(57)【要約】  【課題】    固体撮像素子の感度を向上しつつ、薄型化した固体撮像装置を提供する。  【解決手段】    固体撮像装置は、シリコン基板状の多数の固体撮像素子であるイメージセンサ１と、この上にマトリクス配置のスクリーン電極３およびマイクロレンズ４と、透明接着層６を介して直接貼り合わせた透明カバー７から構成される。ここで、マイクロレンズ４は屈折率が１．５乃至１．６の有機材料からなり、透明接着層６は屈折率は１．４以下の樹脂で、好ましくは、ふっ素樹脂からなる。これにより、外部からの光８は透明カバーと透明接着層を透過して、マイクロレンズ４で集光されイメージセンサ１が受光することになる。   【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面上にマイクロレンズが設けられた固体撮像素子に、屈折率１．４以下の透明接着層を介して透明カバーを直接貼り合わせたウエハレベルパッケージまたはチップサイズパッケージで構成した固体撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像素子のマイクロレンズが屈折率１．５以上の材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記接着層がふっ素系樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
シリコン基板の表面側に形成した半導体光センサの受光面上にマイクロレンズを配置し、裏面に前記半導体センサと導通スルーホールにより電気的接続したコンタクト電極を設け、透明カバーを前記シリコン基板上の前記マイクロレンズと屈折率１．４以下の透明接着層を介して前記マイクロレンズと直接に貼り合わせて多数の固体撮像素子を形成した後、ダイシングによりチップサイズパッケージに分割して前記透明カバーと前記固体撮像素子とを略同一寸法にしたことを特徴とするウエハレベルパッケージの固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子と透明キャップとの間に低屈折率の透明樹脂材の接着層を介在させたウエハレベルパッケージまたはチップサイズパッケージで構成した固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像装置は、セラミクス等の中空構造パッケージ中に固体撮像素子が収納され、固体撮像素子の上面中央にマイクロレンズを配置した受光部が設けられ、その周辺に電極パッドを配置して構成されている。マイクロレンズは受光部の感度向上に役立てられるもので、通常、屈折率が１．５から１．６の有機材料により形成されていた。電極は固体撮像素子の電極パッドとセラミクスパッケージにワイヤボンディングされている。また、固体撮像素子はセラミクスパッケージに収納され、パッケージの上面にガラス等の透明キャップが封着されていた。従来のセラミクスパッケージでは、固体撮像素子のマイクロレンズ上は大気に接しており、大気の屈折率が１．０であることから、マイクロレンズは光を効率良く集光することが可能であった。
【０００３】
一方、特許文献１に示されるように、受光部であるＣＣＤチップの固体撮像素子の上面にマイクロレンズが設けられ、これよりも低屈折率の透明接着剤を透明キャプとの間に充填して、ＣＣＤチップの受光感度を落とすことなく、十分な接着面積でＣＣＤチップと透明キャップを固定すると共に、ＣＣＤチップの外周部を高耐湿性のシール材で封止する。それにより、低屈折率を重視した接着剤の弱点を補強した耐湿性に優れたパッケージ構造の固体撮像装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１００９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のセラミクスを用いた中空パッケージでは、固体撮像素子とカバーガラスの間に中空ギャップが存在するため、全パッケージ高さが高くなると言う問題がある。さらに、このような用途のパッケージにはリード線がガラス封止された金属気密封止パッケージ、あるいは薄型セラミクスパッケージなどが使用されているが、体積が増え、組み立て工数も増えるという問題がある一方、固体撮像素子上にエポキシやアクリル系統の透明接着剤を用いて接着するパッケージ手法もある。この場合の接着剤は屈折率が１．５以上であるため、マイクロレンズ材料の屈折率と同じまたは大きくなり、固体撮像素子上に形成されたマイクロレンズによる集光がうまく働かず、固体撮像素子の感度が悪くなると言う問題があった。
