JPWO2014148276A1 - 半導体装置、電子機器 - Google Patents
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Abstract
本技術は、レンズの変形が発生しないように制御することができるようにする半導体装置、電子機器に関する。光学素子が形成された半導体基板と、光学素子を覆うように半導体基板上に設けられる透光板と、半導体基板と透光板との間に設けられる無機材料のレンズとを備え、半導体基板を平面視したとき、光学素子が形成されている有効感光領域の外側の部分に、レンズと単位面積当たりの力と同じ力を有する構造体が配置されている。例えば、構造体は、レンズと同一形状であり、同一の材料で形成される。本発明は、キャビティレスCSPを有する撮像装置に適用できる。
Description
本技術は、半導体装置、電子機器に関する。詳しくは、レンズの変形が発生することがない半導体装置、電子機器に関する。
近年の半導体開発では、より高集積化を目指したmore Mooreから、 beyond Mooreの技術の一つとして垂直方向に素子を積み上げて３次元的に構成していく３次元積層技術が注目を集めている。２次元的な配線では引き回しが難しく、電力消費が多かったものも、様々な機能を持つ回路ブロックを分割して積層してチップ間を結ぶ３次元的な配線の引き回しにより、消費電力の低減や処理速度の向上が可能となることが提案されている。またパッケージにおける３次元方向への積層技術の一つであるウェハレベルパッケージ技術を使えば低コスト化や小型も可能となるということが提案されている。
特に、携帯電話機などのカメラモジュールを用いる電子機器では、さらなる小型化が要求されており、従来のセラミックパッケージ内に固体撮像素子を配置して表面をガラス板で接着して封止する構造では要求にこたえられなくなってきている。
そこで従来のようなガラスと固体撮像素子の間にキャビティを持っていたパッケージ構造から、マイクロレンズ上に直接ガラス板を貼った構造の開発が進められている。このような低背化・小型化を狙いとしたキャビティレスのパッケージ構造では、キャビティだったマイクロレンズの表面部分に充填する樹脂とマイクロレンズに屈折率に差を付けるため、マイクロレンズに高屈折率(高屈)を持つ無機材料SiN（窒化ケイ素、シリコンナイトライド）を用いて形成することが提案されている。（特許文献１参照）
マイクロレンズを形成する透明性と高屈折率を有するSiNは、膜応力が高くなる傾向にある。そのため、下地の樹脂との膜応力の顕著な差によりシミや歪みのような表面不具合を起こす問題がある。この問題に対して少なくとも一層以上の応力緩和層を介在させることが提案されている。（特許文献２参照）
マイクロレンズが、高屈折率(高屈)を持つSiNなどの無機材料で樹脂の上に形成されている場合、マイクロレンズ層の形状に不均一な領域があると、膜応力が高くなる傾向にあるSiNのために、応力のバランスが崩れてしわや歪みが生じやすくなる。
このようなシワ・歪み等の表面不具合が発生した場合、ウエハ面内やチップ内の均一性などが悪化し、集光特性の悪化を引き起こす原因となる。よって、応力のバランスをとり、しわや歪みが生じない構成とすることが望まれている。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、応力のバランスをとり、しわや歪みが生じず、集光特性に優れた撮像素子を提供することができるようにするものである。
本技術の一側面の第１の半導体装置は、光学素子を有する多層の基板と、前記光学素子を覆うように前記基板上に設けられる透光板と、前記基板と前記透光板との間に設けられる無機材料のレンズとを備え、前記基板を平面視したとき、前記光学素子が形成されている有効感光領域の外側の部分に、前記レンズの単位面積当たりの力と同じ力を有する構造体が配置されている。
前記レンズの下側に設けられる第１の有機材料層と、前記レンズの上側に設けられる第２の有機材料層とをさらに備えるようにすることができる。
前記構造体は、前記レンズと、同一形状であり前記無機材料で構成されるようにすることができる。
前記構造体は、前記レンズと、同一の材料で構成され、単位面積当たりの体積が同じになるように構成された平坦な膜であるようにすることができる。
前記構造体は、前記レンズと、単位面積当たりの力が同じになるように設計された平坦な膜であるようにすることができる。
前記レンズの延長上に一端が設けられ、前記基板の所定の層に他端が接続されている膜をさらに備えるようにすることができる。
前記膜は、前記有効感光領域を取り囲むように連続的に設けられているようにすることができる。
前記膜は、前記有効感光領域を取り囲むように不連続的に設けられているようにすることができる。
前記無機材料は窒化ケイ素であるようにすることができる。
裏面照射型の撮像素子であるようにすることができる。
表面照射型の撮像素子であるようにすることができる。
本技術の一側面の第１の半導体装置においては、光学素子を有する多層の基板と、光学素子を覆うように基板上に設けられる透光板と、基板と透光板との間に設けられる無機材料のレンズが備えられている。また基板を平面視したとき、光学素子が形成されている有効感光領域の外側の部分に、レンズと単位面積当たりの力と同じ力を有する構造体が配置されている。
本技術の一側面の第２の半導体装置は、光学素子を有する多層の基板と、前記光学素子を覆うように前記基板上に設けられる透光板と、前記基板と前記透光板との間に設けられる無機材料のレンズとを備え、前記レンズの一部は、前記基板の所定の層と、前記レンズと同一の材料で構成された膜により接続されている。
本技術の一側面の第２の半導体装置においては、光学素子を有する多層の基板と、光学素子を覆うように基板上に設けられる透光板と、基板と透光板との間に設けられる無機材料のレンズとが備えられる。そしてレンズの一部は、基板の所定の層と、レンズと同一の材料で構成された膜により接続されている。
本技術の一側面の電子機器は、光学素子を有する多層の基板と、前記光学素子を覆うように前記基板上に設けられる透光板と、前記基板と前記透光板との間に設けられる無機材料のレンズとを備え、前記基板を平面視したとき、前記光学素子が形成されている有効感光領域の外側の部分に、前記レンズの単位面積当たりの力と同じ力を有する構造体が配置されている半導体装置と、前記半導体装置から出力される画素信号に対して信号処理を行う信号処理部とを備える。
