(57)【要約】  【課題】  光半導体装置の光電変換部と透光性基板との間の中空領域が確保され、光半導体素子の光電変換部と透光性基板とが平行に接合され、電気的接続の信頼性に優れる固体撮像装置を提供すること。  【解決手段】  固体撮像装置は、受光面に光電変換部２および電極４が形成された光半導体素子１と、前記受光面に対向する主面の外周部に前記電極４と異方導電性接着剤７を介して電気的に接続される配線導体６が形成された透光性基板５とを具備しており、前記異方導電性接着剤７は、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂接着剤８に、圧縮強さが１００ＭＰａ以上の硬質粒子の表面に金属層が被覆された第一の導電性粒子９と、圧縮強さが１乃至５０ＭＰａの軟質粒子の表面に金属層が被覆された、最大粒径が前記第一の導電性粒子９の最大粒径の１．５乃至２倍である第二の導電性粒子10とを含有させて成る。【選択図】  図１
2005136144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面に光電変換部および電極が形成された光半導体素子と、前記受光面に対向する主面の外周部に前記電極と異方導電性接着剤を介して電気的に接続される配線導体が形成された透光性基板とを具備しており、前記異方導電性接着剤は、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂接着剤に、圧縮強さが１００ＭＰａ以上の硬質粒子の表面に金属層が被覆された第一の導電性粒子と、圧縮強さが１乃至５０ＭＰａの軟質粒子の表面に金属層が被覆された、最大粒径が前記第一の導電性粒子の最大粒径の１．５乃至２倍である第二の導電性粒子とを含有させて成ることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記透光性基板は、前記主面と対向する主面の前記光電変換部に対向する部位に赤外線を遮蔽する誘電体多層膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記異方導電性接着剤は、最大粒径が前記第一の導電性粒子の最大粒径よりも小さい炭素粒子を含有していることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記異方導電性接着剤は、最大粒径が前記第一の導電性粒子の最大粒径よりも小さい二酸化珪素粒子を含有していることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記異方導電性接着剤は、最大粒径が前記第一の導電性粒子の最大粒径よりも小さいとともに弾性率が０．１乃至３ＧＰａである樹脂粒子を含有していることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の固体撮像装置は、ＣＣＤ，ＣＭＯＳイメージセンサ等の光半導体素子が配線導体および電極を有する透光性基板と異方導電性接着剤を介して電気的かつ機械的に接合された薄型の固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラ等の撮影装置は軽薄短小化が急激に進展し、これに伴って撮影装置に搭載される光学機能部品や固体撮像装置も軽薄短小化が進んでいる。
【０００３】
このような従来の撮影装置の光学機能部品は、画像を集光し光半導体素子に導くためのガラス材あるいはプラスチック材から成るレンズと、画像のモアレを防ぐための複屈折板から成る光学ローパスフィルタと、画像の赤みがかる色調を補正するための金属錯体を含有する赤外線カットフィルタガラスとから構成されている。
【０００４】
また、従来の固体撮像装置は、図３の断面図に示されるように、合成樹脂から成るマイクロレンズが表面に設けられた光電変換部と変換された電気信号を出力するための電極とを有する光半導体素子11が、光半導体素子11を搭載する凹部を有する絶縁基体13の凹部の底面上に固定されるとともに、光半導体素子11の電極と絶縁基体13内の配線導体14とがＡｕもしくはＡｌのワイヤボンディング12により電気的に接続されており、絶縁基体11の凹部の上部は、熱硬化型エポキシ樹脂や紫外線硬化型エポキシ樹脂等から成る封止剤15を介してホウ珪酸ガラス等から成る透光性蓋体16により封止されている。
【０００５】
しかしながら、このような固体撮像装置の構成では、個々の特性を得るために必要な部材の厚みやワイヤボンディングを接続するために必要な空間などの制約から薄型化が困難であり、結果として撮影装置を小型化できないという問題点を有していた。
【０００６】
このような問題を解決するために、合成樹脂からなるマイクロレンズが表面に形成された光電変換部および変換された電気信号を出力するための電極を有する光半導体素子の電極と、光電変換部と対向する面の周辺に配線導体および電極を有しホウケイ酸ガラスもしくは少なくとも１枚の複屈折板から成る透光性基板の電極とを金バンプや金ボールを介して加熱圧着したフリップチップ実装により電気的に接合し、しかるのち光半導体素子と透光性基板とのバンプ接続部の間の隙間にペースト状の紫外線硬化樹脂等を流し込み硬化させることにより、光半導体素子と透光性基板の接続部を機械的に接続するとともに光半導体素子の光電変換部を封止した構成の薄型の固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構成によれば、ワイヤボンディングのための空間が不要となり、薄型化を図ることが可能となる。
