(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光領域の各々に対応してマイクロレンズが配置された固体撮像素子が形成された半導体基板と、
マイクロレンズ配置領域に対向して配置される透明基板と、
前記固体撮像素子に電源を供給するために、該半導体基板表面のマイクロレンズ配置領域以外の領域に設けられた表面電極と、
前記半導体基板が貼付された基板の裏面に設けられた裏面電極と、
前記半導体基板の側面を通して、前記表面電極と前記裏面電極とを電気的に接続する接続手段と、
前記透明基板が前記マイクロレンズと接触しないように、マイクロレンズ配置領域の周囲において、前記透明基板と前記半導体基板とで前記表面電極を挟み込むように前記透明基板を前記半導体基板に固定すると共に、前記透明基板と前記半導体基板との間の空間を封止する封止部材と、
を備えた固体撮像装置。
【請求項２】
前記封止部材は、前記半導体基板と前記透明基板とを所定間隔離間させると共にマイクロレンズ配置領域を取り囲むスペーサを備え、前記半導体基板と前記透明基板と間の空間を接着により封止する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記スペーサの高さを、前記透明基板が前記マイクロレンズと接触しない高さとした請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記封止部材は、前記半導体基板と前記透明基板と間の空間を接着により封止する接着層である請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記接続手段は、半導体基板の側面に設けられたリード配線である請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記封止部材が紫外線硬化樹脂である請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、マイクロレンズを備えた固体撮像素子をパッケージ化した固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤ（Charge Coupled Device)等を含む固体撮像素子を形成した半導体チップは、図２１に示すようにパッケージ化されて、ＣＣＤエリアセンサ、ＣＣＤラインセンサ等の固体撮像装置として市販されている。この固体撮像装置では、パッケージ１００の表面には段差が設けられ、その中央部分には半導体チップ１０２を落とし込むための収納部１０４が設けられている。半導体チップ１０２はこの収納部１０４に落とし込まれ、収納部１０４の底面に固定されている。半導体チップ１０２の端子は、ボンディングワイヤ１０６によってパッケージ１００の段差部１０８に設けられた端子と接続されている。また、パッケージ１００の上部にはカバーガラス１１０が取り付けられ、パッケージ１００及びカバーガラス１１０により形成された内部空間には窒素ガスが封入されて、半導体チップ１０２が気密封止されている。更に、パッケージ１００の裏面には、信号線と接続するためのピン１１２が設けられている。
【０００３】
しかしながら、上記のように半導体チップをワイヤボンディングにより電気的に接続してパッケージ化すると、固体撮像装置が大型化すると共に、個々の半導体チップについてワイヤボンディングを行わなくてはならず実装コストが高くなる、という問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＬＳＩの高集積化、高性能化に伴い、携帯電話やノートパソコンなど種々の携帯用電子機器が市販されている。同時に、半導体デバイスの小型パッケージ化も進み、ウエハ・レベルＣＳＰ（Chip Size Package)と呼ばれる超小型パッケージも登場している。このウエハ・レベルＣＳＰでは、ウエハから切り出したチップサイズがパッケージサイズとなる。
【０００５】
ここで、シェル・ケース（Shell Case)方式ＣＳＰと呼ばれるウエハ・レベルＣＳＰの例について説明する。このＣＳＰは電気リードの形成方法に特徴があるため、ＣＳＰの製造工程に従いその構造を説明する。まず、図２２（Ａ）に示すように、２枚のガラス基板２２０、２２４により挟持されたウエハ２１４を用意する。ウエハ２１４の一主面には半導体デバイスと共に半導体デバイスと電気的に接続された電極パッド２１６が形成されている。このウエハ２１４の電極パッド２１６が形成された主面には、接着剤２１８によりガラス基板２２０が接着されており、ウエハ２１４の反対側の主面には、接着剤２２２によりガラス基板２２４が接着されている。
【０００６】
次に、図２２（Ｂ）に示すように、ガラス基板２２４側から電極パッド２１６の端面が露出するまでダイシング・ソーを用いて切り込みを入れ、溝２２６を形成する。そして、図２２（Ｃ）に示すように、電極パッド２１６の端面に接触すると共に溝２２６の斜面２２８を被覆するように、スパッタリングにより金属膜を蒸着し、リード配線２３０を形成する。リード配線２３０は、その端部が斜面２２８に連続するガラス基板２２４の裏面に露出するように形成される。そして、ダイシング・ソーを用いて半導体チップ毎に切り離し、図２３に示すＣＳＰが完成する。このようにウエハ・レベルＣＳＰでは、パッケージ化を含む全製造工程をウエハの状態で行えるため、従来に比べて製造コストが大幅に低減されるという利点もある。
【０００７】
