(57)【要約】【課題】カバーガラスとイメージセンサチップの接着力が強い狭ギャップの固体撮像装置を提供する。【解決手段】受光素子１０４及びこの受光素子１０４から出力される信号を外部に出力するための電極１０９を備えたイメージセンサチップ１０２と、受光素子１０４上に形成されたマイクロレンズ１０３と、受光素子１０４の外周に形成される保護層１０７と、イメージセンサチップ１０２の上方に配置され、光学素子１０５が形成されたカバーガラス１０１と、このカバーガラス１０１に形成され、カバーガラス１０１と受光素子１０４とのギャップを制御するスペーサ１０６と、スペーサ１０６と保護層１０７とを接合するための接着層１０８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】
受光素子、該受光素子から出力される信号を外部に出力するための電極、該受光素子及び該電極を一面に支持した基板を有するイメージセンサチップと、前記受光素子の受光面に形成されたマイクロレンズと、前記受光素子の受光面と対向して離間配置され、前記受光素子と対向する面に光学素子が形成されたカバーガラスと、前記受光素子の外径側において前記基板と前記カバーガラスとの間を接合する接合部と、を有し、
前記接合部は、前記カバーガラス面に固定されて前記基板と接合される前記カバーガラスと前記受光素子とのギャップ制御用のスペーサと、該スペーサと前記基板とを接合するための接着層と、を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記スペーサの厚さは、１０μｍ以下であ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】
前記接着層は、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１又２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記接着層は、ＵＶ硬化樹脂あるいは熱硬化樹脂であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記接合部は、前記マイクロレンズと同一材料により構成され、前記基板の一面に固定された保護層を備え、前記スペーサと前記保護層との間に前記接着層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記電極を前記受光素子が形成される基板面とは異なる面に形成したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記スペーサの表面に溝を形成したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記スペーサの表面から前記カバーガラスの内部まで溝を形成したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記カバーガラスに前記光学素子の材料を堆積または塗布する工程と、
前記材料をパターニングし、所望の光学特性を持つ光学素子を形成する工程と、
スペーサ材料を前記カバーガラス上に堆積または塗布し、所望の厚さのスペーサ材料層を形成する工程と、
前記スペーサ材料層を除去して所望の形状にパターニングする工程と、
前記スペーサ材料層をパターニングにして形成した前記スペーサ上にＵＶ硬化樹脂あるいは熱硬化樹脂を極微量滴下する工程と、
前記カバーガラスをイメージセンサチップにアライメントして圧着した後、前記ＵＶ硬化樹脂あるいは前記熱硬化樹脂を硬化させて前記接着層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする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、固体撮像装置及びその製造方法に関わり、特に狭ギャップの固体撮像装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラやデジタルビデオカメラの薄型化・小型化が進み、これらに使用されているＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）から構成される固体撮像装置にも薄型化・小型化が求められている。この要求に応えるため、固体撮像装置のパッケージ方法は、イメージセンサチップをセラミック等のパッケージによって気密封止する従来のタイプから、より小型化が可能なチップサイズパッケージタイプに移行しつつある。
最近では、携帯電話や携帯情報端末機、車載カメラ等の多岐にわたる用途で固体撮像装置が用いられ、薄型化・小型化・高性能化の要求が高まっている。
チップサイズパッケージの固体撮像装置は、イメージセンサチップの受光部の外周をスペーサで取り囲み、このスペーサの上にカバーガラスを接合し、受光部を気密封止する構造となっていて、ウェハレベルのパッケージも提案されている。また、カバーガラスの下面（イメージセンサ側の面）に偏光フィルタやカラーフィルタなどの光学素子を備えることによって、光量以外の情報を付加して得る技術が考えられている。
【０００３】
このような固体撮像装置では、固体撮像素子の各画素にそれぞれ異なる偏光情報、色情報を入射するために、光学素子も固体撮像素子の各画素に対応した領域に分かれている。ここで、光学素子と固体撮像素子のギャップが大きいと、回折により光が広がってしまい、クロストークが発生する。
