半導体基板１１１に光電変換部や画素回路等の半導体素子を形成し、配線領域１２１を形成する（図７におけるａ）。次に、配線領域１２１の表面にカラーフィルタ（不図示）およびオンチップレンズ１０１を配置する（図７におけるｂ）。
次に、半導体基板１１１の裏面に凹部１４９を形成する（図７におけるｃ）。これは、エッチングにより行うことができる。具体的には、凹部１４９を配置する位置に開口部を有するレジスト等によるマスクを半導体基板１１１の裏面に形成し、水酸化カリウム等の水溶液を噴霧してエッチングすることにより行うことができる。また、半導体基板１１１のエッチングは、ドライエッチングにより行うこともできる。当該工程は、請求の範囲に記載の凹部形成工程の一例である。
次に、凹部１４９に湾曲形成部１６０を配置する（図８におけるｄ）。これは、例えば、スパッタリングやめっきにより行うことができる。次に、凹部１４９に湾曲保持部１５０を配置する（図８におけるｅ）。これは、例えば、湾曲保持部１５０の材料となる液状の樹脂をディスペンサ等により凹部１４９に塗布することにより行うことができる。なお、図８におけるｅの撮像素子１の天地を反転させて液状の樹脂を塗布することにより、塗布した液状の樹脂の保持が可能になる。
次に、撮像素子チップを加熱する。これにより、湾曲形成部１６０により湾曲部１９が形成される。当該工程は、請求の範囲に記載の湾曲部形成工程の一例である。その後、湾曲保持部１５０が硬化し、形成された湾曲部１９が保持される（図８におけるｆ）。当該工程は、請求の範囲に記載の湾曲部保持工程の一例である。以上説明した工程により、撮像素子１を製造することができる。
以上説明したように、本開示の第１の実施の形態の撮像素子１は、撮像素子チップより線膨張率が高い湾曲形成部１６０を半導体チップの凹部１４９に配置し、加熱することにより湾曲部１９を形成する。その後、湾曲保持部１５０により形成された湾曲部１９を保持させる。これにより、湾曲部１９を有する撮像素子１の製造工程を簡略化することができる。
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、表面照射型の撮像素子により構成されていた。これに対し、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、裏面照射型の撮像素子により構成される点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、表面照射型の撮像素子により構成されていた。これに対し、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、裏面照射型の撮像素子により構成される点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［撮像素子の断面の構成］
図９は、本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、半導体基板１１１および配線領域１２１が入れ替わった構成の撮像素子１を使用する点で、図３において説明した撮像素子１と異なる。すなわち、同図の撮像素子１は、半導体基板１１１の表面（同図における下面）に配線領域１２１が配置され、この面とは異なる面である裏面にカラーフィルタやオンチップレンズ１０１が配置されて入射光が照射される。このような構成の撮像素子１は、裏面照射型の撮像素子と称される。また、同図の撮像素子１は、配線領域１２１に隣接して支持基板１４１が配置され、支持基板１４１に凹部１４９が形成される点で、図３において説明した撮像素子１と異なる。
図９は、本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、半導体基板１１１および配線領域１２１が入れ替わった構成の撮像素子１を使用する点で、図３において説明した撮像素子１と異なる。すなわち、同図の撮像素子１は、半導体基板１１１の表面（同図における下面）に配線領域１２１が配置され、この面とは異なる面である裏面にカラーフィルタやオンチップレンズ１０１が配置されて入射光が照射される。このような構成の撮像素子１は、裏面照射型の撮像素子と称される。また、同図の撮像素子１は、配線領域１２１に隣接して支持基板１４１が配置され、支持基板１４１に凹部１４９が形成される点で、図３において説明した撮像素子１と異なる。
支持基板１４１は、半導体基板１１１および配線領域１２１を支持する基板である。この支持基板１４１は、撮像素子１の製造工程において、半導体基板１１１等の強度を向上させるものである。支持基板１４１は、例えば、半導体やガラスの基板により構成することができる。なお、同図の支持基板１４１には、凹部１４９が配置される。この凹部１４９は、支持基板１４１をエッチングすることにより形成することができる。
