(57)【要約】【課題】遮光性と耐熱性とに優れた構造を有する固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置は、凹部を有するキャビティ１と、凹部の底面に搭載され、複数の受光素子が配置された撮像領域を有する半導体基板９と、半導体基板９上に、撮像領域４を覆うように設けられた透明部材６と、凹部における半導体基板９及び透明部材６とキャビティ１との隙間を充填するように形成され、表面領域が遮光性を有する粉体３ｂとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する半導体パッケージと、
前記凹部の底面に搭載され、複数の受光素子が配置された撮像領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板上に、前記撮像領域を覆うように設けられた透明部材と、
前記凹部における前記半導体基板及び前記透明部材と前記半導体パッケージとの隙間を充填するように形成され、表面領域が遮光性を有する埋め込み層とを備えている、固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記遮光性を有する前記表面領域は、粉末が前記埋め込み層に固着している領域である、固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像装置において、
前記埋め込み層は、前記透明部材上には形成されないように、前記隙間に充填されている、固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記撮像領域上に形成された複数のマイクロレンズをさらに備えており、
前記透明部材は、前記複数のマイクロレンズを覆うように設けられている、固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記半導体基板と前記透明部材とは、透明接着材を介して接着されている、固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記埋め込み層の屈折率ｎは、ｎ＝１．４１以上であって且つ１．５１以下である、固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記埋め込み層の硬化前の粘度は、温度が２５℃であるとき、１０Ｐ以下である、固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像領域上を透明部材が覆う構造を有する固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像装置は、例えばプラスチック樹脂又はセラミックからなる箱型容器内に固体撮像素子が搭載され、該箱型容器の蓋部として透明部材が設けられた中空構造を有する構成が主流であった。
【０００３】
従来の固体撮像装置の構成では、透明部材と中空構造における空気との屈折率差により、透明部材、空気、及び撮像素子表面のそれぞれの界面で反射が生じる。このため、従来の固体撮像装置は、入射光に対する透過率が低下していた。また、組み立て工程中に、固体撮像素子の撮像領域面上に塵埃の付着が生じることにより、画像不良が発生していた。さらに、金ワイヤが中空部分に露出する構造であるため、固体撮像素子の導体パターン面に所定距離以上接近させて遮光板を配置させることができない。このため、ワイヤ等からの反射光が撮像領域に侵入するので、電気信号を画像に変換した場合、画像にフレア又はスミア等の光学雑音が現れていた。
【０００４】
従来の固体撮像装置における上記の問題に対して、図５に示す構造を有する固体撮像装置が提案されている。すなわち、キャビティ１０１の凹部には、表面中央部に撮像領域１０４を有すると共に該撮像領域１０４の周縁部に周辺回路領域（図示せず）を有する半導体基板１０９が装着されている。半導体基板１０９の上には、撮像領域１０４上を覆うように、透明接着材１０５を介して透明部材１０６が形成されている。半導体基板１０９の周縁部に形成された電極端子１０７は、金ワイヤー１０８を介して、内部配線１０２におけるキャビティ１０１の凹部に露出する部分と接続されている。内部配線１０２は、キャビティ１０１の外部に露出している外部端子１１０と接続されている。キャビティ１０１の凹部における半導体基板１０９及び透明部材１０６が配置されていない領域には、透明部材１０６の周辺領域の少なくとも一部を遮光するための遮光層１０３が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第５１２２８６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記図５に示した従来の固体撮像装置では、遮光層により、透明部材の側面部分へ入射する迷光を遮断することができ、良好な画像特性を得ている。その一方で、遮光層がその機能を十分に果たすためには、遮光層を形成する際に、透明部材の外周の狭い部分に隙間無く充填することが重要であるところ、未充填部分が発生して空洞が形成されると、強度及び耐湿性低下、並びに遮光不足の原因となっている。
