(57)【要約】【課題】ごみ等の付着物を拭き取る作業においてもマイクロレンズ等の機能に影響を与えず、信頼性に優れ、且つ小型及び薄型が可能な光学デバイスを提供する。【解決手段】光学デバイスは、基板１１の主面上に形成され、複数の受光画素が配置されてなる活性領域１２と、活性領域１２の外周部に配置された回路領域１５と、基板１１の厚み方向に設けられた貫通導体１９と、基板１１における主面に対向する裏面上に貫通導体１９と接続して設けられた外部接続端子１８とを有する受光素子チップと、活性領域１２の上に受光画素に対応して設けられたマイクロレンズ１４と、受光素子チップの主面上に、マイクロレンズ１４を覆うと共にマイクロレンズ１４の凹凸を平坦化するように形成され、マイクロレンズ１４よりも屈折率の小さい透明部材よりなる平坦化膜２２と、平坦化膜２２の上に形成され、可視光に対して透明な透明無機材料よりなる透明保護膜２３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に形成され、複数の受光画素が配置されてなる活性領域と、前記活性領域の外周部に配置された回路領域と、前記基板の厚み方向に前記基板を貫通して設けられた貫通導体と、前記基板における前記主面に対向する裏面上に前記貫通導体と接続して設けられた外部接続端子とを有する受光素子チップと、
前記活性領域の上に前記受光画素に対応して設けられたマイクロレンズと、
前記受光素子チップの主面上に、前記マイクロレンズを覆うと共に前記マイクロレンズの凹凸を平坦化するように形成され、前記マイクロレンズよりも屈折率の小さい透明部材よりなる平坦化膜と、
前記平坦化膜の上に形成され、可視光に対して透明な透明無機材料よりなる透明保護膜とを備える、光学デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の光学デバイスにおいて、
前記平坦化膜は、前記受光素子チップにおける前記貫通導体の形成領域を含む内周領域に形成されており、
前記透明保護膜は、前記平坦化膜上から前記平坦化膜の外周端面、及び前記平坦化膜が形成されていない前記受光素子チップにおける外周領域の主面上にかけて連続的に形成されている、光学デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学デバイスにおいて、
前記平坦化膜は、樹脂材料からなると共に、厚みが前記マイクロレンズの厚みの２倍以上であって且つ３００倍以下であり、
前記透明保護膜の厚みは、前記平坦化膜の厚みよりも薄い、光学デバイス。
【請求項４】
回路基板と、
前記回路基板上に実装された請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の光学デバイスである固体撮像装置と、
前記固体撮像装置における前記活性領域よりなる撮像領域に光学像を形成するためのレンズとを備える、カメラモジュール。
【請求項５】
請求項４に記載のカメラモジュールを搭載する、電子機器。
【請求項６】
基板の主面上に形成され、複数の受光画素が配置されてなる活性領域と、前記活性領域の外周部に配置された回路領域と、前記基板の厚み方向に前記基板を貫通して設けられた貫通導体と、前記基板における前記主面に対向する裏面上に前記貫通導体と接続して設けられた外部接続端子とを有する受光素子チップが一定の配列ピッチで複数個配列されてなる受光素子ウエハを準備する工程と、
前記受光素子ウエハの状態で、前記活性領域上に前記受光画素に対応してマイクロレンズを形成する工程と、
前記受光素子ウエハの状態で、前記受光素子チップの主面上に、前記マイクロレンズを覆うと共に前記マイクロレンズの凹凸を平坦化するように、前記マイクロレンズよりも屈折率の小さい透明部材よりなる平坦化膜を形成する工程と、
前記受光素子ウエハの状態で、前記受光素子チップに分割するためのダイシング領域及びその近傍領域における前記平坦化膜を除去して、前記基板における前記主面を露出する工程と、
前記受光素子ウエハの状態で、前記平坦化膜の上に可視光に対して透明な透明無機材料よりなる透明保護膜を形成する工程と、
前記ダイシング領域に沿って前記受光素子ウエハをダイシングして個片化する工程とを備える、光学デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の光学デバイスの製造方法において、
前記透明保護膜を形成する工程の前に、前記平坦化膜を研磨する工程をさらに含む、光学デバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の光学デバイスの製造方法において、
前記透明保護膜は、化学的気相成膜（ＣＶＤ）方式、プラズマアシスト化学的気相成膜（ＰＣＶＤ）方式、スピンオングラス（ＳＯＧ）方式、又はゾルゲル方式により形成される、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、画像を読み取る光学デバイス、特に固体撮像装置及びその製造方法、並びに固体撮像装置を用いたカメラモジュール及び該カメラモジュールを搭載した電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レンズ等により撮像面に投影される光パターンを、撮像面に多数設けたフォトダイオードにより電荷として蓄積し画像を読み取る固体撮像装置がディジタルカメラ、携帯電話、さらには内視鏡カメラ等の分野で多く使われている。このような固体撮像装置は、画素数の増加に伴い、フォトダイオードの面積が小さくなり、感度の低下を生じるために高感度化が要求されている。
【０００３】