【特許文献１】特開2003−32558号公報
【特許文献２】特開平11−232929号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、金バンプや金ボールを介して加熱圧着したフリップチップ実装を行なった後に、光半導体素子と透光性基板とのバンプ接続部の間の隙間にペースト状の紫外線硬化樹脂等を流し込み硬化させることにより、光半導体素子と透光性基板の接続部とを機械的に接続する方法は、紫外線硬化樹脂等が毛細管現象により光半導体素子と透光性基板との間の空間に流れ込んでいくため紫外線硬化樹脂による接合領域の制御が難しく、光電変換部まで紫外線硬化樹脂等が流れ込んで光電変換部が損なわれることがあるという問題点や、紫外線硬化樹脂による流れ込みが不十分であり、光電変換部の気密信頼性が十分に確保できないという問題点があった。
【０００８】
また、光電変換部の表面には合成樹脂からなるマイクロレンズが設けられており、マイクロレンズが紫外線硬化樹脂により覆われてしまうと、マイクロレンズと紫外線硬化樹脂の屈折率は近似しているため、マイクロレンズがレンズとしての機能を果たさなくなるという問題点があった。
【０００９】
一方、光半導体素子の電極と回路基板の電極とを、異方導電性接着剤を介して加熱圧着することによりフリップチップ実装を行なう方法が提案されている（特許文献２参照）。この方法によれば、回路基板の電極部分にあらかじめ異方導電性接着剤を塗布しておき、しかる後に光半導体素子の電極と回路基板の電極とを対向させて異方導電性接着剤を介して接合するため、異方導電性接着剤による接合領域を容易に制御することが可能となる。
【００１０】
しかしながら、このような異方導電性接着剤を介して光半導体素子の電極と透光性基板の電極とを電気的に接続するには、接合時に光半導体素子と透光性基板とを加熱圧着し、異方導電性接着剤中に分散して含有される導電性粒子同士が圧力を受けて接触し電極とも接触することにより、電極間の導通が図られるようにするが、この際、導電性粒子が弾性体でない場合には、導電性粒子は変形することなく各電極と点接触が行なわれるため、接続電極間の抵抗値が高くなり十分な導通が得られないという問題点があった。
【００１１】
一方、導電性粒子が弾性体の場合には、導電性粒子同士の接触面が弾性変形して面接触し各電極とも面接触をするため、低抵抗値で接続電極間の導通を十分に得ることができるものの、個々の導電性粒子の弾性変形量をコントロールすることが困難であり、その結果、光半導体素子の電極と透光性基板の電極との間隔を一定に保つことができず、光半導体素子と透光性基板を加熱圧着する際に片加重等が生じた場合に光電変換部と透光性基板の主面との平行度が保てなくなることにより、光電変換部に受光した画像に色むら等の不具合が生じるという問題点があった。
【００１２】
従って、本発明の固体撮像装置は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光半導体装置の光電変換部と透光性基板との間の中空領域が確保され、光半導体素子の光電変換部と透光性基板とが平行に接合され、電気的接続の信頼性に優れる固体撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の固体撮像装置は、受光面に光電変換部および電極が形成された光半導体素子と、前記受光面に対向する主面の外周部に前記電極と異方導電性接着剤を介して電気的に接続される配線導体が形成された透光性基板とを具備しており、前記異方導電性接着剤は、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂接着剤に、圧縮強さが100ＭＰａ以上の硬質粒子の表面に金属層が被覆された第一の導電性粒子と、圧縮強さが１乃至50ＭＰａの軟質粒子の表面に金属層が被覆された、最大粒径が前記第一の導電性粒子の最大粒径の1.5乃至２倍である第二の導電性粒子とを含有させて成ることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の固体撮像装置は、上記構成において好ましくは、前記透光性基板は、前記主面と対向する主面の前記光電変換部に対向する部位に赤外線を遮蔽する誘電体多層膜が形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の固体撮像装置は、上記構成において好ましくは、前記異方導電性接着剤は、最大粒径が前記第一の導電性粒子の最大粒径よりも小さい炭素粒子を含有していることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の固体撮像装置は、上記構成において好ましくは、前記異方導電性接着剤は、最大粒径が前記第一の導電性