同図の撮像素子１の製造方法について説明する。まず、半導体基板１１１に光電変換部や画素回路等の半導体素子を形成し、半導体基板１１１の表面に配線領域１２１を形成する。次に、配線領域１２１に隣接して支持基板１４１を貼り合わせる。次に、半導体基板１１１の天地を反転させて半導体基板１１１を研削し、薄肉化する。薄肉化は、例えば、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）により行うことができる。次に、半導体基板１１１の表面にカラーフィルタおよびオンチップレンズ１０１を配置する。次に、支持基板１４１に凹部１４９を形成し、湾曲形成部１６０および湾曲保持部１５０を順に配置する。
なお、半導体基板１１１には、配線領域１２１を配置する前に、剥離を容易化する埋め込み層を形成することもできる。半導体基板１１１の薄肉化の際、埋め込み層の部分において半導体基板１１１の裏面側の引き剥がしを行う。その後、引き剥がし面を研削して薄肉化することにより、半導体基板１１１の研削を簡略化することができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、裏面照射型の撮像素子に構成され、支持基板１４１に凹部１４９が形成されて湾曲形成部１６０および湾曲保持部１５０が配置される。これにより、裏面照射型の撮像素子を採用する撮像素子１の製造工程を簡略化することができる。
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第２の実施の形態の撮像素子１は、単一の半導体基板１１１により構成されていた。これに対し、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、複数の半導体基板が貼り合わされて構成される点で、上述の第２の実施の形態と異なる。
上述の第２の実施の形態の撮像素子１は、単一の半導体基板１１１により構成されていた。これに対し、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、複数の半導体基板が貼り合わされて構成される点で、上述の第２の実施の形態と異なる。
［撮像素子の断面の構成］
図１０は、本開示の第３の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、支持基板１４１の代わりに半導体基板１１２および配線領域１２２が配置され、半導体基板１１２に凹部１４９が形成される点で、図９において説明した撮像素子１と異なる。
図１０は、本開示の第３の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、支持基板１４１の代わりに半導体基板１１２および配線領域１２２が配置され、半導体基板１１２に凹部１４９が形成される点で、図９において説明した撮像素子１と異なる。
同図の撮像素子１は、画素アレイ部１０が形成される半導体基板１１１と半導体基板１１２とが配線領域１２１と配線領域１２２を介して貼り合わされて構成される。半導体基板１１２には、例えば、図１において説明したカラム信号処理部３０を配置することができる。半導体基板１１１に配置される画素回路は、アナログの画像信号を取り扱うとともに比較的低速に動作する。一方、カラム信号処理部３０は、アナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するアナログデジタル変換部が配置され、比較的高速に動作する。そこで、これらの回路を異なる基板に形成することにより、最適なプロセスを選択することができる。半導体基板１１１の配線領域１２１と半導体基板１１２の配線領域１２２との間において貼り合わせが行われる。
この貼り合わせには、公知の技術を適用することができる。具体的には、配線領域１２１および配線領域１２２の貼合せ面にＣｕ等による金属コンタクト部を形成し、貼り合せの際にこの金属コンタクト部同士を接合させる。これにより、機械的および電気的に半導体基板１１１および半導体基板１１２の配線領域同士を接続することができる。
前述のように、凹部１４９は、半導体チップの裏面に配置される。同図の撮像素子１においては、半導体基板１１２に凹部１４９が形成される。この凹部１４９に湾曲形成部１６０および湾曲保持部１５０が更に配置され、湾曲部１９が形成されて保持される。
なお、撮像素子１の構成は、この例に限定されない。例えば、３つ以上の半導体基板が貼り合わされた構成にすることもできる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、複数の半導体基板が貼り合わされて構成され、裏面側の端面に配置される半導体基板に凹部１４９が形成される。これにより、複数の半導体基板が貼り合わされて構成された撮像素子１において湾曲部１９を形成することができる。
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第３の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１１２をエッチングすることにより凹部１４９を形成していた。これに対し、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、エッチングを防止するエッチング防止層が配置される点で、上述の第３の実施の形態と異なる。