本技術の一側面の電子機器においては、光学素子を有する多層の基板と、光学素子を覆うように基板上に設けられる透光板と、基板と透光板との間に設けられる無機材料のレンズが備えられている。また基板を平面視したとき、光学素子が形成されている有効感光領域の外側の部分に、レンズと単位面積当たりの力と同じ力を有する構造体が配置されている。そして半導体装置から出力される画素信号に対して信号処理が行われる。
本技術によれば、応力のバランスをとり、しわや歪みが生じず、集光特性に優れた撮像素子を提供することが可能となる。
以下に、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。
なお、説明は、以下の順序で行う。
１．撮像装置の構成について
２．第１の実施の形態における半導体パッケージの構成
３．第２の実施の形態における半導体パッケージの構成
４．第３の実施の形態における半導体パッケージの構成
５．第４の実施の形態における半導体パッケージの構成
６．第５の実施の形態における半導体パッケージの構成
７．第６の実施の形態における半導体パッケージの構成
８．第７の実施の形態における半導体パッケージの構成
９．電子機器の構成について
なお、説明は、以下の順序で行う。
１．撮像装置の構成について
２．第１の実施の形態における半導体パッケージの構成
３．第２の実施の形態における半導体パッケージの構成
４．第３の実施の形態における半導体パッケージの構成
５．第４の実施の形態における半導体パッケージの構成
６．第５の実施の形態における半導体パッケージの構成
７．第６の実施の形態における半導体パッケージの構成
８．第７の実施の形態における半導体パッケージの構成
９．電子機器の構成について
＜撮像装置の構成について＞
図１は、本技術が適用される撮像装置、例えばＸ−Ｙアドレス方式撮像装置の一種であるＣＭＯＳイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図である。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサとは、ＣＭＯＳプロセスを応用して、または、部分的に使用して作成されたイメージセンサである。
図１は、本技術が適用される撮像装置、例えばＸ−Ｙアドレス方式撮像装置の一種であるＣＭＯＳイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図である。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサとは、ＣＭＯＳプロセスを応用して、または、部分的に使用して作成されたイメージセンサである。
図１のＣＭＯＳイメージセンサ１００は、図示せぬ半導体基板上に形成された画素アレイ部１１１と、当該画素アレイ部１１１と同じ半導体基板上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。周辺回路部は、例えば、垂直駆動部１１２、カラム処理部１１３、水平駆動部１１４及びシステム制御部１１５から構成されている。
ＣＭＯＳイメージセンサ１００は更に、信号処理部１１８及びデータ格納部１１９を備えている。信号処理部１１８及びデータ格納部１１９については、本ＣＭＯＳイメージセンサ１００と同じ基板上に搭載しても構わないし、本ＣＭＯＳイメージセンサ１００とは別の基板上に配置するようにしても構わない。また、信号処理部１１８及びデータ格納部１１９の各処理については、本ＣＭＯＳイメージセンサ１００とは別の基板に設けられる外部信号処理部、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路やソフトウエアによる処理でも構わない。
画素アレイ部１１１は、受光した光量に応じた光電荷を生成しかつ蓄積する光電変換部を有する単位画素（以下、単に「画素」と記述する場合もある）が行方向及び列方向に、即ち、行列状に２次元配置された構成となっている。ここで、行方向とは画素行の画素の配列方向（即ち、水平方向）を言い、列方向とは画素列の画素の配列方向（即ち、垂直方向）を言う。
画素アレイ部１１１において、行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線１１６が行方向に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線１１７が列方向に沿って配線されている。画素駆動線１１６は、画素から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。図１では、画素駆動線１１６について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線１１６の一端は、垂直駆動部１１２の各行に対応した出力端に接続されている。
垂直駆動部１１２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部１１１の各画素を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動部１１２は、当該垂直駆動部１１２を制御するシステム制御部１１５と共に、画素アレイ部１１１の各画素を駆動する駆動部を構成している。この垂直駆動部１１２はその具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読出し走査系と掃出し走査系の２つの走査系を有する構成となっている。
読出し走査系は、単位画素から信号を読み出すために、画素アレイ部１１１の単位画素を行単位で順に選択走査する。単位画素から読み出される信号はアナログ信号である。掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃出し走査を行う。
この掃出し走査系による掃出し走査により、読出し行の単位画素の光電変換部から不要な電荷が掃き出されることによって当該光電変換部がリセットされる。そして、この掃出し走査系による不要電荷の掃き出す（リセットする）ことにより、所謂電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換部の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する（光電荷の蓄積を開始する）動作のことを言う。