粒子の最大粒径よりも小さい二酸化珪素粒子を含有していることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の固体撮像装置は、上記構成において好ましくは、前記異方導電性接着剤は、最大粒径が前記第一の導電性粒子の最大粒径よりも小さいとともに弾性率が0.1乃至３ＧＰａである樹脂粒子を含有していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の固体撮像装置は、異方導電性接着剤は、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂接着剤に、圧縮強さが100ＭＰａ以上の硬質粒子の表面に金属層が被覆された第一の導電性粒子と、圧縮強さが１乃至50ＭＰａの軟質粒子の表面に金属層が被覆された、最大粒径が前記第一の導電性粒子の最大粒径の1.5乃至２倍である第二の導電性粒子とを含有させて成ることにより、光半導体素子の電極と透光性基板の配線導体との接合の際に、第一の導電性粒子の圧縮強さが100ＭＰａ以上であることから、電極と配線導体との間で、第一の導電性粒子が変形することなく点接触で接合される。これによって、光半導体素子と透光性基板との間隔を一定に保つことができ、光半導体素子と透光性基板を加熱圧着する際に片加重等が生じた場合でも光電変換部と透光性基板の主面との平行度を良好に保持することができる。
【００１９】
さらに、光半導体素子の電極と透光性基板の配線導体との接合の際に、加熱圧着による圧力に対して、第二の導電性粒子の圧縮強さが１乃至50ＭＰａであるとともに第二の導電性粒子の最大粒径が第一の導電性粒子の最大粒径の1.5乃至２倍であることから、第二の導電性粒子が加熱圧着の際の圧力により弾性変形し、光半導体素子の電極と配線導体との接合が弾性変形した面による面接触で行なわれることとなり、点接触により電極と配線導体との接合を行なう第一の導電性粒子の電気的な接続を補うことができる。また、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂接着剤の熱等による膨張収縮に対して、第二の導電性粒子は弾性変形による復元力を有することにより電気的な接合信頼性の劣化を防止することができる。
【００２０】
また、本発明の固体撮像装置は、透光性基板は、主面と対向する主面の光電変換部に対向する部位に赤外線を遮蔽する誘電体多層膜が形成されていることにより、赤外線遮蔽膜（赤外線カットフィルタ）を固体撮像装置に一体化することができ、赤外線カットフィルタを設置するのに必要であった空間が削減でき、固体撮像装置の薄型化を可能にすることができる。
【００２１】
また、本発明の固体撮像装置は、異方導電性接着剤は、最大粒径が第一の導電性粒子の最大粒径よりも小さい炭素粒子を含有していることにより、異方導電性接着剤の色調を黒色とし、レンズ系より入射する光の迷光防止機能を有する遮光膜とすることができる。
【００２２】
また、本発明の固体撮像装置は、異方導電性接着剤は、最大粒径が第一の導電性粒子の最大粒径よりも小さい二酸化珪素粒子を含有していることにより、異方導電性接着剤を介して接合された、光半導体素子と透光性基板とに挟まれた空間に侵入する水分を吸着することができ、耐湿性の優れた固体撮像装置とすることができる。
【００２３】
また、本発明の固体撮像装置は、異方導電性接着剤は、最大粒径が第一の導電性粒子の最大粒径よりも小さいとともに弾性率が0.1乃至３ＧＰａである樹脂粒子を含有していることにより、異方導電性接着剤が硬化する際の応力により、異方導電性接着剤と透光性基板および光半導体素子との接合界面にクラックや剥離が生じて気密破壊が発生するのを、樹脂粒子が弾性変形することにより応力を吸収するので防止することができ、気密信頼性の優れた固体撮像装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に本発明の固体撮像装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。  
図１は、本発明の固体撮像装置の実施の形態の一例の断面図を示す。図１に示すように、本発明の固体撮像装置は、マイクロレンズ３が表面に形成された受光面に光電変換部２および電極４が形成された光半導体素子１と、受光面に対向する主面の外周部に異方導電性接着剤７を介して電気的に接続される配線導体６が形成された透光性基板５とを具備しており、異方導電性接着剤７は、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂接着剤８に、圧縮強さが100Ｍｐａ以上の硬質粒子の表面に金属層が被覆された第一の導電性粒子９と、圧縮強さが１乃至50Ｍｐａの軟質粒子の表面に金属層が被覆された、最大粒径が第一の導電性粒子９の最大粒径の1.5乃至２倍である第二の導電性粒子10とを含有させて成る。
【００２５】