上述の第３の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１１２をエッチングすることにより凹部１４９を形成していた。これに対し、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、エッチングを防止するエッチング防止層が配置される点で、上述の第３の実施の形態と異なる。
［撮像素子の断面の構成］
図１１は、本開示の第４の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、凹部１４９が配線領域１２２に隣接して配置される点で、図１０において説明した撮像素子１と異なる。すなわち、同図の撮像素子１は、配線領域１２２を半導体基板１１２のエッチング防止層として使用し、配線領域１２２との界面まで半導体基板１１２のエッチングを行う。
図１１は、本開示の第４の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、凹部１４９が配線領域１２２に隣接して配置される点で、図１０において説明した撮像素子１と異なる。すなわち、同図の撮像素子１は、配線領域１２２を半導体基板１１２のエッチング防止層として使用し、配線領域１２２との界面まで半導体基板１１２のエッチングを行う。
同図の配線領域１２２は、凹部１４９を形成する際のエッチングを止めるものである。配線領域１２２により半導体基板１１２のエッチングが停止されるため、エッチング量の管理を省略することができ、撮像素子１の製造工程を簡略化することができる。その後、配線領域１２２に隣接して湾曲形成部１６０が形成される。
［撮像素子の断面の他の構成］
図１２は、本開示の第４の実施の形態に係る撮像素子の他の構成例を示す断面図である。同図は、半導体基板１１２および配線領域１２２の代わりに支持基板１４１を配置する場合の例を表したものである。同図の撮像素子１においては、配線領域１２１をエッチング防止層として使用することができる。
図１２は、本開示の第４の実施の形態に係る撮像素子の他の構成例を示す断面図である。同図は、半導体基板１１２および配線領域１２２の代わりに支持基板１４１を配置する場合の例を表したものである。同図の撮像素子１においては、配線領域１２１をエッチング防止層として使用することができる。
なお、図１１における配線領域１２２および図１２における配線領域１２１は、請求の範囲に記載のエッチング防止層の一例である。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、配線領域１２２および１２１をエッチング防止層として使用することにより、半導体基板１１２および支持基板１４１のエッチングにおいて、エッチング量を制御することができる。これにより、撮像素子１の製造工程を簡略化することができる。
＜５．第５の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、湾曲保持部１５０の裏面側が解放されていた。これに対し、本開示の第５の実施の形態の撮像素子１は、湾曲保持部１５０の裏面側に蓋部が配置される点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、湾曲保持部１５０の裏面側が解放されていた。これに対し、本開示の第５の実施の形態の撮像素子１は、湾曲保持部１５０の裏面側に蓋部が配置される点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［撮像素子の断面の構成］
図１３は、本開示の第５の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、蓋部１７０が配置される点で、図３において説明した撮像素子１と異なる。
図１３は、本開示の第５の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、蓋部１７０が配置される点で、図３において説明した撮像素子１と異なる。
同図の蓋部１７０は、湾曲保持部１５０の収縮を制限するものである。具体的には、蓋部１７０を配置することにより、湾曲保持部１５０の裏面における収縮を制限する。このため、湾曲形成部１６０近傍において収縮量を向上させることができる。これにより、湾曲部１９の形成を容易なものにすることができる。この蓋部１７０には、金属、ＳｉおよびＳｉＯ２等により構成された無機基板や樹脂等により構成された有機基板を使用することができる。なお、蓋部１７０の配置は、例えば、塗布量を調整しながら液状の湾曲保持部１５０を凹部１４９に配置した後に蓋部１７０を半導体基板１１１および湾曲保持部１５０の裏面に載置することにより行うことができる。また、例えば、湾曲保持部１５０の塗布前に蓋部１７０を半導体基板１１１に接着し、蓋部１７０に形成された開口部を介して液状の湾曲保持部１５０を塗布することもできる。この接着剤には、例えば、紫外光硬化型の接着剤を使用することができる。また、開口部を介して液状の湾曲保持部１５０の真空脱泡を行うこともできる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第５の実施の形態の撮像素子１は、蓋部１７０を配置することにより、湾曲保持部１５０の裏面における収縮を制限して湾曲形成部１６０近傍において収縮量を向上させる。これにより、湾曲部１９の形成を容易に行うことができる。
