(57)【要約】【課題】画像特性に優れ、高信頼性な光学デバイスを提供する。【解決手段】光学デバイス１０Ａは、半導体素子１１と、半導体素子１１の主面に設けられた受光部１２と、接着部材２０を介して半導体素子１１の主面に積層された透光板１５とを備える。そして、透光板１５の半導体素子１１に対面する面及びその裏面のうちの少なくとも一方には、受光部１２に光を集光する集光レンズとして機能する鋸歯状の凹凸部１６が形成されている。【選択図】図１
2010245292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子の主面に設けられた受光部と、
接着層を介して前記半導体素子の主面に積層された透光板とを備え、
前記透光板の前記半導体素子に対面する面及びその裏面のうちの少なくとも一方には、前記受光部に光を集光する集光レンズとして機能する鋸歯状の凹凸部が形成されている
光学デバイス。
【請求項２】
前記凹凸部は、フレネルレンズ形状及び回折格子レンズ形状のいずれかである
請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記凹凸部には、前記半導体素子の主面とのなす角が垂直な第１の側面と前記半導体素子の主面とのなす角が鋭角な第２の側面とで構成される複数の円周状突起が、同心円状に配置されている
請求項２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記第１の側面には、反射防止膜が形成されている
請求項３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記第１の側面と前記反射防止膜との間には、更に遮光膜が形成されている
請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記半導体素子の主面の面積と前記透光板の前記半導体素子に対面する面の面積とは、実質的に同じである
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項７】
該光学デバイスは、さらに、
前記半導体素子を厚さ方向に貫通する貫通孔と、
前記主面に設けられ、前記受光部と電気的に接続される電極領域と、
一端が前記電極領域の裏面に接し、前記貫通孔の内部を通って、他端が前記半導体素子の前記主面と反対側の面まで延びる貫通電極とを備える
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記貫通孔の内部には、充填層が設けられている
請求項７に記載の光学デバイス。
【請求項９】
該光学デバイスは、さらに、前記主面と反対側の面に位置する前記貫通電極の少なくとも一部を避けるように、前記主面と反対側の面を覆う絶縁層を備える
請求項７又は８に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
該光学デバイスは、さらに、前記主面と反対側の面上に設けられ、前記貫通電極の前記絶縁層に覆われていない部分と電気的に接続される外部電極を備える
請求項９に記載の光学デバイス。
【請求項１１】
表面に配線を有する基板と、
前記基板の表面に取り付けられ、前記外部電極と前記配線とが電気的に接続された請求項１０に記載の光学デバイスとを備える
電子機器。
【請求項１２】
請求項１に記載の光学デバイスを製造する光学デバイスの製造方法であって、
前記半導体素子の主面に前記受光部を形成する受光部形成工程と、
接着部層を介して前記半導体素子の主面に前記透光板を積層する積層工程と、
前記透光板の前記半導体素子に対面する面及びその裏面のうちの少なくとも一方に、前記受光部に光を集光する集光レンズとして機能する鋸歯状の凹凸部を形成する凹凸部形成工程とを含む
光学デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記凹凸部形成工程では、フレネルレンズ形状及び回折格子レンズ形状のいずれかの凹凸部を形成する
請求項１２に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記凹凸部形成工程では、前記半導体素子の主面とのなす角が垂直となる第１の側面と前記半導体素子の主面とのなす角が鋭角となる第２の側面とで構成される複数の円周状突起を、前記透光板の面に同心円状に形成する
請求項１３に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１５】
該光学デバイスの製造方法は、さらに、前記第１の側面に反射防止膜を形成する成膜工程を含む
請求項１４に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１６】
前記成膜工程では、前記反射防止膜を形成するのに先立って、前記第１の側面に遮光膜を形成する
請求項１５に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１７】
前記受光部形成工程では、前記受光部と電気的に接続される電極領域を前記主面に形成し、
該光学デバイスの製造方法は、さらに、前記半導体素子を厚さ方向に貫通する貫通孔を形成すると共に、一端が前記電極領域の裏面に接し、前記貫通孔の内部を通って、他端が前記半導体素子の主面と反対側の面まで延びる貫通電極を形成する貫通電極形成工程を含む
請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記貫通電極形成工程では、前記貫通電極が形成された後で前記貫通孔に充填層を充填する
請求項１７に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項１９】
前記貫通電極形成工程では、前記主面と反対側の面に位置する前記貫通電極の少なくとも一部を避けるように、前記主面と反対側の面を覆う絶縁層を形成する
請求項１７又は１８に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項２０】
