WO2006109638A1 - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid-state imaging device excellent in productivity and a manufacturing method thereof.
  • Imaging devices have a high-pixel solid-state imaging device (for example, 2 million pixels or more), and is mainly used for taking still images.
  • the other is an imaging device for TV telephony, which transmits video in real time to the mobile phone of the other party, so there is a limit on the amount of data transfer, so the number of pixels is less than 100,000 pixels.
  • Patent Document 1 An example of an imaging apparatus for such an application is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • Patent Document 2 discloses an imaging lens because of the productivity of a three-lens configuration.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-37758
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-46825
  • the imaging lens having a three-lens configuration as shown in Patent Document 2 is excellent in optical characteristics, but each lens has to be molded individually, which takes time and effort.
  • each lens having a three-lens configuration as shown in Patent Document 2 is excellent in optical characteristics, but each lens has to be molded individually, which takes time and effort.
  • the imaging lens having a three-lens configuration as shown in Patent Document 2 is excellent in optical characteristics, but each lens has to be molded individually, which takes time and effort.
  • a high-quality image cannot be obtained due to the limitation of the number of pixels. is there.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an imaging lens-integrated solid-state imaging device excellent in productivity, based on an idea different from the conventional one.
  • the first invention is:
  • a solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit formed on one surface of a silicon substrate, a seal member that seals the photoelectric conversion unit, and an electrode that transmits and receives electrical signals,
  • the seal member includes an imaging lens unit that forms a subject image on the photoelectric conversion unit, and the electrode is formed on a surface different from the one surface of the silicon substrate.
  • the solid-state imaging device of the first invention since the seal member has the imaging lens unit, the solid-state imaging device itself has the function of the imaging device, and the imaging device is configured with a simple configuration. be able to.
  • the photoelectric conversion unit is formed on a surface different from one surface of the silicon substrate (a surface different from the surface on which the photoelectric conversion unit is formed), the mounting area when mounting on the electronic substrate (corresponding to the electronic substrate) The projected area of the solid-state image sensor can be reduced.
  • the seal member is provided on the silicon substrate via a spacer member disposed around the photoelectric conversion unit.
  • the sealing member is integrally formed with an aperture stop and a Z or infrared cut filter film.
  • an imaging lens-integrated solid-state imaging device with excellent productivity can be provided by forming a sealing member having an imaging lens portion, an aperture stop, and an infrared cut filter in a single body.
  • An imaging device can be reduced in size by using an imaging element.
  • integrated means that an aperture stop and an infrared cut filter film are formed on a seal member in the form of a film by a coating technique such as vacuum deposition, or they are fixed as a separate member by bonding or the like. Including misalignment.
  • the solid-state imaging device of the first invention is manufactured through a dicing process in which a plurality of solid-state imaging devices are simultaneously formed on the silicon substrate and separated into chips.
  • the glass transition temperature Tg of the sealing member is preferably 200 ° C or higher! /.
  • the surface mounting method is, for example, by placing an electronic component on a printed wiring board via cream-like solder and then passing the wiring board into a heating furnace (reflow furnace). A method of fixing electronic components on a wiring board by melting solder. When soldering, the wiring boards and electronic components introduced into the reflow furnace reach a high temperature of 200 to 270 ° C.
  • the sealing member having the imaging lens has a glass transition temperature Tg of 200 ° C or higher. Below this temperature, the characteristics of the imaging lens portion of the seal member change significantly, and the seal member cannot maintain its original imaging performance. In particular, it is a necessary condition that the glass transition temperature Tg of the seal member is 200 ° C or higher in order to prevent the characteristic change at a high temperature in the reflow furnace. The glass transition temperature Tg of the seal member is 270 ° C or higher. If so, it is desirable because there is a surplus in heat resistance.
  • the material of the sealing member having the imaging lens portion may be a glass material or a resin material.
  • an optical resin material having a Tg of 200 ° C. or more has been disclosed (for example, JP-A-2004-4632).
  • the second invention is:
  • a manufacturing method for manufacturing a plurality of solid-state imaging devices having a photoelectric conversion unit, an imaging lens unit for forming a subject image on the photoelectric conversion unit, and an electrode for transmitting and receiving an electric signal, Forming a photoelectric conversion portion;
  • the photographing lens unit is already mounted in association with the photoelectric conversion unit. , Thereby enabling mass production.
  • the electrode is formed on a surface different from one surface of the seal member (surface on which the photoelectric conversion portion is formed), the mounting area on the electronic substrate (projected area on the substrate) can be reduced.
  • the spacer member is formed by the cut lattice when separated as each individual imaging device.
  • a spacer can be easily formed.
  • the second invention it is preferable to include a step of forming an infrared cut filter film on the seal member.
  • the seal member is provided with a light-shielding film outside the aperture stop. It is preferable to include a step of forming a film.
  • the imaging lens unit has an aspherical shape with the most object-side surface facing the convex surface toward the object side, and the other surfaces have a planar shape.
  • the imaging lens unit has an aspherical shape with the most object-side surface facing the convex surface toward the object side, and the other surfaces have a planar shape.
  • the principal point position can also be moved away from the photoelectric conversion unit force, and the height of the solid-state imaging device is reduced. Can be suppressed.