しかしながら、上記のシェル・ケース方式ＣＳＰでは、半導体デバイスが形成された主面に接着剤２１８によりガラス基板２２０が接着されるため、マイクロレンズを備えた固体撮像素子のパッケージ化には適用できない、という問題がある。即ち、マイクロレンズを備えた固体撮像素子のパッケージ化にシェル・ケース方式をそのまま適用した場合には、マイクロレンズが接着剤である光硬化性樹脂により被覆され、マイクロレンズと周囲の樹脂との屈折率差が小さいことから、レンズとしての機能（集光機能）を失ってしまう、という問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、マイクロレンズを備えた固体撮像素子をマイクロレンズの機能を損なうことなくパッケージ化した固体撮像装置であって、小型で低価格の固体撮像装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、受光領域の各々に対応してマイクロレンズが配置された固体撮像素子が形成された半導体基板と、マイクロレンズ配置領域に対向して配置される透明基板と、前記固体撮像素子に電源を供給するために、該半導体基板表面のマイクロレンズ配置領域以外の領域に設けられた表面電極と、前記半導体基板が貼付された基板の裏面に設けられた裏面電極と、前記半導体基板の側面を通して、前記表面電極と前記裏面電極とを電気的に接続する接続手段と、前記透明基板が前記マイクロレンズと接触しないように、マイクロレンズ配置領域の周囲において、前記透明基板と前記半導体基板とで前記表面電極を挟み込むように前記透明基板を前記半導体基板に固定すると共に、前記透明基板と前記半導体基板との間の空間を封止する封止部材と、を備えて構成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の固体撮像装置は、受光領域の各々に対応してマイクロレンズが配置された固体撮像素子が形成された半導体基板を備えている。この半導体基板のマイクロレンズ配置領域に対向して透明基板が配置される。例えば接着剤等の封止部材によって、この透明基板がマイクロレンズと接触しないように、マイクロレンズ配置領域の周囲において透明基板を半導体基板に固定すると共に、透明基板と半導体基板との間の空間を封止するので、マイクロレンズが接着剤により被覆されたり、マイクロレンズが透明基板と接触してレンズ表面が傷付いたりすることがなく、マイクロレンズの機能は損なわれることがない。
【００１１】
また、固体撮像素子に電源を供給するために、半導体基板表面のマイクロレンズ配置領域以外の領域に設けられた表面電極と、前記半導体基板の裏面に設けられた裏面電極とを、半導体基板の側面を通して電気的に接続する接続手段を備えているので、半導体チップをワイヤボンディングにより電気的に接続してパッケージ化する場合に比べ、配線スペースを大幅に節約することができ、固体撮像装置の小型化を図ることができる。
【００１２】
更に、本発明の固体撮像装置は、パッケージ化を含む全製造工程をウエハの状態で行えるため、従来に比べて製造コストが大幅に低減されるという利点もある。
【００１３】
上記の固体撮像装置において、封止部材としては、半導体基板と透明基板とを所定間隔離間させると共にマイクロレンズ配置領域を取り囲むスペーサを備え、半導体基板と透明基板と間の空間を接着により封止する封止部材を使用するのが好ましい。この場合、スペーサ及び接着剤が封止部材となるが、スペーサにより半導体基板と透明基板との間隔が一定に保たれると共に、スペーサによりマイクロレンズ配置領域への接着剤の侵入が防止される。スペーサの高さは、前記透明基板が前記マイクロレンズと接触しない高さとするのが好ましい。
【００１４】
また、封止部材は、半導体基板と透明基板と間の空間を接着により封止する接着層であってもよい。この場合、スペーサ形成工程が省略でき製造工程を簡略化することができる。
【００１５】
接続手段は、半導体基板の側面に設けられたリード配線、または半導体基板を貫通する埋め込み配線とすることができる。また、接着剤としては紫外線硬化樹脂が好ましい。
【００１６】
本発明の固体撮像装置は、受光領域の各々に対応してマイクロレンズが配置された固体撮像素子が形成され、表面のマイクロレンズ配置領域以外の領域に表面電極が設けられると共に裏面に裏面電極が設けられた半導体基板と、マイクロレンズ配置領域に対向して配置される透明基板との少なくとも一方にスペーサを形成し、透明基板及び半導体基板の間にスペーサを介在させて透明基板及び半導体基板をマイクロレンズ配置領域以外の領域で貼着し、貼着した透明基板及び半導体基板を、表面電極のマイクロレンズ配置領域と反対側の端部が露出するように裏面から溝を切り欠いて、該溝の斜面に前記表面電極と前記裏面電極とを電気的に接続するリード配線を形成し、貼着した透明基板及び半導体基板を、前記溝の底部で固体撮像素子単位に切断して固体撮像装置を製造することができる。
【００１７】
この製造方法では、透明基板及び半導体基板の間にスペーサを介在させて透明基板及び半導体基板をマイクロレンズ配置領域以外の領域で貼着するので、スペーサにより半導体基板と透明基板との間隔が一定に保たれると共に、スペーサによりマイクロレンズ配置領域への接着剤の侵入が防止され、マイクロレンズが接着剤により被覆されたり、マイクロレンズが透明基板と接触してレンズ表面が傷付いたりすることがなく、マイクロレンズの機能が損なわれることがない。なお、半導体基板と透明基板との間隔が一定に保たれることにより、透明基板が固体撮像装置の配置面に対してフラットになり固体撮像素子の光学精度が向上する。
【００１８】
また、貼着した透明基板及び半導体基板を、表面電極のマイクロレンズ配置領域と反対側の端部が露出するように裏面から溝を切り欠いて、該溝の斜面に表面電極と裏面電極とを電気的に接続するリード配線を形成するので、半導体チップをワイヤボンディングにより電気的に接続してパッケージ化する場合に比べ、配線スペースを大幅に節約することができ、固体撮像装置の小型化を図ることができる。
【００１９】