【０００６】
このように、遮光層を構成する樹脂材料には良好な流動性及び遮光性が求められ、良好な流動性を得ようとすると、樹脂中に混練する粒子成分を減らして粘度を下げる手法が一般的である。この場合、樹脂成分の割合が多くなるにつれて、樹脂材料の線膨張係数が上がる。このため、急激な温度変化の際に、透明部材と遮光層との界面、箱型容器と遮光層との界面が剥離するので、耐熱性に問題が生じている。さらに、樹脂材料に遮光成分として混練される黒色粒子も樹脂粘度を上げる要因となっている。
【０００７】
一方で、遮光層の一部が透明部材の表面上にはみ出して形成され、遮光層の一部が透明部材の表面に付着した場合には、入射光が遮断されて画像不良が発生する。このため、透明部材の側面を隙間無く充填して遮光すると共に、透明部材の表面に遮光部材を付着させないように、高度なマスキング技術が必要となっている。
【０００８】
前記に鑑み、本発明の目的は、高度なマスキング技術を要することなく、遮光層による遮光性と耐熱性とに優れた構造を有する固体撮像装置及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】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明の例示的形態に係る固体撮像装置は、凹部を有する半導体パッケージと、凹部の底面に搭載され、複数の受光素子が配置された撮像領域を有する半導体基板と、半導体基板上に、撮像領域を覆うように設けられた透明部材と、凹部における半導体基板及び透明部材と半導体パッケージとの隙間を充填するように形成され、表面領域が遮光性を有する埋め込み層とを備えている。
【００１０】
本発明の例示的形態に係る固体撮像装置によると、表面領域に遮光性を有する埋め込み層によって、凹部の隙間が充填されているため、遮光性と耐熱性とに優れた固体撮像装置を実現できる。
【００１１】
本発明の例示的形態に係る固体撮像装置において、遮光性を有する前記表面領域は、粉末が前記埋め込み層に固着している領域であることが好ましい。
【００１２】
本発明の例示的形態に係る固体撮像装置において、埋め込み層は、透明部材上には形成されないように、前記隙間に充填されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の例示的形態に係る固体撮像装置において、撮像領域上に形成された複数のマイクロレンズをさらに備えており、透明部材は、複数のマイクロレンズを覆うように設けられていることが好ましい。
【００１４】
本発明の例示的形態に係る固体撮像装置において、半導体基板と透明部材とは、透明接着材を介して接着されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の例示的形態に係る固体撮像装置において、埋め込み層の屈折率ｎは、ｎ＝１．４１以上であって且つ１．５１以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明の例示的形態に係る固体撮像装置において、埋め込み層の硬化前の粘度は、温度が２５℃であるとき、１０Ｐ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明の例示的形態に係る固体撮像装置によると、高度なマスキング技術を要することなく、遮光性と耐熱性とに優れた固体撮像装置が実現される。その結果、画像特性に優れ、高品質、及び高信頼性を有する固体撮像装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の例示的一実施形態に係る固体撮像装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の例示的一実施形態に係る固体撮像装置を構成する各部分の材料又は機能については、重複する説明を避けるために、当該固体撮像装置を製造する方法の説明部分において具体的に言及することにする。
【００１９】
まず、本発明の例示的一実施形態に係る固体撮像装置の構造について説明する。
【００２０】
図１（ａ）は、本発明の例示的一実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の一部の拡大断面図である。
【００２１】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体パッケージとしてのキャビティ１の凹部には、表面中央部に受光部である撮像領域４を有すると共に該撮像領域４の周縁部に周辺回路領域（図示せず）を有する半導体基板９が装着されている。半導体基板９の上には、撮像領域４上を覆うように、透明接着材５を介して透明部材６が形成されている。半導体基板９の周縁部に形成された電極端子７は、金属細線８を介して、内部配線２におけるキャビティ１の凹部に露出する部分と接続されている。内部配線２は、キャビティ１の外部に露出している外部端子１０と接続されている。キャビティ１の凹部における半導体基板９及び透明部材６が配置されていない領域には、表面領域に遮光性を有する粉体３ｂを備えた埋め込み層としての透明樹脂３ａが形成されている。
【００２２】
次に、上記固体撮像装置を製造する方法について説明する。