読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に受光した光量に対応するものである。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の露光期間となる。
垂直駆動部１１２によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、画素列ごとに垂直信号線１１７の各々を通してカラム処理部１３に入力される。カラム処理部１１３は、画素アレイ部１１１の画素列ごとに、選択行の各画素から垂直信号線１１７を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
具体的には、カラム処理部１１３は、信号処理として少なくとも、ノイズ除去処理、例えばＣＤＳ（Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング）処理を行う。このカラム処理部１１３によるＣＤＳ処理により、リセットノイズや画素内の増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。カラム処理部１１３にノイズ除去処理以外に、例えば、ＡＤ（アナログ−デジタル）変換機能を持たせ、アナログの画素信号をデジタル信号に変換して出力することも可能である。
水平駆動部１１４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部１１３の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部１１４による選択走査により、カラム処理部１１３において単位回路ごとに信号処理された画素信号が順番に出力される。
システム制御部１１５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成され、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミングを基に、垂直駆動部１１２、カラム処理部１１３、及び、水平駆動部１１４などの駆動制御を行う。
信号処理部１１８は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部１１３から出力される画素信号に対して演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部１１９は、信号処理部１１８での信号処理に当たって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。
＜第１の実施の形態における半導体パッケージの構成＞
図２は、本技術が適用される撮像装置である図１のＣＭＯＳイメージセンサ１００を構成する半導体パッケージの基本的な構成を模式的に示す断面図である。図２の半導体パッケージ２００は、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサを構成している。なお、図３を参照して説明するが、半導体パッケージ２００を有効画素領域Ａ１、有効画素領域外Ａ２、および終端部Ａ３の３つの領域に分けて説明をする。まず、有効画素領域Ａ１内の半導体パッケージ２００の構成について説明する。
図２は、本技術が適用される撮像装置である図１のＣＭＯＳイメージセンサ１００を構成する半導体パッケージの基本的な構成を模式的に示す断面図である。図２の半導体パッケージ２００は、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサを構成している。なお、図３を参照して説明するが、半導体パッケージ２００を有効画素領域Ａ１、有効画素領域外Ａ２、および終端部Ａ３の３つの領域に分けて説明をする。まず、有効画素領域Ａ１内の半導体パッケージ２００の構成について説明する。
図２に示した有効画素領域Ａ１内の半導体パッケージ２００においては、支持基板２１１の上に、ＳｉＯ2からなる配線層２１２が形成され、配線層２１２の上にシリコン基板２１３が形成されている。支持基板２１１は、シリコン、ガラスエポキシ、ガラス、プラスチックなどが用いられる。シリコン基板２１３の表面には、各画素の光電変換部としての複数のフォトダイオード２１４（光学素子）が、所定の間隔で形成されている。
シリコン基板２１３及びフォトダイオード２１４の上には、ＳｉＯ2からなる保護膜２１５が形成されている。保護膜２１５の上には、隣接する画素への光の漏れ込みを防止するための遮光膜２１６が、隣接するフォトダイオード２１４の間に形成されている。保護膜２１５及び遮光膜２１６の上には、カラーフィルタを形成する領域を平坦化するための平坦化膜２１７が形成されている。
平坦化膜２１７の上には、カラーフィルタ層２１８が形成されている。カラーフィルタ層２１８には、複数のカラーフィルタが画素毎に設けられており、各カラーフィルタの色は、例えば、ベイヤ配列に従って並べられている。
カラーフィルタ層２１８の上には、第１の有機材料層２１９が形成されている。この第１の有機材料層２１９は、アクリル系樹脂材料、スチレン系樹脂材料、エポキシ系樹脂材料などが用いられる。第１の有機材料層２１９の上には、マイクロレンズ層２２０が形成されている。このように、フォトダイオード２１４を備える複数の層を有する基板上に、マイクロレンズ層２２０が設けられる。マイクロレンズ層２２０には、各画素のフォトダイオード２１４に光を集めるためのマイクロレンズが画素毎に形成されている。マイクロレンズ層２２０は、無機材料層であり、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＯｘＮＹ（ただし、０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１である）が用いられる。
マイクロレンズ層２２０上部には、カバーガラス２２１が第２の有機材料層２２２を介して接着されている。カバーガラス２２１は、ガラスに限らず、樹脂などの透明板が用いられても良い。マイクロレンズ層２２０とカバーガラス２２１との間に、水分や不純物の浸入を防止するための保護膜が形成されてもよい。