  • the other surfaces of the imaging lens unit excluding the object side surface have a flat shape! / Slave, a manufacturing method can be adopted in which the imaging lens unit is formed using a parallel plate base material as a glass substrate, This is preferable because it is easier to manufacture than an imaging lens portion having a plurality of curved surfaces.
  • the object side surface of the imaging lens unit has an aspherical shape in order to satisfactorily correct the aberration.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device with a lens.
  • FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process (first half part) of a solid-state imaging device.
  • FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process (second half) of a solid-state imaging device.
  • FIG. 4 is a view showing a modification (Modification 1) of the solid-state imaging device of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a modification (Modification 2) of the solid-state imaging device of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a spherical aberration diagram of the imaging lens unit according to Example 1.
  • FIG. 7 is an astigmatism diagram of the imaging lens unit according to Example 1.
  • FIG. 8 is a distortion diagram of the imaging lens unit according to Example 1.
  • FIG. 9 is a spherical aberration diagram of the imaging lens section according to Example 2.
  • FIG. 10 is an astigmatism diagram of the imaging lens unit according to Example 2.
  • FIG. 11 is a distortion diagram of the imaging lens unit according to Example 2.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an imaging lens-integrated solid-state imaging device 10 according to the present embodiment.
  • the solid-state imaging device 10 includes a silicon substrate 1 having a plurality of electrodes la and a silicon substrate 1.
  • a semiconductor device 2 having a photoelectric conversion part 2a formed thereon, a spacer member 3 disposed around the photoelectric conversion part 2a on the upper surface of the semiconductor device 2 , and a center supported by the upper end of the spacer part 3
  • a plate-like seal member 4 having an imaging lens portion 4a.
  • the seal member 4 seals the photoelectric conversion unit 2a and has a protection function and an imaging function of the photoelectric conversion unit 2a.
  • the glass transition temperature Tg of the seal member 4 is 200 ° C. or higher.
  • the electrode la is formed on a surface different from the surface on which the photoelectric conversion portion 2a of the silicon substrate 1 is provided.
  • photoelectric conversion elements pixels
  • R (red) G (green) B ( A blue) primary color transmission filter layer and a microlens array are stacked.
  • the imaging lens unit 4a of the seal member 4 has an optical surface 4b for forming a subject image at a predetermined subject distance on the photoelectric conversion unit 2a.
  • the optical surface 4b is the most object-side surface and has an aspherical shape with a convex surface facing the object side (may have a spherical shape), and other than the optical surface 4b
  • the surface has a planar shape. In order to form an image accurately on the photoelectric conversion unit 2a, the radius of curvature of the optical surface 4b and the thickness of the seal member 4 are accurately controlled.
  • the imaging lens unit 4a is formed on a flat glass substrate by a reflow method (a cylindrical resist pattern formed by photolithography is used, the glass substrate is heated to cause the photoresist to flow, and the lens shape is changed by surface tension. Or the like).
  • the manufacturing method of the imaging lens unit 4a is not limited to this.
  • an ink jet method in which a small amount of a resin material is dropped at a predetermined position using an inkjet printer head, and a lens shape is produced by surface tension. May apply.
  • an ion exchange method that does not directly form a lens shape (a lens on a glass substrate) It is also a flat lens formed by forming a pinhole in a mask matched to the above, and diffusing ions from this pinhole to have a three-dimensional refractive index change step by step through ion exchange and thermal diffusion) .
  • the imaging lens portion 4a is formed of an aspherical surface
  • a method similar to a method of manufacturing a composite aspherical lens in which a glass and a resin used in a camera lens or the like are integrated. Can be taken.
  • an aspherical shape is formed on a glass spherical surface by using a UV curable resin.
  • a UV curable resin is dropped on a flat glass substrate, and the desired aspherical mold is used.
  • the sealing member 4 having the aspherical imaging lens portion 4a can be produced by UV curing after adjusting the shape.
  • the infrared cut filter coating 5 is applied to the photoelectric conversion portion side surface 4c of the seal member 4 by a coating technique such as vacuum deposition, and the infrared cut filter coating 5 is formed integrally with the seal member 4. .
  • a coating technique such as vacuum deposition
  • the infrared cut filter coating 5 is formed integrally with the seal member 4.
  • at least a part of the imaging lens portion 4a of the seal member 4 may be formed of an infrared absorbing member so as to have an infrared ray cutting function.
  • the aperture stop 6 is a member force that blocks visible light contributing to image formation, and defines the F number of the imaging lens unit 4a.
  • the aperture stop 6 is formed integrally with the seal member 4 by a coating technique such as coating or vacuum deposition.
  • the solid-state imaging device 10 of the present embodiment is fixed on an electronic substrate (not shown) by attaching and detaching the electrode la. Via this electrode la, the signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 2a is output to a predetermined circuit on the electronic substrate, or a voltage or clock is supplied to drive the external circuit force solid-state image sensor 10. Can be received.
  • FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process (first half part) of the solid-state imaging device 10
  • FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process (second half part) of the solid-state imaging device.
  • a plurality of semiconductor elements C composed of photoelectric conversion portions 2a and the like are formed on one surface of a disk-shaped wafer W (silicon substrate 1) by a semiconductor fabrication process.
  • a plurality of electrodes la are formed on the surface.
  • a photoresist P is formed by a technique such as photolithography so as to face the semiconductor element C of the wafer W, and then the imaging lens unit 4a is reflowed. Is formed.