高感度化するための最も一般的な方法は、画素内のフォトダイオードの開口率を大きくすることである。しかしながら、画素内でフォトダイオード自体の開口率を大きくすることはパターン設計上困難な状況である。このため、フォトダイオードの開口率を実効的に大きくする方法として、フォトダイオードに入射する光量を大きくする、すなわち集光率を大きくする方法がある。この方法は、それぞれの画素の表面上に、画素の面積よりは小さく、且つフォトダイオードよりも大きなマイクロレンズを形成することで実現されている。
【０００４】
しかしながら、マイクロレンズを形成するためのフォトレジストの厚みとしては２〜３μｍが必要であり、且つマイクロレンズ間のスペースのパターン解像度は０．８〜１μｍが限界であることから、画素面積が小さくなるにつれて無駄な領域であるスペース領域の影響が大きくなり、画素面積に対する実効的な集光能力、すなわち開口率を高くできない状況となっている。
【０００５】
さらに、携帯電話等に代表されるようにカメラモジュールを用いる電子機器の小型化及び薄型化も要求されている。このため、従来のような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パッケージ構造では、上記の小型化及び薄型化の要求に応えられなくなってきている。このため、マイクロレンズアレイ上に直接ガラス板を貼り付け、フリップチップ実装するパッケージ構成の開発も進められている。
【０００６】
例えば、第１の例として、撮像領域上にマイクロレンズを設けた固体撮像素子チップを基板上に設けた固体撮像装置において、撮像領域を除く固体撮像素子チップ上の縁辺部の少なくとも一部に壁状凸部を設け、さらにマイクロレンズに対向し、且つ壁状凸部上に透明部材を配置し、上記基板から透明部材にかけて封止部材で囲繞してマイクロレンズを密封した構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構成により、マイクロレンズを密封して湿気による劣化や屈折率の変化を防いでいる。
【０００７】
また、第２の例として、固体撮像素子チップと、この固体撮像素子チップ上に設けた無機材料等よりなる２００℃以上の高温に耐えられるカラーフィルタと、このカラーフィルタ上で、且つこの固体撮像素子チップの受光部に対応する位置にそれぞれ配されたオンチップマイクロレンズと、このオンチップマイクロレンズを覆うように設けた透明の比較的硬い材料よりなる保護層とよりなり、この保護層の表面を平坦化した構成も示されている（例えば、特許文献２参照）。このように保護層を設けたことで専用のパッケージを必要とせず、しかもダイシング後の固体撮像素子チップの１つずつの作業が少なくなり工程を簡略化できる。さらに、保護層は比較的硬くて、その表面は平坦化されているのでごみがついても傷をつけずに簡単に拭き取ることができるということが示されている。
【０００８】
さらに、第３の例として、撮像領域上にマイクロレンズが形成された固体撮像素子チップにおいて、表面部に設けられたマイクロレンズによって形成された凹凸部がマイクロレンズの屈折率よりも低屈折率を有する透明樹脂によって平坦化され、この透明樹脂上にこの透明樹脂より機械的強度の高い透明保護層が形成されている構成も示されている（例えば、特許文献３参照）。このような構成により、固体撮像素子チップの表面は平坦化され、且つ機械的強度が向上しているので、マイクロレンズを破壊することなく表面に付着したダスト等の汚染を綿棒等で簡単に除去することができるとしている。
【０００９】
一方、第４の例として、マイクロレンズの開口率を大きくすることを主体として、従来法で形成したマイクロレンズの表面に均一な厚みのマイクロレンズカバー膜を所定の厚みに形成することによりマイクロレンズ間のスペースを実効的に狭める方法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。この方法において、マイクロレンズカバー膜は、酸化珪素（ＳｉＯ２）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）又は酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）等を用いることが記載されている。このように、マイクロレンズ表面にマイクロレンズカバー膜を積層することで、マイクロレンズの直径が実質的に大きくなり、マイクロレンズ間のスペースを実効的に狭くすることができる。その結果、画素内の実効的な開口率を大きくでき、光感度を改善することができるとしている。
【特許文献１】特開平５−１１０９６０号公報
【特許文献２】特開２０００−１３８３６１号公報
【特許文献３】特開平６−２３２３７９号公報
【特許文献４】特開平４−２２６０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記第１の例では、固体撮像素子チップをセラミックベースとカバーガラスとで挟み込み、外周領域を封止樹脂で封止した構成からなるので、密封性については改善されているが、パッケージとしたときの厚みを薄くすることは困難である。また、セラミックベースは比較的高価であるので低コスト化に対しても問題を有している。
【００１１】
また、上記第２の例では、マイクロレンズを覆う比較的硬い保護層の表面を平坦化することで、固体撮像素子チップを複数形成した固体撮像素子ウエハの段階でこれらの加工を行い、その後ダイシングすることができるので低コスト化することができる。しかしながら、この例においては、マイクロレンズ上に直接硬い保護層を形成している。具体例として、ＳｉＯ２をＣＶＤ方式で形成することが記載されているが、樹脂からなるマイクロレンズ上に熱膨張係数の小さなＳｉＯ２  膜を厚く形成すると、保護層の応力によりマイクロレンズが変形して、レンズとして機能が劣化する場合が生じる。また、保護層を厚く形成することが困難であることから、保護層の表面にごみ等が付着した場合に拭き取るときにマイクロレンズにも圧力が加わり、マイクロレンズの変形が生じると同時に保護層にクラック等が生じやすく、信頼性を低下させることが考えられる。