第２の有機材料層２２２は、第１の有機材料層２１９と同じく、アクリル系樹脂材料、スチレン系樹脂材料、エポキシ系樹脂材料などが用いられる。
ここで、図２に加えて、さらに図３を参照して、マイクロレンズ層２２０の構成について説明する。図３は、半導体パッケージ２００の構成を模式的に平面視したときの図である。半導体パッケージ２００は、有効感光領域Ａ１、有効感光領域外Ａ２、終端部Ａ３に大きく分かれる。
有効感光領域Ａ１は、シリコン基板２１３の表面に設けられたフォトダイオード２１４を有する画素が配置されている領域である。有効感光領域Ａ１は、フォトダイオード２１４を有する画素が配置されていない領域であり、有効感光領域Ａ１の周りに設けられた領域である。終端部Ａ３は、例えば、ウエハから半導体パッケージ２００を切り分けるための領域であって、半導体パッケージ２００の端部（以下、チップ端と称する）を含む領域である。
ところで、マイクロレンズ層２２０は、第１の有機材料層２１９と第２の有機材料層２２２に挟まれた状態とされている。近年のＣＳＰ（Chip Size Package）においては、低背化、小型化を実現するために、キャビティレスＣＳＰが普及しつつある。このキャビティレスＣＳＰにおいては、空間に充填する低屈材樹脂（第２の有機材料層２２２に該当）と、マイクロレンズ層２２０とで屈折率に差を付けるために、マイクロレンズ層２２０の材料として高屈折率（高屈）を持つ無機材料ＳｉＮが用いられることが多い。
このような構造においては、マイクロレンズ層２２０を構成するＳｉＮは、高い膜応力を有し、そのようなマイクロレンズ層２２０の周辺は第２の有機材料層２２２としての樹脂で囲まれている状態である。このような状態だと、高温時にマイクロレンズ層２２０の周辺の第２の有機材料層２２２が軟化して膜応力が解放され、マイクロレンズ層２２０のレンズの変形が発生してしまう可能性がある。レンズの変形が発生すると、シューディングや色むらなどの画質の劣化が発生する可能性があるため、このようなレンズの変形を防ぐ必要がある。
そこで、図２に示したように、有効感光領域外Ａ２の部分に、ダミーレンズ２５１を設ける。ダミーレンズ２５１は、マイクロレンズ層２２０と同一の材料（無機材料SiN（窒化ケイ素、シリコンナイトライド）など）が用いられ、マイクロレンズ層２２０のレンズと同一の大きさ、形で形成される。換言すれば、マイクロレンズ層２２０は、本来、有効感光領域外Ａ２に設ける必要はないが、有効感光領域外Ａ２にもマイクロレンズ層２２０を延長し、ダミーレンズ２５１として設けることで、レンズの変形を防ぐことが可能となる。
このようなダミーレンズ２５１の形成は、マイクロレンズ層２２０の形成時に形成することができるため、工程数が増加することなく、形成することが可能である。
このように、マイクロレンズ層２２０と単位面積当たりの力と同一の力を有する構造体を、マイクロレンズ層２２０と同一の材料（無機材料）と同一の材料で有効画素領域外Ａ２に構成することで、マイクロレンズ層２２０とダミーレンズ２５１とで応力のバランスをとることができる。
終端部Ａ３には、マイクロレンズ層２２０のレンズとは異なる形状であるが、マイクロレンズ層２２０やダミーレンズ２５１と同一の材料で、有効感光領域外Ａ２からのダミーレンズ２５１からの延長として、平坦な膜３０２が設けられている。なお膜３０２は、マイクロレンズ層やダミーレンズ２５１と同一の材料でなくても良い。
このように、ダミーレンズ２５１を設けることで、有効感光領域Ａ１のマイクロレンズ層２２０とダミーレンズ２５１とで応力のバランスをとることができ、マイクロレンズ層２２０に変形が発生するようなことを防ぐことが可能となる。
＜第２の実施の形態における半導体パッケージの構成＞
図４は、第２の実施の形態における半導体パッケージの構成を示す図である。図４に示した半導体パッケージと、図２に示した第１の実施の形態における半導体パッケージで同一の部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。他の図面においても同様に、第１の実施の形態における半導体パッケージと同一の部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
図４は、第２の実施の形態における半導体パッケージの構成を示す図である。図４に示した半導体パッケージと、図２に示した第１の実施の形態における半導体パッケージで同一の部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。他の図面においても同様に、第１の実施の形態における半導体パッケージと同一の部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
なお、以下に第２乃至第６の実施の形態における半導体パッケージについて説明するが、有効感光領域Ａ１内の半導体パッケージの構成は全て同じであるため、その説明は省略する。有効感光領域外Ａ２または／および終端部Ａ３の構成が異なるため、異なる部分についての説明を加える。
図４に示した第２の実施の形態における半導体パッケージ２００では、有効感光領域外Ａ２の構成が図２に示した第１の実施の形態における半導体パッケージ２００と異なる。図４に示した半導体パッケージ２００の有効感光領域外Ａ２には、ダミーレンズ２５１の代わりに、応力調整膜３０１が設けられている。
この応力調整膜３０１は、マイクロレンズ層２２０のレンズと同じ単位面積当たりの体積を有する平坦な膜である。応力調整膜３０１は、マイクロレンズ層２２０と同一の材料で構成されている。
終端部Ａ３には、マイクロレンズ層２２０と同一の材料、または異なる材料で、平坦な膜３０２が設けられている。
このように、マイクロレンズ層２２０のレンズと同じ単位面積当たりの体積を有する平坦な応力調整膜３０１を設けることで、有効感光領域Ａ１のマイクロレンズ層２２０と応力調整膜３０１とで応力のバランスをとることができ、マイクロレンズ層２２０に変形が発生するようなことを防ぐことが可能となる。
＜第３の実施の形態における半導体パッケージの構成＞
図５は、第３の実施の形態における半導体パッケージの構成を示す図である。図５に示した第３の実施の形態における半導体パッケージ２００では、有効感光領域外Ａ２の構成が図２に示した第１の実施の形態における半導体パッケージ２００と異なる。図５に示した半導体パッケージ２００の有効感光領域外Ａ２には、ダミーレンズ２５１の代わりに、応力調整膜３５１が設けられている。