＜６．第６の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、湾曲形成部１６０により湾曲部１９を形成していた。これに対し、本開示の第６の実施の形態の撮像素子１は、湾曲形成部１６０を省略する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、湾曲形成部１６０により湾曲部１９を形成していた。これに対し、本開示の第６の実施の形態の撮像素子１は、湾曲形成部１６０を省略する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［撮像素子の断面の構成］
図１４は、本開示の第６の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、湾曲形成部１６０を省略する点で、図３において説明した撮像素子１と異なる。
図１４は、本開示の第６の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、湾曲形成部１６０を省略する点で、図３において説明した撮像素子１と異なる。
同図の撮像素子１においては、半導体基板１１１の凹部１４９には、湾曲保持部１５０のみが配置される。この湾曲保持部１５０として硬化収縮性を有する樹脂を使用することにより、湾曲形成部１６０を省略することができる。また、蓋部１７０をさらに配置することにより、配線領域１２１近傍における湾曲保持部１５０の収縮量を向上させることができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第６の実施の形態の撮像素子１は、湾曲保持部１５０により撮像チップに湾曲部１９を形成する。これにより、湾曲形成部１６０を省略することができ、撮像素子１の製造工程をさらに簡略化することができる。
＜７．第７の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、樹脂により構成された湾曲保持部１５０を使用していた。これに対し、本開示の第７の実施の形態の撮像素子１は、金属等により構成された保持基体を湾曲部１９が形成された半導体基板１１１に接着する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、樹脂により構成された湾曲保持部１５０を使用していた。これに対し、本開示の第７の実施の形態の撮像素子１は、金属等により構成された保持基体を湾曲部１９が形成された半導体基板１１１に接着する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［撮像素子の断面の構成］
図１５は、本開示の第７の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、湾曲保持部１５０の代わりに保持基体１５１および接着部１５３を配置する点で、図３において説明した撮像素子１と異なる。
図１５は、本開示の第７の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図の撮像素子１は、湾曲保持部１５０の代わりに保持基体１５１および接着部１５３を配置する点で、図３において説明した撮像素子１と異なる。
保持基体１５１は、凹部１４９に配置されて半導体基板１１１の湾曲部１９を保持するものである。この保持基体１５１は、湾曲部１９に嵌合する第２の凹部１５２が形成され、接着部１５３により湾曲形成部１６０に接着される。保持基体１５１は、例えば、金属、半導体、ガラスおよび樹脂により構成することができる。保持基体１５１を凹部１４９に配置することにより、撮像素子１の剛性を向上させることができる。
接着部１５３は、湾曲形成部１６０および保持基体１５１を接着するものである。この接着部１５３には、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等により構成される接着剤を使用することができる。
保持基体１５１の湾曲形成部１６０への接着は、次のように行うことができる。まず、想定される湾曲部１９の形状に嵌合する第２の凹部１５２を保持基体１５１に形成する。次に、接着部１５３を第２の凹部１５２に塗布して凹部１４９にはめ込むことにより、保持基体１５１に塗布された接着部１５３を湾曲形成部１６０に隣接して配置する。その後、撮像素子１を加熱することにより、湾曲形成部１６０により半導体基板１１１に湾曲部１９が形成されるとともに接着部１５３を硬化させる。これにより、湾曲部１９が形成された半導体基板１１１と保持基体１５１とを接着することができる。なお、接着部１５３を湾曲形成部１６０の側に塗布した後、保持基体１５１を凹部１４９に配置して加熱することもできる。