該光学デバイスの製造方法は、さらに、前記貫通電極と電気的に接続される外部電極を、前記主面と反対側の面の前記絶縁層が形成されていない部分に形成する外部電極形成工程を含む
請求項１９に記載の光学デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を検知する光学デバイス及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、薄型化、軽量化及び高機能化の進展に伴い、半導体装置は、従来のパッケージ構造からベアチップあるいはＣＳＰ(チップ・サイズ・パッケージ)構造が主流になってきている。この中でも、ウエハ状態の組立工程において、貫通電極及び再配線形成によって電気的接続を可能にするウエハレベルＣＳＰ技術が注目されており、固体撮像素子をはじめとする光学デバイスにおいても、この技術が採用されてきている(例えば特許文献１参照)。
【０００３】
図４は、従来のウエハレベルＣＳＰ構造を有する固体撮像装置１００Ａの断面を模式的に示す図である。
【０００４】
従来の固体撮像装置１００Ａは、半導体素子１０１と、半導体素子１０１の主面に設けられた撮像素子１０２と、撮像素子１０２上に設けられたマイクロレンズ１０３と、撮像素子１０２の周辺に設けられた周辺回路領域１０４Ａと、周辺回路領域１０４Ａに電気的に接続された電極配線１０４Ｂとを含む固体撮像素子１００を備えている。
【０００５】
また、半導体素子１０１の主面上には接着部材１０５を介して、例えば光学ガラスからなる透光板１０６が設けられている。さらに、半導体素子１０１の内部には、半導体素子１０１を厚み方向に貫通する貫通電極１０７が設けられている。
【０００６】
加えて、半導体素子１０１の裏面は、貫通電極１０７に電気的に接続される金属配線１０８と、半導体素子１０１の裏面と金属配線１０８の一部とを覆う共に金属配線１０８の残りの部分に開口部を有する絶縁層１０９と、絶縁層１０９の開口部に設けられて金属配線１０８に電気的に接続された例えば半田からなる外部電極１１０とを備えている。
【０００７】
以上のように、従来の固体撮像装置１００Ａにおいて、撮像素子１０２と外部電極１１０とは、周辺回路領域１０４Ａと電極配線１０４Ｂと貫通電極１０７と金属配線１０８とを介して、電気的に接続されているので受光信号をフリップチップ用基板等に取り出すことができる。
【０００８】
上記構成の固体撮像素子１００は、例えば、カメラモジュールとして、ＩＲカットフィルタと、基板と、受動部品と、光学レンズ及び絞り等の光学部材とを積層化する。しかし、複数の光学部材を積層するため、容易にカメラモジュールの低背化を実現することができなかった。そこで、固体撮像素子１００上の透光板１０６にレンズを設けることによるモジュールの低背化が提案されている(特許文献２または特許文献３参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２０７４６１号公報
【特許文献２】特開２００７−０１２９９５号公報
【特許文献３】特開２００８−３１２０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記の固体撮像装置１００Ａでは、透光板１０６に入射する光線のうち、撮像素子１０２に対応する領域（以下「撮像領域」と表記する）に入射する光線のみが撮像素子１０２に到達し、撮像領域の外側の領域（以下「周辺領域」と表記する）に入射する光線は撮像素子１０２に到達しないという問題があった。つまり、透光板１０６に入射してきた光量に対し、撮像素子１０２で受光する光量が少ないので、結果的に撮像素子１０２の受光感度が低くなっていた。
【００１１】
また、周辺領域に入射する光線は、接着部材１０５にも照射されるため、光線の波長によっては接着部材１０５を劣化させるという耐光性の問題が生じてくる。
【００１２】
また、透光板１０６の側面、周辺領域に対応する半導体素子１０１表面、および接着部材１０５表面で反射した光が画像特性の劣化を招くという問題が生じており、場合によっては、撮像素子１０２と透光板１０６の側面との距離をある程度広く設ける必要がある。また、それに伴って、撮像領域を狭くしたり、固体撮像装置１００Ａを大きく（半導体素子１０１を大きくする、または透光板１０６を撮像素子１０２に対して大きくする）しなければならない。
【００１３】
しかしながら、撮像領域を狭くした場合は、有効画素数が減り鮮明な画像を取得できない。もしくは、マイクロレンズ１０３のサイズが小さくなることにより受光感度が減少する。一方、固体撮像装置１００Ａを大きくした場合は、固体撮像装置１００Ａの面積が大きくなるといった問題が生じてくる。
【００１４】
そこで本発明の目的は、上記従来の問題点を解決するもので、画像特性に優れ、高信頼性で、低コストで製造可能な光学デバイス、電子機器およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る光学デバイスは、半導体素子と、前記半導体素子の主面に設けられた受光部と、接着層を介して前記半導体素子の主面に積層された透光板とを備える。そして、前記透光板の前記半導体素子に対面する面及びその裏面のうちの少なくとも一方には、前記受光部に光を集光する集光レンズとして機能する鋸歯状の凹凸部が形成されている。
【００１６】
上記構成とすることにより、透光板に入射する光を効率良く受光部に集光することができるので、受光部の受光量が増えて受光感度が向上する。
【００１７】
また、前記凹凸部は、フレネルレンズ形状及び回折格子レンズ形状のいずれかであってもよい。より具体的には、前記凹凸部には、前記半導体素子の主面とのなす角が垂直な第１の側面と前記半導体素子の主面とのなす角が鋭角な第２の側面とで構成される複数の円周状突起が、同心円状に配置されていてもよい。上記の各構成を採用することにより、受光部に効率良く光を集光することができると共に、光学デバイスの低背化にも寄与する。
【００１８】