更に、リード配線を形成した後に、貼着した透明基板及び半導体基板を固体撮像素子単位に切断して固体撮像装置を製造するので、パッケージ化を含む全製造工程をウエハの状態で行うことができ、従来に比べて製造コストが大幅に低減される。
【００２４】
なお、上記において受光領域とは固体撮像素子を構成する光電変換素子各々の受光領域を意味している。以下の説明においては、複数の光電変換素子が配列された領域を固体撮像素子の受光領域と称する場合がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る固体撮像装置は、図１及び図２に示すように、シェル・ケース方式のチップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）として構成されている。なお、図１は後述する透明基板６４及び接着剤６２を通して見た固体撮像装置の平面図であり、透明基板６４は２点鎖線で表示されている。この固体撮像装置は、複数（図１では１６個）のマイクロレンズ５０を備えた固体撮像素子が形成された略矩形状の半導体チップ５２を備えており、この半導体チップ５２は、例えば紫外線硬化樹脂等の接着剤５４によりガラス等の絶縁材料で構成された基板５６に貼り付けられている。
【００２６】
半導体チップ５２の表面には、マイクロレンズ５０が配置された領域７０を取り囲むようにスペーサ６０が設けられ、このスペーサ６０によって、マイクロレンズ５０が配置された領域７０と該領域の周囲に在る領域７２とが隔離されている。また、領域７２には、半導体チップ５２の対向する短辺に沿って略矩形状の電極パッド５８が所定間隔で複数（図１では１０個）配設されており、各電極パッド５８は半導体チップ５２に形成された固体撮像素子の各電極に図示しない配線により電気的に接続されている。電極パッド５８は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やクロム（Ｃｒ）等の金属で形成することができる。
【００２７】
電極パッド５８の端部は、半導体チップ５２の側面を通って基板５６の裏面にまで延びたリード配線８２に電気的に接続されている。リード配線８２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やクロム（Ｃｒ）等の金属で形成することができる。
【００２８】
半導体チップ５２の領域７０に対向するように透明基板６４が配置されている。半導体チップ５２と透明基板６４とは、半導体チップ５２と透明基板６４との間に挟み込まれたスペーサ６０によって、透明基板６４がマイクロレンズ５０と接触しないように一定の間隔で離間されている。スペーサ６０の高さは、マイクロレンズ５０より高ければよく、マイクロレンズ５０の高さは通常約２μｍであるから、スペーサ６０は３〜１０μｍ、好ましくは３〜５μｍの高さで形成される。これによりマイクロレンズ５０が透明基板６４と接触して、レンズ表面が傷付くことがない。また、透明基板６４の材料としては、ガラス、ポリカーボネート等の透明な絶縁性材料が好ましく、特にガラスが好ましい。
【００２９】
半導体チップ５２の領域７２において、接着剤６２により半導体チップ５２が透明基板６４に貼り付けられて、透明基板６４が半導体チップ５２に固定されると共に、半導体チップ５２と透明基板６４との間に形成された僅かな空間６６が封止される。接着剤６２としては、例えば感光性ポリイミド等の紫外線硬化性樹脂を用いることができる。スペーサ６０の材料は特に制限されないが、接着剤６２と同じ材料で構成する場合には、硬化後はスペーサ６０と接着剤６２とを一体化することができ、接着強度を向上させることができる。
【００３０】
図３は、図２に示す固体撮像装置のＢ−Ｂ線断面図であり、表面にマイクロレンズ５０が形成された部分での半導体チップ５２の断面構造を示している。図３に示すように、半導体基板１２は、大きく分けてシリコン等のｎ型半導体基板１２ａとｐ型不純物添加領域（ｐ−ウエル）１２ｂとから構成されている。フォトダイオード１４は、このｐ型不純物添加領域１２ｂ内に埋込型のフォトダイオードとして形成され、既に述べた通り、電荷蓄積領域として機能するｎ型不純物添加領域１４ａ、及びｎ型不純物添加領域１４ａ上に形成されたｐ+型不純物添加領域１４ｂから構成されている。
【００３１】
垂直電荷転送チャネル２０は、ｐ型不純物添加領域１２ｂ内に厚さ約０．３μｍのｎ型不純物添加領域として形成されている。垂直電荷転送チャネル２０と、この垂直電荷転送チャネル２０に信号電荷を読み出す側のフォトダイオード１４との間には、ｐ型不純物添加領域で形成された読み出しゲート用チャネル２６が設けられている。半導体基板１２の表面には、この読み出しゲート用チャネル２６に沿ってｎ型不純物添加領域１４ａが露出している。そして、フォトダイオード１４で発生した信号電荷は、ｎ型不純物添加領域１４ａに一時的に蓄積された後、読み出しゲート用チャネル２６を介して読み出される。
【００３２】
一方、垂直電荷転送チャネル２０と他のフォトダイオード１４との間には、ｐ+型不純物添加領域であるチャネルストップ２８が設けられている。このチャネルストップ２８により、フォトダイオード１４と垂直電荷転送チャネル２０とが電気的に分離されると共に、垂直電荷転送チャネル２０同士も相互に接触しないように分離される。
【００３３】
半導体基板１２の表面には、ゲート酸化膜３０を介して、フォトダイオード間を通過するように水平方向に延びた転送電極（垂直転送電極）３２が厚さ約０．３μｍで形成されている。また、転送電極３２は、読み出しゲート用チャネル２６を覆うと共に、ｎ型不純物添加領域１４ａが露出し、チャネルストップ２８の一部が露出するように形成されている。なお、転送電極３２のうち読み出し信号が印加される電極の下方にある読み出しゲート用チャネル２６から信号電荷が転送される。