【００１２】
さらに、上記第３の例では、固体撮像素子チップが複数形成された固体撮像素子ウエハの状態で加工されるが、最終表面に形成する機械的強度の高い透明保護層を厚く形成すると、外部接続のためにパッド上部に形成された上記透明保護層を除去することが困難になる。このため、透明保護層を厚く形成することができず、ごみの拭き取り等における機械的な力を受けた場合の保護を充分行うことができないという問題を有している。
【００１３】
さらに、上記第４の例では、マイクロレンズカバー膜もマイクロレンズと同じ凹凸形状を有しているので、表面にごみ等が付着した場合に拭き取ることができないため、カバーガラス等の透明部材でさらに覆うことが必要となり、小型化及び薄型化が困難である。
【００１４】
前記に鑑み、本発明の目的は、ごみ等の付着物を拭き取る作業においてもマイクロレンズ等の機能に影響を与えず、信頼性に優れ、且つ、小型及び薄型が可能な光学デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明の一形態にかかる光学デバイスは、基板の主面上に形成され、複数の受光画素が配置されてなる活性領域と、活性領域の外周部に配置された回路領域と、基板の厚み方向に基板を貫通して設けられた貫通導体と、基板における主面に対向する裏面上に貫通導体と接続して設けられた外部接続端子とを有する受光素子チップと、活性領域の上に受光画素に対応して設けられたマイクロレンズと、受光素子チップの主面上に、マイクロレンズを覆うと共にマイクロレンズの凹凸を平坦化するように形成され、マイクロレンズよりも屈折率の小さい透明部材よりなる平坦化膜と、平坦化膜の上に形成され、可視光に対して透明な透明無機材料よりなる透明保護膜とを備える。
【００１６】
このような構成とすることにより、受光素子チップの外部接続端子が裏面に設けられているため、マイクロレンズ上に形成する平坦化膜を充分厚く形成することができ、この平坦化膜上に形成する透明保護膜を無機材料により形成しても、マイクロレンズに作用する応力を小さくすることができる。また、平坦化膜を厚く形成することで、ごみ等の拭き取りを行ってもマイクロレンズの機能を阻害することがなくなる。さらに、この光学デバイスを回路基板等に実装する場合には、受光素子チップの裏面に形成した外部接続端子で行うことができるので、回路基板と外部接続端子との接続が容易で、且つ信頼性を高くすることができる。
【００１７】
また、本発明の一形態にかかる光学デバイスにおいて、平坦化膜は、受光素子チップにおける貫通導体の形成領域を含む内周領域に形成されており、透明保護膜は、平坦化膜上から平坦化膜の外周端面、及び平坦化膜が形成されていない受光素子チップにおける外周領域の主面上にかけて連続的に形成されている構成としてもよい。
【００１８】
このような構成とすることにより、樹脂材料からなる平坦化膜の全面を無機材料からなる透明保護膜で覆うと共に、この透明保護膜の外周領域は受光素子チップの主面に直接接触して形成され、密着性を大きくできる。この結果、マイクロレンズが形成されている活性領域への水分等の浸入を防ぐことができ、従来のようにセラミックパッケージ等で密封構造とすることもできる。
【００１９】
また、本発明の一形態にかかる光学デバイスにおいて、平坦化膜は、樹脂材料からなると共に、厚みがマイクロレンズの厚みの２倍以上であって且つ３００倍以下であり、透明保護膜の厚みは、平坦化膜の厚みよりも薄い構成としてもよい。
【００２０】
このような構成とすることにより、スピンコーティングや印刷等で樹脂材料を形成するだけで平坦化することができる。また、平坦化膜を充分厚く形成することで、機械的特性及び耐環境特性を向上できる。これにより、無機材料からなる透明保護膜を平坦化膜より薄くすることができ、マイクロレンズに対する応力の影響を低減することができる。なお、平坦化膜を形成後、例えばＣＭＰ等によりさらに平坦化処理を行ってもよい。
【００２１】
また、本発明の一形態にかかるカメラモジュールは、回路基板と、回路基板上に実装された請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の光学デバイスである固体撮像装置と、固体撮像装置における前記活性領域よりなる撮像領域に光学像を形成するためのレンズとを備える。
【００２２】
このような構成とすることにより、小型及び薄型のカメラモジュールを実現することができる。
【００２３】
また、本発明の一形態にかかる電子機器は、本発明の一形態にかかるカメラモジュールを搭載する。
【００２４】
このような構成とすることにより、小型及び薄型の電子機器を実現することができる。なお、電子機器としては、携帯電話、ディジタルカメラ及び内視鏡カメラ等、カメラモジュールを使用する種々の電子機器を含む。
【００２５】