  • an aperture stop 6 is formed on the upper portion of the imaging lens portion 4a by a coating technique such as coating or vacuum deposition, and an infrared cut filter film 5 is coated or vacuum deposited on the lower portion of the imaging lens portion 4a. It is formed by a coating technique such as. In the glass substrate G, a light-shielding film may be formed outside the aperture stop 6.
  • the glass substrate G is brought into close contact with the wafer W so that the semiconductor element C is sealed with the glass substrate G while the lattice D is interposed between the Ueno W and the glass substrate G. From the glass substrate G, lattice D, Ueno, W.
  • the integrated wafer W, lattice D, and glass substrate G are diced by a dicing tool T to form individual solid-state image sensors as shown in FIG. Will be made. Since the dicing tool T cuts the center of the frame of the grid D, when the solid imaging device is separated as a chip, the spacer member 3 is formed by the cut grid D.
  • a solid-state imaging device with a lens can be obtained, so that a high-quality product with high productivity can be mass-produced. Further, since the parallelism between the wafer W and the glass substrate G can be maintained high, the parallelism between the seal member 4 and the semiconductor device 2 can be maintained high over the solid-state imaging device cut out by dicing.
  • FIG. 4 is a diagram showing a modification (solid-state image sensor 20) of the solid-state image sensor 10 of FIG.
  • the seal member 14 is composed of a plurality of parts. That is, the seal member 14 includes a parallel flat plate 14A supported by the spacer member 3, an optical element 14B having an imaging lens portion 4a, and a donut plate-shaped aperture stop 16 disposed therebetween. ing. An infrared cut filter coating 5 is applied to the imaging lens side surface 14c of the parallel plate 14A. Since the other configuration is the same as that of the embodiment of FIG. 1, the description thereof is omitted by attaching the same reference numerals. [0045] [Modification 2]
  • FIG. 5 is a diagram showing a second modification (solid-state image sensor 30) of the solid-state image sensor 10 of FIG. 1. Even in the solid-state image sensor 30 according to the second modification 2, the solid-state image sensor 20 according to the first modification 20
  • the seal member 14 also includes a plurality of member members. That is, the seal member 14 includes a parallel plate 14A, a second parallel plate 14C, and an aperture stop 16.
  • the optical element 14B is configured integrally with the imaging lens unit 4a
  • the second The parallel plate 14C is configured separately from the solid-state imaging lens unit 4a
  • the solid-state imaging element 30 is different from the solid-state imaging element 20 in this respect. Since other configurations are the same as those of the embodiment of FIGS. 1 and 4, description thereof is omitted by attaching the same reference numerals.
  • the aperture stop 6 is used in order to satisfactorily correct aberrations with the imaging lens unit 4a having only one optical surface 4b. 1 and the solid-state image sensor 10 in FIG. 1 in which the aperture stop 16 and the refracting surface (optical surface 4b) are separated from each other. It is desirable to apply.
  • the solid-state image sensors 20 and 30 in Figs. 4 and 5 are more effective than the solid-state image sensor 10 in Fig. 1 because the height passing through the refracting surface differs between the on-axis beam and the off-axis beam. This is because the degree of freedom in correcting aberrations can be increased.
  • V d Abbe number of lens material
  • the shape of the aspheric surface is expressed by the following equation, with the vertex of the surface as the origin, the X axis in the optical axis direction, and the height in the direction perpendicular to the optical axis as h. .
  • two glass substrates separated from each other are applied as members corresponding to the parallel plate 14A and the second parallel plate 14C in FIG. 5, and the imaging lens unit is made of a resin material on the glass substrate.
  • the execution data at the time of forming and forming an aperture stop between each glass substrate is shown.
  • the implementation data of the imaging lens unit are shown in Tables 1 and 2 below, and the aberration diagrams of the imaging lens unit are shown in FIGS.
  • two glass substrates separated from each other are applied as members corresponding to the parallel flat plate 14A and the second parallel flat plate 14C in FIG. 5, and the imaging lens portion is made of a resin material on the glass substrate.
  • the execution data at the time of forming and forming an aperture stop between each glass substrate is shown.
  • the implementation data of the imaging lens unit are shown in Tables 3 and 4 below, and the aberration diagrams of the imaging lens unit are shown in FIGS.
  • the aperture stop is formed between the two glass substrates.
  • the aperture stop is formed by coating, vapor deposition, or the like on the glass substrate on which the imaging lens unit is formed. May be.
  • the imaging lens portions may be formed on the glass substrates on both sides of the aperture stop in order to better correct the aberration.