また、前記第１の側面には、反射防止膜が形成されていてもよい。これにより、第１の側面で反射した光が受光部に入射するのを有効に防止することができる。
【００１９】
さらに、前記第１の側面と前記反射防止膜との間には、遮光膜が形成されていてもよい。これにより、第１の側面から入射した光が受光部に到達するのを有効に防止することができる。
【００２０】
また、前記半導体素子の主面の面積と前記透光板の前記半導体素子に対面する面の面積とは、実質的に同じであってもよい。これにより、光学デバイスの小型化に寄与する。
【００２１】
さらに、該光学デバイスは、前記半導体素子を厚さ方向に貫通する貫通孔と、前記主面に設けられ、前記受光部と電気的に接続される電極領域と、一端が前記電極領域の裏面に接し、前記貫通孔の内部を通って、他端が前記半導体素子の前記主面と反対側の面まで延びる貫通電極とを備えてもよい。また、前記貫通孔の内部には、充填層が設けられていてもよい。さらに、該光学デバイスは、前記主面と反対側の面に位置する前記貫通電極の少なくとも一部を避けるように、前記主面と反対側の面を覆う絶縁層を備えてもよい。さらに、該光学デバイスは、前記主面と反対側の面上に設けられ、前記貫通電極の前記絶縁層に覆われていない部分と電気的に接続される外部電極を備えてもよい。
【００２２】
このように、透光板に凹凸部を設けると共に、受光素子からの信号を貫通電極を介して半導体素子の裏面に取り出すことにより、更なる小型化、薄型化を実現することができる。
【００２３】
本発明に係る電子機器は、表面に配線を有する基板と、前記基板の表面に取り付けられ、前記外部電極と前記配線とが電気的に接続された上記記載の光学デバイスとを備える。上記記載の光学デバイスを採用することにより、電子機器の小型化、薄型化に寄与する。
【００２４】
本発明に係る光学デバイスの製造方法は、上記記載の光学デバイスを製造する方法である。具体的には、前記半導体素子の主面に前記受光部を形成する受光部形成工程と、接着部層を介して前記半導体素子の主面に前記透光板を積層する積層工程と、前記透光板の前記半導体素子に対面する面及びその裏面のうちの少なくとも一方に、前記受光部に光を集光する集光レンズとして機能する鋸歯状の凹凸部を形成する凹凸部形成工程とを含む。
【００２５】
上記構成の製造方法によれば、透光板に入射する光を効率良く受光部に集光することのできる光学デバイスを製造することができる。なお、上記の製造方法における各工程の順序は限定されない。すなわち、凹凸部を透光板の半導体素子に対面する面に形成する場合には、凹凸部形成工程の後に積層工程を実行する。一方、凹凸部を透光板の裏面に形成する場合には、凹凸部形成工程と積層工程との先後は問わない。
【００２６】
また、前記凹凸部形成工程では、フレネルレンズ形状及び回折格子レンズ形状のいずれかの凹凸部を形成してもよい。より具体的には、前記凹凸部形成工程では、前記半導体素子の主面とのなす角が垂直となる第１の側面と前記半導体素子の主面とのなす角が鋭角となる第２の側面とで構成される複数の円周状突起を、前記透光板の面に同心円状に形成してもよい。これにより、さらに、光学デバイスの低背化することができる。
【００２７】
さらに、該光学デバイスの製造方法は、前記第１の側面に反射防止膜を形成する成膜工程を含んでもよい。また、前記成膜工程では、前記反射防止膜を形成するのに先立って、前記第１の側面に遮光膜を形成してもよい。
【００２８】
前記受光部形成工程では、前記受光部と電気的に接続される電極領域を前記主面に形成する。さらに、該光学デバイスの製造方法は、前記半導体素子を厚さ方向に貫通する貫通孔を形成すると共に、一端が前記電極領域の裏面に接し、前記貫通孔の内部を通って、他端が前記半導体素子の主面と反対側の面まで延びる貫通電極を形成する貫通電極形成工程を含んでもよい。
【００２９】
また、前記貫通電極形成工程では、前記貫通電極が形成された後で前記貫通孔に充填層を充填してもよい。
【００３０】
また、前記貫通電極形成工程では、前記主面と反対側の面に位置する前記貫通電極の少なくとも一部を避けるように、前記主面と反対側の面を覆う絶縁層を形成してもよい。
【００３１】
さらに、該光学デバイスの製造方法は、前記貫通電極と電気的に接続される外部電極を、前記主面と反対側の面の前記絶縁層が形成されていない部分に形成する外部電極形成工程を含んでもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によると、透光板上に集光レンズとして機能する鋸歯状の凹凸部を形成することにより、入射光を受光部に効率よく集光することができる。その結果、受光部の受光量が増えて受光感度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光学デバイスの構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の変形例である光学デバイスの構造を示す断面図、（ｃ）は（ａ）に示す凹凸部の拡大図である。
【図２】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光学デバイスの構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の変形例である光学デバイスの構造を示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る光学デバイスの構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の変形例である光学デバイスの構造を示す断面図である。
【図４】従来の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の形態を説明する。
【００３５】
(第１の実施形態)