また、本発明の一形態にかかる光学デバイスの製造方法は、基板の主面上に形成され、複数の受光画素が配置されてなる活性領域と、活性領域の外周部に配置された回路領域と、基板の厚み方向に基板を貫通して設けられた貫通導体と、基板における主面に対向する裏面上に貫通導体と接続して設けられた外部接続端子とを有する受光素子チップが一定の配列ピッチで複数個配列されてなる受光素子ウエハを準備する工程と、受光素子ウエハの状態で、活性領域上に受光画素に対応してマイクロレンズを形成する工程と、受光素子ウエハの状態で、受光素子チップの主面上に、マイクロレンズを覆うと共にマイクロレンズの凹凸を平坦化するように、マイクロレンズよりも屈折率の小さい透明部材よりなる平坦化膜を形成する工程と、受光素子ウエハの状態で、受光素子チップに分割するためのダイシング領域及びその近傍領域における平坦化膜を除去して、基板における主面を露出する工程と、受光素子ウエハの状態で、平坦化膜の上に可視光に対して透明な透明無機材料よりなる透明保護膜を形成する工程と、ダイシング領域に沿って受光素子ウエハをダイシングして個片化する工程とを備える。
【００２６】
このような方法とすることにより、平坦化膜上から平坦化膜の外周端面及び平坦化膜が形成されていない受光素子チップの外周領域の主面上にかけて透明保護膜を連続的に形成した構成からなる光学デバイスを容易に製造することができる。
【００２７】
本発明の一形態にかかる光学デバイスの製造方法において、透明保護膜を形成する工程の前に、平坦化膜を研磨する工程をさらに含んでもよい。
【００２８】
このような方法とすることにより、平坦化膜を光学的に透明平面とすることもでき、この上に形成する透明保護膜も透明平面とすることが容易になる。
【００２９】
また、本発明の一形態にかかる光学デバイスの製造方法において、透明保護膜は、化学的気相成膜（ＣＶＤ）方式、プラズマアシスト化学的気相成膜（ＰＣＶＤ）方式、スピンオングラス（ＳＯＧ）方式、又はゾルゲル方式により形成されてもよい。
【００３０】
このような方法とすることにより、平坦化膜上から平坦化膜の外周端面及び平坦化膜が形成されていない受光素子チップの外周領域の主面上にかけて透明保護膜を連続的に、且つほぼ同じ厚みで形成することが容易にできる。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明の一形態にかかる光学デバイスは、受光素子チップの外部接続端子を裏面に設けることで、平坦化膜の厚みを充分厚く形成でき、さらにこの平坦化膜上に透明保護膜を形成することで、マイクロレンズへの応力を低減でき、さらにごみ等の付着物を拭き取る作業においてもマイクロレンズ等の機能を阻害しないようにすることができる。また、従来のセラミックパッケージに密封する構成とすることが不要であり、小型及び薄型で、且つ低コストの光学デバイスを提供することができるという格別な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さ等は図面作成上の観点から実際の形状と一致するものではなく、図示する構成に限定されるものではないことは言うまでもない。また、貫通電極や外部接続端子の個数も実際のデバイスと一致するものではなく、図示及び説明の便宜を考慮した個数としたものであって、図示する構成に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態にかかる光学デバイスの構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はIb-Ib線に沿った断面図である。なお、本実施形態では、光学デバイスとしてディジタルカメラ等に用いられる固体撮像装置を一例として説明する。以下では、光学デバイスを固体撮像装置１０として説明する。
【００３４】
本実施形態の固体撮像装置１０は、受光素子チップと、マイクロレンズ１４と、平坦化膜２２及び透明保護膜２３とを主体に構成されている。そして、受光素子チップは、基板１１の主面上に形成され、複数の受光画素が配置されてなる活性領域１２と、この活性領域１２の外周部に配置された回路領域１５と、基板１１の厚み方向にこの基板１１を貫通して設けられた貫通導体１９と、基板１１の主面に対向する裏面上に貫通導体１９に接続して設けられた外部接続端子１８とを備えている。
【００３５】
マイクロレンズ１４は、受光素子チップの活性領域１２の受光画素上に、カラーフィルタ１３を介して、受光画素に対応する位置に設けられている。また、平坦化膜２２は、マイクロレンズ１４よりも屈折率の小さな透明部材によりなり、受光素子チップの主面上に、マイクロレンズ１４を覆い且つこのマイクロレンズ１４の凹凸を平坦化するように形成されている。さらに、この平坦化膜２２上には、透明無機材料によりなる透明保護膜２３が形成されている。
【００３６】
本実施形態にかかる固体撮像装置１０において、上記平坦化膜２２及び透明保護膜２３については、更に以下に述べるような構成を有している。すなわち、平坦化膜２２は、受光素子チップにおける貫通導体１９の形成領域を含む内周領域に形成されており、透明保護膜２３は、平坦化膜２２上から平坦化膜２２の外周端面、及び平坦化膜２２が形成されていない受光素子チップの外周領域１６の主面上にかけて連続的に形成されている。
【００３７】
上記した本実施形態にかかる固体撮像装置の各構成要素について、以下で更に詳説する。
【００３８】
受光素子チップの基板１１としては、シリコン単結晶基板を用いることができる。ただし、ＧａＡｓ等の化合物半導体基板やＳＯＩ基板、さらにはガラス基板上に多結晶シリコン膜を形成した基板等も用いることができる。本実施形態では、シリコン単結晶基板を用いる例について説明している。
【００３９】
基板１１の主面の中央部には、フォトダイオードからなる複数の受光画素が縦横にマトリクス状に配置された活性領域１２が形成され、この領域が撮像領域として機能する。そして、この活性領域１２の周囲には、信号走査回路や出力アンプ回路、電源回路等の種々の回路を形成した回路領域１５が設けられている。さらに、この受光素子チップにおいては、回路領域１５の周囲に入出力回路や電源回路と接続する複数の接続電極１７が配置されており、この接続電極１７は基板１１の主面と裏面とを貫通する貫通電極１９に接続されている。なお、単結晶シリコン基板に貫通電極を形成する技術については、公知の技術である。