Abstract

　生産性に優れた撮像レンズ一体型固体撮像素子を提供する。 　本発明に係る固体撮像素子は、シリコン基板の一面に形成された光電変換部、前記光電変換部をシールするシール部材、及び電気信号の送受を行う電極を有する固体撮像素子であって、前記シール部材は前記光電変換部に被写体像を結像させる撮像レンズ部を有し、前記電極は前記シリコン基板の前記一面とは異なる面に形成されている。

Description

明 細 書
固体撮像素子及びその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関し、特に生産性に優れた固体撮 像素子及びその製造方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、 CCD (Charged Coupled Device)型ある 、は CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像素子を用いた撮像装置の高性能化、小型化に 伴い、撮像装置を備えた携帯電話が普及しつつある。また、これらの撮像装置に搭 載される撮像レンズには、さらなる小型化への要求が高まっている。
[0003] また、最近では、異なる 2タイプの撮像装置の少なくとも一方を搭載した携帯電話が 販売されている。その撮像装置の一方は、高画素の固体撮像素子 (例えば 200万画 素以上）を有するものであり、主に静止画像の撮影に用いられる。他方は、テレビ電 話用途の撮像装置であって、リアルタイムに動画を、通話している相手の携帯電話に 送信するため、データ転送量の制限があることから画素数は多くなぐ 10万画素また は 30万画素クラスの固体撮像素子を備えた撮像装置である。後者の撮像装置にお いては、簡易な構成で安価に製造できることが強く望まれている。
[0004] このような用途の撮像装置の一例が、例えば特許文献 1に開示されて!、る。又、特 許文献 2では、 3枚レンズ構成の生産性のょ 、撮像レンズが開示されて 、る。
特許文献 1：特開 2003 - 37758号公報
特許文献 2 :特開 2003— 46825号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] し力しながら、特許文献 1に記載されているタイプの撮像装置においては、最近の 画素ピッチの小さい固体撮像素子を用いると、各部品が小さくなりすぎ、むしろ製造 が困難となる可能性がある。例えば、最近の技術では CMOS型の固体撮像素子で あっても、その画素ピッチは 2. 2 mと力なり小さくなつている。この画素ピッチの場 合、 10万画素の固体撮像素子を例にとると、 352画素（水平） X 288画素（垂直)の 矩形実効画素領域の対角線長は 1. Ommである。ここで、対角の画角を 60° とし、 焦点距離を f [mm]とおくと、
f X tan30° =0. 5mm すなわち、 f=0. 87mm
と (ただし、歪曲収差を考慮しない計算結果)、力なり焦点距離の小さい撮像レンズが 必要となってしまう。
[0006] 又、特許文献 2に示すような 3枚レンズ構成の撮像レンズは、光学特性に優れる反 面、各レンズを各々成形しなくてはならず、製造に手間がかかる。一方、例えば 10万 画素程度の画素数が小さな画像の撮像では、高 ヽ光学特性を有する撮像レンズを 用いても、画素数の制限のため高画質な画像が得られな 、と 、う実情がある。
[0007] 本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、従来とは異なる発想に基 づき、生産性に優れた撮像レンズ一体型固体撮像素子を提供することを目的とする 課題を解決するための手段
[0008] 第 1の発明は、
シリコン基板の一面に形成された光電変換部、前記光電変換部をシールするシー ル部材、及び電気信号の送受を行う電極を有する固体撮像素子であって、
前記シール部材は前記光電変換部に被写体像を結像させる撮像レンズ部を有し、 前記電極は前記シリコン基板の前記一面とは異なる面に形成されている。
[0009] 第 1の発明の固体撮像素子では、シール部材が撮像レンズ部を有しているから、当 該固体撮像素子そのものが撮像装置の機能を有し、簡易な構成で撮像装置を構成 することができる。また、シリコン基板の一面とは異なる面 (光電変換部が形成された 面とは異なる面）に光電変換部が形成されているから、電子基板に実装する際の実 装面積 (電子基板に対する当該固体撮像素子の投影面積)を小さくすることができる
[0010] 前記シール部材は、前記光電変換部の周囲に配置されたスぺーサ部材を介して 前記シリコン基板上に設けられているのが好ましい。
[0011] この場合、シール部材を複雑な形状にすることなぐ光電変換部のシーリングが可 能となる。
[0012] 前記シール部材には、開口絞り及び Z又は赤外線カットフィルタ被膜が一体的に 形成されて 、るのが好まし 、。
[0013] この場合、撮像レンズ部を有するシール部材と開口絞り及び赤外線カットフィルタと がー体で形成され、生産性に優れた撮像レンズ一体型固体撮像素子を提供すること ができ、ひいては当該固体撮像素子を用いることで撮像装置を小型化できる。
なお、「一体」とは、開口絞り及び赤外線カットフィルタ被膜を真空蒸着等のコーティ ング手法により被膜の状態でシール部材上に形成すること、又はそれらを別部材とし て接着などで固定することの 、ずれも含む。
[0014] 第 1の発明の固体撮像素子は、前記シリコン基板上に複数個同時に形成した後、 各チップに分離するダイシング工程を経て製造されるのが好ましい。