以下、図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照して、本発明の第１の実施形態に係る例示的な光学デバイス１０Ａ、１０Ｂについて説明する。なお、図１（ａ）は、第１の実施形態に係る光学デバイス１０Ａの構造を示す断面図である。図１（ｂ）は、光学デバイス１０Ａの変形例である光学デバイス１０Ｂの構造を示す断面図である。図１（ｃ）は、光学デバイス１０Ａ、１０Ｂに設けられた凹凸部１６の拡大図である。
【００３６】
図１（ａ）に示すように、光学デバイス１０Ａは、半導体素子１１と、その表面（以下、「主面」と表記する）に受光部１２と、受光部１２の周辺に例えば受光部１２からの信号を処理する周辺回路領域１３と、一部Ａｌ、Ｃｕ等の金属薄膜で形成された電極領域１４と、接着部材２０を介して半導体素子１１の主面に積層された透光板１５とを備えている。
【００３７】
この光学デバイス１０Ａは、典型的には、固体撮像素子である。つまり、受光部１２の表面（図１（ａ）の上面）には、複数のフォトダイオード（図示省略）がマトリックス上に配置される。さらに、複数のフォトダイオードの上面には、マイクロレンズ（図示省略）が配置される。
【００３８】
ここで透光板１５は、光学ガラスもしくは光学樹脂等から構成されており、その表面には鋸歯状の凹凸部１６が形成されている。第１の実施形態においては、凹凸部１６は、透光板１５の半導体素子１１に対面する面（図１（ａ）の下面）と反対側の面（図１（ａ）の上面）に形成されている。この鋸歯状の凹凸部１６はフレネルレンズ形状もしくは回折格子レンズ形状であり、その寸法形状は受光部１２の領域や確保したい画像特性によって決定すればよい。
【００３９】
より具体的には、凹凸部１６は、透光板１５の上面に同心円状に形成された複数の円周状突起で構成される。この円周状突起は、それぞれ半導体素子１１の主面とのなす角が垂直な第１の側面１７Ａと、半導体素子１１の主面とのなす角が鋭角な第２の側面１７Ｂとで構成される。
【００４０】
なお、第１及び第２の側面１７Ａ、１７Ｂの位置関係は、凹凸部１６が設けられる面（半導体素子１１に対面する面若しくはその裏面）と、透光板１５及び凹凸部１６に接する物質の屈折率の大小関係とによって決定される。
【００４１】
第１の実施形態において、凹凸部１６は透光板１５の上面に形成されており、且つ凹凸部１６に接しているのは空気（大気）であるので、「透光板１５の屈折率」＞「空気の屈折率」となる。この場合には、円周状突起それぞれの内側側面が第１の側面１７Ａとなり、外側側面が第２の側面１７Ｂとなる。
【００４２】
上記構成とすることにより、透光板１５の周辺領域に入射した光をも受光部１２に集光することができる。つまり、凹凸部１６は、受光部１２に光を集光する集光レンズとして機能する。
【００４３】
また、フレネルレンズ形状のように、凹凸部１６の第２の側面１７Ｂと半導体素子１１の主面とのなす角を、円周突起毎に異ならせてもよい。第１の実施形態において、中央部（内側）に近付く程角度が小さくなり、外縁部（外側）に近付く程角度が大きくなっている。
【００４４】
また、回折格子レンズ形状のように、隣接する円周突起の間隔を、中央部（内側）に近付く程広くし、外周部（外部）に近づく程狭くしてもよい。このとき、凹凸部１６を構成する複数の円周状突起それぞれは、迷光を撮像領域に集光させず、且つ回折効率を高めるために、外側側面を第１の側面１７Ａとし、内側側面を第２の側面１７Ｂとするのが望ましい。また、光線を任意の波長や回折次数で強め合うように、鋸歯の高さを適宜変更してもよい。任意の波長だけでなく複数の波長の回折効率を高めるために、凹凸部１６を持つ透光板１５を複数重ね合わせてもよい。
【００４５】
加えて、図１（ｃ）に示すように、凹凸部１６の第１の側面１７Ａには遮光膜１８及び反射防止膜１９を形成してもよい。遮光膜１８は、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ等の金属で形成される。反射防止膜１９は、無機材料もしくは有機材料のどちらでも構わない。そして、第１の側面１７Ａには、まず遮光膜１８を形成し、遮光膜１８の上に反射防止膜１９を積層するのが望ましい。
【００４６】
尚、ここで第１の側面１７Ａには、反射防止膜１９のみを形成してもよい。また、遮光膜１８のみを形成してもよい。さらには、遮光膜１８と反射防止膜１９とを形成する代わりに、遮光と反射防止の特性を併せ持つ単一の遮光・反射防止膜を形成してもよく、例えば、ＣｒＯを形成することが望ましい。
【００４７】
また、接着部材２０は、樹脂材から構成されており、図１（ａ）に示す光学デバイス１０Ａのように半導体素子１１の全面に形成される構成であってもよいし、図１（ｂ）に示す光学デバイス１０Ｂのように、受光部１２を除く領域（周辺領域）にのみ形成される構成であってもよい。つまり、接着部材２０は、光学デバイス１０Ｂのように、受光部１２と透光板１５との間が中空のキャビティ構造であってもよく、光学デバイス１０Ａ、１０Ｂの電気特性、画像特性、受光部１２の領域（撮像領域）、耐光性、半導体素子１１と透光板１５との接着強度によって適宜選択すればよい。
【００４８】
また、光学デバイス１０Ａは、さらに、半導体素子１１を厚さ方向に貫通し、且つ電極領域１４の直下部に形成される貫通孔２１(例えば、深さが１００〜３００μｍ)と、半導体素子１１の裏面（図１（ａ）の下面）の一部と貫通孔２１の内部に渡って形成された貫通電極２２を備える。
【００４９】
ここで、貫通電極２２は、例えばＴｉ、Ｃｕ等の金属からなり、電極領域１４と電気的に接続されている。また、貫通孔２１には、例えば樹脂からなる充填層２３が充填されている。ここで、この貫通電極２２は、図１（ａ）のように貫通孔２１内部の表面だけを覆う構成であってもよいし、充填層２３の代わりに、貫通孔２１を完全に埋める構成であってもよい。
【００５０】
また、半導体素子１１の裏面には、貫通電極２２を覆うと共にその一部に開口部を有する絶縁層２４が形成されている。つまり、絶縁層２４は、半導体素子１１の裏面に位置する貫通電極２２の少なくとも一部を避けるように形成されているので、貫通電極２２の一部は、絶縁層２４から露出している。
【００５１】
