(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の受光面に設けられたイメージセンサとカバーガラスとを対向配置させて、前記シリコン基板と前記カバーガラスとを前記イメージセンサの周囲に配置されるダムを介して貼り合わせるに際し、
前記シリコン基板および前記カバーガラスの少なくとも一方の前記ダムの形成位置に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂の少なくともいずれかからなる液状の硬化性インキを真空中でスクリーン印刷し、
前記シリコン基板と前記カバーガラスとを貼り合わせ位置に配置した状態で、スクリーン印刷された前記硬化性インキを硬化させ前記ダムを形成し、
前記硬化性インキをスクリーン印刷する際に、前記シリコン基板および前記カバーガラスに前記硬化性インキをそれぞれスクリーン印刷し、
前記シリコン基板と前記カバーガラスとを前記貼り合わせ位置に配置する前に、前記シリコン基板または前記カバーガラスのいずれかにスクリーン印刷された前記硬化性インキを硬化させることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン基板と前記カバーガラスとを前記貼り合わせ位置に配置する際に、前記硬化性インキをスクリーン印刷する際の雰囲気の圧力よりも高い真空中で配置し、
前記硬化性インキを硬化させる際に、大気圧下で硬化させることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記シリコン基板と前記カバーガラスとを前記貼り合わせ位置に配置する際に、雰囲気の圧力を大気圧に戻す前後での、前記硬化性インキの高さの比と雰囲気の圧力の比との関係から、前記硬化性インキの高さが所望する高さとなる雰囲気の圧力で配置することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記硬化性インキをスクリーン印刷する際に、粘度が３００００ｍＰａ・ｓ以上１０００００ｍＰａ・ｓ以下、且つチキソ比が１．７以上３．５以下の前記硬化性インキをスクリーン印刷することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を用いた固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（charge coupled device）やＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）等の固体撮像素子を用いた固体撮像装置では、信頼性を向上させるために、固体撮像素子を含むイメージセンサが設けられたシリコン基板の受光面側を封止する必要がある。
シリコン基板の受光面側を封止する方法としては、シリコンウェハに複数の固体撮像素子を設け、カバーガラス上にフォトリソグラフィ技術を用いてダムと呼ばれるスペーサを固体撮像素子の位置に応じて設け、ダムが間に介在するようにシリコンウェハとカバーガラスとを貼り合わせる方法が知られている（例えば、特許文献１）。このような固体撮像装置の製造方法では、シリコンウェハとダムとの間、およびダムとカバーガラスとの間は、接着剤でそれぞれ貼り合わされることで、固体撮像素子が封止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７６２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、一般的にシリコンウェハ上には、微細配線が設けられる。このため、特許文献１に記載の固体撮像装置の製造方法では、シリコンウェハとダムとを貼り合わせる際に、シリコンウェハ上の微細配線の間に気泡が入ることにより封止性が悪くなり、信頼性が低下することが課題であった。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、封止性に優れた信頼性の高い固体撮像装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置の製造方法は、シリコン基板の受光面に設けられたイメージセンサとカバーガラスとを対向配置させて、シリコン基板とカバーガラスとをイメージセンサの周囲に配置されるダムを介して貼り合わせるに際し、シリコン基板およびカバーガラスの少なくとも一方のダムの形成位置に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂の少なくともいずれかからなる液状の硬化性インキを真空中でスクリーン印刷し、シリコン基板とカバーガラスとを貼り合わせ位置に配置した状態で、スクリーン印刷された硬化性インキを硬化させダムを形成し、硬化性インキをスクリーン印刷する際に、シリコン基板およびカバーガラスに硬