(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を含む集積回路が、表面に形成された半導体チップと、
前記半導体チップの集積回路及び外部端子の間を電気的に接続する第１の配線と、
前記半導体チップ表面及び前記第１の配線を封止すると共に、前記集積回路面上を開口するように形成された封止樹脂と、
前記封止樹脂の開口を覆う光透過性キャップと、
を備え、
且つ前記第１の配線として、前記集積回路周縁付近に形成されると共に、先端に段差が設けられた複数の柱状電極を備え、
前記光透過性キャップは、前記封止樹脂の開口を覆うと共に、前記柱状電極の段差に係合して設けられることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記光透過性キャップには、前記第１の配線及び外部端子の間を電気的に接続する第２の配線が設けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体チップ表面には、その集積回路面上が開口するように形成された保護膜が設けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光電変換素子（例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子），ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）センサなどの固体撮像素子、受光素子等）から構成される受光領域を集積回路に含む半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光電変換素子（例えば、固体撮像素子、受光素子等）を集積回路（受光領域）に含む半導体装置のパッケージングの形態としては、プラスチックパッケージ、セラミックパッケージと呼ばれるパーッケージがある。例えば、図１３に示すような形態がある（特開平６−５６６５号公報参照）。この形態は、セラミックやプラスチックなどのケース７０と、ケース７０の内部から外部へと張出して延在する外部リード７２とを有している。ケース７０内には、個片化された半導体チップ７４が収納されており、半導体チップ７４上の電極パッド７６とケース７０内に位置する外部リード７２との間はボンディングワイヤー７８によって接続されている。半導体チップ７４の受光領域（集積回路）には光電変換素子（図示せず）が形成されており、この受光領域上方に位置する部分には、光を透過する透明なキャップ８０が設けられている。
【０００３】
しかしながら、上記構成のパッケージは、外部リード７２がケース７０外壁から張出しているため、パッケージ全体に示す張出し部分の割合が大きくなってしう。このため、携帯電話、ハンディカメラなどといった、小さな空間に多数の部品を搭載しなければならない装置においては、このようなパッケージを使用することは困難となっていている。
【０００４】
昨今、このような、電子機器の小型化に伴い、半導体装置を搭載する際、高密度搭載を可能にするため、半導体チップとほぼ同一のサイズをもつＣＳＰ（チップサイズパッケージ）と称するパッケージが提案されてきている。しかし、受光領域を有する半導体装置には、受光領域上に絶縁層や再層などを積層する必要があるため、そのまま適用することが出来ないと問題がある。
【０００５】
このような問題を改善する目的で、例えば、特開２００２−１９８４６３号公報には、受光領域を含む集積回路が形成された半導体チップの表面から側面或いは裏面にかけて接続配線が形成された半導体装置（ＣＳＰ）が提案されている。この半導体装置（ＣＳＰ）は、接続配線を、半導体チップの表面から側面或いは裏面にかけて形成することで、例えば、実装基板上などに集積回路（受光領域）が形成された表面を外側にして受光可能なように半導体装置を搭載させることができ、ウエハレベルＣＳＰとして、超小型実装を実現している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−５６６５号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９８４６３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案では、超小型実装を実現しているが、集積回路（受光領域）上には絶縁層が設けられているのみであり、さらに集積回路上に保護膜を形成する形態も記載されているが、パッケージングされた一つの部品として取り扱うことを考慮すると、耐久性については未だ不充分であるのが現状である。
【０００８】