【００４０】
基板１１の裏面には、貫通電極１９に接続する外部接続端子１８が設けられている。そして、活性領域１２や回路領域１５、接続電極１７、外部接続端子１８等を保護するために、絶縁保護膜２０及び２１が形成されている。この絶縁保護膜２０及び２１としては、酸化シリコン（ＳｉＯ）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜又は窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）膜等のシリコン半導体技術で通常用いられる絶縁保護膜を用いることができる。また、活性領域１２に形成されている受光画素上には、カラーフィルタ１３が形成され、さらにこの上にマイクロレンズ１４が各受光画素単位にマトリクス状に形成されている。
【００４１】
マイクロレンズ１４上に形成されている平坦化膜２２は、屈折率が１．４９〜１．５１のアクリル系樹脂からなるマイクロレンズ１４よりも小さな屈折率を有するフッ素系樹脂と耐熱性アクリル系樹脂とを合成した樹脂を用いることができる。なお、この樹脂の屈折率は１．３５〜１．４５である。しかしながら、平坦化膜２２の材料としてこの樹脂材料に限定されることはなく、耐熱性アクリル系樹脂に代えてエポキシ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂、及びシリコーン系樹脂のうちのいずれか１種類又は複数種類の樹脂で合成された透明樹脂を用いてもよい。そして、製造工程中でのマイクロレンズ１４の変形や表面の損傷を防止し、且つ組み立て時等におけるごみの付着物を拭き取る作業でマイクロレンズ１４への影響を防止するために充分な厚みとすることが望ましい。また、平坦化のための特別の加工を施さずに形成できるようにするためには、平坦化膜２２の厚みをマイクロレンズ１４の厚みの２倍以上とすることが好ましい。一方、平坦化膜２２の厚みの上限値としては、マイクロレンズ１４の厚みの３００倍以下とすればよい。具体的な厚みとしては、一般的にマイクロレンズ１４の厚みが２μｍ程度であるので、４μｍ以上とすることが好ましく、４０μｍ以下とすることが製造プロセス面で好ましい。さらに、１０μｍ〜２５μｍの範囲とすることが、強度確保等の面から、より好ましい。また、既存製品の互換性を考慮した場合は、１００μｍ〜６００μｍの厚みにしてもよい。
【００４２】
また、透明保護膜２３の厚みは、マイクロレンズ１４及びカラーフィルタ１３の熱的特性劣化や、製造中の外力によるマイクロレンズ１４の変形及び表面損傷の防止、又は無機材料からなる透明保護膜２３により生じる応力の影響を低減するために、平坦化膜２２の厚みより薄くすることが好ましい。具体的には、１μｍ〜１０μｍの範囲、より好ましくは３μｍ〜７μｍとすることが好ましい。この透明保護膜２３は、可視光に対して透明な透明無機材料、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ）等を化学的気相成膜（ＣＶＤ）方式、プラズマアシスト化学的気相成膜（ＰＣＶＤ）方式、スピンオングラス（ＳＯＧ）方式又はゾルゲル方式により形成することができる。このような方式を用いて形成することで、平坦化膜２２を確実に覆い、平坦化膜２２が水分透過性を有しても透明保護膜２３により確実に遮断することができ、高信頼性を確保できる。
【００４３】
なお、マイクロレンズ１４としては、屈折率が１．４９〜１．５１のアクリル系樹脂だけでなく、屈折率が１．６〜１．８程度の樹脂材料も用いることも可能であり、その場合にはこの屈折率よりも小さな樹脂材料を用いて平坦化膜２２を形成すればよい。
【００４４】
また、透明保護膜２３としては、ＳｉＯだけでなく、低燐濃度ホウケイ酸材料や窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）等も用いることができる。さらに、これらの単層構成だけでなく、これらの２種類以上を積層した構成としてもよい。
【００４５】
図１（ａ）及び（ｂ）から分かるように、受光素子チップの外周領域１６の主面上には平坦化膜２２は形成されておらず、この外周領域１６では絶縁保護膜２０が露出している。そして、透明保護膜２３は、平坦化膜２２上から平坦化膜２２の端面及び受光素子チップの外周領域１６の主面上にかけて連続してほぼ一様な膜厚で形成されている。
【００４６】
このような構成とすることにより、平坦化膜２２として樹脂材料を用い、且つ厚く形成することができるだけでなく、無機材料からなる透明保護膜２３が機械的強度及び水分遮断特性に優れているので、ごみ等の拭き取り等を行っても信頼性を低下させることがなくなる。また、従来のようにセラミックパッケージ等で密封する必要がなくなり、低コストで、高信頼性の固体撮像装置１０が得られる。
【００４７】
以下、本実施形態にかかる固体撮像装置１０の製造方法について、図２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら詳細に説明する。
【００４８】
図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態にかかる固体撮像装置１０の製造方法を説明するための主要工程の断面図であり、（ａ）は受光素子チップが一定の配列ピッチで複数個配列された受光素子ウエハ状態を示す図、（ｂ）は上記受光素子ウエハの主面上に平坦化膜２２を形成した状態を示す図、（ｃ）は受光素子ウエハから受光素子チップに分割するためのダイシング領域とその近傍領域の平坦化膜２２を除去した状態を示す図、（ｄ）は透明無機材料により透明保護膜２３を形成した状態を示す図である。