【０００５】
特許文献１が開示する固体撮像装置は、パッケージの耐湿性を向上させるために固体撮像素子および透明キャップとの外周部を耐湿性の高いシール材で囲まなければならず、外周部の結合シール材が全体のサイズを大型化していた。加えて、固体撮像素子と外部回路との電気的接続のため、ＴＡＢリードがパッケージに組み込まれ、固体撮像素子とＴＡＢの間がワイヤーボンディング接続され、そのためにパッケージ全体の体積が増え、組み立て工数が増えるなどコスト的に問題があった。特に、固体撮像素子と透明キャップとの間に充填される低屈折率接着剤の厚みは外周部のシール材に高い耐湿性を得るに必要な厚みが必要とされて薄型化には制約となっていた。
【０００６】
したがって、本発明は上述する欠陥を排除するために提案されたものであり、ウエハレベルパッケージまたはチップサイズパッケージを用いて固体撮像素子上に形成されるマイクロレンズとカバーガラスとの間に形成する接着層を薄く形成した新規かつ改良された固体撮像装置の提供を目的とするものである。すなわち、本発明の目的は、全パッケージ高さを低くするために、直接透明カバーを固体撮像素子に貼り合せると共に、固体撮像素子の集光性を改善して光感度を上げるために、貼り合わせに屈折率が１．４以下の低屈折率接着剤を用いたことを特徴とする全高が低くて光感度の高い固体撮像装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、受光面上にマイクロレンズを設けられた固体撮像素子と、屈折率１．４以下の透明な低屈折率接着層を介して透明カバーを直接貼り合わたウエハレベルパッケージまたはチップサイズパッケージで構成した固体撮像装置が提供される。ここで、マイクロレンズは屈折率１．５以上の材料で形成され、接着層は数μｍ程度に薄く形成されていることを特徴とする固体撮像装置が開示される。具体的には低屈折率接着層としてふっ素系樹脂が使用されると共に透明カバーが固体撮像素子と略同一寸法に形成されたチップサイズパッケージからなることを特徴とする固体撮像装置である。ウエハレベルパッケージは集積回路を構成している半導体基板にエッチング法等により、半導体基板を直接加工し電極、ソルダボールまたは電極バンプを形成し、基板自体をパッケージの一部として使う手法である。したがって、この手法を用いて加工された半導体基板上の固体撮像素子にマイクロレンズを設け、屈折率１．４以下低屈折率透明接着層を介して透明カバーを直接貼り合わせて封着したパッケージから成る固体撮像装置が提供される。換言すると、シリコン基板の表面側に形成した半導体光センサの受光面上にマイクロレンズを配置し、裏面に前記半導体センサと導通スルーホールにより電気的接続したコンタクト電極を設け、透明カバーを前記シリコン基板上の前記マイクロレンズと屈折率１．４以下の透明接着層を介して前記マイクロレンズと直接に貼り合わせて多数の固体撮像素子を形成した後、ダイシングによりチップサイズパッケージに分割して前記透明カバーと前記固体撮像素子とを略同一寸法にしたことを特徴とするウエハレベルパッケージの固体撮像装置が開示される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の固体撮像装置は固体撮像素子の受光面上にマイクロレンズを介して透明カバーが低屈折率接着層を用いて直接貼り合わせて構成するから、固体撮像素子の集光特性を改善して光感度を高め、かつ全高寸法を小さくして薄型化を実現する。また、従来のウェハレベルパッケージやチップサイズパッケージでは、屈折率１．