従って、本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、受光領域を集積回路に含む半導体装置であって、超小型実装を実現しつつ、高い耐久性を有する半導体装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、本発明は、
（１）  光電変換素子を含む集積回路が、表面に形成された半導体チップと、
前記半導体チップの集積回路及び外部端子の間を電気的に接続する第１の配線と、
前記半導体チップ表面及び前記第１の配線を封止すると共に、前記集積回路面上を開口するように形成された封止樹脂と、
前記封止樹脂の開口を覆う光透過性キャップと、
を備え、
且つ前記第１の配線として、前記集積回路周縁付近に形成されると共に、先端に段差が設けられた複数の柱状電極を備え、
前記光透過性キャップは、前記封止樹脂の開口を覆うと共に、前記柱状電極の段差に係合して設けられることを特徴とする半導体装置。
【００１０】
（２）  前記光透過性キャップには、前記第１の配線及び外部端子の間を電気的に接続する第２の配線が設けられることを特徴とする前記（１）に記載の半導体装置。
【００１１】
（３）  前記半導体チップ表面には、その集積回路面上が開口するように形成された保護膜が設けられることを特徴とする前記（１）に記載の半導体装置。
【００１２】
（４）  前記（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体装置を備えることを特徴とする光学装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、実質的に同様の機能を有するものには、全図面通して同じ符号を付して説明し、場合によってはその説明を省略することがある。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置の構造を示す概略構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。図２は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【００１５】
図１に示す半導体装置１００は、光電変換素子（例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子），ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）センサなどの固体撮像素子、受光素子等）を含む集積回路（ここで集積回路は、光電変化素子を含むため、以降、受光領域ということがある：図中、１２で示される領域）が表面に形成された半導体チップ１０を有する。半導体チップ１０上には、集積回路と電気的に接続された電極１４が形成されており、電極１４を有する以外の部分に絶縁膜１６（例えばパッシベーション膜）、保護膜１８（例えばポリイミド膜）が順次形成されている。
【００１６】
また、半導体装置１００には、電極１４から引き回した再配線層２０と、再配線層２０上に外部接続用パッド２４と電気的に接続するためのバンプ２２が形成されている。バンプ２２は、集積回路周縁付近に形成されると共に、先端に段差２２ａが設けられており、半導体チップ１０は、集積回路面上を開口するように再配線層２０及びバンプ２２周辺を封止樹脂２６により封止されている。そして、光透過性キャップ３０が、バンプ２２先端の段差２２ａに係合し、封止樹脂２６の開口を覆うように配設されている。
【００１７】
ここで、光透過性キャップは、ガラスや、透明樹脂などにより構成することができ、紫外線カットフィルター機能を持つ材料により構成されていてもよい。また、受光領域に焦点を合わせられれば、レンズとしての機能させてもよい。
【００１８】
そして、バンプ２２と電気的に接続するように形成されたパッド２４上に、外部接続端子として半田ボール２８が形成されている。
【００１９】
なお、図中では、半田ボール２８は、２列で配設されているが、これに限られず、図３に示すように、３列やそれ以上で配設されていてもよい。
【００２０】
以下、図１に示す半導体装置１００の製造方法の一例を示す。
まず、半導体チップ１０となる素子の集積回路が形成されウエハ３２を電気特性を評価して後、準備する（図２（ａ））。電極１４上の絶縁膜１６が除去されたウエハ３２上に保護膜１８をスピンコートなどにより塗布し、電極１４のコンタクトをとるため、マスクをかけて露光して、保護膜１８のエッチングを行なう（図２（ｂ））。スパッタ、メッキ等により電極１４から引き回すための配線、及びバンプ２２形成のためのベースとしての再配線層２０を形成する（図２（ｃ））。
