(57)【要約】      （修正有）【課題】大型チップやセンサ基板とガラス間の距離が大きい場合であっても、チップの破損リスクを低減し、断裁面形状の悪化による品質低下を抑制することができる固体撮像装置の製造方法を提供する。【解決手段】センサ基板８上に透明樹脂層を形成する工程と、前記透明樹脂層にハーフカットを施す工程と、を含み、チップ化においては、シリコンウェハを断裁する工程とカバーガラスを断裁する工程を別工程として異なる器具で行うことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェハ上に光電変換素子が形成された光電変換素子アレイ基板の上部にカラーフィルタとマイクロレンズからなるオンチップカラーフィルタ層を備えたセンサ基板と、透明樹脂層と、カバーガラスを備える固体撮像装置の製造方法であって、
前記センサ基板上に前記透明樹脂層を形成する工程と、
前記透明樹脂層にハーフカットを施す工程と、を含み、
チップ化においては、前記シリコンウェハを断裁する工程と前記カバーガラスを断裁する工程を別工程として異なる器具で行う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、固体撮像装置の製造方法に係わり、特にはウェハサイズで多面付け製造されたセンサ基板の形態から、断裁され、チップ状の固体撮像装置に至る製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等に内蔵される固体撮像装置のセンサ基板は、シリコン（Ｓｉ）ウェハにセンサ本体となる多数の光電変換素子（ＣＣＤあるいはＣＭＯＳ）をウェハプロセスにて組み込みアレイ基板とし、前記アレイ基板の上に、色分解用のカラーフィルタとマイクロレンズからなるＯＣＦ（Ｏｎ  Ｃｈｉｐ  Ｆｉｌｔｅｒ）層を光電変換素子に対応する形態に作りこんだものである。
【０００３】
前記センサ基板は、直径が３０ｃｍ程度のＳｉウェハ上に多面付けで製造され、カバーガラスを貼り合わせた後、ダイシング工程にて断裁されチップ（個片）状の固体撮像装置となる。１個の固体撮像装置のエリアが、周辺も含めて概ね１ｃｍ角程度とすれば、１枚のウェハから数百の固体撮像装置が得られる。
【０００４】
固体撮像装置を実装する代表的なパッケージ方法として、ワイヤボンディング等を用いるＣＯＢ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｂｏａｒｄ）方式、及びＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）方式が挙げられる。
【０００５】
ＣＯＢ方式では、断裁されチップ化された固体撮像装置がプリント基板（ボード）上に直接搭載され、バンプあるいはワイヤボンディング等の方法により固体撮像装置の電極と基板上の電極が接続される。
【０００６】
ＣＳＰ方式では、センサ面の受光部を保護するために、Ｓｉウェハ上で隣接するチップ同士の境界となる領域に、厚さ（高さ）数十μｍのダム（隔壁）と呼ばれる柱状の樹脂層が枠状に設けられ、接着層を介してカバーガラスを貼り合わせて封止される。従ってＣＳＰ方式では、センサ面とカラーガラスとの間のダム以外の部分はキャビティ（Ｃａｖｉｔｙ）構造となり、外部雰囲気と遮断される（例えば、特許文献１）。
【０００７】
その後、ＣＳＰ方式では、センサ側とその裏面側を貫通する貫通ビア（スルーシリコンビア：ＴＳＶ）がＳｉウェハに形成され、裏面側に半田ボール搭載などの配線加工が施された後、最終的にダイシング工程にて断裁されチップ化される。
【０００８】
他方、ダムの形成プロセスが煩雑であるために、改善策としてスピンコート等でセンサ面上にマイクロレンズとは屈折率の異なる透明樹脂層を形成し、接着層を介してカバーガラスを貼り合わせる方式（樹脂充填方式）の開発も進められている（例えば、特許文献２）。