【００３４】
転送電極３２は、垂直電荷転送チャネル２０と共に、フォトダイオード１４で発生した信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送装置（ＶＣＣＤ）３３を構成している。転送電極３２は、半導体製造プロセスあるいは固体デバイスで一般に使用される電極材料を用いて構成することができる。
【００３５】
転送電極３２が形成された半導体基板１２の表面は、透明樹脂等で構成された表面保護膜３６により覆われ、この表面保護膜３６上には、厚さ約０．３μｍの遮光膜３８が形成されている。遮光膜３８は、各フォトダイオード１４毎に、受光領域であるｐ+型不純物添加領域１４ｂに受光される光を透過させる光透過部として所定形状の開口部４０を有している。遮光膜３８の縁部は、受光領域の中心方向に延在させられており、遮光膜３８によりフォトダイオード１４の開口形状が画定されている。遮光膜３８は、樹脂材料等の非導電性材料から形成されている。樹脂材料としては、感光性樹脂またはゼラチンを主基材として含むものが好ましい。例えば、可視光を吸収または反射する顔料を樹脂に分散すること、または可視光を吸収または反射する染料で樹脂を染色することにより遮光性が付与された樹脂材料を使用することができるが、光吸収性（低反射率）材料であることが好ましく、例えば、黒色の顔料を樹脂に分散させた樹脂材料、または黒色の染料で樹脂を染色した樹脂材料を使用することができる。開口部４０は、非導電性材料からなる薄膜上にパターニングにより遮光部分にレジストマスクを形成し、このレジストマスクを用いたエッチングにより非導電性材料を取り除いて形成することができる。
【００３６】
遮光膜３８及び遮光膜３８から露出している表面保護膜３６上には、透明樹脂で形成された厚さ約１．０μｍの絶縁層４３及び平坦化膜４４を介して、赤色（Ｒ）フィルタ４６Ｒ、緑色（Ｇ）フィルタ４６Ｇ及び青色（Ｂ）フィルタ４６Ｂを備えた色フィルタアレイ４６が形成されている。Ｒフィルタ４６Ｒ、Ｇフィルタ４６Ｇ及びＢフィルタ４６Ｂは、個々のフォトダイオード１４に対応して、所定のパターンで配置されている。色フィルタの配列パターンについては、詳細な説明を省略するが、図３においては、Ｒフィルタ４６Ｒ、Ｇフィルタ４６Ｇ及びＢフィルタ４６Ｂが１個ずつ示されている。このような色フィルタアレイ４６は、例えば、所望色の顔料もしくは染料を含有させた樹脂（カラーレジン）領域を、フォトリソグラフィ法等を用いて所定箇所に形成することによって作製することができる。
【００３７】
色フィルタアレイ４６上には、平坦化膜４８を介して、複数のマイクロレンズ５０を備えたマイクロレンズアレイが形成されている。マイクロレンズ５０は、個々のフォトダイオード１４に対応して配列されている。これらマイクロレンズ５０は、例えば、屈折率が略１．３〜２．０の透明樹脂（フォトレジストを含む）からなる層をフォトリソグラフィ法等によって所定形状に区画した後、熱処理によって各区画の透明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸めた後に冷却すること等により形成することができる。フォトダイオード１４の開口部４０の径（即ち、画素径）は４〜５μｍであり、マイクロレンズ５０は画素全体を覆うと共に高さ約２μｍで形成される。なお、半導体基板１２から平坦化膜４８の表面までの厚さは約５μｍとする。
【００３８】
次に、図４〜図７を参照して、第１の実施の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４に示すように、接着剤５４により基板５６に貼り付けられたシリコン等の半導体ウエハ６８と透明基板６４とを用意する。半導体ウエハ６８には、複数のマイクロレンズ５０を備えた固体撮像素子が複数個形成されている。固体撮像素子が形成された領域は、マイクロレンズ５０が配置された領域７０と、この領域７０の周囲に在る配線等を行うための領域７２とに区別されている。また、ダイシングによりパッケージ化後に個々の固体撮像装置に分離するために、隣接する２つの固体撮像素子の間にはダイシング領域７６が設けられている。
【００３９】
透明基板６４の半導体ウエハ６８と対向する面には、半導体ウエハ６８と透明基板６４とを位置合わせして貼り合わせたときに半導体ウエハ６８表面の領域７０を取り囲むことができるようにレイアウトされた、所定高さのスペーサ６０が設けられている。本実施の形態では、透明基板６４側にスペーサ６０を設けて半導体ウエハ６８と透明基板６４とを貼り合わせることで、半導体ウエハ６８表面と透明基板６４との間隔を一定にすることができ、位置合わせも容易である。
【００４０】
次に、図５に示すように、半導体ウエハ６８の領域７２及びダイシング領域７６に、接着剤６２として紫外線硬化性樹脂を所定厚さで塗布する。スペーサ６０が半導体ウエハ６８表面の領域７０を取り囲むように位置合わせして、半導体ウエハ６８と透明基板６４とを重ね合わせ、透明基板６４側から紫外線を照射して接着剤６２を硬化させ、半導体ウエハ６８と透明基板６４とを貼り合わせる。この接着工程は、真空中または窒素等の不活性ガス雰囲気下で実施することが好ましい。貼り合わせの際には、スペーサ６０が壁となって接着剤６２が領域７０に侵入するのを防止するので、マイクロレンズ５０が接着剤により被覆されてレンズとしての機能を失うことがない。
【００４１】
次に、図６に示すように、ダイシング領域７６に、基板５６側から電極パッド５８の端面が露出するまでダイシング・ソーを用いて切り込みを入れ、斜面８０を備えた溝７８を形成する。この結果、領域７６には透明基板６４と硬化後の接着剤６２とが残存している。
【００４２】