【００２３】
図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）、及び図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の例示的一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、例えば上部にマイクロレンズ（図示せず）が形成された複数の撮像領域４と該撮像領域４の各周辺部に周辺回路領域（図示せず）とを有し、各周辺回路領域上に電極端子７が形成された半導体基板９を準備する。続いて、接着材塗布ノズル１１を用いて、半導体基板９の上に、撮像領域４上を覆うように透明接着材５を塗布する。続いて、透明接着材５の上に、撮像領域４上を覆うように透明部材６を接着する。
【００２５】
ここで、透明接着剤５は透明部材６の屈折率と近似する屈折率を有することが好ましい。具体的には、透明接着材５の屈折率ｎは、ｎ＝１．４１以上で且つ１．５１以下であることが好ましい。このようにすると、透明接着相５と透明部材６との界面における入射光の反射が減少するため、入射光に対する透過効率が上昇し、その結果、固体撮像素子の感度が向上する。
【００２６】
また、マイクロレンズが形成された撮像領域４を覆うように透明部材６を形成する場合を例に説明したが、撮像領域４のみを覆うように形成する場合であっても、半導体基板９の全面を覆うように形成する場合であってもよい。また、撮像領域４の上に、マイクロレンズが形成されていない構造である場合であってもよい。
【００２７】
また、透明部材６を接着する方法としては、複数の透明部材６を個別に貼り付ける方法、転写シート等に複数の透明部材６を貼り付けた透明部材群を一括で貼り付ける方法、又は、半導体基板９と同じサイズの透明部材６を貼り付ける方法を用いることができる。
【００２８】
次に、図２（ｂ）に示すように、ダイシングブレード１２を用いて、半導体基板９を切断することにより、個片化された各固体撮像素子を形成する。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示すように、例えばエポキシ樹脂又はアルミナセラミックなどからなる半導体パッケージであって、上面側に凹部が形成された矩形箱状のキャビティ１を準備する。また、キャビティ１は、固体撮像素子と電気的に接続するための内部配線２、及び該内部配線２と電気的に接続する外部端子１０とを有する。
【００３０】
次に、図３（ａ）に示すように、キャビティ１の凹部に、個片化された固体撮像素子１３を装着する。ここで、キャビティ１と固体撮像素子との接着方法としては、例えばエポキシ樹脂等からなる熱硬化型のダイボンド材を用いるのが一般的であり、放熱硬化を高める目的で、銀粉末フィラーを混練したダイボンド材が用いられるのが主流である。
【００３１】
次に、図３（ｂ）に示すように、電気的な接続回路が構成されるように、キャビティ１の内部配線２と固体撮像素子の電極端子７とを金属細線８を用いて接続する。
【００３２】
ここで、金属細線８には、一般的にＡｌ又はＡｕが用いられる。Ａｌで構成された金属細線で接続する場合には、ウェッジボンディング方法である超音波と荷重とを掛けて接続する。一方、Ａｕで構成された金属細線で接続する場合、ボールボンディング方法である超音波と荷重と熱とを掛けて接続するが、キャビティ１の構造によってはスタッドバンプボンディングによる接続を用いてもよい。
【００３３】
次に、図３（ｃ）に示すように、透明樹脂塗布ノズル１４を用いて、キャビティ１の凹部内における固体撮像素子とキャビティ１との隙間に、埋め込み層としての透明樹脂３ａを充填する。透明樹脂塗布ノズル１４を用いた透明樹脂３ａの充填方法としては、該透明樹脂塗布ノズル１４の先端から必要量及び必要箇所のみに樹脂を注入する描画塗布工法を用いてもよいし、充填が必要な領域のみを開口したマスクを利用した印刷塗布工法を用いてもよい。
【００３４】
ここで、透明樹脂３ａとしては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、若しくはシリコーン樹脂等を主剤とする封止樹脂又は接着剤を用いる。また、透明樹脂３ａの特性として、硬化前の粘度が温度２５℃の時１０Ｐ以下であり、硬化後のガラス転移点温度が１０℃以下であり、硬化後の屈折率ｎがｎ＝１．４１以上で且つ１．５１以下であることが好ましい。
【００３５】
この点、透明樹脂３ａの硬化前の粘度が温度２５℃の時１０Ｐ以下としているのは、充填の際に、未充填部分が発生しない良好な充填性を得ることができる必要な最大粘度を確保するためである。また、硬化後のガラス転移点温度が１０℃以下としているのは、樹脂硬化後の熱変動、例えばリフロー加熱又は温度サイクル試験等で透明樹脂３ａに掛かる膨張収縮の応力を緩和して、透明部材６と透明樹脂３ａと界面、及び、キャビティ１と透明樹脂３ａとの界面に剥離が生じることを防止できる弾性を確保するためである。さらに、硬化後の屈折率がｎ＝１．４１以上で且つ１．５１以下としているのは、透明部材６及び透明接着剤５の屈折率と近似する値であると、透明接部材６、透明接着剤５、及び透明樹脂３ａの各界面に反射面が生じないため、迷光の内面反射によるフレア及びゴースト等の光学雑音の発生を抑制することができるからである。