図５は、第３の実施の形態における半導体パッケージの構成を示す図である。図５に示した第３の実施の形態における半導体パッケージ２００では、有効感光領域外Ａ２の構成が図２に示した第１の実施の形態における半導体パッケージ２００と異なる。図５に示した半導体パッケージ２００の有効感光領域外Ａ２には、ダミーレンズ２５１の代わりに、応力調整膜３５１が設けられている。
この応力調整膜３５１は、図４に示した応力調整膜３０１と同じく、平坦な膜として形成されている。応力調整膜３５１は、マイクロレンズ層２２０のレンズと異なる材料であるが、マイクロレンズ層２２０と同じ単位面積当たりの力を有するように膜厚と応力が設計された膜である。
終端部Ａ３には、マイクロレンズ層２２０と同一の材料、または異なる材料で、平坦な膜３５２が設けられている。
このように、マイクロレンズ層２２０のレンズと同じ単位面積当たりの力を有する平坦な応力調整膜３５１を設けることで、有効感光領域Ａ１のマイクロレンズ層２２０と応力調整膜３５１とで応力のバランスをとることができ、マイクロレンズ層２２０に変形が発生するようなことを防ぐことが可能となる。
＜第４の実施の形態における半導体パッケージの構成＞
図６は、第４の実施の形態における半導体パッケージの構成を示す図である。図６に示した第４の実施の形態における半導体パッケージ２００では、終端部Ａ３の構成が図２に示した第１の実施の形態における半導体パッケージ２００と異なる。図６に示した半導体パッケージ２００の有効感光領域外Ａ２には、図２に示した第１の実施の形態における半導体パッケージ２００と同じく、ダミーレンズ４０１が設けられ、終端部Ａ３には、さらにアンカリング４０２が設けられる構成とされている。
図６は、第４の実施の形態における半導体パッケージの構成を示す図である。図６に示した第４の実施の形態における半導体パッケージ２００では、終端部Ａ３の構成が図２に示した第１の実施の形態における半導体パッケージ２００と異なる。図６に示した半導体パッケージ２００の有効感光領域外Ａ２には、図２に示した第１の実施の形態における半導体パッケージ２００と同じく、ダミーレンズ４０１が設けられ、終端部Ａ３には、さらにアンカリング４０２が設けられる構成とされている。
この終端部Ａ３に設けられるアンカリング４０２は、図６に示すようにＬ字型に構成されている。アンカリング４０２は、水平膜４０２ａと垂直膜４０２ｂから構成されている。水平膜４０２ａは、支持基板２１１などに水平に設けられ、垂直膜４０２ｂは、支持基板２１１などに垂直に設けられている。
水平膜４０２ａの一端は、ダミーレンズ４０１の延長上にあり、他端は、垂直膜４０２ｂの一端となる構成とされている。また垂直膜４０２ｂの他端は、支持基板２１１と接する、または支持基板２１１の内部に達する構成とされている。図では、支持基板２１１と接するように構成された場合を図示している。
終端部Ａ３のアンカリング４０２は、マイクロレンズ層２２０と同一の材料、または異なる材料で構成される。なお、アンカリング４０２の垂直膜４０２ｂの一端は、支持基板２１１に接続されるとしたが、他の部分に接続される構成とすることも可能である。また、水平膜４０２ａと垂直膜４０２ｂの厚さは、同一の厚さであっても良いし、例えば、垂直膜４０２ｂの厚さが水平膜４０２ａの厚さよりも厚く構成されていても良い。
このように、ダミーレンズ２５１を設けることで、有効感光領域Ａ１のマイクロレンズ層２２０とダミーレンズ２５１とで応力のバランスをとることができ、マイクロレンズ層２２０に変形が発生するようなことを防ぐことが可能となる。さらに、終端部Ａ３にアンカリング４０２を設け、そのアンカリング４０２が、支持基板２１１などの他の部分に接続し、物理的に固定されるような構成とすることで、よりマイクロレンズ層２２０に変形が発生するようなことを防ぐことが可能となる。
＜第５の実施の形態における半導体パッケージの構成＞
図７は、第５の実施の形態における半導体パッケージの構成を示す図である。図７に示した第５の実施の形態における半導体パッケージ２００は、図４に示した第２の実施の形態における半導体パッケージ２００の有効感光領域外Ａ２と同じく、応力調整膜４５１が設けられ、図６に示した第４の実施の形態における半導体パッケージ２００の終端部Ａ３と同じく、アンカリング４５２が設けられる構成とされている。
図７は、第５の実施の形態における半導体パッケージの構成を示す図である。図７に示した第５の実施の形態における半導体パッケージ２００は、図４に示した第２の実施の形態における半導体パッケージ２００の有効感光領域外Ａ２と同じく、応力調整膜４５１が設けられ、図６に示した第４の実施の形態における半導体パッケージ２００の終端部Ａ３と同じく、アンカリング４５２が設けられる構成とされている。
この終端部Ａ３に設けられるアンカリング４５２は、図６に示したアンカリング４０２と同じく、Ｌ字型に構成され、水平膜４５２ａは、支持基板２１１などに水平に設けられ、垂直膜４５２ｂは、支持基板２１１などに垂直に設けられている。
水平膜４５２ａの一端は、応力調整膜４５１の延長上にあり、他端は、垂直膜４５２ｂの一端となる構成とされている。また垂直膜４５２ｂの他端は、支持基板２１１と接する、または支持基板２１１の内部に達する構成とされている。図では、支持基板２１１と接するように構成された場合を図示している。
応力調整膜４５１は、図４を参照して説明したように、マイクロレンズ層２２０のレンズと同じ単位面積当たりの体積を有する平坦な膜であり、マイクロレンズ層２２０と同一の材料で構成されている。このような応力調整膜４５１の延長上にアンカリング４５２が設けられるが、応力調整膜４５１とアンカリング４５２は、同一の厚さで構成されていなくても良い。またアンカリング４５２は、マイクロレンズ層２２０や応力調整膜４５１と同一の材料で構成されても良いが、異なる材料で構成されても良い。
このように、マイクロレンズ層２２０のレンズと同じ単位面積当たりの体積を有する平坦な応力調整膜４５１を設けることで、有効感光領域Ａ１のマイクロレンズ層２２０と応力調整膜４５１とで応力のバランスをとることができ、マイクロレンズ層２２０に変形が発生するようなことを防ぐことが可能となる。さらに、終端部Ａ３にアンカリング４５２を設け、そのアンカリング４５２が、支持基板２１１などの他の部分に接続し、物理的に固定されるような構成とすることで、よりマイクロレンズ層２２０に変形が発生するようなことを防ぐことが可能となる。