次に、図７に示すように、電極パッド５８の端面に接触すると共に溝６２の斜面８０を被覆し且つその端部が斜面８０に連続する基板５６の裏面に露出するように、スパッタリングにより金属膜を蒸着してリード配線８２を形成する。最後に、ダイシング領域７６の略中央に在るダイシングライン７７に沿って固体撮像素子単位に切断し、個々の固体撮像装置に分離すると、図１及び図２に示すＣＳＰで構成された固体撮像装置を得ることができる。なお、半導体ウエハ６８と表示していた部分は、個々の固体撮像装置に分離された後は、半導体チップ５２となる。
【００４３】
以上の通り、本実施の形態の固体撮像装置は、シェル・ケース方式のウエハ・レベルＣＳＰと呼ばれる小型パッケージで構成されている。このＣＳＰでは電極パッドに接続されたリード配線が側面から裏面へと延びており裏面配線を行うことが可能であり、半導体チップをワイヤボンディングにより電気的に接続してパッケージ化する場合に比べ、配線スペースを大幅に節約することができ、固体撮像装置の超小型化を図ることができる。また、電極パッドの形成やリード配線等、パッケージ化を含む全製造工程をウエハの状態で行えるため、従来の固体撮像装置に比べて製造コストが大幅に低減される
また、半導体チップの表面には、マイクロレンズ配置領域を取り囲むようにスペーサが設けられており、このスペーサが壁となって接着剤のマイクロレンズ配置領域への侵入が防止されるので、マイクロレンズが接着剤により被覆されてレンズとしての機能を失うことがない。また、スペーサの高さは、マイクロレンズより高くなるように設定されているので、マイクロレンズが透明基板と接触してレンズ表面が傷付くこともない。
【００４４】
更に、固体撮像装置を製造する際に、透明基板側に所定高さのスペーサを設けてウエハと透明基板とを貼り合わせるので、ウエハ表面と透明基板との間隔を一定にすることができ、位置合わせも容易である。また、パッケージ化してから素子単位に分割するので、ダイシング時に固体撮像素子の表面が汚れず信頼性を確保することができる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る固体撮像装置は、図８に示すように、スペーサを用いずにウエハと透明基板とを貼り合わせた以外は、第１の実施の形態と同様のシェル・ケース方式のＣＳＰとして構成されているため、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４６】
半導体チップ５２の領域７２において、接着剤６２により半導体チップ５２が透明基板６４に貼り付けられて、透明基板６４が半導体チップ５２に固定されている。接着剤６２の厚さはマイクロレンズ５０の高さより大きく設定されており、このため半導体チップ５２と透明基板６４との間には僅かな空間６６が形成され、該空間６６が接着剤６２により封止される。接着剤６２は領域７０を除いて領域７２だけに設けられているので、マイクロレンズ５０が接着剤により被覆されてレンズとしての機能を失うことがない。
【００４７】
接着剤６２の厚さは、上記の通りマイクロレンズ５０の高さより大きく設定されていればよく、マイクロレンズ５０の高さは通常約２μｍであるから、接着剤６２の厚さは３〜１０μｍ、好ましくは３〜５μｍとされる。これによりマイクロレンズ５０が透明基板６４と接触して、レンズ表面が傷付くことがない。
【００４８】
また、スペーサを用いないため、図４と同様にして半導体ウエハ６８及び透明基板６４とを重ね合わせて貼り合わせる際に、半導体ウエハ６８表面と透明基板６４との間隔を一定にするために、所定の保持機構（図示せず）により半導体ウエハ６８及び透明基板６４の各々を所定位置に固定して保持する。保持機構により貼り合わせの位置精度を上げることで、ウエハ表面と透明基板との間隔を一定にするためのスペーサを不要とし、スペーサ形成工程を省略して製造工程を簡略化することができる。具体的には±１０μｍ程度の位置精度が必要とされる。
【００４９】
以上の通り、本実施の形態の固体撮像装置は、シェル・ケース方式のウエハ・レベルＣＳＰと呼ばれる小型パッケージで構成されている。このＣＳＰでは電極パッドに接続されたリード配線が側面から裏面へと延びており裏面配線を行うことが可能であり、半導体チップをワイヤボンディングにより電気的に接続してパッケージ化する場合に比べ、配線スペースを大幅に節約することができ、固体撮像装置の超小型化を図ることができる。また、電極パッドの形成やリード配線等、パッケージ化を含む全製造工程をウエハの状態で行えるため、従来の固体撮像装置に比べて製造コストが大幅に低減される
また、半導体チップの表面は、接着剤により透明基板に貼り付けられているが、接着剤はマイクロレンズ配置領域を除いてその周囲にだけに設けられているので、マイクロレンズが接着剤により被覆されてレンズとしての機能を失うことがない。また、接着剤の厚さは、マイクロレンズの高さより大きく設定されているので、マイクロレンズが透明基板と接触して、レンズ表面が傷付くことがない。
【００５０】
更に、固体撮像装置を製造する際に、ウエハ表面と透明基板との間隔を一定にするために、所定の保持機構によりウエハ及び透明基板の各々を所定位置に固定して保持するので、スペーサを用いることなく貼り合わせの位置精度を上げることができ、スペーサ形成工程を省略して製造工程を簡略化することができる。また、パッケージ化してから素子単位に分割するので、ダイシング時に固体撮像素子の表面が汚れず信頼性を確保することができる。
【００５１】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る固体撮像装置は、図９及び図１０に示すように、固体撮像素子、配線等を含む回路部が形成された半導体基板１２を含む略矩形状の半導体チップ８８を備えている。半導体基板１２は、回路部が形成された表面がシリコン酸化膜等の絶縁性の酸化膜８４で覆われ、且つ裏面が絶縁性の酸化膜８６で覆われている。なお、図９は透明基板６４、接着剤６２及び絶縁膜４３を通して見た固体撮像装置の平面図である。