図２は、図１で示した異方導電性接着剤７を介しての光半導体素子１と透光性基板５との接合部を拡大した要部拡大断面図である。光半導体素子１の電極４と透光性基板５の配線導体６との接合において、第一の導電性粒子９は、圧縮強さが100ＭＰａ以上の硬質粒子の表面に金属層が被覆されていることにより、光半導体素子１の電極４と透光性基板５の配線導体６とが加熱圧着により接合される際の圧力により第一の導電性粒子９が変形することなく電極４と配線導体６とに点接触で接続され、光半導体素子１の電極４と透光性基板５の配線導体６との間隔が一定に保持される。従って、光半導体素子１と透光性基板５とを加熱圧着する際に片加重等が生じた場合でも光電変換部２と透光性基板５の主面との平行度を良好に保持することができる。
【００２６】
さらに、最大粒径が第一の導電性粒子９の最大粒径の1.5倍乃至２倍であり圧縮強さが１乃至50ＭＰａである軟質粒子の表面に金属層が被覆された第二の導電性粒子10は、光半導体素子１と透光性基板５との加熱圧着の際の圧力により弾性変形し、電極４と配線導体６とに押しつぶされた面が面接触することにより電極４と配線導体６とに接続される。これにより、点接触により電極４と配線導体６との接合を行なう第一導電性粒子９の電気的な抵抗が大きい接続を、面接触による低い抵抗値の接続で補う。また、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂接着剤８の熱等による膨張収縮に対して、第二の導電性粒子10は弾性変形による復元力を有することにより電気的な接続信頼性の劣化を防止することができる。
【００２７】
光半導体素子１は、ＳｉやＧｅ，ＧａＡｓ等の半導体材料から成り、真空蒸着，イオンドーピング，フォトレジストおよびエッチングを繰り返すことによって中央付近に光電変換部２を形成し、その周辺部に複数の電極４を形成したＣＣＤ，ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子である。光電変換部２の表面にはマイクロレンズ３が形成されており、透光性基板５およびマイクロレンズ３を通して外部から光電変換部２に光が入射する。光電変換部２にはフォトダイオード等の光電センサが形成されており、受光した光を電気信号に変換し、その電気信号は画像信号として電極４から外部回路へ転送される。
【００２８】
マイクロレンズ３は、光電変換部２の表面に画素に応じた所定のパターンの透明な合成樹脂を形成し、その後、過熱することにより合成樹脂の表面を凸レンズ状にすることにより形成される。
【００２９】
透光性基板５は、ホウケイ酸ガラスもしくは少なくとも１枚のニオブ酸リチウムや水晶、サファイア等の複屈折板から成る。ホウケイ酸ガラスは、原料に耐熱性が強いホウ酸が加えられていることで耐熱性にすぐれるとともに耐薬品性にも優れることから、腐蝕や、熱衝撃に対して耐力があり、また、透明で平坦な無孔性の表面をもち光学的に欠陥の少ない材料であることから好適に用いられる。
【００３０】
ニオブ酸リチウムや水晶、サファイアは、入射した光が強さの等しい２つの屈折光となって進むとともに、互いに垂直な振動面を持つ２つの直線偏光となって出射される複屈折の性質を有する。また、２本の光線の内、一方の光線は常光線と呼ばれて通常の屈折法則に従うが、他方の光線は方向によって速度が変化するため屈折法則に従わず、異常光線と呼ばれる。ニオブ酸リチウムや水晶，サファイアは、このように入射した光線を常光線と異常光線とに分離することから、固体撮像素子の画素配置および画素ピッチに対応して常光線と異常光線とを分離し、固体撮像素子によって格子縞などを写すと発生する色むらや縞模様などの本来存在しない擬似信号を除去する機能を有する。また、ニオブ酸リチウムや水晶，サファイア等から成る複屈折板は、複数枚重ねて使用することにより、入射光を、固体撮像素子の正方形または長方形の隣接する４つの画素に対応させた分光特性が均等な透過光に分離させることができるので、固体撮像素子の擬似信号をより良好に除去することができる。
【００３１】
透光性基板５の一方の主面には配線導体６が形成される。配線導体６は、アルミニウム（Ａｌ），クロム（Ｃｒ），ニッケル（Ｎｉ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ），チタン（Ｔｉ）等の少なくとも１種類の金属から成り、金属を真空蒸着法やスパッタリング法、メッキ法により透光性基板５上に被着形成された後、フォトリソグラフィおよびエッチング等により不要部が除去されて配線導体６のパターンが形成される。または、マスクパターンを介してその上から真空蒸着法やスパッタリング法によりマスクパターンの開口部に金属を堆積させることにより配線導体６のパターンが形成される。または、例えばタングステン，モリブデン，マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤，溶媒，可塑剤等を添加混合して得た金属ペーストをスクリーン印刷法等の厚膜手法を用いて透光性基板５にマスクパターンを介して印刷塗布しておき、これを焼成することによって被着形成される。
【００３２】
配線導体６の形成時にマスクパターンを用いる方法は、配線導体６以外の透光性基板５の素地表面をエッチングすることによる表面の光学鏡面からの劣化を防止することができるので好ましい。配線導体６は、光半導体素子１の各電極４と接続され、光半導体素子１の電気信号を外部電気回路に電気的に接続する際の導電路となる。