５以上のエポキシ、アクリル系統の接着剤で半導体基板とガラスが接着されるため、受光面上にマイクロレンズが設けられた固体撮像素子の場合、マイクロレンズで光が集光されず固体撮像素子の感度を低下させていたが、本発明では屈折率が１．４以下のふっ素系樹脂の接着層を介して直接貼り合わせるのでマイクロレンズの集光特性の改善に役立つ。さらに、パッケージ構造として、マイクロレンズと透明カバーとの間の接着層を含む外周部に耐湿性シール材を使用しないから、接着層の薄型化と構造の簡素化が図られて工業的価値を高める。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明による固体撮像装置の実施の形態について、具体的実施例について説明する。本発明の固体撮像装置は受光面上にマイクロレンズが設けられた固体撮像素子に、屈折率１．４以下の透明接着層を介して透明カバーを直接貼り合わせたウエハレベルパッケージまたはチップサイズパッケージで構成される。ここで、マイクロレンズには屈折率１．５以上の光学材料が使用され、屈折率１．４以下の透明接着層には低屈折率のふっ素系樹脂が使用される。また、透明カバーと固体撮像素子とは略同一寸法に形成されたウェハレベルパッケージまたはチップサイズパッケージからなることを特徴とする固体撮像装置である。なお、説明上技術的に好ましい種々の限定が付されるが、本発明の範囲は、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。
【００１０】
図１は、本発明に係る実施例の固体撮像装置を示す部分拡大断面図である。固体撮像装置は、シリコン基板２に半導体技術を利用して多数の固体撮像素子となるフォトダイオードのイメージセンサ１と、この上にマトリクス配置のスクリーン電極３およびマイクロレンズ４とが形成され、透明接着層６を介して透明カバー７が直接貼り合わせて構成される。ここで、マイクロレンズ４は屈折率が１．５乃至１．６の有機材料からなり、透明接着層６は屈折率は１．４以下のふっ素系樹脂である。これにより、外部からの光８は透明カバー７と透明接着層６を透過して、マイクロレンズ４で集光されてイメージセンサ１が受光することになる。すなわち、イメージセンサ１のあるシリコン基板上にはスクリーン電極３とマイクロレンズ４がマトリクス状に配置され、それぞれ方形状受光部を形成している。マイクロレンズ４は、この受光部の受光感度を高めるために設けられる。このマイクロレンズ４は屈折率が１．５乃至１．６の有機材料からなる。シリコン基板２にはビアホールを通してリード部材を半導体技術を応用して基板内にスルーホール電極として形成され、外面のはんだバンプやＡｕバンプなどのコンタクト電極５が設けられる。このコンタクト電極５を介して固体撮像素子のイメージセンサ１からの電気信号が外部回路に電気的に接続される。一方、マイクロレンズ４は、ふっ素系樹脂の透明接着層６を介してガラス等の透明カバー７からの外部光線８を集光してイメージセンサ１で受光することになる。受光信号は電気信号に変換され、外部回路に導出される。
【００１１】
図２は撮像装置の概観を示す斜視図であり、シリコン基板２と透明カバー７とが透明接着層６を介在して直接貼り合わせられた３〜５ｍｍ角のチップ状態の部品を示している。シリコン基板２の内面の表面側には半導体フォトダイオードのイメージセンサとその上にマイクロレンズが設けられている。一方、外面の裏面側にはイメージセンサと導通スルーホールにより電気的接続したコンタクト電極５のはんだバンプが多数設けられている。ここで、透明カバー３をシリコン基板２とは屈折率１．４以下の透明接着層を介して直接に貼り合わせている。製造過程では複数個の単位ユニット固体撮像素子を形成した後、ダイシングによりチップサイズパッケージに分割され、透明カバーと単位ユニット固体撮像素子とを略同一寸法にして小型・薄型化したことを特長とするウエハレベルパッケージの固体撮像装置を開示する。
【００１２】