【００５２】
酸化膜８４の両側には、半導体チップ８８の対向する短辺に沿って略矩形状の電極パッド９０が所定間隔で複数（図９では１０個）配設されている。半導体基板１２には、該半導体基板１２を貫通するように、側面が絶縁性の酸化膜８６で覆われたスルーホール９２が設けられ、該スルーホール９２に金属が充填されて、埋め込み配線９４が形成されている。半導体チップ８８の裏面には、酸化膜８６を介して裏面電極９６が設けられている。そして、各電極パッド９０は、半導体基板１２に形成された回路部の図示しない配線に電気的に接続されると共に、埋め込み配線９４によって裏面電極９６に電気的に接続されている。
【００５３】
酸化膜８４及び電極パッド９０は、例えばシリコンナイトライド等で構成された透明な絶縁膜４３により覆われて保護され、半導体チップ８８の表面が平坦化されている。固体撮像素子の受光領域上にはフィルタ部９８が設けられており、フィルタ部９８上にはマイクロレンズ５０が複数個（図９では１６個）配置されている。図１１はこの部分の部分拡大図である。図１１に示すように、半導体チップ８８の絶縁膜４３上には、透明な平坦化膜４４を介して、赤色（Ｒ）フィルタ４６Ｒ、緑色（Ｇ）フィルタ４６Ｇ及び青色（Ｂ）フィルタ４６Ｂを備えた色フィルタアレイ４６が形成されている。Ｒフィルタ４６Ｒ、Ｇフィルタ４６Ｇ及びＢフィルタ４６Ｂは、個々のフォトダイオード１４に対応して、所定のパターンで配置されている。色フィルタアレイ４６上には、平坦化膜４８を介して、複数のマイクロレンズ５０を備えたマイクロレンズアレイが形成されている。マイクロレンズ５０は、個々のフォトダイオード１４に対応して配列されている。なお、原色のカラーフィルタに代えて補色のカラーフィルタを使用することもできる。
【００５４】
マイクロレンズ５０が配置された領域７０に対向するように透明基板６４が配置されている。フィルタ部９８が形成された半導体チップ８８表面の領域７０の周囲に在る領域７２において、接着剤６２により半導体チップ８８が透明基板６４に貼り付けられて、透明基板６４が半導体チップ８８に固定されている。
【００５５】
接着剤６２の厚さは、フィルタ部９８の厚さにマイクロレンズ５０の高さを加えた値より大きく設定されており、このため半導体チップ８８と透明基板６４との間には僅かな空間６６が形成され、該空間６６が接着剤６２により封止される。接着剤６２は領域７０を除いて領域７２だけに設けられているので、マイクロレンズ５０が接着剤により被覆されてレンズとしての機能を失うことがなく、マイクロレンズ５０が透明基板６４と接触して、レンズ表面が傷付くことがない。マイクロレンズ５０の高さは約２μｍ、フィルタ部９８の厚さは約５μｍである。従って、接着剤６２の厚さは８μｍ以上、好ましくは８μｍ〜２０μｍとされる。
【００５６】
なお、マイクロレンズ５０が形成された部分での半導体チップ８８の断面構造は、第１の実施の形態と同じ構成であるため説明を省略する。
【００５７】
次に、図１２〜図２０を参照して、第３の実施の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１２に示すように、表面がシリコン酸化膜等の酸化膜８４で覆われた固体撮像素子、配線等を含む複数の回路部及び複数のダイシング領域８５が交互に形成されたシリコン等の半導体ウエハ１００を用意する。スルーホール９２が形成される開口領域１０２を除いて、半導体ウエハ１００上に例えばシリコンナイトライド等の透明な保護膜１０４を設ける。これにより酸化膜８４を含む基板表面が保護膜１０４により被覆される。なお、保護膜１０４は、次のエッチング工程において酸化膜８４を保護することにより、間接的に回路部を保護する役割を果たす。
【００５８】
次に、図１３に示すように、開口領域１０２に半導体ウエハ１００を貫通するスルーホール９２を設ける。ここで、スルーホール９２を形成する工程を詳しく説明する。エッチングにより、約１００μｍ角の開口領域１０２に１０〜２０μｍ角の凹部を複数個（好ましくは５個以上）形成する。スルーホール９２の反対側の開口が設けられる領域を除いて、半導体ウエハ１００裏面にレジスト膜を設ける。このレジストマスクを用い裏面側から水銀ランプ等を用いて所定波長域の光を照射して光励起エッチングを行う。エッチング液としてはフッ酸希釈液（例えば、２．５ｗｔ％ＨＦ溶液）を用いる。エッチングは開口領域１０２に設けた凹部から進行し、半導体ウエハ１００貫通するスルーホール９２が形成される。なお、スルーホール９２形成後、半導体ウエハ１００裏面に設けられたレジスト膜は剥離する。
【００５９】
次に、半導体ウエハ１００を硝酸液に浸漬することにより、半導体ウエハ１００の露出表面が酸化されて、図１４に示すように、半導体ウエハ１００の裏面に酸化膜８６が形成されると共に、スルーホール９２の側面にも酸化膜８６が形成される。これらの酸化膜を絶縁膜として使用する。例えば、半導体ウエハ１００としてシリコンウエハを用いた場合には、酸化膜８６として絶縁性のシリコン酸化膜が生成する。
【００６０】
次に、図１５に示すように、半導体ウエハ１００の裏面に保護金属膜１０６を形成した後に、スルーホール９２に金属を充填して埋め込み配線９４を形成する。ここで、スルーホール９２への金属の充填方法について詳しく説明する。スルーホール９２に充填する金属としては、例えばインジウム（Ｉｎ）やスズ（Ｓｎ）等の１００℃〜２００℃の低温で溶融する金属を用いる。特に、凝固収縮率の小さいＩｎが好ましい。まず、スルーホール９２が形成された半導体ウエハ１００を溶融金属浴と共に気圧調整が可能なチャンバー内に入れ、チャンバー内を真空にする。そして、真空下において、半導体ウエハ１００全体を溶融金属浴に浸漬した後に真空状態を解除すると、溶融金属がスルーホール９２に侵入する。この状態で所定時間放置すると侵入した金属が固化し、スルーホール９２内に金属が充填される。なお、保護金属膜１０６は、低温で溶融する金属からウエハを保護するために形成される。