【００３３】
異方導電性接着剤７は、光半導体素子１と透光性基板５とを機械的に接合するとともに光半導体素子１の電極４と透光性基板５の配線導体６とを電気的に接続する機能を有し、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂接着剤８に、圧縮強さが100ＭＰａ以上の硬質粒子の表面に金属層が被覆された第一の導電性粒子９と、圧縮強さが１乃至50ＭＰａの軟質粒子の表面に金属層が被覆され、最大粒径が第一の導電性粒子９の最大粒径の1.5乃至２倍である第二の導電性粒子10とを添加して分散させることにより形成される。
【００３４】
樹脂接着剤８は、耐湿性あるいは接合強度の観点から緻密な３次元網目構造を有するエポキシ樹脂を主成分とすることが好ましく、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノールＡ変性エポキシ樹脂，ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂，フェノールノボラック型エポキシ樹脂，クレゾールノボラック型エポキシ樹脂，特殊ノボラック型エポキシ樹脂，フェノール誘導体エポキシ樹脂，ビフェノール骨格型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂にイミダゾール系，アミン系，リン系，ヒドラジン系，イミダゾールアダクト系，アミンアダクト系，カチオン重合系，ジシアンジアミド系等の硬化剤を添加したもので形成されている。なお、２種以上のエポキシ樹脂を混合して用いてもよい。
【００３５】
第一の導電性粒子９の硬質粒子は、例えばベンゾグアナミン樹脂，ジビニルベンゼン樹脂等の有機材料やガラスビーズ等の無機材料から成り、圧縮強さが100ＭＰａ以上の硬質粒子となる材料から成る。
【００３６】
このような第一の導電性粒子９の最大粒の粒子直径は５〜20μｍが好適である。第一の導電性粒子９の粒子直径が５μｍ未満の場合、異方導電性接着剤７の電極４と配線導体６との接着厚みが５μｍ未満となり、マクロレンズ３と透光性基板５との間隔が狭くなるので透光性基板５の表面の微小欠陥による画像信号の劣化が生じ易くなったり、マイクロレンズ３が透光性基板５に接触してしまいマイクロレンズ３のレンズ機能を損なったりする場合がある。また、第一の導電性粒子９の粒子直径が20μｍを超えると、第二の導電性粒子10の粒子直径もこれに従って大きくなることから、異方導電性接着剤７を加圧しながら加熱硬化する際の圧力で第二の導電性粒子10が大きく変形して金属層の被膜が破損し、良好な導電性を得られなくなる傾向がある。また、加圧の際の変形が大きくなることによって隣接する第二の導電性粒子10同士が接触し、隣接する配線導体６間での絶縁が確保できなくなり、光半導体素子１が動作しなくなる場合がある。従って、第一の導電性粒子９の粒子径は５〜20μｍの範囲とすることが好ましい。
【００３７】
第二の導電性粒子10の軟質粒子は、例えばアクリル樹脂やシリコーン樹脂，ウレタン樹脂等の各種樹脂材料から成る。また、軟質粒子の最大粒の粒子直径は、第一の導電性粒子９の1.5〜２倍とされる。第二の導電性粒子10の粒子直径が1.5倍未満の場合には、第二の導電性粒子10が異方導電性樹脂７を加圧しながら加熱硬化する際の圧力により弾性変形する変形量が少ないために、電極４および配線導体６と十分に広い面で接触させることができなくなり、電極４と配線導体６との良好な導電性が得られなくなる傾向がある。さらに、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂接着剤８の熱等による膨張収縮に対して、弾性変形よる復元力が十分に得られないことから電気的な接合信頼性が十分に確保されなくなる。
【００３８】
また、第二の導電性粒子10の粒子径が２倍より大きい場合には、異方導電性樹脂７を加圧しながら加熱硬化する際の圧力で第二の導電性粒子10が大きく変形することとなり、その表面に被覆された金属層の被膜が破損し、良好な導電性を得られなくなる傾向がある。また、加圧の際の変形が大きくなることによって隣接する第二の導電性粒子10同士が接触し、隣接する配線導体６間での絶縁が確保できなくなり、光半導体素子１が動作しなくなる。
【００３９】
第一の導電性粒子９の硬質粒子および第二の導電性粒子10の軟質粒子の表面に被覆される金属層は、化学的に安定で酸化腐蝕を有効に防止できる膜厚10〜100ｎｍの金めっき層が好ましく、また、硬質粒子および軟質粒子の表面に金めっき層を被着形成する下地層として膜厚10〜500ｎｍのニッケルめっき層を被着形成するのが好ましい。
【００４０】
ニッケルめっき層の膜厚が10ｎｍ未満であると、その表面に金めっき層を形成することが困難となる傾向があり、また、500ｎｍを超えるとニッケルめっき層が硬質粒子および軟質粒子の表面から剥離し易くなる傾向がある。さらに、金めっき層の膜厚が10ｎｍ未満であると、異方導電性樹脂７の抵抗値が増加する傾向があり、また、100ｎｍを超えると、第一および第二の導電性粒子９，10の比重が増加し、第一および第二の導電性粒子9，10の分散性が悪くなる傾向がある。