【０００９】
図７に、ＣＳＰ方式でダム方式の固体撮像装置が従来のダイシング工程にて断裁されチップ化し固体撮像装置となる（ａ）前（ｂ）後の形態を示す。図８には同様に、ＣＳＰ方式で樹脂充填方式の固体撮像装置が、従来のダイシング工程にて断裁されチップ化し固体撮像装置となる（ａ）前（ｂ）後の形態を示す。断裁には、一般に、ダム方式、樹脂充填方式のいずれにおいても、使い易さの観点からダイシングブレードが用いられている。尚、ＯＣＦ層５７は、数百万個の光電変換素子５２の上に対応して形成されるが、そのうちの３個のカラーフィルタ５４とマイクロレンズ５６だけを図示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２００３−５１６６３４号公報
【特許文献２】特開２００７−１２３９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＣＳＰ方式では、チップ化前の裏面配線加工プロセスを高真空チャンバー内で行う必要があるが、チップが大型化すると、対応してダムも広い間隔で形成される必要がるため、キャビティが広がり内部の空気量が増加する。その結果、高真空環境下での空気の膨張力が増加しチップの破損リスクが上昇する。
【００１２】
図７、図８に示すように、断裁工程では、ガラス、接着層、透明樹脂層、平坦化層、Ｓｉウェハなど、硬さ、弾性、切削性の異なる異種複合材をダイシングするため、加工処理が遅く、工具寿命が短くなる。特に弾性のある接着層と密着したガラスの断裁では、断裁面にチッピングや角部の形状悪化が発生し、収率が低下する。
【００１３】
一方、近年、ガラス表面に付着した異物の結像防止のため、センサ基板とガラス間の距離を大きくすることが求められている。そのためには、樹脂充填方式では透明樹脂層を厚くする必要があるが、前記の断裁性（ダイシング性）の問題があるため、従来、透明樹脂層が比較的薄い固体撮像装置の用途に対してのみの適用に限られていた。
【００１４】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、大型チップや透明樹脂層が厚い場合に適用しても、チップの破損リスクを低減し、断裁面形状の悪化による品質低下を抑制し、従って収率を向上することができる固体撮像装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を達成するための請求項１に記載の発明は、シリコンウェハ上に光電変換素子が形成された光電変換素子アレイ基板の上部にカラーフィルタとマイクロレンズからなるオンチップカラーフィルタ層を備えたセンサ基板と、透明樹脂層と、カバーガラスを備える固体撮像装置の製造方法であって、
前記センサ基板上に前記透明樹脂層を形成する工程と、
前記透明樹脂層にハーフカットを施す工程と、を含み、
チップ化においては、前記シリコンウェハを断裁する工程と前記カバーガラスを断裁する工程を別工程として異なる器具で行うことを特徴とする固体撮像装置の製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、樹脂充填方式を用いて、透明樹脂層の断裁にハーフカットを導入し、透明樹脂層、Ｓｉウェハ、カバーガラスの断裁工程を別々とし、それぞれに適した異なる器具を用いて行うので、大型チップや透明樹脂層が厚い場合に対しても、チップの破損リスクを低減し、断裁面形状の悪化による品質低下を抑制して、収率を向上することができる。また、工具の長寿命化によるコスト低減にも優位性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の製造方法の第１の実施形態に係る、固体撮像装置の製造工程の一部を示す模式断面図である。
【図２】図１に続く製造工程を示す模式断面図である。