【００２１】
次に、バンプ２２を形成するために、ウエハ３２上にレジストを塗布し、マスクをかけ、露光後エッチングしてレジストに開口を形成する。そして、メッキなどによりバンプ２２を形成して、レジストを除去して洗浄する（図２（ｄ））。ここで、バンプ２２先端には、光透過性キャップ３０を嵌め込むための段差２２ａを形成するが、この段差形成方法としては、例えば、エッジングによりバンプ２２の一部先端を除去する方法や、所定の高さまでバンプ２２形成し、さらにバンプ２２の一部先端のみバンプ２２形成を行なう２段階に分けてバンプ２２を形成する方法（例えば２段めっき）などが、好適に実施される。
【００２２】
次に、集積回路面上を開口するように再配線層２０及びバンプ２２周辺を封止樹脂２６により封止する（図２（e））。ここで、封止樹脂２６により集積回路面上を開口するように封止する方法としては、例えば、図４に示すように、ウエハ３２全体を覆い且つ表面に凸部３４ａを有する治具３４を用いる方法が挙げられる。この方法では、凸部３４ａを集積回路形成領域に当該集積回路面に当接すると共にバンプ２２側壁から段差２２ａかけて当接するように嵌め込んで、治具３４を配設し、ウエハ３２と治具３４との間隙、即ちウエハ３２の横側（図中矢印）から液状の封止樹脂２６を注入し、封止する。また、他の方法としては、図５に示すように、集積回路形成領域毎に、当該集積回路面に当接すると共にバンプ２２側壁から段差２２ａかけて当接するように嵌め込む治具３６を用い、ウエハ３２上面から液状の封止樹脂２６を滴下して封止する方法や、図６に示すように、集積回路周縁に形成された複数のバンプ２２間の間隙を塞ぐ突起を有する枠３８を用い、ウエハ３２上面から液状の封止樹脂２６を滴下して封止する方法なども好適に実施される。また、図示しないが、一旦、封止樹脂２６によりウエハ３２全面を封止し、その後、フォトリソグラフィ処理などにより、集積回路形成領域をエッジングして開口させて封止する方法も挙げられる。
【００２３】
そして、封止樹脂２６により封止した後、ウエハ３２上面から研磨機４０などにより切削（バイト、砥石、バフ等）して、表面グラインド（表面研磨）を行い、封止樹脂２６によって隠れたバンプ２２を露出させる（図２（f））。
【００２４】
次に、光透過性キャップを、バンプ２２先端の段差２２ａに嵌め込めこみ、封止樹脂２６の開口を覆う（図２（ｇ））。
【００２５】
その後、バンプ２２先端及び光透過性キャップ周縁の一部に、スパッタやメッキによりパッド２４を形成し（図２（ｈ））、さらにパッド２４上に半田ボール２８を形成する（図２（ｉ））。そして、最後に、そして、テスト後、スクライブにて個片して、半導体装置１００が得られる（図２（ｊ））。
【００２６】
本実施形態では、集積回路周辺の再配線層２０及びバンプ２２は封止樹脂２６されており、集積回路（受光領域）の上方（集積回路面の法線方向）には光透過性キャップ３０が設けられ、半導体チップ１０とほぼ同等の大きさでパッケージングされた構成としている。光透過性キャップ３０を設けることで、半導体チップ１０における集積回路を外部から遮蔽すると共に光が受光領域（集積回路）に照射可能となる。このため、受光領域を集積回路に含む半導体装置であっても、超小型実装を実現しつつ、耐久性を向上させることができる。
【００２７】
また、本実施形態では、光透過性キャップ３０を、集積回路周縁部付近に形成されたバンプ２２の段差２２ａに嵌め込んで配設しているので、バンプ２２の段差２２ａにより光透過性キャップ３０の位置ズレなどが生じ難く、衝撃などに対して強く、耐久性が向上する。
【００２８】
また、本実施形態では、殆どの製造工程をウエハ状態で一括して処理、即ち、ウエハーレベルＣＳＰの技術を利用して製造することが可能であり、コストダウンを図ることが可能となる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係る半導体装置を示す構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【００３０】
本実施形態は、集積回路（受光領域）上に開口１８ａを設けた保護膜１８が設けられており、これ以外の構成は第１の実施の形態と同様の構成である。保護膜１８に開口１８ａを設ける方法としては、例えば、第１の実施の形態で説明した製造工程において、保護膜１８形成時（図２（ｂ）参照）においてマスクを用いて選択的に保護膜１８を形成し、開口１８ａを設ける方法や、再配線層２０形成後（図２（ｃ）参照）、フォトリソグラフィ処理などにより、集積回路形成領域をエッジングして保護膜１８に開口１８ａを設ける方法や、などがある。
【００３１】