＜第６の実施の形態における半導体パッケージの構成＞
図８は、第６の実施の形態における半導体パッケージの構成を示す図である。図８に示した第６の実施の形態における半導体パッケージ２００は、図５に示した第３の実施の形態における半導体パッケージ２００の有効感光領域外Ａ２と同じく、応力調整膜５０１が設けられ、図６に示した第４の実施の形態における半導体パッケージ２００の終端部Ａ３と同じく、アンカリング５０２が設けられる構成とされている。
図８は、第６の実施の形態における半導体パッケージの構成を示す図である。図８に示した第６の実施の形態における半導体パッケージ２００は、図５に示した第３の実施の形態における半導体パッケージ２００の有効感光領域外Ａ２と同じく、応力調整膜５０１が設けられ、図６に示した第４の実施の形態における半導体パッケージ２００の終端部Ａ３と同じく、アンカリング５０２が設けられる構成とされている。
この終端部Ａ３に設けられるアンカリング５０２は、図６に示したアンカリング４０２と同じく、Ｌ字型に構成され、水平膜５０２ａは、支持基板２１１などに水平に設けられ、垂直膜５０２ｂは、支持基板２１１などに垂直に設けられている。
水平膜５０２ａの一端は、応力調整膜５０１の延長上にあり、他端は、垂直膜５０２ｂの一端となる構成とされている。また垂直膜５０２ｂの他端は、支持基板２１１と接する、または支持基板２１１の内部に達する構成とされている。図では、支持基板２１１と接するように構成された場合を図示している。
応力調整膜５０１は、図５を参照して説明したように、マイクロレンズ層２２０のレンズと異なる材料であるが、マイクロレンズ層２２０と同じ単位面積当たりの力を有するように膜厚と応力が設計された膜である。このような応力調整膜５０１の延長上にアンカリング５０２が設けられるが、応力調整膜５０１とアンカリング５０２は、同一の厚さで構成されていなくても良い。またアンカリング５０２は、マイクロレンズ層２２０または応力調整膜５０１と同一の材料で構成されても良いが、異なる材料で構成されても良い。
このように、マイクロレンズ層２２０のレンズと同じ単位面積当たりの力を有する平坦な応力調整膜５０１を設けることで、有効感光領域Ａ１のマイクロレンズ層２２０と応力調整膜５０１とで応力のバランスをとることができ、マイクロレンズ層２２０に変形が発生するようなことを防ぐことが可能となる。さらに、終端部Ａ３にアンカリング５０２を設け、そのアンカリング５０２が、支持基板２１１などの他の部分に接続し、物理的に固定されるような構成とすることで、よりマイクロレンズ層２２０に変形が発生するようなことを防ぐことが可能となる。
ここで、アンカリングの設け方について、再度図３を参照して説明する。ここでは、アンカリング４０２（図６）、アンカリング４５２（図７）、およびアンカリング５０２（図８）のうち、アンカリング４０２を例にあげて説明するが、アンカリング４５２とアンカリング５０２にも以下に説明する構成を適用することはできる。
図３を参照するに、図３には、３つの四角形が図示されている。１番内側の四角形は有効感光領域Ａ１の領域を表し、２番目に内側の四角形は、アンカリング４０２を表す。すなわち図３に示した例では、アンカリング４０２は、有効感光領域Ａ１を取り囲むように連続的に設けられている。このように、チップを取り囲むようにアンカリング４０２を連続的に設けることで、吸水を防ぐシール材としての効果をアンカリング４０２に持たせることも可能となる。
または、図９に示すように、アンカリング４０２を不連続に設ける構成とすることも可能である。図９には、図３と同じく、３つの四角形が図示され、１番内側の四角形は有効感光領域Ａ１の領域を表し、２番目に内側の四角形であり破線で図示された四角形は、アンカリング４０２を表す。
例えば、配線などを行うために、アンカリング４０２を連続的に設けられない場合などもある。また、アンカリング４０２を連続的に設けなくても、マイクロレンズ層２２０のレンズの変形を防ぐことは可能である。よって、図９に示すように、不連続にアンカリング４０２を設ける構成とすることも可能である。なお、不連続にアンカリング４０２を設ける場合、アンカリング４０２は、均等に配置されるのが好ましく、均等に配置されることで、マイクロレンズ層２２０のレンズの変形をより確実に防ぐことが可能となる。
＜第７の実施の形態における半導体パッケージの構成＞
図１０は、第７の実施の形態における半導体パッケージの構成を示す図である。第７の実施の形態における半導体パッケージ２００は、有効感光領域Ａ１内に接続部５５１を設け、マイクロレンズ層２２０のレンズが変形しない構成とされている。
図１０は、第７の実施の形態における半導体パッケージの構成を示す図である。第７の実施の形態における半導体パッケージ２００は、有効感光領域Ａ１内に接続部５５１を設け、マイクロレンズ層２２０のレンズが変形しない構成とされている。
接続部５５１は、マイクロレンズ層２２０と同一の材料で構成され、各層に対して、垂直方向に設けられている。また、接続部５５１は、レンズの間であり、画素間の光学的な無効領域に配置される。接続部５５１の一端は、マイクロレンズ層２２０の一部とされ、他端は、支持基板２１１と接する、または支持基板２１１の内部に達する構成とされている。図では、支持基板２１１と接するように構成された場合を図示している。
接続部５５１は、図１０に示したように、マイクロレンズ層２２０の１つのレンズ毎に設けられる構成とすることも可能であるし、複数のレンズ毎（等間隔）で設けられる構成とすることも可能である。
このように、接続部５５１を設けることで、マイクロレンズ層２２０のレンズが変形を起こすような状況下であっても、接続部５５１によりその変形を抑えることが可能となる。よって、マイクロレンズ層２２０のレンズの変形が発生するようなことを防ぐことが可能となる。
なお、第７の実施の形態における半導体パッケージの構成と第１乃至第６の実施の形態における半導体パッケージのいずれかの構成を組み合わせることは可能である。すなわち、第７の実施の形態を適用して、有効感光領域Ａ１に接続部５５１を設けるとともに、有効感光領域外Ａ２にダミーレンズや応力調整膜を設け、終端部Ａ３にアンカリングを設ける構成とすることも可能である。