化性インキをそれぞれスクリーン印刷し、シリコン基板とカバーガラスとを貼り合わせ位置に配置する前に、シリコン基板またはカバーガラスのいずれかにスクリーン印刷された硬化性インキを硬化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、封止性に優れた信頼性の高い固体撮像装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置を示す模式断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のイメージセンサを示す模式断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す模式断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１および図２を参照して、本発明の第１の実施形態の固体撮像装置について説明する。固体撮像装置は、図１に示すように、シリコン基板１と、イメージセンサ２と、ダム３と、カバーガラス４と、導電層５と、ソルダーレジスト６と、接続端子７とを有する。
シリコン基板１は、ウェハ上のシリコンである。シリコン基板１には、エッチング等により基板貫通ビア１０が形成される。また、シリコン基板１の実装面側および基板貫通ビア１０の内面には、化学気相成長法（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）により絶縁層１１が形成される。
【０００９】
イメージセンサ２は、シリコン基板１の実装面と逆側の受光面に設けられる。図１に示した例では、基板貫通ビア１０ａ，１０ｂを間に挟んで、３個のイメージセンサ２ｎ−１，２ｎ，２ｎ＋１が一定距離だけ互いに離隔してそれぞれ設けられる。イメージセンサ２は、図２に示すように、シリコン基板１の受光面に設けられるセンサ基板２１と、センサ基板２１上に設けられるカラーフィルタ２２と、カラーフィルタ２２上に設けられるマイクロレンズ２３とを有する。
【００１０】
センサ基板２１は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子であり、シリコン基板１と平行な面に２次元に配された複数の画素を有する。カラーフィルタ２２は、例えばＲＧＢに対応した３種類のフィルタであり、センサ基板２１の画素に応じてベイヤ型の配列で複数設けられる。マイクロレンズ２３は、集光するためのレンズであり、各カラーフィルタ２２上に設けられる。図２に示した例では、図示した断面において、センサ基板２１の６か所の画素に応じて、６個のカラーフィルタ２２ａ〜２２ｆと、６個のマイクロレンズ２３ａ〜２３ｆがそれぞれ設けられる。
【００１１】
ダム３は、紫外線硬化性および接着性を有する液状のエポキシ樹脂からなるインキであって、一般に黒色の硬化性インキである。ダム３は、硬化性インキが真空中でシリコン基板１へとスクリーン印刷され、後述する所定の工程が行われた後、紫外線が照射されることで硬化し、形成される。ダム３は、シリコン基板１の平面上で各イメージセンサ２の外周に沿って形成される。図１に示した例では、図示した断面において、ダム３ａ，３ｂがイメージセンサ２ｎの外周に沿ってシリコン基板１上に形成される。
カバーガラス４は、透光性のガラスであり、シリコン基板１およびイメージセンサ２に対向して配置される。カバーガラスの表面には、必要に応じて例えば反射防止膜あるいは赤外線遮蔽膜等が形成されてもよい。
【００１２】
導電層５は、金属等の導電体からなり、固体撮像装置の回路パターンに応じて、絶縁層１１のシリコン基板１と反対側の面に形成される。また、導電層５は、基板貫通ビア１０のイメージセンサ２が設けられた側の開口部を閉塞させるように形成される。開口部側の導電層５の端部は、シリコン基板１上に配された不図示の配線とそれぞれ接続される。シリコン基板１上の配線は、各画素に対応してセンサ基板２１にそれぞれ接続される。
ソルダーレジスト６は、フォトリソグラフィ等のプロセスで形成される絶縁膜である。
接続端子７は、導電層５と外部回路とを接続する、ＢＧＡ（ball grid array）方式による端子である。
【００１３】
固体撮像装置は、ウェハ状のシリコン基板１上に複数形成され、さらに図１の破線で示す領域Ｄにダイシングされ、チップ化されることで製造される。図１に図示する例では、導電層５とソルダーレジスト６と接続端子７とが形成されたシリコン基板、ダム３ａ，３ｂおよびカバーガラス４が破線で示すようにダイシングされる。これにより、領域Ｄｎ−１，Ｄｎ，Ｄｎ＋１にそれぞれ分割された固体撮像装置が製造される。
また、固体撮像装置には、イメージセンサ２が形成されたシリコン基板１の表面が、ダム３と、カバーガラス４とで封止され、閉鎖空間８が形成される。図１に示す例では、領域Ｄｎ−１，Ｄｎ，Ｄｎ＋１の固体撮像装置に、閉鎖空間８ｎ−１，８ｎ、８ｎ＋１がそれぞれ形成される。ここで、閉鎖空間８は、所定の高さＬ１となるように形成される。