【図３】本発明の製造方法の第１の実施形態の変形例に係る、固体撮像装置の製造工程の一部を示す模式断面図である。
【図４】本発明の製造方法の第２の実施形態に係る、固体撮像装置の製造工程の一部を示す模式断面図である。
【図５】図４に続く製造工程を示す模式断面図である。
【図６】本発明の製造方法の第２の実施形態の変形例に係る、固体撮像装置の製造工程の一部を示す模式断面図である。
【図７】従来の固体撮像装置の製造方法の第１例に係る、製造工程の一部を示す模式断面図である。
【図８】従来の固体撮像装置の製造方法の第２例に係る、製造工程の一部を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の固体撮像装置の製造方法の実施形態について、図面を用いて製造工程に即して説明する。尚、同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付け、重複する説明は省略する。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１９】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、センサ基板上に透明樹脂層を形成する工程を含むため、ダム方式ではなく、樹脂充填方式を適用する。
【００２０】
図１は、本発明の製造方法の第１の実施形態に係る、固体撮像装置の製造工程の一部を示す模式断面図であり、図２は、図１に続く製造工程を示す模式断面図である。第１の実施形態では、パッケージ方法としてＣＳＰ方式に対して、本発明の固体撮像装置の製造方法を適用する。
【００２１】
まず、Ｓｉウェハ１にセンサ本体となる多数の光電変換素子（ＣＣＤあるいはＣＭＯＳ）２を組み込みアレイ基板３（Ｓｉ薄化前）とし、前記アレイ基板３の上に、色分解用のカラーフィルタ４と、平坦化層５を介してマイクロレンズ６を備えるＯＣＦ層７を光電変換素子に対応する形態で作りこみ、Ｓｉウェハが元の厚さのままのセンサ基板を作製する（図１（ａ））。
【００２２】
次に、前記Ｓｉウェハが元の厚さのままのセンサ基板の上に、マイクロレンズとは屈折率の異なる、充填用の透明樹脂層１１を形成する（図１（ｂ））。透明樹脂層１１の形成は、コーティング法によるか、もしくはフィルム状の透明樹脂を透明な接着剤を介して貼り合わせてもよい。
【００２３】
次に、チップ化のためにＳｉウェハが断裁される幅（以下、Ｓｉウェハのスクライブライン−図示せず−）が含まれる幅で、透明樹脂層１１の上部を除去する（図１（ｃ）。透明樹脂層上部の除去を以下、ハーフカットと記す）。尚、図１（ｃ）の例では、透明樹脂層のハーフカット幅を電極パッドまでの幅としているが、少なくともＳｉウェハのスクライブラインが含まれる幅であればよい。
【００２４】
ハーフカットする方法としては、エッチングやリソグラフィ（露光及び現像）による方法もあるが、前者は除去の処理時間が長くなる、後者は透明樹脂層の表面と底面のフォーカス差により側面形状が不均一になる、という欠点がある。従って、使い易さの観点からもダイシングブレードによることが好ましい。
【００２５】
ハーフカットする深さは、プロセスの容易性、及び電極パッド１２を傷つけず、かつ後述の、透明樹脂残り部１１ｂ（図２（ｈ）参照）により電極パッド１２を保護する観点から、透明樹脂層１１の最上部から２分の１以上、４分の３以下程度が好ましい。
【００２６】
次に、透明樹脂層１１の、前記ハーフカットを施さない周囲の領域に、薄く接着層９を塗布したカバーガラス１０を貼り合わせる（図１（ｄ））。尚、カバーガラスは表面に機能性膜（反射防止膜、赤外線カット膜）を形成したものであってもよい。
【００２７】
次に、前記カバーガラス１０を貼り合わせた基板を上下反転して、Ｓｉウェハの部分をグラインド（研削）により薄化し、本来の固体撮像装置として用いる厚さまで薄化したＳｉウェハ１ａとする（図２（ｅ））。これにより、薄化したＳｉウェハ１ａからマイクロレンズまでの部分はセンサ基板８の形態となる。