この絶縁層２４は、例えば、樹脂材料で形成されている。加えて、絶縁層２４の開口部には貫通電極２２と電気的に接続された外部電極２５が形成されている。この外部電極２５は、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ組成の鉛フリー半田材料で形成されている。
【００５２】
つまり、貫通電極２２は、その一端が電極領域１４の裏面に接し、貫通孔２１の内部を通って、他端が外部電極２５に電気的に接続されている。このように、電極領域１４が貫通電極２２を介して外部電極２５と電気的に接続されているため、第１の実施形態に係る光学デバイス１０Ａ、１０Ｂにおける受光信号の取出しが可能となる。
【００５３】
以上のように、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した第１の実施形態に係る光学デバイス１０Ａ、１０Ｂによると、透光板１５上に形成された鋸歯状の凹凸部１６により、入射光を受光部１２に効率よく集光することができる。これにより、受光量が増えて受光感度が向上する。加えて、透光板１５上に凸レンズを形成するよりも光学デバイス１０Ａ、１０Ｂの低背化が実現できる。
【００５４】
更に、鋸歯状の凹凸部１６において、半導体素子１１の主面と第２の側面１７Ｂとのなす角を調整することにより、透光板１５の側面からの入射光及び反射光が受光部１２に入射するのを抑制することができ、固体撮像素子としての画像特性の劣化を軽減することができる。また、受光部１２と透光板１５の側面との距離を短くすることができるので、受光面積が拡大し受光感度が向上する。もしくは、受光領域を維持したまま半導体素子１１の面積を小さくすることができ、光学デバイス１０Ａの小型化が可能となる。
【００５５】
また、凹凸部１６をフレネルレンズ形状とする場合、第２の側面１７Ｂと半導体素子１１の主面とのなす角を円周突起毎に異ならせることで、より一層効率よく撮像領域に集光することができると共に、光学デバイス１０Ａの低背化にも寄与する。
【００５６】
凹凸部１６を回折格子レンズ形状とする場合は、隣接する円周状突起の間隔を、中央部（内側）に近付く程広くし、外周部（外部）に近づく程狭くするのが望ましい。これにより、光の回折により撮像領域に集光することができると共に、光学デバイス１０Ａの低背化にも寄与する。また、凹凸部１６を持つ透光板１５を複数重ね合わせることで、複数の波長に高い回折効率を持つようになり、更に効率よく撮像領域に集光することができる。
【００５７】
また、接着部材２０が緩衝材となり、プローブ検査の際のプローブ押し込みによる圧縮負荷を軽減することができる。これは、図１（ａ）のような接着部材２０が半導体素子１１の全面に形成される構造の場合に、特に圧縮負荷を軽減することができる。その結果、抗折強度の優れた光学デバイス１０Ａを得ることができる。
【００５８】
加えて、透光板１５の側面からの入射光を抑制することから、図１（ｂ）のような中空構造においては、周辺領域に位置する接着部材２０に入射する光線が減少するので、接着部材２０の特性劣化を引き起こす波長が存在する場合においても、接着部材２０の耐光性を考えなくてよい。その結果、接着部材２０の選択範囲が拡がりコスト削減が可能となる。
【００５９】
また、凹凸部１６の第１の側面１７Ａに反射防止膜１９を備えることにより、第１の側面１７Ａからの反射光を防止することができる。更には、遮光且つ反射防止する膜を形成することにより、第１の側面１７Ａからの反射光及び入射光を防止することができる。その結果、固体撮像素子としての更なる画像特性の向上を図ることができる。
【００６０】
つまり、第１の実施形態において例示した光学デバイス１０Ａ、１０Ｂは、従来よりも受光感度・画像特性に優れ、ならびに光学デバイス１０Ａ、１０Ｂの小型化・低背化に優れている。
【００６１】
なお、図１（ｂ）に示した光学デバイス１０Ｂは、受光部１２の直上が中空（キャビティ構造）になっていることを除けば、図１（ａ）に示した光学デバイス１０Ａと同一の構造であるので、詳しい説明は省略する。このような光学デバイス１０Ｂであっても上述と同様の効果を得られることは言うまでもない。
【００６２】
（第２の実施形態）
以下、図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して、本発明の第２の実施形態に係る光学デバイス１０Ｃ、１０Ｄについて説明する。なお、図２（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る光学デバイス１０Ｃの構造を示す断面図である。図２（ｂ）は、光学デバイス１０Ｃの変形例である光学デバイス１０Ｄの構造を示す断面図である。
【００６３】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、光学デバイス１０Ｃ、１０Ｄは、第１の実施形態の光学デバイス１０Ａ、１０Ｂと比較すると、透光板１５の半導体素子１１に対面する面に鋸歯状の凹凸部１６が形成されている点が異なる。そこで、以降の説明は上記の実施形態との相違点を中心に説明することとし、図１（ａ）〜図２（ｂ）で同一の構成要素には共通の参照番号を付して詳しい説明は省略する。
【００６４】
図２（ａ）に示すように、第２の実施形態に係る光学デバイス１０Ｃは、透光板１５の半導体素子１１に対面する面（図２（ａ）の下面）に鋸歯状の凹凸部１６を備えている。つまり、透光板１５の凹凸部１６が接着部材２０を介して半導体素子１１の主面と対抗するように構成されている。
【００６５】
ここで接着部材２０は、図２（ａ）に示すように、半導体素子１１全面に形成されている構成であってもよい。または、図２（ｂ）に示すように、受光部１２の直上（撮像領域）を除く領域（周辺領域）に形成される構成であってもよい。つまり、光学デバイス１０Ｄのように、受光部１２と透光板１５との間が中空のキャビティ構造であってもよく、光学デバイスの電気特性、画像特性や受光部１２の領域（撮像領域）によって適宜選択すればよい。
【００６６】