なお、上述した実施の形態においては、キャビティレスCSPを例にあげて説明したが、キャビティレスのＣＳＰに本技術の適用範囲が限定されるわけではなく、他のＣＳＰに対しても本技術を適用できる。また、上述した実施の形態においては、裏面照射型の半導体パッケージを例にあげて説明したが、例えば、表面照射型の半導体パッケージなどにも本技術は適用できる。
本技術は、レンズを有し、そのレンズに変形が発生することが想定される場合に適用できる。
＜電子機器の構成＞
上記した半導体パッケージは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に撮像装置を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に半導体パッケージを用いる電子機器全般に対して適用可能である。
上記した半導体パッケージは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に撮像装置を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に半導体パッケージを用いる電子機器全般に対して適用可能である。
図１１は、本技術に係る電子機器、例えば撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。図１１に示すように、本技術に係る撮像装置１０００は、レンズ群１００１等を含む光学系、撮像素子（撮像デバイス）１００２、ＤＳＰ回路１００３、フレームメモリ１００４、表示装置１００５、記録装置１００６、操作系１００７及び電源系１００８等を有する。そして、ＤＳＰ回路１００３、フレームメモリ１００４、表示装置１００５、記録装置１００６、操作系１００７および電源系１００８がバスライン１００９を介して相互に接続されている。
レンズ群１００１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像素子１００２の撮像面上に結像する。撮像素子１００２は、レンズ群１００１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。
表示装置１００５は、液晶表示装置や有機ＥＬ（electro luminescence）表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子１００２で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置１００６は、撮像素子１００２で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の記録媒体に記録する。
操作系１００７は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系１００８は、ＤＳＰ回路１００３、フレームメモリ１００４、表示装置１００５、記録装置１００６及び操作系１００７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。
上記の構成の撮像装置は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置として用いることができる。そして、当該撮像装置において、撮像素子１００２として、上述した半導体パッケージを用いることができる。
本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
光学素子を有する多層の基板と、
前記光学素子を覆うように前記基板上に設けられる透光板と、
前記基板と前記透光板との間に設けられる無機材料のレンズと
を備え、
前記基板を平面視したとき、前記光学素子が形成されている有効感光領域の外側の部分に、前記レンズの単位面積当たりの力と同じ力を有する構造体が配置されている
半導体装置。
（２）
前記レンズの下側に設けられる第１の有機材料層と、
前記レンズの上側に設けられる第２の有機材料層と
をさらに備える前記（１）に記載の半導体装置。
（３）
前記構造体は、前記レンズと、同一形状であり前記無機材料で構成される
前記（１）または（２）に記載の半導体装置。
（４）
前記構造体は、前記レンズと、同一の材料で構成され、単位面積当たりの体積が同じになるように構成された平坦な膜である
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の半導体装置。
（５）
前記構造体は、前記レンズと、単位面積当たりの力が同じになるように設計された平坦な膜である
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の半導体装置。
（６）
前記レンズの延長上に一端が設けられ、前記基板の所定の層に他端が接続されている膜をさらに備える
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の半導体装置。
（７）
前記膜は、前記有効感光領域を取り囲むように連続的に設けられている
前記（６）に記載の半導体装置。
（８）
前記膜は、前記有効感光領域を取り囲むように不連続的に設けられている
前記（６）に記載の半導体装置。
（９）
前記無機材料は窒化ケイ素である
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の半導体装置。
（１０）
裏面照射型の撮像素子である
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の半導体装置。
（１１）
表面照射型の撮像素子である
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の半導体装置。
（１２）
光学素子を有する多層の基板と、
前記光学素子を覆うように前記基板上に設けられる透光板と、
前記基板と前記透光板との間に設けられる無機材料のレンズと
を備え、
前記レンズの一部は、前記基板の所定の層と、前記レンズと同一の材料で構成された膜により接続されている
半導体装置。
（１３）
光学素子を有する多層の基板と、
前記光学素子を覆うように前記基板上に設けられる透光板と、
前記基板と前記透光板との間に設けられる無機材料のレンズと
を備え、
前記基板を平面視したとき、前記光学素子が形成されている有効感光領域の外側の部分に、前記レンズの単位面積当たりの力と同じ力を有する構造体が配置されている
半導体装置と、