また、撮像素子１を加熱することにより湾曲部１９が形成された半導体基板１１１の凹部１４９に接着部１５３が塗布された保持基体１５１を配置し、湾曲形成部１６０に保持基体１５１を接着させることもできる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第７の実施の形態の撮像素子１は、保持基体１５１および接着部１５３を湾曲保持部１５０として使用することにより、撮像素子１の剛性を向上させることができる。
最後に、上述した各実施の形態の説明は本開示の一例であり、本開示は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の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。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）被写体からの光を受光する受光面とは異なる面である裏面に凹部が形成された半導体チップにより構成される撮像チップと、
前記凹部に配置されて前記凹部の底部における前記撮像チップを湾曲させて湾曲部を形成する湾曲形成部と、
前記形成された湾曲部を保持する湾曲保持部と
を具備する撮像素子。
（２）前記湾曲形成部は、前記撮像チップより高い線膨張率に構成されて加熱されることにより前記湾曲部を形成する前記（１）に記載の撮像素子。
（３）前記湾曲形成部は、金属により構成される前記（２）に記載の撮像素子。
（４）前記湾曲保持部は、熱硬化性樹脂により構成される前記（２）に記載の撮像素子。
（５）前記湾曲形成部は、前記湾曲保持部が硬化する際に前記湾曲部を形成する前記（４）に記載の撮像素子。
（６）前記湾曲保持部は、硬化の際に収縮する熱硬化性樹脂により構成される前記（４）に記載の撮像素子。
（７）前記湾曲保持部に隣接して配置されて前記凹部の開口部近傍における前記湾曲保持部の収縮を制限する蓋部を更に具備する前記（６）に記載の撮像素子。
（８）前記湾曲保持部は、前記湾曲部に嵌合する第２の凹部が配置される保持基体と当該保持基体および前記湾曲形成部の間に配置される接着部とにより構成される前記（１）から（７）の何れかに記載の撮像素子。
（９）前記半導体チップにおける凹部の底部に配置されて前記半導体チップのエッチングを防止するエッチング防止層をさらに具備する前記（１）から（８）の何れかに記載の撮像素子。
（１０）半導体チップに構成される撮像チップにおける被写体からの光を受光する受光面とは異なる面である裏面に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部の底部における前記撮像チップを湾曲させて湾曲部を形成する湾曲形成部により前記湾曲部を形成させる湾曲部形成工程と、
前記形成された湾曲部を保持する湾曲保持部により前記湾曲部を保持させる湾曲部保持工程と
を具備する撮像素子の製造方法。
（１）被写体からの光を受光する受光面とは異なる面である裏面に凹部が形成された半導体チップにより構成される撮像チップと、
前記凹部に配置されて前記凹部の底部における前記撮像チップを湾曲させて湾曲部を形成する湾曲形成部と、
前記形成された湾曲部を保持する湾曲保持部と
を具備する撮像素子。
（２）前記湾曲形成部は、前記撮像チップより高い線膨張率に構成されて加熱されることにより前記湾曲部を形成する前記（１）に記載の撮像素子。
（３）前記湾曲形成部は、金属により構成される前記（２）に記載の撮像素子。
（４）前記湾曲保持部は、熱硬化性樹脂により構成される前記（２）に記載の撮像素子。
（５）前記湾曲形成部は、前記湾曲保持部が硬化する際に前記湾曲部を形成する前記（４）に記載の撮像素子。
（６）前記湾曲保持部は、硬化の際に収縮する熱硬化性樹脂により構成される前記（４）に記載の撮像素子。
（７）前記湾曲保持部に隣接して配置されて前記凹部の開口部近傍における前記湾曲保持部の収縮を制限する蓋部を更に具備する前記（６）に記載の撮像素子。
（８）前記湾曲保持部は、前記湾曲部に嵌合する第２の凹部が配置される保持基体と当該保持基体および前記湾曲形成部の間に配置される接着部とにより構成される前記（１）から（７）の何れかに記載の撮像素子。
（９）前記半導体チップにおける凹部の底部に配置されて前記半導体チップのエッチングを防止するエッチング防止層をさらに具備する前記（１）から（８）の何れかに記載の撮像素子。
（１０）半導体チップに構成される撮像チップにおける被写体からの光を受光する受光面とは異なる面である裏面に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部の底部における前記撮像チップを湾曲させて湾曲部を形成する湾曲形成部により前記湾曲部を形成させる湾曲部形成工程と、
前記形成された湾曲部を保持する湾曲保持部により前記湾曲部を保持させる湾曲部保持工程と
を具備する撮像素子の製造方法。
１ 撮像素子
４ 回路基板
５ アクチュエータ
６ 撮影レンズ
７ 保護ガラス
１０ 画素アレイ部
１９ 湾曲部
１１、１２、４１、４２ 信号線
２０ 垂直駆動部
３０ カラム信号処理部
４０ 制御部
１００ 画素
１０１ オンチップレンズ