【００４１】
透光性基板５の主面と対向する主面の光半導体素子１の光電変換部２に対向する部位に、赤外線を遮蔽する機能を有する誘電体多層膜11が形成されていることが好ましい。図4は、透光性基板５の主面に誘電体多層膜11が形成されている部分の構造を示す要部拡大断面図である。誘電体多層膜11は、図４に示すように、屈折率が1.6以下の誘電体材料から成る低屈折率層11aおよび屈折率が1.7以上の誘電体材料から成る高屈折率層11bを順次交互に複数層積層することにより形成される。そして、この誘電体多層膜11は、撮像レンズ（図示せず）を通過した光から赤外線の波長領域の成分を反射する機能を有することにより、光半導体素子１によって得られる画像が赤みがかったりするのを補正する機能を有する。
【００４２】
また、透光性基板５の主面に赤外線を遮蔽する誘電体多層膜11が形成されることにより、別部品として赤外線カットフィルタを組み込む必要がないので、光学機能部品を薄型化することができる。また、誘電体多層膜11を光半導体素子１と対向する主面に対向する透光性基板５の外側の主面に形成して光半導体素子１から遠ざけることにより、誘電体多層膜11の成形時等に膜欠陥が発生した場合においても、光半導体素子１から得られる画像に欠陥を与え難い誘電体多層膜11とでき、堅牢な赤外線遮蔽機能を有する固体撮像装置とすることができる。
【００４３】
なお、高屈折率層11bの屈折率と低屈折率層11aの屈折率との差を0.1以上とすることにより、高屈折率層11bと低屈折率層11aとの界面での赤外線の反射量が少なくなる、すなわち赤外線遮蔽効果が小さくなることはなく、その結果、良好な赤外線遮蔽機能を有する固体撮像装置とすることができる。高屈折率層11bの屈折率と低屈折率層11aの屈折率との差が0.1未満であると、高屈折率層11bと低屈折率層11aとの界面での赤外線の反射量が極端に少なくなり、良好な赤外線遮蔽機能を得ることが困難となる傾向がある。したがって、高屈折率層11bの屈折率と低屈折率層11aの屈折率との差を0.1以上とすることが好ましく、さらには0.5以上とすることが好ましい。
【００４４】
このような屈折率が1.7以上の高屈折率層11bの誘電体材料としては、五酸化タンタル（Ｔａ２０５）やニ酸化チタン（ＴｉＯ２），五酸化ニニオブ（Ｎｂ２０５），ジルコニア（ＺｒＯ２），酸化ハフニウム（ＨｆＯ２），酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等が用いられ、屈折率が1.6以下の低屈折率層11aの誘電体材料としては、ニ酸化珪素（ＳｉＯ２）やフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２），フッ化イットリウム（ＹＦ３）等が用いられる。また、高屈折率層11bはその屈折率の範囲が通常は1.7〜3.0、低屈折率層11aはその屈折率の範囲が通常は1.2〜1.6であり、これらを形成する誘電体材料は膜の硬さ等の特性や形成し易さ，価格等を考慮して選択される。
【００４５】
なお、図２では、誘電体多層膜11を透光性基板５の光電変換部２に対向する主面と対向する主面の全面に被着形成した例を示しているが、誘電体多層膜11は光半導体素子１の光電変換部２に対向する部位のみに被着形成してもよい。
【００４６】
このような低屈折率層11aおよび高屈折率層11bから成る誘電体多層膜11は、ＣＶＤ法やスパッタリング法，真空蒸着法等により成形され、例えば真空蒸着法により成形する場合、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２等の屈折率が1.6以下の低屈折率材料と、Ｔａ２０５やＴｉＯ２等の屈折率が1.7以上の高屈折率材料とをそれぞれ１×10-３Ｐａ程度の真空度の真空蒸着装置内に設置した坩堝に入れ、250〜300℃の温度に設定した後、透光性基板５の一方の主面の全面あるいはマスクパターンを介して光半導体素子１の光電変換部２に対向する部位に、例えば、まず高屈折率層11bを被着し、その後、低屈折率層11aと高屈折率層11bとを順次交互に合計10〜100層被着することにより形成される。なお、高屈折率層11bから被着するか低屈折率層11aから被着するかは誘電体多層膜11の目的の光学特性等に応じて選択される。
【００４７】
また、低屈折率層11aおよび高屈折率層11bの積層数が10層未満であると、赤外線領域の波長を良好に遮蔽することが困難となる傾向があり、100層を超えると誘電体多層膜11を真空蒸着後に室温に冷却する際の熱収縮による応力や、低屈折率層11aおよび高屈折率層11bが被着する際の気相から固相への移り変わりによる内部応力が大きなものとなり、誘電体多層膜11にクラックが発生したり、誘電体多層膜11が透光性基板５から剥がれ易くなったりする傾向がある。従って、低屈折率層11aおよび高屈折率層11bの積層数は10〜100層の範囲が好ましく、30〜50層の範囲がより好ましい。
【００４８】