【００６１】
次に、図１６（Ａ）に示すように、半導体ウエハ１００表面の保護膜１０４を剥離し、埋め込み配線９４の露出部分を覆うように電極パッド９０を形成する。また、図１６（Ｂ）に示すように、半導体ウエハ１００表面に設けられた配線１０８の電極パッド９０との接触部を引き出して、電極パッド９０と電気的に接続させる。電極パッド９０は、前記配線１０８を介して半導体ウエハ１００表面に設けられた固体撮像素子１１０の図示しない端子に接続される。なお、配線１０８及び固体撮像素子１１０が設けられた半導体ウエハ１００の表面は、透明な酸化膜８４で覆われている。
【００６２】
次に、図１７に示すように、半導体ウエハ１００表面に形成された酸化膜８４及び電極パッド９０を、例えばシリコンナイトライド等の透明な絶縁膜４３により被覆して表面を平坦化する。保護金属膜１０６を剥離した後、半導体ウエハ１００の裏面に、蒸着またはメッキにより配線用の金属膜を形成し、該金属膜をフォトリソグラフィー及びエッチングにより所定パターンにパターンニングして裏面電極９６を形成する。
【００６３】
次に、図１８に示すように、固体撮像素子の受光領域上方の絶縁膜４３上にフィルタ部９８を設け、フィルタ部９８上にマイクロレンズ５０を複数個形成する。ここで、フィルタ部９８の形成工程について更に詳しく説明する。平坦化膜４４を介して、Ｒフィルタ４６Ｒ、Ｇフィルタ４６Ｇ及びＢフィルタ４６Ｂを備えた色フィルタアレイ４６を形成し、該色フィルタアレイ４６上に平坦化膜４８を介して複数のマイクロレンズ５０を備えたマイクロレンズアレイを形成する。色フィルタアレイ４６及びマイクロレンズ５０の形成方法は、第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。フォトダイオード１４の開口部４０の径（即ち、画素径）は４〜５μｍであり、マイクロレンズ５０は画素全体を覆うと共に高さ約２μｍで形成される。なお、半導体基板１２から平坦化膜４８の表面までの厚さは約５μｍとする。
【００６４】
次に、図１９に示すように、マイクロレンズ５０が配置された領域７０以外の領域、即ち、領域７２上に、フィルタ部９８の厚さにマイクロレンズ５０の高さを加えた値より大きな厚さで接着剤６２を塗布し、半導体ウエハ１００と透明な透明基板６４とを重ね合わせて透明基板６４側から紫外線を照射して接着剤６２を硬化させ、半導体ウエハ１００と透明基板６４とを貼り合わせる。この接着工程は、真空中または窒素等の不活性ガス雰囲気下で実施することが好ましい。
【００６５】
半導体ウエハ１００と透明基板６４とを貼り合わせる際に、半導体ウエハ１００表面（絶縁膜４３表面）と透明基板６４との間隔を一定にするために、所定の保持機構（図示せず）により半導体ウエハ１００及び透明基板６４の各々を所定位置に固定して保持する。保持機構により貼り合わせの位置精度を上げることで、ウエハ表面と透明基板との間隔を一定にするためのスペーサを不要とし、スペーサ形成工程を省略して製造工程を簡略化することができる。具体的には±１０μｍ程度の位置精度が必要とされる。
【００６６】
最後に、図２０に示すように、ダイシング・ソーを用いて、ダイシング領域８５の略中央にあるダイシング・ライン１１２に沿って切断し、各々のＣＣＤに分離すると、図９及び図１０に示す固体撮像装置を得ることができる。なお、半導体ウエハ１００と表示していた部分は、個々の固体撮像装置に分離された後は、半導体基板１２となる。
【００６７】
以上の通り、本実施の形態の固体撮像装置は、チップサイズの小型パッケージで構成されている。このＣＳＰでは電極パッドに接続された埋め込み配線を用いて裏面配線を行うことが可能であり、半導体チップをワイヤボンディングにより電気的に接続してパッケージ化する場合に比べ、配線スペースを大幅に節約することができ、固体撮像装置の超小型化を図ることができる。また、電極パッドの形成やリード配線等、パッケージ化を含む全製造工程をウエハの状態で行えるため、従来の固体撮像装置に比べて製造コストが大幅に低減される
また、半導体チップの表面は、接着剤により透明基板に貼り付けられているが、接着剤はマイクロレンズ配置領域を除いてその周囲にだけに設けられているので、マイクロレンズが接着剤により被覆されてレンズとしての機能を失うことがない。また、接着剤の厚さは、マイクロレンズの高さより大きく設定されているので、マイクロレンズが透明基板と接触して、レンズ表面が傷付くことがない。
【００６８】
更に、固体撮像装置を製造する際に、ウエハ表面と透明基板との間隔を一定にするために、所定の保持機構によりウエハ及び透明基板の各々を所定位置に固定して保持するので、スペーサを用いることなく貼り合わせの位置精度を上げることができ、スペーサ形成工程を省略して製造工程を簡略化することができる。また、パッケージ化してから素子単位に分割するので、ダイシング時に固体撮像素子の表面が汚れず信頼性を確保することができる。また、シェル・ケース方式のＣＳＰのようにダイシングを中途で止める必要がなく、製造が容易である。
【００６９】
なお、本発明は、ＣＣＤエリアセンサ、ＣＣＤラインセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等のマイクロレンズを備えた総ての固体撮像装置に適用することができる。
【００７０】