【００１４】
［固体撮像装置の製造方法］
次に、図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１の受光面にイメージセンサ２を設け、シリコン基板１の実装面側に絶縁層を形成する。その後、シリコン基板１に基板貫通ビア１０を形成し、シリコン基板１の実装面側および基板貫通ビア１０内に導電層５、ソルダーレジスト６を形成し、実装面側に接続端子７を設ける。
【００１５】
図３（ａ）の後、図３（ｂ）に示すように、ダム３である硬化性インキを、シリコン基板１の受光面側のイメージセンサ２を囲う位置に真空中でスクリーン印刷する。このとき、例えば雰囲気の圧力を調整可能な真空チャンバ内で、直接真空印刷法を用いてスクリーン印刷が行われる。硬化性インキがスクリーン印刷される際の雰囲気の圧力は、真空圧であればよいが、好ましくは３００００Ｐａ未満とする。図３（ｂ）に示した例では、図示した断面において、イメージセンサ２ｎ−１，２ｎ，２ｎ＋１の間に、ダム３ａ，３ｂである硬化性インキがそれぞれスクリーン印刷される。
【００１６】
ここで、ダム３である硬化性インキには、スクリーン印刷された後に、所定の形状を保つように、粘度やチキソ比等の特性が選択されたものが用いられる。所定の形状とは、スクリーン印刷された直後に、イメージセンサ２と所定間隔だけ離隔した状態、且つ後述する所望の高さとなる形状である。例えば、硬化性インキには、粘度が３００００ｍＰａ・ｓ以上１０００００ｍＰａ・ｓ以下、且つチキソ比が１．７以上３．５以下のものが用いられる。このような粘度およびチキソ比の範囲を超える場合、所定の形状を保てない場合が生じることがある。
【００１７】
図３（ｂ）の後、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１とカバーガラス４とを硬化性インキを間に介在させて真空中で貼り合せ位置に配置し、図３（ｄ）に示す状態とする。このときの雰囲気の圧力は、硬化性インキをスクリーン印刷した際の雰囲気の圧力よりも高く、好ましくは３０００Ｐａ以上８００００Ｐａ以下とする。また、後述するように、シリコン基板１とカバーガラス４とを貼り合わせ位置に配置する際の雰囲気の圧力は、所望する閉鎖空間８の高さに応じて設定される。
【００１８】
図３（ｄ）の後、図３（ｅ）に示すように、雰囲気の圧力を大気圧へと戻し、硬化性インキに紫外線を照射させて硬化させダム３を形成する。
ここで、図３（ｄ）から図３（ｅ）の状態に雰囲気の圧力が変化する際、雰囲気の圧力が高くなることで、硬化性インキの高さに対応する閉鎖空間９の高さＬ１，Ｌ２が小さくなるように変化する。つまり、シリコン基板１とカバーガラス４とを貼り合わせ位置に配置する際の雰囲気の圧力をＰ１、大気圧をＰ２とし、圧力Ｐ１，Ｐ２における閉鎖空間８の体積をＶ１，Ｖ２とした場合、温度一定の条件においてボイル＝シャルルの法則から下記（１）式の関係が成り立つ。さらに、閉鎖空間８の体積が変化しない場合、（１）式を変形することで下記（２）式、さらに（２）式を変形することで下記（３）式が算出される。
Ｐ１・Ｖ１＝Ｐ２・Ｖ２  ・・・（１）
Ｐ２／Ｐ１＝Ｖ１／Ｖ２  ・・・（２）
Ｐ２／Ｐ１＝Ｌ１／Ｌ２  ・・・（３）
【００１９】
第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法では、（３）式の関係を用い、スクリーン印刷後の硬化性インキの高さ、およびシリコン基板１とカバーガラス４とを貼り合わせ位置に配置する際の圧力Ｐ１を設定することにより、閉鎖空間９の高さを所望する高さＬ２とすることができる。
以上の工程により、シリコン基板１とカバーガラス４とが貼り合わされ、図１に示す固体撮像装置を製造することができる。
なお、第１の実施形態では、シリコン基板１にダム３である硬化性インキをスクリーン印刷するとしたが、硬化性インキをシリコン基板１に印刷せずにカバーガラス４にスクリーン印刷してもよい。
【００２０】
また、第１の実施形態では、硬化性インキは黒色としたが、無色透明や他の有色であってもよい。さらに、硬化性インキは、紫外線硬化樹脂としたが、熱硬化性樹脂であってもよい。硬化性インキに熱硬化樹脂を用いる場合、雰囲気の圧力を大気圧へと戻す際に、硬化性インキに熱を加えて硬化させることでダム３を形成する。
さらに、上記の第１の実施形態では、シリコン基板１とカバーガラス４とを真空中で貼り合わせ位置に配置するとしたが、かかる例に限定されない。例えば、シリコン基板１とカバーガラス４とを大気圧化で貼り合わせ位置に配置してもよい。
【００２１】