この問題を解決するために、カバーガラスに〜１０μｍ以下の厚さを持つ感光性の樹脂をパターニングすることでスペーサを作製し、イメージセンサにスペーサ部分を突き当てて熱圧着することにより、〜１０μｍ以下のギャップで固体撮像素子と各種光学素子が作り込まれたカバーガラスを一体化する技術が考えられ既に知られている。
特許文献１には、パッケージの封止幅が１００μｍ程度と狭いパッケージングを行う際に、カバーガラスとイメージセンサの熱膨張係数の差から基板が反り、カバーガラスとセンサチップが剥がれてしまうことを防ぐために、イメージセンサと熱膨張係数の近い光学板をセンサチップとカバーガラスの間に挟み、各部位の接合にはＵＶ硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を用いた固体撮像装置とその製造方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、感光性の有機材料を用いた狭ギャップ固体撮像装置は、接着力が弱く、物理的な衝撃や熱衝撃でカバーガラスとイメージセンサが剥がれてしまう。このため、駆動基板にイメージセンサをダイボンド後に樹脂でカバーガラスとイメージセンサの接着力を補強しなければならなかった。このため補強工程の追加、材料コストが増加してしまうという問題点があった。
なお、特許文献１に記載のシリコン基板をスペーサとして用いる方法では、スペーサ厚さが数十〜数百μｍあるため、固体撮像素子の画素と、それに対応する光学素子の各領域との間にクロストークが生じるという問題を解決することはできない。
本発明は上記したような点を鑑みてなされたものであり、カバーガラスとイメージセンサの接着力が強い狭ギャップの固体撮像装置を提供することを目的とする。
また本発明は、カバーガラスとイメージセンサの接着力が強い狭ギャップの固体撮像装置を効率的に製造する製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の第１の形態は、受光素子、該受光素子から出力される信号を外部に出力するための電極、該受光素子及び該電極を一面に支持した基板を有するイメージセンサチップと、前記受光素子の受光面に形成されたマイクロレンズと、前記受光素子の受光面と対向して離間配置され、前記受光素子と対向する面に光学素子が形成されたカバーガラスと、前記受光素子の外径側において前記基板と前記カバーガラスとの間を接合する接合部と、を有し、前記接合部は、前記カバーガラス面に固定されて前記基板と接合される前記カバーガラスと前記受光素子とのギャップ制御用のスペーサと、該スペーサと前記基板とを接合するための接着層と、を備えることを特徴とする。
本発明の形態によれば、カバーガラスとイメージセンサチップのギャップを狭くできるので、クロストークを原因とするノイズが減少し、正確な情報を得ることができる。
本発明の第２の形態は、前記スペーサの厚さは、１０μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の第３の形態は、前記接着層は、１μｍ以下であることを特徴とする。
【０００６】
本発明の第４の形態は、前記接着層は、ＵＶ硬化樹脂あるいは熱硬化樹脂であることを特徴とする。
本発明の第５の形態は、前記接合部は、前記マイクロレンズと同一材料により構成され、前記基板の一面に固定された保護層を備え、前記スペーサと前記保護層との間に前記接着層が形成されていることを特徴とする。
前記保護層は、前記マイクロレンズと同一材料により構成されることを特徴とする。
本発明の第６の形態は、前記電極を前記受光素子が形成される基板面とは異なる面に形成したことを特徴とする。
本発明の形態によれば、イメージセンサチップの接合領域を大きくできるため、カバーガラスとイメージセンサチップの接合力をより大きくすることができる。
【０００７】
本発明の第７の形態は、前記スペーサの表面に溝を形成したことを特徴とする。
本発明の形態によれば、スペーサの溝に余計な樹脂材料を逃がすことができるので、樹脂が受光領域や、電極上にはみだすことを防止できる。
本発明の第８の形態は、前記スペーサの表面から前記カバーガラスの内部まで溝を形成したことを特徴とする。
本発明の形態によれば、スペーサ及びガラスカバーに形成した溝に余計な樹脂材料を逃がすことができるので、樹脂が受光領域や、電極上にはみだすことを防止できる。
本発明の第９の形態は、第１の形態に記載の固体撮像装置の製造方法であって、第１の形態に記載の固体撮像装置の製造方法であって、カバーガラスに光学素子の材料を堆積または塗布する工程と、前記材料をパターニングし、所望の光学特性を持つ光学素子を形成する工程と、スペーサ材料を前記カバーガラス上に堆積または塗布し、所望の厚さのスペーサ材料層を形成する工程と、前記スペーサ材料層を除去して所望の形状にパターニングする工程と、前記スペーサ材料層をパターニングにして形成したスペーサ上にＵＶ硬化樹脂あるいは熱硬化樹脂を極微量滴下する工程と、前記カバーガラスをイメージセンサチップにアライメントして圧着した後、前記ＵＶ硬化樹脂あるいは前記熱硬化樹脂を硬化させて接着層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の形態によれば、受光素子と光学素子の距離を狭ギャップとなるように制御したまま、カバーガラスとイメージセンサチップの接合力を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の固体撮像装置によれば、劣化の少ない正確な光情報が得られるようになる。