[0015] この場合、当該固体撮像素子には、ダイシング工程により切り出されたときに、既に 撮像レンズが搭載されており、当該固体撮像素子の大量生産が可能である。
[0016] 前記シール部材のガラス転移温度 Tgは 200°C以上であるのが好まし!/、。
[0017] 電子部品の分野では最近の電ィヒ製品の小型化、高性能化に伴い、また生産性向 上を狙い、各種電子部品を基板へ実装する方法として、部品の実装密度も高く効率 も良い表面実装技術 (SMT)が一般的となりつつある。ここで、表面実装方式とは、 例えば、プリント印刷された配線基板上に、クリーム状のハンダを介して電子部品を 載せた後、配線基板を加熱炉（リフロー炉）内に通過させることによって、ハンダを溶 かして、電子部品を配線基板上に固定する方法をいう。ハンダ付けに際し、リフロー 炉内に導入された配線基板および電子部品は 200〜270°Cという高温に達する。
[0018] 第 1の発明の固体撮像素子を、このリフローハンダにより基板上に実装するために は、少なくとも撮像レンズ部を有するシール部材に、リフローに対する耐熱性が要求 される。従って、撮像レンズを有するシール部材はガラス転移温度 Tgが 200°C以上 であることが望ましい。この温度を下回ると、シール部材の撮像レンズ部の特性が大 きく変わり、シール部材が本来の結像性能を維持できなくなる。特に、リフロー炉内の 高温下での特性変化を防ぐには、シール部材のガラス転移温度 Tgが 200°C以上で あることが必要な条件である。また、シール部材のガラス転移温度 Tgは 270°C以上 であれば更に耐熱性に余裕がでてくるので望ましい。
[0019] なお、撮像レンズ部を有するシール部材の材料であるが、ガラス材料であっても榭 脂材料であっても構わな 、。最近では光学榭脂材料であっても Tgが 200°C以上のも のが開示されている（例えば特開 2004— 4632)。
[0020] 第 2の発明は、
光電変換部と、前記光電変換部に被写体像を結像させる撮像レンズ部と、電気信 号の送受を行う電極とを有する固体撮像素子を複数製造する製造方法において、 シリコン基板の一面に複数の光電変換部を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記一面とは異なる面に前記電極を形成する工程と、 複数の前記撮像レンズ部を有するシール部材を、前記光電変換部の各々の周囲 に配置される格子状のスぺーサ部材を介して、前記光電変換部をシールするように 前記シリコン基板の前記一面に形成する工程と、
一体化された前記シリコン基板、前記スぺーサ部材及び前記シール部材を前記ス ぺーサ部材の格子枠で切断する工程と、
を備えている。
[0021] 第 2の発明の固体撮像素子の製造方法では、ダイシング工程などの切断'分離ェ 程により切り出されたときに、既に撮影レンズ部が光電変換部に対応づけて搭載され ていることとなり、それにより大量生産が可能となる。
また、電極は、シール部材の一面 (光電変換部を形成する面）とは異なる面に形成 されるため、電子基板への実装面積 (基板に対する投影面積)を小さくできる。
更にまた、切断'分離工程を格子状のスぺーサ部材の格子枠で切断するため、各 個体撮像素子として分離されたときに、切断された格子によりスぺーサ部材が形成さ れていることとなり、簡易にスぺーサを形成できる。
[0022] 第 2の発明では、前記シール部材に、赤外線カットフィルタ被膜を成膜する工程を 含むのが好ましい。
[0023] この場合、別個の赤外線カットフィルタ部材を設ける必要がなぐ取り扱いが容易で ある。
[0024] 第 2の発明では、前記シール部材に、開口絞りの外側にぉ 、て遮光性を有する膜 を成膜する工程を含むのが好ま 、。
[0025] この場合、光電変換部への不要な光の入射を簡易な構成で防ぐことができ、またそ のための位置決めも精度良く行うことができる。
[0026] 第 1,第 2の発明では、前記撮像レンズ部は、最も物体側の面が物体側に凸面を向 けた非球面形状を呈し、その他の面が平面形状を呈して 、るのが好ま 、。
[0027] この場合、撮像レンズ部の物体側面と撮像レンズ部の光軸との交点が主点位置と なるため主点位置を光電変換部力も遠ざけることができ、固体撮像素子の高さを小さ く抑えることができる。さらに、撮像レンズ部の物体側面を除くその他の面は平面形状 を呈して!/ヽるので、平行平板の母材をガラス基板として撮像レンズ部を形成すると ヽ う製造方法をとることができ、複数の曲面を有する撮像レンズ部に比べ製造が容易で あるので好ましい。また、屈折力を有する面が物体側面の 1面のみとなるため、収差 補正を良好に行う上でも、撮像レンズ部の物体側面が非球面形状を呈するのがよ 、 発明の効果
[0028] 本発明によれば、生産性に優れた撮像レンズ一体型固体撮像素子を提供すること ができる。
図面の簡単な説明
[0029] [図 1]レンズ付きの固体撮像素子の断面図である。
[図 2]固体撮像素子の製造工程 (前半部分)を示す図である。
[図 3]固体撮像素子の製造工程 (後半部分)を示す図である。
[図 4]図 1の固体撮像素子の変形例 (変形例 1)を示す図である。
[図 5]図 1の固体撮像素子の変形例 (変形例 2)を示す図である。
[図 6]実施例 1に係る撮像レンズ部の球面収差図である。
[図 7]実施例 1に係る撮像レンズ部の非点収差図である。
[図 8]実施例 1に係る撮像レンズ部の歪曲収差図である。
[図 9]実施例 2に係る撮像レンズ部の球面収差図である。
[図 10]実施例 2に係る撮像レンズ部の非点収差図である。
[図 11]実施例 2に係る撮像レンズ部の歪曲収差図である。 発明を実施するための最良の形態