また、接着部材２０の屈折率は、「透光板１５の屈折率」≠「接着部材２０の屈折率」を満たすことを前提として、凹凸部１６の寸法形状、接着部材２０の屈折率、接着部材２０の厚さを光学デバイス１０Ｃ、１０Ｄの画像特性や受光部１２の領域によって適宜選択すればよい。
【００６７】
また、第２の実施形態において、凹凸部１６は透光板１５の下面に形成され、且つ「透光板１５の屈折率」＜「接着部材２０の屈折率」を前提とし、凹凸部１６を構成する円周状突起それぞれの外側側面が第１の側面１７Ａとなり、内側側面が第２の側面１７Ｂとなる。
【００６８】
また、凹凸部１６がフレネルレンズ形状のように、第２の側面１７Ｂと半導体素子１１の主面とのなす角は、中央部（内側）に近付く程小さくなり、外縁部（外側）に近付く程大きくなっている。
【００６９】
凹凸部１６が回折格子レンズ形状のように、隣接する円周突起の間隔を、中央部（内側）に近付く程広くし、外周部（外部）に近づく程狭くしてもよい。このとき、「透光板１５の屈折率」≠「接着部材２０の屈折率」を前提として、凹凸部１６を構成する複数の円周状突起それぞれは、迷光を撮像領域に集光させず、且つ回折効率を高めるために、内側側面を第１の側面１７Ａとし、外側側面を第２の側面１７Ｂとするのが望ましい。また、光線を任意の波長や回折次数で強め合うように、鋸歯の高さを適宜変更してもよい。任意の波長だけでなく複数の波長の回折効率を高めるために、凹凸部１６を持つ透光板１５を複数重ね合わせてもよい。
【００７０】
このような構成により、光学デバイス１０Ｃは、第１の実施形態において説明した効果に加えて、以下の効果を有する。
【００７１】
透光板１５の下面に形成された鋸歯状の凹凸部１６が、接着部材２０を介して半導体素子１１の主面と対抗するように構成されている。この凹凸形状により、半導体素子１１と接着部材２０との接着面積が増加する。これにより、半導体素子１１と透光板１５との接着力を強化することがきる。その結果、半導体素子１１と透光板１５とのシェア強度等が向上する。特に、図２（ａ）に示すような光学デバイス１０Ｃにおいては、接着力の強化は顕著に現れる。
【００７２】
また、凹凸部１６を回折格子レンズ形状とする場合、「透光板１５の屈折率」≠「接着部材２０の屈折率」を前提として、接着剤を選択すればよいので接着剤の選択範囲が拡がりコスト削減が可能となる。
【００７３】
尚、図２（ｂ）に示した光学デバイス１０Ｄは、受光部１２の直上が中空（キャビティ構造）になっていることを除けば、図２（ａ）に示した光学デバイス１０Ｃと同一の構造であるので、詳しい説明は省略する。このような光学デバイス１０Ｄにおいても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７４】
(第３の実施形態)
以下、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、本発明の第３の実施形態に係る光学デバイス１０Ｅ、１０Ｆについて説明する。なお、図３（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る光学デバイス１０Ｅの構造を示す断面図である。図３（ｂ）は、光学デバイス１０Ｅの変形例である光学デバイス１０Ｆの構造を示す断面図である。
【００７５】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、光学デバイス１０Ｅ、１０Ｆは、第１の実施形態の光学デバイス１０Ａと比較すると、透光板１５の上面だけでなく下面にも鋸歯状の凹凸部１６が形成されている点が異なる。そこで、以降の説明は上記の各実施形態との相違点を中心に説明することとし、図１（ａ）〜図３（ｂ）で同一の構成要素には共通の参照番号を付して詳しい説明は省略する。
【００７６】
図３（ａ）に示すように、第３の実施形態に係る光学デバイス１０Ｅは、透光板１５の上面だけでなく、下面にも鋸歯状の凹凸部１６が形成されている。ここで、透光板１５の上面に形成される凹凸部１６は第１の実施形態と同一の構成とすることができ、下面に形成される凹凸部１６は第２の実施形態と同一の構成とすることができる。また、透光板１５及び接着部材２０の屈折率の関係は、第２の実施形態の場合と同様であるとして、凹凸部１６の寸法形状、接着部材２０の屈折率、接着部材２０の厚さを光学デバイス１０Ｅの画像特性や受光部１２の領域によって適宜選択すればよい。
【００７７】
このように、透光板１５の上面及び下面に凹凸部１６を設けたことにより、第１及び第２の実施形態において説明した効果に加えて、更に受光部１２に効率よく集光することができ、受光感度が向上する。
【００７８】
なお、図３（ｂ）に示した光学デバイス１０Ｆは、受光部１２の直上が中空（キャビティ構造）になっていることを除けば、図３（ａ）に示した光学デバイス１０Ｅと同一の構造であるので、詳しい説明は省略する。このような光学デバイス１０Ｆにおいても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７９】
（各実施形態の例示的光学デバイスの製造方法）
以下に、第１の実施形態に係る光学デバイス１０Ａの製造方法について説明する。この製造方法は、拡散工程、凹凸部の形成工程、反射防止膜の形成工程、透光板の貼り付け工程、バックグラインド工程、貫通電極の形成工程、半田ボール形成工程、及びダイシング工程等を含む。なお、上記の各工程の順序は、一部を除いて適宜変更することができるものとする。
【００８０】
//拡散工程（受光部形成工程）
図１（ａ）を参照して、光学デバイス１０Ａの製造方法を説明する。始めに、半導体素子１１を複数個含むウエハを準備する。各半導体素子１１は公知の方法により形成され、半導体素子１１の主面は受光部１２と周辺回路領域１３と電極領域１４とを備えるものとする。ここで、電極領域１４は、例えばＡｌ，Ｃｕ等の金属薄膜から成る。
【００８１】
//凹凸部の形成工程
次に、透光板１５の上面に鋸歯状の凹凸部１６を形成する。具体的には、半導体素子１１の主面とのなす角が垂直となる第１の側面１７Ａと、半導体素子１１の主面とのなす角が鋭角となる第２の側面１７Ｂとで構成される複数の円周状突起を、透光板１５の上面に同心円状に形成する。