通常、この回路付近に誘電率の高い樹脂膜（第１の実施の形態では絶縁膜１６、保護膜１８）が存在すると、回路の電流が流れ難くなる。これは、回路に電流が流れる際に発生する磁界を、誘電率の高い絶縁膜（通常、樹脂の誘電率は約４である）が妨げ、その結果、回路の抵抗が増大するためである。
【００３２】
そこで、本実施形態では、集積回路付近に存在する、抵抗増大に起因する樹脂膜のうち、保護膜１８を除去することで、少しでも空気の誘電率１に近づけ、より半導体装置の高速高周波対応を図ることができる。
【００３３】
（第３の実施の形態）
図８は、第３の実施の形態に係る半導体装置を示す構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【００３４】
本実施形態は、光透過性キャップ３０が、配線基板３０ａと配線基板３０ａ中央部に組み込まれたキャップ３０ｂとから構成された形態である。配線基板３０ａの周縁部にはバンプ２２とパッド２４とを電気的に接続するため、スルーホールなどを設けて表裏に導通させた配線３０ｃが設けられている。この配線３０ｃは、通常のプリント基板と同様な配線パターンが形成される。また、この配線基板３０ａは多層配線構造であってもよい。光透過性キャップ３０は、例えば、任意の配線パターンが施され、ソルダーレジスト等の保護膜が形成された配線基板３０ａの中央部に開口を設け、当該開口にキャップ３０ｂを嵌め込むことで、容易に作製することができる。
【００３５】
また、光透過性キャップ３０（配線基板３０ａ）とバンプとの接続は、例えば、Ｓｎメッキなどにより端子を配線基板３０ａに形成し、この端子とバンプ２２とを熱圧着することで行なわれる。そして、第１の実施の形態と同様に、配線基板３０ａの配線３０ｃと電気的に接続するように、スパッタやメッキなどによりパッド２４を形成する。
【００３６】
本実施形態では、光透過性キャップ３０の一部を、予め配線パターンが施された配線基板３０ａで構成するため、バンプ２２（半田ボール２８）の配置位置（形成位置）の自由度が増す。
【００３７】
また、本実施形態では、予め配線パターンが施された配線基板３０ａで構成される光透過性キャップ３０を用いるため、殆どの製造工程をウエハ状態で一括して処理、即ち、ウエハーレベルＣＳＰの技術を利用して製造することが可能であり、コストダウンを図ることが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態では、配線基板３０ａに予めバンプ２２が形成されていれば、第１の実施の形態におけるバンプ２２形成（図２（ｈ）参照）を省くことも可能であり、よりコストダウンを図ることが可能となる。
【００３９】
（第４の実施の形態）
図９は、第４の実施の形態に係る半導体装置を示す構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【００４０】
本実施形態は、集積回路（受光領域）上に開口１８ａを設けた保護膜１８が設けられており、これ以外の構成は第３の実施の形態と同様の構成である。
【００４１】
本実施形態では、第２の実施形態と同様に、集積回路付近に存在する、抵抗増大に起因する樹脂膜のうち、保護膜１８を除去することで、少しでも空気の誘電率１に近づけ、より半導体装置の高速高周波対応を図ることができる。
【００４２】
（参考例）
図１０は、参考例に係る半導体装置を示す断面図である。
【００４３】
本参考例は、封止樹脂２６として、例えば、エポキシ樹脂などの光透過性樹脂を用い、半導体チップ１０上全面を封止した形態である。
【００４４】
本参考例では、半導体チップ全面が光透過性の封止樹脂２６により封止され、半導体チップ１０とほぼ同等の大きさでパッケージングされた構成としている。光透過性の封止樹脂２６により封止することで、半導体チップ１０における集積回路を外部から遮蔽すると共に光が受光領域（集積回路）に照射可能となる。このため、受光領域を集積回路に含む半導体装置であっても、超小型実装を実現しつつ、耐久性を向上させることができる。
【００４５】
また、本参考例は、第１の実施の形態に比べ、光透過性の封止樹脂２６により封止する構造なため、より薄膜化が可能となる。
【００４６】
また、本参考例は、第１の実施の形態に比べ、バンプ２２の段差２２ａ形成や、光透過性キャップ３０の嵌め込み工程などが省かれ、よりコストダウンが図れる。
【００４７】
（第５の実施の形態）
図１１は、第５の実施の形態に係るカメラモジュールを示す概略構成図である。
【００４８】