[0030] 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図 1は、本実施の形態にカゝかる撮像レンズ一体型固体撮像素子 10の断面図である 図 1において、固体撮像素子 10は、複数の電極 laを有するシリコン基板 1と、シリコ ン基板 1上に形成され光電変換部 2aを有する半導体デバイス 2と、半導体デバイス2 の上面において光電変換部 2aの周囲に配置されたスぺーサ部材 3と、スぺーサ部 材 3の上端に支持され中央に撮像レンズ部 4aを有する板状のシール部材 4とから一 体的に構成されている。シール部材 4は、光電変換部 2aをシールするもので、光電 変換部 2aの保護機能と、結像機能とを有する。シール部材 4のガラス転移温度 Tgは 200°C以上である。
[0031] 電極 laは、シリコン基板 1の光電変換部 2aが設けられた面とは異なる面に形成され ている。光電変換部 2aは、光電変換素子 (画素）が 2次元的に配置されており、図示 して 、な 、が、その上に各光電変換素子に対応した R (赤) G (緑) B (青)の原色透過 フィルタ一層、マイクロレンズアレイが積層されている。
[0032] シール部材 4の撮像レンズ部 4aは、所定の被写体距離における被写体像を、光電 変換部 2aに結像させる光学面 4bを有している。撮像レンズ部 4aでは、光学面 4bが 最も物体側の面であって物体側に凸面を向けた非球面形状を呈しており（球面形状 を呈していてもよい。）、光学面 4b以外のその他の面が平面形状を呈している。光電 変換部 2aに精度よく結像させるため、光学面 4bの曲率半径や、シール部材 4の厚さ が精度よく管理されている。
[0033] 撮像レンズ部 4aは、平面ガラス基板上にリフロー法 (フォトリソグラフィによる円柱状 のレジストパターンをカ卩ェし、ガラス基板を過熱してフォトレジストを流動させ、表面張 力によりレンズ形状を加工する方法)等により形成されて 、る。撮像レンズ部 4aの製 造方法についてはこれに限定されず、例えば、インクジェットプリンタヘッドを利用し て微量の榭脂材料を所定の位置に滴下し、表面張力によりレンズ形状を作製するィ ンクジェット法を適用してもよ 、。
[0034] また、直接レンズ形状を形成するのではなぐイオン交換法 (ガラス基板上にレンズ に合わせたマスクにピンホールを形成し、イオンをこのピンホールから拡散させイオン 交換、熱拡散により段階的に 3次元的な屈折率変化を持たせる方法)等により形成さ れる平板レンズでもよ 、。
[0035] また、撮像レンズ部 4aを非球面で形成する場合は、例えばカメラレンズ等に用いら れているガラスと榭脂とが一体ィ匕した複合型非球面レンズの作製方法と類似の方法 をとることができる。カメラレンズの場合はガラス球面上に UV硬化型榭脂を用いて非 球面形状を形成するが、本発明では、平面ガラス基板に UV硬化型の榭脂を滴下し 、非球面金型にて所望の形状に整えた後 UV硬化することにより、非球面の撮像レン ズ部 4aを有するシール部材 4を作製することができる。
[0036] 赤外線カットフィルタ被膜 5が、シール部材 4の光電変換部側面 4cに、真空蒸着等 のコーティング手法により施されており、赤外線カットフィルタ被膜 5がシール部材 4と 一体的に形成されている。固体撮像素子 10では、シール部材 4の撮像レンズ部 4a の少なくとも一部を、赤外線吸収部材により形成することで赤外線カット機能を持た せてもよい。
[0037] 開口絞り 6は、画像形成に寄与する可視光を遮光する部材力 なり、撮像レンズ部 4aの Fナンバーを規定する。本実施の形態では、開口絞り 6は、塗布または真空蒸 着等のコーティング手法によりシール部材 4に一体的に形成されている。
[0038] 本実施の形態の固体撮像素子 10は、電極 laをノ、ンダ付けすることにより、不図示 の電子基板上に固定される。この電極 laを介して、光電変換部 2aにより光電変換さ れた信号を、電子基板上の所定の回路に出力したり、外部回路力 固体撮像素子 1 0を駆動するための電圧やクロックの供給を受けたりできるようになつている。また、固 体撮像素子 10が信号処理回路を含む CMOS型の場合は、電極から YUV信号 (Y は輝度信号、 U (=R— Y)は赤と輝度信号との色差信号、 V ( = B— Y)は青と輝度信 号との色差信号)等の画像信号が出力されることとなる。
[0039] 図 2は固体撮像素子 10の製造工程 (前半部分)を示す図であり、図 3は固体撮像 素子の製造工程 (後半部分)を示す図である。
図 2において、円盤状のウェハ W (シリコン基板 1)の一面上に、光電変換部 2aなど から成る複数の半導体素子 Cが、半導体作成プロセスにより形成され、ウェハ Wの他 面に複数の電極 laが形成される。一方、円盤状のガラス基板 G (シール部材 4)には 、ウェハ Wの半導体素子 Cに対向して、フォトレジスト Pがフォトリソグラフィ等の手法に より形成された後、リフロー法で撮像レンズ部 4aが形成される。
[0040] その後、撮像レンズ部 4aの上部に、開口絞り 6が塗布もしくは真空蒸着等のコーテ イング手法により形成され、且つ撮像レンズ部 4aの下部に、赤外線カットフィルタ被 膜 5が塗布もしくは真空蒸着等のコーティング手法により形成される。なお、ガラス基 板 Gにおいては、開口絞り 6の外側に遮光性を有する膜を成膜してもよい。
[0041] その後、上記ウエノ、 Wと上記ガラス基板 Gとの間に格子 Dを介在させながら、ガラス 基板 Gで半導体素子 Cをシールするようにガラス基板 Gをウェハ W上に密着させ、こ れらガラス基板 G、格子 D及びウエノ、 Wを一体ィ匕させる。