【００８２】
凹凸部１６を形成するには、例えば、金型を用いたエンボス加工法、バイトを用いた切削加工法で形成する。もしくは、あらかじめレンズ形状が形成されたレンズシートを貼り合わせてもよい。
【００８３】
金型を用いたエンボス加工は、凹凸部１６を透光板１５の全面に一括形成できるため、加工時間、コストに優れている。一方、レンズシートを貼り付ける場合は、レンズシートは有機材料・無機材料どちらでも構わないが、透光板１５とレンズシートとの屈折率は等しいほうが望ましい。これにより、透光板１５とレンズシートとの接着界面での、入射光の反射と屈折を防止することができる。
【００８４】
//反射防止膜の形成工程（成膜工程）
その後、凹凸部１６の第１の側面１７Ａに反射防止膜１９を形成する。反射防止膜１９を形成する場合、例えば透光板１５にＣＶＤ法を用いて反射防止膜１９を堆積させる方法を用いる。まず、透光板１５の表面全面にＣＶＤ法で、例えばＳｉＮ等の誘電体膜を堆積させる。その後、例えばＣＦ系の反応ガスを用いたＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）で、第１の側面１７Ａ以外のＳｉＮの除去を行い、任意の形状を形成する。これにより、第１の側面１７Ａからの反射光を防止することができ、固体撮像素子としての画像特性の向上を図ることができる。
【００８５】
更に、第１の側面１７Ａに遮光膜１８と反射防止膜１９とを形成する場合は、まず、透光板１５の表面全面にＰＶＤ法またはＣＶＤ法を用いて、例えばＡｌ、Ｃｒ、Ａｕ等の金属膜を堆積した後、イオンエッチング法を用いて第１の側面１７Ａ以外の金属膜の除去を行う。その後は、上記の方法で反射防止膜１９を形成する。また、遮光特性と反射防止特性を兼ね備えた単一の膜を形成する場合は、例えば、透光板１５に表面全面にＣＶＤ法もしくは反応性スパッタ法を用いて例えばＣｒＯを堆積した後、イオンエッチング法を用いて第１の側面１７Ａ以外のＣｒＯの除去を行い、任意の形状に形成する。
【００８６】
//透光板の貼付け工程（積層工程）
次に、ウエハ状の複数の半導体素子１１に樹脂よりなる接着部材２０を塗布し、ウエハ状の透光板１５と接着（積層）する。または、ウエハ状の透光板１５に塗布してからウエハ状の複数の半導体素子１１と接着してもよい。接着部材２０の塗布方法は、スピンコート法、印刷充填法、ディスペンサ法等を用いてもよい。尚、図１（ｂ）のように中空のキャビティ構造を持つ光学デバイス１０Ｂにおいて、接着部材２０の塗布にスピンコート法を用いる際は、感光性の接着部材２０を用いて、且つフォトリソグラフィによりパターニングをすることが望ましい。
【００８７】
尚、ウエハ状の半導体素子１１とウエハ状の透光板１５とを貼り合わせた後、透光板１５の表面に凹凸部１６、反射防止膜１９等を形成してもよい。
【００８８】
//バックグラインド工程
次に、ウエハの厚さを予め所望の値（一般に、１００〜３００μｍ程度）にまでバックグラインドし、更に、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の鏡面処理を施しておくことが望ましい。
【００８９】
//貫通電極の形成工程
続いて、半導体素子１１の裏面から、電極領域１４の裏面に達するように半導体素子１１を厚さ方向に貫通する貫通孔２１を形成する。具体的には、レジスト、ＳｉＯ2、金属膜等をマスクとし、ドライエッチング、ウェットエッチング等を行なえば良い。
【００９０】
次に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や絶縁ペーストの印刷充填法等を用いて、半導体素子１１の裏面全体、ならびに、半導体素子１１、貫通孔２１の内部に図１には示されていないＳｉＯ2等の絶縁膜を形成する。
【００９１】
続いて、再度ドライエッチングやウェットエッチング等を用いて、電極領域１４に形成された絶縁膜を除去した後、貫通孔２１の内部に設けられ、貫通孔２１の内部から半導体素子１１の裏面にまで延びるように設けられる貫通電極２２を形成する。例えば、スパッタ法等を用いて、半導体素子１１の表面の全面に金属薄膜を形成する。
【００９２】
ここで、金属薄膜には、主にＴｉ、ＴｉＷ、Ｃｒ、Ｃｕ等を用いる。続いて、ドライフィルム貼り付け又はスピンコートによる感光性の液状レジスト塗布を行なった後、フォトリソグラフィ技術を用いて、露光及び現像により貫通電極２２に合わせてレジストをパターニングする。尚、レジストの厚さは、最終的に形成したい貫通電極２２の厚さに応じて決定すればよい。一般には、５〜３０μｍ程度とする。そして、電解めっき法を用いて、Ｃｕ等の金属で貫通電極２２を形成する。
【００９３】
次に、貫通電極２２が形成された貫通孔２１に充填層２３を形成する。充填する材料としては、金属又は樹脂を用いることができる。金属を充填する場合は、電解めっき法を用いて金属めっきを充填するか、又は、印刷充填法、ディッピング等を用いて主に金属ペーストを充填すればよい。
【００９４】
電解めっき法によって充填する場合は、貫通電極２２を形成するのと同時に行なうことが望ましい。この際、充填層２３は貫通孔２１を完全に埋め込むように充填する。また、充填層２３と貫通電極２２とを別々に形成する場合は、例えば貫通電極２２を形成した後に、貫通孔２１の部分に開口を持つマスクを形成し、電解めっき法を用いて貫通孔２１に充填層２３を形成する。
【００９５】
樹脂材料を充填する場合は、液状の光硬化型又は熱硬化型の樹脂をスピンコートにより充填するか、又は、樹脂ペーストを印刷充填法、ディッピング等により充填すれば良い。
【００９６】
//半田ボールの形成工程（外部電極形成工程）
続いて、半導体素子１１の裏面に、貫通電極２２を覆うように絶縁層２４を形成する。例えば、絶縁層２４は、感光性樹脂を用い、スピンコート又はドライフィルム貼り付けによって形成する。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、絶縁層２４を選択的に除去することにより、貫通電極２２の一部を露出させる開口部を形成する。