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、後工程での補強が不要になるため、製造工程の簡略化、及び材料コストの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の工程の一例を示した図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
図１に示す本実施形態に係る固体撮像装置１０は、受光素子１０４、受光素子１０４から出力される信号を外部に伝えるための電極１０９、及び受光素子１０４と電極１０９を一面に支持した基板１００を有するイメージセンサチップ１０２と、受光素子１０４の受光面側に形成された集光用のマイクロレンズ１０３と、受光素子１０４の受光面と対向して離間配置され、受光素子１０４と対向する面に光学素子１０５が形成されたカバーガラス１０−１と、受光素子１０４の外径側（外周側）において基板１００とカバーガラス１０１との間を接合する接合部１１０と、を有する。接合部１１０は、基板１００の一面に固定された保護層１０７と、この保護層１０７と対向するカバーガラス１０１面に固定されて保護層１０７と接合されるカバーガラス１０１と受光素子１０４とのギャップ制御用のスペーサ１０６と、このスペーサ１０６と保護層１０７とを接合するための接着層１０８と、を備える。
【００１１】
保護層１０７は、基板１００上の配線を保護するために設けられている。カバーガラス１０１は、イメージセンサチップ１０２の受光領域にゴミが付着することを防ぐために設けられている。接着総１０８は、カバーガラス１０１とイメージセンサチップ１０２の接合力を向上させるために設けられている。この場合、受光素子１０４の出力は、イメージセンサチップ１０２の基板１００の表面（基板面）側に形成されている電極１０９から取り出すようにしている。
このように構成される固体撮像装置１００においては、光はカバーガラス１０１、光学素子１０５を通過し、受光素子１０４に入射する。光が光学素子１０５を通ることにより、偏光情報や色情報など光量以外の情報を得ることができる。更に、カバーガラス１０１とイメージセンサチップ１０２のギャップはスペーサ１０６により、〜１０μｍという狭い間隔に制御されることにより、光学素子１０５のある領域を通過した光が、光の回折により広がり、その領域に対応した受光素子１０５の画素以外の画素に入射することを防止できる。
【００１２】
また、接着層１０８は、極微量の樹脂を滴下後、加圧することにより〜１００ｎｍ程度の厚さに作ることが可能になるので、カバーガラス１０１とイメージセンサチップ１０２のギャップを広げることは無い。したがって、このように構成される固体撮像装置１０では、クロストークを原因とするノイズが減少し、正確な情報を得ることができるようになる。
また、接着層１０８を設けることにより、後工程で樹脂の塗布によるカバーガラス１０１とイメージセンサチップ１０２の接合部を補強する必要が無くなり、後述するように製造工程を簡略化することができる。
【００１３】
図２は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程の一例を示した図である。
まず、図２（ａ）に示す工程において、カバーガラス１０１に光学素子１０５の材料２０１を堆積または塗布する。この材料２０１は光学素子１０５の種類により様々な物質を用いることができる。
次に、図２（ｂ）に示す工程において、材料２０１をパターニングし、所望の光学特性を持つ光学素子１０５を形成する。
なお、光学素子１０５の作製方法は、図２（ａ）（ｂ）に示す工程のようにカバーガラス１０１上に材料２０１を堆積し、それをパターニングする方法に限らず、カバーガラス１０１に微細パターンを形成したり、反射防止膜のように、材料をカバーガラス上に堆積することによって光学的な機能を発現させることも可能である。
カバーガラス１０１上に光学素子１０５を形成後は、図２（ｃ）に示す工程において、スペーサ１０６の材料をカバーガラス１０１上に堆積または、塗布し、所望の厚さのスペーサ材料層２０２を形成する。
その後、図２（ｄ）に示す工程において、スペーサ材料層２０２を、現像や、エッチング、リフトオフなどの除去工程により、所望の形状にパターニングする。スペーサ１０６はスペーサ材料をステンシルマスクなどにより、最初から所望のパターンに形成しても良い。
【００１４】
次に、図２（ｅ）に示す工程において、スペーサ１０６の上にＵＶ硬化樹脂あるいは熱硬化樹脂２０３を極微量滴下し、図２（ｆ）（ｇ）に示す工程において、受光素子１０４の各画素と光学素子１０５の対応する領域がずれないように、カバーガラス１０１とイメージセンサチップ１０２をアライメントして圧着する。
圧着後は、使用した樹脂がＵＶ硬化樹脂ならＵＶ照射を、熱硬化樹脂なら加熱し、樹脂を硬化させ、接着層１０７を形成する。
以上の工程により、受光素子１０４と光学素子１０３の距離を〜１０μｍに制御したまま、カバーガラス１０１とイメージセンサチップ１０２の接合力を向上させることができる。
【００１５】
このように本実施形態に係る固体撮像装置１０においては、光学素子１０５を備えたカバーガラス１０１と、そのカバーガラス１０１に作製された〜１０μｍ以下のスペーサ１０６と、イメージセンサチップ１０２とカバーガラス１０１とをスペーサ１０６上に滴下された極微量のＵＶ硬化性樹脂または熱硬化性樹脂によって接合するようにした。