[0042] その後、図 3に示すように、一体化されたウェハ Wと、格子 Dと、ガラス基板 Gは、ダ イシング工具 Tによりダイシングされ、図 1に示すように個々の固体撮像素子として形 成されることとなる。なお、ダイシング工具 Tは、格子 Dの枠中央を切断するので、固 体撮像素子がチップとして分離されたときに、切断された格子 Dによってスぺーサ部 材 3が形成されることとなる。
[0043] 本実施の形態によれば、ダイシング工程 (分離工程）が完了した時点で、レンズ付き の固体撮像素子を得られるので、生産性が高ぐ良質な製品を大量生産できる。又、 ウェハ Wとガラス基板 Gとの平行度を高く維持できるので、ダイシングによって切り出 された固体撮像素子にぉ ヽて、シール部材 4と半導体デバイス 2の平行度も高く維持 できる。
[0044] [変形例 1]
図 4は、図 1の固体撮像素子 10の変形例（固体撮像素子 20)を示す図である。 本変形例 1に係る固体撮像素子 20では、シール部材 14を複数の部品から構成し ている。すなわち、シール部材 14は、スぺーサ部材 3により支持される平行平板 14A と、撮像レンズ部 4aを有する光学素子 14Bと、両者の間に配置されたドーナツ板状 の開口絞り 16とから構成されている。赤外線カットフィルタ被膜 5が、平行平板 14A の撮像レンズ側面 14cに施されている。それ以外の構成については、図 1の実施の 形態と同様であるので、同じ符号を付すことで説明を省略する。 [0045] [変形例 2]
図 5は、図 1の固体撮像素子 10の第 2の変形例（固体撮像素子 30)を示す図である 本変形例 2に係る固体撮像素子 30でも、上記変形例 1に係る固体撮像素子 20と同 様に、シール部材 14を複数の部材カも構成している。すなわち、シール部材 14が、 平行平板 14Aと第 2の平行平板 14Cと開口絞り 16とから構成されて 、る。
[0046] 上記変形例 1に係る固体撮像素子 20では、光学素子 14Bが撮像レンズ部 4aと一 体に構成されているのに対し、本変形例 2に係る固体撮像素子 30では、第 2の平行 平板 14Cが固体撮像レンズ部 4aと別体で構成されており、この点で当該固体撮像素 子 30は上記固体撮像素子 20と異なっている。それ以外の構成については、図 1,図 4の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付すことで説明を省略する。
[0047] なお、本発明を固体撮像素子 10, 20, 30のいずれに適用するかにあたっては、光 学面 4bが 1面のみの撮像レンズ部 4aで収差を良好に補正するため、開口絞り 6と屈 折面 (光学面 4b)とが近接した図 1の固体撮像素子 10よりは、開口絞り 16と屈折面（ 光学面 4b)とが離れた図 4, 5の固体撮像素子 20, 30を適用するのが望ましい。図 4 , 5の固体撮像素子 20, 30は、図 1の固体撮像素子 10に比較して、軸上光束と軸外 光束とで屈折面を通過する高さが異なるため、非球面を効果的に用いることで収差 補正の自由度を増やすことができるからである。
[0048] [実施例]
本実施例では、固体撮像素子として図 5の固体撮像素子 30に相当するものを適用 した際の実施データを示す。
[0049] 本実施例で使用する記号は下記の通りである。
f :撮像レンズ全系の焦点距離
fB :バックフォーカス
F:Fナンバー
2Y:固体撮像素子の矩形実効画素領域の対角線長
R:曲率半径
D :軸上面間隔 Nd：レンズ材料の d線に対する屈折率
V d：レンズ材料のアッベ数
[0050] 下記の各実施例 1, 2では、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向に X 軸をとり、光軸と垂直方向の高さを hとして下記式で表す。
[0051] [数 1]
„ h2/ R
X =— . + > 4 '
\ + ^\ - (\ + K)h2/R2
ただし、
Ai ： i次の非球面係数
R ： 曲率半径
K ： 円錐定数
[0052] [実施例 1]
本実施例 1では、図 5の平行平板 14A,第 2の平行平板 14Cに相当する部材として 互 、に分離した 2枚のガラス基板を適用し、撮像レンズ部をガラス基板上に榭脂材料 で形成し、各ガラス基板間に開口絞りを形成した際の実施データを示す。
当該撮像レンズ部の実施データを下記表 1,表 2に示し、当該撮像レンズ部の収差 図を図 6〜図 8に示す。
[0053] [表 1]
f= 0.841 mm、 F= 3.60、 2Y= 1.00 mm、 ffl= 0.450 mm
(物体距離 300mmのとき） 面番号 R(mm) D(mm) Nd v d
1 0.549 0.18 1.65300 22.3
2 0.20 1.51633 64.1
3 0.02
絞り 0.00
4 0.20 1.51633 64.1
5 ∞ [0054] 表 1中、「面番号 1」は図 5の撮像レンズ部 4aに相当する部分の物体側面を、「面番 号 2」は同部分の像側面を、「面番号 3」は図 5の第 2の平行平板 14Cに相当するガラ ス基板の像側面を、「面番号 4」は図 5の平行平板 14Aに相当するガラス基板の物体 側面を、「面番号 5」は同ガラス基板の像側面を示す。
[0055] [表 2] 第 1面非球面係数
K= 1.08340E+00
Α4= -2.55580Ε+00
A6= -2.35340E+01
Α8= 3.32470Ε+02
Α10= — 2.02890Ε+03
[0056] 表 2中、非球面係数のデータにおいては、 10のべき乗数を「Ε」で表している。例え ば、「2. 5 Χ 10+2」は「2. 5Ε + 0. 2」である。