図３（ａ）乃至図３（ｃ）は、本発明の固体撮像装置の製造工程を示している。図３（ａ）はシリコン基板２と透明カバー７の貼り合わせ工程を示し、一方または両方の貼り合わせ面に透明接着層６がコートされた状態を示し、貼り合わせ直前の状態である。次いで、図３（ｂ）に示すように貼り合わせ後、シリコン基板２の外面にははんだバンプのコンタクト電極５が多数設けられる。次いで、半導体技術により作製された多数の固体撮像素子を含む受光部を備えるシリコン基板２に透明カバー７を屈折率１．４以下の透明接着層６を介在して直接に貼り付けられ、シリコン基板外面にはんだバンプ形成後、図３（ｃ）に示されるように、ダイシングライン９に沿って切断分割されて、個別単位の固体撮像装置が完成される。この場合、透明接着層６の接着強度を高めるために、あらかじめ接着補助材を塗布することもある。透明接着層６が塗布形成された固体撮像素子を含む受光部を備えたシリコン基板２に透明基板が貼り合わせられた後、透明接着層は硬化させて撮像素子を気密封着状態に固着する。図３（ｂ）では、透明カバー７が接着されたシリコン基板２には半導体技術を用いてイメージセンサ１の電気信号を導出するコンタクト電極５が設けられるが、はんだバンプのほかにＡｕバンプでもよい。貼り合わせで合体された透明カバーとシリコン基板は前述のようにダイサによりチップサイズに切り出し、図２に示す固体撮像装置のチップ部品を得る。このチップ部品はセラミクスパッケージに収納されて固体撮像装置として完成される。
【００１３】
前述したように、マイクロレンズで光を集光して感度の良い撮像装置を得るには、光がマイクロレンズ表面で屈折する必要がある。光の屈折はマイクロレンズ材料の屈折率、マイクロレンズ上面のカバー材料の屈折率、マイクロレンズ形状によって決定される。光が凸型のマイクロレンズで屈折するためには、マイクロレンズ上面のカバー材料の屈折率がマイクロレンズ材料の屈折率より小さい必要がある。また光の屈折角は、マイクロレンズ材料の屈折率とマイクロレンズ上のカバー材料の屈折率比に比例するため、マイクロレンズ上のカバー材料の屈折率が小さいほど、マイクロレンズが効率良く働くことになる。固体撮像素子受光面のマイクロレンズの材料屈折率が、通常１．５以上であるため、マイクロレンズとして働くためには、貼り合わせる接着材料の屈折率が１．５未満が必要最小限の条件であるが、実際のマイクロレンズの形状を加味すると１．４以下の屈折率である透明接着層が本発明では使用される。本発明の固体撮像装置においては、望ましくは、１．３５以下の屈折率を有する透明接着材料の使用がマイクロレンズの集光特性を向上する上で好ましい。
【００１４】
本発明の低屈折率の透明接着層６は、屈折率が１．４以下の透明樹脂材料が使用される。たとえば、ふっ素系樹脂の接着層が好ましく、接着層の厚さは数μｍ程度の厚みとする。これによって、全高寸法を薄くすると同時に感度の高い固体撮像装置が提供できる。なお、ふっ素系樹脂としては、屈折率１．３４のポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥＰ）、屈折率１．３５のパーフロロアルコキシ（ＰＦＡ）、屈折率１．３３〜１．３８のポリビニルフロライド（ＰＶＦ）を含むポリビニル系ふっ素樹脂、あるいはパーフロロエチレンプロペンコポリマ（ＰＦＥＰ）、クロロトリフロロエチレン（ＣＴＦＥ）、エチレンクロロトリフロロエチレン（ＥＣＴＦＥ）を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態を示す固体撮像装置の要部拡大断面図である。
【図２】図１に示す固体撮像装置の切り出しチップ部品を示す斜視概要図である。
【図３】図２に示す固体撮像装置のチップ部品製造工程の一部を示す概要図である。
【符号の説明】
【００１６】
１；イメージセンサ（固体撮像素子）、  ２;シリコン基板、
３；スクリーン電極、    ４；マイクロレンズ、    ５；コンタクト電極、
６；低屈折率透明接着層、  ７；透明カバー（透明ガラス基板）
８；光線、  ９；ダイシングライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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