【００３６】
次に、図４（ａ）及び（ｂ）に示す工程により、透明樹脂３ａの表面領域に、遮光性を有する粉体３ｂを形成する。ここで、粉体３ｂの材料としては、黒色又は暗色の遮光性を有する樹脂粉末、例えばエポキシ樹脂に炭素粉末を混練した樹脂を粉砕した物、又はアルミナ等の無機材料の粉末を用いる。また、粉体３ｂは、後の工程で用いられるイソプロピルアルコール、エチルアルコール、又はアセトン等の有機溶剤で溶解しない材質であることが必要であり、その粒径は１０μｍ以下であることが望ましい。
【００３７】
具体的には、図４（ａ）に示すように、図３（ｃ）の工程で充填された透明樹脂３ａが硬化する前に、例えば上記の材料からなる粉体材料１６をキャビティ１の表面に散布する。ここで、散布の方法としては、粉体材料１６を吹き付ける方法、又はスリット等の隙間から落下させる方法を用いることができる。アルミナ粉末等の高硬度の粉体を用いる場合には、透明部材６の表面にキズ又はクラック等のダメージが生じないように、散布条件を設定することが好ましい。
【００３８】
続いて、粉体材料１６を散布した後、粉体材料１６が透明樹脂３ａの内部に埋没し、捕獲されるまでの間放置する。ここで、透明樹脂３ａの樹脂特性及び粘度によって放置時間は異なってくる。透明樹脂３ａにおいて硬化反応が発生しない程度の温度、例えばエポキシ系の樹脂からなる場合には５０℃程度に加熱し、樹脂粘度を低下させて粉体材料１６の沈降を助長させることにより、放置時間を短縮できると共に良好な遮光性が得られる。
【００３９】
続いて、透明樹脂３ａを硬化させて、粉体材料１６を透明樹脂３ａの表面に固着させることにより、粉体３ｂが形成される。
【００４０】
次に、図４（ｂ）に示すように、洗浄により、粉体１６における透明樹脂３ａの表面以外に付着した部分を除去する。このようにすることで、従来例のような高度のマスキングを行うことなく、高精度に遮光性を有する粉体３ｂを形成することができる。
【００４１】
ここで、洗浄の方法としては、例えば同図に示すように、超音波を付加した高圧エアー１７を洗浄ノズル１８から吹き付けることにより、紛体３ｂの所望の部分を除去する超音波ドライクリーニング工法、又は、有機溶剤を用いて紛体３ｂの所望の部分を洗浄除去する液洗浄工法を用いることができる。超音波ドライクリーニング工法を用いる場合には、透明部材６へのダメージを与えないように、特に高圧エアー１７の圧力設定を０．０５ＭＰａ〜０．３ＭＰａの範囲に設定することが好ましい。また、液洗浄工法を用いる場合には、有機溶剤によって粉体１６の遮光性に影響を与えないように、例えばイソプロピルアルコール等の有機溶剤を用いることが好ましい。
【００４２】
以上のように、本発明の例示的一実施形態によると、キャビティ１の凹部における固体撮像素子とキャビティ１との間の領域には、その表面領域に、遮光性を有する粉体３ｂが形成され、その下部に、水分浸入の防止、金属細線８の保護、熱変動による応力緩和の防止、並びに、透明部材６と透明樹脂３ａ及び粉体３ｂとの界面における反射防止を実現する透明樹脂３ｂが充填されている。これにより、遮光層による遮光性と耐熱性とに優れた固体撮像装置が実現される。その結果、画像特性に優れ、高品質、及び高信頼性を有する固体撮像装置が実現される。
【００４３】
なお、以上では、キャビティ１の凹部に、例えばイメージセンサ等の固体撮像素子を搭載した構造を例に挙げて説明したが、固体撮像素子に限定されるものではなく、光学素子一般に適用できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、光学素子一般に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】（ａ）は、本発明の例示的一実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の例示的一実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の例示的一実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の例示的一実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を順に示す断面図である。
【図５】従来の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  キャビティ
２  内部配線
３ａ  透明樹脂
３ｂ  粉体
４  撮像領域
５  透明接着剤
６  透明部材
７  電極端子
８  金属細線
９  半導体基板
１０  外部端子  
１１  接着剤塗布ノズル
１２  ダイシングブレード
１４  透明樹脂塗布ノズル
１６  紛体材料
１７  超音波高圧エアー
１８  洗浄ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010161140.tif 000006
【図５】
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