１１１、１１２ 半導体基板
１２１、１２２ 配線領域
１４１ 支持基板
１４９ 凹部
１５１ 保持基体
１５２ 第２の凹部
１５３ 接着部
１５０ 湾曲保持部
１６０ 湾曲形成部
１７０ 蓋部
４ 回路基板
５ アクチュエータ
６ 撮影レンズ
７ 保護ガラス
１０ 画素アレイ部
１９ 湾曲部
１１、１２、４１、４２ 信号線
２０ 垂直駆動部
３０ カラム信号処理部
４０ 制御部
１００ 画素
１０１ オンチップレンズ
１１１、１１２ 半導体基板
１２１、１２２ 配線領域
１４１ 支持基板
１４９ 凹部
１５１ 保持基体
１５２ 第２の凹部
１５３ 接着部
１５０ 湾曲保持部
１６０ 湾曲形成部
１７０ 蓋部
Claims (7)
- 被写体からの光を受光する受光面とは異なる面である裏面に、底面および側面を有する凹部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成された配線領域と、
前記半導体基板および前記配線領域より高い線膨張率の材料により構成され、前記凹部に前記底面の全体を覆うように配置され、加熱されることにより前記凹部の底部における前記半導体基板および前記配線領域を湾曲させた湾曲部を形成した湾曲形成部と、
前記凹部に配置され、前記湾曲部を保持する湾曲保持部と
を具備する撮像素子。 - 被写体からの光を受光する受光面とは異なる面である裏面に、底面および側面を有する凹部が形成された支持基板と、
前記受光面側を裏面とした半導体基板と、
前記半導体基板の表面に配置されるとともに前記支持基板に隣接して配置された配線領域と、
前記半導体基板および前記配線領域より高い線膨張率の材料により構成され、前記凹部に前記底面の全体を覆うように配置され、加熱されることにより前記凹部の底部における前記支持基板、前記半導体基板および前記配線領域を湾曲させた湾曲部を形成した湾曲形成部と、
前記凹部に配置され、前記湾曲部を保持する湾曲保持部と
を具備する撮像素子。 - 被写体からの光を受光する受光面とは異なる面である裏面に、底面および側面を有する凹部が形成された半導体チップにより構成される撮像チップと、
前記撮像チップより高い線膨張率の材料により構成され、前記凹部に前記底面の全体を覆うように配置され、加熱されることにより前記凹部の底部における前記撮像チップを湾曲させて湾曲部を形成した湾曲形成部と、
硬化の際に収縮する熱硬化性樹脂により構成され、前記凹部に配置され、前記湾曲部を保持する湾曲保持部と、
前記湾曲保持部に隣接して配置されて前記凹部の開口部近傍における前記湾曲保持部の収縮を制限する蓋部と
を具備する撮像素子。 - 被写体からの光を受光する受光面とは異なる面である裏面に、底面および側面を有する凹部が形成された半導体チップにより構成される撮像チップと、
前記撮像チップより高い線膨張率の材料により構成され、前記凹部に前記底面の全体を覆うように配置され、加熱されることにより前記凹部の底部における前記撮像チップを湾曲させて湾曲部を形成した湾曲形成部と、
前記凹部に配置され、前記湾曲部を保持する湾曲保持部と、
前記半導体チップにおける前記凹部の底部に配置されて前記半導体チップのエッチングを防止するエッチング防止層と
を具備する撮像素子。 - 前記湾曲形成部は、前記湾曲保持部が硬化する際に前記湾曲部を形成する請求項１～４のいずれか１項に記載の撮像素子。
- 前記湾曲保持部は、前記湾曲部に嵌合する第２の凹部が配置される保持基体と当該保持基体および前記湾曲形成部の間に配置される接着部とにより構成される請求項１～４のいずれか１項に記載の撮像素子。
- 半導体チップに構成される撮像チップにおける被写体からの光を受光する受光面とは異なる面である裏面に、底面および側面を有する凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部の前記底面の全体を覆うように、前記撮像チップより高い線膨張率の材料により構成された湾曲形成部を前記凹部に配置し、前記湾曲形成部を加熱して膨張させることにより、前記凹部の底部における前記撮像チップを湾曲させて湾曲部を形成する湾曲部形成工程と、
前記凹部に、前記湾曲部を保持する湾曲保持部を形成する湾曲部保持工程と
を具備する撮像素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2018167600 | 2018-09-07 | ||
| JP2018167600 | 2018-09-07 | ||
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| JPWO2020049953A1 JPWO2020049953A1 (ja) | 2021-08-12 |
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2019
- 2019-08-09 JP JP2020541088A patent/JP7401441B2/ja active Active
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