第３の実施の形態では１層の回路基板を備えた固体撮像装置について説明したが、第３の実施の形態は、複数層の回路基板を備えた３次元集積回路構成の固体撮像装置にも適用することができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロレンズを備えた固体撮像素子をマイクロレンズの機能を損なうことなくパッケージ化した固体撮像装置であって、小型で低価格の固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る固体撮像装置の平面図である。
【図２】図１に示す固体撮像装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２に示す固体撮像装置のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】第１の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【図９】第３の実施の形態に係る固体撮像装置の平面図である。
【図１０】図９に示す固体撮像装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図１１】図９に示す固体撮像装置のフィルタ部及びマイクロレンズの部分拡大図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程（回路形成工程）を示す断面図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程（スルーホール形成工程）を示す断面図である。
【図１４】第３の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程（表面酸化工程）を示す断面図である。
【図１５】第３の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程（埋め込み配線形成工程）を示す断面図である。
【図１６】（Ａ）は第３の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程（電極パッド形成工程）を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す工程でのパッド電極と回路部の接続関係を示す平面図である。
【図１７】第３の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程（裏面電極形成工程）を示す断面図である。
【図１８】第３の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程（フィルタ部及びマイクロレンズ形成工程）を示す断面図である。
【図１９】第３の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程（基板貼り合わせ工程）を示す断面図である。
【図２０】第３の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程（切断工程）を示す断面図である。
【図２１】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図２２】（Ａ）〜（Ｃ）は、シェル・ケース方式ＣＳＰの製造工程を示す断面図である。
【図２３】シェル・ケース方式のＣＳＰの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１２  半導体基板
１４  フォトダイオード
２０  垂直電荷転送チャネル
２８  チャネルストップ
３２  転送電極（垂直転送電極）
３３  垂直電荷転送装置（ＶＣＣＤ）
４３  絶縁層
４４、４８  平坦化膜
４６  色フィルタアレイ
５０  マイクロレンズ
５２、８８  半導体チップ
５４、６２  接着剤
５６  基板
５８、９０  電極パッド
６０  スペーサ
６４  透明基板
６６  空間
６８、１００  半導体ウエハ
７０  領域（マイクロレンズ配置領域）
７２  領域（周辺領域）
７６  ダイシング領域
７８  溝
８２  リード配線
８４  酸化膜
９２  スルーホール
９４  埋め込み配線
９６  裏面電極
９８  フィルタ部
１０２  開口領域
【図１】
0003839271.tif 000002
【図２】
0003839271.tif 000003
【図３】
0003839271.tif 000004
【図４】
0003839271.tif 000005
【図５】
0003839271.tif 000006
【図６】
0003839271.tif 000007
【図７】
0003839271.tif 000008
【図８】
0003839271.tif 000009
【図９】
0003839271.tif 000010
【図１０】
0003839271.tif 000011
【図１１】
0003839271.tif 000012
【図１２】
0003839271.tif 000013
【図１３】
0003839271.tif 000014
【図１４】
0003839271.tif 000015
【図１５】
0003839271.tif 000016
【図１６】
0003839271.tif 000017
【図１７】
0003839271.tif 000018
【図１８】
0003839271.tif 000019
【図１９】
0003839271.tif 000020
【図２０】
0003839271.tif 000021
【図２１】
0003839271.tif 000022
【図２２】
0003839271.tif 000023
【図２３】
0003839271.tif 000024