【００２８】
次に、前記薄化したＳｉウェハ１ａの上に、ソルダーレジスト１４を形成し、さらに半田ボール１３を形成し、裏面の配線加工を行う（図２（ｆ））。但し、スクライブライン上にはソルダーレジストを形成しない。これにより、チップ化前の固体撮像装置１５の形態となる。尚、図１、図２では、電極パッド１２と、半田ボールをつなぐ貫通ビア及び接続ラインの図示を省略している。
【００２９】
次に、Ｓｉウェハのスクライブラインに沿って、Ｓｉウェハの断裁に適したダイシングブレードにより断裁する（図２（ｇ））。Ｓｉは面方位に沿って割れやすいため、Ｓｉウェハの断裁に適したダイシングブレードとしては、比較的粒度が細かく、刃幅の細いブレードであることが好ましい。
【００３０】
次に、図２（ｇ）の形態を上下反転して、カバーガラスが断裁される幅（以下、カバーガラスのスクライブライン−図示せず−）に沿って、カバーガラスの断裁に適したダイシングブレードにより断裁し、チップ化された固体撮像装置２０が完成する（図２（ｈ））。カバーガラスの断裁に適したダイシングブレードとしては、Ｓｉウェハ断裁用よりも粒度が粗く、刃幅の太いブレードであることが好ましい。また、カバーガラスの断裁方法はレーザによる加工であってもよい。
【００３１】
尚、図２（ｈ）では、最終的に透明樹脂残り部１１ｂを、電極パッド１２の保護のために残す形態を図示しているが、１１ｂを残さない形態もありうる。残さない場合は、図１（ｃ）のハーフカット後に、後述の第２の実施形態のような方法で、透明樹脂残り１１ａを除去すればよい。
【００３２】
図３は、本発明の製造方法の第１の実施形態の変形例に係る、固体撮像装置の製造工程の一部を示す模式断面図である。この変形例では、図１（ｃ）のハーフカット工程の後に、ＳｉウェハのスクライブラインにＳｉウェハ断裁に適したダイシングブレードにより切込み部１８を形成している（図３（ｃ−２））。
【００３３】
前記切込みは、図２（ｇ）のＳｉウェハ断裁工程を、図２（ｅ）のＳｉウェハ薄化工程の前に行うものであり、ＤＢＧ（Ｄｉｃｉｎｇ  ｂｅｆｏｒｅ  Ｇｒｉｎｄｉｎｇ）と呼ばれる。従って、Ｓｉウェハ薄化後は図３（ｇ−２）のように、図２（ｇ）と同じ形態となり、最終形態も図２（ｈ）と同じとなる。
【００３４】
図４は、本発明の製造方法の第２の実施形態に係る、固体撮像装置の製造工程の一部を示す模式断面図であり、図５は、図４に続く製造工程を示す模式断面図である。第２の実施形態では、パッケージ方法としてＣＯＢ方式に対して、本発明の固体撮像装置の製造方法を適用する。
【００３５】
ＣＯＢ方式による第２の実施形態では、透明樹脂層のハーフカット（図４（ｃ））までは、ＣＳＰ方式による第１の実施形態と基本的に同じであるが、ハーフカットする幅は、Ｓｉウェハのスクライブラインを含む幅に加えて、下記のように、後工程で電極パッドを露出する必要があるため、電極パッドを含む幅とする。
【００３６】
その後ＣＯＢ方式では、ＣＳＰ方式と異なり、ワイヤボンディング等のために電極パッド３２を露出させる必要がある（図４（ｄ）参照）。従って、電極パッド３２上部のハーフカット後の透明樹脂残り３１ａを完全に除去し、さらに電極パッド３２上の平坦化層２５を除去する。
【００３７】
透明樹脂残り３１ａを完全に除去する方法としては、電極パッド３２を傷つけるリスクを低減するため、ダイシングブレードよりも、エッチングやリソグラフィによることが望ましい。平坦化層２５の除去についても同様である。
【００３８】