また、本発明の固体撮像装置において、好ましくは、異方導電性接着剤７は、最大粒径が第一の導電性粒子９の最大粒径よりも小さい炭素粒子が含有される。炭素粒子の最大粒子の直径が、第一の導電性粒子９の粒子径以上となると、光半導体素子１の電極４と透光性基板５の配線導体６との間隔を第一の導電性粒子９によって一定に保つことができず、光半導体素子１と透光性基板５とを加熱圧着する際に片加重等が生じた場合に、光電変換部２と透光性基板５の主面との平行度が悪化する。従って、炭素粒子としては、例えば最大粒子径が１μｍの非晶質からなる球状のものが好ましい。炭素粒子を異方導電性接着剤７に含有させることにより、異方導電性接着剤７の色調を黒色とし、レンズ系より入射する光の迷光防止機能を有する遮光膜とすることができる。
【００４９】
また、本発明の固体撮像装置において、好ましくは、異方導電性接着剤７は、最大粒径が第一の導電性粒子９の最大粒径よりも小さい二酸化珪素（ＳｉＯ２）粒子が含有される。二酸化珪素粒子の最大粒子の直径が、第一の導電性粒子９の最大粒径以上になると、光半導体素子１の電極４と透光性基板５の配線導体６との間隔を第一の導電性粒子９によって一定に保つことができず、光半導体素子１と透光性基板５とを加熱圧着する際に片加重等が生じた場合に、光電変換部２と透光性基板５の主面との平行度が悪化する。従って、二酸化珪素粒子としては、例えば最大粒経２μｍの多孔質状から成り、比表面積が40ｍ２／ｇに粉砕された粉体を用いるのが好ましい。多孔質状の二酸化珪素粒子は、表面積が増加することにより、水分を十分に吸着することができる。この結果、異方導電性接着剤７を介して接合された、光半導体素子１と透光性基板５とに挟まれた空間に侵入する水分を、異方導電性接着剤７中の二酸化珪素粒子にて吸着することにより、水分の浸入を防止することができ、耐湿性の優れた固体撮像装置とすることができる。
【００５０】
また、本発明の固体撮像装置において、異方導電性接着剤７は、好ましくは、最大粒径が第一の導電性粒子９の最大粒径より小さいとともに弾性率が0.1乃至３Ｇｐａである樹脂粒子を含有しているのが好ましい。
【００５１】
樹脂粒子は、主成分であるエポキシ樹脂（弾性率は８Ｇｐａ程度であるが、エポキシ樹脂の種類や硬化剤との組み合わせなどによる）よりも弾性率が低いシリコンゴムやシリコンレジン，ＬＤＰＥ（Low Density Polyethylene），ＨＤＰＥ（High Density Polyethylene），ＰＭＭＡ（Polymethyl metacrylate），架橋ＰＭＭＡ，ポリスチレン樹脂，架橋ポリスチレン樹脂，エチレン−アクリル共重合樹脂，ポリメタクリル酸エチル樹脂，ブチルアクリレート樹脂，ポリウレタン樹脂等から成る軟質微粒子である。
【００５２】
樹脂粒子は、その弾性率が0.1ＧＰａ未満であると、機械的応力が透光性基板５に加わった際に異方導電性接着剤７が歪み、所定の位置に光半導体素子１を保持することが困難となる傾向があり、また、弾性率が３ＧＰａを超えると、固体撮像装置に落下等の大きな衝撃が加わった際に生じる応力あるいは光半導体素子１の発熱による熱応力を吸収することができず、光半導体素子１が透光性基板５から外れてしまったり、あるいは透光性基板５が破壊しやすくなったりする傾向がある。
【００５３】
また、樹脂粒子の最大粒径は、第一の導電性粒子９の最大粒の粒子直径よりも小さくするのがよい。樹脂粒子の最大粒径が、第一の導電性粒子９の最大粒径以上となると、光半導体素子１の電極４と透光性基板５の配線導体６との間隔を第一の導電性粒子９によって一定に保つことができず、光半導体素子１と透光性基板５とを加熱圧着する際に片加重等が生じた場合に、光電変換部２と透光性基板５の主面との平行度が悪化する。
【００５４】
このような樹脂粒子を異方導電性接着剤７に含有していることにより、異方導電性接着剤７が硬化する際の応力により、異方導電性接着剤７と透光性基板５および光半導体素子１との接合界面にクラックや剥離が生じて気密破壊が発生するのを、樹脂粒子が弾性変形することにより応力を吸収するので防止することができ、気密信頼性の優れた固体撮像装置とすることができる。
【実施例】
【００５５】
本発明の実施例を以下に詳細に説明する。  
光半導体素子１としては、縦４ｍｍ×横４ｍｍ×厚さ0．6ｍｍのものを用いた。光半導体素子１の中央付近には31万画素の光電変換部２が形成されており、その表面には合成樹脂製のマイクロレンズ３が形成されている。また、光半導体素子１の対向する２辺付近には縦100μｍ×横100μｍの電極４が、各々の辺に５個ずつ形成されたものを準備した。
【００５６】
透光性基板５としては、縦８ｍｍ×横８ｍｍ×厚さ0．5ｍｍのホウケイ酸ガラス基板の一主面にＡｌから成る線幅100μｍ，厚さ10μｍの配線導体６を200μｍの間隔で形成し、他主面に厚さ10〜200ｎｍのＴｉＯ２層と厚さ10〜200ｎｍのＳｉＯ２層とが交互に40層積層された赤外線遮蔽機能を有する誘電体多層膜11を被着形成したものを準備した。配線導体６は、光半導体素子１の電極４に対向する位置に配線導体６の端部が位置するように配置され、各々の配線導体６の他方の端部は、透光性基板５に接続される外部回路基板の外部端子と対向する位置に配置されている。
【００５７】