図１１に示すカメラモジュール５０（光学装置）は、レンズ５６と、光軸後方に配置されるセンサ５２と、入力されたデジタル信号に対して所定のデジタル信号処理を行うＤＳＰ５４（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）と、筐体５８と、から構成されている。センサ５２及びＤＳＰ５４は実装基板６０に実装されており、センサ５２は、図１２に示すように、実装基板６０に設けられた開口６０ａを介して受光するよう、受光領域（集積回路）を実装基板側に対面させて実装している。また、図示しないが、センサ５２は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器を介してＤＳＰ５４に接続されている。なお、図中、煩雑さを避けるため、その他の部材や配線は省略している。
【００４９】
本実施形態では、このような構成のカメラモジュールのセンサ５２として、上記第１乃至４の実施の形態に係る半導体装置１００を適用させる。このため、センサ５２を超小型実装可能となり、モジュールの小型化が図れ、また、耐久性を向上させることが可能となる。
【００５０】
このように、本実施形態で示されるカメラモジュール５０は、小型化が進んでいる、携帯電話、ハンディカメラなどといった電子機器に好適に適用可能である。
【００５１】
なお、上記何れの実施の形態においても、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、受光領域を集積回路に含む半導体装置に、超小型実装を実現しつつ、高い耐久性を付与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体装置の構造を示す概略構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る半導体装置における半田ボールの配置位置の他の一例を示す平面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る半導体装置における封止樹脂を形成する方法の一例を説明する断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る半導体装置における封止樹脂を形成する方法の他のを説明する説明図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る半導体装置における封止樹脂を形成する方法の他のを説明する説明図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図７】第２の実施の形態に係る半導体装置を示す構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図８】第３の実施の形態に係る半導体装置を示す構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図９】第４の実施の形態に係る半導体装置を示す構成図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【図１０】参考例に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１１】第５の実施の形態に係るカメラモジュールを示す概略構成図である。
【図１２】第５の実施の形態に係るカメラモジュールにおけるセンサの配設位置について説明する拡大図である。
【図１３】従来の半導体装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１００ 半導体装置
１０ 半導体チップ
１４ 電極（第１の配線）
１６ 絶縁膜
１８ 保護膜
２０ 再配線層（第１の配線）
２２ バンプ（第１の配線：柱状電極）
２４ パッド
２６ 封止樹脂
２８ 半田ボール（外部端子）
３０ 光透過性キャップ
３２ ウエハ
５０ カメラモジュール
５２ センサ
５６ レンズ
５８ 筐体
６０ 実装基板
【図１】
0003614840.tif 000002
【図２】
0003614840.tif 000003
【図３】
0003614840.tif 000004
【図４】
0003614840.tif 000005
【図５】
0003614840.tif 000006
【図６】
0003614840.tif 000007
【図７】
0003614840.tif 000008
【図８】
0003614840.tif 000009
【図９】
0003614840.tif 000010
【図１０】
0003614840.tif 000011
【図１１】
0003614840.tif 000012
【図１２】
0003614840.tif 000013
【図１３】
0003614840.tif 000014