【００４９】
最初に、図２（ａ）に示すように、マイクロレンズ１４が形成された受光素子ウエハを準備する。受光素子ウエハは、基板１１の主面上に複数の受光画素が配置された活性領域１２と、活性領域１２の外周部に配置された回路領域１５と、基板１１の厚み方向にこの基板１１を貫通して設けられた貫通導体１９と、基板１１の主面に対向する裏面上に貫通導体１９に接続して設けられた外部接続端子１８とを備えた受光素子チップが一定の配列ピッチで複数個配列されて構成されている。ただし、上述したように、図示及び説明の便宜上、図２（ａ）〜（ｄ）では、２個の受光素子チップのみを示している。そして、受光素子ウエハ状態で、活性領域１２上に、活性領域１２の受光画素に対応する位置にマイクロレンズ１４を形成することにより、図２（ａ）に示す形状が得られる。
【００５０】
次に、図２（ｂ）に示すように、受光素子ウエハ状態で、受光素子チップの主面上に、マイクロレンズ１４を覆うように、マイクロレンズ１４よりも屈折率の小さな透明部材からなる平坦化膜２２を形成する。平坦化膜２２の形成は、例えばフッソ系樹脂と耐熱性アクリル系樹脂とで変成され、光開始剤と硬化剤とが配合された透明な感光性液状樹脂を受光素子ウエハの主面の全面に塗布する。この塗布方法としては、例えばスピンコート方式であってもよいし、スクリーン印刷方式であってもよい。上記感光性液状樹脂をスピンコート方式で塗布する場合には、所定の粘度に調整し、所定の回転数に設定すれば必要とする厚みを容易に形成できる。また、マイクロレンズ１４上に、最初に低粘度に調整した感光性液状樹脂を塗布した後、その上層にさらに高粘度に調整した感光性液状樹脂を塗布して、所定の厚みに形成してもよい。さらに、感光性液状樹脂をスクリーン印刷方式で塗布する場合には、印刷マスクを用いて受光素子ウエハの主面の全面にスクリーン印刷を行えば所定の厚みを容易に得られる。
【００５１】
なお、このような感光性液状樹脂を用いて平坦化膜２２を形成するときに気泡が生じないようにすることが必要である。このために、感光性液状樹脂をコーティングする前に、マイクロレンズ１４の表面と受光素子ウェハの主面を、例えば酸素プラズマで処理して表面改質とクリーニングを行ってもよい。さらには、感光性液状樹脂を４０℃〜７０℃の範囲、好ましくは５５℃程度に保持しながら、且つ減圧雰囲気中で塗布してもよい。
【００５２】
次に、図２（ｃ）に示すように、受光素子ウエハ状態から受光素子チップに分割するためのダイシング領域とその近傍領域、すなわち受光素子チップの外周領域１６における平坦化膜２２を除去して、基板１１の主面を露出させる。これは、以下のようにして形成する。すなわち、感光性液状樹脂を塗布した後、プリベークを行う。その後、フォトマスクを用いて露光を行い、現像処理することで、受光素子チップの外周領域１６のみ平坦化膜２２を除去する。さらにその後、加熱硬化させることで、外周領域１６では受光素子チップの主面が露出した状態の平坦化膜２２を形成する。この平坦化膜２２の厚みは、先述したように１０μｍ〜２５μｍとする。
【００５３】
次に、図２（ｄ）に示すように、平坦化膜２２上に透明無機材料を用いて透明保護膜２３を形成する。透明保護膜２３はＣＶＤ方式、ＰＣＶＤ方式、ＳＯＧ方式又はゾルゲル方式により形成する。その材料としては、例えばＳｉＯ、低燐濃度ホウケイ酸材料、ＳｉＮ又はＡｌＯ等を用いることができる。さらに、これらの単層構成だけでなく、これらの２種類以上を積層した構成としてもよい。例えば、ＳｉＯを透明保護膜２３とする場合には、ＰＣＶＤ方式によりＳｉＨ４  とＯ２  との混合ガス又はＳｉＨ４  とＮ２Ｏ との混合ガスを用いれば、２５０℃以下の比較的低温で、カバレッジがよく、機械的強度に優れた透明保護膜２３を形成することができる。その厚みとしては、例えば５μｍ程度でもよい。
【００５４】
このようにして受光素子ウエハ状態での加工を行った後、ダイシング領域に沿ってダイシングして個片化することで、固体撮像装置１０を作製することができる。
【００５５】
なお、透明保護膜２３の形成工程の前に、平坦化膜２２を研磨してもよい。塗布方式で形成することで平坦化することが可能であるが、この方式では鏡面状態となるほどの平坦化は困難である。このために、鏡面状態となる程度に研磨してから透明保護膜２３を形成してもよい。研磨方法としては、例えばＣＭＰ加工方式を用いることができる。
【００５６】
さらに、透明保護膜２３の形成前に、平坦化膜２２の表面を酸素プラズマ等で処理し、表面改質してもよい。このように表面改質を行うことで、透明保護膜２３と平坦化膜２２との密着性を改善することができる。
【００５７】
また、透明保護膜２３を所定の厚みよりも厚く形成しておき、ＣＭＰ加工を行って鏡面加工して所定の厚みにしてもよい。このような加工を行うことで、透明保護膜２３の表面を鏡面状態にすることができる。さらに、平坦化膜２２に応力の影響を与えやすい平坦化膜２２の表面の厚みを薄くし、平坦化膜２２の外周端面と主面の外周領域１６に形成される透明保護膜２３の厚みを厚くすることができるので、端面部からの水分透過性をさらに抑制することができる。
【００５８】
図３は、本実施形態にかかる固体撮像装置１０を用いた第１の例としてのカメラモジュール３０の構成を示す断面図である。
【００５９】
図３に示すように、カメラモジュール３０は、回路基板３２と、回路基板３２上に実装された固体撮像装置１０と、固体撮像装置１０の撮像領域に光学像を形成するためのレンズ３９とを備えている。