このようにすると、スペーサ材料は、感光性の有機樹脂に限らず、金属材料やＳｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮのような無機材料をスパッタリングや、ＣＶＤにより堆積させた薄膜でも良く、その厚みはサブミクロンから１０μｍ程度まで狙いの厚さを精度良く作ることができる。
また、従来の感光性の有機材料の熱圧着では、カバーガラス１０１とイメージセンサ１０２が十分な接合強度を持たないため、後工程で樹脂による補強が必要となる。
これに対して、本実施形態の製造方法では、光学素子１０５を備えたカバーガラス１０１に形成された１０μｍ以下の厚さを持つ薄膜スペーサ１０６の上に、あらかじめ極微量のＵＶ硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を滴下してセンサチップに圧着するため、接合強度は増強され後工程での補強を必要としなくなり、製造工程の簡略化、及び材料コストの削減を図ることができる。
【００１６】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。なお、図１に示す固体撮像装置と同一部位には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図３に示す固体撮像装置２０は、イメージセンサチップ１０２の基板１００に形成された貫通電極１０９により受光素子１０４の出力を、基板１００の裏面、すなわち受光素子１０４が形成される基板面とは異なる面から取り出すように構成したものである。
図３に示すように構成した場合は、図１に示すように受光素子１０４の出力を基板１００の基板面（上面）から取り出すように構成した場合と比べると、電極１０９が基板１００の基板面側に無いため、スペーサ１０６をイメージセンサチップ１０２の基板１００に接合することができるため、カバーガラス１０１とイメージセンサチップ１０２の接合領域が大きくなる。このため、カバーガラス１０１とイメージセンサチップ１０２の接合力をより大きくすることができる。
また、接着層１０７を形成するための樹脂が多少多くなってしまい、圧着時に広がったとしても、イメージセンサチップ１０２の受光領域まで距離があるため、樹脂が受光領域に染み込み難くできる。
したがって、このように構成される固体撮像装置２０では、マイクロレンズ１０３の集光性能、光学素子１０４の光学性能を劣化させてしまうリスクを低減することができる。
【００１７】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の断面図であり、（ａ）はカバーガラス１０１側の構造を示した断面図、（ｂ）は固体撮像装置の断面図である。なお、図１に示す固体撮像装置と同一部位には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図４に示す固体撮像装置３０は、（ａ）に示すようにカバーガラス１０１側に形成されるスペーサ１０６を凹凸形状にしたものである。
接着層１０８の材料であるＵＶ硬化樹脂や、熱硬化樹脂の滴下量は、粘度などの樹脂の特性が周りの環境によって変動するため、ばらつきが発生する。
しかし、図４に示すように固体撮像装置３０のスペーサ１０６に溝１２１を形成してスペーサ１０６の表面を凹凸形状にすることにより、スペーサ１０６の溝１２１部分に余計な樹脂材料を逃がすことができるので、樹脂が受光領域や、電極１０９上にはみだすことを防止できる。また、スペーサ１０６の形状を形成するときに、フォトマスクのパターンを変えるだけで、凹凸形状を形成できるので、工程を増やすことなくスペーサ形状を変えることができるという利点がある。
【００１８】
図５、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の断面図であり、（ａ）はカバーガラス１０１側の構造を示した断面図、（ｂ）は固体撮像装置の断面図である。なお、図１に示す固体撮像装置と同一部位には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図５に示す固体撮像装置４０は、（ａ）に示すようにカバーガラス１０１に形成されるスペーサ１０６だけでなく、カバーガラス１０１まで溝１３１を形成したものである。
このように構成すると、ガラスをエッチングする工程が増えてしまうが、溝１３１の部分を利用して更に余計な樹脂を逃がすことができる。
更に、溝１３１をカバーガラス１０１の上面近くまで形成し、接着層１０８に黒色の樹脂を使用すると、カバーガラス１０１の側面から入射した光を、溝１３１に充填された接着層１０８を形成する黒色樹脂によって遮断できるため、遮光壁を別工程で作製することなくノイズを減少させることができるという機能が得られる。
【符号の説明】
【００１９】
１０  ２０  ３０  ４０…固体撮像装置、１００…基板、１０１…カバーガラス、１０２…イメージセンサチップ、１０３…マイクロレンズ、１０４…受光素子、１０５…光学素子、１０６…スペーサ、１０７…保護層、１０８…接着層、１０９…電極、１２１  １３１…溝
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００７−１８８９０９公報
【図１】
2012169528.tif 000003
【図２】
2012169528.tif 000004
【図３】
2012169528.tif 000005
【図４】
2012169528.tif 000006
【図５】
2012169528.tif 000007