図５（ｅ）のカバーガラス貼り合わせ以降の工程では、第１の実施形態と比べ、ソルダーレジスト及び半田ボールを形成する工程がないことを除けば、Ｓｉ薄化方法、Ｓｉウェハ断裁方法、カバーガラス断裁方法を含め、基本的には第１の実施形態と同じである。尚、図５（ｈ）では、カバーガラスの断裁幅を、透明樹脂層を除去した幅と同じ電極パッドまでの幅としているが、透明樹脂層を除去した空間だけでワイヤボンディングが可能であれば、より狭い幅であってもよい。
【００３９】
図６は、本発明の製造方法の第２の実施形態の変形例に係る、固体撮像装置の製造工程の一部を示す模式断面図である。この変形例では、図４（ｃ）のハーフカット工程の後に、Ｓｉウェハのスクライブラインに、第１の実施形態の変形例と同様、ＤＢＧのための切込み部３８を形成している（図６（ｃ−２））。
【００４０】
尚、前記切込み部３８の形成は、必ずしも図４（ｃ）のハーフカット工程の後である必要はなく、透明樹脂残り３１ａの除去後、あるいは図４（ｄ）の平坦化層２５の除去後であってもよいが、電極パッド３２を傷つけるリスクを考慮すれば、ハーフカット工程の後であることが好ましい。いずれであっても、Ｓｉウェハ薄化後は図６（ｇ−２）のように、図５（ｇ）と同じ形態となり、最終形態も図５（ｈ）と同じとなる。
【００４１】
以上、詳細に説明したように、本発明の固体撮像装置の製造方法では、第１の実施形態、第２の実施形態のいずれにおいても、センサ基板上に透明樹脂層を形成する樹脂充填方式を適用する。さらに、本発明の製造方法では、透明樹脂の除去にハーフカットを導入するとともに、Ｓｉウェハを断裁する工程とカバーガラスを断裁する工程を別工程として、それぞれに適した異なる器具で行う。
【００４２】
前記の特徴を有する本発明の固体撮像装置の製造方法により、従来は透明樹脂層が比較的薄い場合に対してのみ適用されていた樹脂充填方式を、センサ基板とガラス間の透明樹脂層が数十μｍ程度以上に厚膜化した場合にも適用することが可能となる。
【００４３】
すなわち、ハーフカットの導入により、透明樹脂層が厚膜の場合であっても、断裁や、ＣＯＢ方式では電極パッド露出のための透明樹脂抜きが容易かつ確実になるとともに、Ｓｉウェハ断裁工程とカバーガラス断裁工程を別工程としてそれぞれに適した器具で行うことで、断裁面にチッピングや角部の形状悪化が発生し、品質が低下することが抑制される。
【００４４】
さらに、本発明の製造方法では、上記のように樹脂充填方式が適用でき、透明樹脂抜きが必要な幅は、ＣＳＰ方式では高々スクライブライン以上、ＣＯＢ方式でも電極パッドが
露出する幅程度でよいので、チップが大型化しても、キャビティが広がり内部の空気量が増加し膨張力が増加してチップが破損するリスクを避けることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１、２１・・・シリコン（Ｓｉ）ウェハ
１ａ、２１ａ、５１ａ・・・薄化したＳｉウェハ
２、２２、５２・・・光電変換素子
３、２３・・・アレイ基板（Ｓｉ薄化前）
５３・・・アレイ基板
４、２４、５４・・・カラーフィルタ
５、２５、５５・・・平坦化層
６、２６、５６・・・マイクロレンズ
７、２７、５７・・・ＯＣＦ層
８、２８、５８・・・センサ基板
９、２９、５９・・・接着層
１０、３０、６０・・・カバーガラス
１１、３１、６１・・・透明樹脂層
１１ａ、３１ａ・・・ハーフカットされた透明樹脂残り
１１ｂ・・・カットされた透明樹脂残り
１２、３２、６２・・・電極パッド
１３、６３・・・半田ボール
１４、６４・・・ソルダーレジスト
１５、３５、６５、７５・・・固体撮像装置（チップ化前）
１６、３６・・・Ｓｉ断裁部
１７、３７・・・カバーガラス断裁部
１８、３８・・・Ｓｉ切込み部
６６・・・ダム
６８・・・カット部
２０、４０、７０，８０・・・固体撮像装置（チップ化後）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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