【００９７】
続いて、貫通電極２２に設けた開口部に対し、フラックスを用いた半田ボール搭載法、半田ペースト印刷法又は電気めっき法により、電極領域１４と電気的に接続する外部電極２５を形成する。この材料としては、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ組成の鉛フリー半田材料を用いる。
【００９８】
//ダイシング工程
その後、例えばダイシングソー等の切削部材を用い、半導体素子１１を複数含むウエハを切削し、複数の光学デバイス１０Ａとして個片化する。尚、複数の半導体素子１１を個片化した後に、半導体素子１１をそれぞれピックアップし、透光板１５に貼り付けても構わない。これにより、半導体素子１１と透光板１５とが実質的に同じ大きさ、言い換えれば、半導体素子１１の主面と透光板１５の半導体素子１１に対面する面の面積が実質的に同じになる。なお、「実質的に同じ」とは、ある程度の誤差が許容されることを意味し、その誤差は、例えば、３％以下、より好ましくは１％以下とする。
【００９９】
//第２の実施形態の説明
次に、第２及び第３の実施形態の光学デバイス１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆについて、上記の製造方法との相違点を説明する。主に、製造する順番が異なるのみなので、よって詳しい形状形成法は省略する。
【０１００】
まず、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す光学デバイス１０Ｃ、１０Ｄは、透光板１５の下面に鋸歯状の凹凸部１６を備えている。つまり、透光板１５の凹凸部１６が接着部材２０を介して半導体素子１１の主面と対抗するように構成されている。このためには、まず透光板１５の下面に凹凸部１６を形成した後に、透光板１５の凹凸部１６が接着部材２０を介して半導体素子１１と対抗するように、半導体素子１１と透光板１５とを接着する。
【０１０１】
また、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す光学デバイス１０Ｅ、１０Ｆは、透光板１５の上面と下面とに鋸歯状の凹凸部１６を備えている。このためには、まず透光板１５の上面及び下面それぞれに凹凸部１６を形成した後に、透光板１５の凹凸部１６が接着部材２０を介して半導体素子１１と対抗するように、半導体素子１１と透光板１５とを接着する。もしくは、透光板１５の下面に凹凸部１６を形成した後に、透光板１５の凹凸部１６が接着部材２０を介して半導体素子１１と対抗するように、半導体素子１１と透光板１５とを接着し、最後に透光板１５の上面の凹凸部１６を形成してもよい。
【０１０２】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の半導体装置は、光学デバイス（固体撮像素子をはじめ、フォトダイオード、レーザーモジュール等の各種半導体装置や各種モジュール）に特に好適である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ    光学デバイス
１１，１０１                                      半導体素子
１２                                              受光部
１３，１０４Ａ                                    周辺回路領域
１４                                              電極領域
１５，１０６                                      透光板
１６                                              凹凸部
１７Ａ                                            第１の側面
１７Ｂ                                            第２の側面
１８                                              遮光膜
１９                                              反射防止膜
２０，１０５                                      接着部材
２１                                              貫通孔
２２，１０７                                      貫通電極
２３                                              充填層
２４，１０９                                      絶縁層
２５，１１０                                      外部電極
１００                                            固体撮像素子
１００Ａ                                          固体撮像装置
１０２                                            撮像素子
１０３                                            マイクロレンズ
１０４Ｂ                                          電極配線
１０８                                            金属配線
【図１】
2010245292.tif 000003
【図２】
2010245292.tif 000004
【図３】
2010245292.tif 000005
【図４】
2010245292.tif 000006