さらに、上記の第１の実施形態では、シリコン基板１に絶縁層１１，導電層５，ソルダーレジストおよび接続端子７が設けられた後、カバーガラス４およびシリコン基板１に貼り合わせる構成としたが、かかる例に限定されない。例えば、シリコン基板１にイメージセンサ２が設けられていれば、先にカバーガラス４をシリコン基板１に貼り合わせ、その後、絶縁層１１，導電層５，ソルダーレジストおよび接続端子７を設けてもよい。
【００２２】
［第１の実施形態の効果］
第１の実施形態の効果を以下に説明する。
（１）第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、シリコン基板１の受光面に設けられたイメージセンサ２とカバーガラス４とを対向配置させて、シリコン基板１とカバーガラス４とをイメージセンサ２の周囲に配置されるダム３を介して貼り合わせるに際し、シリコン基板１およびカバーガラス４の少なくとも一方のダム３の形成位置に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂の少なくともいずれかからなる液状の硬化性インキを真空中でスクリーン印刷し、シリコン基板１とカバーガラス４とを貼り合わせ位置に配置した状態で、スクリーン印刷された硬化性インキを硬化させダム３を形成する。
【００２３】
上記構成によれば、硬化性インキとシリコン基板１との間、または硬化性インキとカバーガラス４との間の接着は、真空中で行われる。これにより、硬化性インキとシリコン基板１との間、または硬化性インキとカバーガラス４との間に気泡が混入することを防止することができ、封止性を向上させることができる。また、硬化性インキが液状であるため、シリコン基板１またはカバーガラス４の表面の微細な凹凸がある場合においても気泡の混入を防止することができ、封止性を向上させることができる。さらに、多少気泡が入った場合においても、圧力を大気圧に戻した際に気泡は品質上問題ない程度まで小さくなることから、特許文献１のように接着剤を用いて大気圧化で接着させる場合に比べ封止性を向上させることができる。固体撮像装置の封止性の向上は、外気が閉鎖空間８内に混入することによる配線の腐食、シリコン基板１表面の酸化およびカバーガラス４の曇り等を防止することができるため、固体撮像装置の信頼性を高めることができる。
【００２４】
また、上記構成によれば、ダム３として硬化性インキを用いることにより、フォトリソグラフィ技術を用いてダムを作成する場合に比べ、ダムの高さを高くすることができる。このため、撮像品質上、閉鎖空間８の高さを高くするような要求に対しても対応することができる。
さらに、上記構成によれば、硬化性インキを一度スクリーン印刷するだけでダム３を作成することができる。一方、フォトリソグラフィ技術を用いてダムを作成する場合、感光性物質の塗布、露光、現像等の複数の工程を経てダムを作成する必要がある。したがって、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、ダムの作成にかかる工程を簡略化できることから、製造コストを低廉化することができる。
【００２５】
（２）シリコン基板１とカバーガラス４とを貼り合わせ位置に配置する際に、硬化性インキをスクリーン印刷する際の雰囲気の圧力よりも高い真空中で配置し、硬化性インキを硬化させる際に、大気圧下で硬化させる。
上記構成によれば、シリコン基板１またはカバーガラス４のいずれか一方に硬化性インキがスクリーン印刷されていない場合においても、シリコン基板１とカバーガラス４とを貼り合わせる際にダム３との間に生じる気泡の混入を防止することができる。
【００２６】
（３）シリコン基板１とカバーガラス４とを貼り合わせ位置に配置する際に、大気圧に圧力を戻す前後での硬化性インキの高さの比と圧力の比との関係から、硬化性インキの高さが所望する高さとなる圧力で配置。
上記構成によれば、貼り合わせ位置に配置する際の圧力を調整することにより、硬化性インキの高さである閉鎖空間８の高さを調整することができる。
【００２７】
（４）硬化性インキをスクリーン印刷する際に、粘度が３００００ｍＰａ・ｓ以上１０００００ｍＰａ・ｓ以下、且つチキソ比が１．７以上３．５以下の硬化性インキをスクリーン印刷する。
上記構成によれば、スクリーン印刷後の硬化性インキの形状を保つことができるため、所望する閉鎖空間８の高さを得ることができる。また、硬化性インキがイメージセンサ２と接触することを防止できる。
【００２８】
＜第２の実施形態＞
［固体撮像装置の製造方法］
次に、図４を参照して本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法について説明する。第２の実施形態の固体撮像装置は、後述するようにダムの構成が第１の実施形態と異なるが、それ以外の構成については図１および図２で説明した第１の実施形態と同じである。