【００６０】
回路基板３２は、例えばガラスエポキシ等の樹脂基材３３の上面に配線電極３４が形成され、その裏面に配線電極３５が形成されている。これらの配線電極３４と配線電極３５とは貫通導体３６により電気的に接続されている。そして、さらに配線電極３４及び３５並びに樹脂基材３３の表面には、これらを保護するための樹脂皮膜３７が形成されている。なお、回路基板３２は上記の構成に限定されるものではなく、固体撮像装置１０を実装できるものであればどのような構成であってもよい。
【００６１】
回路基板３２上には、本実施形態にかかる固体撮像装置１０が実装されている。このカメラモジュール３０の場合には、固体撮像装置１０の外部接続端子１８と回路基板３２の配線電極３４との間は、はんだボールからなる導電性部材３１により接続されている。この導電性部材３１としては、はんだボールだけではなく、表面に導電性被膜を形成した樹脂ボールを用いてもよい。また、はんだバンプを外部接続端子１８上に形成して用いてもよい。はんだバンプやはんだボールを用いる場合には、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｚｎ−Ｂｉ系等、種々の組成のはんだ材料を用いることができる。また、導電性部材３１は、外部接続端子１８上に電解メッキや無電解メッキ等により金、銅又はニッケル等でコア部を形成し、その表面にハンダ付け可能な薄い導電層を形成したメッキバンプを用いてもよい。
【００６２】
さらに、回路基板３２上には筐体４０が固定されており、この筐体４０には光学レンズ３９を備える鏡筒部３８が取り付けられている。また、筐体４０には、赤外線フィルター等の光学部品４１も取り付けられている。
【００６３】
このカメラモジュール３０は上記の構成からなり、固体撮像装置１０が小型及び薄型であることから、カメラモジュール３０としても小型及び薄型を実現できる。
【００６４】
図４は、上記のカメラモジュール３０が搭載された電子機器の例として、携帯電話５０に搭載した場合の斜視図である。
【００６５】
図４に示すように、表示部５２の表面には、小型表示部５１と上記のカメラモジュール３０とが配置されている。表示部５２は、ヒンジ５４及び５５により開閉するが、上記のカメラモジュール３０を用いることで、従来の携帯電話に比べてさらに小型化及び薄型化を実現できる。なお、本実施形態にかかる固体撮像装置１０を実装したカメラモジュール３０は、上記の携帯電話だけではなく、ディジタルカメラ等の民生分野や内視鏡カメラ等の医療分野等、カメラモジュールを使用する種々の電子機器に用いることができる。
【００６６】
図５は、本実施形態にかかる固体撮像装置１０を用いた第２の例としてのカメラモジュール６０の構成を示す断面図である。
【００６７】
図５に示すように、カメラモジュール６０は、図３に示したカメラモジュール３０の場合と同様に、回路基板６２と、回路基板６２上に実装された固体撮像装置１０と、固体撮像装置１０の撮像領域に光学像を形成するためのレンズ６８とを備えている。
【００６８】
回路基板６２は、例えばガラスエポキシ等の樹脂基材６３の一方の面に配線電極６４が形成された単層配線基板を用いることができる。そして、この回路基板６２上には、本実施形態にかかる固体撮像装置１０が接着樹脂６５により接着され、配線電極６４に接続されている。このカメラモジュール６０の場合には、固体撮像装置１０の外部接続端子１８と回路基板６２の配線電極６４とは、図示するように金属ワイヤからなる導電性部材６１により接続されている。この導電性部材６１としては、金線やアルミニウム線、銅線を用いることが好ましく、接続方式としてはワイヤボンディング方式で行うことが簡単であり好ましい。
【００６９】
さらに、回路基板６２には、固体撮像装置１０の撮像領域より大きな開口部が形成されており、この開口部の周囲に筐体６９が固定されている。筐体６９には、光学レンズ６８を備える鏡筒部６７が取り付けられている。また、筐体６９には、赤外線フィルター等の光学部品７０も取り付けられている。そして、固体撮像装置１０と金属ワイヤからなる導電性部材６１とを保護するために封止用樹脂６６が塗布されている。
【００７０】
このカメラモジュール６０は上記の構成からなり、固体撮像装置１０が小型及び薄型であり、且つ固体撮像装置１０と光学レンズ６８等を保持する筐体６９とが回路基板６２の異なる面上に配置されていることから、カメラモジュール６０としてさらに小型及び薄型を実現できる。また、カメラモジュール６０についても、図３に示したカメラモジュール３０と同様に、図４に示す携帯電話５０に搭載することができる。このカメラモジュール６０を搭載した携帯電話５０は、従来に比べてさらに薄型にすることができる。また同様に、カメラモジュール６０は、ディジタルカメラ等の民生分野や内視鏡カメラ等の医療分野等、カメラモジュールを使用する種々の電子機器に用いることができる。
【００７１】
（第２の実施形態）
図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態にかかる光学デバイスの構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はVIb-VIb線に沿った断面図である。本実施形態では、光学デバイスとしてディジタルカメラ等に用いられる固体撮像装置を一例として説明する。以下では、光学デバイスを固体撮像装置８０として説明する。
【００７２】