前記半導体装置から出力される画素信号に対して信号処理を行う信号処理部と
を備える電子機器。
光学素子を有する多層の基板と、
前記光学素子を覆うように前記基板上に設けられる透光板と、
前記基板と前記透光板との間に設けられる無機材料のレンズと
を備え、
前記基板を平面視したとき、前記光学素子が形成されている有効感光領域の外側の部分に、前記レンズの単位面積当たりの力と同じ力を有する構造体が配置されている
半導体装置。
（２）
前記レンズの下側に設けられる第１の有機材料層と、
前記レンズの上側に設けられる第２の有機材料層と
をさらに備える前記（１）に記載の半導体装置。
（３）
前記構造体は、前記レンズと、同一形状であり前記無機材料で構成される
前記（１）または（２）に記載の半導体装置。
（４）
前記構造体は、前記レンズと、同一の材料で構成され、単位面積当たりの体積が同じになるように構成された平坦な膜である
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の半導体装置。
（５）
前記構造体は、前記レンズと、単位面積当たりの力が同じになるように設計された平坦な膜である
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の半導体装置。
（６）
前記レンズの延長上に一端が設けられ、前記基板の所定の層に他端が接続されている膜をさらに備える
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の半導体装置。
（７）
前記膜は、前記有効感光領域を取り囲むように連続的に設けられている
前記（６）に記載の半導体装置。
（８）
前記膜は、前記有効感光領域を取り囲むように不連続的に設けられている
前記（６）に記載の半導体装置。
（９）
前記無機材料は窒化ケイ素である
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の半導体装置。
（１０）
裏面照射型の撮像素子である
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の半導体装置。
（１１）
表面照射型の撮像素子である
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の半導体装置。
（１２）
光学素子を有する多層の基板と、
前記光学素子を覆うように前記基板上に設けられる透光板と、
前記基板と前記透光板との間に設けられる無機材料のレンズと
を備え、
前記レンズの一部は、前記基板の所定の層と、前記レンズと同一の材料で構成された膜により接続されている
半導体装置。
（１３）
光学素子を有する多層の基板と、
前記光学素子を覆うように前記基板上に設けられる透光板と、
前記基板と前記透光板との間に設けられる無機材料のレンズと
を備え、
前記基板を平面視したとき、前記光学素子が形成されている有効感光領域の外側の部分に、前記レンズの単位面積当たりの力と同じ力を有する構造体が配置されている
半導体装置と、
前記半導体装置から出力される画素信号に対して信号処理を行う信号処理部と
を備える電子機器。
１００ ＣＭＯＳイメージセンサ， １１１ 画素アレイ部， ２００ 半導体パッケージ， ２１２ 配線層， ２１３ シリコン基板， ２１４ フォトダイオード， ２１５ 保護膜， ２１６ 遮光膜， ２１７ 平坦化膜， ２１８ カラーフィルタ層， ２１９ 第１の有機材料層， ２２０ マイクロレンズ層， ２２１ カバーガラス， ２２２ 第２の有機材料層， ２５１ ダミーレンズ， ２５２ 膜， ３０１ 応力調整膜， ３０２ 膜， ３５１ 応力調整膜， ３５２ 膜， ４０１ ダミーレンズ， ４０２ アンカリング， ４５１ 応力調整膜， ４５２ アンカリング， ５０１ 応力調整膜， ５０２ アンカリング， ５５１ 接続部
Claims (13)
- 光学素子を有する多層の基板と、
前記光学素子を覆うように前記基板上に設けられる透光板と、
前記基板と前記透光板との間に設けられる無機材料のレンズと
を備え、
前記基板を平面視したとき、前記光学素子が形成されている有効感光領域の外側の部分に、前記レンズの単位面積当たりの力と同じ力を有する構造体が配置されている
半導体装置。 - 前記レンズの下側に設けられる第１の有機材料層と、
前記レンズの上側に設けられる第２の有機材料層と
をさらに備える請求項１に記載の半導体装置。 - 前記構造体は、前記レンズと、同一形状であり前記無機材料で構成される
請求項１に記載の半導体装置。 - 前記構造体は、前記レンズと、同一の材料で構成され、単位面積当たりの体積が同じになるように構成された平坦な膜である
請求項１に記載の半導体装置。 - 前記構造体は、前記レンズと、単位面積当たりの力が同じになるように設計された平坦な膜である
請求項１に記載の半導体装置。 - 前記レンズの延長上に一端が設けられ、前記基板の所定の層に他端が接続されている膜をさらに備える
請求項１に記載の半導体装置。 - 前記膜は、前記有効感光領域を取り囲むように連続的に設けられている
請求項６に記載の半導体装置。 - 前記膜は、前記有効感光領域を取り囲むように不連続的に設けられている
請求項６に記載の半導体装置。 - 前記無機材料は窒化ケイ素である
請求項１に記載の半導体装置。 - 裏面照射型の撮像素子である
請求項１に記載の半導体装置。 - 表面照射型の撮像素子である
請求項１に記載の半導体装置。 - 光学素子を有する多層の基板と、
前記光学素子を覆うように前記基板上に設けられる透光板と、
前記基板と前記透光板との間に設けられる無機材料のレンズと
を備え、
前記レンズの一部は、前記基板の所定の層と、前記レンズと同一の材料で構成された膜により接続されている
半導体装置。 - 光学素子を有する多層の基板と、
前記光学素子を覆うように前記基板上に設けられる透光板と、
前記基板と前記透光板との間に設けられる無機材料のレンズと
を備え、
前記基板を平面視したとき、前記光学素子が形成されている有効感光領域の外側の部分に、前記レンズの単位面積当たりの力と同じ力を有する構造体が配置されている
半導体装置と、
前記半導体装置から出力される画素信号に対して信号処理を行う信号処理部と
を備える電子機器。
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