次に、光半導体素子１の電極４と透光性基板５の配線導体６とを異方導電性接着剤７を介して十分に密着させた後、光半導体素子１と透光性基板５とに１×10-5Ｐａの圧力を加えつつ120℃の加熱を行ない、異方導電性接着剤７を硬化させることによって光半導体素子１と透光性基板５とを電気的かつ機械的に接合した。異方導電性接着剤７は、主成分としてのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂49.5質量％にアミン系硬化剤を１質量％，最大粒径１μｍの炭素粒子を0．5質量％，最大粒径2μｍの多孔質二酸化珪素粒子を20質量％および最大粒径が0.5μｍで弾性率が２ＧＰａであるアクリル樹脂粒子を28質量％含有させ、さらに最大粒径が10μｍで圧縮強さが異なる第一の導電性粒子９を0.5質量％、最大粒径および圧縮強さが異なる第二の導電性粒子10を0.5質量％含有させたものを作製した。
【００５８】
そして、透光性基板５の隣接する配線導体６間の絶縁抵抗値の計測をし、その後、画像検査装置に組み込むことにより光半導体素子１を実際の光学系，信号処理系と組み合わせ、所定のパターンが描かれた被写体を写して実際に動作することを確認するとともに、取り込んだ画像の色調や色むら，黒点等の確認を行なう動作試験を行なった後、ＭＩＬ−ＳＴＤ−883Ｅ ＭＥＴＨＯＤ 1014．10による条件で０℃〜100℃の熱衝撃試験を行ない、再度同じ配線導体６間の絶縁抵抗値の測定および光半導体素子１の動作試験とを実施した。結果を表１に示す。
【表１】
2005136144.tif 000003
【００５９】
表１から分かるように、第二の導電性粒子10の最大粒径が第一の導電性粒子９の最大粒径の1.4倍である14μｍとした試料番号１では、光半導体素子１は、初期の動作試験では良好であったものの、熱衝撃試験後の動作試験においては、第二の導電性粒子10の弾性変形による導通が十分でないために電極４と配線導体６との導通抵抗値が大きくなり、良好な動作が得られなかった。
【００６０】
また、第二の導電性粒子10の最大粒径が第一の導電性粒子９の2.1倍である21μｍとした試料番号４では、電極４と配線導体６との距離が第一の導電性粒子９の最大粒径である10μｍまでに圧縮変形されると、第二の導電性粒子10のせん断方向での直径が非常に大きくなりすぎるために、せん断方向に膨張した隣接する第二の導電性粒子10同士が接触し、接触した第二の導電性粒子10同士が隣接する配線導体６間に渡って連なることによって隣接する配線導体６間に電気の導電経路が形成されてしまって、配線導体６間の初期の絶縁抵抗値が0.0005ＭΩと小さくなる絶縁破壊が生じた。
【００６１】
次に、第二の導電性粒子10の圧縮強さが0.5ＭＰａとした試料番号５では、第二の導電性粒子10の弾性変形による復元力が小さいために、熱衝撃試験によるエポキシ樹脂を主成分とする樹脂接着剤８の熱による膨張収縮に対して面接触を持続することができず、初期の光半導体素子１の動作試験では良好であったものの、熱衝撃試験後の光半導体素子１の動作試験においては、良好な動作が得られなかった。
【００６２】
一方、第二の導電性粒子10の圧縮強さが80ＭＰａとした試料番号７では、逆に第二の導電性粒子10が十分に弾性変形しないために十分な復元力を有さず、初期の光半導体素子１の動作試験では良好であったものの、熱衝撃試験後の光半導体素子１の動作試験においては良好な動作が得られなかった。
【００６３】
さらに、第一の導電性粒子９の圧縮強さが80ＭＰａとした試料番号８では、第一の導電性粒子９が若干弾性変形をすることに応じて、第二の導電性粒子10の変形量が増加するため、隣接する第二の導電性粒子10同士間の距離が十分に保てなくなり、隣接する配線導体６間に導電経路が形成されてしまって初期の絶縁抵抗値が0.008ＭΩと小さな値を示した。
【００６４】
これらに対して、第一の導電性粒子９の圧縮強さが100ＭＰａで最大粒経が10μｍであり、第二の導電性粒子10の圧縮強さが１〜50ＭＰａで最大粒径が15〜20μｍとした試料番号２，３，６では、初期はもとより熱衝撃試験後においても絶縁抵抗値が10ＭΩと大きく、光半導体素子１の動作試験においても良好な結果を示した。
【００６５】
なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の固体撮像装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の固体撮像装置の要部拡大断面図である。
【図３】従来の固体撮像装置の例を示す断面図である。
【図４】本発明の固体撮像装置の誘電体多層膜の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１：光半導体素子
２：光電変換部
３：マイクロレンズ
４：電極
５：透光性基板
６：配線導体
７：異方導電性接着剤
８：樹脂接着剤
９：第一の導電性粒子
10：第二の導電性粒子
11：誘電体多層膜
11a：低屈折率層
11b：高屈折率層
【図１】
2005136144.tif 000004
【図２】
2005136144.tif 000005
【図３】
2005136144.tif 000006
【図４】
2005136144.tif 000007