第２の実施形態では、まず、図４（ａ）に示すように、カバーガラス４に第１のダム３１である液状の硬化性インキを真空中でスクリーン印刷する。第２の実施形態の硬化性インキおよび印刷方法は、第１の実施形態と同様である。図４（ａ）に図示した例では、カバーガラス４上に、第１のダム３１ａ，３１ｂとなる硬化性インキがスクリーン印刷される。なお、第１のダム３１ａ，３１ｂとなる硬化性インキの幅は、図３（ｂ）で説明したダム３の幅よりも小さくなるように設けられる。
【００２９】
図４（ａ）の後、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板１に、第２のダム３２である硬化性インキを真空中でスクリーン印刷する。第２のダム３２は、図３（ｂ）で説明したダム３と同じであり、第１のダム３１の幅よりも大きくなるように設けられる。シリコン基板１に第２のダム３２をスクリーン印刷した後、第２のダム３２に紫外線を照射し、硬化させる。第２のダム３２を硬化させた後、シリコン基板１とカバーガラス４とを、第１のダム３１および第２のダム３２である硬化性インキを介在させて真空中で貼り合わせ位置に配置し、図４（ｃ）に示す状態とする。このとき、第１のダム３１と第２のダム３２とを直接貼り合わせることで、イメージセンサ２がシリコン基板１とカバーガラス４と第１のダム３１と第２のダム３２とにより封止された閉鎖空間８が形成される。なお、シリコン基板１とカバーガラス４とを貼り合わせ位置に配置する際の雰囲気の圧力は、第１の実施形態と同様である。図４（ｂ）および図４（ｃ）に示した例では、図示した断面において、第１のダム３１ａ，３１ｂと、第２のダム３２ａ，３２ｂとがそれぞれ貼り合わされることにより、閉鎖空間８ｎが形成される。
【００３０】
図４（ｄ）の後、図４（ｅ）に示すように、雰囲気の圧力を大気圧へと戻し、第１のダム３１である硬化性インキに紫外線を照射し、硬化させる。このとき、第２のダム３２の硬化性インキは前工程において硬化しているため、圧力変化により第１のダム３１の硬化性インキの高さが変化することで、閉鎖空間の高さがＬ３からＬ４へと小さくなるように変化する。
以上の工程を経ることで、シリコン基板１とカバーガラス４とが貼り合わされ、第２の実施形態の固体撮像装置が製造される。
【００３１】
なお、上記の第２の実施形態では、第１のダム３１の幅が第２のダム３２の幅よりも小さくなるとしたが、かかる例には限定されない。第１のダム３１の幅は、第２のダム３２の幅と同じかそれ以上の大きさであってもよい。
また、上記の第２の実施形態では、シリコン基板１とカバーガラス４を貼り合わせ位置に配置する前に、シリコン基板１側のダム３２を硬化させるとしたが、かかる例には限定されない。シリコン基板１側のダム３２ではなく、カバーガラス４側のダム３１を貼り合わせの前に硬化させてもよい。
【００３２】
［第２の実施形態の効果］
第２の実施形態の効果を以下に説明する。
（１）第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、硬化性インキをスクリーン印刷する際に、シリコン基板１およびカバーガラス４に硬化性インキをそれぞれスクリーン印刷し、シリコン基板１とカバーガラス４とを貼り合わせ位置に配置する前に、シリコン基板１またはカバーガラス４のいずれかにスクリーン印刷された硬化性インキを硬化させる。
上記構成により、シリコン基板１にスクリーン印刷された第２のダム３２およびカバーガラス４にスクリーン印刷された第１のダム３１の２段のダムを形成することができ、第１の実施形態に比べ閉鎖空間８の高さを高くすることができる。
【００３３】
（２）第１のダム３１の幅は、第２のダム３２の幅よりも小さく形成される。
上記構成により、カバーガラス４と第１のダム３１との接触面積を小さくし、且つイメージセンサ２を保護できるような高さの閉鎖空間８を形成することができる。これにより、例えばシリコン基板１をダイシングし、固体撮像装置をチップ化する際にカバーガラス４を取り外す必要がある場合において、ダイシング時の衝撃等によりカバーガラス４を固体撮像装置から容易に取り外すことができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  ：シリコン基板
１０，１０ａ，１０ｂ  ：基板貫通ビア
１１  ：絶縁層
２  ：イメージセンサ
２１  ：センサ基板
２２，２２ａ〜２２ｆ  ：カラーフィルタ
２３，２３ａ〜２３ｆ  ：マイクロレンズ
３，３ａ，３ｂ  ：ダム
３１，３１ａ，３１ｂ  ：第１のダム
３２，３２ａ，３２ｂ  ：第２のダム
４  ：カバーガラス
５  ：導電層
６  ：ソルダーレジスト
７，７ａ〜７ｄ  ：接続端子
８  ：閉鎖空間
【図１】
0006435663.tif 000002
【図２】
0006435663.tif 000003
【図３】
0006435663.tif 000004
【図４】
0006435663.tif 000005