本実施形態にかかる固体撮像装置８０は、上述した第１の実施形態にかかる固体撮像装置１０と基本的な構成及び材料等については同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００７３】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態にかかる固体撮像装置８０においては、平坦化膜２２と透明保護膜２３とが受光素子チップの外周領域まで含めて主面の全面に形成されていることが特徴である。このような構成とすることにより、マイクロレンズ１４が形成された受光素子ウエハ状態で、平坦化膜２２と透明保護膜２３とを形成し、ダイシングして個片に分割するだけで固体撮像装置８０を形成することができる。
【００７４】
以下、本実施形態にかかる固体撮像装置８０の製造方法について、図７（ａ）〜（ｄ）を参照しながら詳細に説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態にかかる固体撮像装置８０の製造方法を説明するための主要工程の断面図である。
【００７５】
まず、図７（ａ）及び（ｂ）に示す工程では、第１の実施形態にかかる固体撮像装置１０の製造方法において説明した図２（ａ）及び（ｂ）に示す工程を同様に行う。
【００７６】
次に、図７（ｃ）に示すように、受光素子ウエハ状態で平坦化膜２２上に透明無機材料を用いて透明保護膜２３を形成する。透明保護膜２３の材料及び作成方法については、第１の実施形態にかかる固体撮像装置１０の製造方法での説明と同様である。なお、透明保護膜２３の形成工程の前に、平坦化膜２２を研磨してもよいし、平坦化膜２２の表面を酸素プラズマ等で処理し、表面改質してもよい。表面改質を行うことで、透明保護膜２３と平坦化膜２２との密着性を改善することができる。
【００７７】
次に、図７（ｄ）に示すように、ダイシング領域に沿ってダイシングして個片化することで、固体撮像装置８０を作製することができる。
【００７８】
また、この固体撮像装置８０を用いてカメラモジュールを構成する場合には、第１の実施の形態で説明したカメラモジュール３０及び６０のいずれの構成も可能である。また、このようにして構成したカメラモジュールを携帯電話、ディジタルカメラや内視鏡カメラとして用いることができることも、第１の実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明にかかる光学デバイスは、主面上に平坦化膜を比較的厚く形成し、この平坦化膜上に透明保護膜を形成する構成により、小型化及び薄型化が可能で且つ耐湿性にも優れるので、小型及び薄型化が特に要求される携帯型の電子機器分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかる光学デバイスの構造を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるIb-Ib線に沿った断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を説明するための主要工程の断面図であって、（ａ）は、受光素子チップが一定の配列ピッチで複数個配列された受光素子ウエハ状態を示す図であり、（ｂ）は、上記受光素子ウエハの主面上に平坦化膜を形成した状態を示す図であり、（ｃ）は、受光素子ウエハから受光素子チップに分割するためのダイシング領域とその近傍領域の平坦化膜を除去した状態を示す図であり、（ｄ）は、透明無機材料により透明保護膜を形成した状態を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置を用いた第１の例としてのカメラモジュールの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるカメラモジュールが搭載された電子機器の例であって、携帯電話に搭載された場合の斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置を用いた第２の例としてのカメラモジュールの構成を示す断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかる光学デバイスの構造を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるVIb-VIb線に沿った断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を説明するための主要工程の断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０，８０    固体撮像装置（光学デバイス）
１１    基板
１２    活性領域
１３    カラーフィルタ
１４    マイクロレンズ
１５    回路領域
１６    外周領域
１７    接続電極
１８    外部接続端子
１９，３６    貫通導体
２０，２１    絶縁保護膜
２２    平坦化膜
２３    透明保護膜
３０，６０    カメラモジュール
３１，６１    導電性部材
３２，６２    回路基板
３３，６３    樹脂基材
３４，３５，６４    配線電極
３７    樹脂皮膜
３８，６７    鏡筒部
３９，６８    レンズ
４０，６９    筐体
４１，７０    光学部品
５０    携帯電話
５１    小型表示部
５２    表示部
５４，５５    ヒンジ
６５    接着樹脂
６６    封止用樹脂
【図１】
2008305972.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008305972.tif 000007
【図６】
2008305972.tif 000008
【図７】
2008305972.tif 000009