[0057] [実施例 2]
本実施例 2でも、図 5の平行平板 14A,第 2の平行平板 14Cに相当する部材として 互 、に分離した 2枚のガラス基板を適用し、撮像レンズ部をガラス基板上に榭脂材料 で形成し、各ガラス基板間に開口絞りを形成した際の実施データを示す。
当該撮像レンズ部の実施データを下記表 3,表 4に示し、当該撮像レンズ部の収差 図を図 9〜図 11に示す。
[0058] [表 3]
f= 0.919 mm、 F= 3.60、 2Y二 1.00 mm、 ffi= 0.517 mm
(物体距離 300 mmのとき） 面番号 R(mm) D、mm) Nd v d
1 0.600 0.20 1.65300 22.3
2 0.20 1.51633 64.1
3 0.02
絞り 0.00
4 0.20 1.51633 64.1
5
[0059] 表 3中、「面番号 1〜5」は上記表 1中の面番号 1〜5と同様のものである。
[0060] [表 4] 第 1面非球面係数
K= 1.37840E+00
A4= - 1.22010E+00
A6= -5.79700E+01
Α8= 9.67450Ε+02
Α10= -5.89860Ε+03
[0061] 表 4中、非球面係数のデータにおいても、上記表 2と同様に、 10のべき乗数を「Ε」 で表している。
[0062] なお、上記実施例 1, 2では、 2枚のガラス基板の間に開口絞りを形成したが、当該 開口絞りは、撮像レンズ部が形成されているガラス基板に塗布、蒸着等により形成さ れてもよい。また、上記実施例 1, 2では、収差をより良好に補正するために、開口絞 りの両側のガラス基板に撮像レンズ部を形成してもよ 、。
[0063] 以上、実施形態と実施例とを参照しながら本発明を説明してきたが、本発明は上記 実施形態と実施例とに限定して解釈されるべきではなぐ適宜変更 ·改良が可能であ ることはもちろんである。
[0064] 2005年 4月 8日にフアイノレされた日本特許出願、特願 2005— 111864号の明細 書、クレーム、図面及び要約を含む全開示内容は本願の一部を構成する。 産業上の利用可能性
静止画像や動画像の撮像に適して 、る。

Claims

請求の範囲
[1] シリコン基板の一面に形成された光電変換部、前記光電変換部をシールするシー ル部材、及び電気信号の送受を行う電極を有する固体撮像素子であって、
前記シール部材は前記光電変換部に被写体像を結像させる撮像レンズ部を有し、 前記電極は前記シリコン基板の前記一面とは異なる面に形成されていることを特徴 とする固体撮像素子。
[2] 請求の範囲第 1項に記載の固体撮像素子において、
前記シール部材は、前記光電変換部の周囲に配置されたスぺーサ部材を介して 前記シリコン基板上に設けられていることを特徴とする固体撮像素子。
[3] 請求の範囲第 2項に記載の固体撮像素子において、
前記シール部材には、開口絞り及び Z又は赤外線カットフィルタ被膜が一体的に 形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
[4] 請求の範囲第 1項に記載の固体撮像素子において、
前記シリコン基板上に複数個同時に形成した後、各チップに分離するダイシングェ 程を経て製造されることを特徴とする固体撮像素子。
[5] 請求の範囲第 1項に記載の固体撮像素子において、
前記シール部材のガラス転移温度 Tgは 200°C以上であることを特徴とする固体撮 像素子。
[6] 請求の範囲第 1項に記載の固体撮像素子において、
前記撮像レンズ部は、最も物体側の面が物体側に凸面を向けた非球面形状を呈し 、その他の面が平面形状を呈していることを特徴とする固体撮像素子。
[7] 光電変換部と、前記光電変換部に被写体像を結像させる撮像レンズ部と、電気信 号の送受を行う電極とを有する固体撮像素子を複数製造する製造方法において、 シリコン基板の一面に複数の光電変換部を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記一面とは異なる面に前記電極を形成する工程と、 複数の前記撮像レンズ部を有するシール部材を、前記光電変換部の各々の周囲 に配置される格子状のスぺーサ部材を介して、前記光電変換部をシールするように 前記シリコン基板の前記一面に形成する工程と、 一体化された前記シリコン基板、前記スぺーサ部材及び前記シール部材を前記ス ぺーサ部材の格子枠で切断する工程と、
を備えることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
[8] 請求の範囲第 7項に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記シール部材に、赤外線カットフィルタ被膜を成膜する工程を含むことを特徴と する固体撮像素子の製造方法。
[9] 請求の範囲第 7項に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記シール部材に、開口絞りの外側において遮光性を有する膜を成膜する工程を 含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
[10] 請求の範囲第 7項に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記撮像レンズ部は、最も物体側の面が物体側に凸面を向けた非球面形状を呈し 、その他の面が平面形状を呈していることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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